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Tratamiento de aguas residuales

Planta de tratamiento de aguas residuales (un tipo de planta de tratamiento de aguas residuales) en La Crosse, Wisconsin. El tratamiento de aguas residuales es un proceso que el...

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Planta de tratamiento de aguas residuales (un tipo de planta de tratamiento de aguas residuales) en La Crosse, Wisconsin.

El tratamiento de aguas residuales es un proceso que elimina los contaminantes de las aguas residuales . El efluente resultante , descargado en un cuerpo de agua, tiene un impacto ambiental aceptable. [ 1 ] Las aguas residuales domésticas, también llamadas aguas residuales municipales o aguas negras , se procesan en una planta de tratamiento de aguas residuales . Las aguas residuales industriales a menudo se procesan en una instalación de tratamiento de aguas residuales industriales especialmente diseñada , [ 2 ] o en una planta de tratamiento de aguas residuales. En este último caso, la industria generalmente realiza un pretratamiento in situ de los residuos, antes de enviarlos a la planta municipal. Otros tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas y plantas de tratamiento de lixiviados .

El término "tratamiento de aguas residuales" se usa a menudo para referirse al " tratamiento de aguas residuales ". [ 3 ]

Los procesos comunes en el tratamiento de aguas residuales incluyen la separación de fases , como la sedimentación, diversos procesos biológicos y químicos, como la oxidación, y el pulido. El principal subproducto de las plantas de tratamiento de aguas residuales es un tipo de lodo que generalmente se trata en la misma planta o en otra. [ 3 ] : Cap. 14 El biogás puede ser otro subproducto si el proceso utiliza tratamiento anaeróbico.

Las aguas residuales tratadas pueden reutilizarse como agua regenerada . [ 4 ] El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es que estas puedan eliminarse o reutilizarse de forma segura. Sin embargo, antes de tratarlas, deben considerarse las opciones de eliminación o reutilización para aplicar el proceso de tratamiento adecuado.

Tipos de plantas de tratamiento

Las plantas de tratamiento de aguas residuales se pueden clasificar según el tipo de aguas residuales que tratan. Existen numerosos procesos que se pueden utilizar para tratar las aguas residuales, dependiendo del tipo y el grado de contaminación. Las etapas del tratamiento incluyen procesos físicos, químicos y biológicos.

Los tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen:

Plantas de tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales es un tipo de tratamiento de aguas residuales que tiene como objetivo eliminar los contaminantes de las aguas residuales para producir un efluente apto para su descarga al medio ambiente circundante o para una aplicación de reutilización prevista, evitando así la contaminación del agua por descargas de aguas residuales sin tratar. [ 5 ] Las aguas residuales contienen aguas residuales de hogares y empresas y posiblemente aguas residuales industriales pretratadas . Hay una gran cantidad de procesos de tratamiento de aguas residuales para elegir. Estos pueden variar desde sistemas descentralizados (incluidos sistemas de tratamiento in situ) hasta grandes sistemas centralizados que involucran una red de tuberías y estaciones de bombeo (llamadas alcantarillado ) que transportan las aguas residuales a una planta de tratamiento. En las ciudades que tienen un alcantarillado combinado , las alcantarillas también transportarán la escorrentía urbana (agua pluvial) a la planta de tratamiento de aguas residuales. El tratamiento de aguas residuales generalmente comprende dos etapas principales, llamadas tratamiento primario y secundario , mientras que el tratamiento avanzado también incorpora una etapa de tratamiento terciario con procesos de pulido y eliminación de nutrientes. El tratamiento secundario puede reducir la materia orgánica (medida como demanda biológica de oxígeno ) de las aguas residuales mediante procesos biológicos aeróbicos o anaeróbicos. También se puede añadir una etapa de tratamiento cuaternario (a veces denominada tratamiento avanzado) para la eliminación de microcontaminantes orgánicos , como productos farmacéuticos. Esto se ha implementado a gran escala en Suecia. [ 6 ]

