Contaminación de agua (III): AUTODEPURACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El interés del ser humano por un abastecimiento de agua adecuado y por la utilización de sistemas para eliminar aguas residuales viene desde la antigüedad. Se tienen datos de restos arqueológicos, de letrinas neolíticas, restos de tuberías de arcilla, fuentes y acueductos romanos, desagües subterráneos para el abastecimiento de agua, etc. Pero es en el siglo XVIII cuando el interés por la depuración y el tratamiento de las aguas para uso público alcanza un grado importante que continúa hasta nuestros días, sobre todo en los países desarrollados, donde es posible aplicar los mecanismos de depuración y tratamiento más eficaces, pero a su vez más costosos.
LA AUTODEPURACIÓN
La autodepuración es un proceso que tiene lugar en las aguas naturales, y consiste en una serie de mecanismos de sedimentación de las partículas presentes en ellas y de procesos químicos y biológicos que producen la degradación de la materia orgánica existente para su conversión en materia inorgánica, que servirá como nutriente a las algas, haciendo aumentar su actividad fotosintética y enriqueciendo de O2 el agua. Con ellos se elimina la materia extraña del agua y se restablece el equilibrio natural.
En un río contaminado se distinguen las siguientes zonas desde el foco de contaminación:
a) Zona de degradación. Inmediatamente aguas abajo del vertido, presenta aspecto sucio y maloliente. Aquí se inicia la descomposición de la materia orgánica, contribuyendo también algas verdes, oligoquetos y larvas de insectos. Consumen el oxígeno disuelto siendo inferior al 40 % y desprenden gases, CO, H2S y NH3, que le dan un olor desagradable. El agua se vuelve más oscura y de aspecto putrefacto (zona séptica). El OD es muy bajo y la DBO es muy elevada. Los organismos que viven en esta zona son característicos de aguas muy sucias (gusanos Tubifex, larvas de insectos, hongos…).
b) Zona de recuperación. El oxígeno del aire y el procedente de la fotosíntesis permiten la oxidación de la materia orgánica. Las aguas se vuelven más claras, recuperándose el contenido normal de oxígeno próximo a la saturación. Insectos y crustáceos empiezan a poblar las aguas.
c) Zona de aguas limpias. Presenta características similares a las que tenía antes de recibir el vertido, siendo normales la vida animal y vegetal. Para que un río pueda recuperar esta zona, la concentración de materia orgánica no debe superar los 0'5 g/L.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Los sistemas de depuración de las aguas contaminadas o residuales consisten en una serie de procedimientos que tratan de devolver al medio natural el agua, una vez empleada para diferentes usos, con unas características físicas, químicas y biológicas lo más parecidas a su estado natural, o al menos con unas características que hagan posible que el receptor y sus mecanismos de autodepuración recuperen ese estado natural.
1. SISTEMAS DE DEPURACIÓN NATURAL O BLANDA
Los sistemas de depuración natural se basan en reproducir los procesos de autodepuración bajo condiciones especiales (por ejemplo las balsas artificiales). Estos mecanismos requieren poco gasto de instalación y mantenimiento, puesto que apenas emplean equipos mecánicos o eléctricos, y son adecuados para zonas con pocos recursos económicos.
El lagunaje consiste en la construcción de lagunas artificiales, poco profundas, que se llenan con el agua a depurar. Ésta permanece allí durante meses, en los cuales tiene lugar una sedimentación de materiales sólidos en suspensión y una degradación de la materia orgánica por vía aerobia o anaerobia, llevada a cabo en dos diferentes tipos de lagunas por los microorganismos presentes en el agua. El tiempo y la acción de estos microorganismos llevan a una depuración del agua contaminada.

2. SISTEMAS DE DEPURACIÓN TECNOLÓGICA O DURA
La depuración tecnológica se realiza por medio de un conjunto de mecanismos existentes en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), en las que se utilizan una serie de procesos físicos, químicos y biológicos, combinados o aislados, con el fin de conseguir una concentración o transformación de los contaminantes presentes en el agua residual, de forma que éstos puedan ser eliminados o reducidos, y se devuelva al receptor agua con alteraciones mínimas. La ventaja que presentan respecto a los sistemas de depuración blanda es la mayor rapidez y el mayor volumen de la depuración.
