Purificar el agua residual consiste en eliminar sólidos, grasas, arenas, materia orgánica, nutrientes, microorganismos, metales, sales y otros contaminantes mediante una combinación de procesos físicos, químicos y biológicos. El tratamiento exacto depende del origen del agua, de los contaminantes presentes y del destino final del efluente: vertido controlado, reutilización industrial, riego, recarga de acuíferos o, después de tratamientos específicos y controles rigurosos, consumo humano.
Las aguas residuales circulan normalmente por una red de alcantarillado hasta una EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales), donde atraviesan tratamientos preliminares, primarios, secundarios y terciarios. En las aguas industriales, la depuración debe adaptarse a cada proceso productivo, porque pueden contener concentraciones elevadas de compuestos químicos, metales pesados, sustancias tóxicas o materia orgánica difícil de degradar.
Qué son las aguas residuales y por qué es necesario purificarlas
Las aguas residuales son las que se generan a través del uso de agua limpia en actividades que se llevan a cabo en el hogar, en las ciudades y en diferentes tipos de industrias. En el caso de las aguas residuales de origen industrial, estas se generan a través de la manufactura; en procesos productivos de bienes de consumo; dentro de la industria energética, entre otras actividades que se realizan en las fábricas.
Las aguas residuales cuyo origen es industrial, tiene como característica principal su alto contenido de químicos y metales pesados como el mercurio, níquel y cobre entre otros tóxicos. También pueden contener materia orgánica, restos de productos, nutrientes, microorganismos y partículas en suspensión.
Las aguas generadas en procesos industriales, conocidas también como aguas residuales, representan una severa amenaza para los ecosistemas y la salud pública cuando son desechadas al drenaje o cuerpos de agua, de forma inadecuada. Para evitar esto es necesario que antes de desecharlas o reutilizarlas, las industrias generadoras de aguas residuales les den un tratamiento adecuado que evite daños al ambiente.
Cuando estas aguas se desechan sin antes recibir ningún tipo de tratamiento se corre el riesgo de afectar severamente cuerpos de agua como son ríos, lagos y mares, así como suelos y subsuelos. Lo cual implica un riesgo para la salud de las especies que habitamos la Tierra, al momento de consumir y entrar en contacto con las aguas contaminadas.
Contaminantes presentes en las aguas residuales
El agua natural más pura se encuentra en la atmósfera en forma de vapor. Durante su precipitación en la tierra como lluvia, arrastra consigo impurezas que se encuentran suspendidas en el aire (polvo, polen…etc.).
El agua pura tiende a combinarse buscando su estabilidad, lo que hace de ella un buen disolvente. Así, las sales minerales solubles que encuentra a su paso se integran en su seno mediante un proceso conocido como disolución, lo que contribuye de forma importante al fenómeno de la erosión y transformación de los terrenos.
Estas sales disueltas colaboran a la potabilidad y conductividad del agua, pero cuando se superan determinados límites de salinidad pasan a ser un contaminante que se necesita gestionar. La eliminación de estas sales también se lleva a cabo cuando se requiere agua de proceso con baja o ninguna salinidad (aguas desmineralizadas), o cuando se necesita separar de forma selectiva algunos contaminantes específicos, como en el caso de los ablandamientos, eliminación de nitratos, o separaciones selectivas de determinados cationes y aniones.
Además de compuestos inorgánicos, el agua también puede contener contaminación orgánica de origen vegetal y animal, y otros contaminantes como compuestos orgánicos, bacterias, virus, etc. No obstante, una gran parte de la contaminación de las aguas procede de la actividad humana, tanto doméstica como industrial.
| Grupo de contaminantes | Ejemplos | Procesos aplicables |
|---|---|---|
| Sólidos grandes y medianos | Basura, ropa, ramas, grava y arena | Rejas, tamices, cribas y desarenadores |
| Sólidos en suspensión | Partículas sedimentables y materiales flotantes | Decantación, flotación, coagulación y floculación |
| Materia orgánica | Restos domésticos, industriales y alimentarios | Tratamientos biológicos aerobios y anaerobios |
| Nutrientes | Nitrógeno, fósforo y fosfatos | Procesos biológicos y remoción química |
| Microorganismos | Bacterias, virus y microorganismos patógenos | Cloro, ozono, luz ultravioleta y membranas |
| Sales e iones | Calcio, nitratos, cationes y aniones | Intercambio iónico, nanofiltración, electrodiálisis y ósmosis inversa |
| Compuestos persistentes | Residuos farmacéuticos y sustancias orgánicas refractarias | Carbón activado y procesos de oxidación avanzada |
| Metales pesados | Mercurio, níquel, cobre y otros metales | Intercambio iónico, adsorción, precipitación y membranas |
Principios para seleccionar el tratamiento
Las tecnologías de depuración de aguas permiten separar distintos tipos de partículas en función de su tamaño y naturaleza. De esta forma, el agua es regenerada para su reutilización o vertido.
