La ozonización puede incorporarse a una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) antes del reactor biológico, dentro del tratamiento de fangos o después de la decantación secundaria como tratamiento terciario o cuaternario. En el tratamiento secundario, el ozono actúa principalmente como etapa de preoxidación: transforma compuestos que dificultan la biodegradación, incrementa el oxígeno disuelto y mejora las condiciones de funcionamiento del reactor biológico.
El objetivo fundamental en un tratamiento secundario, o también llamado tratamiento biológico, es la reducción de DBO5 y DQO. Gracias al desarrollo de ecosistemas de diferentes tipos de bacterias se alcanzan rendimientos en este ámbito de hasta el 95%. La aplicación de ozono no sustituye necesariamente al proceso biológico, sino que puede acondicionar el agua residual para que los microorganismos asimilen con mayor facilidad la materia orgánica y determinados compuestos inhibidores.
Qué es una EDAR y dónde se sitúa el tratamiento secundario
Una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), también conocida por Planta de Depuración o Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR), tiene por objeto el conseguir un agua efluente con mejores características de calidad y cantidad, partiendo de aguas negras o mezcladas y utilizando diferentes procedimientos físicos, químicos y biotecnológicos.
La depuradora es una instalación industrial donde se provocan una serie de procesos y tratamientos con el objetivo de separar el agua de los contaminantes. Los procesos se agrupan, a grandes rasgos, en:
- Tratamiento primario
- Tratamiento secundario
- Tratamiento terciario
- Línea de fangos
- Línea de biogás
El proceso para descontaminar el agua proveniente del uso humano (agua doméstica y de uso industrial) es complejo, utilizando mecanismos físicos, químicos y biológicos. Una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) es una instalación que, mediante la ayuda de equipos mecánicos, eléctricos e hidráulicos, realiza en un espacio más reducido y en menor tiempo del que tardaría la naturaleza, procesos que permitan liberar los elementos extraños que lleva incorporados el agua residual hasta alcanzar un determinado nivel de pureza.
Pretratamiento y tratamiento primario
El pretratamiento se compone de desbaste, desengrasado y desarenado. Su objetivo es el de eliminar de las aguas residuales todos aquellos elementos de diferente tamaño (trapos, compresas,…) que, por su acción mecánica, pueden afectar al funcionamiento del sistema depurador, así como las arenas y elementos minerales que pueden originar sedimentaciones y/o abrasiones a lo largo de las conducciones o elementos mecánicos de la instalación.
Un conjunto de rejas, finas y gruesas, con mayor o menor separación, constituye el mecanismo para conseguir el desbaste de los materiales arrastrados por el agua residual. Los desarenadores son básicamente canales en los que se reduce la velocidad del agua, permitiendo la sedimentación de las partículas más pesadas. El desengrasado es el tratamiento que tiene por objeto la eliminación de las grasas y aceites libres, los cuales, al ser menos densos que el agua, forman una película superficial que puede ser eliminada por mecanismos de recogida superficial.
El objetivo del tratamiento primario será eliminar, por medios físicos, los sólidos en suspensión no eliminados en el pretratamiento. El proceso se realiza en unos tanques llamados decantadores primarios, ya sean rectangulares o circulares, que disponen de mecanismos de arrastre y extracción de los fangos depositados en el fondo y rasquetas superficiales para recuperar las materias flotantes y las espumas.
En algunos casos se incluye, dentro del tratamiento primario, el llamado proceso fisicoquímico, en el cual, mediante la adición de determinados compuestos químicos, se consigue la floculación de los coloides, elementos cargados eléctricamente, además de la neutralización, proceso en el que se alcanza el pH adecuado para el resto de operaciones de tratamiento.
Objetivos del tratamiento secundario
Una vez eliminados entre el 40 y 60% de los sólidos en suspensión mediante medios físicos a través del tratamiento primario y ya reducido del 20 al 40% la DBO5, el tratamiento secundario reducirá la cantidad de materia orgánica no biodegradable que no se haya conseguido eliminar.
Para ello, se utilizará el desarrollo de microorganismos capaces de asimilar dicha materia orgánica mediante digestión. Por tanto, se trata de aplicar, de manera controlada, las leyes naturales de la auto-depuración mediante un proceso biológico seguido de una decantación de la mezcla de agua y bacterias, llamada decantación secundaria.
Podemos decir que el objetivo principal se alcanza mediante tres pasos fundamentales:
- Transformar y disolver componentes biodegradables en productos finales aceptables.
- Capturar e incorporar sólidos coloidales no sedimentables a un floculo biológico, también llamado biopelícula.
- Transformar o remover nutrientes como nitrógeno y fósforo.
Cualquiera que sea el proceso utilizado, la mezcla de agua residual y fangos, conocida como «licor mezcla», es conducida a unos decantadores para la separación, por sedimentación floculante, del fango y del agua depurada. Una parte del fango se vuelve a introducir en el proceso biológico, constituyendo la llamada recirculación de fangos, evacuándose el resto al sistema de tratamiento de fangos.
