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20.1.2: Tratamiento de Agua

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    La forma más mortal de contaminación del agua, los microorganismos patógenos que causan enfermedades transmitidas por el agua, mataron 485,000 millones de personas (principalmente en países en desarrollo) en 2017. La mejor estrategia para abordar este problema es el tratamiento adecuado de aguas residuales (aguas residuales). Las aguas residuales no tratadas no solo son una causa importante de enfermedades patógenas, sino también una fuente importante de otros contaminantes, incluidos los desechos que requieren oxígeno, el exceso de nutrientes y los metales pesados tóxicos. El tratamiento de aguas residuales se realiza en una planta de tratamiento de aguas residuales en zonas urbanas y mediante un sistema de fosas sépticas en zonas rurales.

    Los desechos generados por alrededor del 80% de los hogares estadounidenses son recolectados en sistemas de alcantarillado. Cada día, Estados Unidos procesa alrededor de 34 mil millones de galones de aguas residuales (99.9% de esto es agua). En 2004, un informe de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) estimó que 860 mil millones de galones de aguas residuales no tratadas (aguas residuales sin tratar) escaparon a ríos, arroyos y al océano, principalmente de sistemas combinados de alcantarillado (ver Contaminantes del agua y sus fuentes). A partir de 2020, la EPA ha evaluado casi 96% de los sistemas responsables del desbordamiento de aguas residuales y los ha abordado con una denuncia civil, orden de ejecución o requisito de permiso. Sin embargo, en 2017, la EPA estimó que todavía eran 40,000 o más eventos de desbordamiento de aguas residuales, que liberaron aguas residuales crudas en cuerpos de agua.

    Para reducir los problemas de contaminación del agua, los sistemas de alcantarillado separados (donde la escorrentía de la calle va a los ríos y solo las aguas residuales van a una planta de tratamiento de aguas residuales) son mucho mejores que los sistemas de alcantarillado combinados, que pueden desbordarse y liberar aguas residuales no tratadas en aguas superficiales durante Algunas ciudades como Chicago, Illinois han construido grandes cavernas subterráneas y también utilizan canteras de roca abandonadas para contener el desbordamiento de alcantarillado pluvial. Después de que la lluvia se detiene, el agua almacenada va a la planta de tratamiento de aguas residuales para su procesamiento.

    Tratamiento de aguas residuales

    El alcantarillado que se dirige adecuadamente a una planta de tratamiento de aguas residuales se somete a varios pasos: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento terciario y desinfección y descarga (figura\(\PageIndex{a}\)). El pretratamiento implica el tamizado y remoción de arena y grava. El tratamiento primario consiste en la sedimentación o flotación para eliminar los sólidos orgánicos, la grasa y la grasa. Los sólidos no disueltos en aguas residuales crudas se depositan en suspensión formando lodos. Dicho tratamiento primario elimina solo un tercio de la demanda biológica de oxígeno (DBO) y prácticamente ninguno de los minerales disueltos. Los intentos de utilizar lodos digeridos como fertilizante se han visto obstaculizados por su frecuente contaminación por productos químicos tóxicos derivados de desechos industriales.

    El flujo de aguas residuales a través de cada paso en una planta de tratamiento de aguas residuales
    Figura\(\PageIndex{a}\): Pasos en una planta de tratamiento de aguas residuales. Las numerosas etapas de procesamiento en una planta convencional de tratamiento de aguas residuales incluyen pretratamiento (tamizado y remoción de arena y grava), tratamiento primario (sedimentación o flotación para eliminar sólidos orgánicos, grasa y grasa), tratamiento secundario (descomposición bacteriana aeróbica de sólidos orgánicos), tratamiento terciario (descomposición bacteriana de nutrientes y filtración), desinfección (tratamiento químico o UV para matar bacterias), y ya sea descarga a aguas superficiales o reutilización. Aquí solo se muestran el pretratamiento, el tratamiento primario, el tratamiento secundario y la digestión de lodos. Las aguas residuales ingresan inicialmente al pretratamiento, aunque algunas pueden escapar por desbordamiento. La criba elimina componentes más grandes, que ingresan a la basura. Se agrega aire, se elimina la capa superior (suciedad) y se eliminan los lodos (sólidos que se depositan en el fondo) durante el tratamiento primario. Se requiere una mayor aireación para el tratamiento secundario para suministrar oxígeno a las bacterias aeróbicas que descomponen los componentes orgánicos en el fluido. Se eliminan más lodos. Los lodos eliminados durante el tratamiento primario y secundario se someten a digestión de lodos. Esto implica un acabado de lodos secos y secos, y la producción de metano. Imagen de Leonard G. (CC-BY-SA).