El tratamiento de aguas residuales industriales es un proceso complejo que requiere tener en cuenta y prestar atención a las características únicas de cada corriente de agua residual. Cada método y tecnología ofrece ventajas y aplicaciones únicas, y la selección depende de factores que incluyen la composición de las aguas residuales, los objetivos del tratamiento y consideraciones sobre el coste.
El tratamiento de aguas residuales describe cualquier método utilizado para eliminar contaminantes de modo que el efluente resultante pueda volver a introducirse de forma segura en el medio ambiente natural. Los métodos exactos y el grado de tratamiento del agua dependen del tipo de aguas residuales y de la instalación.
Las tecnologías de depuración pueden agruparse en función de la magnitud en la que se basan para llevar a cabo la separación: masa, tamaño, difusión, carga iónica, presión de vapor, solubilidad y área superficial.
Etapas generales de purificación del agua residual
Las aguas residuales domésticas y urbanas circulan por las tuberías que forman la red de alcantarillado hasta la planta de tratamiento o EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales), la infraestructura equivalente a las ETAP para la depuración.
Una vez allí, la depuración se hace en varias fases para eliminar los contaminantes que contiene: tratamientos preliminares, primarios, secundarios y terciarios. Además, las EDAR también llevan a cabo otros procesos relacionados con los subproductos obtenidos en los diferentes tratamientos.
- Recogida de las aguas residuales.
- Tratamiento preliminar.
- Tratamiento primario.
- Tratamiento secundario.
- Tratamiento terciario.
- Tratamiento y gestión de lodos.
1. Recogida y conducción hasta la planta
La primera etapa del proceso de tratamiento de aguas residuales es su recogida. Las aguas residuales de hogares, oficinas, tiendas y ciertas industrias, así como de los sistemas de drenaje urbano, pasan a través de una red de alcantarillas hasta la planta de tratamiento municipal.
Las plantas industriales, agrícolas y de tratamiento de lixiviados suelen tener trayectos más cortos, ya que suelen tratarse in situ. En algunos casos, los efluentes industriales se tratan de forma previa y luego se envían a la planta de tratamiento municipal para su procesamiento final.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales procesan aguas residuales domésticas, es decir, aguas residuales de hogares y empresas, así como alcantarillados. También pueden aceptar aguas residuales industriales pretratadas.
2. Tratamiento preliminar: cribado, tamizado y desarenado
El primer acondicionamiento consiste en una filtración gruesa que separa los residuos sólidos de tamaño grande y mediano mediante tamices y cribas de diferentes espesores. Las pantallas de barras interceptan objetos grandes que han entrado en los sistemas de drenaje, como basura, prendas de vestir o ramas.
Para la separación de sólidos de tamaño grande o mediano, hasta aproximadamente 1 mm, se utilizan sistemas puramente físicos. Como son las rejas, los tamices y las cribas, que no son más que procesos filtrantes abiertos con luz de paso adecuada al tamaño de los sólidos.
La extracción de los sólidos separados es mecánica, y se suele hacer mediante rastrillos manuales o con peines automáticos. Después se eliminan las partículas de grasa y arena mediante desarenadores y desengrasantes.
Los colectores de arena, también conocidos como cámaras de arena o tanques de eliminación de arena, son fundamentales para permitir que partículas más pequeñas, como arena y grava, se asienten y sean retiradas.
Esta etapa se puede acelerar y hacer más eficiente mediante el uso de soplantes. Estas hacen circular el agua, lo que fomenta que los residuos más pesados caigan al fondo y que las piezas más ligeras permanezcan en suspensión.
Al eliminar la gravilla y la arena, se pueden evitar daños en los equipos y tuberías aguas abajo, lo que también reduce la frecuencia y el coste del mantenimiento. También garantiza que los procesos posteriores solo necesiten tratar materia orgánica, lo que en última instancia mejora la calidad del efluente final.