Microorganismos que intervienen en el tratamiento biológico
El tratamiento biológico en EDAR es una cadena alimenticia integrada por materia orgánica, bacterias, protozoos y rotíferos. El tratamiento secundario, también denominado tratamiento biológico, se realiza mediante la acción de microorganismos que consumen la materia orgánica y la transforman en nuevas células biodegradables o fáciles de retirar.
Las nuevas células forman flóculos más pesados que deben separarse del agua con el fin de completar el tratamiento. Los microorganismos principales que intervienen en los sistemas de tratamiento son: las bacterias, los protozoos y los metazoos.
Las bacterias se encargan de la transformación de la materia orgánica, mientras que los protozoos ayudan a mantener la población bacteriana y a darle densidad a la biomasa. La presencia de metazoos en el agua del tratamiento biológico es menor que la de protozoos. Podemos encontrar de dos tipos: rotíferos y nematodos.
La presencia abundante de rotíferos es un indicador de un buen nivel de tratamiento del agua. Por su afinidad con el oxígeno, los microorganismos pueden ser aerobios si necesitan el oxígeno para su crecimiento, anaerobios cuando no requieren el oxígeno para desarrollarse, o facultativos cuando pueden crecer en ambas condiciones.
Los microorganismos aerobios son altamente productivos en el tratamiento secundario de aguas residuales. Según estudios, aproximadamente el 65% de la materia orgánica la transforman en biomasa. Los microorganismos anaerobios producen metano y sólo 10% de la materia orgánica se transforma en biomasa.
Podemos afirmar que los microorganismos que generan la biomasa en las aguas residuales son los principales actores en el tratamiento biológico. De ahí la importancia fundamental del conocimiento técnico de esta parte de la EDAR.
Crecimiento microbiano en el reactor biológico
Para tener un control efectivo del tratamiento biológico que se realiza al agua residual en el reactor biológico de una EDAR, es necesario conocer cómo crecen los microorganismos que realizan la depuración, que principalmente son bacterias.
El modelo de crecimiento más utilizado en el tratamiento secundario de aguas residuales está basado en la evolución del número de células, y tiene cuatro etapas. Para obtener este modelo se usan biorreactores con funcionamiento discontinuo, donde se analiza la concentración de células a distintos tiempos.
- Etapa lag: Tiempo necesario para que las células se adapten al medio.
- Etapa de crecimiento exponencial: Las células se reproducen a la máxima velocidad que les permiten sus propias características y el medio donde crecen. El crecimiento celular es proporcional a la concentración de células.
- Etapa estacionaria: La población celular permanece estacionaria. El crecimiento está limitado por la disponibilidad de los nutrientes. La generación de células nuevas se compensa con la muerte de células viejas.
- Etapa de muerte: Cuando los nutrientes en el medio se agotan, la tasa de mortalidad excede a la de generación de células nuevas.
Principales procesos de tratamiento secundario
El agua residual llega al tratamiento secundario tras completar el tratamiento primario. Por lo que suponemos que ha cumplido con su reducción de sólidos en suspensión y se han eliminado las arenas y las grasas disueltas en el agua bruta.
La elección de un proceso u otro depende de distintos factores como:
- El caudal de tratamiento.
- La concentración de contaminantes.
- El tipo de contaminantes.
- La climatología del lugar donde se encuentra la EDAR.
- La continuidad en el suministro de agua bruta.
Fangos activados
Sin lugar a dudas este es uno de los procesos más empleados en las depuradoras de España para los tratamientos biológicos. En este proceso el efluente procedente del tratamiento primario es conducido a un tanque de aireación, donde el agua residual urbana se mezcla con un ecosistema de microorganismos y bacterias, formando lo que se denomina como licor mixto.
El contenido del tanque de aireación se mezcla vigorosamente mediante dispositivos de aireación que también suministran oxígeno a la suspensión biológica. El tanque de aireación, también llamado reactor biológico, inyecta un suministro constante de oxígeno o aire en las aguas residuales.
De esta forma, se asegura que los organismos tengan un suministro adecuado de oxígeno necesario para descomponer la materia orgánica que permanece en el efluente. El aporte de oxígeno también favorece la mezcla del licor mixto.
Los equipos mecánicos de aireación comúnmente utilizados incluyen difusores sumergidos que liberan el aire comprimido en la parte inferior del depósito, y aireadores superficiales mecánicos que introducen aire agitando la superficie del líquido.
El tiempo de retención hidráulica en los tanques de aireación suele oscilar entre 3 y 8 horas, pero puede ser mayor con una DBO5 alta. Después de la etapa de aireación, los microorganismos se separan del líquido por sedimentación en el decantador secundario, y el líquido clarificado es un efluente secundario.
