Experto en gestión medioambiental

Desinfección

El objetivo de la desinfección es el de conseguir la destrucción de los microorganismos que puedan causar enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios de transmisión de estas. Estos microorganismos pueden ser bacterias, virus, protozoos, etc.

La desinfección es un tratamiento imprescindible si el agua a tratar tiene como finalidad el consumo humano. Para las aguas residuales, si lo que se pretende es la reutilización de estas aguas, el objetivo no solo es la destrucción de microorganismos patógenos, sino de cualquier otro organismo vivo.

Para llevar a cabo el proceso de desinfección, se pueden utilizar diferentes tratamientos:

1 Tratamientos físicos: calor, radiación, filtración, etc.

2 Tratamientos químicos: agentes oxidantes, ácidos, bases, etc.

3 Tratamientos mecánicos: tamices, desarenadores, sedimentación, etc.

4 Tratamientos radiactivos: electromagnética, acústica, por partículas, etc.

Generalmente, los métodos más utilizados son los productos químicos oxidantes, como el cloro y alguno de sus derivados.

La utilización de desinfectantes no solo persigue la eliminación de microorganismos patógenos, sino que también evita la producción de subproductos indeseables de la desinfección y mantiene la calidad bacteriológica en la red de conducción.

Procesos electroquímicos

El proceso electroquímico de las aguas residuales consiste en la degradación oxidativa de compuestos químicos, haciendo pasar una corriente eléctrica a través del agua, que necesariamente ha de contener un electrolito.

Esta técnica se aplica para destruir los contaminantes por reacción química sobre la superficie de un electrodo y para electrogenerar un compuesto oxidante que destruya el contaminante.

Procesos biológicos

Tratamientos biológicos aerobios

Cultivos en suspensión

1 Fangos activados (lodos activados): el residuo orgánico se introduce en un reactor donde se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión, manteniendo un ambiente aerobio mediante el uso de difusores o aireadores mecánicos que facilitan el mezclado.

2 Lagunas aireadas: el proceso biológico se realiza en lagunas de grandes extensiones, en contacto con la atmósfera. Finalmente, ya sea por un tipo de tratamiento u otro, la mezcla de agua y fango se conduce a un tanque de sedimentación para la separación del agua residual, y una parte del lodo se recircula para mantener el reactor activo. La otra fracción del lodo, correspondiente al crecimiento asociado a un agua residual determinada, se purga del sistema y se le da un tratamiento adecuado.

Cultivo fijo

En este caso, los microorganismos están fijos en un soporte sólido, introduciendo suficiente oxígeno para asegurar que el proceso sea aerobio.

Se emplean para eliminar la materia orgánica y para el proceso de conversión del nitrógeno amoniacal en nitrato.

1 Filtros percoladores: también son conocidos como filtros biológicos y suelen ser lechos fijos de gran diámetro, rellenos con rocas o piezas de plástico o cerámica con formas especiales, para desarrollar una gran superficie. Sobre la superficie crece una capa fina de biomasa, sobre la que se dispersa el agua residual a tratar.

2 Reactores biológicos rotatorios: consisten en una serie de placas o discos, soportados en un eje y parcialmente sumergidos en una balsa que contiene el agua residual. Sobre la superficie de los discos crece la biopelícula, que, sucesivamente, se moja y entra en contacto con el aire, produciéndose la degradación de la materia orgánica.

Tratamiento biológico anaerobio

El tratamiento biológico anaerobio es un proceso biológico ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales. Se caracteriza por la producción del denominado biogás, formado fundamentalmente por metano y dióxido de carbono, y susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica.

Cultivo en suspensión

Este tipo de tratamiento se aplica para la estabilización de fangos concentrados, producidos en el tratamiento del agua residual y de determinados residuos. Recientemente, se ha demostrado que también se puede utilizar para el tratamiento de residuos orgánicos diluidos.

