1.1: Revisión de Tratamiento Convencional
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- Describir la diferencia entre aguas residuales, aguas pluviales y sistemas combinados de recolección
- Comprender el proceso general de tratamiento de aguas residuales
- Comparar y contrastar las diferentes etapas del tratamiento de aguas residuales
Recogida de aguas residuales
El sistema de recolección de aguas residuales es la red de tuberías que transportan las aguas residuales de los hogares y negocios a una instalación de tratamiento de aguas residuales. Cada cliente tendrá un lateral conectado a las líneas principales de alcantarillado. Para evitar que el sedimento se asiente en el sistema de recolección y provoque un bloqueo, la tubería se inclina para asegurar una velocidad de 2 pies/seg. La mayoría del sistema utilizará la pendiente de la tubería y la gravedad para que el agua viaje cuesta abajo. Sin embargo, eso no siempre es factible y cuando sea necesario se instalará una estación elevadora. La estación de elevación está compuesta por un pozo húmedo donde se recogen las aguas residuales y bombea el agua a una elevación más alta donde luego puede reanudar el flujo por gravedad. La porción de la tubería de presión que está conectada a la estación de elevación se llama fuerza principal. La fuerza principal siempre está bajo presión y las aguas residuales llenan completamente la tubería. Donde una alcantarilla por gravedad tiene una presión mínima y en condiciones normales solo alrededor de ⅓ de la tubería se llena de aguas residuales.
Hay tres tipos diferentes de sistemas de alcantarillado; sanitarios, pluviales y combinados. Los sistemas de alcantarillado sanitario solo transportan aguas residuales derivadas de fuentes sanitarias. Esto incluye aguas residuales de inodoros domésticos, regaderas y lavavajillas, así como fuentes industriales de aguas residuales de procesos de fabricación. Las alcantarillas sanitarias difieren de las alcantarillas pluviales en que contienen materia fecal de desechos humanos. Es primordial que estos desechos sean transportados a una instalación de tratamiento de aguas residuales para que puedan ser removidos y estabilizados para proteger la salud pública y el medio ambiente.
Las alcantarillas pluviales son una red de tuberías que recogen solo la escorrentía de aguas pluviales y dirigen el flujo a una masa de agua cercana o al océano. Si bien las aguas pluviales sí tienen una conexión directa con los desechos humanos o animales, se consideran menos dañinas y pueden descargarse sin tratamiento. Sin embargo, es importante entender que las aguas pluviales no son de ninguna manera “agua dulce”. Las aguas pluviales pueden tener grandes cantidades de basura, material vegetal, grava limo, aceite y grasa. Incluso hay cantidades bastante altas de bacterias dañinas de los desechos animales. La teoría es que durante los eventos de tormenta hay una cantidad significativa de agua que fluye a través de estos sistemas que estos contaminantes se diluyen y no están tan concentrados. Esta teoría se cuestiona constantemente y las aguas pluviales ahora se ven como otra fuente de agua que puede ser tratada e incluso reutilizada beneficiosamente.
Una alcantarilla combinada es una red de tuberías que transporta tanto desechos sanitarios como aguas pluviales. Esto puede ser beneficioso durante los flujos de clima seco donde hay un mínimo de aguas pluviales. Las aguas pluviales que sí existen se envían a una instalación de tratamiento de aguas residuales donde los contaminantes dañinos se eliminan antes de su descarga a una masa de agua. Sin embargo, los sistemas combinados de alcantarillado pueden verse abrumados durante los eventos de tormenta. Los sistemas que tienen infraestructura más antigua que no se ha actualizado para hacer frente a poblaciones más grandes y eventos de tormenta son especialmente vulnerables. Cuando esto sucede, en lugar de que solo se envíen aguas pluviales diluidas a una masa de agua, también se descargan aguas residuales que contienen altas cantidades de materia fecal de la alcantarilla sanitaria. Esto puede provocar una mayor contaminación en la masa de agua.
