Unidad 1: Pretratamiento y Tratamientos Primarios 1 · Para determinar las operaciones de pretratamiento que son necesarias ... Pretratamiento y Tratamientos Primarios 1.6 ... A medida

Unidad 1: Pretratamiento y Tratamientos Primarios 1.1

Master en Gestión, Tratamiento y Depuración de Aguas

1.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................2 1.2. PRETRATAMIENTO .................................................................................2

1.2.1. Obra de llegada..................................................................................4 1.2.2. Separación de grandes sólidos ..........................................................5 1.2.3. Desbaste............................................................................................7

1.2.3.1. Rejas...........................................................................................8 1.2.3.2. Tamices ....................................................................................14

1.2.4. Dilaceración .....................................................................................16 1.2.5. Desarenado-desengrasado..............................................................18 1.2.6. Homogeneización de caudal y de cargas ........................................22 1.2.7. Preaireación.....................................................................................23

1.3. TRATAMIENTOS PRIMARIOS ...............................................................24 1.3.1. Sedimentación o decantación primaria ............................................25

1.3.1.1. Tipos de decantadores .............................................................26 1.3.1.2. Diseño del sedimentador primario ............................................29 1.3.1.3. Lodos producidos......................................................................30 1.3.1.4. Problemas de funcionamiento...................................................31

1.3.2. Flotación por aire disuelto (FAD)......................................................31 1.3.3. Proceso mixto decantación-flotación................................................33 1.3.4. Tratamientos físico-químicos (coagulación-floculación)...................34

1.3.4.1. Etapas del tratamiento físico-químico .......................................35 1.3.4.2. Descripción del tratamiento físico-químico................................41 1.3.4.3. Diseño del tratamiento físico-químico .......................................43



1.1. INTRODUCCIÓN

En este módulo se estudiarán los procesos de tratamiento de aguas

residuales, divididos en distintas fases.

EDAR del Bajo Nalón (Asturias)

1.2. PRETRATAMIENTO

En una depuradora, el pretratamiento consiste en una serie de operaciones

físicas y mecánicas que tienen por objeto separar del agua residual la mayor

cantidad de sólidos que, por su naturaleza o tamaño, pueden crear problemas en los

tratamientos posteriores.

De hecho, la primera operación que se realiza en una depuradora es la

separación de sólidos de gran volumen (que podrían producir graves alteraciones en

el funcionamiento normal de la depuradora como obstrucción de las líneas) y de

arenas que entre otras cosas producen abrasiones en bombas y equipos en

movimiento.



Por otra parte, en algunos casos, debido a las malas propiedades del agua

bruta (carácter séptico, presencia de vertidos industriales, variaciones de caudal y de

carga, etc.), es preciso incluir en el pretratamiento otras operaciones de naturaleza

mecánica o química, para así mejorar la eficacia de los procesos que seguirán

aguas abajo y evitar mayores problemas medioambientales.

Para determinar las operaciones de pretratamiento que son necesarias en

una depuradora hay que tener en cuenta los siguientes factores:

• Presencia de sólidos y arenas

• Presencia de grasas y aceites

• Variaciones de caudal y de carga

• Tipo de tratamiento primario y secundario adoptado

• Tratamientos de la línea de lodos

Las operaciones que se encuadran dentro del pretratamiento son las

siguientes:

• Obra de llegada

• Separación de grandes sólidos

• Desbaste

• Dilaceración o trituración

• Desarenado-desengrasado

• Homogeneización de caudal y de cargas

• Preaireación



1. Pozo de gruesos; 2. Bombeo de agua bruta; 3. Desbaste; 4. Desarenado-desengrasado

1.2.1. OBRA DE LLEGADA

La obra de llegada a la depuradora consiste en una arqueta a la que se

conectan todos los colectores que llegan a la EDAR y es el comienzo del

pretratamiento.

Esta arqueta debe disponer de un vertedero de seguridad y de un bypass

general de la instalación, para desviar el agua en el caso de que llegue una gran

avenida de agua y que el caudal de agua de entrada no supere el caudal máximo

que puede ser tratado en la EDAR.



Para que el vertedero de seguridad consiga evacuar el excedente de caudal,

se recomienda que sea de compuerta regulable y que el sistema de desagüe tenga

una velocidad máxima de 0,8 m/s, para evitar la sedimentación de partículas.

Un problema importante que se puede producir en la obra de llegada es la

avenida de aguas de lluvias, pues se ha demostrado que en los primeros 10-15

minutos de lluvia, el agua está tan contaminada como un agua residual media, y en

los siguientes 20-30 minutos, como un agua residual diluida. Esto es debido a la

gran cantidad de sólidos y contaminación que arrastra el agua de lluvia cuando lleva

tiempo sin llover.

Para evitar estos problemas, hoy en día se construyen los denominados

tanques de tormenta aguas arriba de la obra de llegada, para que retengan durante

20 ó 30 minutos, las aguas de escorrentía con alta carga contaminante. Luego, poco

a poco, se va incorporando al agua bruta de entrada en la EDAR el agua retenida en

este tanque, para diluir así la contaminación y laminar el caudal de entrada a la

planta.

En el caso de no existir tanque de tormentas, el coeficiente de dilución (Cd) oscila entre 2 y 5, y se calcula según la expresión:

residual aguabruta agua l residua aguaCd

+=

1.2.2. SEPARACIÓN DE GRANDES SÓLIDOS

En el caso de que el agua bruta tenga un gran contenido en sólidos, es

necesario incluir un sistema de separación de grandes sólidos. Así, se evitan

problemas en los sistemas posteriores de tratamiento, como puede ser el

desarenado.

El sistema de separación consiste en un pozo con el fondo en forma de tronco

piramidal invertido y con las paredes muy inclinadas, de manera que facilite la

concentración de sólidos y de arenas y que puedan ser extraídas fácilmente. A

continuación se muestra un esquema de un pozo de gruesos:



La forma de evacuar los materiales retenidos en el pozo de gruesos es

mediante el empleo de una cuchara bivalva montada sobre un puente grúa.

Los parámetros de diseño más importantes son:

• Carga hidráulica ≤ 300 m3/m2·h

• Tiempo de retención = 0,5 – 1 minuto

• Calado del pozo > 2 m

A la salida del pozo de gruesos normalmente se instala el pozo de bombeo,

con una reja previa para proteger las bombas de los sólidos que aún pudiesen

quedar en el agua bruta.



1.2.3. DESBASTE

En el desbaste se lleva a cabo la separación del agua residual de grandes

elementos como pueden ser piedras, ramas, trapos, plásticos, colillas de cigarro,

etc., con el objetivo de proteger a las distintas unidades de tratamiento de la EDAR,

que se pueden obstruir con este tipo de elementos.

El desbaste se puede llevar a cabo mediante rejas (de finos y de gruesos) y

tamices.

Además, es importante diseñar también un buen sistema de recogida,

prensado y almacenamiento de los elementos retirados. Todo el sistema de

desbaste debe instalarse en el interior de un edificio cubierto para evitar olores.



1.2.3.1. Rejas

Las rejas consisten en un conjunto de barras metálicas paralelas y de

separación uniforme entre ellas, situadas en posición transversal al flujo. El agua

residual pasa a través de la reja, quedando retenidos los sólidos presentes con un

tamaño superior a la separación entre las barras.

Las rejas se clasifican por la separación entre barrotes, de esta forma:

• Rejas de gruesos, con paso libre entre barrotes de 20 a 60 mm.

• Rejas de finos, con paso libre entre barrotes de 6 a 12 mm.



La reja se dispone en un canal de sección rectangular y en un tramo recto,

con el fin de conseguir que la velocidad de aproximación sea lo más homogénea

posible para evitar turbulencias. La instalación debe realizarse en el exterior para

facilitar la evacuación de los sólidos retenidos.

Según el método de limpieza de la reja, éstas se clasifican en rejas de

limpieza manual y rejas de limpieza mecánica.

• REJAS DE LIMPIEZA MANUAL

Se utilizan en pequeñas instalaciones o en grandes instalaciones para

proteger bombas y tornillos en caso de que sea necesario utilizarlos para elevar el

agua hasta la estación depuradora antes del desbaste. También se utilizan junto a

las de limpieza automática, cuando estas últimas están fuera de servicio.



En la actualidad, este tipo de rejas se encuentran en desuso para reducir el

trabajo manual al mínimo y para mejorar la explotación de las depuradoras.

Las rejas están constituidas por barrotes rectos soldados a unas barras de

separación situadas en la cara posterior, y su longitud no debe exceder aquella que

permita rastrillarla fácilmente con la mano. Van inclinados sobre la horizontal con

ángulos entre 60-80º. Encima de la reja se coloca una placa perforada por la que

caerán los residuos rastrillados a un contenedor donde se almacenarán

temporalmente hasta que se lleven a vertedero.

Con el objeto de proporcionar suficiente superficie de reja para la acumulación

de sólidos entre limpieza y limpieza, es necesario que la velocidad de aproximación

del agua a la reja sea de unos 0,45 m/s a caudal medio. El área adicional necesaria

para limitar la velocidad se puede obtener ensanchando el canal de la reja y

colocando ésta con una inclinación más suave.

A medida que se acumulan los sólidos, obturando parcialmente la reja,

aumenta la pérdida de carga, sumergiendo nuevas zonas a través de las cuales

pasará el agua.

Las tareas a realizar en las rejas de limpieza manual son:

• Vigilar que no se acumulen muchos sólidos en la reja, para lo cual

debemos de limpiarla con cierta periodicidad. De esta manera se evitará



que se pudran los sólidos orgánicos retenidos, y se evitarán los malos

olores.

• Vaciar la cuba de los sólidos con cierta regularidad, por los mismos

motivos antes expuestos.

• Reparar y sustituir los barrotes defectuosos.

• REJAS DE LIMPIEZA MECÁNICA

La principal ventaja de este tipo de reja es que elimina los problemas de

atascos y reduce el tiempo necesario para su mantenimiento. Deben instalarse por

lo menos dos rejas en paralelo, para que pueda quedar fuera de servicio una de

ellas por bloqueo o por cuestiones de mantenimiento, sin tener que parar el

desbaste. En caso de que sólo hubiera una unidad instalada, será necesario

establecer un canal de bypass con una reja de limpieza manual para ser usada en

casos de emergencia. Dicho canal estará normalmente fuera de servicio impidiendo

el flujo de agua a su través por medio de tablones de cierre o por una compuerta

cerrada.

Los aspectos más importantes a tener en cuenta a la hora de diseñar una reja

son:

• Velocidad de agua en el canal (0,4 m/s a caudal mínimo y 0,9 m/s a

caudales máximos).

• Velocidad de paso a través de la reja (< 1 m/s a caudal medio y < 1,4 m/s

a caudal máximo).



• Pérdida de carga producida por las rejas: varían entre 0,1-0,2 m para las

rejas gruesas y entre 0,2-0,4 m para las rejas finas.

• La reja se diseña para que funcione correctamente con un 30% de

colmatación (por lo tanto, el coeficiente de colmatación C de la reja será

de 1,3).

La anchura del canal en la zona de la reja vendrá dada por la siguiente

ecuación:

CE

eEHv

QW ⋅+

⋅⋅

=

donde:

W: ancho del canal en la zona de la reja (m)

Q: Caudal máximo (m3/s)

v: velocidad máxima del agua a través de la rejilla (m/s)

H: nivel de aguas por encima de la rejilla (se puede suponer 1 m)

e: ancho de los barrotes (m)

E: separación libre entre barrotes (m)

C: coeficiente de seguridad (normalmente se adopta 1,3)

Se recomienda que el material de las rejas sea de acero inoxidable AISI-316.

En cuanto al volumen de residuos retenidos, varía según la estación y según el

tipo de agua residual, siendo bastante difícil de calcular si no se tienen datos reales.

De todas formas, se toman como valores normales, según el tipo de reja:

• Reja fina: 6-12 l/(día·1000 hab)

• Reja gruesa: 15-27 l/(día·1000 hab)

El funcionamiento de estas rejas suele ser discontinuo y pueden

automatizarse mediante:



• Temporización: Se establece la secuencia de funcionamiento del rastrillo

mediante un reloj eléctrico de cadencia-duración regulable, en función del

tiempo de funcionamiento diario calculado.

• Pérdida de carga: El dispositivo de limpieza se pone en marcha

automáticamente cuando la pérdida de carga entre la zona anterior y la

zona posterior de la reja, debido a su colmatación parcial, sobrepasa un

valor establecido.

• Sistema combinado de temporización y pérdida de carga.

• Las rejas deben ir equipadas con un dispositivo limitador de par, para que

en caso de sobrecarga o de bloqueo se pongan fuera de servicio, evitando

el deterioro de las mismas.

La limpieza de la reja puede ser por la cara anterior o por la cara posterior:

• Las de limpieza anterior pueden sufrir atascamientos cuando se depositan

muchos sólidos (o de gran tamaño) al pie de la reja, provocando el

bloqueo del mecanismo hasta que se elimine la obstrucción.

• Las de limpieza posterior no tienen este problema de obstrucción ya que

las púas del peine, al desplazarse por detrás, no están sujetas a

bloquearse por formación de depósitos de materia al pie de la reja. Sin

embargo, hay un mayor riesgo de rotura de los dientes ya que han de

tener mayor longitud, y también existe el problema de que los sólidos que

queden retenidos en el rastrillo pueden ser retornados al agua bruta, ya

que la limpieza del rastrillo en este sistema se sitúa abajo de la reja.

En cuanto al diseño de la reja, ésta puede ser curva o recta:

• Las rejas curvas son de limpieza frontal, consistiendo dicho sistema en

uno o dos peines situados al extremo de un brazo que gira alrededor de un

eje horizontal. Están indicadas para instalaciones de importancia media

con aguas poco cargadas. Su instalación se realiza en canales poco

profundos, entre 0,4-2 m. La altura del agua ocupa normalmente el 75%

de la longitud del radio. La eliminación de los residuos se realiza por

encima de la lámina de agua.



• Las rejas rectas pueden ser de limpieza frontal y de limpieza posterior, con

numerosas variantes en su diseño en función del sistema de limpieza que

se emplee (de cable con rastrillo, de cables con garfio, de cadenas de

cremallera, de tornillos, etc.). Se emplean en instalaciones de gran

importancia y para grandes profundidades. Existen rejas que pueden

funcionar en canales de hasta 10 m de profundidad.

1.2.3.2. Tamices

El tamizado consiste en una filtración sobre soporte delgado, y sus objetivos

son los mismos que se pretenden con el desbaste con rejas, es decir, la eliminación

de materia que por su tamaño pueda interferir en los tratamientos posteriores.

Hay que tener en cuenta que, en función del paso establecido, se pueden

obtener los siguientes rendimientos:

• Retención de DBO5: 10-15%

• Retención de SS: 15-25%

• Retención de arenas: 10-80%



Un aspecto importante es la selección de los tamices es la alta pérdida de

carga que producen, de 0,5 a 2 m, en función del tipo y paso establecido.

Los tamices deben construirse obligatoriamente en material inoxidable de alta

calidad (AISI-316L).

Los tamices más comunes en el pretratamiento de aguas residuales se

describen a continuación.

• TAMICES ESTÁTICOS AUTOLIMPIANTES

Los tamices estáticos llevan una reja constituida por barrotes horizontales de

acero inoxidable, de sección triangular. La inclinación sobre la horizontal disminuye

progresivamente de arriba a abajo, pasando de unos 65º a unos 45º. El agua entra

por arriba y pasa a través de los barrotes, mientras, la materia retenida va

resbalando por el tamiz y saliendo al exterior donde se almacena en contenedores

provisionalmente. Así obtenemos sucesivamente la separación, escurrido y

evacuación de las materias sólidas.

• TAMICES ROTATORIOS

Los tamices rotatorios están constituidos por una reja cilíndrica de eje

horizontal con barrotes de sección trapezoidal, la cual gira lentamente. El agua cae

por arriba entrando en el interior del tamiz, en tanto que la suciedad queda retenida

en el exterior y son evacuadas a un contenedor provisional por medio de un

rascador fijo. El paso de malla es de 0,2-2,0 mm. Las pérdidas de carga son

elevadas, del orden de 2 m, lo que obliga la mayoría de las veces a un bombeo



suplementario. Tienen el problema añadido de ser sensibles al atascamiento por

grasas coaguladas.

• TAMICES DESLIZANTES

Son de tipo vertical y continuo. El tamiz lleva a lo largo de él una serie de

bandejas horizontales solidarias a la malla. En estas bandejas quedan retenidos los

sólidos siendo eliminados en la parte superior por un chorro de agua a

contracorriente. El paso de malla es de 0,2- 3,0 mm.

En cuanto al volumen de residuos retenidos, se pueden tomar como

valores normales en España entre 15-40 l/(hab·año).

1.2.4. DILACERACIÓN

Su objetivo es triturar las materias sólidas arrastradas por el agua. Esta

operación no está destinada a mejorar la calidad del agua bruta ya que las materias

trituradas no son separadas, sino que se reincorporan al circuito y pasan a los

demás tratamientos, por lo que este paso no se suele utilizar, a no ser que no haya



desbaste, con lo que sí es necesario incluirlo en el diseño y funcionamiento de la

planta.

Sección de un dilacerador: 1. Influente; 2. Dilacerador; 3. Motor; 4. Vaciado del canal; 5. Efluente

Esta operación está muy cuestionada y actualmente casi ha desaparecido de

la mayoría de las instalaciones españolas y europeas. Pero, a veces, aunque haya

un desbaste previo, se pueden utilizar dilaceradores para tratar los detritus retenidos

en las rejas y tamices, siendo después vueltos a incorporar al agua bruta.

El dilacerador consta de un tamiz tipo tambor que gira alrededor de un eje

vertical provisto de ranuras con un paso entre 6-10 mm. Los sólidos se hacen pasar



a través de unas barras de cizalladura o dientes cortantes donde son triturados

antes de llegar al tambor. Se homogeneizan en tamaño y atraviesan las ranuras,

saliendo por una abertura de fondo mediante un sifón invertido, siguiendo su camino

aguas abajo.

1.2.5. DESARENADO-DESENGRASADO

Las arenas, incluso las de granulometría más baja, producen abrasiones en

bombas y equipos en movimiento, por lo que es necesaria su retirada. Por otra parte

su no eliminación supondría su tratamiento con los lodos primarios, por lo que se

depositarían en el fondo de los digestores, dificultando su limpieza y ocupando una

mayor parte de su volumen.

El desarenado es una operación consistente en la extracción del agua bruta

de la mayor cantidad de arenas, incluyendo dentro de esta denominación a las

arenas propiamente dichas y a todas aquellas partículas de elevada densidad, tales

como semillas, cáscaras de frutas, partículas más o menos grandes de materias

minerales, etc.

Los desarenadores son unos canales o tanques en los que por disminución

de la velocidad del agua residual se produce una sedimentación diferencial o

selectiva, de todas aquellas partículas de elevada densidad que impiden la

deposición de materia en suspensión de naturaleza orgánica.

En este tipo de unidades es fundamental el mantenimiento de unas

condiciones de velocidad lo más constantes posibles.

El desengrasado elimina las grasas, aceites, espumas y demás materias

flotantes menos densas que el agua que podrían obstaculizar la aireación del agua

en tratamientos posteriores.

La operación de desengrasado podría llevarse a cabo teóricamente en los

decantadores primarios, al estar dotados de rasquetas para el barrido superficial,

pero cuando el volumen de grasas es importante, su recogida es deficiente, con las

consiguientes dificultades de explotación.



En la práctica totalidad de las depuradoras la operación de desengrasado se

lleva a cabo en la misma unidad del desarenador aireado de la siguiente manera:

• Las arenas sedimentan en el fondo y son eliminadas mediante un sistema

de bombas centrífugas que cuelgan del puente móvil y que impulsan la

mezcla arena-agua hasta unos canales laterales para su evacuación al

sistema separador de arenas.

• Las grasas se desemulsionan por la acción de las burbujas de aire y flotan

en la zona de tranquilización, que está separada del resto de la unidad por

una pantalla longitudinal. Las grasas son arrastradas por rasquetas

superficiales hasta un vertedero, desde el que canalizan hasta un

concentrador de grasas.



Las grasas y flotantes extraídos de los desengrasadores, unidos a los

flotantes extraídos en la decantación primaria, suelen tratarse posteriormente en un

concentrador de grasas donde se desprenden de su contenido en agua. Las

grasas concentradas se almacenan en contenedores especiales y posteriormente

pasan a vertedero. También se podrían incinerar en caso de existiese en la planta

un horno de incineración de lodos o para tratamiento de lodos.

Las grasas y espumas también podrían tratarse en una digestión anaerobia

junto a los lodos, ya que son en su mayor parte residuos orgánicos. Pero esta opción

no es recomendable porque presenta el inconveniente de favorecer la formación de

costras en el digestor.

El sistema más extendido de aireación es el de aire comprimido a través de

difusores, que se sitúan a una altura de 0,4-0,5 m de distancia respecto a la solera.



Otro sistema utilizado es mediante aireadores sumergidos ubicados en la parte

anterior del desarenador-desengrasador, dejando la parte posterior como zona

tranquilizada, donde flotan y se recogen las grasas.

Desarenador-desengrasador fuera de servicio (izquierda) y en funcionamiento (derecha)

Los parámetros de diseño de un desarenador-desengrasador son los

siguientes:

• Carga hidráulica (CH) ≤ 35 m3/m2·h a caudal máximo (valor medio 30)

• Velocidad horizontal < 0,15 m/s

• Tiempo de retención hidráulica (Tr) = 10-15 min a Q medio (valor típico 10)

• Relación longitud-ancho (L/A) = 3:1 –5:1 (valor típico 4:1).

• Relación ancho-profundidad (A/H) = 1:1 – 5:1 (valor típico 1,5-1)

• Profundidad (H) = 2-5 m

• Caudal de aire necesario (Qaire) = 5-8 m3/(h·m2 superficie desengrasador)

• Sequedad de la arena: 90%

• Materia orgánica en arena: < 5%

En estas condiciones, se puede conseguir una eliminación del 90% de las

arenas y un 80% de las grasas.

Las ecuaciones necesarias para el diseño de esta unidad son:

SQCH =

2TQ

V r⋅=

SVH =



1.2.6. HOMOGENEIZACIÓN DE CAUDAL Y DE CARGAS

Este medida se utiliza para evitar los problemas que producen en las

instalaciones las excesivas variaciones de caudal y concentraciones de DBO, y

mejorar así la efectividad de los tratamientos existentes aguas abajo.

La homogeneización consiste en laminar las variaciones de caudal para que

éste sea lo más constante posible, de manera que se consigue también amortiguar

las variaciones de carga.

Las principales ventajas de este tratamiento son:

• Mejora el tratamiento biológico, al reducir las cargas de choque.

• Mejora la calidad del efluente y el rendimiento de los decantadores

secundarios, al trabajar con velocidades ascensionales y cargas de sólidos

más constantes.

• Mejora el control de la dosificación de reactivos y la fiabilidad del proceso

en los tratamientos físico-químicos.

El sistema de homogeneización se ubica generalmente después del

pretratamiento, para evitar que los detritus y las grasas del agua residual

distorsionen el funcionamiento del mismo.

Normalmente tiene entre 3 y 6 m de profundidad, con un resguardo de 1 m.

Para mantener homogéneo el contenido del tanque y evitar la decantación de

sólidos en su solera, se debe disponer de sistemas de mezclado y aireación adecuados. La aireación es necesaria para evitar que las aguas se vuelvan sépticas

y se produzcan olores.

Las necesidades de agitación y aireación para aguas residuales con

concentraciones medias de sólidos, oscilan entre 4-8 watios/m3 de tanque, siendo la

demanda de aire entre 0,8 y 2 m3/m3 de tanque.



El método más utilizado para conseguir el mezclado y la aireación es la

instalación de aireadores mecánicos, tanto superficiales de tipo flotante como

sumergidos. Los niveles mínimos de funcionamiento para los aireadores flotantes

exceden por lo general de 1,5 m, variando con la potencia y diseño de la unidad. En

los casos de grandes depósitos o en los que no se necesita dosificación de aire, se

utilizan agitadores para evitar la sedimentación en el tanque.

En el diseño de los tanques de homogeneización deben incluirse los

siguientes elementos auxiliares:

• Instalaciones para la limpieza con agua a presión de los sólidos y grasas

que se acumulan en los paramentos del tanque.

• Sistemas de eliminación de materias flotantes que se forman en la parte

superior del tanque.

• Aliviadero de emergencia para cubrir un eventual fallo del sistema.

• Rociadores de agua para evitar la acumulación de espumas en la

superficie del tanque.

1.2.7. PREAIREACIÓN

La preaireación se utiliza en la cabecera de la instalación, en los

desarenadores (incrementando el tiempo de retención y la capacidad de aireación) y

en los canales de distribución a los decantadores primarios.

Los principales objetivos de la preaireación son los siguientes:

• Mejorar el tratamiento del agua en cuanto que esta llega séptica a la

depuradora.

• Controlar los olores.

• Mejorar la separación de las grasas.

• Favorecer la floculación de sólidos.

• Mantener el oxígeno en la decantación primaria, a bajos caudales.

• Incrementar la eliminación de DBO5.



• Conseguir una distribución uniforme de los sólidos en suspensión a la

entrada de las unidades de tratamiento.

• Evitar los depósitos en las cámaras húmedas.

El tiempo de retención para la preaireación varía según el objetivo que se

pretenda alcanzar:

• La disminución de los olores y la prevención de la septicidad implican un

tiempo mínimo de 10-15 minutos.

• La floculación efectiva de los sólidos necesita, además de la adición de

ciertos productos químicos, un tiempo de retención de 30 minutos.

• Para la reducción de DBO el tiempo de retención será de 45 minutos.

Los caudales de aire necesarios para los distintos objetivos son difícilmente

calculables y se basan tanto en la calidad del agua residual como en las

características físicas del tanque y en la sección transversal del mismo.

El factor determinante es la necesidad de mantener la adecuada turbulencia en el tanque para que su contenido se mantenga en suspensión y no se produzcan

sedimentaciones. En la práctica se deben suministrar entre 0,8 y 2 m3 aire/m3 de

agua residual. La profundidad del tanque oscila entre 3 y 6 m, con un valor medio

de 4,5 m.

1.3. TRATAMIENTOS PRIMARIOS

El objetivo principal del tratamiento primario es la reducción de los sólidos

en suspensión (SS) del agua residual. Dentro de estos SS pueden distinguirse:

• Los sólidos sedimentables: son los que sedimentan al mantener el agua

residual en condiciones de reposo durante una hora.

• Los sólidos flotantes: son los sólidos que no sedimentan.

• Los sólidos coloidales (tamaño entre 10-3 y 10 micras).

Parte de los sólidos en suspensión están constituidos por materia orgánica,

por lo cual el tratamiento primario supone también la reducción de la DBO.



Los principales procesos del tratamiento primario son:

• Procesos de separación sólido-líquido:

Sedimentación o decantación primaria

Flotación

Proceso mixto (decantación-flotación)

• Procesos complementarios de mejora:

Floculación

Coagulación (proceso físico-químico)

1.3.1. SEDIMENTACIÓN O DECANTACIÓN PRIMARIA

El objetivo de la decantación primaria es la reducción de los SS de las

aguas residuales bajo la exclusiva acción de la gravedad. Por tanto, sólo se puede

pretender la eliminación de los sólidos sedimentables y las materias flotantes.

Según la clasificación de Fitch, basada en la concentración y tendencia a la

interacción de las partículas, existen cuatro tipos de sedimentación diferenciadas:



• Sedimentación clase 1 o de partículas discretas (por ejemplo, el

desarenado).

• Sedimentación clase 2 o de partículas floculantes (por ejemplo, la

decantación primaria).

• Sedimentación clase 3 o zonal (por ejemplo, la decantación secundaria en

el proceso de lodos activos).

• Sedimentación clase 4 o por compresión (por ejemplo, el espesamiento de

lodos por gravedad).

En la sedimentación de partículas discretas éstas decantan de forma

independiente y con una velocidad de sedimentación constante, que bajo ciertas

hipótesis viene dada por la Ley de Stockes. Así, en el movimiento horizontal del

fluido, la trayectoria de sedimentación de la partícula es una línea recta.

En la decantación primaria, las partículas tienen ciertas características que

producen su floculación durante la sedimentación. Así, al chocar una partícula que

está sedimentando con otra partícula, ambas se agregan formando una nueva

partícula de mayor tamaño y aumentando, por tanto, su velocidad de sedimentación.

En este caso, la trayectoria de la partícula en un depósito de sedimentación será una

línea curva de pendiente creciente.

1.3.1.1. Tipos de decantadores

Existen múltiples tipos de decantadores reales. En cuanto a la forma en planta del decantador existen dos tipos básicos:

• DECANTADOR CIRCULAR

En general, el agua entra por el centro del decantador y es recogida en toda

la periferia del mismo. Frente a este sistema se ha desarrollado el de alimentación

periférica con salida del agua bien central o bien periférica. Se evita las

perturbaciones producidas por la disipación de la energía del agua en la entrada

mediante la instalación de deflectores o corona de reparto en los circulares.



La salida habitual del agua es a través de un vertedero triangular, que aunque

no es el óptimo desde el punto de vista del reparto (al considerar el posible error de

nivelación) sí lo es al considerar las amplias variaciones del caudal

La evacuación de los lodos se lleva a cabo en tres pasos: acumulación,

almacenamiento y extracción.