Cultivo fijo

Se emplean dos tipos de procesos:

1 Filtros anaerobios: el agua fluye en sentido ascendente por una columna rellena de medios sólidos, en el que están fijas y se desarrollan las bacterias anaerobias.

2 Lecho expandido: el agua residual se bombea a través de un lecho de material adecuado, como arena, carbón o aglomerado, en el que se ha desarrollado el cultivo biológico.

Nota

El tratamiento anaerobio de las aguas residuales es más barato que el tratamiento aerobio, puesto que no hay que suministrar oxígeno y, además, produce biogás, sin embargo tiene como inconveniente que es un proceso más lento.

Eliminación biológica de nutrientes

La eliminación de nitrógeno y fósforo es esencial, debido al potencial impacto de estas sustancias sobre la calidad de las aguas.

Este tratamiento se lleva a cabo en el reactor biológico, favoreciendo los procesos de nitrificación primero y desnitrificación después, consiguiendo la transformación del nitrógeno a N₂, que se elimina a la atmósfera.

Para eliminar el fósforo, se puede favorecer su incorporación a los microorganismos anaerobios, eliminándolo como un lodo.

El tratamiento de las aguas residuales urbanas procedentes de grandes núcleos urbanos y medianos, se lleva a cabo en estaciones depuradoras de aguas residuales, también conocidas como EDAR.

Para el tratamiento de las ARI que sean biodegradables, las EDAR son similares a las que tratan las ARU. Pero si los vertidos que contienen las ARI no son biodegradables, entonces son necesarios procesos de depuración específicos.

Ante la gran variedad de procesos disponibles en el tratamiento de las aguas residuales, la elección de unos u otros variará en función de:

1 Adecuación de los niveles de depuración requeridos.

2 Caudal y composición de la corriente residual.

3 Efluente final uniforme y de alta calidad.

4 Eficacia del tratamiento.

5 Coste mínimo.

6 Minimización de los lodos generados.

3.3. Funcionamiento de las estaciones depuradoras de las aguas residuales

El tratamiento dado a las aguas residuales en las EDAR tiene como principal finalidad alcanzar una concentración o transformación de los contaminantes presentes en el agua residual, de forma que estos puedan ser eliminados o reducidos, y se devuelva al receptor un agua con alteraciones mínimas.

Las EDAR requieren de instalaciones, equipos y energía, de ahí que existan dificultades para una mayor extensión de su aplicación en países o poblaciones con baja potencialidad económica y social.

No todas las instalaciones y equipos de las plantas depuradoras son iguales, puesto que las características y procesos que realizan dependen de la naturaleza del agua residual a depurar, es decir, si procede exclusivamente de usos domésticos o si contiene vertidos agrícolas e industriales, y del volumen de agua residual a depurar.

En una estación depuradora convencional, se distinguen tres grandes líneas de actuación:

1 La línea de agua. Es el camino que recorre el agua residual desde su llegada a la instalación, pasando por distintos tratamientos, hasta su vertido final al receptor.

2 La línea de fangos, lodos o biosólidos. Es el camino que resulta de concentrar los contaminantes presentes en el agua residual, que siguen un recorrido diferente dentro de la depuradora y que tiene otros tratamientos.

3 La línea de gas. Está formada por el proceso a que es sometido el biogás generado en el tratamiento de lodos o fangos.

El tratamiento aplicado a las aguas residuales en una EDAR, se puede descomponer en las siguientes fases:

1 Pretratamiento. En esta etapa, se lleva a cabo la separación de los sólidos en suspensión o flotantes de gran tamaño y densidad, que llegan al colector de entrada de la estación depuradora y cuya presencia en el agua podría ocasionar grandes alteraciones en las conducciones y bombas de la instalación, o impedir otras fases del tratamiento.

2 Tratamiento primario. Durante esta fase, se realiza la separación de sólidos en suspensión y material flotante que no han sido retenidos durante el pretratamiento.

3 Tratamiento secundario. En el desarrollo de esta fase, se desarrollan procesos biológicos complementados con un sistema de decantación, cuya finalidad es la de eliminar la materia orgánica presente en el agua residual.