En este punto del tratamiento secundario de aguas residuales el fango va en una de estas dos direcciones. O bien se dirige de regreso al reactor biológico, esto se debe a que el fango de retorno contiene una gran cantidad de microorganismos que degradarán rápidamente la materia orgánica; o entra en la línea de fangos para su reducción de volumen y extracción de la EDAR.
Es decir, una parte del lodo biológico se recicla al tanque de aireación para mantener un alto nivel de sólidos suspendidos en licor mixto (MLSS), y el resto se elimina del tratamiento del agua para mantener una concentración relativamente constante de microorganismos en el sistema.
El agua tratada se dirige a la etapa de tratamiento terciario; aquí pasará por la etapa de tratamiento final antes de que vierta al cauce natural.
Ventajas de los fangos activados
- Tiene un bajo coste de construcción.
- Ocupa un área pequeña de superficie.
- Proporciona una buena estabilización del fango.
- Produce un olor relativamente bajo.
- Elimina un alto porcentaje de DBO5.
Inconvenientes de los fangos activados
- Tiene un alto coste de operación, principalmente debido a los equipos de aireación.
- Requiere un suministro alto de energía.
- Necesita instrumentación avanzada para controlar los niveles de aireación.
Biofiltros
Un biofiltro, o también llamado filtro de goteo, consiste en un depósito o torre lleno de medios de soporte como piedras, piezas de plástico, listones de madera, sales, y últimamente se están empleando diversos tipos de lana de roca.
Las aguas residuales se introducen de forma continua o intermitente en el depósito y atraviesan los medios. El influente fluye a través del material a velocidades suficientemente lentas para permitir el crecimiento microbiano en la superficie del medio.
Los microorganismos se unen al medio y forman una capa biológica o una película fija. El espaciado de los medios permite que el aire circule por todo el biofiltro.
Una vez que se produce el crecimiento microbiano, el flujo continuo de aguas residuales tiene contacto con microorganismos. El contacto asegura que la materia orgánica del efluente del tratamiento primario se descompone.
La materia orgánica en las aguas residuales se difunde en la película, donde se metaboliza. El oxígeno normalmente se suministra a la película por el flujo natural de aire hacia arriba o hacia abajo a través de los medios, dependiendo de la temperatura relativa de las aguas residuales y del aire.
Se puede emplear aire forzado suministrado por soplantes, pero no es lo habitual. El grosor de la biopelícula aumenta a medida que crecen nuevos organismos. Periódicamente, porciones de la película se desprenden de los medios.
El material desprendido se separa del líquido en un decantador secundario. La biopelícula que cae del medio fluye a través del lecho de material y será transportada al decantador secundario donde se eliminará el exceso de fango.
Estanques de oxidación
Los estanques de oxidación son grandes y poco profundos, una profundidad típica oscilaría entre 1 y 2,5 metros. Los estanques están llenos de microorganismos, que se alimentan de la materia orgánica recibida del efluente primario.
Las algas son una característica clave en el sistema de estanques de oxidación. Las algas se parecen mucho al tanque de aireación en un sistema de fango activado. Se favorece la entrega de un flujo constante de oxígeno a las bacterias.
Las algas requieren luz solar para producir oxígeno a través de la fotosíntesis, la regeneración creada por el viento proporciona flujo de aire cuando no hay luz solar disponible.
En general, el proceso es lento y requiere grandes extensiones de tierra. Los estanques de oxidación se usan frecuentemente en el tratamiento secundario de aguas residuales de pequeñas poblaciones.
Contactores biológicos rotativos
Los contactores biológicos rotativos (RBC, por sus siglas en inglés) son reactores de película fija similares a los biofiltros porque los organismos se unen a los medios de soporte.
En el caso del CBR, los medios de soporte giran lentamente discos que están parcialmente sumergidos en aguas residuales que fluyen en el reactor. El oxígeno se suministra a la biopelícula adjunta desde el aire cuando la película está fuera del agua y del líquido cuando se sumerge, ya que el oxígeno se transfiere a las aguas residuales por la turbulencia de la superficie creada por la rotación de los discos.
La biopelícula excedente se acumula en el agua residual por lo que es necesario utilizar un decantador secundario después del contactor biológico rotativo.
Una película biológica crece en la superficie del medio de soporte. Se trata de una serie de discos montados sobre un eje y se colocan en un depósito con una forma adecuada para adaptarse a los discos.
El contactor biológico rotativo tiene un tambor que está girando lentamente. Entre un tercio y un medio del equipo se encuentra sumergido en el agua residual a tratar. La velocidad de rotación es generalmente de alrededor de 1 a 4 rpm.
La rotación del disco lleva la película biológica en contacto con las aguas residuales para la eliminación de los compuestos orgánicos y con la atmósfera para la absorción de oxígeno.
Qué aporta la ozonización al tratamiento secundario
La clave del ozono es su versatilidad. Tradicionalmente se ha dado un uso inferior al que sus características permiten desarrollar. Suele ser empleado como desinfectante o para eliminar color aunque sus aplicaciones pueden ser muchas otras.