Se han desarrollado numerosas tecnologías de tratamiento de aguas residuales, principalmente mediante procesos biológicos. Los ingenieros de diseño y los responsables de la toma de decisiones deben considerar los criterios técnicos y económicos de cada alternativa al elegir una tecnología adecuada. [ 7 ] : 215 A menudo, los principales criterios de selección son la calidad deseada del efluente, los costos previstos de construcción y operación, la disponibilidad de terreno, los requisitos energéticos y los aspectos de sostenibilidad . En los países en desarrollo y en las zonas rurales con baja densidad de población, las aguas residuales suelen tratarse mediante diversos sistemas de saneamiento in situ y no se transportan por alcantarillado. Estos sistemas incluyen fosas sépticas conectadas a campos de drenaje , sistemas de tratamiento de aguas residuales in situ (OSS) y sistemas de vermifiltración . Por otro lado, las plantas de tratamiento de aguas residuales avanzadas y relativamente costosas pueden incluir un tratamiento terciario con desinfección y posiblemente incluso una cuarta etapa de tratamiento para eliminar microcontaminantes. [ 6 ]

A nivel mundial, se estima que el 52% de las aguas residuales reciben tratamiento. [ 8 ] Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales varían considerablemente entre los distintos países del mundo. Por ejemplo, mientras que los países de altos ingresos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales, los países en desarrollo tratan un promedio de tan solo el 4,2%. [ 8 ]

Tanque de aireación de un proceso de lodos activados en la planta de tratamiento de aguas residuales de Dresde-Kaditz, Alemania.

Plantas de tratamiento de aguas residuales industriales

Las aguas residuales procedentes de un proceso industrial pueden transformarse en una planta de tratamiento en sólidos y agua tratada para su reutilización.

El tratamiento de aguas residuales industriales describe los procesos utilizados para tratar las aguas residuales que producen las industrias como un subproducto indeseable. Después del tratamiento, las aguas residuales industriales tratadas (o efluentes) pueden reutilizarse o liberarse a un alcantarillado sanitario o a un agua superficial en el medio ambiente. Algunas instalaciones industriales generan aguas residuales que pueden tratarse en plantas de tratamiento de aguas residuales . La mayoría de los procesos industriales, como las refinerías de petróleo , las plantas químicas y petroquímicas tienen sus propias instalaciones especializadas para tratar sus aguas residuales de manera que las concentraciones de contaminantes en las aguas residuales tratadas cumplan con las regulaciones relativas a la eliminación de aguas residuales en alcantarillas o en ríos, lagos u océanos . [ 9 ] : 1412 Esto se aplica a las industrias que generan aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica (por ejemplo, aceite y grasa ), contaminantes tóxicos (por ejemplo, metales pesados, compuestos orgánicos volátiles ) o nutrientes como el amoníaco . [ 10 ] : 180 Algunas industrias instalan un sistema de pretratamiento para eliminar algunos contaminantes (por ejemplo, compuestos tóxicos) y luego descargan las aguas residuales parcialmente tratadas al sistema de alcantarillado municipal. [ 11 ] : 60

La mayoría de las industrias producen aguas residuales . Las tendencias recientes han sido minimizar dicha producción o reciclar las aguas residuales tratadas dentro del proceso de producción. Algunas industrias han tenido éxito en rediseñar sus procesos de fabricación para reducir o eliminar contaminantes. [ 12 ] Las fuentes de aguas residuales industriales incluyen la fabricación de baterías, la fabricación de productos químicos, las centrales eléctricas, la industria alimentaria , la industria del hierro y el acero, la metalurgia, las minas y canteras, la industria nuclear, la extracción de petróleo y gas , el refinado de petróleo y petroquímicos , la fabricación de productos farmacéuticos, la industria de la pulpa y el papel , las fundiciones, las fábricas textiles , la contaminación por petróleo industrial , el tratamiento de agua y la preservación de la madera . Los procesos de tratamiento incluyen el tratamiento de salmuera, la eliminación de sólidos (por ejemplo, precipitación química, filtración), la eliminación de aceites y grasas, la eliminación de materia orgánica biodegradable, la eliminación de otros compuestos orgánicos, la eliminación de ácidos y álcalis, y la eliminación de materiales tóxicos.