4 Tratamiento terciario. Esta etapa consiste en la aplicación de métodos avanzados o alternativos, realizados para extraer materia orgánica suplementaria no eliminada anteriormente o para reducir nutrientes como N, P y sus compuestos.

 

Los subproductos del tratamiento de las aguas residuales: los fangos

Los sistemas de tratamiento de las aguas residuales producen gran cantidad de fangos. El tratamiento dado a estos fangos tiene como objetivo la reducción de la materia orgánica y la disminución del volumen de lodos primarios y secundarios.

El tratamiento aplicado a la llamada línea de fangos de una EDAR, comprende los siguientes procesos:

1 Espesamiento de fangos. La finalidad de este tratamiento es el de reducir el volumen de los mismos, eliminando la mayor parte del agua que contienen, lo que facilita su manejo y el rendimiento de los tratamientos posteriores. Para ello, se emplean los espesadores basados en mecanismos de gravedad o flotación.

2 Estabilización de fangos. Este proceso elimina la materia orgánica presente en ellos. Este proceso se puede realizar por vía anaerobia o aerobia. En la estabilización aerobia, se produce la oxidación de la materia orgánica presente en los fangos, para lo cual se necesita un aporte de oxígeno, y se airean los fangos que los microorganismos puedan actuar. Este tratamiento elimina las características molestas de los fangos, como el olor, los contaminantes, etc.

3 Deshidratación. Elimina el agua que contienen los fangos mediante prensado, con filtros prensa o prensas de cinta, o secado térmico, consiguiendo así una torta de fango con características no fluidas, reduciendo su volumen significativamente.

El destino final de los lodos procedentes de la depuración de las aguas residuales variará en función de si estos provienen de aguas residuales urbanas o de aguas residuales industriales.

El destino más frecuente de las ARI es el vertedero de seguridad, siempre y cuando no sea interesante la recuperación de algún producto contenido en ellos.

Para los lodos procedentes de las ARU, las opciones de gestión son variadas:

1 Compostaje: uso como fertilizante.

2 Aplicaciones directas en terrenos: restauración en suelos degradados.

3 Producción de combustible líquido: combustible en motores de combustión.

4 Digestión anaerobia: obtención de energía eléctrica.

5 Incineración: obtención de energía eléctrica.

6 Gasificación.

7 Recuperación de productos.

8 Otros: alimentación animal, producción de carbón activo.

Recuerde

Las fases de tratamiento de las aguas residuales en una EDAR son: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario.

Otros tratamientos para las aguas residuales

Sistemas de depuración natural

Los sistemas de depuración natural se basan en reproducir los procesos de autodepuración bajo condiciones especiales, como por ejemplo, balsas artificiales.

Estos mecanismos requieren menos gastos de instalación y mantenimiento, puesto que apenas emplean equipos mecánicos o eléctricos, y son adecuados para zonas con pocos recursos económicos.

Entre los métodos empleados por este sistema de depuración, el más conocido es el lagunaje. El método de lagunaje consiste en la construcción de lagunas artificiales, poco profundas, que se llenan con el agua objeto de depurar.

Este agua permanece en las lagunas meses, en los cuales tiene lugar la sedimentación de los sólidos en suspensión y una degradación de la materia orgánica por vía aerobia o anaerobia, llevada a cabo en dos diferentes tipos de lagunas por los microorganismos presentes en el agua.

El tiempo y la acción de estos microorganismos, llevan a una depuración del agua residual.

Otro sistema también muy conocido es el de la fosa séptica. Las fosas sépticas constan de uno o más compartimientos, en los que se produce la sedimentación de los sólidos sedimentables y la fermentación anaerobia de estos, hasta la estabilización como lodos. Esta fermentación da lugar a un desprendimiento de gases, como el metano y el dióxido de carbono.

Los tanques decantadores-digestores son un sistema de depuración parecido al de las fosas sépticas, que constan de dos cámaras cerradas situadas una encima de la otra, donde los contaminantes sedimentan y fermentan.

