El tratamiento biológico de las aguas residuales urbanas permite reducir el contenido de materia orgánica presente en el agua, así como reducir la concentración de nutrientes, como son el nitrógeno y el fósforo. Las depuradoras de aguas residuales son instalaciones industriales destinadas a la eliminación de la contaminación de las aguas.
La depuración de aguas residuales se realiza en las conocidas EDARs. El agua residual llega a través de colectores, procedentes de núcleos urbanos o polígonos industriales.
La composición química de las aguas indica una clara alteración de sus propiedades naturales lo que genera graves daños ambientales en los ríos e imposibilita su uso para otras actividades como el riego agrícola o de jardines. A través de diferentes tratamientos, pueden volver al medio natural tras eliminar sus residuos dejando de ser un peligro para el medio ambiente y para los seres vivos.
Qué es la depuración biológica
Podemos definir los “Procesos Biológicos de Depuración Aerobia”, como aquellos realizados por 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 depuración biológica consiste en la asimilación de materia orgánica contenida en las aguas residuales por parte de microorganismos que se desarrollan naturalmente. El proceso más complejo y también el más influyente en la eliminación de contaminantes en el tratamiento de aguas residuales es el proceso biológico.
Este proceso se caracteriza por favorecer la actividad biológica de ciertas bacterias y microorganismos que se alimentan desustancias orgánicas biodegradables. Las sustancias se transforman en gases, que pueden dispersarse en la atmósfera o transformarse en tejido celular biológico que en una fase posterior sedimentará al fondo.
La unión de materia orgánica, bacterias y sustancias minerales forma los flóculos y el conjunto de flóculos es lo que todos conocemos como fango biológico. Los microorganismos, incluyendo bacterias y hongos, trabajan en conjunto para descomponer compuestos orgánicos complejos presentes en las aguas residuales.
Objetivos del tratamiento biológico
Los objetivos que persigue este tipo de tratamiento son la transformación de la materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables. En el caso de algunas aguas residuales urbanas, también se persigue la eliminación de Nitrógeno y de Fósforo.
Por último, conseguimos además la disminución de los microorganismos patógenos y fecales que habitan el agua residual. La depuración biológica resulta en una mejora notable en la calidad del agua.
La eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos reduce la carga de nutrientes en el agua, previniendo la proliferación de algas y mejorando la calidad del agua para el consumo humano y la vida acuática. Al eliminar contaminantes, estas instalaciones ayudan a prevenir la contaminación de ríos, lagos y mares, preservando la biodiversidad y manteniendo la salud de los hábitats acuáticos.
Ubicación del tratamiento biológico dentro de una EDAR
La primera etapa de tratamiento en una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas siempre es el pretratamiento. Esta etapa es imprescindible para remover sólidos gruesos y finos, arenas y grasas que pueden verse arrastradas con las aguas residuales y llegar a cabecera de una instalación de tratamiento de aguas residuales.
Cuando las aguas residuales entran en una Estación Depuradora, sufren un pretratamiento en el que se retiran los sólidos y gruesos de gran tamaño, así como las arenas y grasas. Previo al tratamiento biológico puede ser necesaria una decantación primaria, aunque no es imprescindible.
Los tratamientos de depuración de aguas residuales se diseñan para disminuir la contaminación del agua residual. Para ello se combinan de manera estudiada diversos procesos.
Pretratamiento
El pretratamiento es común a todos los tratamientos de agua (depuración, potabilización y desalación). El pretratamiento es independiente del nivel de contaminación que presente el agua bruta.
El pretratamiento se sitúa en la cabecera de la instalación, y su objetivo es proteger a la estación de aguas de fragmentos gruesos causantes de avería. Existen muchos tratamientos de agua que responden a los procesos físicos, entre ellos se encuentran: el desbaste de sólidos, el desengrasado, el desarenado, la sedimentación, la flotación, la evaporación, la desinfección, y la absorción.
Tratamiento primario
El tratamiento primario en EDAR es sitúa en primer lugar. Se elimina elementos presentes en las aguas, que dañan las maquinas e impiden un tratamiento más fino posterior.