3. Tratamiento primario: sedimentación y separación fisicoquímica
En este tratamiento primario se eliminan parte de los sólidos en suspensión con decantadores centrífugos donde la gravedad ayuda a separar estas partículas. En la etapa de sedimentación primaria, los sólidos que quedan después de los procesos de pantalla descienden lentamente hasta el fondo del tanque.
Allí forman un lodo que se puede eliminar y desechar. La decantación y la centrifugación son procesos de separación que aprovechan la diferencia de masa y densidad de las partículas con relación al solvente para conseguir la separación.
Cuanto más pesen las partículas, más fácil es su separación. Otros métodos de separación física son la decantación y la flotación, que permiten la eliminación de los materiales en suspensión.
La flotación combina la sedimentación con la flotación de los materiales menos densos, con o sin ayuda de aire insuflado. Existen alternativas a la centrifugación para el tratamiento de efluentes con altas cargas de lodos, como son la separación mediante filtros prensa o con filtros banda, que emplean telas filtrantes para separar los sólidos.
Con frecuencia se utilizan reactivos químicos, coagulantes y floculantes, con los que se alcanzan rendimientos de separación más elevados. Esta combinación de procesos químicos y físicos se conoce como proceso fisicoquímico.
En esta fase también se pueden añadir productos químicos como coagulantes y floculantes para mejorar la sedimentación de los sólidos y eliminar el fósforo. El tratamiento químico también puede incluir el ajuste de pH y reacciones de reducción para neutralizar la acidez o la alcalinidad y eliminar contaminantes específicos.
4. Tratamiento secundario: depuración biológica
Le sigue el tratamiento secundario para quitar la materia orgánica del agua, así como nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. Aquí se utilizan generalmente bacterias y microorganismos para degradar y eliminar la materia orgánica y los diferentes nutrientes.
El tratamiento secundario, también conocido como lodo activado, es un proceso biológico que aprovecha el gran ecosistema de microorganismos presentes naturalmente en las aguas residuales. Estos digieren los compuestos orgánicos disueltos en el agua, así como cualquier partícula en suspensión que haya pasado por los procesos anteriores.
A medida que los microbios se comen, se multiplican y forman grandes colonias que, posteriormente, se pueden filtrar en el depósito de sedimentación secundario para absorber los sólidos. El resultado de este proceso biológico es el agua clarificada.
En los procesos aeróbicos, esta operación se realiza en presencia de oxígeno, lo que produce dióxido de carbono y agua. En los procesos anaeróbicos, unas bacterias especiales convierten las sustancias orgánicas en metano y dióxido de carbono sin presencia de oxígeno.
Para que este proceso funcione de forma eficaz, las bacterias necesitan una alta concentración de oxígeno en el depósito. Una soplante o un compresor introduce un flujo constante de burbujas de aire a través de difusores, lo que aumenta los niveles de oxígeno que necesitan las bacterias para desarrollarse.
El movimiento que crean estas burbujas de aire también hace circular el agua para garantizar que el oxígeno se distribuya de forma uniforme. Los compresores y las soplantes están diseñados para optimizar el caudal de aire dentro de los procesos de tratamiento, especialmente en sistemas de aireación y circulación.
La tecnología óptima aumenta la eficiencia de la oxigenación en los tanques de aireación, mejora la eficiencia de separación en los colectores de arena y aumenta la producción de biogás.
5. Tratamiento terciario: pulido, eliminación específica y desinfección
Luego, se finaliza con el tratamiento terciario o químico, para aumentar la calidad final del agua y que pueda ser devuelta al medioambiente o incluso utilizada para la actividad humana.
El agua ya se ha tratado, pero aún puede contener una pequeña cantidad de patógenos y bacterias nocivos. Como resultado, muchas plantas de tratamiento de aguas residuales incluyen un proceso de desinfección para obtener un agua que se puede reintroducir de forma segura en los suministros públicos de agua o en los ecosistemas acuáticos sensibles.
Para ello, se llevan a cabo una serie de procedimientos que eliminan los agentes patógenos, como las bacterias fecales. Las técnicas utilizadas incluyen la filtración con lechos de arena u otros materiales y la desinfección, ya sea con cloro o con luz ultravioleta, para reducir la cantidad de organismos vivos microscópicos.
El agua puede someterse a un tratamiento ultravioleta o mezclarse con cloro y, posteriormente, declorinarse. La desinfección también puede realizarse con ozono, calor o sales metálicas.
