14.7: Tratamiento de Aguas Residuales
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- Explicar los principales pasos en el tratamiento de aguas residuales.
- Enumere los diferentes usos del agua recuperada.
Las aguas residuales y las aguas residuales se tratan en tres fases: primaria (remoción de sólidos), secundaria (descomposición bacteriana) y terciaria (filtración extra).
Las aguas residuales son generadas por establecimientos residenciales e industriales. Incluye desechos domésticos líquidos de inodoros, baños, regaderas, cocinas, lavabos, etc. que se eliminan a través de alcantarillas. En muchas áreas, las aguas residuales también incluyen desechos líquidos de la industria y el comercio. La separación y drenaje de los desechos domésticos en aguas grises y negras es cada vez más común en el mundo desarrollado. El agua gris es agua generada a partir de actividades domésticas como lavandería, lavado de platos y baño, y se puede reutilizar más fácilmente. Blackwater proviene de inodoros y contiene desechos humanos.
Figura \(\PageIndex{1}\)Diagrama del Proceso de Tratamiento de Aguas Residuales: Aguas residuales pasan por tratamiento primario, secundario y terciario.
Tratamiento Primario
En el tratamiento primario, las aguas residuales se almacenan en una cuenca donde los sólidos (lodos) pueden asentarse en el fondo y el petróleo y las sustancias más ligeras pueden subir a la parte superior. Estas capas son luego retiradas y luego el líquido restante puede ser enviado a un tratamiento secundario. Los lodos de aguas residuales se tratan en un proceso separado llamado digestión de lodos.
Tratamiento Secundario
El tratamiento secundario elimina la materia biológica disuelta y suspendida, a menudo utilizando microorganismos en un ambiente controlado. La mayoría de los sistemas de tratamiento secundario utilizan bacterias aeróbicas, que consumen los componentes orgánicos de las aguas residuales (azúcar, grasa, etc.). Algunos sistemas utilizan sistemas de película fija, donde las bacterias crecen en los filtros, y el agua pasa a través de ellos. Los sistemas de crecimiento suspendido utilizan lodos “activados”, donde las bacterias en descomposición se mezclan directamente en las aguas residuales. Debido a que el oxígeno es crítico para el crecimiento bacteriano, las aguas residuales a menudo se mezclan con aire para facilitar la descomposición.
Tratamiento Terciario
El tratamiento terciario (a veces llamado “pulido de efluentes”) se utiliza para limpiar aún más el agua cuando se está descargando a un ecosistema sensible.
Se pueden utilizar varios métodos para desinfectar y purificar las aguas residuales más allá del tratamiento primario y secundario.
La filtración de arena, donde el agua pasa a través de un filtro de arena, se puede utilizar para eliminar la materia particulada.
Las aguas residuales aún pueden tener altos niveles de nutrientes como nitrógeno y fósforo. Estos pueden alterar el equilibrio nutrimental de los ecosistemas acuáticos y causar floraciones de algas y un crecimiento excesivo de malezas. El fósforo se puede eliminar biológicamente en un proceso llamado eliminación biológica mejorada del fósforo. En este proceso, bacterias específicas, llamadas polifosfato, acumulan organismos que almacenan fosfato en su tejido. Cuando la biomasa acumulada en estas bacterias se separa del agua tratada, estos biosólidos tienen un alto valor fertilizante. El nitrógeno también se puede eliminar usando bacterias nitrificantes.
La laguna es otro método para eliminar nutrientes y desechos de las aguas residuales. El agua se almacena en una laguna y las plantas nativas, bacterias, algas y pequeños zooplancton filtran nutrientes y pequeñas partículas del agua.
El tratamiento por carbón activado se debe principalmente a la adsorción o absorción. Cuando una especie química se adhiere a la superficie de un sólido, es una adsorción. Cuando se forman enlaces químicos parciales entre especies adsorbidas o cuando el absorbido entra en los canales de los sólidos, lo llamamos absorción. No obstante, estos dos términos suelen utilizarse para significar lo mismo, porque distinguir uno del tipo del otro es muy difícil.
