1.3: Tratamiento Terciario
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- Explicar qué características de calidad del agua se pretende eliminar el tratamiento terciario
- Describir la curva de cloración del punto de interrupción
- Entender cómo la mezcla de amoníaco y cloro crea cloraminas
- Comparar diferentes métodos de desinfección de aguas residuales
Filtración
Después de que las aguas residuales salen de los clarificadores secundarios, la filtración se usa comúnmente para eliminar las partículas finas que fueron transportadas en el clarificador. Los métodos de filtración convencionales utilizan arena y carbón antracita para filtrar las aguas residuales tratadas. La arena y el carbón antracita se conocen como medios. El proceso de filtración funciona por gravedad. Si es necesario, el agua se bombeará a una elevación mayor, entonces la gravedad forzará al agua a través de los medios. Los medios crean pequeños huecos entre los granos de arena y carbón. Estos vacíos son lo suficientemente pequeños como para que las moléculas de agua pasen a través pero los sólidos quedarán atrapados. Debajo del medio, hay un sistema de drenaje inferior que recogerá el agua tratada y la transportará al siguiente proceso de tratamiento. Eventualmente, los medios se obstruirán con sólidos y deberán ser lavados a contracorriente. Durante un ciclo de retrolavado, el filtro se aísla por lo que el agua entra en el filtro. Luego se canaliza aire al filtro que agita el medio y separa los sólidos de los medios. Luego se apaga el aire y se bombea agua desde el fondo del tanque y se dirige hacia un desagüe de retrolavado. El medio es típicamente más pesado que los sólidos que se eliminan, por lo que los medios se depositarán de nuevo en el fondo del filtro mientras los sólidos se transportan con el agua al drenaje de retrolavado. Cuando se completa el ciclo de retrolavado, el filtro se vuelve a poner en línea.
Los métodos de filtración más avanzados incluyen la filtración por membrana como la microfiltración y la ósmosis inversa. Estos métodos de filtración funcionan de manera similar a los filtros de arena pero son capaces de filtrar tamaños más pequeños. Las membranas están fabricadas y pueden tener poros muy pequeños. La filtración por membrana es capaz de eliminar contaminantes como arsénico, amianto, atrazina, fluoruro, plomo, mercurio, nitrato, radio, benceno y otros productos químicos no deseados. Con los microagujeros muy pequeños en la membrana, la gravedad no proporciona suficiente presión para forzar el agua a través de la membrana. Por lo tanto, el agua se bombea a través del sistema de filtración por membrana lo que aumenta la presión.
Desinfección
La desinfección es un paso crítico de tratamiento para garantizar que la instalación de tratamiento de aguas residuales esté protegiendo la salud pública y el medio ambiente. Los organismos patógenos, como E. coli, Vibrio cholerae y Salmonella, pueden propagar enfermedades a la vida acuática y a los humanos. Hay otras bacterias, microorganismos y virus que pueden estar presentes en las aguas residuales. El proceso de desinfección limitará la presencia de patógenos. Es importante señalar que el proceso de desinfección no es lo mismo que la esterilización. La esterilización eliminará todas las bacterias pero tiene un costo extremadamente alto que no es económico considerando el volumen de aguas residuales que deben tratarse. Sin embargo, la desinfección sigue siendo altamente efectiva para limitar los patógenos a un nivel aceptable para proteger la salud pública y el medio ambiente.
Cloración y Cloraminación
El cloro es la forma más común de desinfectante en los Estados Unidos y ha estado en uso durante más de cien años en la industria del agua y las aguas residuales. El cloro está disponible comercialmente como cloro gaseoso o en forma líquida como hipoclorito de sodio. El cloro gaseoso es más puro, por lo que se necesita menos gas para la desinfección. Sin embargo, debido a la alta pureza, el cloro gaseoso puede ser muy peligroso de evitar. Las instalaciones de tratamiento que utilizan cloro gaseoso deben cumplir con rigurosas normas de capacitación en seguridad y compras. El hipoclorito de sodio se vende comúnmente con una concentración de cloro de 12.5%. Se deben seguir tomando precauciones de seguridad al manipular hipoclorito de sodio, pero es mucho más seguro y más fácil de trabajar que el cloro gaseoso.
La cloración funciona debido a que el cloro es altamente reactivo. Cuando se agrega cloro a las aguas residuales, comienza a reaccionar con todos los productos químicos y materia orgánica en las aguas residuales. Esto se conoce como demanda. Una vez satisfecha la demanda de cloro, el cloro extra agregado comenzará a reaccionar con el agua creando ácido hipocloroso y clorhídrico. Se crearán ambos químicos y la cantidad de cada uno dependerá del pH del agua.