La acumulación de lodos en el decantador puede realizarse de dos formas

básicas: por gravedad o mediante equipos mecánicos.

La primera se realiza mediante el fondo inclinado en forma de tolva del

decantador, pero cuando las dimensiones de éste son excesivamente grandes hay

que recurrir a equipos mecánicos que acumulen el lodo sedimentado, por arrastre,

en uno o varios puntos fijos de extracción, mediante rasquetas que barren la solera

del decantador, o bien mediante la extracción de los lodos por succión (bien por

depresión hidráulica o por vacío) sin necesidad de acumulación, pero esta práctica

es principalmente usada en la decantación secundaria del proceso de lodos activos.

El almacenamiento se realiza normalmente en pocetas ubicadas en el centro

de la solera del decantador, donde a veces se coloca un sistema de rasquetas de



paletas de espesamiento, para aumentar la concentración del lodo antes de su

extracción.

La extracción o purga del lodo normalmente se realiza de forma automática y

periódica, por lo que el automatismo consiste en la temporización regular de los

tiempos de funcionamiento y parada del sistema de extracción. Éste se materializa

bien en válvulas automáticas o bien en bombas especiales para lodos.

La eliminación de flotantes se realiza disponiendo delante del vertedero de

salida una chapa deflectora que evita la salida de los flotantes. Para su acumulación

los sistemas de rasquetas disponen generalmente de barredores superficiales que

los arrastran hasta el punto de extracción, consistente en una tolva que a veces

dispone de una rampa por donde sube parte de la barredora.

• DECANTADOR RECTANGULAR

En el decantador rectangular la alimentación se realiza generalmente por uno

de los lados más estrechos, saliendo el agua por el lado opuesto, también a través

de un vertedero triangular.

La acumulación de lodos puede ser por gravedad o por rasquetas. Existen

dos tipos básicos de equipos de rasquetas para la acumulación de lodos, y en

ambos casos, las rasquetas recorren el decantador a lo largo del mismo ocupando

cada rasqueta todo su ancho.

Uno de ellos dispone de varias rasquetas equidistantes unidas a un sistema

de cadenas que constituyen el sistema tractor junto con el motorreductor de

accionamiento. Una vez que las rasquetas han barrido el fondo, se elevan a la

superficie y, recorriendo el largo del decantador en dirección opuesta, vuelven al

punto de partida, aprovechando este movimiento para la acumulación de flotantes.



El otro equipo consiste en un puente a lo ancho del decantador del que cuelga

el sistema de rasquetas. El movimiento que sigue es de vaivén a lo largo del

decantador, lo que obliga a la elevación de las rasquetas en el movimiento de

retroceso, y el punto de extracción está en un sólo lado del decantador.

Las pocetas de almacenamiento de lodos se sitúan a lo ancho del decantador

rectangular en el lado de entrada del agua. La extracción de flotantes se realiza por

tubos acanalados giratorios.

Comparando ambos decantadores a partir de datos estadísticos de

explotación de depuradoras, se llega a la conclusión que son los circulares los que

consiguen mejores rendimientos, aunque desde un punto de vista hidráulico, el

decantador rectangular tiene mejor funcionamiento.

1.3.1.2. Diseño del sedimentador primario

Los parámetros de diseño del sedimentador de partículas floculantes son dos:



• Velocidad ascensional o carga superficial: es el caudal de fluido

dividido por la superficie del depósito de sedimentación. Éste es el único

parámetro de la sedimentación de partículas discretas.

• Tiempo de retención: es el volumen del depósito dividido por el caudal. A

veces, en vez de este parámetro, se toma la altura del depósito al ser

ambos interdependientes.

Además de estos parámetros existen ciertas características del agua residual

que afectan al rendimiento del proceso. Así, en la decantación primaria los factores

básicos son la concentración de sólidos en suspensión y las características

floculantes de los mismos, de manera que el rendimiento de reducción mejorará al

aumentar la concentración de sólidos en suspensión.

A continuación, en la siguiente tabla, se presentan los parámetros de diseño

típicos para sedimentadores circulares y rectangulares.

PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA DECANTACIÓN PRIMARIA Rendimiento de eliminación de SS 60-65 % Rendimiento de eliminación de DBO5 30-35 %

< 1,3 m/h (a caudal medio) Velocidad ascensional (Qm) < 2,5 m/h (a caudal máximo)

> 2 h (a caudal medio) Tiempo de retención (Tr) > 1 h (a caudal máximo) < 120 m/h (decantador circular) Velocidad de las rasquetas (vrasquetas) < 60 m/h (decantador rectangular)

Tiempo de retención lodos en poceta < 5 h Concentración de los lodos 3-5 %

5-10 % (decantador circular) Pendiente de la solera 1-2 % (decantador rectangular)

Dimensiones decantador circular Relación radio/calado: 2,5-8 Relación largo/ancho: 3-5 Dimensiones decantador rectangular

Relación longitud-calado: 4-35

1.3.1.3. Lodos producidos

La concentración del lodo primario suele estar entre un 3-8%. Cuando se

envía el exceso de lodos activos a la decantación primaria, la concentración del lodo

mixto normalmente será menor que la correspondiente a la del lodo primario. En



este caso habrá que dimensionar el sistema de evacuación de lodos para el conjunto

de lodos mixtos producidos.

1.3.1.4. Problemas de funcionamiento

Los problemas de funcionamiento de la decantación primaria pueden tener su

origen en cuatro factores básicos:

1. Diseño

2. Avería de equipos

3. Afluente

4. Explotación

Dentro de los problemas propios de la explotación del decantador primario, el

más importante consiste en la temporización de la purga de lodos, con la que se

regula el caudal de extracción de lodos.

Si este caudal es excesivo, la concentración de los lodos resulta baja,

pudiendo perjudicar a los procesos de tratamiento de lodo. Si el caudal es pequeño,

los lodos se van acumulando en el decantador, lo que puede suponer una

disminución de los rendimientos y la entrada de los lodos en anaerobiosis, con la

consiguiente posibilidad de malos olores y flotación de lodo decantado.

1.3.2. FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (FAD)

La flotación por aire disuelto se utiliza para eliminar materia sólida y/o

líquida de densidad inferior a la del agua, aunque es capaz de eliminar sólidos de

densidad superior.

El proceso FAD consiste en la creación de microburbujas de aire en el seno

del agua residual, las cuales se unen a las partículas a eliminar formando agregados

capaces de flotar por tener una densidad inferior a la del agua.



Por tanto, se puede decir que el objetivo de este proceso en el tratamiento

primario es doble: reducción de materias flotantes y reducción de sólidos en

suspensión.

La creación de burbujas en el proceso FAD, se realiza a través de los

siguientes pasos:

1. Presurización de un flujo de agua.

2. Disolución de aire en dicho flujo, sobresaturándolo, respecto a condiciones

normales de presión.

3. Despresurización a presión atmosférica, con lo que el exceso disuelto por

encima del de saturación se libera en forma de microburbujas.

Los distintos tipos de procesos que existen son:

• FADT (de flujo total): se sobresatura todo el caudal.

• FADP (de flujo parcial): se sobresatura una parte del caudal.

• FADR (de flujo recirculado): se sobresatura agua ya tratada por el proceso

(efluente).

Cada uno de ellos tiene sus ventajas e inconvenientes. Así, mientras que el

FADR utiliza un flujo de agua tratada, con lo que optimiza el diseño y el

mantenimiento del sistema de presurización-sobresaturación, aumenta el caudal a

tratar, por lo que aumenta las dimensiones del sistema de flotación.

A continuación se muestra una tabla de los parámetros de diseño de la

flotación por aire disuelto.



PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO Reducción SS 65-80 % Reducción DBO 45-50 % Reducción aceites 70-90 % Relación aire/sólidos (en peso) 0,03-0,08 Presión de trabajo 2,5 atm Tasa de presurización 10-40 % Velocidad descensional 2,5-10 m/h Tiempo de retención hidráulico 20-40 min Carga de sólidos No limitante

La tasa de presurización es el porcentaje de flujo presurizado respecto al Q

de agua bruta a tratar.

Cuando el vertido se realiza al mar este tratamiento puede llegar a hacer

cumplir las limitaciones del vertido sin necesidad de tratamiento biológico. Dada su

gran versatilidad de funcionamiento, puede ser muy útil en los casos de grandes

variaciones de vertido según temporadas. El espesamiento del exceso de lodos

activos del tratamiento biológico puede obviarse realizándose en el mismo FAD.

1.3.3. PROCESO MIXTO DECANTACIÓN-FLOTACIÓN

El rendimiento del proceso de FAD para bajas concentraciones de sólidos en

suspensión depende entre otros factores de la formación de un buen enlace

partícula-burbuja de aire. Así, habrá partículas que no son flotantes y que o

sedimentarán en el flotador (depósito de flotación) o bien se irán con el efluente.

Para evitar este problema se puede utilizar el decantador-flotador, consistente en un decantador primario convencional en cuyo interior se ubica el

flotador. El proceso se completa con el sistema de presurización-sobresaturación

típico del proceso FAD.



1.3.4. TRATAMIENTOS FÍSICO-QUÍMICOS (COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN)

La presencia en el agua de diversas sustancias sólidas constituye la parte

más importante y aparente de la contaminación. Debe eliminarse esta parte sólida

para evitar gran número de inconvenientes, de los cuales los más importantes son la

obstrucción de conducciones, abrasión de bombas, desgaste de materiales, etc.

puesto que todo esto incide en los costes de explotación o de mantenimiento.

Existen partículas muy finas de naturaleza coloidal denominadas coloides que

presentan una gran estabilidad en el agua. Tienen un tamaño comprendido entre

0,001 y 1 μm y constituyen una parte importante de la contaminación, causa

principal de la turbiedad del agua, y debido a la gran estabilidad que presentan,

resulta imposible separarlas por decantación o flotación. Tampoco es posible

separarlas por filtración porque pasarían a través de cualquier filtro.

La causa de esta estabilidad es que estas partículas presentan cargas

superficiales electrostáticas del mismo signo, que hace que existan fuerzas de

repulsión entre ellas y les impida aglomerarse para sedimentar. En general, estas

cargas son negativas, aunque los hidróxidos de hierro y aluminio suelen tener

cargas positivas.

El tratamiento físico-químico del agua residual tiene como objetivo la

reducción de sólidos en suspensión mediante la adición de ciertos productos

químicos que provocan la alteración del estado físico de estas sustancias hasta

convertirlas en partículas susceptibles de separación por sedimentación.



Mediante este tratamiento se puede llegar a los siguientes porcentajes de

eliminación:

• 80 - 90% de la materia total suspendida

• 40 - 70% de la DBO5

• 30 - 40% de la DQO

1.3.4.1. Etapas del tratamiento físico-químico

Para romper la estabilidad de las partículas coloidales y poderlas separar, es

necesario realizar tres operaciones: coagulación, floculación y decantación o

flotación posterior.

• COAGULACIÓN

La coagulación consiste en desestabilizar los coloides por neutralización de

sus cargas, dando lugar a la formación de un flóculo o precipitado.

La coagulación de las partículas coloidales se consigue añadiéndole al agua

un producto químico (electrolito) llamado coagulante. Normalmente se utilizan las

sales de hierro y aluminio.



Los factores que influyen en el proceso de coagulación son los siguientes:

• pH: es un factor crítico en el proceso de coagulación. Siempre hay un

intervalo de pH en el que un coagulante específico trabaja mejor, que

coincide con el mínimo de solubilidad de los iones metálicos del

coagulante utilizado. Si el pH del agua no fuera el adecuado, se puede

modificar mediante el uso de coadyuvantes o ayudantes de la coagulación,

entre los que se encuentran: cal viva o apagada, carbonato sódico, sosa

cáustica o ácidos minerales.

• Agitación rápida de la mezcla: para que la coagulación sea óptima, es

necesario que la neutralización de los coloides sea total antes de que

comience a formarse el flóculo o precipitado. Es necesario que el reactivo

empleado se difunda con la mayor rapidez posible, ya que el tiempo de

coagulación es muy corto (1 segundo).

• Tipo y cantidad de coagulante: los coagulantes principalmente utilizados

son las sales de aluminio y de hierro. La selección del coagulante y la

dosis exacta necesaria en cada caso, sólo puede ser determinada

mediante ensayos de laboratorio (Jar-Test). Las reacciones de

precipitación que tienen lugar con cada coagulante son las siguientes:

Sulfato de aluminio o sulfato de alúmina, Al2(SO4)3



Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 = 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Rango de pH para la coagulación óptima: 5-7,5.

Dosis: en tratamiento de aguas residuales, de 100 a 300 g/m3, según el

tipo de agua residual y la exigencia de calidad.

Cal, Ca(OH)2:

Al2(SO4)3 + Ca(OH)2 = 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4

Dosis: se necesita de cal un tercio de la dosis de sulfato de alúmina

comercial.

Carbonato de sodio, Na2CO3:

Al2(SO4)3 + 3 H2O + 3 Na2CO3 = 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2

Dosis: se necesita entre el 50 y el 100% de la dosis de sulfato de

aluminio comercial.

Sulfato ferroso, FeSO4, con alcalinidad neutral:

FeSO4 + Ca(HCO3)2 = Fe(OH)2 + CaSO4 + CO2

Fe(OH)2 + O2 + H2O = Fe(OH)3

Rango de pH para la coagulación óptima, alrededor de 9,5.

Dosis: se necesitan de 200 a 400 g/m3 de reactivo comercial FeSO4

7H2O

Sulfato ferroso, FeSO4, con cal:

Fe(SO4)2 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + Ca(SO4)

Fe(OH)2 + O2 + H2O = Fe(OH)3



Dosis de cal: el 26% de la dosis de sulfato ferroso.

Sulfato férrico, Fe2(SO4)3, con alcalinidad natural:

Fe2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 7, y mayor que 9.

Dosis: de 10 a 150 g/m3 de reactivo comercial Fe2(SO4)3 9H2O

Sulfato férrico, Fe2(SO4)3, con cal:

Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4

Dosis de cal: el 50% de la dosis de sulfato férrico.

Cloruro férrico, FeCl3, con alcalinidad natural:

2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 = 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3 + 6 CO2

Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 6, y mayor de 8.

Dosis: de 5 a 160 g/m3 de reactivo comercial FeCl3 6H2O

Cloruro férrico, FeCl3, con cal:

2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaCl2

• FLOCULACIÓN

La floculación produce la unión entre los flóculos ya formados con el fin

aumentar su volumen y peso de forma que puedan decantar. De esta forma se

consigue un aumento considerable de la densidad de las partículas coaguladas,

aumentando por tanto la velocidad de sedimentación de los flóculos.

Existen además ciertos productos químicos llamados floculantes que ayudan

en el proceso de floculación, reuniendo las partículas individuales en aglomerados y

aumentando la calidad del flóculo (flóculo más pesado y voluminoso).



Hay diversos factores que influyen en la floculación:

1. Coagulación previa lo más perfecta posible.

2. Agitación lenta y homogénea. La floculación es estimulada por una

agitación lenta de la mezcla puesto que así se favorece la unión entre los

flóculos. Un mezclado demasiado intenso no interesa porque rompería los

flóculos ya formados.

3. Temperatura del agua. La influencia principal de la temperatura en la

floculación es su efecto sobre el tiempo requerido para una buena

formación de flóculos. Generalmente, temperaturas bajas dificultan la

clarificación del agua, por lo que se requieren periodos de floculación más

largos o mayores dosis de floculante.

4. Características del agua. Un agua que contiene poca turbiedad coloidal

es de floculación más difícil, ya que las partículas sólidas en suspensión

actúan como núcleos para la formación inicial de flóculos.

5. Tipos de floculantes.

Según su naturaleza, los floculantes pueden ser:



Minerales: por ejemplo la sílice activada. Se le ha considerado

como el mejor floculante capaz de asociarse a las sales de

aluminio. Se utiliza sobre todo en el tratamiento de agua potable.

Orgánicos: son macromoléculas de cadena larga y alto peso

molecular, de origen natural o sintético.

Los floculantes orgánicos de origen natural se obtienen a partir de

productos naturales como alginatos (extractos de algas), almidones

(extractos de granos vegetales) y derivados de la celulosa. Su eficacia es

relativamente pequeña.

Los de origen sintético son macromoléculas de cadena larga, solubles en

agua, conseguidas por asociación de monómeros simples sintéticos,

alguno de los cuales poseen cargas eléctricas o grupos ionizables, por lo

que se le denominan polielectrolitos.

Según el carácter iónico de estos grupos activos, se distinguen:

Polielectrolitos no iónicos: son poliacrilamidas de masa molecular

comprendida entre 1 y 30 millones.

Polielectrolitos aniónicos: caracterizados por tener grupos ionizados

negativamente (grupos carboxílicos).

Polielectrolitos catiónicos: caracterizados por tener en sus cadenas

una carga eléctrica positiva, debida a la presencia de grupos amino.

La selección del polielectrolito adecuado se hará mediante ensayos Jar-

Test.

• DECANTACIÓN O FLOTACIÓN

Esta última etapa tiene como finalidad el separar los agregados formados del

seno del agua.



1.3.4.2. Descripción del tratamiento físico-químico

La depuración físico-química tiene tres fases: coagulación, coadyuvación y

floculación.

El tratamiento físico-químico puede constituir una única etapa dentro del

tratamiento del agua residual o bien puede interponerse como proceso de

depuración complementario entre el pretratamiento y el tratamiento biológico.

El proceso de coagulación se efectúa en un sistema que permita una mezcla

rápida y homogénea del producto coagulante con el agua residual, llamado

mezclador rápido o coagulador. Consiste en una cámara de mezcla provista de un

sistema de agitación que puede ser del tipo de hélice o turbina.

El tiempo de retención es de 0,3 a 5 minutos. El reactivo (coagulante) se

almacena en un depósito específico que puede ser de material diverso como PRFV,

polietileno, metálico con imprimación, etc.

El coagulante debe ser dosificado en el agua residual en forma de disolución

a una concentración determinada. En algunos casos, el reactivo se recibe en la

planta disuelto y se almacena en los depósitos. Otras veces se recibe en estado



sólido, en cuyo caso, el tanque utilizado para su almacenamiento debe estar provisto

de un sistema de agitación para la preparación de la disolución.

El transporte del producto desde el depósito de almacenamiento hasta la

cámara de mezcla se lleva a cabo mediante una bomba dosificadora.

La coadyuvación tiene como finalidad llevar el vertido a un pH óptimo para

ser tratado, para lo que se utilizan ciertos productos químicos llamados

coadyuvantes o ayudantes de coagulación.

Este proceso tiene lugar en la misma cámara donde se realiza la coagulación.

Como en el caso del coagulante, el coadyuvante se prepara en un dispositivo aparte

provisto de un sistema de agitación. Igualmente, para la adición del reactivo al agua

residual se emplea una bomba dosificadora.

Una vez coagulado, el efluente pasa a la siguiente etapa, denominada

floculación. En dicha etapa se le añade al agua un producto químico llamado

floculante (polielectrolito).

La floculación puede tener lugar en un floculador separado o bien en el

interior de un decantador.

Los floculadores son depósitos provistos de sistemas de agitación que giran

con relativa lentitud para no romper los flóculos formados durante la coagulación. El

tiempo de retención en estos sistemas suele ser de 10 a 30 minutos.

Los sistemas de agitación pueden estar constituidos por hélices o por un

conjunto de palas fijadas sobre un eje giratorio horizontal o vertical.

Otra posibilidad es realizar el proceso de coagulación-floculación y

decantación en una sola unidad. En este caso, el decantador lleva incorporado un

sistema de recirculación de lodos para mejorar el crecimiento de las partículas y

facilitar su sedimentación.



La dosificación del polielectrolito también se hace en forma de disolución y,

debido a las características propias del reactivo (alta viscosidad), su preparación

requiere un especial cuidado.

El depósito de almacenamiento del polielectrolito deberá disponer de un

agitador para poder proceder a su acondicionamiento y la aplicación del reactivo al

agua residual se realiza mediante una bomba especial para este tipo de producto

(bombas de desplazamiento y caudal variable, bombas tipo mono, de engranaje,

pistón, etc.).

1.3.4.3. Diseño del tratamiento físico-químico

A continuación se presenta una tabla de los datos más representativos del

diseño del tratamiento físico-químico.

DATOS DEL DISEÑO DEL TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO RENDIMIENTOS

Reactivo Reducción DBO5 (%) Reducción SS (%) Polielectrolito 50-60 65-75

Sales metálicas 65-75 85-90 PARÁMETROS DE LA FLOCULACIÓN

Tiempo de retención de mezcla y floculación > 15 minutos Velocidad periférica de floculación 0,45 m/s

PARÁMETROS DE LA DECANTACIÓN Velocidad ascensional (con polielectrolito) < 1,5 m/h Velocidad ascensional (con sales metálicas) < 2 m/h Altura sobre vertedero > 3 m Velocidad periférica de floculación 0,45 m/s Carga sobre vertedero a caudal máximo < 40 m3/h·m lineal Velocidad de las rasquetas < 100 m/h

Unidad 2: Tratamientos Secundarios 2.1


2.1. INTRODUCCIÓN..........................................................................................2 2.2. FUNDAMENTO DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS ..............3

2.2.1. PROCESOS DE OXIDACIÓN BIOLÓGICA..........................................3 2.2.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA OXIDACIÓN BIOLÓGICA ...5 2.2.3. LOS PROCESOS DE NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN .............7

2.3. PROCESO DE LODOS ACTIVOS................................................................8 2.3.1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO..................................................8 2.3.2. CONTROL DEL PROCESO DE LODOS ACTIVOS ...........................11 2.3.3. TIPOS DE PROCESOS DE LODOS ACTIVOS..................................14

2.3.3.1. PROCESOS CONVENCIONALES................................................14 2.3.3.2. AIREACIÓN PROLONGADA ........................................................16 2.3.3.3. CANALES DE OXIDACIÓN...........................................................18 2.3.3.4. PROCESOS DE BIOADSORCIÓN ...............................................20

2.3.4. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES DE LODOS ACTIVOS ...21 2.4. PROCESO DE CULTIVO FIJO...................................................................24

2.4.1. LECHOS BACTERIANOS ..................................................................24 2.4.2. REACTOR BIOLÓGICO ROTATIVO DE CONTACTO.......................29

2.5. PROCESOS DE ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NUTRIENTES...............31 2.5.1. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO........................................................33 2.5.2. ELIMINACIÓN DE FÓSFORO............................................................40 2.5.3. ELIMINACIÓN CONJUNTA DE NITRÓGENO Y FÓSFORO .............43



2.1. INTRODUCCIÓN

Cuando las aguas residuales entran en una estación depuradora, primero se

tratan en un pretratamiento en el que se retiran los sólidos y gruesos de gran

tamaño, así como las arenas y grasas. A continuación, el agua pasa al denominado

tratamiento primario, donde se eliminan los sólidos en suspensión fácilmente

sedimentables y una parte de la materia orgánica.

La materia orgánica que queda disuelta y en suspensión, así como el resto de

las partículas sólidas que no se han eliminado en los tratamientos anteriores, son

eliminadas mediante los denominados procesos biológicos, que en la línea de

aguas constituyen los tratamientos secundarios.

6. Tratamiento biológico; 7. Decantación secundaria; 8. Desinfección y salida

Los procesos biológicos de depuración aerobia son aquellos realizados por un

determinado grupo de microorganismos (principalmente bacterias y protozoos), que

en presencia de oxígeno, actúan sobre la materia orgánica e inorgánica disuelta,

suspendida y coloidal existente en el agua residual, transformándola en gases y

materia celular, que puede separarse fácilmente mediante sedimentación. La unión



de materia orgánica, bacterias y sustancias minerales forma los flóculos y el

conjunto de flóculos es lo que se conoce como lodo biológico.

Los objetivos que persigue este tipo de tratamiento son:

• La transformación de la materia orgánica.

• La coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables.

• La disminución de los microorganismos patógenos y fecales que habitan el

agua residual.

• En el caso de algunas aguas residuales urbanas, también se persigue la

eliminación de nitrógeno y de fósforo.

Básicamente, existen dos tipos de tratamientos biológicos aerobios:

• Procesos de cultivo en suspensión (lodos activos).

• Procesos de cultivo fijo (lechos bacterianos).

2.2. FUNDAMENTO DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

AEROBIOS 2.2.1. PROCESOS DE OXIDACIÓN BIOLÓGICA

La oxidación biológica es el mecanismo mediante el cual los microorganismos

degradan la materia orgánica contaminante del agua residual. De esta forma, estos

microorganismos se alimentan de dicha materia orgánica en presencia de oxígeno y

nutrientes, de acuerdo con la siguiente reacción:

Materia orgánica + microorganismos + nutrientes + O2 productos finales +

nuevos microorganismos + energía

Para que lo anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos de

reacciones fundamentales: de síntesis o asimilación y de respiración endógena u

oxidación.



• REACCIONES DE SÍNTESIS O ASIMILACIÓN

Consisten en la incorporación del alimento, consistente en materia orgánica

(CHNO) y nutrientes, al interior de los microorganismos. Estos microorganismos al

obtener suficiente alimento no engordan, sino que forman nuevos microorganismos

(C5H7O2) reproduciéndose rápidamente, y parte de este alimento es utilizado como

fuente de energía. La reacción que ocurre es la siguiente:

finales productos otrosOHCNHCOnutrientesOCHNO 27532bacterias

2 +++⎯⎯⎯ →⎯++

Como se puede observar, después de un tiempo de contacto suficiente entre

la materia orgánica del agua residual y los microorganismos (bacterias), la materia

orgánica del medio disminuye considerablemente transformándose en nuevas

células, gases y otros productos. Este nuevo cultivo microbiano seguirá actuando

sobre el agua residual.

• REACCIONES DE OXIDACIÓN Y RESPIRACIÓN ENDÓGENA

Los microorganismos al igual que nosotros, necesitan energía para poder

realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.), y dicha energía la obtienen

transformando la materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de

sustancias de reserva en gases, agua y nuevos productos de acuerdo con la

siguiente reacción:

energíaNHO2H5CO5ONOHC 322bacterias

2275 +++⎯⎯⎯ →⎯+

En el caso de que los compuestos nitrogenados (nitrógeno orgánico y

amoniacal, fundamentalmente) sean oxidados completamente y se produzca la

nitrificación, la expresión debe modificarse por la siguiente:

energíaHNOO3H5CO7ONOHC --322

bacterias2275 ++++⎯⎯⎯ →⎯+



2.2.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA OXIDACIÓN BIOLÓGICA

Los factores principales que hay que tener en cuenta para que se produzcan

las reacciones biológicas y, por tanto, la depuración del agua residual son:

• CARACTERÍSTICAS DEL SUSTRATO

Las características físicas y químicas de los contaminantes del agua residual

determinan el tipo de reacciones biológicas que tendrán lugar y los microorganismos

que se desarrollan en el sistema.

La biodegradabilidad de los compuestos contaminantes es fundamental para

restablecer el rendimiento de los procesos biológicos.

• NUTRIENTES

El interior celular, además de C, H y O (elementos característicos de la

materia orgánica), contiene otros elementos como son el N, P, S, Na, K, Ca, Mg, Fe,

etc., denominados nutrientes y que a pesar de que muchos de ellos se encuentran

en el organismo sólo en pequeñas cantidades, son fundamentales para el desarrollo

de la síntesis biológica.

Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir

necesitan por cada kg de DBO5 eliminada: 43 g de N y 6 g de P.

En las aguas residuales urbanas la media de concentración de N y P es de

200 g de N y 16 g de P por kg de DBO5.

Por lo tanto, si se compara lo que necesitan los microorganismos para

sobrevivir, con las cantidades existentes de dichos elementos en el agua residual, se

puede concluir que a título general dichos microorganismos pueden desarrollarse en

el agua residual perfectamente.

Es interesante comentar que en el caso de determinadas aguas con vertidos

industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas, siendo



necesario a veces dosificar N y P en el agua, para que pueda darse el desarrollo

bacteriano y exista depuración biológica.

• APORTE DE OXÍGENO

Para el desarrollo de las reacciones biológicas es necesario un medio

aerobio, es decir, con oxígeno suficiente que permita el desarrollo y la respiración de

los microorganismos aerobios.

• TEMPERATURA

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad con que los

microorganismos degradan la materia orgánica, pero a partir de los 37ºC, dichos

organismos mueren. Nuestras temperaturas son ideales para el desarrollo óptimo de

los procesos de depuración biológica.

• SALINIDAD

El contenido en sales disueltas no suele ser problemático para el desarrollo

bacteriano en el proceso de lodos activos hasta concentraciones de 1,6 g/l de NH3 o

15 g/l de Cl-. En aguas con una concentración mayor de 5 g/l de cloruros se pueden

producir problemas de desfloculación del lodo, por lo cual se aconseja comprobar los

parámetros de diseño del reactor y del decantador en una planta piloto.

• TÓXICOS O INHIBIDORES

Existen una serie de sustancias orgánicas e inorgánicas que, a ciertas

concentraciones, inhiben o impiden los procesos biológicos. Este tipo de sustancias,

entre las que se encuentran los metales pesados, ejercen un efecto perjudicial sobre

los microorganismos encargados de depurar el agua, y por tanto, no deben estar

presentes en los influentes de las plantas depuradoras, o por lo menos, en

concentraciones muy bajas.