El tratamiento químico elimina las sustancias disueltas y los contaminantes mediante reacciones químicas o aditivos. La oxidación, el ajuste de pH y las reacciones de reducción se usan para neutralizar la acidez o la alcalinidad, eliminar contaminantes específicos o mejorar la biodegradación.
Procesos de filtración del agua residual
La filtración es el proceso por el que se purifican sustancias líquidas o gaseosas mediante diversos procedimientos de filtrado. Es un proceso de separación mecánica y tiene una base física.
Se le denomina filtración al procedimiento de pasar el líquido por un medio poroso o materiales granulares. Las tecnologías de filtración aprovechan la diferencia de tamaño de las partículas que se desean separar en relación con el tamaño de poro de la membrana.
Filtración superficial
La filtración superficial se lleva a cabo en grandes cubas o tanques filtrantes que se llenan con un medio filtrante como arena, grava o carbón activado. Aquí, las partículas quedan retenidas directamente en la superficie del medio debido a su tamaño, ya que su diámetro es mayor que el tamaño de los poros del medio filtrante.
Este tipo de filtración de agua suele requerir sólo una fina capa de medio filtrante y también puede llevarse a cabo con membranas muy finas. Los filtros de tela se utilizan, por ejemplo, en las depuradoras de aguas residuales.
Los filtros de membrana, que tienen un tamaño de poro de tan solo 0,2 μm, se utilizan principalmente para la filtración estéril por membrana en el sector médico con el fin de proporcionar una protección fiable contra gérmenes que viven en el agua como legionella o pseudomonas.
Ejemplos: filtros de membrana, cartuchos filtrantes, microtamices y filtros de tela.
Filtración en profundidad
Durante el proceso de filtración, el agua fluye a través del medio filtrante. Las partículas más grandes quedan retenidas en las capas superiores y las más pequeñas en las más profundas.
El diámetro de las partículas es inferior al diámetro de los poros de modo que las partículas penetran en los poros y quedan retenidas dentro del medio filtrante. En la filtración en profundidad, se requiere una capa filtrante de materiales granulares con una profundidad considerable, normalmente de 1 a 2 metros, para separar eficazmente las partículas del líquido.
Este método de filtración de agua es especialmente adecuado para aplicaciones con una elevada carga de suciedad en las que los métodos de filtración superficial, como la filtración por membrana, no son suficientes debido a su limitada vida útil.
Los sistemas de filtración simple en lechos de arena, los sistemas duales arena/antracita y los sistemas de diatomeas o mixtos son tecnologías físicas de separación que utilizan la percolación para retener los contaminantes sólidos en el lecho filtrante.
Estos sistemas de filtración pueden llegar a niveles fiables de 50-100 μm de separación. Este tipo de procesamiento del agua consigue un grado de limpieza muy elevado, ya que se pueden eliminar partículas muy finas.
Filtración por torta
La filtración por torta requiere un medio filtrante que permita el paso del líquido y retenga los sólidos, así como una diferencia de presión. El medio filtrante puede ser plano, como una malla textil y metálica, papel o cartón, o en capas, como capas de arena o sinterizado.
El método se utiliza en diversos ámbitos, por ejemplo, en las plantas de tratamiento del agua residual, donde contribuye a separar eficazmente los sólidos del agua.
Medios granulares
La arena es uno de los principales medios granulares para purificar el agua. Además de la arena, otros filtrantes para tratar el agua a mediana y gran escala son las gravas, arenas sílicas, resinas de intercambio iónico, calcite o corosex.
La función de estos medios granulares es disgregar sólidos suspendidos en el agua, que luego se acumulan en el material arenoso y quedan aislados como residuos. El resultado es un agua mucho más limpia.
Carbón activado
En forma granular, el carbón activado contribuye a absorber compuestos orgánicos que pueden producir olor, sabor o color al agua. Los diminutos desechos sólidos se adhieren al carbón.
La filtración con carbón activado se basa esencialmente en el principio de adsorción. En este proceso, contaminantes como el polvo o los metales pesados se eliminan de líquidos o gases con la ayuda de filtros que contienen carbón activado.
En el tratamiento del agua, los filtros de carbón activado se utilizan para la retención por adsorción de sustancias orgánicas y olores y sabores, o para filtrar residuos de medicamentos en el agua.