El tratamiento primario de una EDAR tiene como objetivo fundamental la eliminación de los sólidos flotantes, los sólidos en suspensión, las arenas, las grasas, y los aceites. En el tratamiento primario de una EDAR encontraremos: desbaste de sólidos, desarenador, desengrasador, decantación primaria y lagunaje anaerobio.
Los rendimientos típicos de una decantación primaria son la eliminación de un 65% de sólidos en suspensión y un 35% de la DBO5 de entrada. El proceso más empleado es físico.
Tratamiento secundario
Habitualmente, se trata de tratamientos biológicos, que suceden en la línea de agua al tratamiento primario de una EDAR. Su objetivo fundamental es la eliminación de la materia orgánica.
Es un tratamiento muy complejo, pero que logra unos rendimientos de eliminación de la materia orgánica de hasta un 90 %. En este tipo de tratamiento encontraremos: los fangos activos, los reactores secuenciales, el lagunaje facultativo, las lagunas aireadas, los lechos de turba, y los biodiscos.
La fase de la depuración de aguas residuales se realiza mediante diferentes tipos de tratamientos biológicos para eliminar la materia orgánica. Se pueden distinguir dos tipos de procesos:
- Procesos aerobios: Se hacen con oxígeno que se introduce en los tanques. En esta etapa se degrada parte de la materia orgánica y se eliminan los productos nitrogenados.
- Procesos anaerobios: No necesitan oxígeno y producen reacciones fermentativas para transformar la materia orgánica en energía, metano y dióxido de carbono.
Tratamiento terciario
Los tratamientos terciarios, además de lograr una disminución de sólidos en suspensión y materia orgánica residual, su gran aporte en la eliminación de agentes patógenos. Este tratamiento disminuye notablemente los coliformes fecales y los coliformes totales.
Esta recomendado para reutilizar el agua para el riego de jardines públicos sin causar ningún riesgo a la salud humana. Los tratamientos terciarios, también se les conocen como tratamientos avanzados.
El tratamiento terciario requiere un influente de cierta calidad, por eso, se ubica posteriormente al tratamiento secundario. Perteneciendo al tratamiento terciario podemos encontrar: procesos específicos de eliminación de nitrógeno, procesos de eliminación de fósforo, biodiscos y lechos bacterianos, filtros verdes, microfiltración, ultrafiltración, ozonización, y desinfección por ultravioleta.
Clasificación de los procesos biológicos
Los procesos biológicos se clasifican según el tipo de elemento a eliminar o transformar, de este modo tenemos la eliminación de materia orgánica carbonosa o DBO(C), la nitrificación o eliminación de DBO(N), la desnitrificación y la eliminación de fósforo.
Según el potencial de oxidación-reducción del medio, los procesos biológicos se clasifican en tratamientos aerobios, anóxicos y anaerobios. Por último, según la forma en la que se encuentra la biomasa en el interior del reactor, se clasifican en cultivos en suspensión o cultivos fijos o de lecho soportado.
Básicamente, existen dos tipos de tratamientos biológicos aerobios:
- Procesos de Cultivo en Suspensión (Fangos Activados).
- Procesos de Cultivo Fijo (Lechos Bacterianos).
Los tratamientos basados en estos procesos de depuracion de aguas residuales son: los fangos activos, los lechos bacterianos, los lechos de turba, el lagunaje, los biodiscos, y los sistemas de filtración al suelo.
Oxidación biológica de la materia orgánica
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 totalmente acopladas: de síntesis o asimilación y de respiración endógena u oxidación.
Reacciones de síntesis o asimilación
Consisten en la incorporación del alimento (materia orgánica y nutrientes) al interior de los microorganismos. Estos microorganismos al obtener suficiente alimento no engordan, sino que forman nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente.
Parte de este alimento es utilizado como fuente de energía. La reacción que ocurre es la siguiente:
CHNO (materia orgánica) + O2 + Bacterias + Energía = C5H7NO2 (sustancias del interior bacteriano).
Reacciones de oxidación y respiración endógena
Los microorganismos al igual que nosotros, necesitan de energía para poder realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.), 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:
C5H7NO2 (material celular) + 5O2 = 5CO2 + 2H2O + NH3 + Energía.
