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AGUA Anysabel Chavier GILLEMY COLMENAREZ NOS HABLA DEL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL

lagunas anaeróbias es la opción Efraín Santeliz

El ciclo hidrológico Química ambiental company


Índice • Ciclo Hidrológico • Tratamientos de Aguas Residuales • Lagunas Anaerobias


Ciclo Hidrológico •

El agua natural es el agua que se encuentra en la superficie terrestre sea dulce o salada. Por interacción con la radiación solar parte de la misma experimenta un cambio de estado pasando de agua líquida a agua-vapor la cual pasa a la atmósfera. Este vapor de agua al llegar a cierta altura donde la temperatura es más baja se condensa formando diminutas gotitas, el conjunto de las cuales constituyen las nubes. A lo largo de estos pasos o procesos el agua va experimentando transformaciones. El paso de líquido a vapor y su posterior condensación supone una destilación, y por este procedimiento se obtiene agua destilada.

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Cuando estas gotas se hacen más grandes, aumenta su peso, cayendo sobre la tierra en forma de lluvia o de nieve. Además de este ciclo hidrológico del agua, existe un subciclo biológico el cual hace que se renuevan sobre la tierra anualmente del orden de 6,5x1011Tm de este compuesto.


El agua es una sustancia vital, imprescindible para la vida. Es un compuesto químico muy común al cual concedemos distintos usos; nos hidrata, nos permite diversión cuando practicamos algún deporte acuático y está presente como parte indispensable en la higiene personal que llevamos a cabo en la ducha. El agua cubre tres cuartas partes en la base de la tierra; hay un constante cambio en el ciclo hidrológico y este es finito .El volumen de agua que hay en la tierra es de aproximadamente 1 500 millones de km3. Sin embargo, hay aéreas del planeta donde el recurso es muy escaso.


Del total del agua distribuida en nuestro planeta, cerca de 97% no es utilizable de forma directa para el consumo humano, debido a que se encuentra en los mares y ocĂŠanos; entonces, el porcentaje restante, es decir 3%, seria la reserva utilizable de agua dulce. El ciclo del agua inicia su recorrido en los mares y sube en forma de vapor a la atmosfera; de la atmosfera, regresa a la tierra, y de ahĂ­ a los mares u ocĂŠanos, lo que permite un equilibrio.


Fases que Comprende este Ciclo

Precipitación: Las gotas de agua van aumentando de volumen, y el aire pierde la capacidad de retenerlas y se precipitan en forma de lluvia, nieve o granizo hacia la tierra y océanos. La cantidad de lluvia que se distribuye en la tierra es irregular, como consecuencia de los distintos factores bióticos y abióticos.

Condensación: El vapor de agua se enfría, se condensa en gotas y forma las nubes.

Evaporación: ocurre cuando los diferentes cuerpos de agua se dilatan y da inicio con ello un proceso de evaporación producto de la energía solar, quedando en condiciones de ser transportadas las moléculas de agua vapor de agua alas capas superiores de la atmosfera por la acción del viento.

Transpiración: es elemental recordar que los vegetales ocupan grandes cantidades de agua para llevar acabo sus funciones, y regresan ala atmosfera una parte importante de líquido a través del proceso de transpiración, que regula la temperatura en los organismos y en las plantas como transportes de nutrimentos. El agua almacenada en las plantas se difunde por medio de sus membranas y entra ala atmosfera como vapor de agua.


Tipos de Instrumentos para Medir el Agua

El Pluviómetro es un instrumento que se emplea en las estaciones meteorológicas para la recogida y medición de la precipitación.

•La Veleta es un dispositivo giratorio que consta de una placa que gira libremente, un señalador que indica la dirección del viento y una cruz horizontal que indica los puntos cardinales.

Un Barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera


TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUALES •

Llamamos aguas residuales a las aguas que resultan después de haber sido utilizadas en nuestros domicilios, en las fábricas, en actividades ganaderas, etc. Las aguas residuales aparecen sucias y contaminadas: llevan grasas, detergentes, materia orgánica, residuos de la industria y de los ganados, herbicidas y plaguicidas… y en ocasiones algunas sustancias muy tóxicas. Estas aguas residuales, antes de volver a la naturaleza, deben ser depuradas. Para ello se conducen a las plantas o estaciones depuradoras, donde se realiza el tratamiento mas adecuado para devolver el agua a la naturaleza en las mejores condiciones posibles. Todavía existen muchos pueblos y ciudades de nuestro país que vierten sus aguas residuales directamente a los ríos, sin depurarlas. Esta conducta ha provocado que la mayoría de los seres vivos que vivían en esos ríos hayan desaparecido.