Todos estos factores mencionados son de gran importancia, y deben de ser

controlados si se quiere obtener un rendimiento eficaz de depuración por parte de

los microorganismos encargados de degradar la materia orgánica del agua residual.

2.2.3. LOS PROCESOS DE NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN

Estos procesos son llevados a cabo por determinados grupos de

microorganismos bacterianos que se utilizan en las plantas de tratamiento de aguas

residuales, que persiguen, además de la eliminación de materia orgánica, la

eliminación de nitrógeno.

La eliminación de la materia nitrogenada es necesaria cuando el efluente de

la EDAR se va a verter en embalses o masas de agua utilizadas para captación de

aguas potables y, en general, a las denominadas por ley como zonas sensibles.

• PROCESO DE NITRIFICACIÓN

La nitrificación es el proceso en el que el nitrógeno orgánico y amoniacal se

oxida, transformándose primero en nitrito y, posteriormente, en nitrato.

Estas reacciones las llevan a cabo bacterias autótrofas muy especializadas,

diferentes de aquellas que se encargan de degradar la materia orgánica del medio

(bacterias heterótrofas).

Este tipo de bacterias, se reproducen más lentamente y son muy sensibles a

los cambios de su medio habitual. Las condiciones óptimas de crecimiento son un

pH entre 7,2 y 8,5 y una alcalinidad del orden de 100 g CaCO3/l.

A su vez, necesitan de un aporte de oxígeno suplementario para que sean

capaces de desarrollar las reacciones anteriormente mencionadas, de esta forma en

las cubas de aireación de lodos activados necesitan de un nivel de oxígeno de al

menos 2 mg/l.

• PROCESO DE DESNITRIFICACIÓN



La desnitrificación consiste en la reducción de los nitratos y nitritos a nitrógeno

libre, por la acción de un grupo de bacterias llamadas desnitrificantes, que son

bacterias heterótrofas que pueden utilizar el oxígeno de los nitratos para las

reacciones de síntesis y oxidación biológica. Dicha forma de nitrógeno tenderá a

salir a la atmósfera, consiguiéndose así, la eliminación de nitrógeno en el agua.

Para que las bacterias desnitrificantes actúen, es necesario que el agua tenga

una alta carga de materia orgánica, una fuente de nitratos elevada, muy poco

oxígeno libre y un pH situado entre 7 y 8.

El oxígeno asociado a los nitratos es la única fuente de oxígeno necesaria

para llevar a cabo sus funciones vitales. De esta forma los niveles de oxígeno libre

en el medio donde actúan deben de ser inferiores a los 0,2 mg/l.

Es interesante comentar que el tiempo mínimo de contacto entre el agua y las

bacterias desnitrificantes debe de ser suficiente para que se produzcan las

reacciones deseadas, estimándose un tiempo mínimo de 1,5 horas a caudal medio.

2.3. PROCESO DE LODOS ACTIVOS

El proceso de lodos activos es un sistema de tratamiento de las aguas

residuales en el que se mantiene un cultivo biológico formado por diversos tipos de

microorganismos y el agua residual a tratar. Los microorganismos se alimentan de

las sustancias que lleva el agua residual para generar más microorganismos y en el

proceso se forman unas partículas fácilmente decantables que se denominan

flóculos y que en conjunto constituyen los denominados lodos activos o biológicos.

2.3.1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

En el proceso de lodos activados pueden distinguirse dos operaciones

claramente diferenciadas: la oxidación biológica y la separación sólido-líquido.



La primera tiene lugar en el denominado reactor biológico o cuba de aireación, donde se va a mantener el cultivo biológico en contacto con el agua

residual. El cultivo biológico, denominado licor mezcla, está formado por gran

número de microorganismos agrupados en flóculos conjuntamente con materia

orgánica y sustancias minerales. Dichos microorganismos transforman la materia

orgánica mediante las reacciones de oxidación biológica anteriormente

mencionadas.



La población de microorganismos debe de mantenerse a un determinado

nivel, concentración de sólidos en suspensión en el licor de mezcla (SSLM), para

llegar a un equilibrio entre la carga orgánica a eliminar y la cantidad de

microorganismos necesarios para que se elimine dicha carga.

En el reactor biológico es necesario disponer de un sistema de aireación y

agitación que produzca el oxígeno necesario para la acción depuradora de las

bacterias aerobias, que permita la homogenización de la cuba y, por tanto, que todo

el alimento llegue igual a todos los organismos y que evite la sedimentación de los

flóculos y el lodo.

Una vez que la materia orgánica ha sido suficientemente oxidada, lo que

requiere un tiempo de retención del agua en el reactor, el licor mezcla pasará al

denominado decantador secundario o clarificador. En esta unidad, el agua con

lodo se deja reposar y, por tanto, los lodos floculados tienden a sedimentarse,

consiguiéndose separar el agua clarificada de los lodos.

El agua clarificada constituye el efluente que se vierte al cauce o al

tratamiento terciario, y parte de los lodos floculados son recirculados de nuevo al

reactor biológico para mantener en el mismo una concentración suficiente de



organismos. El excedente de lodos, se extrae del sistema y se evacua hacia el

tratamiento de lodos.

2.3.2. CONTROL DEL PROCESO DE LODOS ACTIVOS

Son una serie de parámetros que se han de tener en cuenta a la hora de

diseñar la cuba de aireación y el clarificador, siendo a su vez controlados para

mantener un óptimo funcionamiento de la planta. Dichos parámetros son:

• CARGA MÁSICA (Cm)

Es la relación que existe entre la carga de materia orgánica que entra en el

reactor biológico por unidad de tiempo, y la masa de microorganismos existentes en

el mismo. Se expresa en kg de DBO5 en el influente, por día, y por kg SSLM en el

reactor:

XVSQ

C 0m ⋅

⋅=

siendo:

Q: caudal (m3/h)

S0: DBO5 de entrada (kg/m3)

V: volumen (m3)

X: concentración de sólidos en suspensión del licor de mezcla (SSLM) de la

cuba de aireación (kg/m3)

• EDAD DEL LODO (E)



Es la relación entre la masa de lodos existentes en la cuba de aireación y la

masa de lodos en exceso extraídos por unidad de tiempo. Se expresa en kg de

SSLM en el reactor por kg de lodos en exceso y por día:

rw XQXVE⋅⋅

=

siendo:

Qw: caudal de la purga de lodos (m3/h)

Xr: concentración de sólidos en suspensión de la purga de lodos, igual a la de

los lodos recirculados (kg/m3)

• TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICA (T)

Es el tiempo de permanencia en el reactor del agua que entra en él.

Para que se pueda dar el proceso de oxidación biológica, es necesario que

los microorganismos permanezcan un tiempo de contacto suficiente con las aguas

residuales. Este tiempo de retención es uno de los parámetros que hay que tener en

cuenta para diseñar los tanques, ya que en relación con el caudal a tratar y el tiempo

que debe permanecer el caudal en el tanque, calcularemos el volumen del mismo.

Se expresa en unidades de tiempo (horas o minutos):

QVT =

• RENDIMIENTO (R)

Es la relación que existe entre la masa de materia orgánica eliminada y la del

influente que entra en el reactor biológico. Se expresa en %.

0

e0

SSS

R−

=

Se: DBO5 de salida del decantador (kg/m3)



• NIVEL DE OXÍGENO DISUELTO

El oxígeno que se aporte al tanque de aireación debe de ser suficiente para

que los microorganismos puedan respirar y se pueda oxidar la materia orgánica.

La relación entre la cantidad de oxígeno y la cantidad de alimento debe estar

regulada y mantenerse estable. Una descompensación en un sentido o en otro,

puede dar lugar a una aparición de organismos filamentosos que tienden a flotar en

el decantador secundario, alterando totalmente la separación sólido-líquido y

tendiendo a ser lavados con el efluente.

El nivel de oxígeno disuelto suele medirse con sensores que dan información

inmediata de las cantidades de oxígeno en el tanque, y a partir de esta información

los sistemas de agitación y de aireación se ponen en marcha o se paran.

La agitación debe de estar bien controlada, para que el oxígeno y el alimento

se distribuyan homogéneamente por toda la cuba.

• RECIRCULACIÓN DE LODOS

La finalidad de la recirculación de lodos es mantener una concentración

suficiente de lodos activos en el reactor biológico, de forma que se pueda mantener

el grado de tratamiento deseado.

La relación de recirculación Qr/Q (caudal de lodos recirculados/caudal de

agua a tratar), se puede calcular a partir del siguiente balance:

rrr XQXQ)(Q ⋅=⋅+

siendo:

Qr caudal de lodos recirculados (m3/h)

Xr: concentración de sólidos en suspensión de los lodos recirculados (kg/m3)

De lo anterior se deriva:



X)(XX

QQ

r

r

−=

2.3.3. TIPOS DE PROCESOS DE LODOS ACTIVOS

En función de los objetivos de calidad requeridos en el efluente, la depuración

puede consistir en la eliminación de la materia orgánica carbonada, o también llevar

asociada la reducción de la materia nitrogenada.

De esta forma se pueden distinguir distintos tipos de procesos, entre los que

se encuentran los procesos convencionales, los de aireación prolongada, los

canales de oxidación y procesos de bioadsorción.

2.3.3.1. Procesos convencionales

Se entiende por proceso convencional aquel de carga media (entre 0,2 y 0,4),

diseñado para eliminar exclusivamente la materia orgánica carbonada en flujo

continuo. El proceso convencional tiene tres variantes fundamentales: flujo pistón,

mezcla completa y alimentación escalonada.

• FLUJO PISTÓN

Se lleva a cabo en un tanque de aireación rectangular, seguida de un

decantador secundario.

Tanto el agua residual como el lodo recirculado desde el decantador, entran

en la cuba por un extremo y son aireados por un período de 6 horas, tiempo en el

que se produce la adsorción, floculación y oxidación de la materia orgánica.

Se utiliza para aguas domésticas no muy concentradas. El proceso es

susceptible a cargas de choque.



• MEZCLA COMPLETA

En este proceso, el contenido total del tanque (agua residual y lodos) se

mezcla uniformemente.

El agua residual de entrada al proceso y los lodos recirculados, se mezclan e

introducen en diversos puntos del tanque de aireación a lo largo de un canal central.

De esta forma se consigue que tanto la demanda de oxígeno como la carga

orgánica sean homogéneas de un extremo al otro de la cuba de aireación.

El proceso es usado en aplicaciones generales, siendo resistente frente a

cargas de choque.

• ALIMENTACIÓN ESCALONADA

El agua residual se introduce en distintos puntos de la cuba de aireación y los

lodos recirculados por un extremo. Conseguimos disminuir las demandas puntas de

oxígeno, consiguiéndose mejores propiedades de adsorción de la materia orgánica a

los flóculos, siendo eliminada por un período más corto.

Este proceso es de aplicación general.

En la siguiente tabla se presentan los parámetros de dimensionamiento de los

procesos convencionales de media carga.



PARÁMETROS DE DISEÑO DE LOS PROCESOS CONVENCIONALES DE LODOS ACTIVOS

RENDIMIENTO DEL PROCESO

DBO5 (%) 85-95 %

SS (%) 85-95 %

REACTOR BIOLÓGICO

Carga másica Cm (kg DBO5 /día·kg SSLM) 0,2 – 0,4

Edad del lodo (días) 5 – 15

Concentración SSLM (mg/l) 2.500 – 4.000

Tiempo de retención hidráulica T (h) 3-8

Demanda teórica de O2 (kg O2/kg DBO5 elim) 0,8 – 1

RECIRCULACIÓN DE LODOS

Relación de recirculación Qr/Q 75 – 100 %

PRODUCCIÓN DE LODOS

Con decantación primaria previa (kg MS/kg DBO5 elim) 0,8 – 0,9

Sin decantación primaria previa (kg MS/kg DBO5 elim) 1,0 – 1,1

2.3.3.2. Aireación prolongada

Este proceso requiere cargas no muy altas y tiempos de aireación

prolongados. Además, es flexible frente a variaciones de carga.

Suele aplicarse a plantas pequeñas que tratan menos de 10.000 habitantes-

equivalentes (h-e), aunque en la actualidad existen plantas de este tipo que tratan

hasta 50.000 h-e.

Las instalaciones de aireación prologada prescinden de decantación primaria,

de manera que el agua pasa directamente desde el pretratamiento hasta el tanque

de aireación y pasa después al decantador secundario.

Las ventajas más interesantes de este proceso son:

• La sencillez de su funcionamiento y explotación.



• La eliminación del proceso posterior de estabilización de los lodos, ya que

éstos salen completamente estabilizados del reactor biológico.

• Cuando el suministro de oxígeno es suficiente se produce la nitrificación,

por lo que con pequeñas modificaciones puede eliminar el nitrógeno,

introduciendo una etapa de desnitrificación.

• Menor producción de lodo que en los procesos convencionales.

Su mayor inconveniente es el alto coste de la explotación, debido a los altos

costes energéticos producidos por las necesidades de agitación en los reactores

biológicos. Además, debido a que la carga másica es muy pequeña, el volumen del

reactor biológico es de 3 a 5 veces mayor que en el caso del proceso convencional.

En la siguiente tabla se presentan los parámetros de dimensionamiento de los

procesos de aireación prolongada de media carga.

PARÁMETROS DE DISEÑO DE LOS PROCESOS DE AIREACIÓN PROLONGADA

RENDIMIENTO DEL PROCESO

DBO5 (%) 90 - 95 %

SS (%) 90 -95 %

REACTOR BIOLÓGICO

Carga másica Cm (kg DBO5 /día·kg SSLM) < 0,05

Edad del lodo (días) 20 – 30 días

Concentración SSLM (mg/l) 3.000 – 5.000

Tiempo de retención hidráulica T (h) 20 - 36

Demanda teórica de O2 (kg O2/kg DBO5 elim) 2,0 – 2,4

RECIRCULACIÓN DE LODOS

Relación de recirculación Qr/Q 100 - 150 %

PRODUCCIÓN DE LODOS

Producción de lodos (kg MS/kg DBO5 elim) 0,7 - 1,0



2.3.3.3. Canales de oxidación

La oxidación biológica tiene lugar en un canal circular cerrado, provisto de

aireadores superficiales horizontales (rotores que provocan la aireación y circulación

de los lodos).

Cuando se diseñó este tipo de procesos su funcionamiento era discontinuo,

funcionando el canal como reactor biológico y decantador alternativamente.

Actualmente funciona de forma continua, estando el canal seguido de un clarificador.

Generalmente se diseña para tratar una baja carga, si bien funciona

excelentemente a media carga y es flexible a las variaciones.

Debido a la geometría de los canales, se pueden obtener zonas más

oxigenadas con nitrificación y zonas muy poco oxigenadas con desnitrificación, por

lo que es un sistema bueno para eliminar materia orgánica y nitrógeno.

Existen diversas variantes de este tipo de sistemas, entre las que se

encuentran:

• CARRUSEL

En este sistema el tanque de aireación tiene configuración de canal, pero en

lugar de rotores utiliza aireadores de eje vertical instalados frente al tanque divisorio,

lo que permite interceptar el régimen de corrientes y utilizar la potencia aplicada en



transferir oxígeno y conseguir un flujo continuo de lodos en el canal suficiente para

evitar la sedimentación.

Con esta variante se pueden conseguir profundidades del tanque de hasta 4

metros. Además, si se diseñan zonas del tanque con poco oxígeno y alta carga, se

consigue eliminar nitrógeno.

• PROCESO ORBAL

Este sistema consiste en una serie de canales concéntricos, en los que las

cantidades de oxígeno suministrado varían de un canal a otro. El agua pasa,

inicialmente, al canal periférico y a través de pasos sumergidos, va circulando de un

canal a otro para llegar finalmente a un decantador.

La característica principal del sistema Orbal es el diferente grado de

oxigenación que se mantiene en los distintos canales, típicamente operando en 0, 1

y 2 ppm de oxígeno disuelto en el primer, segundo y tercer canal respectivamente.

El sistema es idóneo para procesos de nitrificación-desnitrificación, ya que el

agua entra en el primer canal y el lodo allí existente empieza a degradar la materia

orgánica, empezando a desarrollarse bacterias desnitrificantes (zona de poco

oxígeno), posteriormente el agua va pasando por los canales más oxigenados en los

que se producen procesos de oxidación biológica y nitrificación. El licor mezcla se

recircula del tercer al primer canal, permitiendo que los nitratos formados sean

transformados en nitrógeno atmosférico por las bacterias desnitrificantes.



2.3.3.4. Procesos de bioadsorción

La bioadsorción es el fenómeno mediante el cual la materia orgánica se

adhiere a la superficie de los flóculos y es degradada por las bacterias allí

existentes.

Este fenómeno es más acusado cuanto mejor funciona un lodo activo y

presenta flóculos mejor formados.

Podemos distinguir dos tipos de procesos de lodos activos que aprovechan

las propiedades bioadsorbentes de los flóculos: el de contacto-estabilización y el

proceso de doble etapa.

• CONTACTO-ESTABILIZACIÓN

La alimentación del agua residual en el proceso biológico tiene lugar en dos

etapas que se desarrollan en tanques separados.

La primera etapa es la fase de adsorción que se desarrolla en el primer

tanque durante 20-60 minutos. En ella se adsorben en los flóculos una buena parte

de la materia orgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual.

A continuación el agua pasa a un clarificador y el lodo decantado pasa al segundo

tanque de aireación donde se le da tiempo suficiente para que se produzca la

oxidación de la materia orgánica por las bacterias.

Este tipo de proceso es muy flexible y se utiliza muchas veces como

ampliación de plantas existentes.



• PROCESO DE DOBLE ETAPA

El proceso de doble etapa consiste en realizar una depuración biológica en

dos etapas, cada una de las cuales tiene un reactor biológico y un decantador

secundario.

En la primera etapa se alimenta el primer tanque con cargas elevadas, con un

corto período de oxigenación, lo que favorece el desarrollo de microorganismos

resistentes a elevadas cargas y sustancias tóxicas favoreciéndose las propiedades

adsorbentes de los flóculos.

En la segunda etapa se establece una carga media o baja, con un alto

contenido en oxígeno, funcionando de forma similar a los procesos convencionales,

es decir, es predominante la oxidación biológica.

Este sistema es interesante para aguas residuales con fuertes variaciones de

carga, de pH, contaminantes tóxicos etc., es decir, aguas residuales con fuerte

componente industrial.

2.3.4. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES DE LODOS ACTIVOS

Las instalaciones de lodos activos se componen del tanque de aireación y del

decantador secundario.

• TANQUE DE AIREACIÓN

Los tanques son, generalmente, abiertos y construidos en hormigón armado.

La configuración hidráulica debe garantizar que, frente a las normales variaciones de

caudal, la altura del licor mezcla no varíe en más de 30 cm.



El sistema de aireación puede llevarse a cabo por turbinas o por difusores, y

se deben de tomar las precauciones necesarias para evitar los ruidos molestos

producidos por los sistemas de aporte de aire.

Para plantas pequeñas, la regulación en la oxigenación se realiza mediante

arranque y parada de los equipos controlados por temporizadores. Para plantas

grandes, la regulación debe ser obligatoriamente en función del oxígeno disuelto en

el reactor biológico.

Resulta interesante disponer de un dispositivo de control de espumas, que

puede consistir en boquillas pulverizadores montadas a lo largo del borde superior

del tanque de aireación.

• DECANTADORES SECUNDARIOS O CLARIFICADORES

Existen cuatro tipos fundamentales de decantadores secundarios:

Decantadores circulares de rasquetas

Son decantadores de forma circular con sistema de barrido de lodos

radial. Es conveniente que las rasquetas de barrido de lodos no formen

una sola unidad y que sean fácilmente desmontables y extraíbles.

El sistema de arrastre de lodos se desplaza normalmente con una

velocidad de 120 m/h (perimetral). La pendiente de solera es del 4 al 10%

y el calado de borde entre 2,5 y 3,5 m.

El decantador dispone de un sistema de recogida superficial de espumas y

flotantes. Se recomienda disponer paletas de espesamiento en el pozo

central de recogida de los lodos.



Decantadores de succión

Se instalan para decantadores circulares con un diámetro superior a 35 m,

recomendándose la recogida de lodos por succión y la evacuación de los

lodos se hace mediante un sifón. Al igual que los anteriores presenta un

sistema de recogida de espumas y flotantes.

Decantadores rectangulares de rasquetas

Presentan la ventaja de permitir una implantación más compacta de todo

el tratamiento biológico.

La profundidad suele estar comprendida entre 2,5 y 4 m, siendo la

pendiente de solera aproximadamente del 1%. La velocidad máxima de

arrastre de lodos es de 60 m/h.

El pozo de recogida de lodos se diseña de forma que los lodos no estén

retenidos más de 5 horas (válido también para los decantadores

circulares).



Los carros móviles deben tener fácil acceso y un sistema de paro frente a

obstáculos. Presentan sistemas de recogida de espumas y flotantes.

Decantadores lamelares

Los decantadores lamelares tienen dos propósitos fundamentales:

aumentar la superficie de decantación y obtener un flujo laminar. Por estas

razones, es un dispositivo que permite reducir las superficies que serían

habitualmente necesarias para conseguir una correcta sedimentación de

los flóculos formados en el proceso biológico anterior.

Todos los tipos de decantadores presentan bombas para la evacuación de

lodos y para su recirculación a las cubas de aireación. Los sistemas de

extracción de lodos son regulables y controlables mediante

temporizadores programables.

2.4. PROCESO DE CULTIVO FIJO

En estos procesos, a diferencia de los de lechos activos, se emplea un

soporte fijo donde se produce el crecimiento bacteriano.

2.4.1. LECHOS BACTERIANOS

El lecho bacteriano es un sistema biológico aerobio de cultivo fijado a un

medio soporte o relleno, por el cual el agua residual discurre transversalmente sin



llegar a inundarlo y permitiendo que en los huecos del relleno haya el aire suficiente

para la oxigenación de la biopelícula desarrollada.

La biopelícula es la capa de microorganismos que crecen adhiriéndose al

material soporte. Por esta razón, a los lechos bacterianos también se les denomina

filtros percoladores, filtros de escurrimiento o filtros de goteo.

Los elementos principales del proceso son:

• Reactor biológico: conforma el lecho bacteriano, y tiene un sistema de

alimentación de agua residual y un sistema de ventilación (natural o

forzada).

• Decantador secundario: es el sistema de separación del lodo del agua

residual tratada. Tiene un sistema de extracción de lodos (exceso de

biomasa).

• Recirculación del agua al reactor.

• REACTOR BIOLÓGICO

La función principal del depósito es la retención o contención del medio

soporte para formar así el lecho. El lecho bacteriano debe funcionar aireado y no

saturado de agua, por lo que las paredes del depósito no necesitarán resistir el



empuje del agua, sino solamente el empuje del medio soporte recubierto de la

biopelícula.

Se pueden emplear dos tipos de materiales como soportes de la biopelícula:

• Materiales naturales

• Materiales de plástico

La gran característica de los materiales soportes es la porosidad del mismo

para la creación de la biopelícula. Dentro de los materiales naturales pueden

emplearse cantos rodados, escoria, coque metalúrgico y antracita. En cuanto a los

materiales de plástico, estos se clasifican en dos grandes grupos, ordenados y

desordenados.

Los materiales de plástico ordenados se presentan en paquetes geométricos,

o también pueden ser tubos de 80 a 100 mm de diámetro que llevan tabiques

internos para aumentar la superficie específica.

Los materiales de plástico desordenados se componen de elementos

individuales de un tamaño de 40 a 100 mm, dispuestos directamente en el lecho sin

ninguna combinación, con un índice de vacío entre el 95 y el 97% y permiten

grandes alturas. Es un material de mayor superficie específica, pero que se suele

utilizar cuando el lecho bacteriano se sitúa en la configuración del sistema de

depuración de aguas residuales como tratamiento terciario.

• FUNCIONAMIENTO DEL FILTRO PERCOLADOR

En la parte central se encuentra el distribuidor de agua del tratamiento

primario, que está constituido por un brazo diametral perforado que por acción

centrífuga gira sobre el material soporte, distribuyendo el agua sobre el mismo. El

sistema de alimentación de agua a depurar al lecho bacteriano debe garantizar la

distribución uniforme del caudal en toda la superficie del lecho, así como un caudal

suficiente de percolación para llevarse las porciones de biopelícula erosionadas o

desprendidas.



El medio soporte se coloca sobre un falso fondo drenante, que no permite la

salida del material de soporte y permite el paso del agua tratada. La solera del

depósito se hace con pendientes hacia los canales de evacuación de agua tratada,

los cuales pueden ser diametrales en el lecho o bien periféricos. En este último caso

la parte del depósito tiene ventanas o huecos en su base en toda la periferia para

permitir la ventilación del lecho.

Por otra parte, es necesario disponer de un sistema de ventilación para

permitir la actividad biológica, y esto se consigue creando una corriente de aire

desde la base, bien por tiro natural o ventilación forzada, producida por la diferencia

de temperatura entre el aire y el agua. Si el agua a tratar está más caliente que el

aire del interior, ésta se calienta y al perder densidad asciende, provocando la

entrada de aire más frío por la parte inferior. Para que esta ventilación natural

funcione, son necesarias diferencias de temperatura aire-agua superiores a +2ºC y

para que funcione óptimamente, superiores a +6ºC.

La película biológica incluye bacterias aerobias en la superficie y bacterias

anaerobias cerca del fondo. Los subproductos y el gas carbónico producidos por la

depuración se evacuan en los fluidos líquidos y gaseosos.

Las materias contaminantes contenidas en el agua y el oxígeno del aire

difunden, a contracorriente, a través del filme biológico hasta los microorganismos

asimiladores.



La eficacia de los lechos biológicos puede incrementar con la recirculación del

agua residual. Consiste en hacer pasar a través del sistema parte del efluente ya

depurado, mezclando este agua con el agua que todavía no está tratada y que

alimenta el sistema, a fin de que se ponga en contacto con el lecho biológico más de

una vez.

• INCONVENIENTES DEL FILTRO PERCOLADOR

Los inconvenientes de este sistema son:

Puesta en marcha muy lenta: son necesarios más de 8 días.

Pérdida brusca de la película biológica: se puede deber a un vertido tóxico

puntual.

Formación de charco en la superficie del lecho: se puede producir por

partículas de granulometría elevada y altas cargas para depurar.

Problemas de olores: debidos al funcionamiento anaeróbico del proceso.

Proliferación de moscas.

Formación de espumas en el drenaje: debido a los tensioactivos de

detergentes.

Formación de hielo: cuando las temperaturas del aire son muy bajas, se

puede formar hielo dentro del lecho.

• RENDIMIENTO DE DEPURACIÓN DEL FILTRO PERCOLADOR

Los porcentajes de depuración del filtro percolador se muestra a continuación,

para un agua residual de carga contaminante media.

RENDIMIENTO DE DEPURACIÓN DEL FILTRO PERCOLADOR

Sólidos en suspensión 75 – 95 %

DBO5 80 – 90 %

DQO 70 – 85 %

N total 20 – 35 %

P total 10 – 30 %



2.4.2. REACTOR BIOLÓGICO ROTATIVO DE CONTACTO

Otra técnica que necesita cultivos fijos se compone de discos biológicos

giratorios.

El reactor biológico rotativo de contacto (del inglés RBC, Rotating

Biological Contactor), es un sistema de tratamiento de depuración de aguas que

consiste en baterías de discos de diversos materiales colocados en paralelo que se

van sumergiendo secuencial y parcialmente (un 40%) en un depósito por donde

circula el agua a tratar. Sobre dicho soporte se adhiere y desarrolla una biomasa

activa procedente del agua residual, y la cual realiza el efecto depurador del sistema.

A estos sistemas se les conoce habitualmente por biodiscos.

A estos sistemas se les consideran un sistema de biomasa fija, pues los

microorganismos responsables de la depuración trabajan (mayoritariamente)

adheridos a los discos que están fabricados en diversos materiales plásticos que los

hacen fuertes y ligeros.

Los microorganismos se desarrollan y forman una película biológica

depuradora en la superficie de los discos. Como los discos están semisumergidos,

su rotación permite la oxigenación de la biomasa fijada.

Cuando los biodiscos se sumergen en agua a depurar y se ponen en

funcionamiento, la biomasa formada por los microorganismos y otros sistemas

biológicos se va fijando a la superficie del soporte (lo hace en más de un 95 %) y se



va exponiendo al aire a medida que el disco va girando, después se sumergen en

agua de nuevo para tomar contacto con la materia orgánica. Se suceden nuevos

periodos de exposición al aire (oxigenación) e inmersión en el agua (alimentación).

Así se va formando la biopelícula a expensas de la materia orgánica del agua

a tratar. La concentración de esta película puede llegar a los 30.000 mg/l. Esta alta

concentración es la responsable de la alta eficacia de depuración en tiempos

hidráulicos del sistema cortos.

Los biodiscos giran a baja velocidad (menor de 5 rpm) alrededor de un eje

perpendicular a todos ellos.

Dentro de los reactores biológicos rotativos de contacto cabe distinguir entre

biodiscos y biocilindros:

• En los biodiscos el soporte para la fijación bacteriana está constituido por

un conjunto de discos de material plástico de 2 a 4 m de diámetro. Los

discos se mantienen paralelos y a corta distancia entre ellos gracias a un

eje central que pasa a través de sus centros.

