El tratamiento de aguas residuales es un proceso que se utiliza para eliminar los contaminantes de las aguas residuales o las aguas residuales y convertirlas en un efluente que se puede devolver al ciclo del agua . Una vez devuelto al ciclo del agua, el efluente crea un impacto aceptable en el medio ambiente o se reutiliza para diversos fines (lo que se denomina recuperación de agua ). [1]El proceso de tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR). Hay dos tipos de aguas residuales: domésticas e industriales; Ambos tipos de aguas residuales se tratan en la planta de tratamiento de aguas residuales correspondiente. Para las aguas residuales domésticas (también llamadas aguas residuales municipales), la planta de tratamiento puede denominarse Instalación de recuperación de recursos hídricos (WRRF) o Planta de tratamiento de aguas residuales (STP). Para las aguas residuales industriales, el tratamiento se lleva a cabo en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales separada o en una planta de tratamiento de aguas residuales (generalmente después de alguna forma de pretratamiento).
Los procesos comúnmente utilizados están diseñados para lograr la separación de fases, oxidación o pulido. Los tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de tratamiento de aguas residuales industriales, plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas y plantas de tratamiento de lixiviados .
El tratamiento de aguas residuales forma parte del campo general del saneamiento . El saneamiento también incluye la gestión de desechos humanos y sólidos , así como la gestión de aguas pluviales (drenaje). [2] El principal subproducto de las plantas de tratamiento de aguas residuales son los lodos de depuradora que normalmente se tratan en la misma u otra planta de tratamiento de aguas residuales. [3] : Capítulo 14 El biogás puede ser otro subproducto si se utilizan procesos de tratamiento anaeróbico.
Procesos
Los procesos involucrados en el tratamiento de aguas residuales incluyen procesos físicos como el asentamiento o flotación y procesos biológicos como lagunas aireadas , lodos activados o biopelículas en filtros percoladores . Se pueden utilizar otros métodos físicos, como la filtración a través de tamices, en circunstancias especiales, como el desagüe de lodos de aguas residuales.
Para que sea eficaz, las aguas residuales deben transportarse a una planta de tratamiento mediante tuberías e infraestructura adecuadas , y el proceso en sí debe estar sujeto a regulaciones y controles. Algunas aguas residuales requieren métodos de tratamiento especializados. En el nivel más simple, el tratamiento de las aguas residuales y la mayoría de las aguas residuales se lleva a cabo mediante la separación de sólidos de líquidos , generalmente por sedimentación . Al convertir progresivamente el material disuelto en sólidos, generalmente un flóculo biológico, que luego se sedimenta, se produce una corriente efluente de pureza creciente. [3] [4]
Separación de fases
La separación de fases transfiere las impurezas a una fase no acuosa . La separación de fases puede ocurrir en puntos intermedios en una secuencia de tratamiento para eliminar los sólidos generados durante la oxidación o el pulido. La grasa y el aceite se pueden recuperar para combustible o saponificación . Los sólidos a menudo requieren la deshidratación de lodos en una planta de tratamiento de aguas residuales . Las opciones de eliminación de los sólidos secos varían según el tipo y la concentración de impurezas que se eliminan del agua. [5]
Sedimentación
Los sólidos como piedras , arenilla y arena pueden eliminarse de las aguas residuales por gravedad cuando las diferencias de densidad son suficientes para superar la dispersión por turbulencia . Por lo general, esto se logra utilizando un canal de arena diseñado para producir un caudal óptimo que permite que la arena se asiente y otros sólidos menos densos pasen a la siguiente etapa de tratamiento. La separación por gravedad de sólidos es el tratamiento primario de las aguas residuales , donde el proceso unitario se denomina "tanques de sedimentación primaria" o "tanques de sedimentación primaria". [6] También se utiliza mucho para el tratamiento de otros tipos de aguas residuales. Los sólidos que son más densos que el agua se acumularán en el fondo de las cuencas de sedimentación inactiva . Los clarificadores más complejos también tienen skimmers para eliminar simultáneamente la grasa flotante como la espuma de jabón y los sólidos como plumas, astillas de madera o condones . Los contenedores como el separador de agua y aceite API están diseñados específicamente para separar líquidos no polares. [7]
Oxidación
La oxidación reduce la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales y puede reducir la toxicidad de algunas impurezas. El tratamiento secundario convierte los compuestos orgánicos en dióxido de carbono , agua y biosólidos a través de reacciones de oxidación y reducción. [8] La oxidación química se utiliza ampliamente para la desinfección.
