La importancia del tratamiento de aguas residuales radica en su relación directa con la salud pública y la sostenibilidad ambiental. El tratamiento adecuado de estas aguas es fundamental para proteger nuestro entorno y garantizar un futuro sostenible. En este artículo, exploraremos los procesos y etapas del tratamiento de aguas residuales, así como los distintos tipos de plantas de tratamiento.

Introducción

El tratamiento de aguas residuales es un conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos que buscan eliminar o reducir la carga contaminante presente en las aguas provenientes de usos domésticos, industriales y agrícolas. El objetivo principal es proteger la salud pública y preservar el medio ambiente al evitar la contaminación de cuerpos de agua y la proliferación de enfermedades.

Por ejemplo, la liberación de aguas residuales sin tratar en ríos y lagos puede provocar la proliferación de algas (eutrofización), lo que a su vez agota el oxígeno disuelto en el agua y provoca la muerte de peces y otros organismos acuáticos. Un caso reciente de eutrofización ocurrió en el lago Erie en América del Norte, donde la proliferación de algas tóxicas afectó la calidad del agua potable para millones de personas.

Tipos de tratamiento

Existen diversos tipos de tratamiento de aguas residuales, incluyendo tratamientos biológicos y químicos. Además, hay procesos específicos para la eliminación del hierro, oxígeno, fosfatos y nitratos del agua. Estos tratamientos pueden clasificarse en primarios, secundarios y terciarios, según la etapa en la que se encuentren dentro del proceso de tratamiento.

Tratamiento físico

El tratamiento físico de aguas residuales consiste en utilizar procesos físicos para separar y eliminar los contaminantes presentes en el agua. Estos procesos no implican reacciones químicas o biológicas y se basan en propiedades como la gravedad, el tamaño de las partículas y la densidad. A continuación, se describen algunos de los principales métodos de tratamiento físico:

Sedimentación

La sedimentación es un proceso en el que los sólidos suspendidos en el agua se depositan en el fondo de un tanque o decantador debido a la fuerza de gravedad. La velocidad de sedimentación depende del tamaño y la densidad de las partículas, así como de la viscosidad del agua. La sedimentación se utiliza comúnmente en el tratamiento primario de aguas residuales para separar sólidos y lodos del agua.

Flotación

La flotación es un proceso que separa los sólidos suspendidos y las partículas menos densas del agua, haciéndolas flotar en la superficie. Este proceso se logra mediante la adición de aire o gas a la mezcla de agua y sólidos, formando burbujas que se adhieren a las partículas y las hacen flotar. La flotación se utiliza en aplicaciones donde la sedimentación no es efectiva, como en la separación de grasas, aceites y partículas finas.

Filtración

La filtración es un proceso en el que el agua pasa a través de un medio poroso, como arena, membranas o mallas, para separar y retener las partículas sólidas. La eficiencia de la filtración depende del tamaño de las partículas y del tamaño de los poros del medio filtrante. Existen varios tipos de filtración utilizados en el tratamiento de aguas residuales:

Filtración de arena

Consiste en hacer pasar el agua a través de un lecho de arena, que retiene las partículas sólidas en su superficie y en los espacios entre los granos de arena. La filtración de arena se utiliza comúnmente en el tratamiento terciario de aguas residuales para mejorar la calidad del agua antes de la desinfección o la descarga.

Filtración de membranas

Utiliza membranas semipermeables con poros muy pequeños para separar las partículas y los contaminantes del agua. Existen varios tipos de tecnologías de filtración de membranas, como la ultrafiltración, la nanofiltración y la ósmosis inversa. Estas tecnologías se utilizan en el tratamiento terciario de aguas residuales para eliminar sólidos disueltos, sales, virus y otras partículas muy pequeñas.

Filtración de mallas o tamices

Se basa en el uso de mallas o tamices con aberturas de diferentes tamaños para retener las partículas sólidas presentes en el agua. Este tipo de filtración se utiliza principalmente en el tratamiento preliminar de aguas residuales para eliminar sólidos de mayor tamaño, como basura y desechos.

El tratamiento físico es una parte esencial del proceso de tratamiento de aguas residuales, ya que ayuda a eliminar sólidos y partículas que pueden afectar la eficiencia de los procesos químicos y biológicos posteriores. Al hacerlo, contribuye a proteger la salud pública y el medio ambiente de los efectos negativos de las aguas residuales no tratadas.