• Los biocilindros constituyen una modificación del sistema de biodiscos,

en ellos el sistema es una jaula cilíndrica perforada, que alberga en su

interior un material soporte de plástico, al que se fija la biomasa

bacteriana.

En este tipo de instalación, es conveniente asegurarse de:



• La fiabilidad mecánica de la armadura (accionamiento de arranque

progresivo, buena fijación del soporte sobre el eje).

• El dimensionado de la superficie de los discos (este debe ser realizado

con márgenes de seguridad importantes).

Los biodiscos presentan tres ventajas competitivas frente a los procesos de

lodos activos y a los filtros percoladores:

• Consumo eléctrico: los biodiscos consumen del orden del 20% de lo que

consume un proceso convencional de lodos activos, dado que con un

motor de muy baja potencia (1,5 kW) se accionan tanto los biodiscos como

las norias de elevación.

• Producción de lodos: El volumen de lodos producido tanto por los filtros

percoladores como por los biodiscos es mínimo. Esto se debe, sobretodo,

al hecho de que los microorganismos se fijen a un sustrato en lugar de

estar en suspensión. Una baja producción de lodos es muy importante de

cara a los aspectos económicos de la explotación, así como para la

autonomía en la gestión de las instalaciones. Así, generalmente un

sistema de biodiscos puede funcionar de forma continuada durante unos

seis meses sin que sea necesaria la extracción de lodos del tanque.

• Mantenimiento de las instalaciones: los biodiscos están concebidos para

que tanto las operaciones de mantenimiento (ya sea correctivo o

preventivo) como su frecuencia sean mínimos. De esta manera se

garantiza el funcionamiento continuo de las instalaciones y no realizar las

interrupciones técnicas que, frecuentemente, implica el mantenimiento de

las EDARs convencionales.

2.5. PROCESOS DE ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE

NUTRIENTES

El aumento de la concentración de nutrientes (nitrato y fosfato) en los cauces

naturales derivado de la actividad humana acelera el crecimiento natural de las algas

y plantas acuáticas, dando lugar al fenómeno conocido como eutrofización. La



presencia de estas plantas puede interferir con los usos beneficiosos de los recursos

hidráulicos.

Por otra parte, la elevada concentración de nitrógeno en efluentes tratados

puede ocasionar otros efectos negativos como son la reducción de la concentración

de oxígeno disuelto en las aguas receptoras, toxicidad para la vida acuática, efectos

negativos sobre la efectividad de la desinfección con cloro, peligro para la salud

pública y efectos sobre el potencial de un agua residual para ser reutilizada.

Para gestionar el control de nutrientes es importante evaluar:

• Las características del agua bruta.

• El tipo de instalación de tratamiento del agua residual.

• El nivel de control de nutrientes que se necesita.

• Las necesidades de eliminación de nutrientes (puntuales o abarcan un

ciclo anual).

En el control de nutrientes se puede actuar de dos formas: mediante la

adición de un único proceso para controlar un nutriente específico, o bien incluir la

eliminación de nutriente en el sistema de tratamiento biológico principal.

Para limitar la cantidad de los nutrientes en los efluentes de las EDARs se

han empleado varios sistemas de tratamiento basados en el uso de sistemas

químicos, físicos y biológicos. En un principio los procesos más empleados fueron la

nitrificación biológica para la oxidación y control del amoníaco y la desnitrificación

biológica con la adición de metanol para eliminación de fósforo.

En los últimos años se han desarrollado otros procesos de tratamiento

biológico que persiguen la eliminación única de fósforo o conjunta del fósforo y del

nitrógeno. Con estos sistemas, se reduce notablemente el uso de productos

químicos por lo que resultan muy interesantes desde el punto de vista económico y

de explotación.



2.5.1. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO

El nitrógeno en el agua residual bruta suele estar presente en forma de

amoníaco o de nitrógeno orgánico (urea, aminoácidos, etc.), siendo ambas formas

solubles. Sin embargo, suele presentar bajas concentraciones o nulas de nitrito o

nitrato.

Con los sistemas de tratamiento convencionales se elimina menos del 30%

del nitrógeno total de la forma que se explica a continuación.

En la decantación primaria se elimina una fracción de la materia orgánica

presente en el agua residual, pero es en el tratamiento biológico donde la mayor

parte del nitrógeno orgánico se transforma en amonio y otras formas inorgánicas.

Una fracción del amonio se asimila como parte de la materia celular de la biomasa y

otra está presente en los efluentes de los decantadores secundarios.

Los dos mecanismos principales que intervienen en este proceso son:

• La asimilación: los microorganismos presentes en el agua residual tienden

a asimilar el nitrógeno amoniacal y a incorporarlo a su masa celular. Con

la muerte de las células una parte de este nitrógeno amoniacal retornará al

agua residual.



• La nitrificación-desnitrificación: la eliminación de nitrógeno se consigue en

dos etapas de conversión. En la primera; la nitrificación, se reduce la

demanda de oxígeno del amoniaco mediante su conversión a nitrato. No

obstante, en este paso, el nitrógeno apenas ha cambiado de forma y no se

ha eliminado. En el segundo paso; la desnitrificación, el nitrato se

convierte en un producto gaseoso eliminado.

• NITRIFICACIÓN

En la eliminación de nitrógeno por el proceso de nitrificación-desnitrificación,

la nitrificación es el primer paso. Para que se produzca la nitrificación, es necesaria

la actuación de las bacterias Nitrosomonas y Nitrobacter.

Para las Nitrosomonas, que oxidan el amoníaco en nitrito (producto

intermedio), la reacción es la siguiente:

O2H4H2NO3O2NH 2224 ++⎯⎯⎯⎯ →⎯+ +−+ asNitrosomon

Para las Nitrobacter, que transforman el nitrito en nitrato, la reacción es:

OH2HNOO2NO 2322 ++⎯⎯⎯⎯ →⎯+ +−− rNitrobacte

La reacción global es:

OH2HNOONH 2324 ++→+ +−+

Es necesario tener en cuenta que la transformación de nitrógeno amoniacal

en nitrógeno en forma de nitrato no supone la eliminación del nitrógeno, aunque sí

permite eliminar su demanda de oxígeno.

Las bacterias nitrificantes son muy sensibles a gran cantidad de sustancias

inhibidoras, que pueden llegar a impedir el crecimiento y su actividad. Por ejemplo,

pueden resultar inhibidoras altas concentraciones de amoníaco y de ácido nitroso, y

es también importante el efecto del pH.



Para que se produzca la nitrificación, es fundamental que existan

concentraciones de oxígeno disuelto (OD) por encima de 1 mg/l. Si el nivel de OD es

inferior a este valor, el oxígeno se convierte en el compuesto limitante del proceso y

puede producirse el cese o la ralentización de la nitrificación.

La nitrificación se puede realizar tanto en procesos de cultivo en suspensión

(lodos activos) como en procesos de cultivo fijo:

• En un proceso de cultivo en suspensión, existe la posibilidad de realizar el

proceso en el mismo reactor empleado para el tratamiento biológico, o

bien en un reactor independiente situado a continuación del proceso de

lodos activos convencional. La oxidación del amoníaco a nitrato se puede

llevar a cabo con aire o con oxígeno puro.

• De la misma manera, también se puede conseguir la nitrificación en un

reactor de cultivo fijo empleado para la eliminación de materia carbonada,

o en un reactor independiente.

Si la nitrificación se lleva a cabo en una sola etapa, los procesos más

utilizados son:

• Los procesos de cultivo en suspensión más empleados para realizar la

nitrificación son el de flujo en pistón convencional, mezcla completa,

aireación prolongada y numerosas variantes de canales de oxidación.

Para que se produzca la nitrificación, lo único que se precisa es mantener

las condiciones adecuadas para el crecimiento de los organismos

nitrificantes. Por ejemplo, en la mayoría de los climas cálidos, se puede

conseguir una mayor nitrificación incrementando el tiempo de retención

celular y el aporte de aire.

• Para los procesos combinados de oxidación de carbono y nitrificación se

suelen emplear sistemas de película fija, como los filtros percoladores y

los biodiscos. Al igual que en el caso de los procesos de cultivo en

suspensión, la nitrificación se puede conseguir o mejorar en los procesos



de cultivo fijo ajustando los parámetros de funcionamiento. Normalmente,

la nitrificación se puede conseguir reduciendo la carga aplicada.

Si la nitrificación se lleva a cabo en etapas separadas, se emplean tanto

procesos de cultivo en suspensión como de película fija:

• En los procesos de cultivo en suspensión, niveles bajos de carbono en el

afluente pueden romper el equilibrio entre los sólidos perdidos en la

decantación y los sólidos sintetizados en el reactor. A menudo, esta falta

de equilibrio obliga a una purga constante o al aumento de la DBO en el

afluente al reactor de nitrificación para mantener el contenido de sólidos

biológicos en el sistema.

• En los sistemas de película fija puede ser ventajoso niveles bajos de

carbono en el afluente al proceso de nitrificación, ya que se consigue la

eliminación de las necesidades de clarificación posterior a la nitrificación.

Las ventajas de realizar la nitrificación en un reactor independiente a la

oxidación del carbono son:

• Permite una mayor flexibilidad y fiabilidad del proceso, y cada uno de los

procesos (oxidación del carbono y nitrificación) se pueden llevar a cabo

independientemente con el fin de obtener un rendimiento óptimo. Es

importante conocer el grado de eliminación de carbono orgánico en la

etapa de oxidación ya que afectará a la elección y explotación del proceso

de nitrificación.

• La materia orgánica biodegradable se elimina en una etapa previa de

oxidación del carbono, por lo que se elimina el problema de toxicidad para

las bacterias nitrificantes.

• DESNITRIFICACIÓN

La desnitrificación es la segunda etapa de la eliminación del nitrógeno

mediante el proceso de nitrificación-desnitrificación.



La desnitrificación es el proceso mediante el cual el nitrato se convierte en

nitrógeno gas, bajo condiciones anóxicas (sin oxígeno), gracias a la acción de

diversos géneros de bacterias. De entre ellas, se pueden destacar: Achromobacter,

Aerobacter, Alcalibacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium,

Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas y Spirillum.

Estas bacterias heterótrofas son capaces de la reducción del nitrato, que es

un proceso de dos etapas. El primer paso consiste en la conversión de nitrato en

nitrito, y a continuación se producen óxido nitroso y nitrógeno gas, según las

siguientes reacciones:

O4H2CO6NOOH2CH6NO 22233 ++→+ −−

-22232 6OHO3H3CO3NOH3CH6NO +++↑→+−

La reacción global es la siguiente:

-22233 6OHOH73NCO5OH5CH6NO ++↑+→+−

Los factores que afectan a estas reacciones son:

• La presencia de oxígeno disuelto en el proceso suprime el sistema

enzimático necesario para el desarrollo de la desnitrificación.

• La alcalinidad se produce durante la conversión de nitrato en nitrógeno

gas, lo cual provoca un aumento del pH. El pH óptimo se sitúa entre 7 y 8,

según las poblaciones bacterianas que existan.

• La temperatura afecta a la tasa de eliminación del nitrato y a la de

crecimiento microbiano. Los organismos son sensibles a los cambios de

temperatura.

Los procesos de desnitrificación se pueden clasificar teniendo en cuenta si

los cultivos son fijos o en suspensión:

• La desnitrificación con cultivos en suspensión se suele llevar a cabo en

sistemas de lodos activos de flujo en pistón. Las bacterias anaerobias



obtienen la energía para el crecimiento a partir de la conversión de nitrato

en nitrógeno gas, pero necesitan una fuente externa de carbono para la

síntesis celular; en algunos sistemas se emplea el agua residual cruda

como fuente.

• La desnitrificación con sistemas de película fija se lleva a cabo en un

tanque vertical que contiene un relleno sobre los que crecen las bacterias.

Al igual que en los cultivos en suspensión, también suele ser necesaria

alguna fuente externa de carbono. La mayoría de las aplicaciones de este

proceso adoptan el sistema de flujo descendente, aunque también se

emplean técnicas de lecho expandido.

• NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN

Los sistemas de nitrificación-desnitrificación biológica suelen ser los más

adecuados para la eliminación de nitrógeno por las siguientes ventajas:

• Elevado rendimiento potencial de eliminación

• Alta estabilidad y fiabilidad del proceso

• Relativa facilidad de control del proceso

• Reducidas necesidades de espacio

• Coste moderado

La clasificación de los procesos se lleva a cabo atendiendo a si en el mismo

sistema se lleva a cabo la nitrificación-desnitrificación y la oxidación de carbono

(empleando fuentes de carbono internas y endógenas), o si los procesos se

producen en reactores separados (empleando metanol u otra fuente de carbono

orgánico externa adecuada).

Primeramente, la nitrificación-desnitrificación biológica se llevó a cabo en un

proceso de dos etapas separadas en cadena, empleando metanol como fuente de

sustrato para la desnitrificación. En la primera etapa el nitrógeno amoniacal pasa a

nitrato (nitrificación), y en la segunda etapa, los nitratos se convierten a nitrógeno

gas (desnitrificación).



Como ventaja de este proceso, destaca que permite alcanzar concentraciones

de nitratos como nitrógeno muy bajas en el efluente (< 2-3 mg/l).

Sin embargo, este sistema tiene las siguientes desventajas:

• Los volúmenes totales requeridos son elevados.

• La etapa de nitrificación tiene elevados requerimientos de oxígeno y puede

necesitar adición de alcalinidad.

• Existe la posibilidad de que se produzca lodo ascendente en el decantador

por la desnitrificación del lodo espesado, y para evitarlo, es necesaria una

alta recirculación de lodos.

Así se llegó al sistema desnitrificación-nitrificación (o proceso Ludzack-

Ettinger), que es el más utilizado en la actualidad, y que combina en una sola etapa

la nitrificación, la desnitrificación y la eliminación de la materia orgánica.

En este proceso, el influente es dirigido al reactor anóxico, donde las

bacterias heterótrofas procedentes de la recirculación de lodos eliminan la materia

orgánica del agua, utilizando los nitratos proporcionados por la propia recirculación



de lodos y por una recirculación interna del licor mezcla. Esta última recirculación es

necesaria porque la recirculación de lodos no aporta la cantidad de nitratos

suficiente para conseguir un elevado rendimiento de eliminación de nitrógeno.

Así, el nitrógeno del influente pasa por el reactor anóxico (diluido por las

recirculaciones), sin apenas sufrir variaciones (excepto el consumido para la síntesis

de biomasa heterótrofa), y se oxida a nitratos en el reactor aerobio.

De hecho, es en la recirculación cuando se produce la desnitrificación, es

decir, la reducción de los nitratos a nitritos y posteriormente a nitrógeno gas.

Este proceso reduce los problemas descritos en el proceso de etapas

separadas:

• Es menos probable que se produzca lodo ascendente en el decantador

secundario si la concentración de nitratos es menor de 8 mg N/l.

• Dado que parte de la biodegradación de materia orgánica tiene lugar en el

reactor anóxico, se produce alcalinidad que reduce el consumo global de

alcalinidad debida a la nitrificación.

• Por esta misma razón, hay un consumo de nitratos en lugar de oxígeno

que reduce los requerimientos globales de oxígeno.

2.5.2. ELIMINACIÓN DE FÓSFORO

Los microorganismos consumen fósforo en reactores dispuestos en etapas en

serie y, con un adecuado control de las condiciones ambientales, es posible

conseguir que este consumo sea por encima de sus necesidades normales. De esta

manera, el fósforo se elimina del sistema por medio de la purga o arrastre de los

microorganismos.

El fósforo se presenta en el agua residual principalmente en forma de

ortofosfato (PO43-), polifosfatos (P2O7)4- y formas orgánicas de fósforo. Los dos

últimos términos engloban hasta el 70% del fósforo contenido en el agua residual.

Los microbios utilizan el fósforo para la síntesis celular y en el transporte de energía.



Por ello, entre el 10 y 30% del fósforo presente se elimina durante el tratamiento

biológico secundario.

Para conseguir niveles de fósforo bajos en el efluente, es necesario eliminar

más cantidad de la estrictamente necesaria para el mantenimiento y síntesis celular.

La eliminación biológica del fósforo se consigue generando en los reactores las

condiciones ambientales adecuadas de manera secuencial.

Uno de los organismos responsables de la eliminación del fósforo son los

Acinetobacter. Estos organismos liberan el fósforo almacenado como respuesta, en

condiciones anaerobias, a la presencia en el agua residual de ácidos grasos volátiles

(AGV). En su competencia por la supervivencia con los organismos heterótrofos, los

AGV son un substrato importante para los Acinetobacter.



Cuando una zona aerobia sigue a una zona anaerobia, los organismos

consumen mayores cantidades de fósforo de lo habitual. Los microorganismos no

sólo utilizan el fósforo para el mantenimiento celular, síntesis celular y transporte de

energía, sino que también lo almacenan para su uso posterior. El lodo que contiene

el exceso de fósforo se purga o se evacua a una línea de lodo auxiliar para

eliminarlo. La liberación del fósforo se realiza bajo condiciones anóxicas. Por lo

tanto, el proceso biológico de eliminación de fósforo hace necesario poder disponer

de reactores o zonas anaerobias y aerobias dentro del mismo reactor.

Existen dos mecanismos de eliminación del fósforo: la purga de lodo y el

tratamiento en línea auxiliar. Actualmente existen una serie de procesos que se

basan en alguno de estos mecanismos, como por ejemplo el PhoStrip y el

Bardenpho, los cuales realizan la secuencia entre los contactos anaerobios y

aerobios con pequeñas modificaciones.

• En el proceso PhoStrip, se usa la liberación biológica del fósforo en

condiciones anóxicas para concentrar el nutriente en una línea auxiliar



para su tratamiento químico. Normalmente se suele añadir cal para la

precipitación del fósforo.

• En el proceso Bardenpho, para conseguir la eliminación, tanto del

nitrógeno como del fósforo, se sigue una secuencia de condiciones

anaerobias, anóxicas y aerobias. El fósforo se elimina mediante la purga

del lodo.

2.5.3. ELIMINACIÓN CONJUNTA DE NITRÓGENO Y FÓSFORO

Combinando los procesos anteriores se consiguen elevados grados de

eliminación de ambos nutrientes. La forma más habitual de hacerlo es incorporar

una etapa anaerobia al inicio del sistema de desnitrificación-nitrificación. Dicha etapa

permite la generación de ácidos orgánicos volátiles que se emplean en la etapa

aerobia para la acumulación celular de los fosfatos del agua.

Este tipo de sistemas de tratamiento biológico se ha aplicado con éxito en

aguas residuales de origen urbano e industrial alcanzándose porcentajes de

eliminación de nitrógeno y fósforo superiores al 70%.

Unidad 3: Tratamientos Terciarios 3.1


3.1. INTRODUCCIÓN.....................................................................................2

3.2. ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN ....................................3

3.2.1. MICROTAMIZADO ..........................................................................3

3.2.2. FILTRACIÓN ...................................................................................4

3.2.3. COAGULACIÓN ..............................................................................4

3.3. ADSORCIÓN SOBRE CARBÓN ACTIVO ...............................................5

3.4. INTERCAMBIO IÓNICO ..........................................................................6

3.5. ÓSMOSIS INVERSA ...............................................................................7

3.6. ELECTRODIÁLISIS .................................................................................8

3.7. DESINFECCIÓN......................................................................................8

3.7.1. DESINFECCIÓN POR AGENTES QUÍMICOS................................9

3.7.2. DESINFECCIÓN POR AGENTES FÍSICOS: RADIACIÓN UV......12

3.8. TRATAMIENTOS NO CONVENCIONALES ..........................................13

3.8.1. INFILTRACIÓN-PERCOLACIÓN...................................................13

3.8.2. LAGUNAJE....................................................................................14

3.8.3. HUMEDALES ARTIFICIALES .......................................................17

3.9. FOSAS SÉPTICAS................................................................................18



3.1. INTRODUCCIÓN

El tratamiento terciario, también denominado tratamiento avanzado, tiene

como objetivo conseguir un efluente de calidad superior al proporcionado por el

tratamiento secundario biológico.

Los tratamientos terciarios más conocidos son:

• Eliminación de nutrientes N y P (proceso estudiado en la unidad anterior)

• Eliminación de sólidos en suspensión

• Adsorción en carbón activo

• Intercambio iónico

• Ósmosis inversa

• Electrodiálisis

• Desinfección

• Tratamientos no convencionales

La mayoría de estos procesos no se utilizan habitualmente en las EDARs que

están en funcionamiento, pero a medida que la legislación en materia de aguas se

vaya haciendo más estricta, su uso será mucho más generalizado.

La selección de un proceso o combinación de varios dependerá del uso

potencial del agua, de la naturaleza del agua residual tratada, de la compatibilidad

de las diferentes operaciones y procesos, de los medios disponibles para el vertido

de los contaminantes y la viabilidad económica y ambiental de los diferentes

sistemas. En general estos tratamientos son complejos y costosos.



3.2. ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

Los sólidos en suspensión que no hayan sido eliminados en las fases

anteriores de la EDAR (tratamiento primario y secundario) pueden ser responsables

de la DBO residual que tiene el efluente. En las depuradoras en que sea necesario

reducir aún más esta DBO, se pueden utilizar los siguientes procesos:

• Microtamizado

• Filtración

• Coagulación

3.2.1. MICROTAMIZADO

En el sistema de microtamizado la filtración se realiza por gravedad,

permitiendo afinar la calidad del agua de salida. En particular, una de las

características básicas en cuanto a contaminación bacteriológica que se le demanda

al agua regenerada es el contenido en huevos de nematodo.

Para asegurar la eliminación de dicho microorganismo el sistema que ofrece

más garantías es la filtración mediante un tamiz de tamaño inferior a 10 micras.



Para el microtamizado se utilizan filtros de tambor rotatorio de baja velocidad

y lavado continuo a contracorriente. Los tejidos filtrantes tienen unas aberturas de

entre 10 y 35 micras, y se disponen en el perímetro del tambor.

El agua residual entra por el extremo abierto del tambor y sale a través del

tejido filtrante rotatorio. Los sólidos separados se lavan a contracorriente mediante

unos inyectores de agua a presión y se recogen en una cubeta que está situada

dentro del tambor para su posterior eliminación.

Con el sistema de microtamizado se consiguen rendimientos de eliminación

de sólidos en suspensión del 70-90%.

3.2.2. FILTRACIÓN

Cuando es necesario conseguir un porcentaje de eliminación de sólidos es

suspensión cercano al 99%, se lleva a cabo la filtración. En este caso, los

materiales de relleno del filtro son arenas, antracita, tierra, diatomeas, etc.

Los filtros, según el sistema de funcionamiento, se pueden clasificar en filtros

continuos o discontinuos.

Dentro de cada clase, existen diferentes tipos de filtración en función de: la

profundidad del lecho filtrante; del tipo de medio filtrante empleado; de si el medio

está o no estratificado; del sistema de funcionamiento (flujo ascendente o

descendente); y en función del método empleado para la manipulación de sólidos.

3.2.3. COAGULACIÓN

Para mejorar los rendimientos de los sistemas de filtración de efluentes se

emplea la adición de productos químicos.

La coagulación se lleva a cabo adicionando al agua sulfato de alúmina,

polielectrolitos, cal y otros reactivos químicos.

La adición de reactivos en línea sólo es posible cuando la calidad del efluente

de la EDAR sea tal que el contenido de sólidos en suspensión sea inferior a 15 ppm.



3.3. ADSORCIÓN SOBRE CARBÓN ACTIVO

La adsorción sobre carbón activo se utiliza para la eliminación de materia

orgánica refractaria (como son los compuestos orgánicos volátiles, pesticidas, etc.) y

compuestos tóxicos inorgánicos (nitrógeno, sulfuros y metales pesados).

La materia orgánica refractaria la constituyen compuestos resistentes a la

degradación microbiana. Se deben tener en cuenta las características específicas

del agua residual y la naturaleza de los compuestos tóxicos para la elección de los

métodos de tratamiento.

Es necesario eliminar la materia orgánica soluble en los sólidos en

suspensión ya que éstos pueden quedar como depósitos sobre el carbón activo. Por

esto es recomendable poner un filtro de medio granular aguas arriba de los lechos

de carbón activo.

Los parámetros que se deben controlar son: el pH, la temperatura y el caudal,

ya que afectan al rendimiento del proceso. El carbón activo se puede emplear tanto

granular como en polvo.

Se utilizan diferentes tipos de lechos:

• Columnas de flujo ascendente

• Columnas de flujo descendente

• Lechos fijos

• Lechos expandidos

También se puede utilizar el proceso combinado de lodos activos y carbón

activo, añadiendo directamente el carbón activo al tanque de aireación. Así se

consigue reducir los contaminantes refractarios, eliminar color y amoníaco y mejorar

la sedimentabilidad del lodo. Cuando la nitrificación está inhibida por compuestos

orgánicos tóxicos presentes, el carbón activo puede reducir este efecto inhibidor, al

mismo tiempo que elimina metales pesados.



3.4. INTERCAMBIO IÓNICO

El intercambio iónico es un proceso rápido y reversible en el cual los iones

contaminantes presentes en el agua residual son reemplazados por iones que

presentes en una resina de intercambio de iones. Los iones contaminantes son

adsorbidos por la resina que debe ser regenerada periódicamente para restaurarla a

su forma iónica original.

Un ión es un átomo o grupo de átomos con una carga eléctrica. Los iones con

carga positiva se denominan cationes y son generalmente metales, los iones con

carga negativa se llaman aniones y son generalmente no metales.

Los iones siguientes son los que generalmente se encuentran en las aguas

residuales:

IONES PRESENTES EN AL AGUA RESIDUAL Cationes Aniones

Calcio (Ca2+) Cloruro (Cl-) Magnesio (Mg2+) Bicarbonato (HCO3

-) Sodio (Na+) Nitrato (NO3

-) Potasio (K+) Carbonato (CO3

2-) Hierro (Fe2+) Sulfato (SO4

2-)

Existen dos tipos básicos de resinas, según intercambien cationes o aniones:

• Resinas del intercambio de cationes: desprenden iones hidrógeno (H+) u

otros iones como intercambio por cationes contaminantes presentes en el

agua.

• Resina de intercambio de aniones: desprenden iones de hidróxido (OH-) u

otros iones de cargas negativas en intercambio por los iones

contaminantes que están presentes en el agua.

Al producirse el intercambio iónico la capacidad de la resina comienza a

decrecer, debido a que posee una capacidad limitada para la adsorción de iones

presentes en el agua residual, llegando un momento en que la resina está saturada

por los iones que ha eliminado del agua residual, por lo que se dice que está



"agotada". Por este motivo, cuando se diseña una columna de intercambio iónico, se

establece a priori la concentración máxima admisible de iones indeseables en la

salida del proceso. Cuando se llega a la concentración preestablecida, se debe

proceder a regenerar la resina para poderla utilizar en un nuevo ciclo.

3.5. ÓSMOSIS INVERSA

La filtración por ósmosis inversa es una tecnología de tratamiento terciario

del agua mediante la cual se logra un elevado porcentaje de retención de

contaminantes, disueltos y no disueltos (hasta un 99% de retención de sales

disueltas).

De hecho, la ósmosis inversa permite la separación de los

microcontaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en el agua residual, junto

con los iones disueltos, además de la eliminación total de Escherichia coli y virus,

dado que el tamaño de paso de las membranas está entre 10-9 y 10-10 m.

La ósmosis inversa se basa en el siguiente hecho: cuando dos líquidos, con

distinta concentración salina, están separados por una membrana semipermeable,

se establece una diferencia de presión entre una y otra parte de la membrana que es

función de la diferencia de concentraciones. Esta presión, denominada osmótica,

hace pasar agua pura del lado de menos concentración hacia el lado de más

concentración, hasta que las concentraciones se igualen. Inversamente, si se aplica

al sistema una presión superior a la osmótica y de sentido contrario, es el agua pura

del lado de mayor concentración la que pasa hacia el de menor concentración.

Los componentes principales de una unidad de ósmosis inversa son la

membrana, la estructura soporte de la membrana, un tanque contenedor y una

bomba de alta presión.

Para que el funcionamiento de las unidades de ósmosis inversa sea el

adecuado, es necesario conseguir un afluente de gran calidad, pues la presencia de

material coloidal puede provocar fallos en las membranas.



Las principales limitaciones de la ósmosis inversa son su elevado coste y la

escasa experiencia en el tratamiento de aguas residuales urbanas.

3.6. ELECTRODIÁLISIS

En la electrodiálisis, los compuestos iónicos del agua residual se separan

por la acción de unas membranas semipermeables selectivas de iones, gracias a la

aplicación de un potencial eléctrico entre los dos electrodos, que origina una

corriente eléctrica que atraviesa la disolución y que provoca una migración de

cationes hacia el electrodo negativo y de aniones hacia el electrodo positivo. Dada la

disposición alternada de las membranas permeables a los cationes y aniones, se

forman células de sales concentradas y diluidas.

La eliminación de sólidos disueltos en el agua residual mediante electrodiálisis

depende de los siguientes factores:

• La temperatura del agua residual

• La corriente eléctrica que se hace circular

• El tipo y cantidad de iones presentes

• La selectividad de las membranas

• El potencial del agua residual de producir obstrucciones

• Los caudales de agua residual

• El número y configuración de las etapas

Los mayores problemas en la aplicación de la electrodiálisis como tratamiento

de aguas residuales son la precipitación química de sales de poca solubilidad en la

superficie de la membrana y la obstrucción de ésta por la materia coloidal disuelta en

el efluente de la EDAR.