Debido a la tecnología de adsorción, el carbón activado sólo tiene una capacidad de absorción finita, lo que significa que es necesario sustituirlo o regenerarlo una vez agotado. Si el carbón activo no se sustituye o regenera a tiempo, se sobrecargará y el filtrado puede contener un mayor número de sustancias indeseables que el agua cruda.
Además, el carbón también actúa como agente reductor y es adecuado para eliminar agentes oxidantes como el ozono y el cloro del aire de escape o del agua de proceso y de las aguas residuales.
Filtración por membranas
En el caso del método de filtración por membrana, el agua se filtra a través de una pared fina de poros finos, la membrana, que, dependiendo de su naturaleza, puede retener incluso las partículas más pequeñas, como virus o bacterias.
La mayoría de los filtros de membrana están fabricados con materiales poliméricos, es decir, plásticos, aunque en algunos ámbitos también se utilizan membranas cerámicas o metálicas.
También distinguimos entre distintos procesos de filtración de membrana, como la microfiltración (MF), la ultrafiltración (UF), la nanofiltración (NF) y la ósmosis inversa (OI).
| Proceso | Principio de separación | Aplicación principal |
|---|---|---|
| Microfiltración | Retención de partículas mediante poros definidos | Partículas finas y algunos microorganismos |
| Ultrafiltración | Separación mediante membranas de poros muy pequeños | Bacterias, macromoléculas y sólidos finos |
| Nanofiltración | Membranas densas y difusas | Iones, compuestos orgánicos y sales parcialmente |
| Ósmosis inversa | Permeación selectiva a través de una membrana semipermeable | Sales disueltas, partículas y contaminantes de tamaño muy reducido |
Los dos primeros procesos pueden describirse como tamices finos mecánicos. Consisten en membranas fabricadas artificialmente con un diámetro de poro definido.
La nanofiltración y la ósmosis inversa utilizan membranas densas y difusas, transpirables. Existen varias geometrías de membrana, como las membranas de lámina plana, las membranas de fibra hueca, los monocanales, los elementos multicanal, los discos y en forma de bolsa plana.
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa aprovecha la difusión o permeabilidad que tienen las sustancias contaminantes para atravesar una membrana. Mientras que el solvente permea la membrana con relativa facilidad, las partículas en suspensión y disueltas no pueden hacerlo, o les cuesta mucho.
En este proceso de tratamiento del agua, el agua se presiona a través de una membrana sintética semipermeable que sólo es permeable en una dirección y únicamente a las moléculas de agua.
Cuando es preciso reducir la carga salina del agua residual, se puede optar por tratamientos más sofisticados como la difusión a través de membranas semipermeables, como es el caso de la ósmosis inversa, la diálisis o la electrodiálisis.
Estas tecnologías reducen la salinidad total (TDS) por encima del 99%. La unidad de medida a nivel dimensional es el Amstrong, pero en la práctica, se mide la conductividad (μS/cm) del agua tratada a la que se denomina permeado.
Separación de sales e iones
Intercambio iónico
Las resinas de intercambio iónico son otra tecnología eficiente y de gran popularidad para la separación de sales, ya que logran obtener aguas desmineralizadas de alta calidad (conductividad ≤ 0,1 μS/cm).
En el caso del intercambio iónico, la carga iónica permite establecer diferencias entre unos iones y otros. Por ejemplo, una resina catiónica intercambiará los iones con carga positiva, cationes, sin interaccionar nada con los iones con carga negativa, aniones.
Para obtener agua ultrapura se emplean los denominados lechos mixtos (LM) de resina catiónica y aniónica, o bien los sistemas mixtos de membranas y resinas denominados Electrodesionización (EDI).
Diálisis y electrodiálisis
Este mismo principio se aplica también para los procesos de diálisis y electrodiálisis, aunque en ésta última, la aplicación de un potencial eléctrico actúa como fuerza impulsora que permite la separación.
La electrodiálisis puede utilizarse junto con otros tratamientos cuando es necesario controlar la salinidad y separar iones específicos del agua residual.
Otros procesos de separación
Separación por presión de vapor
La destilación separa y condensa cada compuesto mediante la ebullición del agua residual. Los diferentes contaminantes se separan en distintos puntos de evaporación, condensación y presión de vapor.
Este proceso se basa en la diferente presión de vapor de las sustancias puras que componen la mezcla a tratar. Cuanto mayor sea la diferencia entre las presiones de vapor de los diferentes componentes de la mezcla, con mayor facilidad se separarán las sustancias mediante destilación.