La aplicación de carbón activado para la eliminación de orden y sabor indeseables en el agua potable ha sido reconocida en los albores de la civilización. El uso de carbón óseo y vegetación carbonizada, grava y arena para la filtración de agua para aplicaciones domésticas se ha practicado desde hace miles de años. El carbón vegetal absorbe muchas sustancias, que van desde partículas orgánicas coloreadas hasta iones metálicos inorgánicos. El carbón vegetal se ha utilizado para eliminar el color del azúcar en bruto de diversas fuentes.
La filtración es el proceso de eliminación de sólidos de un fluido pasándolo a través de un medio poroso. Se han utilizado medios porosos gruesos, medianos y finos según los requerimientos. Los medios filtrantes son membranas artificiales, redes, filtros de arena y sistemas de filtro de alta tecnología. La elección de los filtros depende de la velocidad de filtrado requerida y del requisito de limpieza. El flujo requerido para la filtración se puede lograr mediante gravedad o presión. En la filtración a presión, un lado del medio filtrante está a mayor presión que el del otro para que el plano del filtro tenga una caída de presión. Alguna porción de este tipo de filtro debe estar encerrada en un contenedor.
Cuando un compartimento que contiene una solución diluida se conecta a otro compartimento que contiene una solución concentrada mediante una membrana semipermeable, las moléculas de agua se mueven de la solución diluida a la solución concentrada. Este fenómeno se llama ósmosis. Al aplicar presión en la solución de mayor concentración, las moléculas de agua migran de una solución de alta concentración a una solución de baja concentración a través de una membrana semipermeable. Este método se llama sistema de filtro de agua de ósmosis inversa. En esta técnica, la membrana debe ser capaz de tolerar la alta presión, y evitar que las moléculas de soluto pasen a través. Esta tecnología ciertamente funciona, y se ha utilizado para convertir el agua salada (oceánica o marina) en agua dulce. Con esta técnica, se descarga el agua con mayor concentración. Por lo tanto, esta tecnología es costosa en regiones donde el costo del agua es alto.
Digestión de lodos
Los lodos de aguas residuales raspados del fondo del tanque de sedimentación durante el tratamiento primario se tratan por separado de las aguas residuales. Los lodos se pueden eliminar de varias maneras. Primero, se puede digerir con bacterias; la digestión bacteriana a veces puede producir biogás metano, que puede ser utilizado para generar electricidad. Los lodos también pueden ser incinerados, condensados, calentados para desinfectarlos y reutilizarse como fertilizante.
Usos de las Aguas Residuales Reclamadas
La recuperación de agua (también llamada reutilización de aguas residuales) es el proceso de convertir las aguas residuales en agua que se puede reutilizar para otros fines. La reutilización puede incluir el riego de jardines y campos agrícolas o la reposición de aguas superficiales y subterráneas (es decir, recarga de agua subterránea). El agua reutilizada también puede estar dirigida a satisfacer ciertas necesidades en residencias (por ejemplo, descarga de inodoros), negocios e industria, e incluso podría tratarse para alcanzar los estándares de agua potable. Esta última opción se denomina ya sea “reutilización potable directa” o “reutilización potable indirecta”, dependiendo del enfoque utilizado.
La recuperación de agua para aplicaciones de reutilización en lugar de usar suministros de agua dulce puede ser una medida de ahorro de agua. Cuando el agua utilizada finalmente se descarga de nuevo a fuentes naturales de agua, aún puede tener beneficios para los ecosistemas, mejorando el flujo de corriente, nutriendo la vida de las plantas y recargando acuíferos, como parte del ciclo natural del agua.
La reutilización de aguas residuales es una práctica de larga data utilizada para el riego, especialmente en los países áridos. La reutilización de las aguas residuales como parte de la gestión sostenible del agua permite que el agua permanezca como fuente alternativa para las actividades humanas. Esto puede reducir la escasez y aliviar las presiones sobre las aguas subterráneas y otros cuerpos de agua naturales. Otro aspecto potencialmente positivo es el contenido de nutrientes en las aguas residuales, lo que podría reducir la necesidad de otros fertilizantes.