Como podemos 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. A todo este conjunto de reacciones se les denomina de oxidación biológica, porque los microorganismos necesitan de oxígeno para realizarlas.
Los microorganismos se ven obligados a la respiración endógena y a metabolizar el material del citoplasma de sus "colegas" y sus propias reservas (lisis) de esta forma aumentan la tasa de formación del Floc biológico.
Factores que condicionan la depuración biológica
Características del sustrato
Las características fisicoquímicas del agua residual determinan el mejor o peor desarrollo de los microorganismos en este sistema, existiendo compuestos contaminantes que son degradables biológicamente y otros que no lo son.
En función de la contaminación de las aguas y de los requerimientos del vertido elegiremos el tipo de tratamiento biológico más adecuado. Existen muchos tipos de tratamientos biológicos en función del tipo de bacterias que interese seleccionar, la concentración de éstas, el modo de operación, la calidad del agua requerida y su posterior uso.
Nutrientes
El interior celular, aparte de C, H y O, elementos característicos de la materia orgánica, contiene otros elementos como son el N, P, S, Ca, Mg 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 1000 g. de C, 43 de N y 6 de P, y que en las aguas residuales urbanas existen por cada 1000 g. de C, 200 g. de N y 16 g. de P.
| Elemento | Necesidades por cada 1000 g. de C | Presencia en aguas residuales urbanas |
|---|---|---|
| N | 43 | 200 g. |
| P | 6 | 16 g. |
Si comparamos lo que necesitan los microorganismos para sobrevivir, con las cantidades existentes de dichos elementos en el agua residual, podemos 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.
Aportación de oxígeno
Como hemos visto, 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.
La actividad bacteriana aeróbica utiliza oxígeno para descomponer la materia orgánica, mientras que las bacterias anaeróbicas trabajan en ausencia de oxígeno. Esta simbiosis bacteriana es esencial para la eficacia de la depuración.
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 fangos activos hasta concentraciones de 3 a 4 g/L. En los procesos de cultivos fijos (lechos bacterianos), la influencia es aún menor, no afectando valores que no superen los 15 g/L.
Sin embargo, existen multitud de grupos bacterianos capaces de vivir en aguas saladas, de forma que, si a tu sistema de depuración le das tiempo de adaptación, pueden desarrollarse bastante bien dichos grupos microbianos a concentraciones salinas superiores.
Sustancias tóxicas e inhibidoras
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.
Por tanto, no deben de entrar en las plantas depuradoras con el agua residual, o si entran deben de hacerlo en concentraciones muy bajas. Todos estos factores mencionados son de gran importancia, y deben de ser controlados si queremos obtener un rendimiento eficaz de depuración por parte de los microorganismos encargados de degradar la materia orgánica del agua residual.
Proceso de fangos activados
El proceso de fangos activados 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 alimentarán 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 fangos activos o biológicos.
El proceso biológico de lodos activados es un proceso mediante cultivo en suspensión. El conjunto reactor y decantador secundario funcionan conjuntamente y mediante el control de la recirculación de lodos se consigue mantener la concentración de biomasa en el reactor.
Oxidación biológica en la cuba de aireación
En el proceso de fangos 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 vamos a mantener el cultivo biológico en contacto con el agua residual.
El cultivo biológico, denominado licor de 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.
Es necesario el aporte de oxígeno al reactor ya sea mediante difusores de membrana o bien mediante métodos mecánicos de aireación en superficie. En esta fase del proceso que ocurre en la cuba de aireación, es necesario un sistema de aireación y agitación.
El sistema de aireación provoca el oxígeno necesario para la acción depuradora de las bacterias aerobias, permite la homogenización de la cuba y por tanto que todo el alimento llegue igual a todos los organismos y evita la sedimentación de los flóculos y el fango.
Separación sólido-líquido
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.
Aquí, el agua con fango se deja reposar y, por tanto, los fangos floculados tienden a sedimentarse, consiguiéndose separar el agua clarificada de los fangos. El agua clarificada constituye el efluente que se vierte al cauce.
Parte de los fangos floculados son recirculados de nuevo al reactor biológico para mantener en el mismo una concentración suficiente de organismos. El excedente de fangos, se extrae del sistema y se evacua hacia el tratamiento de fangos.