Evaporación al vacío y cristalización
Los evaporadores al vacío alcanzan la ebullición de las aguas residuales a temperaturas bajas al operarse en vacío. Esto permite un importante ahorro energético, a la vez que los contaminantes se separan y deshidratan hasta llegar a cristalizarlos en los denominados cristalizadores al vacío.
Este proceso es el que obtiene un agua condensada de mayor calidad. Los evaporadores al vacío destacan en el tratamiento de vertidos complejos, ya que permiten alcanzar altas concentraciones en los materiales separados, que en ocasiones son recuperables.
Las tecnologías de evaporación y cristalización son especialmente eficientes cuando se dispone de fuentes de energía económicas. Por ejemplo, cuando hay disponibilidad de energía sobrante como vapor o agua caliente, o cuando se dispone de fuentes de energías renovables.
La humedad de los residuos resultantes se puede reducir hasta su práctica sequedad, lo que redunda en un menor coste de transporte y evacuación o manipulación. La utilización de los cristalizadores se suele limitar a la recuperación de productos valiosos, o bien a la concentración máxima de contaminantes peligrosos.
Separación por solubilidad
La diferente solubilidad de un soluto en un fluido o en otro, permite que se pueda llevar a cabo una separación efectiva mediante absorción o mediante extracción.
Separación por área superficial
El carbón activo proporciona elevadas superficies con alta tensión superficial debido a su porosidad morfológica y a los micro diferenciales de carga. Estas características favorecen la adhesión de pequeñas partículas.
Tratamientos químicos y procesos de oxidación avanzada
Los procesos químicos, normalmente en el tratamiento terciario, eliminan las sustancias disueltas y los contaminantes mediante reacciones químicas o aditivos. Por ejemplo, en la coagulación y la floculación, se añaden productos químicos para inducir la agregación y la decantación de partículas.
El tratamiento químico es efectivo para centrarse en los contaminantes y patógenos específicos a fin de mejorar la calidad del agua total. También se utilizan la oxidación, el ajuste de pH y las reacciones de reducción.
En los procesos de oxidación avanzada (POA) los oxidantes fuertes como el ozono, el peróxido de hidrógeno y la luz ultravioleta (UV) degradan los compuestos orgánicos persistentes y otros contaminantes de las aguas residuales.
Los procesos POA generan radicales hidroxilo con una potencia de reacción muy elevada que descomponen las moléculas orgánicas complejas en formas más sencillas y más biodegradables.
Estos procesos son efectivos en el tratamiento de aguas residuales con compuestos refractarios o residuos farmacéuticos.
Tratamiento específico de aguas residuales industriales
El tratamiento de aguas residuales industriales hace necesario un enfoque hecho a medida para afrontar las características y contaminantes específicos de cada curso de aguas residuales.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales se construyen específicamente para tratar las aguas residuales generadas por la industria, como el procesamiento de alimentos y bebidas o la fabricación de productos químicos y farmacéuticos.
Las instalaciones de tratamiento se pueden personalizar para tratar los contaminantes específicos que crea una determinada industria, como eliminar o neutralizar sustancias tóxicas o eliminar materia orgánica.
El tratamiento primario industrial puede incluir sedimentación gravitatoria para extraer los desechos sólidos de gran tamaño. Este tratamiento se acompaña de mallas de filtrado, trampas de grasa, desarenadores, e igualmente se aplican floculantes y químicos.
En esta etapa el agua obtiene un grado de pureza hasta de un 60%. En el tratamiento secundario, el agua aún contaminada se somete a procesos biológicos aerobios y anaerobios.
También se aplican lodos activados para extraer desechos orgánicos disueltos, fosfatos, metales pesados, bacterias patógenas, entre otros contaminantes. En esta etapa el líquido alcanza un grado de purificación de hasta un 85%.
El tratamiento terciario industrial puede incluir filtración por arena, absorción de toxinas por carbón activado, intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis, remoción de nutrientes y cloración.
Tipos de plantas de tratamiento
Plantas municipales
Las plantas municipales se pueden encontrar en asentamientos de todo el mundo y, por lo general, constan de un mínimo de etapas de tratamiento primario y secundario, la mayoría de las cuales incorporan un tratamiento terciario adicional para purificar el efluente final.
Plantas industriales
Las plantas industriales tratan aguas residuales generadas por procesos de fabricación y producción. Su diseño depende de la composición de cada corriente, de los límites de vertido y del nivel de calidad requerido para la reutilización.