Oxidación bioquímica
El tratamiento secundario por oxidación bioquímica de compuestos orgánicos disueltos y coloidales se usa ampliamente en el tratamiento de aguas residuales y es aplicable a algunas aguas residuales agrícolas e industriales. La oxidación biológica eliminará preferentemente los compuestos orgánicos útiles como suministro de alimento para el ecosistema de tratamiento . La concentración de algunos compuestos menos digeribles puede reducirse mediante el co-metabolismo . La eficiencia de eliminación está limitada por la concentración mínima de alimentos requerida para mantener el ecosistema de tratamiento. [9]
Oxidación química
La oxidación química (incluida la electroquímica), también conocida como oxidación química avanzada, se utiliza para eliminar algunos contaminantes orgánicos persistentes y concentraciones que quedan después de la oxidación bioquímica. [10] La desinfección por oxidación química mata las bacterias y patógenos microbianos al agregar radicales hidroxilo como ozono , cloro o hipoclorito a las aguas residuales. [3] : 1220 Estos radicales hidroxilo luego descomponen los compuestos complejos en los contaminantes orgánicos en compuestos simples como agua, dióxido de carbono y sales . [11]
Pulido
El pulido se refiere a los tratamientos realizados siguiendo los métodos anteriores. Estos tratamientos también pueden usarse de forma independiente para algunas aguas residuales industriales. La reducción química o el ajuste del pH minimizan la reactividad química de las aguas residuales después de la oxidación química. [12] El filtrado de carbón elimina los contaminantes e impurezas restantes mediante la absorción química en el carbón activado. [3] : 1138 La filtración a través de arena (carbonato de calcio) o filtros de tela es el método más común utilizado en el tratamiento de aguas residuales municipales.
Tipos de plantas de tratamiento
Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden distinguirse por el tipo de aguas residuales a tratar, es decir, si se trata de aguas residuales, aguas residuales industriales, aguas residuales agrícolas o lixiviados.
Plantas de tratamiento de aguas residuales
Una planta municipal típica de tratamiento de aguas residuales en un país industrializado puede incluir tratamiento primario para eliminar material sólido, tratamiento secundario para digerir material orgánico disuelto y suspendido, así como los nutrientes nitrógeno y fósforo y, a veces, pero no siempre, desinfección para matar bacterias patógenas . Los lodos de depuradora que se producen en las depuradoras se someten a un tratamiento de lodos . Los municipios más grandes a menudo incluyen fábricas que descargan aguas residuales industriales en el sistema de alcantarillado municipal. El término "planta de tratamiento de aguas residuales" a veces se reemplaza por el término "planta de tratamiento de aguas residuales". [3] Las aguas residuales también pueden tratarse mediante procesos que utilizan " soluciones basadas en la naturaleza ".
Tratamiento terciario
El tratamiento terciario es un término que se aplica a los métodos de pulido utilizados siguiendo una secuencia tradicional de tratamiento de aguas residuales. El tratamiento terciario se está aplicando cada vez más en los países industrializados y las tecnologías más comunes son la microfiltración o las membranas sintéticas . Después de la filtración por membranas, las aguas residuales tratadas son prácticamente indistinguibles de las aguas de origen natural de calidad potable (sin sus minerales). Los nitratos pueden eliminarse de las aguas residuales mediante procesos naturales en los humedales, pero también mediante la desnitrificación microbiana . [13] El tratamiento de aguas residuales con ozono también está ganando popularidad y requiere el uso de un generador de ozono , que descontamina el agua a medida que las burbujas de ozono se filtran a través del tanque. La tecnología de tratamiento más reciente y muy prometedora es el uso de granulación aeróbica . [14]
Plantas de tratamiento de aguas residuales industriales
La eliminación de aguas residuales de una planta industrial es un problema difícil y costoso. La mayoría de las refinerías de petróleo , plantas químicas y petroquímicas [3] : 1412 [15] tienen instalaciones en el lugar para tratar sus aguas residuales de modo que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones locales y / o nacionales con respecto a la eliminación de aguas residuales en plantas de tratamiento comunitarias o en ríos, lagos u océanos. Los humedales artificiales se utilizan en un número cada vez mayor de casos, ya que proporcionan un tratamiento in situ productivo y de alta calidad. Otros procesos industriales que producen una gran cantidad de aguas residuales, como la producción de papel y pulpa, han creado una preocupación ambiental, lo que ha llevado al desarrollo de procesos para reciclar el uso del agua dentro de las plantas antes de que tengan que limpiarse y eliminarse. [dieciséis]