Plantas de tratamiento de aguas residuales agrícolas

Laguna anaeróbica para el tratamiento de residuos lácteos

El tratamiento de aguas residuales agrícolas es una práctica de gestión agrícola para controlar la contaminación proveniente de operaciones con animales confinados y de escorrentía superficial que puede estar contaminada por productos químicos u organismos en fertilizantes , pesticidas , purines animales , residuos de cultivos o agua de riego . El tratamiento de aguas residuales agrícolas es necesario para operaciones continuas con animales confinados, como la producción de leche y huevos. Puede realizarse en plantas que utilizan unidades de tratamiento mecanizadas similares a las que se utilizan para aguas residuales industriales . Cuando se dispone de terreno para estanques, balsas de sedimentación y lagunas facultativas pueden tener menores costos operativos para condiciones de uso estacional de los ciclos de cría o cosecha. [ 13 ] : 6–8 Los purines animales generalmente se tratan mediante contención en lagunas anaeróbicas antes de su eliminación por pulverización o aplicación por goteo en pastizales. A veces se utilizan humedales artificiales para facilitar el tratamiento de desechos animales.

La contaminación difusa incluye la escorrentía de sedimentos, la escorrentía de nutrientes y los pesticidas. La contaminación puntual incluye los desechos animales, el líquido de ensilaje, los desechos de las salas de ordeño (ganadería lechera), los desechos de matadero, el agua de lavado de vegetales y el agua utilizada para combatir incendios. Muchas granjas generan contaminación difusa por la escorrentía superficial que no se controla mediante una planta de tratamiento.

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 activado , tratamiento electroquímico que incluye electrocoagulación mediante diversas tecnologías patentadas y filtración por membrana de ósmosis inversa utilizando tecnología de módulos de tubos de disco. [ 14 ]

Procesos unitarios

Diagrama de una balsa típica de aireación superficial para el tratamiento de aguas residuales.

Los procesos unitarios involucrados en el tratamiento de aguas residuales incluyen procesos físicos como la sedimentación o flotación y procesos biológicos como la oxidación o el tratamiento anaeróbico. Algunas aguas residuales requieren métodos de tratamiento especializados. En su forma más simple, el tratamiento de 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 o biopelícula , que luego se sedimenta o separa, se produce un efluente de pureza creciente. [ 3 ] [ 15 ]

separación de fases

Los clarificadores se utilizan ampliamente para el tratamiento de aguas residuales.

La separación de fases transfiere las impurezas a una fase no acuosa . Esta separación puede ocurrir en puntos intermedios de una secuencia de tratamiento para eliminar los sólidos generados durante la oxidación o el pulido. La grasa y el aceite pueden recuperarse para su uso como combustible o para la saponificación . Los sólidos suelen requerir la deshidratación de los 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 eliminadas del agua. [ 16 ]

Tanque de sedimentación primaria de la planta de tratamiento de aguas residuales en Dresde-Kaditz, Alemania.

Sedimentación

Los sólidos como piedras , gravilla y arena pueden eliminarse de las aguas residuales por gravedad cuando las diferencias de densidad son suficientes para superar la dispersión por turbulencia . Esto se logra típicamente mediante un canal de arena diseñado para producir un caudal óptimo que permita que la arena se sedimente y que otros sólidos menos densos avancen a la siguiente etapa de tratamiento. La separación de sólidos por gravedad es el tratamiento primario de las aguas residuales , donde el proceso unitario se denomina "tanques de sedimentación primaria" o "tanques de sedimentación primaria". [ 17 ] También se utiliza ampliamente para el tratamiento de otros tipos de aguas residuales. Los sólidos más densos que el agua se acumulan en el fondo de las balsas de sedimentación. Los clarificadores más complejos también cuentan con desnatadores para eliminar simultáneamente la grasa flotante, como la espuma de jabón, y sólidos como plumas, astillas de madera o preservativos . Los contenedores como el separador de aceite y agua API están diseñados específicamente para separar líquidos no polares. [ 18 ] : 111–138

Procesos biológicos y químicos

Oxidación

La oxidación reduce la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales y puede desintoxicar algunas impurezas. El tratamiento secundario convierte los compuestos orgánicos en dióxido de carbono , agua y biosólidos mediante reacciones de oxidación y reducción. [ 19 ] La oxidación química se utiliza ampliamente para la desinfección. [ 20 ]

Oxidación bioquímica (tratamiento secundario)
Este pequeño clarificador secundario en una planta de tratamiento de aguas residuales rural es un mecanismo típico de separación de fases para eliminar los sólidos biológicos formados en un biorreactor de crecimiento en suspensión o de película fija.