3.7. DESINFECCIÓN

La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que

causan enfermedades. Durante el proceso de desinfección no se destruyen todos

los organismos, punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfección y



la esterilización, proceso que conduce a la destrucción de la totalidad de los

organismos.

Los tres principales tipos de microorganismos presentes en el agua residual

de mayores consecuencias en la producción de enfermedades son: las bacterias, los

virus y los protozoos.

Las enfermedades bacterianas típicas transmitidas por el agua son: el tifus, el

cólera, el paratifus y la disentería bacilar, mientras que las enfermedades causadas

por los virus incluyen, entre otras, la poliomielitis y la hepatitis infecciosa.

Los métodos más comunes para la desinfección de aguas residuales son:

• Agentes químicos: compuestos de cloro, ozono.

• Agentes físicos: radiación ultravioleta (UV).

3.7.1. DESINFECCIÓN POR AGENTES QUÍMICOS

La desinfección por agentes químicos se utiliza para eliminar amoníaco,

compuestos refractarios, compuestos tóxicos alifáticos y aromáticos halogenados y

para reducir el contenido bacteriano y vírico del agua residual.

En el pasado, para oxidar el amoníaco se utilizaba cloro, pero presentaba el

problema de la formación de trihalometanos. Hoy en día se utilizan otros oxidantes

como el ozono o el dióxido de cloro que además tienen la ventaja de que son

desinfectantes. El ozono, además, también elimina el color de las aguas.

• COMPUESTOS DE CLORO

Los compuestos de cloro más comúnmente empleados en las plantas de

tratamiento de aguas residuales son el cloro gas (Cl2), el hipoclorito sódico (NaOCl),

el hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2) y el dióxido de cloro (ClO2):

• Los hipocloritos se suelen emplear en las plantas pequeñas,

especialmente en las prefabricadas en las que la simplicidad y seguridad

son criterios de mayor peso que el coste.



• El dióxido de cloro también se emplea en las instalaciones de tratamiento

debido a que tiene algunas propiedades poco frecuentes (no reacciona

con el amoníaco).

El dióxido de cloro es una sustancia bactericida cuyo poder de desinfección

es igual o superior al del cloro, y que se ha comprobado que resulta más efectivo

que el cloro en la inhibición e inactivación de virus. Una explicación posible de este

fenómeno se basa en el hecho de que una proteína, la peptona, puede adsorber el

dióxido de cloro. Dado que los virus tienen un recubrimiento proteínico, es posible

que la inactivación del virus venga provocada por la adsorción del dióxido de cloro

en la superficie de dicho recubrimiento.

En el pasado el uso del dióxido de cloro no había sido considerado viable

debido a su alto coste económico.

Las ventajas que supone el uso de dióxido de cloro son las siguientes:

• La utilización del dióxido de cloro puede dar lugar a la formación de

algunos productos tóxicos, como el clorito y el clorato, y a su presencia de

componentes del cloro residual total. Las cantidades de dióxido de cloro

residual y de los productos finales de la reacción se degradan a mayor

velocidad que el cloro residual, por lo que pueden no representar una

amenaza tan directa para la vida acuática como lo es el cloro residual.

• El dióxido de cloro no reacciona con el amoníaco para dar paso a la

formación de las cloraminas, que son potencialmente tóxicas.

• También se ha podido comprobar que no se forman compuestos orgánicos

halogenados en cantidades apreciables. Este hecho es especialmente

cierto en cuanto a la formación de cloroformo, que es una sustancia cuyos

efectos cancerígenos están bajo sospecha.

• OZONO

El ozono (O3) es un gas azul pálido de olor característico, es tóxico y

corrosivo, y es uno de los agentes oxidantes más fuertes que existen.



La solubilidad en agua del ozono es de sólo de 570 mg/l (12 veces menos que

el cloro).

El ozono se forma por disociación del oxígeno en oxígeno atómico, y dado

que la disociación del oxígeno implica la rotura del enlace fuerte O-O, se requiere

una gran cantidad de energía.

23

232

2

2OOOOO2OO

OOO

↔+

+↔++↔

La tercera reacción limita la concentración de ozono que puede producirse

económicamente, mediante el sistema convencional, al 1% en peso cuando se

utiliza aire y, al 2% cuando se utiliza oxígeno.

La dosis de ozono se puede determinar empíricamente en función de la

concentración de sólidos en suspensión totales (SST) en el efluente, fijando un

tiempo de contacto de 10 minutos, según la siguiente ecuación:

O3 (mg / l)= 1,5 + 0,38 · SST (mg / l)

La vida media del O3 es de sólo 20 minutos, por lo que es necesario

suministrarlo escalonadamente para conseguir el tiempo de contacto necesario para

la desinfección. Para aguas residuales, se recomienda una dosis mínima de 5,8

mg/l.

La eficacia del O3 como desinfectante es relativamente independiente del pH

y temperatura, aunque parece que el rango más favorable está en un pH de 6-7.

Existen tres sistemas de generación de ozono:

• Sistema de alimentación con oxígeno: es el sistema más simple y

económico.

• Sistema con recirculación de oxígeno: el gas de salida, rico en oxígeno, se

recircula a la entrada del sistema de ozonización.



• Sistema de alimentación con aire: su elección es puramente económica

(habría que estudiar el coste energético, la eficiencia del generador de

ozono, los costes de suministro de aire y de oxígeno, y el tamaño de la

instalación.

3.7.2. DESINFECCIÓN POR AGENTES FÍSICOS: RADIACIÓN UV

Los rayos ultravioleta (UV) forman parte del espectro electromagnético y tiene

longitudes de onda comprendidas entre 150 y 400 nm, siendo la comprendida en el

rango de corta longitud (UV-C), 200-280 nm, la que tiene efecto germicida.

La razón de este efecto es que los rayos UV originan cambios químicos en el

ADN de los microorganismos, impidiendo su reproducción y, por tanto,

inactivándolos.

El tiempo de contacto en la ozonización es de sólo 2-3 segundos, mucho

menor que el necesario para la desinfección con cloro, que requiere unos tiempos de

contacto superiores a 10 minutos.

Los rayos UV se generan mediante una descarga eléctrica en vapor metálico,

siendo la lámpara de vapor de mercurio la más indicada para la generación de la

radiación germicida (UV-C), dado que la línea de resonancia del átomo de Hg a 254

nm es emitida con alta eficiencia.

Las lámparas pueden ser de baja presión, que emiten del orden del 92% de

su radiación a 254 nm, o de media presión, que dan lugar a un espectro difuso

típico. Aunque las de media presión permiten mayor intensidad y, por tanto, mayor

dosis para un caudal dado, simplificando la configuración del sistema, esto se

compensa por sus mayores costes y menor vida.

En condiciones reales, hay factores que influyen en la dosis:



• Un fluido que no transmite la radiación de longitud de onda 253,7 nm con

la misma eficacia que el agua pura hará que disminuya la intensidad

recibida por los microorganismos.

• La intensidad de la radiación UV disminuye con el envejecimiento de la

lámpara.

• El ensuciamiento del tubo de cuarzo también disminuirá la intensidad de la

radiación.

• Si el caudal a desinfectar es mayor que el de diseño para el equipo, la

dosis disminuirá, debido al menor tiempo de contacto. Recíprocamente, la

dosis aumentará si el caudal a desinfectar es menor que el de diseño.

La dosis estimada para obtener una reducción del 99,9% en el número de

coliformes fecales de un efluente es de 30 mWs/cm2.

3.8. TRATAMIENTOS NO CONVENCIONALES

Los tratamientos no convencionales son aquellos tratamientos que no son

acelerados como en los tratamientos intensivos, de manera que sus parámetros y

cinéticas son los que normalmente se dan en la naturaleza.

En consecuencia, el consumo energético es mucho menor que en los

tratamientos intensivos, aunque como desventaja, la superficie necesaria es mayor

que en los tratamientos convencionales.

La inversión inicial en los tratamientos no convencionales es alta, debido a la

necesidad disponer de terreno suficiente y de realizar movimientos de tierra. El

mantenimiento posterior del tratamiento puede llegar a realizarse por personal no

especializado, lo cual supone una ventaja respecto de los sistemas convencionales.

3.8.1. INFILTRACIÓN-PERCOLACIÓN

Los sistemas de infiltración-percolación se basan en unos lechos de arena de

diámetro uniforme, entre 0,1 y 2 mm, en los que se infiltra el efluente del tratamiento



secundario, de forma secuencial y programada, cuidando que el lecho no pueda

quedar saturado para que se produzca así el intercambio de gases.

El parámetro de diseño de este sistema es la carga hidráulica, y es muy

importante que el agua a tratar se reparta uniformemente por la superficie del lecho.

Para ello normalmente se utilizan aspersores.

Es un proceso muy fiable si se realiza el adecuado mantenimiento de los

lechos, que consiste en la limpieza de los aspersores que reparten el influente y el

rastrillado de la superficie cada quince días.

3.8.2. LAGUNAJE

El tratamiento por lagunaje de aguas residuales consiste en su

almacenamiento durante un tiempo variable en función de la carga aplicada y las

condiciones climáticas, de forma que la materia orgánica resulte degradada

mediante la actividad de bacterias heterótrofas presentes en el medio.

En la depuración por lagunaje no interviene para nada la acción del hombre

(sólo se limita a proporcionar un emplazamiento adecuado para las balsas), por lo

que se considera un método biológico natural de tratamiento, basado en los mismos

principios por los que tiene lugar la autodepuración en ríos y lagos.

Dado que la presencia de oxígeno disuelto en las lagunas de estabilización

determina qué tipo de mecanismos van a ser responsables de la depuración, los

estanques de estabilización suelen clasificarse en aerobios, anaerobios y

facultativos. Además de esta clasificación básica también se utilizan otras

relacionadas con sus características físicas, tales como la profundidad. Ambas

clasificaciones están relacionadas, ya que las fuentes de oxígeno disuelto en

lagunas son fenómenos de superficie. Estas fuentes de oxígeno son producto de la

actividad de las algas microscópicas y la reaireación a través de la interfase aire-

agua.

• CLASIFICACIÓN DE LAGUNAS SEGÚN EL OXÍGENO DISUELTO



Las lagunas de estabilización según el oxígeno disuelto en ellas, se clasifican

en:

• Lagunas anaerobias: la depuración en estas lagunas se produce por la

acción de bacterias anaerobias. En las lagunas, como consecuencia de la

elevada carga orgánica y el corto periodo de retención del agua residual,

el contenido en oxígeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo durante todo

el año. El objetivo perseguido es retener la mayor parte posible de los

sólidos en suspensión, que pasan a incorporarse a la capa de lodos

acumulados en el fondo, y eliminar parte de la carga orgánica.

• Lagunas facultativas: se caracterizan por poseer una zona aerobia,

próxima a la superficie, y una zona anaerobia en el fondo. La extensión

relativa de estas dos zonas varía durante el año en función de la carga

aplicada y de la eficacia de los dos mecanismos de adición de oxígeno al

medio: la fotosíntesis llevada a cabo por las algas y la reaireación en la

superficie. La finalidad de estas lagunas es la estabilización de la materia

orgánica en un medio oxigenado proporcionado principalmente por las

algas presentes.

• Lagunas de maduración: en estas lagunas (también denominadas

lagunas de oxidación) se mantiene un ambiente aerobio en toda su

profundidad, lo que se consigue con menores cargas aplicadas, de forma

que la fotosíntesis y la reaireación sean suficientes para proporcionar

oxígeno disuelto a toda la columna de agua. En las lagunas de

maduración se consigue una elevada desinfección del agua tratada, así

como la mineralización de los nutrientes orgánicos.

Dado que estos tres tipos de lagunas requieren niveles decrecientes de carga

orgánica para funcionar correctamente, las plantas de tratamiento suelen estar

constituidas por los tres tipos de estanque operando en serie, es decir, uno después

de otro. De esta forma se alcanza una mayor calidad en el efluente final de la

misma.



A continuación se muestra una representación esquemática de una planta con

lagunas anaerobias (A), facultativas (F) y de oxidación (O) dispuestas en paralelo y

en serie, con opción de intercomunicar ambas lagunas facultativas.

Pueden existir lagunajes sencillos con un solo tipo de lagunas anaerobias,

facultativas o aerobias, pero el lagunaje múltiple es más eficaz que cualquier otro y

de hecho son frecuentes los que tienen una fase anaerobia y facultativa en paralelo,

mientras que la fase de maduración está formada por varias lagunas que se dispone

en serie.

• CLASIFICACIÓN DE LAGUNAS SEGÚN EL FLUJO DE AGUA

Las lagunas se clasifican también en función de si el flujo de agua es continuo

o discontinuo:



• Lagunas continuas: son aquellas en las que se produce la entrada y

salida continua del agua residual y efluente. La mayoría de las lagunas

para tratamiento de aguas residuales urbanas funcionan de acuerdo con

este principio.

• Lagunas semicontinuas o de descarga controlada: en este caso las

lagunas se llenan con agua residual, que se almacena durante un periodo

prolongado de tiempo hasta que se inicia su vaciado. Este tipo de diseño

se utiliza a menudo en zonas con grandes variaciones estacionales, o

cuando la laguna de estabilización se utiliza simultáneamente como

sistema regulador de riegos.

• Lagunas de retención total: este tipo de lagunas se diseña de forma que

el agua tratada se pierde por evaporación o infiltración en el terreno, con lo

que se evita su vertido final a un cauce público. Normalmente se trata de

lagunas de poca profundidad y gran extensión para facilitar la evaporación

del agua almacenada.

3.8.3. HUMEDALES ARTIFICIALES

Los humedales artificiales constituyen una opción para el tratamiento de

aguas residuales de pequeñas poblaciones. Los humedales artificiales engloban

aquellos sistemas que utilizan plantas acuáticas para el tratamiento de aguas

residuales ya depuradas.

Los humedales tienen un gran potencial de autodepuración gracias a la

vegetación, el suelo y la flora bacteriana. Desde hace años esto se aprovecha por

construir sistemas que, imitando la naturaleza, depuran las aguas residuales de

forma respetuosa con el entorno natural y tienen menos requerimientos energéticos.

Los humedales naturales pueden llegar a ser muy complejos, con una capa

de agua que cubre el suelo, gran cantidad de vegetación a diferentes niveles

(sumergida, flotante y emergente) y aguas subterráneas más o menos próximas a la

superficie. A través de diferentes procesos, los microorganismos del suelo y de los

rizomas de las plantas degradan la materia orgánica, las plantas asimilan y retienen



los nutrientes, y los metales del agua quedan retenidos en la grava y en el tejido

vegetal.

Su uso está especialmente extendido en el norte de Europa, y se ensayan e

investigan diferentes estructuras de humedales artificiales por conseguir los mejores

resultados. Optimizarlos es importante, especialmente en zonas en que el suelo se

caro y es preciso obtener el máximo rendimiento depurador por metro cuadrado.

Los humedales consiguen reducir en un 70-85% la DBO5 y un 60-70% los

sólidos en suspensión. En cuanto a la eliminación de patógenos de origen fecal (E.

coli, pseudomonas, etc.), se consigue una reducción de entre 10 y 500 veces, similar

a la de depuradoras convencionales, pero a un coste mucho menor. Respecto a los

nutrientes, estos sistemas son capaces de eliminar un 25% del nitrógeno y un 10%

del fósforo.

3.9. FOSAS SÉPTICAS

El sistema más común para tratar aguas residuales en áreas rurales es la

fosa séptica con un sistema de filtración terriza. La fosa séptica elimina los sólidos

sedimentables y flotantes del agua negra, y el sistema de absorción filtra y trata el

efluente clarificado de la fosa séptica. La eliminación de los sólidos del agua residual

protege el sistema de filtración terriza de su obstrucción y fallo prematuro. Al mismo

tiempo que elimina la materia sólida, la fosa séptica también permite la digestión de

una porción de esta materia y almacena la porción no digerida.



La eliminación de la materia sólida se produce por sedimentación en el

tanque, y además se lleva a cabo la flotación de impurezas. Para que esta

separación ocurra, el agua residual debe tener un tiempo de residencia mínimo de

24 horas en el tanque. De esta manera, hasta el 50% de los sólidos retenidos se

descomponen, y la materia sólida restante se acumula en el tanque.

Además, no se necesitan aditivos biológicos ni químicos para ayudar o

acelerar la descomposición.

El cieno continúa acumulándose en el fondo de la fosa séptica mientras se

usa el sistema séptico, y los tanques están diseñados con espacio seguro para la

acumulación de tres años de cieno.

Cuando el nivel del cieno sobrepasa este punto, las aguas negras tienen

menos tiempo para separar la materia sólida del agua antes de salir del tanque.

Mientras sube el nivel del cieno, más materia sólida entra en el área de

filtración, y si el cieno se acumula durante demasiado tiempo, no ocurre ninguna

separación de materia sólida del agua y las aguas negras entran directamente en el

área de filtración. Para prevenir esto, el tanque tiene que ser vaciado periódicamente

de cieno con una bomba.

Para vaciar la fosa séptica es muy recomendable contratar a una empresa

especializada que vacíe la fosa mediante bombeo y transporte el cieno hasta un

gestor autorizado, cumpliendo toda la normativa de residuos. Además, es necesario



tener cuidado al abrir la fosa, pues en su interior se producen gases tóxicos, como el

metano, que no se detectan por su olor y que pueden causar la muerte de una

persona en varios minutos.

Para extraer todo el material del pozo, es necesario dispersar la capa de

impurezas y mezclar las capas de cieno con la parte líquida del tanque, para facilitar

su vaciado lo más completo posible.

Normalmente esto se logra alternativamente sacando el agua del tanque con

una bomba y reinyectándola, a presión, en el fondo del tanque.

En la actualidad las fosas sépticas se fabrican principalmente con resinas de

poliéster reforzados de fibra de vidrio (PRFV).

Unidad 4: Gestión de Lodos y Línea de Gas 4.1


4.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................... 2 4.2. TIPOLOGÍA DE LOS LODOS DE UNA EDAR....................................... 3

4.2.1. LODOS PRIMARIOS ...................................................................... 3 4.2.2. LODOS SECUNDARIOS ................................................................ 4 4.2.3. LODOS DIGERIDOS AERÓBICAMENTE ...................................... 5 4.2.4. LODOS DE PRECIPITACIÓN QUÍMICA ........................................ 5

4.3. ESPESAMIENTO................................................................................... 5 4.3.1. ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD .............................................. 7 4.3.2. ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN.............................................. 8 4.3.3. ESPESAMIENTO POR CENTRIFUGACIÓN................................ 12

4.4. DIGESTIÓN O ESTABILIZACIÓN........................................................ 12 4.4.1. DIGESTIÓN AEROBIA ................................................................. 12 4.4.2. DIGESTIÓN ANAEROBIA ............................................................ 15

4.5. DESHIDRATACIÓN ............................................................................. 18 4.5.1. ERAS DE SECADO DE LODO ..................................................... 19 4.5.2. SECADO MECÁNICO................................................................... 22

4.6. DESTINO FINAL DE LOS LODOS....................................................... 29 4.6.1. PROBLEMÁTICA DE LOS LODOS DE EDAR.............................. 32 4.6.2. EVALUACIÓN DEL RIESGO EN LA APLICACIÓN COMO FERTILIZANTES......................................................................................... 34 4.6.3. NORMAS DE CALIDAD DE LOS LODOS .................................... 36

4.7. LÍNEA DE GAS .................................................................................... 39 4.7.1. CARACTERÍSTICAS DEL GAS DE DIGESTIÓN ......................... 40 4.7.2. COGENERACIÓN......................................................................... 41



4.1. INTRODUCCIÓN

En el tratamiento de aguas residuales, cuyo objetivo principal es la

eliminación de la contaminación antes del vertido del efluente al cauce

receptor, se generan una serie de subproductos denominados lodos, donde se

concentra la contaminación eliminada del agua, y cuyo tratamiento y

evacuación puede ser problemática.

Las dos fuentes principales de producción de lodos en la EDAR son el

tratamiento primario y secundario. Los sólidos sedimentados retirados del

fondo de los decantadores primarios y secundarios son, en realidad, una

mezcla acuosa denominada lodo fresco y que tiene las siguientes

características:

• Están muy diluidos (95-99% de agua), por lo que ocupan un volumen

importante y son de difícil manipulación.

• Tienen una alta concentración de materia orgánica, por lo que se

descomponen fácilmente (putrefacción), y producen malos olores.

• Poseen una gran cantidad de organismos patógenos, causantes de

enfermedades.

Todo esto hace que sea un subproducto a tratar con cautela, y de hecho

en su tratamiento deben darse tres fases, encaminadas a reducir al máximo los

problemas anteriormente citados:

• Reducción del agua presente en los lodos para evitar el tratamiento

de grandes volúmenes de lodo.

• Estabilización de la materia orgánica para evitar problemas de

fermentación y putrefacción.

• Obtención de una textura adecuada para que resulten manejables y

transportables.



Estas fases se llevan a cabo en la denominada línea de lodos de una

EDAR.

4.2. TIPOLOGÍA DE LOS LODOS DE UNA EDAR

Tanto las cantidades como las propiedades del lodo que se van a tratar

en la línea de lodo de una planta depuradora van a depender de las

características de las aguas residuales de entrada a la planta, así como del

tratamiento a que sean sometidas en la línea de agua de la EDAR.

El origen de los lodos producidos en una EDAR y sus principales

características son:

4.2.1. LODOS PRIMARIOS

Los lodos primarios se originan en la decantación primaria, por lo que

no han sufrido un tratamiento biológico, es decir, no se han descompuesto. En

consecuencia son altamente inestables y putrescibles, y al cabo de cierto

tiempo producen mal olor.

Los lodos primarios tienen un contenido aproximado de sólidos en

suspensión de 90 g/hab/día, de los cuales un 60%, es decir, 54 g/hab/día, se

consideran sedimentables. Su contenido en humedad varía entre el 95-99%, y

son lodos que liberan fácilmente su agua de constitución y que se espesan

bien.

El color de estos lodos normalmente es gris, con altos contenidos de

sólidos fecales y otros tipos de desechos.



4.2.2. LODOS SECUNDARIOS

Se denominan también lodos en exceso y proceden del proceso

biológico de lodos activos, por lo que su materia orgánica está parcialmente

descompuesta.

Tienen un color marrón oscuro y un olor a tierra húmeda, pero en su

descomposición posterior se hacen sépticos y producen olores desagradables.

El contenido en humedad de estos lodos varía entre el 98-99,5% y son difíciles

de concentrar.

Pueden espesarse directamente o enviarse a la decantación primaria,

donde decantan conjuntamente con los lodos primarios, dando lugar a los

lodos mixtos.



4.2.3. LODOS DIGERIDOS AERÓBICAMENTE

Son lodos de color marrón oscuro, con una apariencia floculenta y un

olor un poco desagradable.

4.2.4. LODOS DE PRECIPITACIÓN QUÍMICA

Estos lodos tienen una velocidad de descomposición algo menor que la

de los primarios. Tienen un color oscuro, algo rojizo si contienen mucho hierro

y un olor desagradable, aunque no tanto como el de los lodos primarios.

El tipo de tratamiento a aplicar y su compactación dentro de la línea de

lodo, depende de la procedencia del lodo a espesar y del tipo de tratamiento a

efectuar:

• El espesamiento por gravedad se utiliza para los lodos primarios y

los mixtos, así como para los procedentes de una precipitación

química, localizándose antes del proceso de la digestión anaerobia.

En el caso de que la línea de tratamiento de los lodos incluya una

estabilización aerobia de los mismos, el espesador será posterior, ya

que este proceso requiere para su buen funcionamiento

concentraciones no muy elevadas, no superiores al 2-2,5%.

• La flotación está indicada para concentrar los lodos biológicos

procedentes del decantador secundario, también llamados lodos en

exceso.

• La centrifugación tiene una aplicación limitada como sistema de

espesado en una depuradora.

4.3. ESPESAMIENTO

Los lodos producidos las EDARs tienen más del 95% de agua, por lo

que ocupan volúmenes importantes y además su naturaleza es putrescible. Por

esta razón es necesario tratar los lodos para modificar sus características y



obtener unas condiciones que faciliten una evacuación y disposición final

óptimas desde el punto de vista sanitario, medioambiental y económico.

La etapa de espesamiento consigue reducir el volumen de los lodos

mediante concentración o eliminación parcial de agua. Los lodos activados,

que normalmente se bombean desde los tanques de decantación secundaria

con un contenido de sólidos del 0,8%, pueden espesarse hasta un contenido

del 4% de sólidos, consiguiéndose así una reducción del volumen del lodo al

40% del volumen inicial.

El espesamiento tiene las siguientes ventajas:

• Reducción del volumen de todas las unidades de la línea de lodos

posteriores al espesamiento.

• Reducción de la cantidad de calor requerida para el calentamiento de

los lodos en procesos tales como digestión anaerobia, secado

térmico e incineración, lo cual supone un importante ahorro

energético.

• Aumento de los rendimientos de los equipos de deshidratación.

Los tipos más frecuentes de unidades de espesamientos son:



• Espesamiento por gravedad

• Espesamiento por flotación

• Espesamiento por centrifugación

4.3.1. ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD

Su diseño es similar al de un decantador y, generalmente, son

circulares. La alimentación se realiza a través de una tubería a una campana

central, que reparte el efluente y además opera como zona tranquilizadora, con

una altura tal que no influya en la zona inferior de compactación.

El espesador dispone de un mecanismo giratorio de accionamiento

central, provisto de unas rasquetas de fondo que consiguen barrer los lodos los

conducen a una poceta central desde donde se extraen. Las rasquetas

también disponen de unas piquetas verticales que sirven para homogeneizar la

masa y para crear unos canales preferenciales que mejoran la evacuación del

agua intersticial y de los gases generados por fenómenos de fermentación del

lodo.

El líquido sobrenadante se recoge por un vertedero perimetral y es

enviado a cabecera de la planta.

Para arrancar el espesador es aconsejable instalar un sistema

automático de elevación de las rasquetas, en particular después de paradas



prolongadas, ya que el material sólido sedimentado en el fondo del espesador

puede inmovilizar las rasquetas y hacer difícil su puesta en funcionamiento.

Una vez que el mecanismo ha alcanzado su velocidad nominal se procede a

introducir automáticamente las rasquetas. El fondo debe tener una pendiente

mínima del 10%.

La extracción de los lodos espesados desde la poceta central puede

realizarse por gravedad (mediante válvulas) o bien por aspiración directa

mediante bombas. El sistema de extracción debe estar temporizado, para que

cada cierto tiempo proceda a extraer los lodos, y también debe de poder

realizarse la extracción a distintos niveles.

Para evitar posibles olores a menudo se procede a recubrir el espesador

mediante una cubierta estanca, que puede ser fija, mediante obra de fábrica, o

bien desmontable (normalmente de plástico), que facilita el mantenimiento.

4.3.2. ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN

En este caso, los lodos se espesan mediante la flotación porque su peso

específico es menor al del agua, por lo que no pueden sedimentar y

compactarse.

De una manera empírica, se ha comprobado que el grado de

espesamiento conseguido depende de la concentración inicial del lodo, pues

las mayores concentraciones finales se consiguen con lodos más diluidos.

Además, parece que la capacidad de espesamiento del lodo activado en

exceso varía con el tiempo medio de retención celular con el que funciona la

planta.



Hay cuatro tipos de espesado por flotación: flotación por aire disuelto,

flotación al vacío, flotación por dispersión de aire y flotación biológica. Sin

embargo, sólo la flotación por aire disuelto tiene una aplicación consolidada

para el espesamiento de lodos de EDARs.

El grado de flotabilidad de los depende de los siguientes aspectos:

• Afinidad del aire a la partícula: la adhesión de las partículas a las

burbujas de aire debe ser mayor que la tendencia que éstas tienen a

establecer contacto con el agua.

• Densidad de la partícula: se mejora la flotación cuando las partículas

tienen una densidad muy próxima a la del agua. Si la densidad de la

partícula es mayor, se incrementará la cantidad de aire que habrá

que suministrar para conseguir que las burbujas se adhieran a la

partícula y que así flote.

• Diámetro de la partícula: a mayor diámetro, se incrementa la

cantidad de burbujas que se adhieren a la partícula y es necesario

mayor caudal de aire.

Por otra parte, el tamaño de la burbuja de aire afecta de modo

importante a la eficacia de la flotación, por diversos motivos:

• El rendimiento de la adherencia de las burbujas a las partículas es

función del tiempo que dichas burbujas se mantienen en la

suspensión y la oportunidad de contactos con dichas partículas. Por



lo tanto, cuanto menor sea el diámetro de las partículas, menor será

la velocidad ascensional de las mismas y mayor tiempo de retención

tendrán.

• Cuanto mayor es el tamaño de la burbuja, mayor será la necesidad

del caudal de aire a introducir para conseguir una buena

equiparación en el tanque de flotación.

• El tamaño de las burbujas influye también en la turbulencia en el

tanque, produciendo mayor turbulencia a mayor tamaño, reduciendo

la eficiencia de la flotación.