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Las aguas residuales que llegan a la E.D.A.R. permanecen entre 24 y 48 horas y reciben el siguiente tratamiento

1º. FASE DE PRETRATAMIENTO. Se eliminan los residuos de mayor tamaño, las grasas flotantes y las arenas y sólidos de mayor grosor.

2º.- TRATAMIENTO PRIMARIO. Se deja reposar el agua en grandes estanques (decantadores). En la superficie se acumulan los residuos flotantes y en el fondo los más pesados (fangos). Todos ellos serán retirados de forma automática.

3º.-TRATAMIENTO SECUNDARIO. El agua, siguiendo su camino, pasa a unas grandes balsas pobladas por millones de diferentes tipos de bacterias (un tipo de seres vivos). Las bacterias se alimentan de los restos orgánicos que aún llevan las aguas residuales. Durante este proceso las aguas son removidas constantemente por unas potentes "batidoras" para que las bacterias dispongan de la mayor cantidad posible de oxígeno. Después, las aguas pasan a otros estanques decantadores donde se siguen retirando los lodos que aún permanecen en el agua. Finalmente, el agua es devuelta de nuevo a su curso natural, el río, o bien se canaliza para otros usos.

4º.- TRATAMIENTO DE FANGOS. Todos los fangos retirados de los decantadores pasan a otra instalación (digestor) donde son tratados antes de ser almacenados o destinados a otros usos. En esta fase se produce gas que es utilizado como combustible en la propia instalación (para la calefacción de los edificios o para producir energía eléctrica).


Por su estado físico se puede distinguir: •Fracción suspendida: desbaste, decantación, filtración •Fracción coloidal: precipitación química. •Fracción soluble: oxidación química, tratamientos biológicos, etc. La coloidal y la suspendida se agrupan en el ensayo de materias en suspensión o Sólidos Suspendidos Totales (SS) Sustancias químicas (composición): Las aguas servidas están formadas por un 99% de agua y un 1% de sólidos en suspensión y solución. Estos sólidos pueden clasificarse en orgánicos e inorgánicos. Los sólidos inorgánicos están formados principalmente por nitrógeno, fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc. Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas, ureas, aminas y aminoácidos. Los no nitrogenados son principalmente celulosa, grasas y jabones. La concentración de materiales orgánicos en el agua se determina a través de la DBO5, la cual mide material orgánico carbonáceo principalmente, mientras que la DBO20 mide material orgánico carbonáceo y nitrogenado DBO2. Aniones y cationes inorgánicos y compuestos orgánicos


Características bacteriológicas Una de las razones más importantes para tratar las aguas residuales o servidas es la eliminación de todos los agentes patógenos de origen humano presentes en las excretas con el propósito de cortar el ciclo epidemiológico de transmisión. Estos son, entre otros:

• Coliformes totales Coliformes fecales Salmonellas Virus


Materia en suspensión y materia disuelta • •

A efectos del tratamiento, la gran división es entre materia en suspensión y materia disuelta. La materia en suspensión se separa por tratamientos físicoquímicos, variantes de la sedimentación y filtración. En el caso de la materia suspendida sólida se trata de separaciones sólido - líquido por gravedad o medios filtrantes y, en el caso de la materia aceitosa, se emplea la separación L-L, habitualmente por flotación. La materia disuelta puede ser orgánica, en cuyo caso el método más extendido es su insolubilización como material celular (y se convierte en un caso de separación S-L) o inorgánica, en cuyo caso se deben emplear caros tratamientos físicoquímicos como la ósmosis inversa. Los diferentes métodos de tratamiento atienden al tipo de contaminación: para la materia en suspensión, tanto orgánica como inorgánica, se emplea la sedimentación y la filtración en todas sus variantes. Para la materia disuelta se emplean los tratamientos biológicos (a veces laoxidación química) si es orgánica, o los métodos de membranas, como la ósmosis, si es inorgánica.