En una EDAR, la ozonización puede aplicarse como preoxidación del flujo antes de la etapa biológica, como tratamiento del licor de mezcla o de los fangos, y como tratamiento posterior a la decantación secundaria.
- Preoxidación antes del reactor biológico: mejora la biodegradabilidad de determinados compuestos y acondiciona el agua que entra en el proceso biológico.
- Adición al reactor biológico: incrementa el nivel de oxígeno presente en el reactor y puede favorecer la oxidación biológica.
- Tratamiento de fangos: convierte sustancias inertes en materia biodegradable y puede influir en las características del fango.
- Tratamiento terciario: permite ofrecer una desinfección adecuada para la reutilización del agua y otros usos, como la eliminación del color.
- Tratamiento cuaternario: permite reducir contaminantes emergentes, incluidos determinados productos farmacéuticos y pesticidas.
Preoxidación antes de la etapa biológica
La aplicación de ozono prior to the biological reactor improves its performance. Ozone oxidizes detergents, polyphenols, and other compounds that affect the COD/BOD ratio. Additionally, O3 increases the dissolved oxygen rate.
La aplicación de ozono antes del reactor biológico mejora su rendimiento. El ozono oxida detergentes, polifenoles y otros compuestos que afectan a la relación DQO/DBO5. Además, el O3 aumenta la tasa de oxígeno disuelto.
La preoxidación resulta especialmente relevante cuando la EDAR recibe aguas residuales industriales junto con aguas urbanas. Los compuestos industriales pueden presentar baja biodegradabilidad, toxicidad o capacidad inhibitoria para la biomasa, y su transformación previa puede facilitar la actuación de los microorganismos.
Para atacar algunos compuestos y con el fin de acelerar el tiempo de reacción, en ocasiones puede hacerse necesario combinar el Ozono con rayos ultravioleta o con ultra sonido, siendo variables las cantidades de Ozono requeridas para tratar un determinado tipo de compuestos, así como el tiempo de contacto necesario.
Adición de ozono al reactor biológico
El nivel de oxígeno presente en el reactor se ve incrementado, produciendo así la oxidación biológica. Esto se produce gracias a la presencia del ozono, cuya reacción con las sustancias presentes, incrementa la biodegradabilidad resultante.
En los procesos de fangos activados, el reactor biológico necesita una concentración adecuada de oxígeno, una mezcla homogénea y una biomasa activa. La ozonización puede contribuir a modificar las condiciones de oxidación, aunque su aplicación debe integrarse con el control de la aireación, la recirculación de fangos y la edad del fango.
La utilización del ozono en esta posición no elimina la necesidad de mantener una población microbiana estable. El tratamiento secundario sigue dependiendo de las bacterias, los protozoos, los metazoos, la disponibilidad de nutrientes y las condiciones de operación del reactor.
Ozonización de fangos
En la línea de fangos también puede ser adicionado el ozono. Esto tiene como consecuencia la conversión de sustancias inertes en materia biodegradable.
La aplicación de ozono mejora el índice volumétrico de fangos, reduce Escherichia coli en los sólidos suspendidos del efluente decantado, disminuye la materia volátil en el licor de mezcla y reduce globalmente la cantidad de fango y su gestión.
Además, previene la aparición de espumas mientras que, también, incrementa el metano presente.
La aplicación de ozono en el tratamiento de fangos debe analizarse junto con la producción de fango, la recirculación, la digestión y la línea de biogás, porque los efectos dependen de la posición del punto de dosificación y de las condiciones del proceso.
Fundamento químico de la ozonización
La composición del ozono se basa en tres átomos de oxígeno, y el cual se obtiene a partir de exponer a una corriente de oxígeno (O2) a una elevada diferencia de potencia y frecuencia.
Cabe destacar que una de las características más importantes del ozono es su capacidad de oxidación (2,07 V), siendo superada únicamente por el flúor.
La razón del poder oxidante del ozono radica en su inestabilidad. La fuerza de atracción entre sus enlaces covalentes es mínima, con lo cual, su fragilidad como molécula es muy alta.
Esta fragilidad permite al ozono transmitir sus átomos, tras la rotura del enlace covalente, a otros compuestos, produciendo la oxidación de esta sustancia. La inestabilidad de la molécula deriva en la capacidad para desinfectar.
Precisamente al ser inestable, el ozono debe realizarse en el propio lugar donde va a ser aplicado. Se realiza una descarga de energía de entre 6 y 20 KV para que se formen radicales libres de oxígeno, que en contacto con una molécula de oxígeno, crea ozono.
La generación in situ evita transportar y almacenar el ozono como producto estable. El gas se produce en el momento de la aplicación y se introduce directamente en el agua residual mediante un sistema de mezcla y contacto.