Los inconvenientes o riesgos que a menudo se mencionan incluyen el contenido de sustancias potencialmente dañinas como bacterias, metales pesados o contaminantes orgánicos (incluidos productos farmacéuticos, productos de cuidado personal y pesticidas). El riego con aguas residuales puede tener efectos tanto positivos como negativos sobre el suelo y las plantas, dependiendo de la composición de las aguas residuales y de las características del suelo o planta.
La mayoría de los usos de la recuperación de agua son usos no potables como lavado de autos, inodoros de descarga, agua de refrigeración para centrales eléctricas, mezcla de concreto, lagos artificiales, riego para campos de golf y parques públicos, y para fracturación hidráulica. Cuando corresponda, los sistemas ejecutan un sistema de tuberías dobles para mantener el agua reciclada separada del agua potable.
A continuación se muestran las principales aplicaciones de agua recuperada en el mundo:
| Categorías de uso | Usos |
|---|---|
| Usos urbanos | Riego de parques públicos, instalaciones deportivas, jardines privados, bordes de carreteras; Limpieza viaria; Sistemas de protección contra incendios; Lavado de vehículos; Lavado de inodoros; Aires acondicionados; Control de polvo. |
| Usos agrícolas | Cultivos alimentarios no procesados comercialmente; Cultivos alimentarios procesados comercialmente; Pastos para ordeñar animales; Forraje; Fibra; Cultivos de semillas; Flores ornamentales; Huertos; Cultivo hidropónico; Acuacultura; Invernaderos; Viticultura. |
| Usos industriales | Agua de procesamiento; Agua de enfriamiento; Torres de enfriamiento de recirculación; Agua de lavado; Agregados de lavado; Fabricación de concreto; Compactación de suelos; Control de polvo. |
| Usos recreativos | Riego de campos de golf; Embalses recreativos con/sin acceso público (ej. pesca, navegación, baño); Embalses estéticos sin acceso público; Producción de nieve. |
| Usos ambientales | Recarga acuífero; Humedales; Marismas; Aumento de arroyos; Hábitat de vida silvestre; Silvicultura. |
| Usos potables | Recarga acuífero para uso de agua potable; Aumento de suministros superficiales de agua potable; Tratamiento hasta la calidad del agua potable. |
Si es lo suficientemente bueno para los astronautas...
Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional beben orina recuperada. (Crédito: NASA)
En el espacio exterior, como en la Estación Espacial Internacional, el agua tiene un precio elevado y no hay que desperdiciar una gota. Los astronautas a bordo de la estación deben beber agua reciclada. El agua de la humedad en el aire se condensa y se usa como agua potable, ¡pero los astronautas estadounidenses también beben orina reciclada! Se puede imaginar que la orina, que por supuesto es casi toda agua, pasaría por un riguroso proceso de purificación, pero esto solo demuestra si existe la necesidad, que la misma agua puede servir para fines valiosos una y otra vez.
Resumen
- El tratamiento de aguas residuales es un proceso que se utiliza para eliminarlo o convertirlo en un proceso que pueda ser devuelto al mínimo impacto en el medio ambiente, o reutilizado directamente.
- En una planta de tratamiento de aguas residuales las aguas residuales o aguas residuales se someten a tratamientos primarios, secundarios, así como terciarios dependiendo del uso final.
- La mayoría de los usos de la recuperación de agua son usos no potables como lavado de autos, inodoros con descarga, agua de refrigeración para centrales eléctricas, mezcla de concreto, lagos artificiales, riego para campos de golf y parques públicos, y para fracturación hidráulica
Colaboradores y Atribuciones
- Libretexts: Microbioloy (Boundless)
- USGS
Chung (Peter) Chieh (Chemistry, University of Waterloo)
- Wikipedia