Reactores biológicos utilizados en aguas residuales
Reactor de fangos activos convencional
Es un reactor biológico aerobio de fangos activos, donde se mantiene una concentración de entre 3000 a 5000 mg/l de microorganismos en contacto con el agua residual pretratada en condiciones de pH , oxígeno y temperatura controladas.
Una vez completado el proceso es necesario separar de este licor mezcla el agua depurada de los microorganismos y este proceso se realiza por sedimentación del fango activo, por lo que es necesario la implantación de un decantador secundario que opera en continuo.
Reactor biológico secuencial
Es un biorreactor de fangos activos que opera en discontinuo de forma secuencial. La etapa de sedimentación se realiza en el propio reactor biológico suspendiendo la aireación.
Es aconsejable para este tipo de reactores la utilización de decantadores móviles SBR, ya que minimizan el tiempo de anoxia, retienen sólidos flotantes y espumas y garantizan buenos rendimientos, incluso en condiciones de baja velocidad de sedimentación.
Biorreactor de membrana
Es un reactor donde la separación del lodo activo del agua depurada se realiza por ultrafiltración del licor mezcla. La ventaja del MBR es que el agua depurada sale libre de sólidos, virus y bacterias, y la calidad del agua depurada es mayor comparada con tratamientos convencionales.
Además, es posible mantener una mayor concentración de microorganismos (8000 a 12000 mg/l) por lo que tienen un mayor rendimiento y ocupan un menor espacio. Una de las claves de este sistema de tratamiento es que el conjunto reactor y decantador secundario queda reemplazado por un reactor de menor tamaño dotado de membranas de ultrafiltración, no siendo necesario el decantador secundario para separar el agua del lodo.
Adicionalmente, la calidad del efluente a la salida del reactor biológico es una calidad de tratamiento terciario, es decir, se obtiene un agua ultrafiltrada en la que se consigue eliminar partículas coloidales.
En un tratamiento MBR se dispone de un rendimiento adicional del 99% de eliminación de sólidos en suspensión. Por otro lado, los tratamientos MBR presentan ciertas desventajas, como el encarecimiento de los costes de inversión, principalmente por el coste de las membranas, son tecnologías propietarias; y el encarecimiento de los costes de operación, con consumos energéticos elevados y mayor coste de reposición, principalmente por la vida útil de las membranas (en torno a 8-10 años).
Reactor biológico de desnitrificación
Es un reactor biológico que tiene como función la eliminación del nitrógeno contenido en las aguas residuales. Es aplicable tanto a tratamientos de lodos activos convencionales como a MBR.
Consiste en la incorporación de un reactor anóxico y agitado en el que se convierte el nitrógeno amoniacal a nitrógeno, para que el proceso se realice es necesaria una primera etapa aeróbica de nitrificación que se da en el reactor biológico aerobio, y una segunda etapa de desnitrificación, que se da en el reactor anóxico y en presencia de materia orgánica.
Controlar la alcalinidad, tiempos de residencia y recirculaciones son las claves del proceso.
Nitrificación y desnitrificación
Son procesos llevados a cabo por determinados grupos de microorganismos bacterianos que se utilizan en aquellas plantas de tratamiento de aguas residuales, donde aparte de la eliminación de la materia orgánica se persigue la eliminación de nitrógeno.
La eliminación de la materia nitrogenada es necesaria cuando el efluente de la E.D.A.R. va a ir bien a embalses o masas de agua utilizadas para captación de aguas potables, bien a las denominadas por ley como zonas sensibles.
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 muy especializadas, diferentes de aquellas que se encargan de degradar la materia orgánica del medio.
Este tipo de bacterias, se reproducen más lentamente y son muy sensibles a los cambios de su medio habitual. 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 fangos activados necesitan de un nivel de oxígeno de al menos 2 mg/l.
Desnitrificación
La desnitrificación consiste en el paso de los nitratos a nitrógeno atmosférico, por la acción de un grupo de bacterias llamadas desnitrificantes. 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 bastante 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.