En una estación depuradora convencional podemos diferenciar:
a) Línea de agua. Es el camino que recorre el agua residual desde su llegada a la instalación, pasando por distintos tratamientos, hasta su vertido final al receptor.
b) Línea de fangos, lodos o biosólidos. Resulta de concentrar los contaminantes presentes en el agua residual, que siguen un recorrido distinto dentro de la depuradora y tienen otros tratamientos.
c) Línea de gas. Está formada por el proceso a que es sometido el biogás generado en el tratamiento de los lodos o fangos.
A) LÍNEA DE AGUA
Comprende los siguientes procesos:
1. Pretratamiento. Es la separación de sólidos en suspensión o flotantes de gran tamaño y densidad (trapos, palos, hojas, plásticos, cuerpos de gran volumen, arenas, piedras, filtros de cigarrillos...), que llegan al colector de entrada de la estación depuradora y cuya presencia en el agua podría ocasionar grandes alteraciones en conducciones y bombas de la instalación o impedir otras fases del tratamiento. Para ello se realizan los siguientes procesos:
- Desbaste o retención, a través de rejillas más o menos gruesas de los materiales más voluminosos. Posteriormente, y mediante una cinta transportadora, se depositan en contenedores para su transporte a vertederos o incineradoras.
- Desarenado, es un sistema de circulación del agua en cámaras a velocidades controladas para provocar el depósito de arenas en el fondo y su posterior extracción y eliminación. Para evitar malos olores se procede a inyectar aire durante este proceso.
- Desengrasado, o eliminación de grasas, aceites y otros materiales flotantes como pelos o fibras. Se lleva a cabo mediante los mismos procesos que en el caso anterior, por lo que al controlar la velocidad del agua, las grasas, menos densas, se quedan en la superficie favoreciéndose este proceso por la adición de agentes espumantes. Además, la inyección de aire (aireación) facilita aún más la permanencia en superficie de los materiales antes citados, que son retirados con dispositivos de recogida superficial. Ambos procesos, desarenado y desengrasado, se suelen realizar juntos.
2. Tratamiento primario. Consiste en la separación de sólidos en suspensión y material flotante que no han sido retenidos en el pretratamiento. En primer lugar se produce la decantación en los denominados decantadores primarios, que son tanques de forma circular o rectangular, con mecanismos de arrastre y extracción de grasas y fangos. Después se completa con procesos de floculación mediante el empleo de productos químicos (iones, sales metálicas, etc.) que se combinan con los sólidos en suspensión, formando agregados de mayor tamaño, lo que facilita su precipitación. Finalmente, existen procesos de neutralización o ajuste de pH que permiten los tratamientos posteriores.
3. Tratamiento secundario o biológico. Es un conjunto de procesos biológicos complementados con un sistema de decantación secundario cuya finalidad es eliminar la materia orgánica presente en el agua residual. Se llama tratamiento biológico, porque en él participan microorganismos vivos. Sirve para eliminar las sustancias orgánicas que permanecen después del tratamiento anterior y, por tanto, para reducir la DBO de las aguas residuales.
El proceso se basa en la descomposición de la materia orgánica por la acción de organismos aerobios, como sucede de forma natural en los ríos. Podemos resumir el proceso mediante la reacción:
M.ORGÁNICA + MICROORGANISMOS + OXÍGENO à CO2 + H2O + NUEVOS MICROORGANISMOS
La mayor parte de las EDAR vierten las aguas a los ríos, lagos o mares tras este tratamiento.
Para realizar los tratamientos secundarios se han desarrollado los métodos siguientes:
- Lodos activados. Este sistema consiste en dejar crecer millones de bacterias en un depósito agitado y aireado, al que se alimenta con el agua para depurar. La mezcla de microorganismos descomponedores con el agua residual se agita continuamente para facilitar el contacto y para evitar la sedimentación de los agregados (flóculos) que se forman.
Después de un tiempo, se envía esa mezcla a un decantador secundario, en el cual se separan del agua, por sedimentación, los fangos o lodos (masa de microorganismos con restos de materia orgánica). Un porcentaje de estos fangos se devuelve al tanque de aireación para mantener en él la suficiente biomasa activa, mientras que el resto se somete a un proceso de tratamiento. Con este proceso se elimina entre un 85 y un 90 % de la DBO.