    A continuación, los sólidos orgánicos en el efluente son descompuestos por bacterias aerobias (que requieren oxígeno) en tratamiento secundario. Aquí el efluente se pone en contacto con el oxígeno. Los microorganismos aeróbicos descomponen gran parte de la materia orgánica en sustancias inofensivas como el dióxido de carbono. El tratamiento primario y secundario juntos pueden eliminar hasta 90% de la DBO. Después de la cloración para eliminar su contenido de bacterias, el efluente del tratamiento secundario se devuelve a las aguas superficiales locales.

    El sólido orgánico concentrado producido durante el tratamiento primario y secundario (lodo) se trata de diversas maneras, incluyendo la eliminación de vertederos, la incineración, el uso como fertilizante y la descomposición bacteriana anaeróbica, lo que se realiza en ausencia de oxígeno. La descomposición anaeróbica de lodos produce gas metano, que puede ser utilizado como fuente de energía.

    Si bien la combinación de tratamiento primario y secundario elimina la mayor parte de la materia orgánica en aguas residuales, disminuyendo la DBO, la mayor parte del nitrógeno y fósforo en las aguas residuales permanece en el efluente (porción líquida de las aguas residuales). En el tratamiento terciario, las bacterias se utilizan para eliminar los nutrientes restantes, y se produce la filtración. Adicionalmente, hay varias técnicas disponibles para eliminar sales disueltas del efluente de aguas residuales, pero todas son bastante costosas.

    Durante la desinfección, el tratamiento adicional implica la desinfección con cloro, ozono, luz ultravioleta o lejía para matar a la mayoría de los microbios. Finalmente, el agua tratada se descarga a aguas superficiales (generalmente un río local) o se reutiliza para algún otro propósito, como riego, preservación del hábitat y recarga artificial de agua subterránea

    Sistema de fosas sépticas

    Un sistema de tanque séptico es un sistema individual de tratamiento de aguas residuales para hogares en entornos típicamente rurales. Los componentes básicos de un sistema de fosas sépticas (figura\(\PageIndex{b}\)) incluyen una línea de alcantarillado (entrada) de la casa, una fosa séptica y el campo de drenaje. El tanque séptico es un recipiente grande donde los lodos se asientan en el fondo, donde los microorganismos descomponen los sólidos orgánicos anaeróbicamente. El campo de drenaje es una red de tuberías perforadas donde el agua clarificada se filtra en el suelo y se purifica aún más por bacterias. Los problemas de contaminación del agua ocurren si el tanque séptico funciona mal, lo que suele ocurrir cuando un sistema se establece en el tipo incorrecto de suelo o se mantiene mal.

    Una visión general del sistema séptico y una sección dentro del tanque séptico
    Figura\(\PageIndex{b}\): Un sistema de fosa séptica para tratamiento de aguas residuales. La entrada transporta alcantarillado a la fosa séptica (arriba). Dentro del tanque séptico (fondo), el lodo se asienta en el fondo del efluente líquido. Las bacterias anaerobias digieren los lodos. La suciedad flota en la parte superior del efluente, y el aire por encima de ella se llama espacio de cabeza. Dos puertos de inspección se extienden por encima del tanque séptico, que está enterrado bajo tierra. También es accesible a través de una boca de inspección. El efluente sale de la salida hacia el campo de drenaje, el cual contiene tuberías (laterales) con pequeños agujeros en ellas. El efluente se libera y puede infiltrarse en el suelo y ser purificado adicionalmente por bacterias. Imagen de United States Geological Survey (dominio público).

    Abordar el tratamiento del agua

    Para muchos países en desarrollo, la ayuda financiera es necesaria para construir instalaciones adecuadas de tratamiento de aguas residuales. La Organización Mundial de la Salud estima un ahorro estimado de costos de al menos 5 dólares por cada dólar invertido en suministro de agua potable y saneamiento. El ahorro de costos proviene del ahorro en el cuidado de la salud, ganancias en la productividad laboral y escolar, y muertes prevenidas. Las técnicas simples y económicas para tratar el agua en el hogar incluyen la cloración, los filtros y la desinfección solar. Otra alternativa es utilizar la tecnología de humedales construidos (marismas construidas para tratar el agua contaminada), que es más simple y económica que una planta convencional de tratamiento de aguas residuales.

    Atribuciones

    Modificado por Melissa Ha de las siguientes fuentes:

    This page titled 20.1.2: Tratamiento de Agua is shared under a CC BY-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Melissa Ha and Rachel Schleiger (ASCCC Open Educational Resources Initiative) .