Cultivos fijos y lechos soportados
Otros procesos como filtros percoladores, biodiscos o contactores biológicos rotativos, sistemas IFAS de lecho fijo y sistemas MBBR de lecho móvil, se basan en cultivos fijos o de lecho soportado.
En estos sistemas el crecimiento de la biomasa responsable de la depuración de las aguas se realiza sobre soportes, generalmente plásticos. Los reactores trabajan con una concentración de biomasa superior a la que trabajaría un cultivo en suspensión, por lo que pueden ser apropiados para tratar cargas contaminantes elevadas.
Acostumbran a ser más estables ante picos de contaminación, o también, pueden ofrecer una reducción del espacio necesario para implementar el tratamiento biológico.
La filtración biológica es otro componente vital en la operación de las depuradoras. Se utilizan medios filtrantes, como grava o materiales plásticos, para proporcionar un sustrato donde los microorganismos beneficiosos pueden adherirse y formar biopelículas.
Estas biopelículas actúan como biofiltros, atrapando partículas y descomponiendo contaminantes.
Rendimientos de eliminación
Los rendimientos de eliminación de DBO5 en un proceso biológico de lodos activados, sin reducción de nutrientes, es del 93-95%. El rendimiento puede ser algo menor en procesos biológicos de lecho fijo como son filtros percoladores o biodiscos, en los que el rendimiento oscila en el rango 60-90%.
| Proceso | Dato de rendimiento o concentración |
|---|---|
| Decantación primaria | 65% de sólidos en suspensión y 35% de la DBO5 de entrada |
| Fangos activados | 93-95% de eliminación de DBO5 |
| Lecho fijo | 60-90% |
| MBR | 99% de eliminación de sólidos en suspensión |
Parámetros operacionales del proceso de fangos activados
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.
Carga másica
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 como:
Cm = Q * So / V * X
Q = caudal; So = D.B.O.5 de entrada; V = volumen; X = sólidos en suspensión volátiles del licor de mezcla (SSV) de la cuba de aireación.
Edad del fango
Es la relación entre la masa de fangos existentes en la cuba de aireación y la masa de fangos en exceso extraídos por unidad de tiempo.
Se expresa como:
E = V * X / Qp * Xp
Qp = caudal de la purga de fangos; Xp = SSV de la purga de fangos (fangos en exceso).
Carga volumétrica
Es la relación entre la masa de materia orgánica que entra en el reactor por unidad de tiempo, y el volumen de la cuba.
Se expresa como:
Cv = Q * So / V
Rendimiento
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 %.
R = So - S / So
S = D.B.O.5 de la salida del decantador secundario.
Variables de control de la EDAR
Existen una serie de variables que hay que controlar para asegurarnos de que el proceso de fangos activos funciona bien.
Calidad exigida al efluente
La calidad que las autoridades exijan al agua de salida va a determinar tanto el funcionamiento del proceso como el control de este. Si se requiere un alto grado de tratamiento, el proceso deberá estar muy controlado y probablemente se requiera de un tratamiento adicional.
Dicha calidad deberá ser determinada a través de las analíticas realizadas por el laboratorio. La calidad de las aguas está definida según legislación y las EDAR deben adaptar sus procesos y tratamientos hasta alcanzar una calidad del efluente que cumpla con los parámetros exigidos.
Características del agua residual
Los caudales y características del afluente se encuentran fuera del campo de actuación del operador, siendo competencia del laboratorio y de las autoridades municipales que controlan los residuos que se vierten en el sistema colector.
Estas autoridades deben evitar que determinadas industrias viertan residuos tóxicos para los microorganismos que trabajan en la cuba de aireación.
Cantidad de microorganismos
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.
El conocimiento de los procesos es fundamental para llevar a cabo una precisa operación de la EDAR. Este proceso es el más técnico y requiere el control de los principales parámetros biológicos, y de las medidas de caudal en los distintos tramos de la EDAR.
Desinfección y control microbiológico
La desinfección es el proceso destinado a la eliminación de bacterias y virus presente en el agua. La concentración de bacterias como parte del tratamiento biológico, exige la necesidad de analizar el efluente.
Las muestras analizadas nos indican la presencia o ausencia de bacterias antes de verter el agua tratada al cauce. Esto nos permite asegurar que no se liberan al medio ambiente concentraciones de bacterias superiores a las especificadas.