Cómo se introduce el ozono en el agua residual
El sistema de ozonización está formado por cinco unidades básicas. Estos componentes forman la estructura básica del sistema.
El sistema de inyección es habitual en Europa y Norteamérica. Produce una fuerza de presión negativa que introduce el ozono en el flujo de agua.
Se aumenta la presión del flujo total para incrementar el vacío donde será inyectado el ozono. Tras su inyección, se une al flujo y se crea una mezcla que favorece la dispersión del ozono.
La instalación debe proporcionar una transferencia suficiente entre el gas y el agua, un tiempo de contacto adecuado y un control de los gases residuales. La eficiencia depende de las características del efluente, de la concentración de ozono, de la mezcla, del tiempo de contacto y de la demanda oxidante del agua.
Parámetros que condicionan el rendimiento
Las cantidades de ozono requeridas para tratar un determinado tipo de compuestos son variables, así como el tiempo de contacto necesario.
En el caso de la EDAR de Werdhölzli se procedía a la ozonización del agua depurada procedente de la decantación secundaria finalizando el tratamiento con filtración a través de arena. Aquí las dosis aplicadas de ozono oscilaron entre 1,8-4 mg/L, mientras que se requirió entre 0,4-0,7 mg de ozono por mg de COD presente en el agua.
Además, las dosis empleadas para los tratamientos más eficaces usados en las EDAR oscilaron entre 9-21 mg de CAP por litro, y entre 2-3,5 mg de ozono por litro, lográndose reducciones del 80% de los CPE de la TARU.
Los resultados aportados por las EDAR suizas indicaban que las tecnologías aplicadas podían ser útiles para alcanzar los rendimientos establecidos en la Directiva (UE) 2024/3019 si bien los rendimientos de eliminación están siempre en función de las concentraciones de partida, que si son suficientemente elevadas, podrían suponer concentraciones de salida en agua depurada inadmisibles.
En otra referencia de aplicación, para la preoxidación del flujo antes de la etapa biológica se aplican dosis de ozono entre 1 y 5 ppm al flujo tratado. En el tratamiento de fangos, las dosis oscilan entre 5 y 10 ppm, mientras que para el tratamiento terciario y cuaternario las dosis se sitúan entre 8 y 10 ppm.
Contaminantes emergentes y tratamiento cuaternario
Los contaminantes emergentes o contaminantes de preocupación emergente (fitosanitarios, disolventes orgánicos, fármacos, microplásticos, disruptores endocrinos, agentes microbianos, contenido radiológico…) se encuentran en nuestras aguas residuales urbanas como resultado de su emisión por fuentes industriales, domésticas, y aún difusas, de ambas.
Los contaminantes de preocupación emergente o contaminantes emergentes son compuestos y elementos con potencial contaminante para el medio o para el ser humano, desconocidos o no reconocidos como tales hasta cierto momento, cuya presencia en el medio acaso no sea nueva pero sí la preocupación y el control y prevención por sus posibles consecuencias negativas presentes o a futuro.
Comparten características comunes como pueden ser que se detectan por contar con nuevos y más sensibles equipos y métodos de análisis, su continua introducción en el medio ambiente, no necesitar ser persistentes para ocasionar efectos nocivos ya que la gran mayoría son CMT, y presentar una amplia dispersión en su localización con un alto poder de ubicuidad.
La Directiva TARU de 2024, actualmente transponiéndose a la normativa española, fija la reducción de una serie de compuestos testigo como mínimo al 80% de su concentración inicial en las EDAR, aplicando de los denominados «tratamientos cuaternarios».
La Directiva Europea sobre Aguas Residuales 2024/3019 contempla específicamente una nueva serie de 12 CPE a considerar, que han de ser eliminados en un 80% en EDAR europeas de >150.000 h-e o de >10.000 h-e que viertan en zonas con riesgo medio ambiental o para humanos.
Entre estos compuestos existen antisicóticos (amisulprida), antipilépticos (carbamazepina), antidepresivos (citalopram y venlafaxina), antibióticos (claritromicina), antiinflamatorios no esteroideos (diclo-fenaco), fármacos para el tratamiento de la retención de líquidos (hidroclorotiazida), fármacos contra la hipertensión (metoprolol, candesartán e ibersartán), y finalmente inhibidores de corrosión y estabilizantes de plásticos y similares (benzotriazol y mezcla de 4-metilbenzotriazol).
Capacidad de las EDAR biológicas frente a los contaminantes emergentes
Las EDAR biológicas no están diseñadas para eliminar CPE, sino carga orgánica, sólidos y, en su caso, N y P, mediante mecanismos microbiológicos (aerobios o anaerobios), químicos, o incluso, en aquellos con suficiente volatilidad, físicos como es el escape a la atmósfera.
Para bencenos y HAPs, las tasas de eliminación oscilan entre el 30% para antraceno y el 97% para fluoranteno. Los compuestos alifáticos clorados, se reducen entre el 51% para cloroformo y el 94% para dicloroetano.