El sistema más utilizado para conseguir la flotación de lodos por aire

disuelto es la presurización, que consiste en disolver el aire en un líquido bajo

una presión de varias atmósferas y, a continuación, liberarlo hasta presión

atmosférica, con lo que el aire disuelto forma microburbujas que se adhieren a

las partículas sólidas. La presurización tiene dos modalidades:

• Presurización directa total o parcial: se presuriza todo o parte del

caudal de lodos.

• Presurización indirecta: se presuriza agua clarificada, bien del propio

efluente del espesador o bien del agua clarificada en el decantador

secundario.

En la práctica se utiliza la presurización indirecta, para evitar

obstrucciones de los equipos de presurización con el caudal de lodos.

Los equipos fundamentales que componen un sistema de flotación por aire disuelto mediante presurización son los que se describen a

continuación:

• Bomba de presurización: debe asegurar una uniformidad de presión

dentro de un rango amplio de caudales.

• Depósito de presurización: se produce la disolución del aire

comprimido y del lodo o agua a presurizar, según se trate de

presurización directa o indirecta. El sistema de mezcla debe asegurar



que la concentración del aire en el agua sea lo más próxima posible

a la saturación, para así mejorar el contacto de la superficie de fluido

con el aire.

• Sistema de inyección de aire: la inyección se regula mediante un

presostato en un rango apropiado a la presión deseada en el

depósito de presurización. La automatización de este sistema se

consigue con válvulas automatizadas que regulan la entrada al

recipiente tanto del fluido a presurizar como del aire a disolver.

• Válvulas reductoras de presión: el fluido presurizado se introduce en

el tanque de flotación, y para formar las microburbujas sin crear

turbulencias en el volumen de agua del tanque, es necesario que se

produzca una pérdida de carga en la corriente de agua presurizada.

Esta pérdida de carga se realiza a través de válvulas que mantienen

constante la presión del líquido presurizado que se introduce en el

flotador. Esta presión será la suma de la presión atmosférica y la

presión de la columna de agua existente entre el punto de

introducción del líquido en el tanque.

• Tanque de flotación: puede ser rectangular o circular, siendo éste el

más utilizado. Un grupo de accionamiento compuesto por un

motorreductor actúa sobre unas rasquetas de fondo que empujan los

lodos hacia un canal o tolva de recogida de lodos, de longitud

aproximadamente igual a la mitad del radio con una rampa de carga

que engarza con el sistema de rasquetas superficiales. La

profundidad debe ser ligeramente por debajo del nivel en el tanque

para asegurar la recogida en la zona superior más concentrada del

lecho de lodos.



La alimentación está constituida por una campana de reparto que tiene

por objeto lograr un reparto homogéneo y una tranquilización de la mezcla.

La recogida de los lodos de la tolva central se realiza periódicamente.

Los lodos espesados y los flotados se mezclan en una cámara provista de

agitador para seguir la línea de tratamiento dispuesta.

El líquido clarificado se recoge por rebose en un vertedero perimetral. La

toma se debe alejar del fondo de forma que no le afecten los lodos que puedan

depositarse. Generalmente se efectúa a través de un tabique deflector en

forma de sifón.

4.3.3. ESPESAMIENTO POR CENTRIFUGACIÓN

El espesamiento por centrifugación es una alternativa válida para

cualquier tipo de lodo, aunque está más indicada para concentrar lodos muy

hidrófilos (que difícilmente liberan el agua que contienen) de difícil

compactación.

4.4. DIGESTIÓN O ESTABILIZACIÓN 4.4.1. DIGESTIÓN AEROBIA

La digestión aerobia de los sólidos se produce siempre en cualquiera

de los sistemas de tratamiento biológico secundario, e incluso en el proceso de

aireación prolongada, esta digestión continúa casi hasta la máxima reducción

de materia orgánica volátil.

La aireación prolongada es un proceso biológico en el que la materia

orgánica se digiere en presencia de oxígeno, y el lodo en exceso producido se

conduce al proceso de estabilización, solo o mezclado con los lodos primarios

(dando lugar a los lodos mixtos). En la estabilización lo que se pretende es

continuar la oxidación de la materia orgánica que, en este caso, es celular.

En el metabolismo de los microorganismos se pueden distinguir dos

fases:



• Fase de asimilación o síntesis: los organismos consumen el alimento

disponible creando nueva materia celular activa, por eso se

denomina la fase de crecimiento. Esta fase tiene lugar principalmente

en el tratamiento biológico secundario.

• Fase de desasimilación o respiración endógena: en esta fase

decrece la materia activa de los microorganismos, pues necesitan

respirar, moverse, y ejercer sus funciones vitales, para lo cual

consumen reservas y, por tanto, parte de su propia biomasa. Esta

fase tiene lugar en la estabilización aerobia, donde se completa la

oxidación total de la materia orgánica que entró en la planta.

• APLICACIONES

La estabilización aerobia se aplica en procesos biológicos que no tienen

tratamiento primario, por ejemplo, en la aireación prolongada a baja carga, en

la que además la producción de lodos es menor. En estos sistemas, la baja

carga y los altos períodos de retención provocan que los lodos biológicos ya

estén en parte estabilizados y, por tanto, las necesidades de oxígeno son

menores, reduciéndose los costes de explotación.

La digestión aerobia también se utiliza para el tratamiento de lodos

mixtos, pero en este caso se necesita un aporte de oxígeno hasta 9 veces

superior que cuando se trata sólo lodo biológico.

Por esta razón, la estabilización aerobia no se utiliza normalmente para

el tratamiento de lodos primarios. En el caso particular de España, debido al

coste económico, sólo se utiliza en poblaciones de 40.000-50.000 h-e, aunque

en otros países este límite es aún más bajo (hasta 10.000 h-e en Inglaterra).

• VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL PROCESO

Las principales características de la digestión aerobia de lodos son las

siguientes:

• Alto coste de operación.



• Producción de lodo con alto contenido en agua, más difícil de secar

posteriormente.

• Alta producción de lodos estabilizados.

• Límite de carga determinado.

• Bajo coste de inversión en equipos.

• Producción de sobrenadantes que suelen ser fáciles de tratar cuando

se recirculan en la instalación.

• Reducción de materia orgánica con bajo tiempo de retención.

• Producción de pocos olores.

• Tareas de control y limpieza de baja peligrosidad.

• DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Los tanques de digestión aerobia pueden ser circulares o rectangulares,

de 5 a 6 metros de profundidad, con o sin cubierta (en el caso de climas fríos,

para ayudar al mantenimiento de la temperatura se suele instalar la cubierta).

Los tanques van provistos de equipos de aireación de tipo turbina o

difusores, para mantener las condiciones aerobias. Cada tanque tiene una

turbina de alimentación de lodos a media profundidad y tras un tiempo de

retención de aproximadamente 20 días, el lodo estabilizado se conduce

mediante otra tubería a un espesador.

Los lodos espesados en la parte inferior del tanque pueden o no ser

recirculados, siendo lo primero lo más habitual porque permite aumentar los

rendimientos, mientras que el sobrenadante (que se acumula en la parte

superior del tanque, sobre la lámina de agua) es conducido a cabecera de

planta.



4.4.2. DIGESTIÓN ANAEROBIA

Los lodos procedentes de la etapa de espesamiento anterior tienen una

concentración aproximada de sólidos de un 8-10% en los lodos primarios, un 4-

7% en los lodos mixtos, y un 2-3% en lodos activos. De este contenido total de

sólidos en un lodo, se puede considerar aproximadamente que un 30%

corresponde a materia inorgánica o mineral y un 70% en peso a materia

orgánica, la única que puede descomponerse en un proceso de digestión o

estabilización.



Vista general del digestor anaerobio Vista general de la cúpula del digestor

anaerobio con conducciones de biogas y

recirculación de fangos digeridos

Detalle de lanzas de biogas para agitación en

la parte superior de la cúpula del digestor

anaerobio

Detalle de intercambiador de calor para

digestión de fangos

Las características del proceso de digestión anaerobia son las

siguientes:

• Reducción del volumen ocupado por los lodos.



• Eliminación o destrucción de gran parte de la materia orgánica de los

lodos, disminuyendo así el riesgo de putrefacción y la producción de

malos olores.

• Destrucción casi total de gérmenes patógenos.

• Obtención de metano, de gran poder calorífico, que puede ser

utilizado como fuente de energía dentro de la planta, y que supone

un ahorro en consumo energético.

• Obtención de un lodo que se puede secar y evacuar fácilmente.

• VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL PROCESO

La digestión anaerobia de lodos tiene las siguientes ventajas e

inconvenientes comparado con la digestión aerobia:

• Menor coste de explotación porque no tiene aireación.

• Mejor concentración del lodo y mejor secado posterior.

• Producción de gas metano que proporciona energía para otras

operaciones.

• Pequeña producción de lodos estabilizados.

• Capacidad para tratar altas cargas hidráulicas y orgánicas.

• Mayor coste de inversión en su construcción.

• Producción de sobrenadantes que pueden ser difíciles de tratar

cuando se recirculan en la instalación.

• Los lodos necesitan una nueva estabilización antes de su evacuación

final.

• Arranque lento y delicado.

• DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

En la digestión anaerobia los sólidos orgánicos se descomponen en

ausencia de oxígeno y, en consecuencia, se reduce el volumen de sólidos

totales, gracias a la acción de por lo menos dos grupos diferentes de bacterias

que viven juntas en el mismo medio. Estos grupos bacterianos son:



• Las bacterias metanogénicas (formadoras de metano), que

convierten los ácidos principalmente en metano (CH4), dióxido de

carbono (CO2) y agua (H2O). El pH óptimo se encuentra entre 6,8 y

8,0 y si cae por debajo de 6,2 la producción de metano se detiene.

• Las bacterias acidogénicas (formadoras de ácidos), que convierten

fundamentalmente los sólidos complejos en sólidos más simples

(denominados ácidos orgánicos), dióxido de carbono (CO2) y agua

(H2O). Tienen una mejor tolerancia a los bajos valores de pH.

Se considera que el proceso de digestión anaerobia funciona

correctamente cuando la reducción de sólidos orgánicos volátiles en el lodo de

salida está en el 40-60% respecto al lodo de entrada. Para conseguir esta

reducción hay que conseguir que las reacciones de formación de ácidos y las

de formación de metano estén en equilibrio, mediante el control del digestor a

partir de los siguientes parámetros:

• El suministro de alimento (sólidos orgánicos) al digestor.

• La mezcla en el digestor.

• La temperatura en el digestor.

• La relación de ácidos volátiles/alcalinidad en el digestor.

Si se produce un desequilibrio en el digestor, normalmente es debido a

que las bacterias metanogénicas son organismos anaerobios muy sensibles y

de crecimiento más lento, por lo que a veces no siguen el ritmo de las

acidogénicas y el digestor se acidifica porque la velocidad de transformación

de los ácidos es demasiado baja.

4.5. DESHIDRATACIÓN

Una vez que el lodo ha sido tratado por el proceso de digestión, debe

secarse y evacuarse. Para ello deben eliminar los lodos digeridos de la manera

más práctica y menos costosa posible, aumentando al máximo el porcentaje de

materia seca para reducir su volumen al mínimo. Con los métodos que se



emplean se consiguen lodos deshidratados con un 20-40% en peso de materia

seca.

El sistema de deshidratación empleado dependerá de las características

de la EDAR, del tipo de lodo y del destino final de los mismos. Las estaciones

depuradoras pequeñas suelen tener eras de secado, mientras que las mayores

utilizan sistemas mecánicos de secado.

4.5.1. ERAS DE SECADO DE LODO

Los lechos o eras de secado están formados por una capa de material

drenante, dividida en compartimentos y sobre la que se vierte el lodo en

espesadores de 20-30 cm como máximo. La superficie total de las eras se

divide así en unidades menores, de tal forma que se llene cada una de ellas

con los lodos extraídos del digestor correspondientes a dos días.

La capa de material drenante debe estar constituida por una capa de

arena de unos 10 cm de espesor, dispuesta sobre una capa soporte de grava

de 20 cm.

El lodo a secar puede ser llevado a las eras a través de canales

abiertos, empleando compuertas de tajadera a la entrada a cada lecho de

secado, o bien a través de tuberías, en las cuales la regulación del paso de

lodo se lleva a cabo con válvulas.

El sistema de drenaje subterráneo bajo la capa de soporte debe tener un

buen mantenimiento. El número de tuberías y la pendiente de las mismas

deben permitir un drenaje homogéneo de toda la masa de lodo y conducir toda

el agua drenada a una arqueta de drenaje general, a partir de la cual se

bombeará a cabecera de instalación.

El secado de los lodos en este sistema se lleva a cabo en dos fases:

• Filtración: el agua abandona el lodo por filtración a través de la

arena, favoreciendo el desprendimiento de los gases ocluidos y



disueltos, que tienden a hacer flotar los sólidos. Esta fase puede

durar las 12-18 primeras horas, en el caso de lodos de aguas

residuales urbanas. En ella se obtiene una suspensión lodosa de

hasta el 20% de sequedad.

• Evaporación: esta fase es más lenta y produce una disminución de

la capa de lodos, agrietando la superficie y favoreciendo la

evaporación de las capas inferiores, al ser las grietas cada vez más

profundas. Al final de esta fase el lodo tendrá una consistencia tal

que le permitirá ser paleable, con una sequedad final de hasta un

40%.

La extracción del lodo es normalmente manual, vertiendo el lodo en

carretillas o cintas transportadoras, que lo conducen fuera de las eras para ser

almacenados o cargados sobre camión. Con la retirada del lodo también se

elimina algo de arena de la capa drenante al quedar adherida a la torta lo que

obligará, cada cierto tiempo, a reponer la arena.

El funcionamiento consiste, en primer lugar, en remover la capa de

arena apelmazada con una horquilla de lodos con púas de 20 a 30 cm de

longitud, que se introduce en la arena y se remueve hacia adelante y hacia

atrás varias veces, teniendo cuidado de no mezclar las capas de arena y

grava. A continuación, hay que rastrillarla con rastrillo de jardín para deshacer

los terrones de arena y por último, se iguala la arena de la era con el mismo

rastrillo o arrastrando una tabla con cuerdas para alisar la superficie.

A continuación, ya se puede verter el lodo extraído del digestor primario,

del digestor secundario (digestión anaerobia de lodos) o del espesador

(estabilización aerobia de lodos). En el primer caso, el lodo ha de extraerse

lentamente para no crear vacío dentro del digestor, asegurando que el lodo no

se espesa y que deja de fluir por completo. La profundidad de la capa de lodo

extendida sobre la era es, normalmente, de unos 30 cm, pero puede llegarse a

los 45 cm durante las épocas muy calurosas.



En las proximidades de la extracción de lodos para secado debe

prohibirse fumar o encender fuego, pues el lodo puede contener gas metano,

tal y como se comprueba si aparecen burbujas en la superficie del lodo en una

era fresca. Ha habido casos de explosiones e incendios causados por una

cerilla encendida o un cigarrillo arrojados a una era de secado de lodos.

Después de haber llenado una era de secado, debe limpiarse con agua

a chorro la tubería de extracción de lodos, para desprender los sólidos que

hayan podido adherirse a las paredes de la misma, y también conviene que un

extremo quede abierto, para que se escape el gas que se forma. Cuando las

grietas llegan a la arena ya puede retirarse el lodo manualmente por medio de

horcas.

Los inconvenientes del proceso de las eras de secado son lo

siguientes:

• No se pueden usar equipos pesados porque el peso podría estropear

el sistema de drenaje subterráneo.

• La acción de rastrillado puede mezclar la arena con la grava, por lo

que en la retirada de lodo seco éste puede ir mezclado con arena, lo

que obliga a reponerla cada cierto tiempo.

Para evitar el arrastre de arena con los lodos ya secos, pueden

colocarse pequeñas tablas sobre la arena para carretillas y depositar la torta de

lodos en ellas para trasladarla al lugar de evacuación. La torta de lodo seco

tiene normalmente un espesor de 7 a 15 cm y no es pesada, a no ser que el

lodo tenga una gran cantidad de material inorgánico sedimentable.

Si una era se llena accidentalmente con lodo parcialmente digerido

(también denominado “lodo verde”) requerirá una especial atención, pues el

agua no drenará con rapidez, se producirán malos olores y la retención del

agua proporcionará un excelente terreno de cría para insectos molestos

(moscas, mosquitos, gusanos, etc.). En este caso se aconseja la adición de cal



seca sobre la era extendida con una pala y la pulverización con algún

pesticida. En este caso, no deberá utilizarse el lodo como fertilizante.

4.5.2. SECADO MECÁNICO

En las depuradoras en las que se producen grandes cantidades de lodo

no es viable emplear eras de secado, por lo que se utiliza el secado mecánico mediante:

• Filtros de vacío

• Centrífugas

• Filtros banda

• Filtros prensa

El sistema mecánico mediante filtros de vacío es un sistema de

deshidratación de lodos que hoy en día ha sido desplazado por otros sistemas

más sencillos de mantenimiento y de menor coste energético.

Consiste fundamentalmente en un cilindro rotatorio, sobre el que

descansa el medio filtrante, cilindro que está sumergido parcialmente en un

tanque en el que se encuentra el lodo a deshidratar que ha sido acondicionado

previamente. El tambor gira a una velocidad del orden de 10-30 revoluciones

por hora, y las diversas celdas en que se encuentra dividida su superficie

exterior van recubiertas por una tela filtrante constituida, normalmente, por

fibras sintéticas.

El vacío que se aplica al filtro varía entre 300 y 600 mm de Hg, y se crea

por una bomba externa.

El vacío se aplica a las celdas a través de un cabezal de control o

válvula automática y las tuberías de filtrado. Este vacío provoca la absorción

del líquido a través de la tela filtrante, al mismo tiempo que los sólidos en

suspensión se depositan sobre la tela en una capa uniforme. A medida que el

tambor avanza, las celdas van pasando por las siguientes fases de operación:



• Filtración

• Secado

• Descarga de la torta

• Lavado de la tela

La tela filtrante requiere un lavado a alta presión después de 12 ó 24

horas de servicio y, en algunos casos, un baño de ácido después de 1.000 ó

5.000 horas de funcionamiento. Su duración varía de 200 a 20000 horas.

El líquido filtrado circula por los tubos de filtrado hacia la válvula

automática y de ésta pasa a un separador de filtrado auxiliar, desde el que se

bombea normalmente a cabecera del tratamiento de agua.

Las centrífugas constan de un tambor cilíndrico-cónico que gira sobre

un eje horizontal a gran velocidad. El lodo a deshidratar es introducido en la

cuba a través de la conexión de entrada por medio de la alimentación. En el

interior del tambor, debido a la fuerza centrífuga producida en el giro, la parte

más pesada de la mezcla se deposita en el interior, donde es arrastrada a la

salida de los sólidos por un tornillo helicoidal que gira a distinta velocidad que

el tambor.



En la parte cilíndrica del tambor se produce la sedimentación de las

partículas sólidas, mientras que en la parte cónica se lleva a cabo un escurrido

progresivo de las partículas, hasta llegar a la salida exenta de líquido libre. El

agua, al tener un peso específico distinto al de los sólidos, ocupa dentro del

tambor una zona distinta, formando un anillo interior al formado por los sólidos.

El recorrido de las fases sólidas y líquida entre el tambor y el cuerpo de

tornillo se realiza en contra-corriente (la parte cilíndrica, el sólido y el líquido

circulan en sentido en la parte cilíndrica).

El líquido que sale de la centrífuga se devuelve a los decantadores

primarios, y la torta de lodo se transporta a un pozo de recogida o a una cinta

transportadora para su evacuación.

Una gran parte de arenas en el lodo aumenta la velocidad de desgaste

de la centrífuga.

El estado de la torta descargada y la calidad del líquido centrifugado

dependen principalmente del caudal de alimentación, la profundidad del

depósito del lodo y la velocidad de giro de la centrífuga.

Un filtro banda es un sistema mecánico de deshidratación que permite

al lodo floculado un drenaje libre y un posterior prensado progresivo.

Los filtros banda se basan en la buena drenabilidad del lodo

previamente acondicionado con polielectrolito, pues el lodo floculado tiene una

gran capacidad de escurrir rápidamente por drenaje a través de un tamiz o tela

de abertura de malla relativamente grande.

El lodo floculado tiene una estructura relativamente frágil, por lo cual la

suspensión debe ser manipulada con sumo cuidado para evitar la formación de

finos por ruptura de los flóculos, que obstaculizarían el drenaje por

atascamiento de la banda yo conducirían a pérdidas de sólidos que pasarían a

través de la tela.



El proceso del filtro banda se lleva a cabo en dos fases. La fase de

drenaje es muy importante, ya que proporciona al lodo una cohesión suficiente

para que en la siguiente fase se produzca la expulsión del agua por prensado

progresivo.

En esta fase, el lodo se vierte sobre una banda portadora, que drena

parte del contenido inicial del agua durante su recorrido, que termina en una

zona de cuña formada por la banda portadora y una segunda banda donde,

bajo una presión ascendente, los lodos se deshidratan hasta obtener una

consistencia adecuada para su posterior tratamiento en las siguientes zonas de

filtración.

Durante la fase de prensado, la torta se coloca entre las bandas

filtrantes, las cuales son guiadas a través de unos tornillos de prensado que

simultáneamente producen un efecto de cizalladura, consiguiéndose la

deshidratación de la torta. La presión ejercida entre las bandas depende del

tensado de las mismas, el cual se fija en la puesta en marcha mediante un

dispositivo adecuado, y no debe ser variado posteriormente. Una vez que la

torta de lodos ha pasado por la zona de cizalladura, es descargada de la banda

filtrante por medio de rasquetas.

La velocidad de avance de las bandas depende de la drenabilidad de la

suspensión floculada para una zona de drenaje determinada. El ajuste de los



filtros banda se lleva a cabo, por lo tanto, de una manera empírica a través de

ensayos.

La presión de deshidratación se consigue presionando las telas de

filtración a través de cilindros neumáticos o hidráulicos que actúan sobre unos

rodillos móviles.

El filtro prensa es el único sistema que garantiza unas presiones

efectivas muy elevadas, con las que se consiguen sequedades de torta

máximas. Por lo tanto, este sistema se utiliza cuando es necesario obtener una

sequedad del lodo deshidratado superior a la que es posible conseguir con los

sistemas anteriormente descritos. Es el caso de los lodos que son incinerados

o en los que el transporte de la torta resulta a un precio tan elevado que es

importante una reducción máxima de su peso y volumen.

El filtro prensa está constituido por un conjunto de placas con canales

recubiertas de una tela filtrante, que en su posición vertical, se yuxtaponen y

apoyan fuertemente unas contra otras por tornillos hidráulicos que están

dispuestos en uno de los extremos de la batería. La estanqueidad del conjunto

queda asegurada por la presión que una placa aplica sobre otra.

En este caso el lodo se bombea al filtro a través de unos orificios de

comunicación que se encuentran situados en el centro de cada placa, pasando

a ocupar el espacio existente entre las placas. Debido a la progresiva presión

ejercida, se elimina parte del agua contenida en el lodo, traspasando la tela

filtrante y dirigiéndose a los orificios acanalados de la placa, donde son



encauzados a los conductos de evacuación situados en los extremos de las

mismas. Así, el espesor de la torta obtenida se corresponde con la parte hueca

central que queda entre las dos placas.

En general, en el caso de la deshidratación mecánica, los lodos deben

ser previamente acondicionados, bien química bien térmicamente. El

acondicionamiento se realiza para facilitar la pérdida de agua de los lodos

durante el secado mecánico, haciéndolo más rápido, eficaz y rentable

económicamente. Consiste, básicamente, en romper la estabilidad de las

partículas que están en el lodo, aumentando su tamaño artificialmente. Un

acondicionamiento adecuado del lodo es la base para un correcto

funcionamiento del sistema de deshidratación.

• ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO DE LOS LODOS

Los reactivos químicos utilizados para acondicionar los lodos pueden

ser de origen mineral u orgánico. Normalmente, los reactivos minerales se

adaptan mejor a una deshidratación por filtros de vacío y filtros prensa, y los

reactivos orgánicos a la centrífuga y filtro banda.

Los reactivos minerales más empleados son la cal (CaO) y el cloruro

férrico (FeCl3), pues producen un flóculo relativamente fino y estable. Cuando

se emplea cal y cloruro férrico, los porcentajes son, normalmente, del 30% y

del 3-12%, respectivamente, con relación con las materias secas del lodo.

También se suelen emplear sales ferrosas y varias sales de aluminio.

Para conseguir una buena floculación del lodo es necesario garantizar

un tiempo de maduración de 15-30 minutos, en el cual el lodo está en la

cámara de mezcla y luego pasa a la arqueta del filtro a vacío o al depósito que

precede al filtro prensa.

Los polielectrolitos orgánicos pueden ser aniónicos o catiónicos:

• Polielectrolitos aniónicos: son eficaces para el acondicionamiento de

lodos fuertemente minerales (materia volátil/materia seca = 30-35%)



• Polielectrolitos catiónicos: son eficaces para los lodos con elevado

contenido de materia orgánica (materia volátil/materia seca = 50-

75%) y para los medianamente mineralizados (materia volátil/materia

seca = 35-45%).

Los polielectrolitos se suministran en forma de polvo o líquido muy

viscoso, con un 15-30% de producto activo:

• Para asegurar una buena mezcla de los productos líquidos con el

lodo conviene inyectarlo en forma de solución acuosa muy diluida

(0,05-0,1%) en la tubería de llegada del lodo al sistema de

deshidratación, para lo cual se preparan “disoluciones madre” al 0,3-

1% de producto, que se diluyen instantáneamente y de forma

continua antes de su inyección en el lodo.

• Para los productos en polvo, caso más frecuente, la preparación de

la solución madre comprende, en primer lugar, una fase de mojado o

dispersión del producto. Esta dispersión debe hacerse con sumo

cuidado para evitar la formación de grumos que tarden mucho tiempo

en disolverse. Una vez preparada la solución madre, debe dejarse

madurar durante una o dos horas.

• ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO

El acondicionamiento térmico consiste en una cocción de los lodos a

una temperatura de 160 a 210ºC.

La sequedad que se consigue en lodos acondicionados térmicamente

es, en general, superior a la que se consigue cuando se emplean reactivos

químicos. Además, con el acondicionamiento térmico se consigue también

deshidratar el lodo.

Los líquidos que se extraen de los lodos cocidos deshidratados tienen

una alta carga de DBO5 (entorno a 2.000-5.000 mg/l), lo que obliga a disponer

de un depósito amortiguador de almacenamiento para poder inyectarlos a la



entrada de la depuración biológica en las horas de menor contaminación, o

bien disponer de un tratamiento biológico independiente para estos efluentes.

El acondicionamiento térmico requiere una importante inversión de

instalación y elevados costes de mantenimiento. Por esta razón, en grandes

plantas se lleva a cabo una digestión anaerobia de los lodos, que produce gas

en exceso que sirve para satisfacer gran parte de la demanda energética

necesaria. Esto permite mantener la cocción con un caudal continuo y estable

de lodos.

4.6. DESTINO FINAL DE LOS LODOS

Los lodos de depuradora tienen propiedades agronómicas útiles en el

ámbito de la agricultura. La utilización de los lodos de depuradora debe tener

en cuenta las necesidades en nutrientes de las plantas, pero no debe

perjudicar la calidad de los suelos y de la producción agrícola. En efecto,

determinados metales pesados en los lodos pueden ser tóxicos para las

plantas y para el ser humano. Los lodos de depuradora pueden utilizarse en

agricultura siempre que se regule su utilización.

En la Directiva 86/278/CEE figuran los valores límite relativos a las

concentraciones de metales pesados en los suelos (anexo IA), en los lodos

(anexo IB) y a las cantidades máximas anuales de estos metales pesados que

pueden ser introducidas en los suelos destinados a la agricultura (anexo IC).

Los lodos de depuradora de aguas residuales urbanas están regulados

por las normas sobre residuos con la particularidad de que su aplicación como

fertilizante o como enmienda orgánicos debe ajustarse a las siguientes

disposiciones:

• RD 1310/1990, de 29 de octubre, por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario

(http://www.ema-formacion.com/cursos/22/pdf/RD_1310-90.pdf). Con

este RD se establecen una serie de controles por parte de las



CC.AA. para el seguimiento y utilización de los lodos en la actividad

agraria y se crea el Registro Nacional de Lodos (RNL).

• Orden de 26 de octubre de 1993 (http://www.ema-

formacion.com/cursos/22/pdf/Orden_26-10-93.pdf) sobre utilización

de los lodos de depuradora en agricultura, establece las exigencias

del suministro de información al RNL sobre producción de lodos y

cantidades destinadas a los suelos agrícolas.

• RD 824/2005, de 8 de julio, sobre productos fertilizantes

(http://www.ema-formacion.com/cursos/22/pdf/RD_824-05.pdf).

Regula las enmiendas orgánicas elaboradas con residuos orgánicos

entre los que se incluyen los lodos de depuradora.

La gestión de lodos de EDAR (LD), código LER 190805, tiene con

respecto a otros tipos de residuos la peculiaridad de que ciertos usos y

posibilidades de reciclaje están regulados por normas específicas, algunas de

carácter agronómico al existir la posibilidad de utilizarlos como abonos y

enmiendas orgánicas en los suelos. En este sentido la Directiva 86/278/CEE,

relativa a la protección del medio ambiente y en particular de los suelos en la

utilización de los lodos con fines agrícolas, regula las condiciones en que

podrán ser aplicados los LD a los suelos agrícolas, condiciones tendentes a la

protección del posible efecto nocivo sobre las aguas, el suelo, la vegetación,

los animales y el propio hombre.

