Tratamiento de Aguas Residuales: Tipos, Procesos y Diseño de Plantas

Definición y Clasificación de Aguas Residuales

Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad se vio afectada negativamente por influencia antropogénica. Incluyen las aguas usadas domésticas, urbanas y los residuos líquidos industriales o mineros eliminados, o las aguas que se mezclaron con las anteriores (aguas pluviales o naturales).

Según el Decreto 883, Capítulo I, Disposiciones Generales, las aguas servidas son aguas utilizadas o residuales provenientes de una comunidad, industria, granja u otro establecimiento, con contenido de materiales disueltos y suspendidos. Según la Norma Venezolana COVENIN 2634:2002, punto 3, “Es el agua proveniente de cualquier proceso industrial, actividad doméstica, agropecuaria, comercial y que perdió sus características originales”.

Clasificación de las aguas residuales según su origen:

• Aguas residuales domésticas: Descargas líquidas en viviendas, edificios comerciales, instituciones, producto del agua abastecida a la comunidad.
• Aguas residuales municipales: Descargas líquidas producto de las actividades realizadas en el ámbito municipal, transportadas por el alcantarillado de la ciudad (puede incluir aguas de lluvia).
• Aguas residuales industriales: Provenientes de una amplia diversidad de actividades realizadas en las industrias.
• Agropecuarias: Procedentes de las actividades de producción primaria agrícola, pecuaria (no puntuales).
• De la minería: Procedentes de las actividades de extracción minera (no puntuales).
• De escorrentías: Arrastran materiales de los techos, calles y otras superficies por donde circulan.
• Lixiviados: Procedentes de rellenos sanitarios u otras formas de descomposición de desechos sólidos (no puntuales).

Constituyentes Destacados y Problemática del Manejo Inadecuado

Constituyentes más destacados según el uso:

• Agua de retorno de actividad doméstica: Materia orgánica biodegradable, patógenos.
• Agua de retorno de actividad industrial: Amplia gama de constituyentes, entre ellos sustancias tóxicas y microorganismos patógenos o no.
• Agua de retorno de actividad agropecuaria: Materia orgánica, plaguicidas, fertilizantes – nutrientes.

Problemática del manejo inadecuado de aguas residuales:

1. Microorganismos patógenos.
2. Sustancias tóxicas, incluyendo los contaminantes emergentes.
3. Olores y aspecto desagradables.
4. Eutrofización: Es una de las principales causas de contaminación de los lagos y embalses en la actualidad. Se produce cuando una masa de agua recibe un aporte muy elevado de nutrientes inorgánicos, principalmente nitrógeno (N) y fósforo (P).
5. Contaminación de suelos y ríos.

Tendencias y Modalidades de Gestión en el Tratamiento de Aguas Residuales

Tendencias en el tratamiento de las aguas residuales:

1. Requerimientos de descarga cada vez más estrictos.
2. Mayor énfasis en el grado de tratamiento y cobertura del servicio.
3. Particular importancia a los sistemas de tratamiento para pequeñas comunidades (descentralizados) a fin de cumplir con los requerimientos de descarga o reutilización en sitios alejados de las redes de alcantarillado o en áreas rurales donde estos puede que no existan.

Modalidades de gestión de los sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas y municipales:

• Centralizados: Atienden a grandes centros poblados donde existe un sistema de recolección que sirve a la “totalidad” de los usuarios. Por la magnitud de los caudales de agua residual a tratar, requieren plantas de tratamiento de cierta envergadura.
• Descentralizados: Sistemas alternos de recolección y opciones de tratamiento sujetos a dificultades para el acceso a las redes de alcantarillado centrales y/o a limitaciones económicas para la construcción de grandes plantas de tratamiento. Ejemplos: letrinas, humedales, tanques sépticos.

Obras de Recolección y Disposición

Con sistema de recolección en red de tuberías:

• Alcantarillado Convencional
• Alcantarillado Condominial
• Alcantarillado de Pequeño Diámetro

Sin sistema de recolección en red de tuberías:

• Letrinas secas o húmedas
• Tanques sépticos
• Tanques Imhoff
• Biodigestores
• Humedales

Proceso de Análisis y Diseño de Plantas de Tratamiento

1. Estudios de caracterización y conducción del caudal de las aguas residuales a tratar.
2. Elección preliminar de procesos.
3. Ejecución de estudios a nivel de laboratorio y planta piloto.
4. Elaboración de alternativas con diagramas de flujo de tratamiento.
5. Definición de los criterios de diseño.
6. Distribución física de los elementos de la planta de tratamiento.
7. Preparación de perfiles hidráulicos.
8. Elaboración del balance de sólidos.
9. Realización de los planos de construcción, especificaciones y documentos para la licitación.
10. Estimación de costos.

