Procesos de depuración de aguas residuales y potables: decantación, filtración y eliminación de nutrientes

1. Parámetros y Sistemas de Decantación y Filtración

Velocidad Ascensional (V.asc)

Representa la velocidad con la que el agua asciende en el depósito de decantación y es crucial para determinar el rendimiento del decantador en la eliminación de partículas.

• Riesgo: Si la V.asc es demasiado alta, las partículas no tienen tiempo para asentarse y son arrastradas por el flujo de salida.
• Relación: $V_{asc} = \frac{Q}{B \cdot L}$

Tiempo de Retención Hidráulica (TRH)

Es el tiempo que permanece un volumen de agua en el depósito de sedimentación.

• Razón: Parámetro que asegura que las partículas tengan el tiempo suficiente para sedimentar antes de salir del depósito.
• Relación: $TRH = \frac{L \cdot B \cdot H}{Q}$ (longitud, ancho, calado).

Tipos de Decantadores y Tecnologías

Accelator

Decantador con recirculación de planta circular y sistema de agitación central. Dispone de tolvas laterales con forma sección circular para concentrar los flóculos.

• Necesidades: $V_{asc} < 4\text{ m/h}$ y $TRH$ de $1-2\text{ h}$.
• Pros: Favorece la floculación. Permite la recirculación y concentración del flóculo.
• Contras: Mayor complejidad de diseño. Requiere un motor de agitación adecuado.

Decantador Lamelar

Utiliza placas laminares para aumentar la superficie de sedimentación.

• Configuraciones: Co-corriente y contra-corriente ($V_{asc} < 2\text{ m/h}$ y $TRH > 0.5\text{ h}$).
• Pros: Mayor superficie de sedimentación y mayor clarificación en sistemas a contra-corriente.
• Contras: En contra-corriente existe riesgo de cortocircuito.

Clasificación de los 6 Tipos de Decantadores

Estático, accelator, lecho de flóculos, lamelares (flotantes), por aumento de peso del flóculo y de flujo horizontal (para sólidos suspendidos $SS < 15$).

Filtración y Lechos Filtrantes

Diferencias entre Filtros Lentos y Rápidos

• Filtros Lentos: Su objetivo es tratar agua con concentraciones muy bajas de sólidos suspendidos ($SS$). Proceso de baja tecnología.
• Filtros Rápidos: El agua atraviesa el lecho filtrante a una velocidad de $4-50\text{ m/h}$.

Características del Lecho Filtrante: Material granular, granulometría del material filtrante, friabilidad, atacabilidad y geometría del lecho.

Formación de Trihalometanos

Se forman por la utilización del cloro para la desinfección del agua. Es el resultado de la reacción del cloro con materia orgánica de origen natural presente en el agua captada.

• Compuestos del cloro: Cloraminas y dióxido de cloro ($ClO_2$).
• Para evitar su formación: Utilizar otros desinfectantes como el ozono (ozonización).

2. Depuración de Aguas Residuales Urbanas (D.A.R.Urb)

Objetivos y Biodegradabilidad

• Objetivos D.A.R. Urb: Proteger los niveles de oxígeno disuelto en el agua y conservar la vida de la flora y la fauna. Evitar vertidos de aguas con materia orgánica que consuman oxígeno en exceso, lo que en casos extremos provocaría la anoxia (muerte del medio) y la emisión de malos olores.
• Biodegradabilidad: La relación $DBO_5/DQO$ indica si el agua es tratable.
  • $> 0.4$ (o $>40$): Muy biodegradable.
  • $< 0.2$ (o $<20$): No tratable biológicamente de forma sencilla.

Pretratamiento y sus Fases

Objetivo: Separar del agua residual la mayor cantidad de materia posible para evitar problemas en los tratamientos posteriores. Incluye obra de llegada, canal de desbaste y desarenador-desengrasador.

1. Obra de llegada: Arqueta de cabecera y colectores (pretratamiento).
2. Separación de grasas y sólidos: Pozo, separador de grasas y arenas (G-A), biv.
3. Bombeo de cabecera: H, gravedad, salida.
4. Desbaste: Separación de flotantes y sólidos suspendidos. Tamizado y coagulación-floculación.
5. Desarenado (DesA): Para sedimentación de arenas.
6. Desengrasado (DesE): Grasas recuperadas en superficie si disminuye la velocidad de decantación.

Teoría de la Sedimentación Aplicada

Basada en la acción de la gravedad y la tendencia a la interacción de las partículas.

Clases de Sedimentación

1. Partículas discretas (DesA-G): Sedimentación independiente, velocidad constante.
2. Partículas floculentas (tratamiento primario): Aumentan de tamaño y velocidad conforme se unen a otras.
3. Zonal o retardada (tratamiento secundario): Mayor concentración, pero se retardan por la interferencia mutua.
4. Por compresión (pozo de fangos en primarios o por gravedad): Las partículas se comprimen y el fango se acumula encima.

Eliminación Biológica de Nitrógeno y Fósforo

Eliminación Biológica de Nitrógeno

Tratamiento del ion amonio presente en las aguas residuales mediante técnicas operativas:

• Nitrificación: $NH_4^+ + O_2 \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO_3^-$. Oxidación realizada por bacterias nitrosomonas. Condiciones: aerobias, edad del fango $> 8$ días, aporte extra de oxígeno.
• Desnitrificación: $NO_3^- \rightarrow N_2 \text{ (gas)}$. Bacterias desnitrificantes devuelven el nitrógeno a la atmósfera. Condiciones: presencia de agua y materia orgánica, nitratos altos, ambiente anóxico (poco oxígeno).

Eliminación de Fósforo

Nutriente causante de la eutrofización.

• Métodos de eliminación: Precipitación química y toma biológica.
• Pros: Preciso, sin salinidad añadida, menor volumen de fangos.
• Condiciones: Control del sustrato biodegradable en zona anaerobia, limitar los nitratos en dicha zona.
• Secuencia de Lodos Activos (AA): Eliminación mediante bacterias acumuladoras de polifosfatos (PAO). Fase anaerobia pequeña con estrés, seguida de fase aerobia donde se produce la toma e incremento del fósforo.

3. Línea de Agua y Línea de Fangos

Pretratamiento

Objetivos: Eliminar gruesos, sólidos, arenas y grasas. No elimina la $DBO$, sólidos suspendidos ($SS$) ni la $DQO$.

Tratamiento Primario (TTo 1º)

Objetivo: Eliminar el $60\%$ de los sólidos suspendidos y el $30\%$ de la $DBO$ asociada.

Tratamiento Secundario (TTo 2º)

Objetivo: Eliminar el resto de la carga contaminante mediante parámetros de reacción basados en síntesis y metabolismo con reactores biológicos y decantación secundaria.

Línea de Fangos (F)

Objetivo: eliminar el volumen de fangos hasta su deshidratación, estabilización y disminución de los sólidos suspendidos volátiles ($SSV$). Composición típica: $22\%$ de materia seca y $78\%$ de agua.