La cloracion del agua es el tipo de desinfección más común y económico. La desinfección con ozono y UV también está ganando popularidad.
Si se usa cloro, es importante probar los niveles de cloro libre para asegurarse de que sean niveles aceptables antes de ser liberados al medio ambiente.
Los procesos más comunes en esta fase son:
- Radiación ultravioleta: Para poder realizarse las aguas deben estar muy claras y sin material particulado disuelto para que la luz llegue a todas partes.
- Intercambio iónico: Se utiliza para eliminar sales en bajas concentraciones a través de unas resinas que son capaces de retener iones.
- Ósmosis inversa: Suprime las sales al pasar el agua desde una disolución más concentrada a una más diluida.
- Filtración: Las partículas orgánicas que no hayan sido extraídas anteriormente, son eliminadas con arenas y gravas.
- Cloración: Elimina microorganismos con la aplicación de productos clorados.
Tratamiento de fangos y biogás
La materia sólida que sedimenta después de las etapas de tratamiento primario y secundario se conduce a la línea de fangos. Esta línea de tratamiento trata los fangos y los dirige hacia los digestores.
Los digestores se calientan a la temperatura adecuada, donde las bacterias logran una gran cantidad reducción de su volumen. Posteriormente se deshidratan y se gestionan como residuos.
Durante este proceso, se producen gases de metano y se forman biosólidos ricos en nutrientes que se reciclan y deshidratan en empresas locales.
El biogas en la depuración de aguas residuales se produce con la descomposición de sustancias orgánicas. Es el resultado de la actividad de microorganismos.
Estos microorganismos, formados por bacterias, generan ácidos que descomponen los compuestos orgánicos (proteínas, grasas y carbohidratos) en otros compuestos más simples. Estas sustancias orgánicas complejas son una fuente de alimento para un segundo grupo de bacterias.
Estas son las responsables de la producción de metano. Estas bacterias convierten los ácidos orgánicos en el metano deseado, y otros gases como el dióxido de carbono.
El biogas generado en los procesos de la EDAR es captado. Mediante una línea de biogas se almacena, reutiliza en calderas adecuadas para producir energía o se quema para emitir a la atmosfera reduciendo los contaminantes atmosféricos.
Tratamiento de olores
El nombre que se da a la instalación destinada a eliminar los olores desagradables de la EDAR se llama desodorización. Disponemos de distintas tecnologías de desodorización: sistemas químicos de doble etapa, biofiltros de distintos tipos, bioescrubber y filtros de carbón activo.
La desodorización funciona por tiempo y por calidad del aire. El tiempo se calcula para renovar el volumen total de las salas o depósitos un número de veces determinado a la hora.
La calidad del aire se mide a través de sensores que envían las señales al SCADA. Este gestiona el funcionamiento automático de los ventiladores.
La recogida de señales aporta datos de medida como depresiones de sistemas de colectores, medidas ambientales en baja (interior nave y alcantarillas) y alta resolución de H2S (exterior planta), medidas de monitorización de dosificación, caudales de aire, meteorológicas, etc.
Tecnologías avanzadas
Los avances tecnológicos en el tratamiento secundario de aguas residuales han revolucionado la eficiencia y sostenibilidad de los procesos de depuración, garantizando una mayor eliminación de contaminantes y una calidad del agua tratada óptima para su reutilización.
Los avances tecnológicos más prometedores incluyen técnicas de monitoreo con nuevos sensores, dispositivos de telemetría computarizados y herramientas innovadoras de análisis de datos.
Estos tratamientos avanzados de aguas residuales, emplean diversas técnicas que se clasifican en:
- Tecnologías de membranas: Se utilizan para filtrar las partículas sólidas presentes en el agua residual.
- Procesos biológicos: Se utilizan microorganismos para descomponer la materia orgánica.
- Oxidación avanzada: Este proceso consiste en la generación de radicales libres que oxidan los compuestos contaminantes hasta su completa degradación.
- Electroquímica: Se utilizan procesos electroquímicos para eliminar contaminantes.