El tratamiento secundario (principalmente tratamiento biológico de aguas residuales) es la eliminación de materia orgánica biodegradable (en solución o suspensión) de aguas residuales o tipos similares de aguas residuales . [ 21 ] : 11 El objetivo es lograr un cierto grado de calidad del efluente en una planta de tratamiento de aguas residuales adecuada para la opción de eliminación o reutilización prevista. Un paso de " tratamiento primario " a menudo precede al tratamiento secundario, en el que se utiliza la separación de fases física para eliminar los sólidos sedimentables . Durante el tratamiento secundario, se utilizan procesos biológicos para eliminar la materia orgánica disuelta y suspendida medida como demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Estos procesos son realizados por microorganismos en un proceso aeróbico o anaeróbico controlado según la tecnología de tratamiento . Las bacterias y los protozoos consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo, azúcares , grasas y moléculas de carbono orgánicas de cadena corta de desechos humanos, desechos de alimentos , jabones y detergentes) mientras se reproducen para formar células de sólidos biológicos. El tratamiento secundario se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales y también es aplicable a muchas aguas residuales agrícolas e industriales .

Oxidación química

Los procesos de oxidación avanzada se utilizan para eliminar algunos contaminantes orgánicos persistentes y concentraciones que quedan después de la oxidación bioquímica. [ 18 ] : 363–408 La desinfección por oxidación química mata 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 . [ 22 ]

Tratamiento anaeróbico

Los procesos de tratamiento anaeróbico de aguas residuales también se aplican ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales y lodos biológicos. El tratamiento anaeróbico se lleva a cabo en un reactor rectangular o cilíndrico, que contiene un medio de empaquetamiento poroso revestido con biopelícula o biomasa, que filtra los sólidos de las aguas residuales que ingresan. La biomasa interactúa con los compuestos orgánicos de las aguas residuales y los convierte en metano y luego en dióxido de carbono. La digestión anaeróbica de manto de lodos de flujo ascendente (UASB) sumerge el medio de empaquetamiento, mientras que la digestión de flujo descendente puede o no. [ 23 ] Existe una variante del proceso UASB llamada digestión de lecho de lodos granulares expandidos (EGSB) que mueve las aguas residuales más rápido a través del reactor. [ 24 ] Los procesos anaeróbicos producen biogás del 70-90%, y biomasa microbiana del 5-15%, de la materia orgánica de las aguas residuales; el resto no se descompone. Los procesos anaeróbicos son más baratos de instalar; requieren menos energía, nutrientes y tierra; Los procesos anaeróbicos generan gas metano y producen solo entre una quinta y una tercera parte de los subproductos sólidos que generan los procesos aeróbicos. Sin embargo, los procesos anaeróbicos no son eficaces para eliminar patógenos, nitrógeno y fósforo. Además, producen malos olores, requieren postratamiento y su puesta en marcha puede ser lenta. Muchos compuestos, como el amoníaco y el sulfuro , [ 25 ] pueden interrumpir los procesos anaeróbicos. [ 26 ]

Pulido

El pulido se refiere a los tratamientos realizados en etapas de tratamiento más avanzadas después de los métodos anteriores (también llamado tratamiento de "cuarta etapa"). Estos tratamientos también pueden usarse de forma independiente para algunas aguas residuales industriales. La reducción química o el ajuste del pH minimiza la reactividad química de las aguas residuales después de la oxidación química. [ 18 ] : 439 El filtrado de carbón elimina los contaminantes e impurezas restantes por adsorción química en 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.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Tratamiento de aguas residuales" . Enciclopedia Británica . 21 de noviembre de 2025.
  2. ↑ Mirzaeva, EN; Isaeva, NF; Yalgashev, E.Ya.; Turdiyeva, DP; Boymonov, RM "Preparación de adsorbentes para la extracción de metales pesados ​​de aguas residuales mineras" . Ciencia y Tecnología Minera (Rusia) . doi : 10.17073/2500-0632-2024-02-224 .
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Obras citadas

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