Análisis más frecuentes para aguas residuales Determinación de sólidos totales Determinación de la DBO Determinación de la DQO


Lagunas Anaerobias

Las lagunas anaerobias se utilizan normalmente como una primera fase en el tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales con alto contenido en materia orgánica biodegradable. El objetivo fundamental de estas lagunas es la reducción de contenido en sólidos y materia orgánica del agua residual, y no la obtención de un efluente de alta calidad. Por esta razón, las lagunas anaerobias operan en serie con lagunas facultativas y de maduración. Generalmente se utiliza un sistema compuesto por al menos una laguna de cada tipo en serie, para asegurar que el efluente final de la planta depuradora va a poseer una calidad adecuada durante todo el año.


FUNDAMENTOS DE LA DEPURACION EN LAGUNAS ANAEROBIAS Como su nombre indica, en las lagunas anaerobias se produce la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. En estas condiciones, la estabilización tiene lugar mediante las etapas siguientes

Hidrólisis. Este término indica la conversión de compuestos orgánicos complejos e insolubles en otros compuestos más sencillos y solubles en agua. Esta etapa es fundamental para suministrar los compuestos orgánicos necesarios para la estabilización anaerobia en Formación de ácidos. Los forma que puedan ser utilizados compuestos orgánicos sencillos por las bacterias responsables de las dos etapas siguientes. generados en la etapa anterior son utilizados por las Esta etapa la pueden llevar a cabo bacterias generadoras de ácidos. bacterias anaerobias ofacultativas. Hay una gran variedad de Como resultado se produce su conversión en ácidos bacterias capaces de efectuar la orgánicos volátiles, etapa de formación de ácidos, y además esta conversión ocurre fundamentalmente en ácidos con gran rapidez. acético, propiónico y butírico. Dado que estos productos del metabolismo de las bacterias formadoras de ácido o acidogénicas están muy poco estabilizados en relación con los productos de partida, la reducción de DBO5 o DQO en esta etapa es pequeña.


Formación de metano.. se recoge una representación secuencial de la digestión anaerobia de compuestos orgánicos. Una vez que se han formado estos ácidos orgánicos, una nueva categoría de bacterias entra en acción, y los utiliza para convertirlos finalmente en metano y dióxido de carbono. El metano es un gas combustible e inodoro, y el dióxido de carbono es un gas estable, que forma parte en poca cantidad de la composición normal de la atmósfera. La liberación de estos gases es responsable de la aparición de burbujas, que son un síntoma de buen funcionamiento en las lagunas anaerobias. Esta fase de la depuración anaerobia es fundamental para conseguir la eliminación de materia orgánica, ya que los productos finales no contribuyen a la DBO5 o DQO del medio


CONDICIONES OPERATIVAS DE LAS LAGUNAS ANAEROBIAS

mecanismos que ayudan a mantener el ambiente anaerobio necesario para el buen funcionamiento de estas balsas destacan los siguientes: 1. La abundante carga orgánica, presente en esta primera fase del tratamiento, da lugar a que el posible oxígeno introducido en las lagunas con el influente o por reaireación superficial se consuma rápidamente en la zona inmediatamente adyacente a la entrada o a la superficie. 2. En las lagunas anaerobias se produce la reducción de los sulfatos, que entran con el agua residual, a sulfuros. La presencia de sulfuros en el medio disminuye la posibilidad de crecimiento de las algas en dos formas a) La penetración de la luz necesaria para el crecimiento de las algas se ve impedida por la presencia de sulfuros metálicos en suspensión, como el sulfuro de hierro, responsables de la tonalidad gris de las lagunas anaerobias. Estos sulfuros acaban precipitando en el fondo de las lagunas, y provocan la coloración gris oscura o negra que presentan los fangos.

b) Los sulfuros solubles son tóxicos para las algas, de modo que los cortos períodos de residencia, la falta de iluminación y un ambiente de composición química hostil impiden el crecimiento de éstas y en consecuencia, mantienen el medio en condiciones anaerobias.