La citada Directiva prohíbe el empleo de LD sin tratar, salvo en los casos

de inyección directa o enterramiento en el suelo, siempre que lo autoricen los

Estados miembros (en España no está autorizado). Asimismo, y con el fin de

proteger la salud, prohíbe la aplicación en determinados cultivos, al tiempo que

establece plazos para su aplicación en los autorizados. La citada Directiva

señala que la utilización de los lodos en agricultura debe hacerse teniendo en

cuenta las necesidades de nutrientes de las plantas. Al mismo tiempo limita los

contenidos en metales pesados y exige análisis periódicos de los suelos y de

los LD. Finalmente establece la exigencia de un control estadístico de los LD

producidos, cantidades dedicadas a fines agronómicos, composición y



características de los LD, tipos de tratamiento, y destinatario y lugar de

aplicación.

Esta Directiva fue transpuesta al Derecho interno español por Real Decreto 1310/1990, en el que se designa al Ministerio de Agricultura, Pesca y

Alimentación (actual MARM) y a las autoridades responsables de las

Comunidades Autónomas en esta misma materia como los competentes en

materia de aplicación y control de la citada Directiva.

El uso del lodo en aplicación agrícola tiene riesgos de contaminación del

medio ambiente, especialmente del suelo. Las dosis de aplicación deben fijarse

en base a las características agronómicas, a la acumulación permitida de

metales en los suelos y a las exigencias en nutrientes de los cultivos.

Tres son los principales usos posibles de lodos de depuradora:

• la aplicación al suelo con fines de fertilización y reciclaje de los

nutrientes y la materia orgánica;

• la valorización energética en todas sus variantes, incluida la

biometanización;

• y el depósito en vertedero.

De acuerdo con el artículo 1.1 de la Ley 10/1998, de Residuos, éste es,

precisamente, el orden de prioridad en que se debe decidir el destino final de

los LD. Es pues en este mismo orden en el que se deben prever en las

medidas para estimular su correcta gestión.

Siempre que los LD cumplan con los requisitos legales, incluidos los que

puedan establecerse en el futuro (bajo contenido en metales pesados y otros

contaminantes orgánicos, así como en patógenos, y exista disponibilidad de

suelo apto para su aplicación) se considera que la opción más sostenible es el

reciclaje de nutrientes y materia orgánica mediante su aplicación al suelo.



Para su empleo en éste es obligado someter los lodos a tratamientos

biológicos (aerobios o anaerobios), térmicos (secado o pasteurización),

químicos (encalado) o almacenamientos prolongados.

Con el fin de potenciar y mejorar el reciclaje de este tipo de residuos se

hace necesario el impulso y fomento de líneas de tratamiento para los lodos,

así como la previsión de equipamientos científicos y técnicos para su análisis y

el seguimiento de sus aplicaciones al suelo y para la analítica inicial y periódica

de los terrenos donde se aplica.

El PNIR 2008-2015 establece los siguientes objetivos ecológicos:

USOS 2015 Aplicación en suelos agrícolas 67% Valorización en otros suelos u otros tipos de valorización

18%

Incineración 3% Depósito en vertedero 12% Correcta gestión ambiental de las cenizas de incineración

100% (de las cenizas generadas)

NOTA: Los objetivos de reciclado y valorización deben entenderse como objetivos a alcanzar y los de eliminación como tope máximo

4.6.1. PROBLEMÁTICA DE LOS LODOS DE EDAR

La aplicación de la Directiva del Consejo de la UE sobre tratamiento de

aguas residuales urbanas (91/271/CEE) hace que la mayoría de los municipios

escojan tecnología de lodos activos, debido a su carácter compacto, su

fiabilidad y su eficacia. Sin embargo, esta tecnología produce grandes

cantidades de lodo.

Los lodos residuales se deben tratar para facilitar su manejo y evitar

posibles problemas, desde el olor a los agentes patógenos. Entre estos

procesos están el espesamiento, la desinfección, la estabilización, el

acondicionamiento, la desecación, el secado final y el compostaje.



Después de tratar los lodos se obtienen lodos líquidos (estabilizados o

no), lodos sólidos (estabilizados o no), lodos desecados y compost. El coste

del tratamiento y eliminación de los lodos supone hasta la mitad del coste total

del tratamiento de aguas residuales, y aumentará, por el endurecimiento de la

legislación.

A causa de las características físico-químicas del proceso de lodos

activados, el lodo tiende a acumular una serie de metales y compuestos

orgánicos.

• METALES

Principalmente zinc, cobre, níquel, cadmio, plomo, mercurio y cromo. Su

potencial acumulación en los tejidos humanos y en la cadena alimentaria

preocupan medioambiental y sanitariamente. Están presentes, a

concentraciones bajas, en las aguas residuales domésticas, pero son mayores

en las industrias.

Los agentes y las vías de contaminación por metales pesados en las

aguas residuales de origen urbano son diversos: vertidos ilegales a la red de

alcantarillado de aceites lubricantes usados (Pb), pinturas y colorantes con

ciertos niveles de plomo, vertidos de taladrinas (sustancias utilizadas en la

industria metalúrgica como refrigerantes y lubricantes) con alto contenido en

metales, pilas botón con elevados niveles de níquel, cadmio o mercurio

procedentes del ámbito doméstico, residuos originarios de la industria del

decapado... También proceden de la corrosión de tuberías y depósitos

metálicos y del arrastre por la limpieza de calles o las lluvias (Pb de las

gasolinas).

• NITRÓGENO Y FÓSFORO

Su peligrosidad radica en su potencial de eutrofización para las aguas

subterráneas y superficiales. Sin embargo, se pueden considerar como

fertilizantes valiosos por su alto contenido en materia orgánica. En las áreas

sensibles identificadas, la Directiva sobre aguas residuales exige un



tratamiento terciario (eliminación de los nutrientes) que producen lodos con alto

contenido en nutrientes.

• CONTAMINANTES ORGÁNICOS

Los plaguicidas, los disolventes industriales, los colorantes, los

plastificantes, los agentes tensioactivos y muchas otras moléculas orgánicas

complejas, generalmente con poca solubilidad en agua y elevada capacidad de

adsorción, tienden a acumularse en los lodos. Incluso están presentes en los

lodos residuales hidrocarburos aromáticos, procedentes de la quema de los

combustibles fósiles. Todos tienen efectos negativos sobre el medio ambiente

y la salud.

• AGENTES PATÓGENOS

Son las bacterias (Salmonella), los virus (enterovirus), los protozoos, los

trematodos, los cestodos y los nematodos. Para que cualquier vertido de los

lodos sea seguro se precisa la eliminación o inactivación de estos agentes

patógenos. Para ello, se les puede aplicar una serie de tratamientos, como la

pasteurización, la digestión aerobia o anaerobia, el composting, la

estabilización con cal, el almacenamiento en estado líquido y la desecación y el

almacenamiento en seco.

4.6.2. EVALUACIÓN DEL RIESGO EN LA APLICACIÓN COMO FERTILIZANTES

Con objeto de evaluar adecuadamente el riesgo que comporta la

utilización de lodos de depuradora con fines agrícolas y forestales, conviene

tener en cuenta el conjunto de factores que determinan la movilidad de los

metales pesados:

• A menor pH mayor solubilidad de los metales y, por tanto, mayor

movilidad de éstos, con lo que se incrementa la toxicidad para las

plantas.



• Contenido de materia orgánica. Los suelos que presentan contenidos

de materia orgánica superiores al 5% (situación poco frecuente en

nuestro país, donde el contenido medio no suele superar el 1%),

tienen un nivel bajo de captura de metales por las plantas pues los

metales quedan retenidos en el suelo. No obstante, a medida que la

materia orgánica se degrada, las formas moleculares resultan ser

más sencillas, permitiendo su movilización. La adición, durante el

proceso de compostaje del lodo, de cenizas volantes o de barros del

refinado de la bauxita, por su carácter básico y por el elevado poder

de adsorción, previene la liberación de metal y mejora la retención

del mismo por el suelo.

• Potencial redox. Las condiciones reductoras favorecen la

solubilización.

• La granulometría del suelo condiciona la captura de metal, de modo

que una textura arcillosa contribuye a una menor acumulación de

metales en las plantas.

• El tratamiento del suelo con óxidos e hidróxidos de hierro y

manganeso previene la movilización de los metales pesados gracias

a la alta capacidad de adsorción ejercida sobre la mayoría de los

metales así como por el carácter básico que confieren a los suelos

aplicados.

• La presencia de apatito e hidroxiapatito en los suelos tratados con

los lodos mejora la inmovilización de los metales porque el elevado

contenido de calcio permite el intercambio iónico de éste con los

metales presentes, a la formación de fosfatos metálicos insolubles y

al incremento de la alcalinidad para el hidroxiapatito.

• La aplicación de los lodos a suelos calizos mejora la retención de los

metales, ya que el proceso de hidrólisis queda contrarrestrado por la

presencia del carbonato de calcio, que previene el descenso del pH

impidiendo la movilización de metales.



4.6.3. NORMAS DE CALIDAD DE LOS LODOS

Algunos consideran que, los principales metales pesados que pueden

ser peligrosos son Cd, Pb y Hg. El Pb y el Hg no se absorben en los cultivos y,

por tanto, no plantean riesgos en la ingestión de productos y el Cd atraviesa la

barrera suelo-planta y puede acumularse en concentraciones peligrosas.

La aplicación de lodos a las tierras de cultivo pretende aprovechar la

capacidad del suelo para asimilar, atenuar y destoxificar a los contaminantes.

La contaminación de las aguas subterráneas por lixiviación de los

nitratos es el efecto más importante derivado de la utilización de lodos en

agricultura, en el contexto de la actual legislación medioambiental. Sin

embargo, si la cantidad total de nitratos permanece según las necesidades de

nitrógeno de los cultivos, la contaminación por nitrato de aguas subterráneas

permanecerá a un nivel mínimo.

Hasta ahora, el riesgo para la salud humana de cultivos en suelos

tratados con lodos parece ser pequeño, ya que la absorción de contaminantes

orgánicos por las plantas parece ser escasa o nula y no hay bioacumulación en

el ganado.

El RD 1310/1990 limita los índices de concentración de metales

pesados, tanto en los lodos residuales como en el suelo.

Los suelos sobre los que pueden aplicarse los lodos tratados deberán

de presentar una concentración de metales pesados inferior a:

VALORES LÍMITE PARÁMETROS SUELOS CON pH

MENOR DE 7 SUELOS CON pH

MAYOR DE 7

Cadmio 1 3

Cobre 50 210

Níquel 30 112



Plomo 50 300

Zinc 150 450

Mercurio 1 1,5

Cromo 100 150 VALOR LÍMITE DE CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS EN LOS SUELOS

(mg/kg de materia seca de una muestra representativa de los suelos)

Los lodos tratados a utilizar en los suelos no pueden exceder, en cuanto

al contenido en metales pesados, los siguientes valores límites:

VALORES LÍMITE PARÁMETROS SUELOS CON pH

MENOR DE 7 SUELOS CON pH

MAYOR DE 7

Cadmio 20 40

Cobre 1.000 1.750

Níquel 300 400

Plomo 750 1.200

Zinc 2.500 4.000

Mercurio 16 25

Cromo 1.000 1.500 VALOR LÍMITE DE CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS EN LOS LODOS

DESTINADOS A SU UTILIZACIÓN AGRÍCOLA (mg/kg de materia seca )

Las cantidades máximas de lodos que pueden aportarse al suelo por

hectárea y año serán las que, de acuerdo con el contenido en metales pesados

de los suelos y lodos a aplicar, no rebasen los siguientes valores límite de

incorporación de los metales pesados:

PARÁMETROS VALOR LÍMITE

Cadmio 0,15

Cobre 12

Níquel 3

Plomo 15

Zinc 30



Mercurio 0,10

Cromo 3 VALORES LÍMITE PARA LAS CANTIDADES ANUALES

DE METALES PESADOS QUE SE PODRÁN

INTRODUCIR EN LOS SUELOS BASÁNDOSE EN UNA

MEDIA DE 10 AÑOS (hg/ha/año)

Además, se establecen las siguientes prohibiciones:

• Aplicar lodos tratados en praderas, pastizales y demás

aprovechamientos a utilizar en pastoreo directo por el ganado, con

una antelación menor de tres semanas respecto a la fecha de

comienzo del citado aprovechamiento directo.

• Aplicar lodos tratados en cultivos hortícolas y frutícolas durante su

ciclo vegetativo, con la excepción de los cultivos de árboles frutales,

o en un plazo menor de diez meses antes de la recolección y durante

la recolección misma, cuando se trate de cultivos hortícolas o

frutícolas cuyos órganos o partes vegetativas a comercializar y

consumir en fresco estén normalmente en contacto directo con el

suelo.

Los lodos y los suelos sobre los que se han utilizado éstos deben ser

objeto de un muestreo y un análisis.

Los entes locales y demás titulares, en su caso, de EDAR tienen que

facilitar al órgano competente de la CC.AA. correspondiente, con una

periodicidad anual, la información siguiente:

• Las cantidades de lodo producidas y el destino de las mismas, con

especificación de aquellos lodos que se utilicen en la actividad

agraria.

• La composición y características de los lodos producidos y los

destinados a la actividad agraria.

• El tipo de tratamiento realizado sobre los lodos de depuración.



• Los nombres y domicilios de los destinatarios de los lodos tratados1 y

las zonas de utilización de éstos.

El MARM, con la información suministrada por las CC.AA., debe

establecer cada cuatro años un informe de síntesis sobre la utilización de los

lodos en la agricultura, precisando las cantidades de lodos utilizados, los

criterios seguidos y las dificultades encontradas y lo transmitirán a la Comisión,

que publica las informaciones contenidas en dicho informe.

4.7. LÍNEA DE GAS

La línea de gas se encarga de aprovechar los gases obtenidos en la

digestión anaerobia de los fangos para equipos instalados en la misma planta o

incluso (si se dispone de motores) generar electricidad.

Debido al poder calorífico del gas de digestión que oscila sobre las

5.500 kcal/m3, es interesante emplearlo para diversos fines. El gas se recoge

del digestor y por medio de unas tuberías se lleva hasta un gasómetro donde

es almacenado. Más tarde es utilizado para alimentar las calderas de agua

caliente que, mediante intercambiadores de calor agua−fango, comunicarán a

éste la temperatura óptima para mantener el proceso de digestión.

1 Son los lodos de depuración tratados por una vía biológica, química o térmica, mediante

almacenamiento a largo plazo o por cualquier otro procedimiento apropiado, de manera que se

reduzca de forma significativa su poder de fermentación y los inconvenientes sanitarios de su

utilización.



Gasómetro

En plantas depuradoras de gran tamaño, el gas producido en la

digestión excede las necesidades para el calentamiento del fango, por lo que

es posible emplearlo para otras finalidades. Una de estas posibilidades, la más

usual hoy en día, es utilizarlo como combustible de alimentación a motores que

hacen funcionar un generador de energía eléctrica para el aprovechamiento de

la misma en la planta.

4.7.1. CARACTERÍSTICAS DEL GAS DE DIGESTIÓN

El gas biológico contiene, fundamentalmente, metano, dióxido de

carbono y otros productos en baja proporción. Está generalmente saturado en

agua. Su naturaleza varía en función de la calidad del efluente y del control de

la fermentación. La composición media en volumen del gas biológico

aproximadamente es:

• Metano..............65%

• CO2...................32%

• N2......................1−2%

• H2S ...................0,03%

• Otros.................0,07%



El metano tiene un poder calorífico de 8.560 kcal/m3 y es el que

consigue que el poder calorífico del gas suba a valores de 5.500 kcal/m3

cuando se encuentra en una proporción de 65%.

El gas que realmente interesa es el metano que es el que hace

aumentar el poder calorífico del biogás, los restantes gases son trazas

indeseables que empeoran su calidad.

El gas carbónico y el vapor de agua, por el volumen que ellos ocupan en

el cilindro, perjudican el funcionamiento del motor, reduciendo la potencia en

los motores de aspiración natural. En los motores sobrealimentados, el gas

carbónico actúa como retardador de la detonación, efecto favorable, y como

ralentizador de la combustión, efecto desfavorable.

El H2S provoca corrosión sobre los sistemas de alimentación y las partes

calientes de la máquina. Por este motivo, se debe limitar su contenido en el

gas a un porcentaje lo más bajo posible. Para reducir el contenido de este gas

se utilizan filtros de limonita o también se procede a realizar un lavado del gas

con agua a contracorriente.

4.7.2. COGENERACIÓN

Podemos definir cogeneración como la producción y aprovechamiento

simultáneos de electricidad y calor, con ellos se puede producir electricidad a

un coste inferior al del suministro de la compañía eléctrica y tener el calor

necesario para el secado a un coste cero.

La cogeneración contribuye a la valorización del gas producido en el

proceso de estabilización de los lodos, al aprovechar su alto poder calorífico

para la producción combinada de energía eléctrica y calorífica. Con la

cogeneración ahorramos energía procedente de combustibles fósiles (petróleo,

carbón o gasóleo) contribuyendo a la conservación de recursos no renovables.

El esquema básico sería que por cada 100 unidades de combustible se

generan 35 de electricidad y 65 en forma térmica, de los que 50 podrían



aprovecharse y 15 son perdidos. La distribución entre energía eléctrica y

térmica será variable, dependiendo de los equipos empleados, siendo la

producción eléctrica más alta en motores que en turbinas y a la inversa, por lo

que hace referencia a la energía térmica.

Los posibles equipos de cogeneración asociados al secado térmico de

fangos son:

• Motogeneradores: el tipo de motor más usual sigue el ciclo Otto y

quema combustibles gaseosos (normalmente gas natural). El gas se

mezcla con el aire de combustión y se introduce en los cilindros: la

explosión libera el calor en forma de gases y mueve el cigüeñal que,

a la vez acciona el alternador que genera electricidad.

• Turbinas de gas: en las turbinas el combustible (gas) y el aire se

introducen comprimidos en la cámara de combustión. La expansión

de los gases de combustión pone en rotación los alabes de la turbina

que, a través de un reductor de velocidad, acciona el alternador.

• Turbinas de vapor: de hecho no es propiamente un sistema de

cogeneración en el sentido estricto, ya que se precisa de una fuente

que genere calor (por ejemplo los gases procedentes de una

combustión convencional). Los gases entran dentro de una caldera

de vapor y éste mueve una turbina que a su vez, acciona un

alternador.

• Ciclos combinados: esta variante es una combinación de un ciclo

simple, con una turbina de gas y turbina de vapor para aprovechar el

caudal de gases calientes, por lo que conseguimos un mayor

rendimiento.

Unidad 5: Evacuación y Reutilización 5.1


5.1. EVACUACIÓN DE EFLUENTES Y EMISARIOS ......................................2

5.2. REUTILIZACIÓN DE AGUAS ...................................................................4

5.2.1. INTRODUCCIÓN ...............................................................................4

5.2.2. CALIDAD REQUERIDA PARA LOS DIFERENTES USOS................6

5.2.2.1. Criterios de calidad para la reutilización de las aguas según sus

usos 10

5.2.3. TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES PARA REUSO..........17

5.2.3.1. Desalación de aguas provenientes de una EDAR ....................18

5.2.3.1.1. Desalación por ósmosis inversa ...........................................18

5.2.3.1.2. Electrodiálisis reversible .......................................................18

5.2.3.1.3. Pretratamientos necesarios para la desalación de ARU.......19

5.2.3.2. Otros tratamientos ....................................................................21

5.2.4. EFECTOS DEL PROBLEMA DEL AGUA EN LA AGRICULTURA ..21

5.3. PLAN NACIONAL DE CALIDAD DE LAS AGUAS: SANEAMIENTO Y

DEPURACIÓN 2007-2015.................................................................................24



5.1. EVACUACIÓN DE EFLUENTES Y EMISARIOS

El vertido de aguas residuales tratadas a cauces públicos o zonas litorales

debe someterse a tratamientos dependiendo de las condiciones del medio receptor,

de las características del agua residual y del caudal total a verter.

Al final de todos los procesos de tratamiento, el agua depurada normalmente

se conduce a un depósito de agua tratada. Parte de este agua se reutiliza en el

proceso de limpieza y regadío de la propia EDAR. Posteriormente, el agua con las

garantías de calidad exigidas, se envía al río contribuyendo de esta forma a

mantener el equilibrio ecológico de las aguas en la desembocadura del río.



En el caso de que el vertido se realice en el mar, se deberá hacer uso de un

emisario submarino, consistente en un conducto que transporta el efluente a verter a

la suficiente distancia, mar adentro, y a la suficiente profundidad como para que el

efecto del vertido, en la superficie y en la costa, sea mínimo. Como las aguas

residuales son menos densas que las del mar, ascienden forzando la mezcla entre

ambas.

Los emisarios submarinos son sistemas de tuberías (de hierro fundido, acero,

hormigón o plástico), conducciones cerradas y estructuras adecuadamente

acopladas y ancladas al lecho marino, con el fin de realizar una descarga de aguas

residuales en un lugar de una masa de agua donde la hidrodinámica favorezca la

dilución y dispersión del efluente, tratando de forma natural las descargas

biodegradables. Esta disposición se hace a través de una serie de difusores

(múltiples alargados) que poseen bocas (puertos o boquillas) instaladas al final de la

línea del emisario.

El flujo de agua residual que sale a través de los orificios en el difusor recibe

el nombre de pluma o chorro, y se recomienda que la longitud de la tubería sea

superior a 500 m.

La siguiente figura presenta un esquema de un emisario submarino.

Para el diseño del emisario submarino es fundamental disponer de datos

importantes como investigaciones geofísicas, propiedades de los materiales del

lecho marino, dinámica geotécnica de la costa y del suelo marino, la hidrodinámica

marina, el estudio de la dilución inicial y del transporte de contaminantes al medio

marino.



5.2. REUTILIZACIÓN DE AGUAS 5.2.1. INTRODUCCIÓN

Tanto el tratamiento de aguas residuales como la desalación del agua

constituyen posibles fuentes de agua para la agricultura y otros fines. Las

tecnologías aplicadas al tratamiento de aguas residuales terciarias y a la desalación

del agua tienen elementos comunes. La reutilización de aguas residuales en la

agricultura es, por lo general, menos costosa que la desalación del agua.

Sin embargo, la reutilización de aguas residuales tratadas plantea también

problemas en lo que respecta a la percepción del público y a posibles riesgos para la

salud y el medio ambiente. Por consiguiente, se deberán introducir programas para

informar a la opinión pública sobre los beneficios de la reutilización de las aguas

residuales tratadas.

En la agricultura urbana y periurbana se puede recurrir a soluciones híbridas,

como por ejemplo una combinación de depuradoras de aguas residuales y plantas

de desalación. Aun así, es muy importante establecer normas relativas a la calidad

de las aguas procedentes de depuradoras y la consiguiente vigilancia de los

efluentes.

Aunque la OMS y la FAO han elaborado directrices sanitarias para la

reutilización de aguas residuales tratadas, no se han establecido normas comunes

debido a la falta de una aplicación sistemática en países que tienen diferentes

escalas para valorar los costos y beneficios del tratamiento. Por las razones antes

indicadas, se deberán tener debidamente en cuenta tanto los problemas como los

beneficios de la reutilización de aguas residuales y la desalación del agua.

La recuperación de la calidad del agua mediante la depuración de las aguas

residuales en las estaciones correspondientes (EDAR) y su posterior reutilización es

una forma de aumentar los recursos disponibles además de minimizar el impacto de

su vertido al medio ambiente en las zonas con escasez de agua.



Se debe distinguir muy claramente entre una reutilización directa y la

reutilización indirecta a través de cursos naturales. En los sistemas de explotación

interiores las aguas residuales se vierten más o menos tratadas a ríos o embalses, y

pueden ser diluidas aguas abajo para ser parcialmente reutilizadas en zonas aguas

abajo para nuevos usos urbanos, industriales o agrícolas.

Sin embargo en zonas costeras las aguas residuales suelen ser evacuadas al

mar a través de emisarios, cauces o acuíferos sin posibilidad de aprovechamiento

posterior. Por lo tanto, es en esas zonas costeras o en zonas interiores con

problemas de abastecimiento donde se puede plantear la reutilización directa y

planificada del agua residual hasta su aprovechamiento sin dilución previa.

Un factor a tener en cuenta en la reutilización de aguas es la aceptación

pública del reciclado, una barrera hasta ahora insalvable en ciertos lugares. A los

seres humanos nos encanta creer que el agua que usamos es siempre nueva, que

es un bien inagotable. Pensar que estamos utilizando o reusando un agua reciclada,

y más si su procedencia es urbana, repugna de antemano.

A veces una cuestión semántica puede resolver el problema: por ejemplo si

se nos dice que se trata de un agua regenerada, estaríamos más inclinados a

usarla. La calidad del agua depurada debe ser el mayor empuje para la progresiva

aceptación de este nuevo recurso. Los astronautas llevan mucho tiempo

consumiéndola, tal vez su aceptación sea de algún modo forzosa en este tipo de

situaciones sin otra alternativa posible.

En la actualidad, utilizando una cuidadosa metodología de investigación

previa y adecuados tratamientos avanzados, se puede reutilizar agua residual

urbana para cualquier uso, incluido el de agua potable para uso humano. Por lo

tanto, son necesarios dos pasos principales para cualquier proyecto de reutilización

de ARU:

• Definir los niveles de calidad adecuados para el uso previsto.

• Establecer los procesos de tratamiento necesarios (suelen llamarse

terciarios avanzados) para la calidad del efluente recomendada.



5.2.2. CALIDAD REQUERIDA PARA LOS DIFERENTES USOS

Para que la reutilización sea posible como fuente alternativa de

abastecimiento y ofrezca seguridad desde el punto de vista sanitario y ambiental, es

imprescindible que el agua residual se depure hasta que reúna la calidad apropiada

a su nuevo uso.

Así, para cualquier aplicación relacionada con el contacto o la alimentación

humana/animal, el agua no debe contener organismos patógenos y sustancias

tóxicas; para la recarga de acuíferos el agua debe tener características de agua

mineral, para el uso en calderas no debe contener sales, para el regadío puede

contener materia orgánica y nutrientes pero no metales ni oligoelementos hasta

concentraciones tóxicas...

Sin embargo son diversos y hasta heterogéneos los criterios de calidad

establecidos en los distintos países. En España, la reutilización de aguas depuradas

está regulada por el R.D. 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas (http://www.ema-

formacion.com/cursos/22/pdf/RD_1620-07_reutilizacion_aguas.pdf).

Este Real Decreto da cumplimiento a lo exigido por la Ley 11/2005, de 22 de

junio, del Plan Hidrológico Nacional, la cual señala que es el Gobierno quien debe

establecer las condiciones básicas para la reutilización de las aguas, precisando la

calidad exigible a las aguas depuradas según los usos previstos.

La potencialidad de utilizar este recurso, sobre todo en zonas costeras y de

estrés hídrico, es muy elevada por el desarrollo que ha tenido en los últimos años el

Plan de saneamiento y depuración. Se calcula que el volumen de agua depurada

que podría reutilizarse superaría los 1.200 hectómetros cúbicos.

Este RD, de acuerdo con los objetivos del Programa A.G.U.A. (Actuaciones

para la Gestión y la Utilización del Agua) del Ministerio de Medio Ambiente, permite

desarrollar una nueva política del agua basada en una gestión más moderna y

eficiente de los recursos.



La norma define el concepto de reutilización, introduce la denominación de

aguas regeneradas, determina los requisitos necesarios para llevar a cabo la

actividad de utilización de aguas regeneradas, los procedimientos para obtener la

concesión exigida en la Ley e incluye disposiciones relativas a los usos admitidos y

exigencias de calidad precisas en cada caso. Además, recoge los criterios de

calidad mínimos obligatorios exigibles para la utilización de las aguas regeneradas

según los usos.

El concepto de reutilización de las aguas lo define como la aplicación, antes

de su devolución al dominio público hidráulico y al marítimo terrestre para un nuevo

uso privativo de las aguas que, habiendo sido utilizadas por quien las derivó, se han

sometido a procesos de depuración establecidos en la correspondiente autorización

de vertido y a los necesarios para alcanzar la calidad requerida en función de los

usos a que se va a destinar.

Las aguas depuradas las define como las aguas residuales que han sido

sometidas a un proceso de tratamiento que permita adecuar su calidad a la

normativa de vertidos aplicable.

Las aguas regeneradas las define como las aguas residuales depuradas

que, en su caso, han sido sometidas a un proceso de tratamiento adicional o

complementario que permite adecuar su calidad al uso al que se destinan.