Tecnología MBR
Los MBR (Membrane Bioreactor) son sistemas empleados en el tratamiento biológico. Combinan procesos biológicos con membranas de ultrafiltración.
Estos sistemas permiten una mayor eficiencia en la eliminación de contaminantes y una mejor calidad del agua tratada al separar la biomasa del agua mediante membranas, lo que resulta en un efluente de alta calidad apto para reutilización.
Tecnología MBBR
Los sistemas MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) son tecnologías de depuración biológica que se destacan por su capacidad para tratar aguas residuales industriales con altas cargas contaminantes.
Estos sistemas utilizan biomasa adherida en medios transportadores que se mueven libremente. Esta tecnología permite una mejor transferencia de oxígeno, tiempos de retención más cortos y la capacidad de soportar cargas orgánicas elevadas.
Eliminación de contaminantes emergentes
Recientemente, se están aplicando nuevos tratamientos avanzados en las EDARs. Entre ellos destacan: Oxidación avanzada y procesos electroquímicos: relevantes para eliminación de contaminantes emergentes (fármacos, PFAS, microcontaminantes).
Procesos para eliminación de nutrientes (N y P): fundamentales para cumplir con límites de eutrofización en zonas sensibles, ahora reforzados con normativa europea reciente.
Reutilización y sostenibilidad
En un contexto de escasez de recursos hídricos, las depuradoras biológicas desempeñan un papel crucial en la sostenibilidad del agua. La capacidad de reutilizar el agua tratada para usos no potables, como riego o procesos industriales, contribuye a la conservación de los recursos hídricos y a la reducción de la demanda de agua fresca.
El tratamiento de las aguas residuales es una alternativa sostenible que pretende promover la gestión sostenible del agua. Cada vez más se realizan más avances para encontrar nuevas técnicas de depuración de las aguas de forma que sea más barata y completa.
La normativa europea impulsa que las EDAR avancen hacia la neutralidad energética, con auditorías periódicas y uso de energías renovables (biogás, solar). La gestión de fangos ha evolucionado hacia conceptos de biorrefinería y valorización energética.
Su aprovechamiento permite la generación de biogás para autoconsumo, uso de biosólidos como fertilizantes o la producción de energía eléctrica desde lodos. Por eso, ha ganado importancia el cuidado de los otros tratamientos que suceden en la depuradora de aguas residuales.
Normativa y adaptación de las EDAR
La Directiva (UE) 2024/3019, aprobada en noviembre de 2024, actualiza la Directiva 91/271/CEE y entró en vigor en enero de 2025.
Esta nueva directiva introduce obligaciones nuevas sobre tratamientos, requisitos de eliminación de contaminantes emergentes, objetivos de neutralidad energética y eficiencia, y plazos para transposición a la legislación nacional (hasta julio de 2027).
En España aplica el Real Decreto 1085/2024. La calidad de las aguas está definida según legislación y las EDAR deben adaptar sus procesos y tratamientos hasta alcanzar una calidad del efluente que cumpla con los parámetros exigidos.
Selección del tratamiento biológico
Los procesos se suceden de forma independiente o combinada. Los especialistas en tratamientos de aguas, diseñan la secuencias de los procesos para reducir los diversos parámetros de contaminación.
Cada tratamiento tiene un objetivo concreto en la depuración según en la fase que se encuentre. Hay ocasiones, que la composición del agua, la circunstancias locales, o el destino final del efluente recomiendan hacer variaciones en los tratamientos convencionales.
En los proyectos de tratamiento de aguas que llevamos a cabo en la disciplina de Tecnologías del Agua de Sener, proponemos qué tipo de tratamiento biológico se implementar en una planta de tratamiento.
Para ello es necesario llevar a cabo un completo estudio de alternativas, valorando todos los factores que pueden ser decisivos en la selección del tratamiento.
Los factores para tener en cuenta son, entre otros, los objetivos de calidad a conseguir en el efluente, el nivel de estabilización de lodos requerido, la versatilidad del tratamiento, la climatología, la producción de lodos, la complejidad de la explotación y mantenimiento, la vida útil, criterios ambientales y, por último, criterios económicos, considerando los costes de inversión y los costes de operación y mantenimiento.
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