Tratamiento Preliminar
El tratamiento preliminar es el primer paso en el tratamiento de aguas residuales crudas. Cuando las aguas residuales ingresan por primera vez a las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, hay muchos materiales molestos que han encontrado su camino en el sistema de recolección. Artículos como trapos grandes, botellas, ramas de árboles y muchos otros artículos molestos se pueden encontrar en el afluente a la instalación de tratamiento. Estos artículos grandes pueden causar daños a las bombas aguas abajo, ocupar un valioso espacio en los tanques de sedimentación y pueden ser peligrosos para otros equipos mecánicos necesarios en el proceso de tratamiento. Entonces, el primer paso, o preliminar, es eliminar estos artículos grandes.
Los métodos utilizados en el tratamiento preliminar incluyen tamizaje, comulgación y remoción de grano. Una instalación de tratamiento de aguas residuales puede usar uno o todos estos métodos para manejar los artículos grandes que pueden ingresar a la instalación de tratamiento. Las pantallas de barras son capaces de eliminar elementos que son más grandes que el espacio entre las barras. Por ejemplo, una pantalla de barra de ¾” contendrá cualquier residuo que sea mayor de ¾” y cualquier cosa más pequeña pasará a través de ella. Los artículos comunes que se eliminan en esta etapa de tratamiento preliminar son trapos, raíces, rocas y agregados grandes, botellas, latas y muchos otros objetos grandes que pueden ingresar al sistema de recolección de aguas residuales.
Una alternativa para cribar estos grandes elementos de escombros es triturarlos o triturarlos. Un triturador es un dispositivo que se encuentra dentro del canal donde las aguas residuales fluyen hacia la instalación de tratamiento. El triturador molerá los elementos de escombros grandes, convirtiéndolos en artículos más pequeños. Los comunistas están diseñados para producir un tamaño sólido de cierto diámetro. Al romper los escombros en diámetros más pequeños, las bombas y equipos aguas abajo no se verán tan afectados.
Los sólidos inorgánicos más pequeños, como posos de café, cáscaras de huevo, arena, limo y grava, se denominan colectivamente granos. El grano debe ser removido porque causará un desgaste excesivo en los equipos de la planta como el impulsor de una bomba. Además, este material inorgánico puede asentarse en el proceso de tratamiento posterior y ocupar un valioso espacio en tanques, lo que disminuye la eficiencia de la planta y puede inhibir el tratamiento posterior. Si bien la mayoría de los materiales arenosos son inorgánicos, los sólidos orgánicos grandes como los granos de maíz y otros desechos de alimentos también pueden eliminarse. Existen varios métodos para eliminar la arena. Un método común es una cámara de arena aireada. Las cámaras de grano aireado tendrán aire canalizado a los difusores en la parte inferior del tanque. La adición de aire en el tanque crea una acción rodante de sólidos que ayuda a mantener los sólidos orgánicos más ligeros en suspensión mientras que el material de grano más pesado se dirige al fondo del tanque. En las cámaras de grano aireado, la cantidad de aire enviado a la cámara es un parámetro crítico de funcionamiento. Si se suministra demasiado aire, entonces el material de grano permanecerá en suspensión y no se eliminará. Si no se suministra suficiente aire, entonces el material orgánico más ligero puede asentarse.
Tratamiento Primario
El objetivo principal de la sedimentación es eliminar los sólidos sedimentables. Un tanque de sedimentación primaria bien operado puede eliminar alrededor del 90% - 95% de los sólidos sedimentables. También habrá una reducción en el total de sólidos suspendidos y una ligera reducción en DBO 5. El proceso de sedimentación funciona porque estos sólidos son más pesados, en relación con las aguas residuales, y por lo tanto, se asentarán en el fondo del tanque. Otro fenómeno que ocurre en el proceso de sedimentación es que a medida que los sólidos se recogen en el fondo del tanque, el peso de los sólidos comienza a compactarse y comprimirse. Esto hace que los sólidos se espesen y tengan un contenido de agua ligeramente menor. El tiempo de detención, o el tiempo que las aguas residuales tardan en viajar a través del tanque, es un parámetro crítico de diseño de los tanques de sedimentación primaria. Se necesita tiempo suficiente para permitir que los sólidos se asienten pero no tanto tiempo para que los sólidos comiencen a descomponerse. La descomposición hará que se formen burbujas de gas que pueden dificultar la sedimentación de los sólidos y crear malos olores.