El ácido hipocloroso es más eficiente en la desinfección y es más prominente a valores de pH más bajos. Las aguas residuales típicas tienen un pH de alrededor de 6.5 - 7.5 y el hipocloroso es el ácido predominante. Si el pH está por encima de 7.5, las instalaciones de tratamiento pueden considerar agregar químicos para reducir el pH y aumentar la eficacia de la desinfección. Cuando se opera la cloración de esta manera se llama cloro libre. Se ha agregado suficiente cloro para satisfacer la demanda y el residuo se mide como cloro libre. El cloro libre es altamente reactivo y es un desinfectante fuerte. Debido a que es altamente reactivo, el residuo no persiste por mucho tiempo.
Una alternativa a la cloración es la cloraminación. La cloraminación es un compuesto combinado de cloro y se crea mezclando cloro y amoníaco. Dependiendo de la proporción de cloro a amoníaco, las cloraminas creadas son monocloramina, dicloramina y tricloramina. La monocloramina es la forma deseada ya que proporciona un mejor desinfectante. Una relación de cinco partes de cloro a una parte de amoníaco típicamente dará monocloramina. La cloraminación proporciona algunos beneficios a la cloración. Se usa menos cloro ya que no se tiene que satisfacer toda la demanda. El cloro libre tiene el potencial de crear subproductos de desinfección. Dado que la cloraminación no es tan reactiva, hay menos posibilidades de crear subproductos de desinfección. Una desventaja de la cloraminación es que, al no ser tan reactivo como el cloro libre, lleva más tiempo lograr el mismo nivel de desinfección que el cloro libre.
La relación entre las diferentes cloraminas y el cloro libre se entiende mejor examinando la curva de cloración del punto de interrupción.
En la primera parte de la curva de punto de interrupción, se aplica cloro pero no se ve ningún residuo. Esto se debe a que existe un exceso de demanda de materia orgánica y otros productos químicos. Una vez satisfecha esa demanda inicial, se aplica más cloro y se forma un residuo combinado. En esta segunda zona, el amoníaco comienza a reaccionar con el cloro para crear cloraminas. En esta etapa temprana, la monocloramina es la forma predominante. Si la planta de tratamiento está utilizando cloraminación, entonces se agregará amoníaco para permanecer a propósito en esta zona. A medida que se aplica más cloro, aumenta la relación de cloro a amoníaco. En la tercera zona, el cloro residual disminuirá a medida que el cloro extra reacciona más con el amoníaco creando dicloramina y tricloramina. Una vez que el cloro ha reaccionado con todo el amoníaco, alcanza un punto de ruptura. Después del punto de interrupción, solo hay disponible cloro libre.
Descloración
Una vez que las aguas residuales han sido debidamente desinfectadas, el cloro residual debe ser neutralizado. El cloro puede ser perjudicial para la vida acuática y el medio ambiente. Dado que la mayoría de las aguas residuales se descargan en una masa de agua, debe ser desclorada. Hay dos químicos comunes utilizados para la descloración, el dióxido de azufre y el bisulfito de sodio. El dióxido de azufre está disponible en su forma gaseosa y tiene muchos de los mismos requisitos de equipamiento y normas de seguridad que el cloro gaseoso. Por lo tanto, si una planta de tratamiento utiliza cloro gaseoso para la desinfección, lo más probable es que esté usando dióxido de azufre para la descloración. El bisulfito de sodio está disponible en su forma líquida y se usa comúnmente en instalaciones de tratamiento que utilizan hipoclorito de sodio para la desinfección.
Desinfección UV
El cloro no es el único método que se puede utilizar para desinfectar patógenos en aguas residuales. La luz ultravioleta (UV) se está convirtiendo en una alternativa popular. La desinfección UV es un proceso físico más que un proceso químico, como la cloración y la cloraminación. Debido a que no se utilizan productos químicos, no hay ningún efecto residual que pueda ser perjudicial para la salud pública y el medio ambiente. La desinfección UV funciona por la intensidad de la luz UV que altera las paredes celulares de los patógenos. Debido a que la luz necesita entrar en contacto con las bacterias, es crítico que la turbidez del agua que se está desinfectando sea baja. Si hay demasiada turbidez en las aguas residuales, los patógenos serán protegidos por el material causando la alta turbidez.
Ozonación
La ozonización es más utilizada en Europa y Asia. El ozono es tres moléculas de oxígeno unidas entre sí, O 3. El ozono es altamente reactivo y debe generarse in situ y mezclarse directamente con las aguas residuales que se desinfectan. El ozono se produce tomando oxígeno atmosférico, O 2, y usando electricidad para romper el enlace entre las dos moléculas de oxígeno. Las moléculas de oxígeno individuales se combinan luego con las moléculas de O 2 existentes para crear O 3. Cuando el O 3 reacciona con las aguas residuales creará peróxido de hidrógeno (H 2 O 2) e hidroxilo (OH). Estos compuestos son altamente reactivos y desinfectarán los organismos patógenos en las aguas residuales.