Para clorobencenos y clorofenoles, el mínimo es un 70% para el hexaclorobenceno y el máximo con el 98% para el 1,2,5-triclorobenceno. En el caso de los plaguicidas clorados, la tasa mínima corresponde al lindano (32%) y la máxima para endosulfán (95%).
Las reducciones para los plaguicidas derivados de la urea son muy bajos, mientras que para las triazinas no superan el 40%, y para los fosforados varían entre el 80% y menos del 10%.
En cuanto a los disruptores endocrinos, las reducciones mínimas se dan en los nonil y octilfenoles con un 32%, mientras que las máximas también se dan en los anteriores, así como en los dietilhexil-ftalatos con el 95%.
Para metales y organometálicos, Ni y sus compuestos puede eliminarse sólo en un 5% en algunas EDAR como dato más bajo, al mismo tiempo que Cd y sus compuestos pueden hacerlo en un 96%.
En cuanto a los microplásticos se dan tasas de eliminación de hasta el 98% en estudios recientes y siempre superiores al 90% en todo caso.
La eliminación o reducción de contaminantes emergentes en las aguas naturales y en las aguas residuales urbanas depuradas en nuestras EDAR es un reto prioritario que debe abordarse de forma rápida y eficaz en toda la UE.
Ozonización como tratamiento cuaternario
La ozonización permite la transformación y degradación de numerosos microcontaminantes presentes en el efluente tratado de la EDAR, incluyendo compuestos farmacéuticos y pesticidas.
El ozono reacciona con compuestos orgánicos mediante mecanismos de:
- Oxidación directa.
- Formación de radicales hidroxilo (•OH).
Esto reduce significativamente la concentración de contaminantes persistentes.
En mayo de 2025 Suiza contaba con 33 tratamientos cuaternarios en marcha, que abarcan el tratamiento por carbón activo (polvo y carbón en grano en lecho), ozonización y filtración sobre arena.
Los datos más completos corresponden a dos EDAR, la de Schönau con capacidad de tratamiento de 245.000 h-e, con carbón activo en polvo desde 2018 seguido de filtración sobre arena, y la de Werdhölzli, capaz para 650.000 h-e, que emplea ozonización desde 2018.
En las EDAR con carbón activo, y en las de ozono y filtración sobre arena el rendimiento del total de CPE superaba el 80%, algo más bajo con ozono y filtración sobre arena. En las de ozonización se lograba el rendimiento más alto (95%).
En el caso de la ozonización se superaba el 60% de eliminación como mínimo para candesartán e irbesartán, y en el resto de los compuestos se alcanzan tasas de más del 80%.
Filtración posterior y control de subproductos
Tras la ozonización, la filtración granular elimina:
- Sólidos residuales.
- Subproductos de oxidación.
- Materia orgánica particulada.
Esto estabiliza el efluente antes de los procesos de oxidación avanzada posteriores.
En la EDAR de Werdhölzli se procedía a la ozonización del agua depurada procedente de la decantación secundaria finalizando el tratamiento con filtración a través de arena.
Cuando el agua depurada contiene más de 0,1 mg/L de bromuro, se generan contenidos indeseables de bromatos en el agua tratada que hay que tratar.
El control del bromuro, los bromatos, la materia orgánica disuelta, la toxicidad residual y los productos de transformación forma parte de la evaluación necesaria para seleccionar la ozonización como tratamiento avanzado.
Combinación con otros procesos de oxidación avanzada
Los procesos de oxidación avanzada (POAs) son aquellos procesos de oxidación que implican la generación de radicales hidroxilo en cantidad suficiente para interaccionar con los compuestos orgánicos del medio.
Estos métodos utilizan la elevada capacidad oxidante de los radicales OH? y se diferencian entre sí en la forma en la que generan dichos radicales.
La combinación UV-C y peróxido de hidrógeno genera radicales hidroxilo altamente reactivos capaces de degradar compuestos orgánicos recalcitrantes presentes en concentraciones traza.
Este proceso resulta especialmente eficaz para:
- Pesticidas persistentes.
- Fármacos.
- Compuestos aromáticos halogenados.
Además reduce la carga orgánica disuelta que podría interferir en los procesos de adsorción final.
En un estudio de regeneración de aguas residuales, se obtuvo generalmente mayor eficacia para las combinaciones de ozono con peróxido de hidrógeno y radiación UV que para el ozono como agente oxidante único.
Para los plaguicidas, generalmente la eficacia mejora al adicionar peróxido, excepto para el clorpirifos, y mejora al adicionar conjuntamente peróxido/UV, obteniéndose degradaciones de hasta un 60-70 % para los casos de clorfenvinfos, clorpirifos, metolacloro, prometón y 3,4-dicloroanilina.
Adsorción final para PFAS y contaminantes persistentes
El tratamiento final se realiza mediante carbón activo granular (CAG) u otros medios adsorbentes selectivos.