Los tanques de sedimentación primaria pueden ser circulares o rectangulares. Independientemente de la configuración, los tanques tendrán componentes similares. En la estructura de entrada donde las aguas residuales ingresan al tanque, la velocidad suele ser alta para evitar que los sólidos se depositen en la red de tuberías, ya que las aguas residuales provienen del proceso unitario preliminar al tanque primario. Una vez en el tanque primario, la velocidad debe ser ralentizada. Para lograr esto habrá algún tipo de difusor en el extremo de entrada que redireccionará el flujo y evitará cortocircuitos. Las dimensiones del tanque de sedimentación primario deben ser capaces de acomodar el flujo de aguas residuales pero también deben reducir la velocidad.
Además de la sedimentación de sólidos, los tanques primarios también eliminarán los flotadores. Por lo general, estos flotadores se clasifican como grasas, aceites y grasas (FOG). Un tanque primario rectangular tendrá vuelos que abarcan el ancho del tanque. Están conectados por una cadena que es accionada por motor para moverse lentamente con el flujo de aguas residuales. Los vuelos proporcionan varias funciones. Evitan cortocircuitos de material en la superficie, transportan el FOG en la superficie a un canal de recolección al final del tanque, y transportan los sólidos sedimentados a una tolva al inicio del tanque. Los tanques circulares tienen un mecanismo similar llamado brazo oscilante que proporciona las mismas funciones.
Una vez que los sólidos se han asentado al fondo del tanque, se transportan a una tolva en el tanque. Los tanques circulares suelen estar conados en la parte inferior, por lo que los sólidos se construyen en el centro. Los tanques rectangulares tienen una tolva en la parte delantera del tanque y los vuelos transportan los sólidos allí. Los sólidos deben ser retirados del tanque periódicamente para que no causen condiciones adversas. Hay materia orgánica en los sólidos y si comienza a descomponerse, creará malos olores y burbujas de gas que impedirán que otros sólidos se asienten. Normalmente, las aguas residuales entrantes son alrededor de 1% de sólidos. Debido al proceso de sedimentación, la concentración de porcentaje de sólidos en los tanques de sedimentación aumenta a alrededor de 4% a 8%. Debido a las altas cantidades de sólidos, no se puede usar una bomba estándar. En cambio, se usan comúnmente bombas especiales que incluyen una bomba de tipo cavidad progresiva o una bomba de estador/rotor.
Tratamiento Secundario
Los métodos de tratamiento secundario generalmente involucraron alguna forma de tratamiento biológico para reducir aún más la cantidad de DBO 5. Los filtros de goteo y las plantas de tratamiento de lodos activados utilizarán un clarificador secundario para separar las aguas residuales tratadas de los microorganismos de la etapa de tratamiento biológico.
Un componente clave de un filtro de goteo es la recirculación del efluente clarificado de vuelta al filtro de goteo. El agua de los clarificadores secundarios ya ha pasado por el proceso de tratamiento biológico del filtro de goteo y tiene una menor cantidad de DBO 5. Al recircular esta agua tratada con las aguas residuales entrantes, diluirá el DBO entrante 5. La recirculación también podrá controlar el nivel de oxígeno disuelto en los filtros de goteo.
Un clarificador secundario es también un componente clave del sistema de lodos activados. No sólo separa los microorganismos de las aguas residuales ahora tratadas, sino que también los concentrará a través del proceso de sedimentación. Un clarificador secundario funciona exactamente como se discutió anteriormente en la sedimentación primaria. La única diferencia es que en un tanque de sedimentación primaria el objetivo principal es eliminar los sólidos no deseados. En un tanque de sedimentación secundario, el objetivo es concentrar los sólidos suspendidos de licor mixto (MLSS) para que pueda ser devuelto a los tanques de aireación.