Tratamiento biológico

El tratamiento biológico es una de las técnicas más comunes y efectivas en el tratamiento de aguas residuales. Este enfoque utiliza microorganismos, como bacterias y protozoos, para degradar y eliminar contaminantes orgánicos en el agua. Los procesos biológicos son una parte integral del tratamiento secundario de aguas residuales y aprovechan la capacidad de los microorganismos para descomponer sustancias orgánicas en compuestos más simples y menos tóxicos. Algunos de los métodos de tratamiento biológico más utilizados incluyen:

Lodos activados

Este proceso implica el uso de bacterias y otros microorganismos que se mezclan con el agua residual en un tanque de aireación. Los microorganismos se alimentan de los contaminantes orgánicos presentes en el agua, convirtiéndolos en biomasa y dióxido de carbono. Posteriormente, la biomasa se separa del agua tratada mediante sedimentación o filtración.

Biofiltración

Los sistemas de biofiltración, como los filtros percoladores y lechos bacterianos, utilizan un medio poroso, como grava o plástico, para soportar una película de microorganismos. El agua residual fluye a través del medio, y los microorganismos se alimentan de los contaminantes orgánicos, degradándolos en el proceso.

Lagunas de estabilización

Estas lagunas poco profundas permiten que el agua residual se trate a través de procesos naturales de sedimentación, degradación biológica y radiación solar. Los microorganismos presentes en las lagunas degradan los contaminantes orgánicos mientras que la luz solar ayuda en la desinfección del agua.

Sistemas de humedales artificiales

Estos sistemas imitan a los humedales naturales y emplean plantas, microorganismos y sustratos específicos para eliminar contaminantes del agua. Los humedales construidos pueden ser especialmente efectivos en la eliminación de nutrientes, como nitrógeno y fósforo.

Membrana bioreactor (MBR)

El proceso MBR combina el tratamiento biológico con la filtración por membrana para eliminar contaminantes orgánicos y sólidos suspendidos del agua residual. La tecnología MBR puede ofrecer una alta calidad de agua tratada, adecuada para su reutilización en aplicaciones industriales y agrícolas.

Procesos de lecho móvil (MBBR)

Estos sistemas emplean soportes plásticos con una gran superficie para el crecimiento de microorganismos. El agua residual fluye a través de los soportes, y los microorganismos se alimentan de los contaminantes orgánicos, degradándolos en el proceso. Los sistemas MBBR son compactos y eficientes, y pueden ser una solución efectiva para el tratamiento de aguas residuales en espacios limitados.

Tratamiento químico

El tratamiento químico se utiliza para eliminar contaminantes específicos del agua, como metales pesados, nutrientes y patógenos. Algunos de los métodos químicos empleados en el tratamiento de aguas residuales incluyen la coagulación, floculación, precipitación química y desinfección. La coagulación y la floculación utilizan sustancias químicas, como sales de aluminio o hierro, para aglutinar partículas suspendidas en el agua, facilitando su eliminación. La precipitación química permite la separación de contaminantes solubles mediante la formación de sólidos insolubles que pueden ser fácilmente removidos. La desinfección, a menudo realizada mediante la adición de cloro, ozono o luz ultravioleta, tiene como objetivo eliminar patógenos presentes en el agua.

El tratamiento químico de aguas residuales se basa en el empleo de sustancias químicas para modificar las propiedades de los contaminantes en el agua y facilitar su separación y eliminación como lo hace el purificador de agua en polvo de P&G. Los procesos involucrados dependen de reacciones químicas y cambios en las condiciones del agua, como el pH, la alcalinidad y la concentración de iones. A continuación, se presentan algunos métodos clave de tratamiento químico:

Coagulación y floculación

Estos procesos implican agregar coagulantes y floculantes al agua residual. Los coagulantes neutralizan las cargas eléctricas de las partículas suspendidas en el agua, permitiendo que se agrupen y formen flóculos más grandes y pesados. Los floculantes facilitan la unión de estos flóculos, lo que permite su separación a través de sedimentación o flotación. Este método es común para eliminar partículas finas, coloides y materia orgánica suspendida.

Precipitación química

Este proceso consiste en agregar sustancias químicas al agua residual para que reaccionen con los contaminantes disueltos, convirtiéndolos en sólidos insolubles que luego pueden ser separados por sedimentación o filtración. La precipitación química se emplea para eliminar contaminantes como metales pesados, fosfatos y otros compuestos inorgánicos.

Adsorción

La adsorción implica que los contaminantes en el agua se unen a la superficie de un material sólido, como el carbón activado. Este material altamente poroso tiene una gran superficie y puede adsorber una amplia gama de contaminantes, como compuestos orgánicos volátiles, pesticidas, productos farmacéuticos y colorantes. La adsorción se utiliza en el tratamiento terciario de aguas residuales para mejorar la calidad del agua antes de la desinfección o descarga.