Se requieren plantas de tratamiento de aguas residuales industriales donde las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales no están disponibles o no pueden tratar adecuadamente aguas residuales industriales específicas. Las plantas de aguas residuales industriales pueden reducir los costos de agua cruda al convertir aguas residuales seleccionadas en agua recuperada utilizada para diferentes propósitos. Las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales pueden reducir los cargos por tratamiento de aguas residuales cobrados por las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales mediante el tratamiento previo de las aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes medidas para determinar las tarifas de los usuarios. [17]
Aunque las economías de escala pueden favorecer el uso de una gran planta municipal de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de pequeños volúmenes de aguas residuales industriales, el tratamiento y la eliminación de aguas residuales industriales pueden ser menos costosos que los costos distribuidos correctamente para grandes volúmenes de aguas residuales industriales que no requieren la secuencia convencional de tratamiento de aguas residuales de una pequeña depuradora municipal. [18]
Una planta de tratamiento de aguas residuales industriales puede incluir uno o más de los siguientes en lugar de la secuencia convencional primaria, secundaria y de desinfección del tratamiento de aguas residuales:
- Un separador de agua y aceite API , para eliminar el aceite de fase separada de las aguas residuales. [19]
- Un clarificador , para eliminar sólidos de las aguas residuales. [20]
- Un filtro de desbaste , para reducir la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales. [21]
- Una planta de filtración de carbono , para eliminar los compuestos orgánicos disueltos tóxicos de las aguas residuales. [22]
- Un sistema avanzado de reversión de electrodiálisis (EDR) con membranas de intercambio iónico .
Plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas
El tratamiento de aguas residuales agrícolas para operaciones continuas con animales confinados, como la producción de leche y huevos, se puede realizar en plantas que utilicen unidades de tratamiento mecanizadas similares a las descritas en aguas residuales industriales; pero donde hay tierra disponible para estanques, las cuencas de sedimentación y las lagunas facultativas pueden tener costos operativos más bajos para las condiciones de uso estacionales de los ciclos de reproducción o cosecha. [23]
Muchas granjas generan contaminación de fuentes difusas a partir de la escorrentía superficial que no se controla mediante una planta de tratamiento. Los agricultores pueden instalar controles de erosión e implementar planes de manejo de nutrientes para controlar la contaminación por escorrentía. [24] [25] : págs. 4, 95, 4, 96
Plantas de tratamiento de lixiviados
Las plantas de tratamiento de lixiviados se utilizan para tratar los lixiviados de los vertederos . Las opciones de tratamiento incluyen: tratamiento biológico, tratamiento mecánico por ultrafiltración , tratamiento con filtros de carbón activo , tratamiento electroquímico que incluye electrocoagulación mediante diversas tecnologías patentadas y filtración por membrana de ósmosis inversa utilizando tecnología de módulo de tubo de disco. [26]
Eliminación o reutilización
El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es que las aguas residuales tratadas puedan eliminarse o reutilizarse de forma segura. Sin embargo, antes de ser tratada, se deben considerar las opciones de eliminación o reutilización para que se utilice el proceso de tratamiento correcto en las aguas residuales.
Disposición
Para su eliminación en el océano, se deben cumplir los requisitos de los tratados ambientales . Dado que los tratados internacionales a menudo gestionan el agua por encima de las fronteras de los países, la eliminación de las aguas residuales es más fácil en masas de agua que se encuentran enteramente bajo la jurisdicción de un país.
En muchos países en desarrollo, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales carecen o no están bien mantenidas. Las aguas residuales pueden terminar siendo desechadas en las vías fluviales locales sin tratamiento. Por ejemplo, en Afganistán y Pakistán, el río Kabul recibe aproximadamente 1 m 3 / seg de aguas residuales sin tratar, y se ha demostrado que es un factor causante de la contaminación del río. [27] La contaminación del agua por residuos de detergente se ha convertido en un problema. [28] Los tensioactivos químicos en el detergente no se pueden degradar a menos que estén en presencia de microorganismos específicos.