En la cámara superior, se efectúa la separación sólido-líquido, y en la zona inferior se produce la digestión anaerobia de los sólidos sedimentados.

Destinos de la depuración de las aguas residuales

Las aguas residuales una vez tratadas, siempre y cuando cumplan los objetivos de calidad fijados por la legislación, tienen como principales destinos los siguientes:

1 Riego: agrícola y de espacios verdes.

2 Industria: refrigeración, calderas, procesos.

3 Recarga de acuíferos.

4 Usos recreativos y urbanos no potables: creación de lagos, estanques (a nivel artificial).

5 Agua potable: restringido por la legislación española a casos de máxima emergencia.

No obstante, aunque estos destinos se dan con cierta frecuencia, la solución más utilizada para deshacerse del agua residual tratada es su vertido al dominio público hidráulico o al dominio marítimo-terrestre.

4. La contaminación del agua

La contaminación del agua, según el Artículo 93 del Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, es:

La acción y el efecto de introducir materias o formas de energía, o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores, con la salud humana, o con los ecosistemas acuáticos o terrestres directamente asociados a los acuáticos; causen daños a los bienes, y deterioren o dificulten el disfrute y los usos del medio ambiente.

Importante

El agua depurada en una EDAR no se debe consumir como agua potable.

4.1. Concepto de vertido

Por vertido se entiende todo residuo líquido producido de forma controlada o incontrolada, o por derrames y fugas en instalaciones. Los vertidos pueden ser de origen natural (población, viviendas) o de origen industrial.

Los vertidos pueden darse de forma directa, es decir, se vierte directamente sobre el cauce de aguas; o bien, de forma indirecta, es decir, el vertido que se realiza a través del alcantarillado, canales de desagües, etc.

Al hablar de contaminación, siempre se asocia a la causada por la acción del hombre y que da lugar a vertidos de composición y características muy variadas. Pero hay que tener presente que la contaminación puede deberse también a causas naturales, como puede ser el arrastre de partículas, procesos de erosión o erupciones volcánicas.

No obstante, la contaminación puede clasificarse atendiendo a otros tipos de criterios: el origen y el modo en que se produce.

Según el origen

Contaminación natural

Consiste en la presencia de determinadas sustancias en el agua sin que intervenga la acción humana: partículas sólidas y gases atmosféricos arrastrados por las gotas de lluvia y aguas de deshielo; pólenes, esporas, hojas secas y otros residuos vegetales, y excrementos de peces y aves acuáticas.

Todos estos residuos naturales sufren una serie de procesos químicos y biológicos, que forman parte de la capacidad autodepuradora del agua, y en su mayoría son eliminados.

Contaminación antrópica

Este tipo de contaminación puede ser:

1 De origen urbano: es el resultado del uso del agua en viviendas, actividades comerciales y de servicios, lo que genera aguas residuales, que son devueltas al receptor con un contenido de residuos fecales, desechos de alimentos y, en la actualidad, con un incremento de productos químicos.

2 De origen agrícola: es el resultado del uso de plaguicidas, pesticidas, biocidas, fertilizantes y abonos, que son arrastrados por el agua de riego, llevando consigo sales compuestas de nitrógeno, fósforo, azufre y trazas de elementos organoclorados que pueden llegar al suelo por lixiviado y contaminar las aguas subterráneas. En explotaciones ganaderas, la contaminación procede de restos orgánicos que caen al suelo y de vertidos con aguas cargadas de materia orgánica, que también puede contaminar las aguas subterráneas. Las industrias agroalimentarias también introducen en el agua una elevada carga de materia orgánica.

3 De origen industrial: es una de las que produce un mayor impacto, por la gran variedad de materiales y fuentes de energía que pueden aportar al agua: materia orgánica, metales pesados, incrementos de pH y temperatura, radiactividad, aceites, grasas, etc. Entre las industrias más contaminantes, se encuentran las petroquímicas, energéticas, papeleras, siderúrgicas, alimenticias, textiles y mineras. Su grado de contaminación dependerá del tipo de industria y de los procesos de fabricación que desarrollen.