Intercambio iónico

Este proceso ocurre cuando los iones en el agua residual son intercambiados por otros iones en un material sólido, como una resina de intercambio iónico. Se utiliza para eliminar contaminantes disueltos, como metales pesados, nitratos y sales, y se emplea principalmente en el tratamiento terciario y en la purificación de agua para uso industrial o potable.

Ósmosis inversa

La ósmosis inversa es un proceso de filtración por membranas en el que se utiliza presión para hacer pasar el agua a través de una membrana semipermeable, reteniendo la mayoría de los contaminantes disueltos, como sales, metales y compuestos orgánicos. Se aplica en el tratamiento terciario y en la desalinización de agua de mar o aguas salobres.

Nanofiltración

La nanofiltración es una tecnología de filtración por membranas similar a la ósmosis inversa, pero con poros más grandes. Permite el paso de algunas sales y compuestos más pequeños, mientras retiene contaminantes más grandes, como metales pesados, compuestos orgánicos y virus. Se utiliza en el tratamiento terciario y en la purificación de agua para uso industrial o potable.

Electrodiálisis

La electrodiálisis es un proceso que utiliza una corriente eléctrica para mover los iones presentes en el agua a través de membranas selectivas, separando así los contaminantes disueltos del agua. Este proceso se utiliza principalmente para eliminar sales, nitratos y otros compuestos iónicos disueltos en aplicaciones de tratamiento terciario y desalinización.

El tratamiento químico de aguas residuales es un componente importante del proceso de tratamiento general, ya que ayuda a eliminar una amplia gama de contaminantes que no pueden ser eliminados eficientemente mediante tratamientos físicos o biológicos solamente. Además, el tratamiento químico puede mejorar la eficiencia de los procesos físicos y biológicos al cambiar las propiedades de los contaminantes y facilitar su separación y degradación.

Es importante tener en cuenta que el tratamiento químico puede generar subproductos y lodos que deben ser manejados y eliminados adecuadamente. Algunos subproductos pueden ser tóxicos o presentar riesgos ambientales, por lo que es esencial contar con un manejo adecuado de los residuos y un monitoreo continuo de la calidad del agua.

En resumen, el tratamiento químico de aguas residuales es una herramienta esencial en el proceso general de tratamiento que se utiliza para eliminar y tratar una amplia gama de contaminantes y mejorar la calidad del agua. La selección y aplicación adecuada de los procesos químicos depende de las características de las aguas residuales y los contaminantes presentes, así como del diseño y la operación adecuada de las instalaciones de tratamiento.

Etapas del tratamiento de aguas residuales

Tratamiento primario

El tratamiento primario consiste en la eliminación de sólidos, filtración y maceración. En esta etapa, se busca separar los sólidos suspendidos y los sedimentos presentes en el agua mediante procesos de sedimentación y flotación.

Cribado o tamizado: Se utilizan rejillas o tamices para eliminar los sólidos más grandes, como basura, ramas y otros desechos, que podrían obstruir o dañar el equipo de tratamiento posterior.

Sedimentación o decantación: En esta etapa, se permite que el agua fluya lentamente a través de tanques de sedimentación o clarificadores para que los sólidos suspendidos más pesados se asienten en el fondo debido a la gravedad. Los sólidos sedimentados, llamados lodos primarios, se extraen del fondo del tanque para su posterior tratamiento y disposición.

El tratamiento primario elimina aproximadamente el 50-70% de los sólidos suspendidos y el 25-50% de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) presente en las aguas residuales.

Tratamiento secundario

El tratamiento secundario se enfoca en la descomposición de la materia orgánica presente en el agua mediante procesos biológicos. Algunos de estos procesos incluyen los fangos activados, camas filtrantes y placas rotativas.

Procesos aerobios: En estos procesos, se utilizan bacterias y otros microorganismos en presencia de oxígeno para degradar la materia orgánica y convertirla en dióxido de carbono, agua y biomasa. Los sistemas de tratamiento aerobio comunes incluyen los reactores de lodos activados, los filtros percoladores y las lagunas aireadas.

Procesos anaerobios: Estos procesos emplean bacterias y otros microorganismos en ausencia de oxígeno para descomponer la materia orgánica y producir biogás (principalmente metano y dióxido de carbono). Los sistemas de tratamiento anaerobio comunes incluyen los digestores anaerobios y los reactores de flujo ascendente con manto de lodos (UASB).

Procesos de nitrificación/desnitrificación: Estos procesos biológicos convierten el nitrógeno amoniacal en nitratos (nitrificación) y luego en gas nitrógeno, que se libera a la atmósfera (desnitrificación). Este proceso ayuda a eliminar el nitrógeno de las aguas residuales, reduciendo los problemas de eutrofización en cuerpos de agua receptores.