Profundidad y tamaño

1. Conservación de calor. La superficie expuesta a intercambios de calor con la atmósfera en lagunas profundas y de pequeño tamaño es muy reducida, y además, los taludes de tierra proporcionan un adecuado sistema de aislamiento para prevenir el enfriamiento excesivo del agua durante el invierno. De hecho, en lagunas anaerobias que operan en España, se han registrado temperaturas medias del agua a la salida de estas lagunas tan sólo 1-2º C por debajo del agua residual durante los meses de invierno 2. Disminución en los requerimientos de terreno. Cuando se usan lagunas profundas disminuye la necesidad de superficie a ocupar para alcanzar un determinado nivel de depuración. Las lagunas anaerobias profundas permiten reducir la superficie ocupada total por la planta de lagunaje en un 40-50%


3. Disminución del riesgo de arrastre de sólidos. En el diseño profundo, el fango sedimenta en el fondo de la balsa y es muy poco probable que se produzca su arrastre con la salida, que tiene lugar por superficie. 4. Oxigenación restringida al minimizar la superficie. Por una parte, al ser inferior la superficie la transferencia de oxigeno disminuye. Por otra, la mezcla inducida por la acción del viento es muy escasa, debido al efecto de los taludes y a la imposibilidad de formación de olas. 5. La concentración de sólidos en una zona pequeña favorece la compactación de los fangos. En lagunas anaerobias de gran tamaño y escasa profundidad se produce a menudo la flotación de los fangos, con el consiguiente peligro de arrastre por el efluente (W. H. O., 1987). Sin embargo, en lagunas profundas (profundidad superior a 2,5 m.) el fango se acumula en el fondo, donde se produce su mineralización en condiciones anaerobias.

6. Los costes de mantenimiento son menores en lagunas profundas, ya que el fango se va acumulando durante un periodo de varios años (normalmente de 3-6 años), por lo que sólo es necesario el vaciado de las lagunas después de un tiempo elevado de utilización. De esta forma el diseño profundo no sólo facilita la acumulación de fangos, sino que proporciona un lugar de almacenamiento, donde tiene lugar su mineralización.

8. Dados los mecanismos por los que transcurre la degradación, un tiempo de residencia prolongado y una elevada superficie son contraproducentes, ya que de esta forma se favorece la oxigenación del medio (por reaireación y/o fotosíntesis), que como hemos visto da lugar a problemas en las lagunas anaerobias.


Tiempo

de

retención

Recirculación

Como hemos visto al discutir los mecanismos de la degradación anaerobia, hay que ajustar cuidadosamente el tiempo de retención, de modo que las fases acidogénicas y metanogénicas estén equilibradas y no haya posibilidad de desarrollo de algas en superficie. El tiempo de residencia recomendado en estas lagunas oscila entre 2-5 días, dependiendo de la naturaleza del vertido y del clima del lugar de emplazamiento. Se ha demostrado en numerosos estudios que tiempos de residencia superiores provocan un rápido deterioro de la calidad del efluente Formación de espumas en superficie

La recirculación consiste en tomar una parte del efluente de la laguna e introducirla de nuevo en ésta. El objetivo de esta operación es proporcionar una siembra de microorganismos adaptados a las condiciones de las lagunas anaerobias y conseguir un grado mayor de mezcla. Los estudios realizados en lagunas anaerobias han demostrado que la recirculación tiene un efecto contraproducente, porque la mayor turbulencia da lugar al mantenimiento de sólidos en suspensión, que en ausencia de recirculaciones se incorporan a la capa de fangos. Por otra parte, en lagunas anaerobias que operen correctamente el desprendimiento de burbujas es suficiente para garantizar un nivel adecuado de mezcla

La formación de espumas o costras en superficie es normal en lagunas anaerobias, y según algunos autores beneficiosa porque previene las pérdidas de calor, sobre todo en climas fríos, e impide la liberación de malos olores. En algunos países con climas muy rigurosos en invierno se favorece la formación de costra superficial mediante la colocación de paja o poliestireno (Dietz y col., 1966). El principal inconveniente de estas costras es la posibilidad del desarrollo de insectos, por lo que hay que tener cuidado en eliminarlas durante la parte central del año.

Carga

orgánica

La carga orgánica en lagunas anaerobias suele darse en relación al área superficial o volumen de las lagunas, es decir, como carga superficial o volumétrica. Esta última medida es más significativa para estas lagunas, ya que los fenómenos superficiales no tienen gran interés en la degradación anaerobia. Las cargas volumétricas empleadas normalmente en lagunas pequeñas y profundas están en el intervalo 100-400 g DBO5/m3día, dependiendo de la naturaleza del vertido a tratar


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