Plantas agrícolas
Las operaciones agrícolas también producen aguas residuales que no pueden entrar en el sistema municipal sin tratar. Estas plantas tratan el estiércol animal y el desagüe superficial de los campos, que pueden contaminarse con fertilizantes y pesticidas.
Plantas de tratamiento de lixiviados
Las plantas de tratamiento de lixiviados tratan las exigentes aguas residuales de los vertederos. El lixiviado es un líquido grueso que se forma cuando la lluvia percola a través de los residuos acumulados, recogiendo y disolviendo los productos químicos a medida que avanza a través de las capas.
Tratamiento y gestión de lodos
Tras todas estas fases, quedan distintos residuos entre los que destacan los fangos o lodos extraídos en las fases de decantación primaria y secundaria. Algunos de ellos, como la gestión de los lodos, son importantes dada la complejidad de su gestión.
Estos lodos se espesan eliminando el contenido de agua, se estabilizan para reducir la materia orgánica y eliminar bacterias y, finalmente, se deshidratan para reducir su volumen y facilitar la gestión posterior.
Los procesos más habituales para reducir su volumen son los sistemas de filtrado mecánico como los filtros prensa y los filtros banda que utilizan telas filtrantes para concentrar los residuos, o bien los decanters centrífugos que los concentran por fuerza centrífuga.
Estos residuos se suelen someter a procesos de coagulación y floculación a fin de mejorar el rendimiento del secado mecánico.
Los residuos separados mediante las tecnologías analizadas tienen concentraciones que varían en el 1-4 %, a excepción de los que se separan en rejas y tamices que tienen concentraciones mayores.
La mayor parte de estos contaminantes deben ser enviados a gestores autorizados, por lo que es importante minimizar su volumen para reducir los costes de gestión y transporte.
Además, y salvo excepciones, los vertederos no aceptan residuos con concentraciones menores del 30% en MS, por lo que éstos deben ser sometidos a procesos de concentración mediante distintos sistemas de deshidratación.
Digestión anaerobia y producción de biogás
Una forma de reducir la cantidad de lodos es la digestión de lodos, un proceso que, al igual que el proceso de lodos activados, utiliza los microorganismos naturales presentes en los lodos.
Estos digieren el lodo para generar un subproducto renovable y sostenible que se puede utilizar para generar energía: biogás, una mezcla de metano y dióxido de carbono.
Las aguas residuales industriales con una elevada carga orgánica pueden tratarse en un digestor anaeróbico, donde las bacterias metanogénicas anaeróbicas descomponen la materia orgánica y producen metano, que es capturado y usado como una valiosa fuente de energía.
El digestato resultante, rico en nutrientes, puede usarse como mejorador de suelo. La sobrepresión desempeña un papel esencial en el tanque de digestión al hacer circular el biogás.
A medida que los microorganismos producen biogás, se forman burbujas hasta la parte superior del depósito. Allí se aspira y se comprime mediante un compresor.
La mayor parte se almacena o inyecta posteriormente en la red de gas. Sin embargo, una parte del gas se calienta y se vuelve a inyectar en el fondo del depósito, formando burbujas.
Estos vuelven a atravesar el lodo y el proceso se repite. Al hacerlo, el lodo del depósito se mantiene en movimiento constante, lo que garantiza que el calor, los sólidos y las bacterias se distribuyan de manera uniforme.
Posibles usos de los lodos tratados
El uso final del producto final dicta cómo se trata: puede incinerarse, enviarse a vertederos o utilizarse como fertilizante. En España, es común reutilizarlos en agricultura como fertilizante.
El fango que se asienta al fondo del reactor se extrae y analiza para determinar si es apto para abono o producir materiales de construcción.
Reutilización del agua tratada
El efluente tratado con estos pasos puede reutilizarse de forma segura para aplicaciones que incluyen el riego, los procesos industriales, gestión de recarga de acuíferos e incluso como agua de bebida.
Las tecnologías de tratamiento avanzadas, como ultrafiltración, ósmosis inversa, ozonización, desinfección por rayos ultravioletas (UV) y la oxidación avanzada pueden usarse en combinación con el tratamiento primario y secundario para reciclar las aguas residuales para el uso en aplicaciones industriales como el agua de proceso y el agua ultrapura.
La reutilización del agua y las iniciativas de reciclaje están ganando terreno, lo que permite que las industrias conserven los recursos hídricos y minimiza el impacto en los suministros de agua dulce.