Proceso de eliminación biológica de fósforo: En este proceso, ciertas bacterias (denominadas bacterias acumuladoras de fósforo) asimilan y almacenan fósforo en exceso en forma de polifosfatos. Esto permite la eliminación de fósfororo de las aguas residuales y ayuda a reducir la eutrofización en cuerpos de agua receptores.

El tratamiento secundario puede eliminar hasta un 85-95% de la DBO y hasta un 90% de los sólidos suspendidos presentes en las aguas residuales. Además, puede reducir significativamente la concentración de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo.

Tratamiento terciario

El tratamiento terciario tiene como objetivo eliminar los nutrientes y contaminantes restantes en el agua. Algunas técnicas empleadas en esta etapa son los humedales artificiales y la remoción de nutrientes como nitrógeno y fósforo.

Filtración: La filtración se utiliza para eliminar partículas sólidas y otros contaminantes mediante el paso del agua a través de un medio poroso, como arena o membranas.

Adsorción: La adsorción implica el uso de materiales adsorbentes, como carbón activado, para eliminar contaminantes orgánicos, pesticidas y productos farmacéuticos presentes en el agua.

Precipitación química: La precipitación química se utiliza para eliminar contaminantes específicos, como metales pesados y fosfatos, mediante la adición de sustancias químicas que reaccionan con estos contaminantes para formar sólidos insolubles que luego se pueden separar del agua.

Desinfección: La desinfección es un proceso clave en el tratamiento terciario que se utiliza para eliminar patógenos, como bacterias, virus y protozoos, del agua. Los métodos comunes de desinfección incluyen la cloración, la ozonización, la radiación ultravioleta (UV) y la desinfección con dióxido de cloro.

Procesos de membrana: Los procesos de membrana, como la ósmosis inversa, la nanofiltración y la ultrafiltración, se utilizan para eliminar contaminantes específicos, como sales, compuestos orgánicos y patógenos, del agua.

Intercambio iónico: El intercambio iónico se utiliza para eliminar iones específicos, como metales pesados, nitratos y sales, del agua.

Tratamiento de los fangos

Los fangos son subproductos del tratamiento de aguas residuales y requieren de un tratamiento adecuado para su disposición final. Algunos procesos de tratamiento de fangos incluyen la digestión anaeróbica y aeróbica, compostaje, despolimerización termal y deposición de fangos.

Tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales

Existen diferentes tipos de plantas de tratamiento de aguas residuales en función de su capacidad de tratamiento y las características específicas del agua a tratar. Algunas preguntas frecuentes sobre plantas de tratamiento de aguas incluyen la capacidad de tratamiento, plantas de tratamiento de agua potable en México y plantas de tratamiento de aguas negras.

Reutilización de Agua

La reutilización del agua tratada es un componente clave en la gestión sostenible de los recursos hídricos. En Singapur, por ejemplo, el proyecto NEWater utiliza tecnologías avanzadas de tratamiento de aguas residuales para producir agua ultrapura que se utiliza en aplicaciones industriales y se mezcla con agua de embalse para su uso como agua potable.

El tratamiento de aguas residuales también puede generar recursos valiosos, como energía y nutrientes. La planta de tratamiento de aguas residuales de Marselisborg en Aarhus, Dinamarca, es un ejemplo destacado de cómo la energía renovable puede obtenerse del tratamiento de aguas residuales. La planta produce biogás a partir de lodos de aguas residuales y genera más energía de la que necesita para funcionar, lo que la convierte en una instalación con un balance energético positivo.

Impacto y efectos de las aguas residuales

Las aguas residuales sin tratar pueden tener efectos negativos en la salud humana y el medio ambiente. Por ello, es fundamental conocer la eficiencia y deficiencias del tratamiento de aguas residuales para garantizar un adecuado control de la contaminación y la protección de la salud pública.

El vertido de aguas residuales industriales no tratadas en cuerpos de agua puede contaminarlos con productos químicos peligrosos y metales pesados, lo que afecta la vida acuática y la salud humana. Un ejemplo notable es el río Citarum en Indonesia, que ha sido catalogado como uno de los ríos más contaminados del mundo debido a la descarga de aguas residuales, industriales y domésticas.

Conclusión

El tratamiento de aguas residuales es un proceso esencial para garantizar un futuro sostenible y proteger la salud pública. A través de las distintas etapas y procesos de tratamiento, es posible reducir la carga contaminante presente en las aguas residuales y evitar la contaminación de cuerpos de agua y la proliferación de enfermedades. Es fundamental mejorar y mantener el tratamiento de aguas residuales para asegurar un adecuado cuidado de nuestro entorno y el bienestar de la sociedad.