- Lechos bacterianos. Este método de depuración consiste en hacer pasar el agua residual a través de un filtro de varios metros de altura formado por una masa de piedras de unos 10 cm de diámetro, en cuya superficie los microorganismos descomponedores forman una película. Los filtros están provistos de drenajes en la parte inferior para recoger el agua depurada y se mantienen en condiciones aerobias.
Para que todos estos procesos se desarrollen con normalidad es necesario controlar la cantidad de O2 presente, temperatura, pH y las sustancias tóxicas que se puedan generar o introducir.
4. Tratamiento terciario. Son métodos avanzados, complementarios o alternativos, realizados para extraer materia orgánica suplementaria no eliminada anteriormente o para reducir nutrientes como N, P y sus compuestos: sales inorgánicas disueltas que no se retienen por los procesos de filtración, decantación o biológicos antes descritos. Estos procedimientos resultan caros, y se aplican en pocas estaciones depuradoras. Su empleo posibilitaría la reutilización del agua depurada.
5. Desinfección. Es un tratamiento final destinado a evitar problemas de salud debido a la existencia de bacterias y virus patógenos en el agua. Su utilización está en función del grado de eficacia de los tratamientos anteriores. Se suelen aplicar procesos como la cloración, que emplea cloro en forma de gas, y la ozonización, o empleo de O3, aunque encarece el tratamiento. Como resultado de los procesos a que ha sido sometida el agua residual, se ha originado una concentración de contaminantes, de apariencia líquida, que se denominan fangos o lodos, cuyo tratamiento se realiza en la línea de fangos, como analizaremos a continuación.
B) LÍNEA DE FANGOS O BIOSÓLIDOS
Comprende los siguientes procesos:
1 . Espesamiento de fangos, cuya finalidad es reducir el volumen de los mismos eliminando la mayor parte del agua que contienen, lo que facilita su manejo y el rendimiento de los tratamientos posteriores. Para ello se emplean los espesadores, que se basan en mecanismos de gravedad o flotación.
2 . Estabilización de fangos, para eliminar la materia orgánica presente en ellos. Este proceso se puede realizar por vía aerobia o anaerobia. En la estabilización aerobia se produce la oxidación de la materia orgánica presente en los fangos, para lo cual se necesita un aporte de oxígeno, por lo que se airean los fangos para que los microorganismos puedan actuar.
MATERIA ORGÁNICA + O2 —> FANGO DIGERIDO + CO2 + H2O
Esto eleva el coste del tratamiento, por lo que es un sistema que se emplea en pequeñas instalaciones. En la mayoría de las estaciones depuradoras se realiza la estabilización anaerobia en los digestores, que son depósitos cerrados donde tienen lugar reacciones de fermentación que estabilizan la materia orgánica, transformándola en ácidos y gases, como el metano y el dióxido de carbono, que forman el llamado biogás, utilizado en la actualidad en algunos procesos industriales como combustible.
3. Acondicionamiento químico , mediante la adición de productos químicos (cal, cloruro férrico) o calor a presión, para provocar la coagulación de sólidos y facilitar así el siguiente proceso.
4. Deshidratación , mediante secado, filtros prensa y centrifugación, para eliminar el agua que todavía contienen los fangos.
5. Eliminación . Una vez desecados, pueden ser eliminados mediante tres procesos:
Incineración. Se produce una destrucción de la materia orgánica reduciéndose el volumen.
Descarga en vertederos. Consiste en alternar capas de arcilla (impermeable) con capas de fangos.
Usos agrícolas. Una vez desinfectados y secos se usan como abonos químicos. En otros casos, se someten a un proceso de degradación aerobia o anaerobia para fabricar compost.
C) LÍNEA DE GAS
El gas resultante de la digestión de fangos constituye la llamada línea de gas, ya que puede ser reutilizado para generar calor que pueda aplicarse tanto a la fermentación de lodos, a sistemas de calefacción de edificios, como para aportar parte de la energía que la planta depuradora necesita para su funcionamiento. El gas que no es utilizado se suele quemar en una antorcha que tienen las estaciones depuradoras.