Según el modo en que se produce

Contaminación difusa

Su origen no está claramente definido, aparece en zonas amplias y no tiene foco emisor concreto (la contaminación natural correspondería a este tipo).

Contaminación puntual

Es producida por un foco emisor determinado, y afecta a una zona concreta.

Según la naturaleza de los contaminantes

Contaminación física

Ocasionada por materiales disueltos o en suspensión que afectan a las propiedades físicas del agua.

Contaminación del agua

Este tipo de contaminación se debe a la presencia de agentes químicos en el seno del agua.

Contaminación biológica

Producida por la presencia de microorganismos patógenos (bacterias, protozoos, virus…) en el agua.

Contaminación térmica

Se produce por vertidos térmicos procedentes de centrales térmicas, siderurgias, sistemas de refrigeración, etc.

4.2. Tipos de aguas contaminadas

Aguas negras

Reciben este nombre las aguas fecales procedentes de usos domésticos o urbanos. Contienen materia en suspensión y disolución: papel, detergentes, residuos, jabones, etc.

Efluentes industriales

Son aguas contaminadas procedentes de actividades como talleres, industrias químicas, textiles o metálicas. Contienen hidrocarburos, colorantes, ácidos, etc.

Aguas con contaminación agrícola y ganadera

La contaminación de este tipo de aguas procede de explotaciones agrícolas, ganaderas, forestales y de mataderos. Son aguas con una DBO elevada, materia en suspensión, ácidos, etc.

Aguas pluviales

Aguas provenientes de lluvia arrastrada por el suelo y la atmósfera. Esta agua es teóricamente pura, pero puede tener materiales en suspensión arrastrados a través del aire y suelo.

4.3. Factores y nivel de contaminación

Hay una serie de factores que contribuyen a disminuir o agravar los procesos de contaminación de las aguas, como son las características del receptor y de la zona donde este se encuentra, y los usos previos del agua.

Si se tienen en cuenta las características del receptor, se deben distinguir:

1 Tipo de receptor. Se habla de aguas superficiales y/o de aguas subterráneas. Son más fáciles de contaminar y depurar las aguas superficiales, ya que en principio las subterráneas están más protegidas.

2 Cantidad y calidad del receptor. Si el volumen de que se dispone es mayor, también lo será la posibilidad de “diluir” la contaminación, pero si el receptor ya presenta una baja calidad, se produce un efecto sumativo que agrava el problema.

3 Características dinámicas o estáticas del receptor. Estas características dan mayor o menor poder de dispersión a la contaminación, y la posibilidad de una mayor autodepuración en el caso de que el agua no quede concentrada en un punto.

4 Características de la biocenosis. La mayor o menor presencia de organismos capaces de degradar la materia contaminada.

 

No obstante, los usos previos del agua del receptor, así como las características de la zona donde se localice el receptor, también influyen en el nivel de contaminación.

4.4. Principales contaminantes del agua

Contaminantes físicos

1 Temperatura.

2 Partículas radiactivas.

3 Sólidos en suspensión: orgánicos e inorgánicos.

Contaminantes químicos

Contaminantes químicos inorgánicos

1 Cloruros.

2 Metales pesados.

3 Compuestos nitrogenados.

4 Fósforos y derivados.

5 Azufre.

Contaminantes químicos orgánicos

1 Grasas.

2 Proteínas.

3 Pesticidas.

Gases

1 Sulfuro de hidrógeno.

2 Metano.

3 Oxígeno.

Contaminantes biológicos

1 Bacterias.

2 Virus.

3 Gusanos y protozoos parásitos.

4.5. Consecuencias de la contaminación del agua

Contaminación de ríos y lagos

Los ríos, por su propia naturaleza, arrastran y transportan sales, materia orgánica y sólidos en suspensión. Pero la actividad humana añade a este transporte otro tipo de sustancias, como son los residuos provenientes de actividades domésticas, industriales, agrícolas y ganaderas, provocando que la capacidad de autodepuración de los ríos no sea suficiente y aparezcan procesos de contaminación del agua, que se ven reflejados en la aparición de olor y color desagradables, en las alteraciones de la fauna y flora acuáticas, en la restricción de los usos del agua, etc.