Reutilizar
La reutilización de aguas residuales es una buena solución para reducir el estrés hídrico en las ciudades, promover la conciencia y reducir los contaminantes en los cuerpos de agua. [29] El agua reutilizada se puede utilizar para múltiples propósitos, como "recuperada y reutilizada para riego de cultivos y jardines , recarga de agua subterránea o con fines recreativos". Hay dos formas de reutilización de aguas residuales: reutilización directa e indirecta. La reutilización directa implica el uso de aguas residuales tratadas tal como están, y la reutilización indirecta consiste en diluir las aguas residuales tratadas con otra fuente de agua antes de su uso posterior.
Situación global
A nivel mundial, se estima que se trata el 52% de las aguas residuales. [31] Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales son muy desiguales en todo el mundo. Por ejemplo, mientras que los países de ingresos altos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales, los países de ingresos bajos tratan un promedio de solo el 4,2%. Mejorar el tratamiento de aguas residuales en todo el mundo es crucial para reducir nuestra contaminación del medio ambiente y lograr mejoras en la calidad del agua. Por esta razón, el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 tiene una Meta 6.3 que está formulada de la siguiente manera: "Para 2030, mejorar la calidad del agua reduciendo la contaminación, eliminando los vertidos y minimizando la liberación de productos químicos y materiales peligrosos, reduciendo a la mitad la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentando sustancialmente el reciclaje y reutilización segura a nivel mundial ". [30] El indicador 6.3.1 correspondiente es la "proporción de aguas residuales tratadas de manera segura" (ver mapa a la derecha para 2018). Por ejemplo, Argelia, Senegal, Níger, Libia, Uganda, Somalia e Irak todavía no tratan las aguas residuales domésticas de forma segura. La Organización Mundial de la Salud informó que las condiciones inadecuadas de agua, saneamiento e higiene fueron responsables de 829.000 muertes por diarrea en el mundo en 2016. [32] El agua y el saneamiento son un problema mundial, resultado de la rápida urbanización global, y encontrar soluciones en las grandes ciudades es particularmente urgente. Adicionalmente existe el agravamiento de la crisis del agua en varias regiones del mundo, así como la evidente crisis ecológica, desastres y riesgos asociados, como el calentamiento global además de la presencia de industrias y tecnologías contaminantes y sus efectos sobre el agua, el suelo, aire y alimentos, reduciendo la biodiversidad y destruyendo ecosistemas. [32]
Ejemplos de países
Por país
Unión Europea
India
Japón
Libia
En Libia, el tratamiento de las aguas residuales lo gestiona la empresa general de agua y aguas residuales en Libia, que es competencia del Ministerio de Vivienda y Servicios Públicos. Hay aproximadamente 200 plantas de tratamiento de aguas residuales en todo el país, pero pocas plantas están funcionando. De hecho, las 36 plantas más grandes se encuentran en las principales ciudades; sin embargo, solo nueve de ellos están operativos y el resto están en reparación. [39]
Las plantas de tratamiento de aguas residuales operativas más grandes están ubicadas en Sirte, Trípoli y Misurata, con una capacidad de diseño de 21.000, 110.000 y 24.000 m3 / día, respectivamente. Además, la mayoría de las instalaciones de aguas residuales restantes son plantas pequeñas y medianas con una capacidad de diseño de aproximadamente 370 a 6700 m3 / día. Por lo tanto, 145.800 m3 / día o el 11 por ciento de las aguas residuales son realmente tratadas, y el resto se vierte al océano y a las lagunas artificiales aunque no se tratan. De hecho, las plantas de tratamiento de aguas residuales que no funcionan en Trípoli provocan un derrame de más de 1.275.000 metros cúbicos de agua sin procesar en el océano todos los días. [39]Estados Unidos
Ver también
- Combustible de algas
- Sistema descentralizado de aguas residuales
- Lista de las plantas de tratamiento de aguas residuales más grandes
- Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
- Lista de abastecimiento de agua y saneamiento por país
- Ingeniería Sanitaria
- Tratamiento de aguas
Referencias
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enlaces externos
- Proyecto Ecológico Transnacional - Tratamiento de aguas residuales industriales (Rusia)
- Water Environment Federation - Asociación profesional centrada en el tratamiento de aguas residuales