Fases y Métodos del Tratamiento de Aguas Residuales

Fases del tratamiento de aguas residuales:

• Tratamiento preliminar: Remoción de sólidos gruesos, trapos (desbaste y trituración) y arenas (desarenador).
• Tratamiento primario: Remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos y flotantes (tamizado, sedimentación, flotación).
• Tratamiento secundario: Remoción de materia orgánica biodegradable (Procesos biológicos aerobios, anaerobios, anóxicos, de biomasa adherida o biomasa suspendida).
• Tratamiento biológico y fisicoquímico: Remoción de nutrientes, compuestos orgánicos, iones específicos, sólidos disueltos, microorganismos (Coagulación química, floculación, sedimentación, filtración, adsorción con carbón activado, intercambio iónico, ósmosis inversa).
• Manejo y tratamiento de lodos:
  • Eliminación de materia orgánica del lodo (digestión, incineración, oxidación vía húmeda).
  • Eliminación de humedad del lodo (Espesamiento, deshidratación y secado).

Métodos de tratamiento:

• Operaciones físicas: Predomina la aplicación de fuerzas físicas. Incluyen el desbaste, mezcla, floculación, sedimentación, flotación y filtración.
• Procesos químicos: La eliminación o conversión de los contaminantes es provocada por la adición de productos químicos o por otras reacciones químicas. A esta categoría pertenecen la precipitación, transferencia de gases, adsorción y desinfección.
• Procesos biológicos: La eliminación del contaminante se logra por una actividad biológica. Aplicables en la remoción de materia orgánica biodegradable, la cual se transforma en gases que pueden escapar a la atmósfera y en tejido celular biológico que puede eliminarse por sedimentación. Estos tratamientos también pueden ser utilizados para la remoción del nitrógeno contenido en el agua residual.

Demandas, Consumo y Características del Agua

Demandas Hidroven (1993):

• Doméstica:
  • Tipo A: Necesidades vitales, aseo, instalaciones sanitarias y lavado.
  • Tipo B: Zonas exteriores en riego de jardines, limpieza y lavado de vehículos.
• Comercios y servicios: Demanda provocada por parte de la población en lugares diferentes a su residencia, como oficinas, comercios, restaurantes, cines, otros.
• Público educacional:
  • Tipo A: Empleada para riego de jardines, extinción de incendios, hospitales, parques, etc.
  • Tipo B: Requerida por los estudiantes en instituciones educacionales, incluida la limpieza, mantenimiento y otros.
• Industriales:
  • Tipo I-C: Industria manufacturera fabril.
  • Tipo II-C: Resto del sector industrial.
• Flotante:
  • Tipo A: Residencia secundaria.
  • Tipo B: Hoteles.
  • Tipo C: Pernocta al aire libre.
  • Tipo D: Sin pernocta.

Pérdidas en la red:

Diferencias entre el agua suministrada a las redes y la utilizada por los usuarios. Se estima entre 12-20% del agua suministrada.

Caudales Característicos:

• Caudal medio (Cme): Valor promedio de los caudales registrados en periodos de 24 horas obtenidos a partir de los datos de todo el año. Determinación de capacidad de la planta, carga orgánica a procesar, inversiones en productos químicos, costos de bombeo, volumen de lodo a generar.
• Caudal máximo (C máx): Máximo valor de caudal obtenido a partir de los datos de todo el año. Diseño de instalaciones donde el factor determinante es el tiempo de retención (tanques de cloración).
• Caudal mínimo (C min): Mínimo valor de caudal medio, obtenido a partir de los datos de todo el año. Diseño de canales y conducciones donde pueda ocurrir sedimentación de materiales.
• Caudal máximo horario (C máx horario): Máximo caudal registrado en un periodo de 24 horas. Diseño de colectores, medidores de caudal, desarenadores, tanques de sedimentación, cloradores, canales y conducciones en la planta.
• Caudal mínimo horario (C min hora): Mínimo caudal permanente que se presenta en un periodo de 24 horas, obtenido de los datos de todo el año. Diseño de sistemas de bombeo, determinar condiciones críticas de operación.

Demanda, Dotación y Consumo:

• Demanda: Cantidad de agua que los usuarios de un sistema de abastecimiento pretenden utilizar de acuerdo a determinados usos y costumbres.
• Dotación (Dot): Cantidad de agua necesaria para satisfacer apropiadamente los requerimientos de un determinado núcleo urbano.
• Consumo: Cantidad de agua realmente utilizada por un núcleo urbano para una fecha determinada.

Características Físicas, Químicas y Bacteriológicas del Agua:

Coliformes, aceites y grasas, materia orgánica, nutrientes (N y P), pH, temperatura, sólidos.