La principal defensa de los ríos para contrarrestar los fenómenos de contaminación es su dinámica natural; sin embargo, los lagos, al ser masas acuáticas mucho más estáticas, presentan procesos de contaminación mucho mayor.

Un claro ejemplo de contaminación de lagos es el conocido como Eutrofización. Para explicar este proceso, hay que partir de la base de que en las aguas sin contaminar existe un equilibrio biológico entre la fauna y la flora. Este equilibrio se puede romper por la presencia de sustancias contaminantes, dando lugar a que algunas especies desaparezcan, mientras que otras se desarrollan demasiado.

El fósforo procedente de abonos agrícolas y detergentes industriales y domésticos, es utilizado por las algas del plancton, cuyas poblaciones crecen desmesuradamente, agotando las existencias de nitrógeno presentes en el agua, hecho que, a su vez, hace que proliferen otro tipo de algas: algas cianofíceas.

Como consecuencia del aumento en las poblaciones de este tipo de algas, el agua se vuelve verdosa y turbia.

Por otro lado, la muerte del fitoplancton provoca su acumulación en el fondo y la aparición de bacterias aerobias, que consumen grandes cantidades de oxígeno para oxidar la materia orgánica profunda. La proliferación de dichas bacterias provoca una disminución de la cantidad de oxígeno, y se generan condiciones anaerobias aptas para la aparición de procesos de fermentación.

Así, disminuyen las bacterias aerobias a favor de las anaerobias. Los procesos fermentativos desprenden sustancias como H₂S y NH₃, responsables del mal olor característico.

Sabía que...

En España casi el 50% del agua embalsada está degradada por procesos de eutrofización.

Contaminación de las aguas subterráneas

La contaminación de las aguas subterráneas se debe principalmente a la sobreexplotación.

El origen de la contaminación de las aguas subterráneas, se encuentra en:

1 La ubicación incorrecta de los vertederos de los residuos urbanos e industriales.

2 Las fugas de las aguas residuales e infiltraciones de las mismas.

3 El lixiviado o arrastre de sustancias por el agua de lluvia.

4 El uso de fertilizantes y pesticidas.

5 La infiltración del agua de riego.

6 Los vertidos agrícolas.

En zonas de escasas precipitaciones, la mayor parte del agua se obtiene de los acuíferos o reservas subterráneas.

La extracción del agua en acuíferos costeros provoca un vacío que es ocupado por agua procedente del mar, provocando la salinización de la reserva hídrica, que queda así inutilizada. Este fenómeno se conoce como intrusión salina.

Contaminación del agua del mar

Los mares y océanos, al disponer de un gran volumen de agua, poseen una capacidad de autodepuración mucho mayor que la de los ríos, lagos y aguas subterráneas.

La contaminación de los mares y océanos de modo natural es prácticamente inexistente, y en los pocos casos en los que se da, puede ser eliminada por los propios mecanismos de autodepuración.

La principal amenaza para los mares y océanos está representada por los vertidos de los ríos contaminados, las basuras flotantes, los accidentes de barcos petrolíferos o de cualquier sustancia peligrosa.

Las consecuencias de este tipo de contaminación son la muerte de los organismos marinos y la alteración de las actividades pesqueras y turísticas, lo que provoca, a su vez, graves consecuencias económicas para la zona afectada.

Los mayores niveles de contaminación se dan en mares cerrados y con escasa dinámica, ya que impiden que las aguas se renueven a velocidades adecuadas. Un claro ejemplo de esto es lo que le ocurre al Mar Mediterráneo.