El tratamiento terciario o químico aumenta la calidad final del agua para que pueda ser devuelta al medioambiente o incluso utilizada para la actividad humana.
Soluciones sostenibles para la depuración
En los últimos años, ha aumentado el interés en la adopción de prácticas sostenibles en el tratamiento de aguas residuales industriales. Esto incluye la integración de fuentes de energía renovables en los procesos de tratamiento de alimentación, lo que reduce la huella de carbono de la operación.
Se están explorando soluciones de infraestructuras verdes, como los humedales construidos o los sistemas de biofiltración debido a su habilidad natural de purificar las aguas residuales de una manera económica y respetuosa con el medio ambiente.
En estas soluciones, las plantas se usan para generar nutrientes y los microorganismos vivos para biodegradar los contaminantes en las aguas residuales.
Mediante la incorporación de los avances y la integración de prácticas sostenibles, las industrias pueden gestionar de forma efectiva sus aguas residuales, al tiempo que protegen el medio ambiente y contribuyen a la economía circular.
Cómo se relaciona la depuración residual con la potabilización
Para que el agua salga limpia, sana y segura por el grifo de tu casa, tiene que hacer un largo camino de depuración, potabilización e incluso desalinización.
Antes de salir por el grifo de tu cocina ha sido sometida a todo un proceso que empieza con la captación. Entonces viaja hasta plantas de potabilización para seguir un tratamiento teniendo en cuenta la calidad de origen.
Tras la captación se inicia la fase de potabilización, que puede variar entre países. Tiene lugar en una Estación de Tratamiento de Agua Potable (ETAP), donde se llevan a cabo una serie de procesos físico químicos para que podamos consumirla con garantía de calidad.
En una primera fase se retiran los sólidos grandes como pueden ser basura o los desperdicios. Posteriormente se añaden componentes coagulantes y por decantación se eliminan las partículas en suspensión.
Luego se filtra y pasa por un proceso de desinfección. A continuación será necesario almacenarla en depósitos protegidos y limpios, iniciando la fase de distribución y transporte hacia los grifos de nuestras casas.
El INE indica que el 66% del agua consumida en España procede de aguas superficiales, el 24% de aguas subterráneas y el 9% restante de otro tipo de aguas por desalinización.
España es una de las potencias más importantes del mundo en cuanto a desalinización aunque su uso supone un alto coste económico y energético, motivo por el que sigue siendo considerada la última opción frente al agua de embalses o acuíferos.
Control de calidad y desinfección final
Para garantizar la calidad del agua se suelen aplicar compuestos clorados. Básicamente se hace para desinfectar el agua de bacterias, microorganismos, mohos y virus.
Si bien la cloración ha contribuido a disminuir el riesgo de cólera, difteria y fiebre tiroidea, los expertos aseguran que solo el empleo de compuestos clorados no purifica el agua en su totalidad.
Para una mejor potabilización del agua hace falta pasarla por un medio granular, carbón activado o por ambos procedimientos, si es posible. Una alternativa al uso de compuestos clorados es la implementación de ozono o la irradiación de rayos ultravioletas.
Después del proceso de cloración, el agua finaliza en una etapa de almacenamiento y análisis. El líquido debe ser incoloro, insípido e inodoro y ajustarse al marco legal del país donde se distribuye y consume.
Aspectos que deben considerarse antes de reutilizar o verter el agua
El tratamiento no termina necesariamente cuando el agua se ve clara. La calidad del efluente debe corresponder al uso previsto y a los requisitos aplicables al vertido o a la reutilización.
La elección depende de las sustancias específicas presentes en el agua a tratar y de la calidad final deseada. Todos los procesos tienen ventajas e inconvenientes.
La combinación de técnicas de éxito probado con métodos más avanzados puede lograr los resultados deseados. Si se utiliza una combinación de métodos físicos, biológicos y químicos y tecnologías avanzadas, las industrias pueden tratar de forma efectiva y gestionar sus aguas residuales, minimizando el impacto medio ambiental y asegurando el cumplimiento de los reglamentos en vigor.
No está de más recordar que en la actualidad, un gesto tan cotidiano como abrir el grifo y que salga agua potable, es un privilegio de unos pocos. Según datos de la ONU, en 2023, aproximadamente 2.000 millones de personas (el 26% de la población mundial) carecían de acceso a agua potable segura.
Por eso es responsabilidad de todos hacer un uso consciente de este recurso indispensable.
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