Esta etapa permite eliminar contaminantes resistentes a la oxidación, especialmente:
- PFOS.
- PFOA.
- PFHxS.
- Otros PFAS de cadena larga.
La adsorción actúa como etapa de pulido final, asegurando reducciones elevadas de microcontaminantes antes de la descarga al medio receptor.
Como conclusiones generales, ozonización y CAP o CAG, seguidos de filtración sobre arena, o con ultrafiltración cuando se aplique CAP de pequeño tamaño de partícula, son herramientas útiles para eliminar CPE del agua depurada.
Comparación entre ozono, cloro y radiación ultravioleta
Cloro
El cloro (CL), destaca especialmente por su capacidad oxidante. Junto a los productos que derivan de él (NaCIO, CIO2, Ca(CIO)2), supone la forma de desinfección más habitual.
Aunque, a pesar de su gran poder desinfectante, presenta una contrapartida, el agua tratada muestra un sabor y olor residual.
La reacción que produce el cloro con la materia orgánica, ocasiona trihalometanos, los cuales, pueden resultar en ocasiones tóxicos y cancerígenos.
El inconveniente principal de la aplicación de oxidantes convencionales como el cloro en los tratamientos de regeneración es la posible formación de compuestos organohalogenados potencialmente cancerígenos.
Radiación ultravioleta
Una alternativa en materia de desinfección es la radiación UV. Esta tecnología es altamente efectiva ante bacterias, protozoos y virus.
Un aspecto positivo es que el uso de este sistema, no acarrea la formación nuevos compuestos.
La contrapartida es que, en el caso de hallarse partículas en suspensión, éstas, obstaculizan el paso de la radiación UV.
Por esta razón, este sistema de desinfección es ideal instalarlo en las etapas finales, ya que la presencia de estas partículas es casi nula.
Ozono
El ozono supone una tecnología eficaz para la desinfección y la oxidación avanzada. Esto se debe a que logra la desinfección mediante la destrucción de la bacteria por el elevado poder oxidante que presenta.
La desinfección mediante ozono no se limita a dañar la pared celular. También procede contra los ácidos nucléicos ADN y ARN que conforman el microorganismo.
Esto causa la despolimerización, algo esencial para la eliminación de todo virus. Su mayor ventaja es la incapacidad de los organismos para inmunizarse frente al ozono.
| Tecnología | Aportación principal | Limitación señalada |
|---|---|---|
| Cloro | Desinfección habitual y capacidad oxidante | Olor y sabor residual; posible formación de trihalometanos |
| Radiación UV | Alta efectividad ante bacterias, protozoos y virus | Las partículas en suspensión obstaculizan el paso de la radiación |
| Ozono | Desinfección, oxidación de materia orgánica y degradación de microcontaminantes | Debe generarse en el lugar de aplicación y requiere controlar los productos de oxidación |
Reutilización del agua tratada
La reutilización de aguas residuales suele tener por objeto una sostenibilidad continuada de agua para el abastecimiento de usos no potables como el riego agrícola, el de campos de golf o la recarga de acuíferos.
El origen, tanto urbano como ganadero, de las aguas residuales aporta al vertido carga orgánica y valores minerales que, en ocasiones, funcionará como fertilizante, pero en otras, su nivel de toxicidad podrá llegar a limitar su reutilización.
El constante incremento de la población en determinadas áreas, ocasiona un incremento en la demanda urbana de agua, disminuyendo el recurso hídrico para la actividad agraria.
Por tanto, con el tratamiento efectivo de las aguas residuales, se consiguen principalmente dos objetivos:
- Se evita el vertido de una carga contaminante en el medio ambiente.
- Se recupera un recurso valioso, permitiendo el desarrollo agrícola.
La reutilización agrícola del agua residual mediante la depuración terciaria con Ozono ha demostrado ser el mejor sistema para evitar contaminar con microorganismos de origen humano y animal susceptibles de provocar infecciones transmisibles (E. coli, salmonella, staphylococos, enterovirus, adenovirus, hongos, levadoras, amebas…), en especial en el caso del riego de hortalizas de consumo en crudo.
Utilizando Ozono y un control efectivo de la alta calidad del efluente, la comunidad de regantes puede sentirse totalmente segura de utilizar esas aguas con todas las garantías de salubridad.
Ozonización y microorganismos
El ozono tiene un gran poder de desinfección. A través de la oxidación, descompone la pared celular, lo cual, permite la destrucción de la célula.
La adición del ozono en el agua y aire, tiene como resultado el mismo efecto desinfectante. La desinfección mediante ozono no se limita a dañar la pared celular.
También procede contra los ácidos nucléicos ADN y ARN que conforman el microorganismo. Esto causa la despolimerización, algo esencial para la eliminación de todo virus.
El ozono es un potente desinfectante y oxidante muy utilizado en tratamientos de potabilización. Además, se ha comprobado su eficacia en la eliminación de materia orgánica y sustancias orgánicas de carácter peligroso.