Las aguas regeneradas podrán utilizarse para:

• Usos urbanos

o Residenciales

Riego de jardines privados

Descarga de aparatos sanitarios

o Servicios urbanos

Riego de zonas verdes urbanas (parques, campos deportivos y

similares)

Baldeo de calles

Sistemas contra incendios



Lavado industrial de vehículos

• Usos Agrícolas

o Riego de cultivos con sistema de aplicación del agua que permita el

contacto directo del agua regenerada con las partes comestibles para

alimentación humana en fresco

o Riego de productos para consumo humano con sistema de aplicación

de agua que no evita el contacto directo del agua regenerada con las

partes comestibles, pero el consumo no es en fresco sino con un

tratamiento industrial posterior

o Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o

carne

o Acuicultura

o Riego localizado de cultivos leñosos que impida el contacto del agua

regenerada con los frutos consumidos en la alimentación humana

o Riego de cultivos de flores ornamentales, viveros, invernaderos sin

contacto directo del agua regenerada con las producciones

o Riego de cultivos industriales, viveros, forrajes ensilados, cereales y

semillas oleaginosas

• Usos Industriales

o Aguas de proceso, limpieza y refrigeración, excepto en la industria

alimentaria

o Otros usos industriales

• Usos Recreativos

o Riego de campos de golf

o Estanques, masas de agua y caudales circulantes ornamentales, en los

que está impedido el acceso del público al agua

• Usos Ambientales

o Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno

o Recarga de acuíferos por inyección directa

o Riego de bosques, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público

o Silvicultura

o Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales

mínimos y similares)



En todos los casos el Organismo de cuenca solicitará a las autoridades

sanitarias un informe que tendrá carácter vinculante.

Se prohíbe la reutilización de aguas para los siguientes usos:

• Para el consumo humano, salvo situaciones de declaración de catástrofe

en las que la autoridad sanitaria especificará los niveles de calidad

exigidos a dichas aguas y los usos.

• Para los usos propios de la industria alimentaria, salvo para el uso de

aguas de proceso y limpieza en la industria alimentaria según unos

requisitos determinados.

• Para uso en instalaciones hospitalarias y otros usos similares.

• Para el cultivo de moluscos filtradores en acuicultura.

• Para el uso recreativo como agua de baño.

• Para el uso en torres de refrigeración y condensadores evaporativos,

excepto lo previsto para uso industrial según unos requisitos

determinados.

• Para el uso en fuentes y láminas ornamentales en espacios públicos o

interiores de edificios públicos.

• Para cualquier otro uso que la autoridad sanitaria o ambiental considere un

riesgo para la salud de las personas o un perjuicio para el medio ambiente,

cualquiera que sea el momento en el que se aprecie dicho riesgo o

perjuicio.

En la actualidad en España existen aproximadamente 447 hm3 en

concesiones de agua regenerada y se reutilizan del orden de 400 hm3 anuales,

aunque con cierta variación dependiendo del año. Esta cifra supone casi el 12% de

los 3.375 hm3 de aguas depuradas.

De estos 447 hm3, el 75% tiene un uso agrícola, el 12% se destina a usos

recreativos y campos de golf, el 6% a servicios urbanos, el 4% a usos ecológicos y

recarga de acuíferos, y tan sólo se reserva para el uso industrial un 3%.



Con el objetivo de fomentar la reutilización del agua y el uso más eficiente de

los recursos hidráulicos, las Administraciones Públicas estatal, autonómica o local,

dentro de sus propias competencias, podrán llevar a cabo planes y programas de

reutilización de aguas. En estos planes se establecerán las infraestructuras

necesarias y se establecerá el sistema tarifario que corresponda aplicar en cada

caso.

Se incorporan al texto dos anexos. El anexo I.A recoge los criterios de calidad

para la utilización de aguas regeneradas según los usos. Estos criterios tendrán la

consideración de mínimos obligatorios exigibles. Además, recoge la frecuencia

mínima de muestreo y análisis de cada parámetro y la evaluación de la calidad de

las aguas regeneradas.

El anexo II contiene el modelo normalizado de solicitud que deben presentar

quienes deseen obtener la concesión o autorización de reutilización de aguas

depuradas.

5.2.2.1. Criterios de calidad para la reutilización de las aguas según sus usos

Los criterios de calidad especificados para cada uso son los siguientes,

resumidos en la tabla aneja:



• USOS URBANOS

VALOR MÁXIMO ADMISIBLE (VMA) USO DEL AGUA PREVISTO NEMÁTODOS

INTESTINALES1 Escherichia coli SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN TURBIDEZ OTROS

CALIDAD 1.1.: RESIDENCIAL2

a) Riego de jardines privados3 b) Descarga de aparatos sanitarios3

1 huevo / 10 L 0 UFC4 / 100 mL 10 mg / L 2 UNT5

CALIDAD 1.2.: SERVICIOS a) Riego de zonas verdes urbanas

(parques, campos deportivos y similares)9

b) Baldeo de calles9 c) Sistemas contra incendios9 d) Lavado industrial de vehículos9

1 huevo / 10 L 200 UFC / 100 mL 20 mg / L 10 UNT

OTROS CONTAMINANTES6 contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas7 deberá asegurarse el respeto de las NCAs8. Legionella spp. 100 UFC / L (si existe riesgo de aerosolización)

1 Considerar en todos los grupos de calidad los géneros: Anclystoma, Trichuris y Ascaris 2 Deben someterse a controles que aseguren el correcto mantenimiento de las instalaciones 3 Su autorización estará condicionada a la obligatoriedad de la presencia doble circuito señalizado en todos sus tramos hasta el punto de uso 4 Unidades Formadoras de Colonias 5 Unidades Nefelométricas de Turbiedad 6 Ver el Anexo II del RD 849/1986, de 11 de abril 7 Ver el Anexo IV del RD 907/2007, de 6 de julio 8 Norma de calidad ambiental, ver el artículo 245.5a del RD 849/1986, de 11 de abril, modificado por el RD 606/2003 de 23 de mayo 9 Cuando exista un uso con posibilidad de aerosolización del agua, es imprescindible seguir las condiciones de uso que señale, para cada caso, la autoridad sanitaria, sin las cuales, esos usos no serán autorizados



• USOS AGRÍCOLAS


INTESTINALES Escherichia coli SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN TURBIDEZ OTROS

CALIDAD 2.1.1 a) Riego de cultivos con sistema de

aplicación del agua que permita el contacto directo del agua regenerada con las partes comestibles para alimentación humana en fresco

1 huevo / 10 L

100 UFC / 100 mL

Teniendo en cuenta un plan de muestreo a

3 clases2 con los siguientes valores:

n=10 m=100 UFC/100 mL M=1000 UFC/100 mL

c=3

20 mg / L 10 UNT

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. Legionella spp. 1000 UFC / L (si existe riesgo de aerosolización) Es obligatorio llevar a cabo la detección de patógenos Presencia/Ausencia (Salmonella, etc.) cuando se repita habitualmente que c=3 para M=1000

CALIDAD 2.2. a) Riego de productos para consumo

humano con sistema de aplicación de agua que no evita el contacto directo del agua regenerada con las partes comestibles, pero el consumo no es en fresco sino con un tratamiento industrial posterior

b) Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne

c) Acuicultura

1 huevo / 10 L

1000 UFC / 100 mL


3 clases2 con los siguientes valores:

n=10 m=100 UFC/100 mL M=1000 UFC/100 mL

c=3

35 mg / L No se fija límite

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. Taenia saginata y Taenia solium: 1 huevo / L (si se riegan pastos para consumo de animales productores de carne) Es obligatorio llevar a cabo la detección de patógenos Presencia/Ausencia (Salmonella, etc.) cuando se repita habitualmente que c=3 para M=1000



CALIDAD 2.3. a) Riego localizado de cultivos leñosos

que impida el contacto del agua regenerada con los frutos consumidos en la alimentación humana

b) Riego de cultivos de flores ornamentales, viveros, invernaderos sin contacto directo del agua regenerada con las producciones

c) Riego de cultivos industriales, viveros, forrajes ensilados, cereales y semillas oleaginosas

1 huevo / 10 L 10000 UFC / 100 mL 35 mg / L No se fija límite

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. Legionella spp. 100 UFC / L

1 Cuando exista un uso con posibilidad de aerosolización del agua, es imprescindible seguir las condiciones de uso que señale, para cada caso, la autoridad sanitaria, sin las cuales, esos usos no serán autorizados 2 Siendo n: nº de unidades de la muestra; m: valor límite admisible para el recuento de bacterias; M: valor máximo admisible permitido para el recuento de bacterias; c: número máximo de unidades de muestra cuyo número de bacterias se sitúa entre m y M

• USOS INDUSTRIALES



CALIDAD 3.1. a) Aguas de proceso, limpieza y

refrigeración, excepto en la industria alimentaria

b) Otros usos industriales

No se fija límite 10000 UFC / 100 mL 35 mg / L 15 UNT

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. Legionella spp. 100 UFC / L



c) Aguas de proceso y limpieza para uso en la industria alimentaria 1 huevo / 10 L

1000 UFC / 100 mL


3 clases con los siguientes valores:

n=10 m=100 UFC/100 mL M=1000 UFC/100 mL

c=3

35 mg / L No se fija límite

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. Legionella spp. 100 UFC / L (si existe riesgo de aerosolización) Es obligatorio llevar a cabo la detección de patógenos Presencia/Ausencia (Salmonella, etc.) cuando se repita habitualmente que c=3 para M=10000

CALIDAD 3.2. a) Torres de refrigeración y

condensadores evaporativos 1 huevo / 10 L Ausencia UFC / 100

mL 5 mg / L 1 UNT

Legionella spp: Ausencia UFC/L Para su autorización se requerirá:

- La aprobación, por la autoridad sanitaria, del Programa específico de control de las instalaciones contemplado en el RD 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis

- Uso exclusivamente industrial y en localizaciones que no estén ubicadas en zonas urbanas, ni cerca de lugares con actividad pública o comercial



• USOS RECREATIVOS



CALIDAD 4.1. a) Riego de campos de golf 1 huevo / 10 L 200 UFC / 100 mL 20 mg / L 10 UNT

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. Si el riego se aplica directamente a la zona del suelo (goteo, microaspersión) se fijan los criterios del grupo de Calidad 2.3 Legionella spp. 100 UFC / L (si existe riesgo de aerosolización)

CALIDAD 4.2. a) Estanques, masas de agua y

caudales circulantes ornamentales, en los que está impedido el acceso del público al agua

No se fija límite 10000 UFC / 100 mL 35 mg / L No se fija límite

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs. PT: 2 mg P / L (en aguas estancadas)



• USOS AMBIENTALES



CALIDAD 5.1. a) Recarga de acuíferos por percolación

localizada a través del terreno No se fija límite 1000 UFC / 100 mL 35 mg / L No se fija

límite

CALIDAD 5.2. • Recarga de acuíferos por inyección

directa 1 huevo / 10 L 0 UFC / 100 mL 10 mg / L 2 UNT

NT1: 10 mg N / L

NO3: 25 mg NO3 / L Art. 257 a 259 del RD 849/1986

CALIDAD 5.3. a) Riego de bosques, zonas verdes y de

otro tipo no accesibles al público b) Silvicultura

No se fija límite No se fija límite 35 mg / L No se fija límite

OTROS CONTAMINANTES contenidos en la autorización de vertido aguas residuales: se deberá limitar la entrada de estos contaminantes al medio ambiente. En el caso de que se trate de sustancias peligrosas deberá asegurarse el respeto de las NCAs.

CALIDAD 5.4. a) Otros usos ambientales

(mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares)

La calidad mínima requerida se estudiará caso por caso



De acuerdo con estos parámetros indicados anteriormente, la gran mayoría

de las EDAR españolas no son aptas para ser reutilizadas directamente, a pesar de

tener tratamiento terciario para eliminar nutrientes. Por lo tanto es necesario realizar

tratamientos complementarios para mejorar su calidad hasta su aptitud para el uso,

por eso las instalaciones de reutilización suelen llamarse tratamientos terciarios

avanzados.

5.2.3. TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES PARA REUSO

La siguiente tabla muestra los diferentes tratamientos complementarios

posibles en función de qué componente es necesario eliminar del efluente

proveniente de una EDAR.

Tratamientos de eliminación de elementos y componentes nocivos de aguas depuradas.

Fuente: Prats (2000)

COMPONENTE MÉTODO ELIMINACIÓN

Sólidos en suspensión y turbidez • Filtración convencional en medio

poroso • Microfiltración

Microorganismos patógenos • Desinfección por UV, MF, UF, HF, Cl, ozono o lagunaje

Metales pesados • Precipitación química

Compuestos de fósforo • Precipitación química • Eliminación biológica

Compuestos nitrogenados • Eliminación biológica

Tóxicos orgánicos • Adsorción • Ultrafiltración

Sales disueltas • Ósmosis inversa • Electrodiálisis • Intercambio iónico

La calidad del agua residual bruta es determinante para diseñar el proceso de

tratamiento, que será más complejo y costoso cuanto más contaminantes haya que

eliminar. Lo que sí parece claro es que es necesario eliminar la propia salinidad

provocada por el consumo doméstico, haciendo que su contenido en sales aumente

entre 150 y 400 mg/l. En cada caso hay que realizar un estudio específico en el que,

a partir de las necesidades de reutilización de la zona, se tenga en cuenta la calidad

del efluente de la depuradora, se definan los tratamientos complementarios y las



modificaciones necesarias en el proceso de depuración. En este estudio deben

incluirse los beneficios y costes asociados a cada uno de los nuevos usos para

verificar la viabilidad económica y medioambiental de la reutilización frente a otras

fuentes de aprovisionamiento.

5.2.3.1. Desalación de aguas provenientes de una EDAR

La desalación de aguas provenientes de una estación depuradora de aguas

residuales es una técnica necesaria en la reutilización de aguas depuradas. Además

de la desalación, dichas instalaciones llevan consigo un pretratamiento necesario

para la operación de las membranas para OI o ED, que a la vez permiten la

eliminación de componentes nocivos inmersos en las aguas residuales (ver tabla

anterior).

5.2.3.1.1. Desalación por ósmosis inversa

La ósmosis inversa al ser una técnica de hiperfiltración donde el agua pasa a

través de la membrana, exige que los niveles de sólidos en suspensión y materia

viva (materias, algas, etc.) sean lo más pequeños posibles al objeto de evitar un

rápido ensuciamiento de la membrana. En la práctica no suelen permitir índices de

atascamiento SDI15 mayores a 3, y una turbidez menor que 0.2 NTU.

Las membranas más usadas para esta aplicación eran hasta hace poco

tiempo las de acetato de celulosa, debido a su capacidad para trabajar con cloro

continuo, pero deben trabajar en medio ácido para evitar su hidrólisis. En los últimos

años se ha pasado a utilizar membranas de poliamida aromática que tienen como

ventaja sobre las de acetato de celulosa, una menor presión de operación, una

mejor calidad de producto y la no necesidad de mantener un pH determinado.

5.2.3.1.2. Electrodiálisis reversible

Su recuperación suele ser superior al de las membranas de OI (en torno a 80-

90%), pero tiene la desventaja de remover sólo las partículas cargadas

eléctricamente. Como posee una autolimpieza cíclica por el cambio de polaridad,

generalmente cuatro veces por hora, posee unas exigencias menores de calidad en



el efluente, permitiendo un índice de atascamiento SDI15 altos y turbideces menores

que 5 NTU. Se intuye claramente que las necesidades de pretratamiento son

menores que en el caso de usar OI para el mismo tratamiento.

5.2.3.1.3. Pretratamientos necesarios para la desalación de ARU

Hay varios pretratamientos si desalamos ARU. Como anteriormente se

comentó algunos de ellos tienen efectos depuradores además de proteger a las

membranas desaladoras. Por ejemplo los siguientes:

• Filtración granular: Etapa de filtrado para el caso de utilización de EDR,

que usa filtros monocapa y multicapa de antracita.

• Clarificación-filtración: También es sólo necesario en el caso del uso de

la EDR, ya que como hemos dicho anteriormente este tipo de elementos

no los puede eliminar y además ensucian las membranas.

• Clarificación con cal-filtración: Puede usarse para ambos procesos

desaladores, pero su coste suele ser muy alto a pesar de la calidad

obtenida.

• Filtración: Se usa para reducir la turbidez en el caso de utilizar la OI como

proceso desalador.

• Microfiltración (MF): Se integran en la instalación para evitar los grandes

problemas de ensuciamiento de las membranas posteriores. Su mayor

diferencia con respecto a las membranas de OI normales para desalación

es su capacidad filtrante (por tanto mucho más susceptibles de

ensuciamiento también). La microfiltración realiza una separación de

partículas de hasta 0.1 micra (las membranas de OI tienen una

selectividad menor de 0.04 micras y las de ED es de 0.03 micras) y están

construidas de fibra hueca de mayor diámetro que las tradicionales, y

trabaja de forma discontinua. El pequeño tamaño de los poros de estas

membranas les permite además la retención de bacterias y parte de los

virus.

• Ultrafiltración (UF): Es muy parecido al anterior, pero en este caso

también existen membranas de arrollamiento en espiral. La selectividad de



este tipo de membranas es mucho mayor que la MF, llegando a las 0.01

micras. Su poder de limpieza frente a virus y bacterias es ya muy

considerable, reteniendo un porcentaje elevadísimo de todos ellos.

• Nanofiltración (NF): Su selectividad es aún mayor, en el rango de 0.01 a

0.001 micras. Como el tamaño mayor de los virus conocidos es mayor de

0.003 micras, el proceso de nanofiltración elimina todos agentes

patógenos conocidos.

A modo de resumen se incluye en las siguientes tablas el tamaño medio de

diversos componentes constituyentes de un agua residual y la capacidad selectiva

de algunos métodos y procesos utilizados en depuración de aguas residuales.

Tamaño de componentes existentes en el agua. Fuente: Medina (2000)

COMPONENTE DIMENSIONES (micras) TAMAÑO Algas 1-700 Partícula Arenas 100-2000 Partícula Limos 20-100 Partícula Arcillas 0,1-10 Partícula Polen 20-60 Partícula Bacterias 0,7-80 Macromolécula Virus 0,003-0,03 Molécula Sales disueltas 0,0008-0,004 Ion Iones metálicos < 0,0006 Ion

Selectividad de diferentes procesos de separación comentados

anteriormente. Fuente: Medina (2000)

PROCESO GRADO SEPARACIÓN (micras) Filtración multicapa > 100 Filtración cartuchos > 1 Filtración sobre precapa > 0,5 Microfiltración > 0,1 Ultrafiltración > 0,01 Nanofiltración 0,001-0,01 Ósmosis inversa > 0,04 Electrodiálisis > 0,03

Debe resaltarse que muchos de los pretratamientos antes descritos pueden

funcionar de manera aislada como único tratamiento en el caso de que no sea

necesario reducir la salinidad residual de salida de un efluente de una EDAR.



5.2.3.2. Otros tratamientos

También pueden destacarse otros tratamientos que no se han incluido como

pretratamientos de las instalaciones de reutilización de aguas residuales por

desalación (Martínez, 2000). Entre ellos cabe destacar dos tratamientos:

• Físico-químicos: Inclusión de coagulantes, polielectrolitos para favorecer

la floculación y depósitos de decantación lamelar. También hipoclorito

sódico para desinfección convencional.

• Rayos ultravioleta: La desinfección por lámparas de rayos ultravioleta

(UV) puede ser una alternativa perfectamente comparable a la de

desinfección por hipoclorito sódico. Se detecta una disminución clara de su

efectividad con el grado de turbidez y sólidos suspendidos.

5.2.4. EFECTOS DEL PROBLEMA DEL AGUA EN LA AGRICULTURA

Cuando se usa agua de elevada salinidad para el riego de los cultivos, la

acumulación de sales en los horizontes de cultivo aumenta proporcionalmente,

máxime cuando existe una elevada evapotranspiración. Como consecuencia del

aumento de sales en el terreno, la producción de los cultivos disminuye

apreciablemente.

Desde un punto de vista fitotécnico, la concentración admisible de sales en el

terreno debe establecerse como aquella concentración que motiva descensos

económicamente aceptables en los cultivos. Alcanzar concentraciones menores a la

deseable requeriría un mayor consumo de agua al objeto de efectuar un lavado del

terreno para obligar a las sales solubles a atravesar los horizontes de cultivo y

descender a horizontes del suelo más bajos que los ocupados por las raíces de las

plantas.

Por otro lado, altas concentraciones provocarían un descenso excesivo en los

niveles de producción, lo que conllevaría una pérdida de rentabilidad para el

agricultor.



Un parámetro muy útil a la hora de determinar la concentración de sales en el

terreno es la conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo, que es

tanto mayor cuanto mayor es la concentración de sales.

La siguiente tabla da los valores de la conductividad eléctrica del extracto de

saturación para descensos de rendimiento en los cultivos del 10, 25, 50 y 100%. La

columna de la derecha da el máximo valor de la conductividad del extracto seco que

puede soportar el cultivo, ya que a ese valor cesa completamente el desarrollo del

mismo.

Conductividad térmica máxima del extracto de saturación para descensos de rendimiento del

10, 25, 50 y 100%

CULTIVO 0% 10% 25% 50% 100%

Palmera 4 6.8 11 18 32

Trigo 6 7.4 9.5 13 20

Higuera 2.7 3.8 5.5 8.4 14

Melón 2.2 3.6 5.7 9.1 16

Tomate 2.5 3.5 5 7.6 13

Vid 1.5 2.5 4.1 6.7 12

Pepino 2.5 3.3 4.4 6.3 10

Lechuga 1.3 2.1 3.2 5.1 9

Rábano 1.2 2 3.1 5 8.9

Pomelo 1.8 2.4 3.4 4.9 8

Naranjo 1.7 2.4 3.3 4.8 8

Limonero 1.7 2.3 3.3 4.8 8

Pimiento 1.5 2.2 3.3 5.1 8.6

Almendro 1.5 2 2.8 4.1 6.8

Judía 1 1.5 2.3 3.6 6.3

Fresa 1 1.3 1.8 2.5 4

En la tabla se ve que muchos de los cultivos tradicionales son poco tolerantes

a la salinidad, lo que agrava aún más el problema y obligará a la búsqueda de

cultivos alternativos que sean capaces de soportar una mayor salinidad, a menos



que sepamos resolver este problema de una forma eficaz y rentable para los

agricultores.

Las siguientes figuras corresponden a la representación gráfica de los valores

dados en la tabla anterior. Se ve en estas figuras cómo la relación entre el descenso

de rendimientos y el aumento de la salinidad es fuertemente lineal.

Porcentajes de rendimientos obtenidos en cultivos hortícolas en función de la conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo

Porcentajes de rendimientos obtenidos en cultivos frutales en función de la conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo



Las figuras muestran que muchos de los cultivos que son tradicionales

(pimiento, naranjo, pomelo, fresa, etc.) se verán en grave peligro si no se detiene la

creciente salinización del terreno, para lo cual resulta un factor clave el disponer de

agua de calidad para el riego.

Todo lo visto hasta ahora sirve para poner de manifiesto que si no se dispone

de suficiente agua de calidad, la agricultura irá perdiendo paulatinamente

rentabilidad y se verá obligada a un basculamiento hacia aquellos cultivos que son

más resistentes a la salinidad, perdiéndose la actual variedad de cultivos y llegando

a una saturación del mercado en aquellos cultivos que sean más resistentes. Todo

esto actuará como un factor limitativo importante para el desarrollo del sector

agrícola y de la economía.

Por consiguiente, es necesario tratar de encontrar soluciones eficaces al

problema, siendo la desalación una posible vía para satisfacer la demanda de agua

de calidad dentro del sector agrícola.

5.3. PLAN NACIONAL DE CALIDAD DE LAS AGUAS:

SANEAMIENTO Y DEPURACIÓN 2007-2015

La Directiva 91/271/CEE del Consejo de 21 de mayo de 1991, sobre

tratamiento de aguas residuales urbanas, modificada por la Directiva 95/15/CE de la

Comisión, de 27 de febrero de 1998, establece como objetivo la protección del

medio ambiente contra el deterioro provocado por los vertidos de aguas residuales

urbanas procedentes de aglomeraciones y de las aguas residuales biodegradables

procedentes de la industria agroalimentaria. Esta directiva obligaba, además de a su

transposición al ordenamiento jurídico de cada Estado miembro, a recoger las aguas

residuales mediante un sistemas colectores, a determinar zonas sensibles y menos

sensibles y a elaborar un programa de aplicación. En España este programa se

tradujo en el Plan Nacional de Saneamiento y Depuración de Aguas Residuales

(1995-2005) aprobado mediante Resolución de 28 de abril de 1995.

Dicha Directiva establece como objetivo final la obligatoriedad de tratar con un

tipo de tratamiento determinado, antes de 2005, todos los vertidos de las aguas



residuales urbanas procedentes de aglomeraciones cuya carga contaminante sea

superior a 2.000 habitantes equivalentes (h-e) si vierten a aguas continentales y

estuarios y 10.000 h-e si vierten a aguas costeras. Además, establecía una serie de

objetivos intermedios hasta alcanzar este objetivo final.

De entre las definiciones que contempla la Directiva, se pueden destacar las

siguientes:

• Por habitante equivalente (h-e) se entiende la carga orgánica

biodegradable con una demanda bioquímica de de oxígeno de 5 días

(DBO5) de 60 gramos de oxígeno por día.

• Por aglomeración urbana se entiende la zona cuya población y/o

actividades económicas presenten concentración suficiente para la

recogida y conducción dé las aguas residuales urbanas a una instalación

de tratamiento de dichas aguas o a un punto de vertido final.

• Por aguas residuales urbanas se entiende las aguas residuales

domésticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales

y/o aguas de correntía pluvial.

La carga contaminante, o población equivalente a depurar en las

aglomeraciones urbanas viene determinada por:

• la población de hecho,

• la población estacional (que genera un incremento de los caudales y de la

carga contaminante a tratar en zonas con elevado componente turístico,

principalmente costeras)

• y la contaminación de origen industrial conectada al saneamiento urbano.

La evolución del grado de conformidad desde el año 1995 hasta el 31 de

diciembre de 2005 fue muy positiva ya que se pasó de un 41% a un 77%. Hay que

hacer constar que no hay ningún otro país europeo que haya realizado un esfuerzo

semejante. A fecha 31 de diciembre de 2005 existían en España 2.356

aglomeraciones urbanas de más de 2.000 h-e en aguas continentales y estuarios y



de más de 10.000 h-e en aguas costeras, que totalizaban una carga de 73.265.728

habitantes equivalentes.

En junio de 2007 se aprobó el Plan Nacional de Calidad de las Aguas: Saneamiento y Depuración 2007-2015 (http://www.ema-

formacion.com/cursos/22/pdf/PlanNacionalCalidadAguas_07-15.pdf), que da respuesta tanto a

los objetivos no alcanzados por el anterior Plan, como a las nuevas necesidades

planteadas por la DMA y por el programa AGUA. Entre sus objetivos está acometer

las obras que no se ejecutaron en el plan anterior, así como emprender nuevas

actuaciones consecuencia de los nuevos requerimientos planteados por la Directiva

Marco de Agua.

La inversión total prevista del Plan es de 19.007 millones de euros (casi

19.400 millones de euros si se incluyen las inversiones en I+D+i) y para el desarrollo

del Plan se establecerán convenios bilaterales con cada una de las Comunidades

Autónomas, que concretarán los programas de actuación y los compromisos de las

partes, para garantizar el futuro funcionamiento de las infraestructuras y su correcta

gestión.

Para ello, es necesario que existan los correspondientes instrumentos

financieros, para sufragar no sólo las inversiones en obras de ampliación o

reposición, sino también la gestión, explotación y mantenimiento de las instalaciones

de saneamiento y depuración.



Las principales actuaciones a contemplar en el nuevo Plan pueden agruparse

en:

• Actuaciones que no se llegaron a ejecutar en el Plan anterior (de interés

general y a cargo de las propias Comunidades Autónomas).

• Actuaciones en Aglomeraciones Urbanas por las declaraciones de zonas

sensibles inter e intracomunitarias.

• Actuaciones para garantizar el cumplimiento de los objetivos ambientales

de la Directiva Marco del Agua, algunas de las cuales afectarán a

Aglomeraciones Urbanas menores de 2.000 h-e que deberán disponer de

un tratamiento adecuado.

• Actuaciones para cubrir necesidades futuras (remodelaciones de

depuradoras actualmente conformes, tanques de tormenta (unos 3.114

millones de euros), etc.).

• Actuaciones de saneamiento (no incluyendo depuración).

• Actuaciones encaminadas a fomentar la I+D+i en el campo del

saneamiento y la depuración.

El Plan Nacional de Calidad de las Aguas tiene como ejes principales el

cumplimiento de ambas Directivas. Los logros alcanzados por el Plan Nacional de

Saneamiento y Depuración (1995-2005) ya justifican la coordinación estatal, máxime

cuando las Comunidades y Ciudades Autónomas están de acuerdo en que el Estado

ejerza esa coordinación.

Por ello puede considerarse al Plan Nacional de Calidad de las Aguas como

un instrumento de apoyo a los esfuerzos que están realizando las Comunidades y

Ciudades Autónomas para garantizar la conformidad de sus infraestructuras de

saneamiento y depuración, pero sin olvidar que esta estrategia está enmarcada en

una más global como es la contribución a alcanzar los objetivos ambientales de la

Directiva Marco del Agua en el año 2015.



INVERSIONES DEL PLAN NACIONAL DE CALIDAD DE LAS AGUAS

* Cifra aprobada en el Consejo de Ministros de 8 de junio de 2007, incluye la inversión en i+D

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Unidad 1: Pretratamiento y Tratamientos Primarios 1 · Para determinar las operaciones de pretratamiento que son necesarias ... Pretratamiento y Tratamientos Primarios 1.6 ... A medida