Aplicaciones del ozono en el aire
Es habitual asociar el ozono en estado gaseoso al tratamiento de aire. Es un referente en eliminación de olores y aumento de la calidad del aire.
Por sus propiedades, el ozono es idóneo para eliminar olores, sulfuro de hidrógeno, compuestos orgánicos volátiles, entre otras sustancias.
El átomo adicional del ozono es un radical libre. Produce una reacción con los compuestos orgánicos volátiles que logra neutralizar tanto olores como determinados gases y los devuelve en forma de oxígeno.
Además elimina los microorganismos presentes, sin aminorar el flujo de aire.
En niveles elevados, el ozono puede suponer un riesgo potencial para la salud, por ello, debe emplearse en ausencia de personas.
Ventajas y limitaciones de la ozonización en una EDAR
Ventajas
- Permite realizar la desinfección mediante oxidación.
- Puede mejorar la biodegradabilidad de determinados compuestos antes del reactor biológico.
- Incrementa el nivel de oxígeno presente en el reactor.
- Puede reducir contaminantes emergentes, incluidos pesticidas y derivados farmacéuticos.
- Puede aplicarse en el tratamiento terciario y cuaternario.
- Se genera en el propio lugar de aplicación.
- Permite reducir la necesidad de almacenar y transportar productos químicos.
- Puede combinarse con filtración, carbón activo, peróxido de hidrógeno y radiación UV.
Limitaciones y precauciones
- La molécula de ozono es inestable y debe generarse en el propio lugar donde va a ser aplicada.
- Las cantidades requeridas y los tiempos de contacto dependen de la composición del agua residual.
- Cuando el agua depurada contiene más de 0,1 mg/L de bromuro, pueden generarse contenidos indeseables de bromatos.
- La ozonización puede requerir filtración posterior para eliminar sólidos residuales, subproductos de oxidación y materia orgánica particulada.
- Los rendimientos de eliminación dependen de las concentraciones de partida.
- La aplicación implica una inversión económica en instalaciones de tratamiento y mantenimiento.
- El incremento energético de los tratamientos cuaternarios debe considerarse en la operación global de la EDAR.
- En niveles elevados, el ozono puede suponer un riesgo potencial para la salud.
Control de la calidad del agua residual y del efluente
Para que el tratamiento resulte eficaz, deberá conocerse antes la composición de los elementos químicos y biológicos que contiene el agua residual a tratar, algo que proporcionará la información necesaria para el diseño de una planta de tratamiento eficaz, determinándose con diversas mediciones físicas, químicas y biológicas.
Las mediciones más comunes son la determinación del contenido de sólidos en suspensión total (SST), la demanda biológica de oxígeno a los cinco días (DBO5), la demanda química de oxígeno (DQO) y la determinación del pH.
DBO5 (Demanda Biológica o bioquímica de Oxígeno): es la cantidad de oxígeno empleado por los microorganismos a lo largo de un periodo de 5 días para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales a una temperatura de 20º C.
DQO (Demanda Química de Oxígeno): es la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica por medio de dicromato en una solución ácida y convertirla en dióxido de carbono y agua.
El valor de la DQO es siempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse química pero no biológicamente.
Mientras que la DBO5 se emplea habitualmente para comprobar la carga orgánica de las aguas residuales municipales e industriales biodegradables, tanto las tratadas como las no tratadas, la DQO se usa para comprobar la carga orgánica de aguas residuales que, o bien no son biodegradables o bien contienen compuestos que inhiben la actividad de los microorganismos.
El pH mide la acidez o basicidad de una muestra de aguas residuales.
El grado de depuración e incluso la elección del punto de vertido, vendrán determinados por la planificación que se realice a nivel regional o de cuenca.
Ubicación de la ozonización según el objetivo
| Ubicación | Objetivo principal | Resultado esperado |
|---|---|---|
| Antes del reactor biológico | Preoxidación del influente | Mejora de la biodegradabilidad y de la relación DQO/DBO5 |
| En el reactor biológico | Incremento del oxígeno y oxidación biológica | Mejora de las condiciones de la biomasa |
| Línea de fangos | Oxidación y solubilización de sustancias | Reducción global del fango y mejora de su gestión |
| Después de la decantación secundaria | Desinfección y oxidación avanzada | Tratamiento terciario o cuaternario |
| Antes de filtración o carbón activo | Transformación de microcontaminantes | Pulido final y control de contaminantes persistentes |
La ozonización como tratamiento secundario en una EDAR debe entenderse, por tanto, como una tecnología complementaria al proceso biológico. Su aplicación antes del reactor puede mejorar la biodegradabilidad y las condiciones de oxidación; su aplicación en la línea de fangos puede modificar la materia orgánica y las características del fango; y su instalación después de la decantación secundaria puede proporcionar desinfección y eliminación avanzada de contaminantes emergentes.
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