Para
lograr una mayor reducción de los costos operativos durante el tratamiento
primario deberá hacerse lo siguiente:
-
Retirar del
agua la mayor cantidad de desechos que sea posible
durante la etapa primaria, con el fin de evitar costos
operativos más altos durante el tratamiento secundario.
-
Reducir el
agua en el lodo cloacal procesado, porque un menor
contenido de agua puede reducir las necesidades de
bombeo y los costos que implica la disposición de los
desechos.
-
Utilizar
sistemas de velocidad variable en los sopladores de la
cámara de sedimentación aireada.
Tratamiento
secundario
El
tratamiento secundario de las aguas residuales incluye
la purificación biológica del agua. Estos procesos
biológicos son un tipo biológico de crecimiento
suspendido, como el lodo cloacal activado o un tipo de
crecimiento adherido, como los filtros aeróbicos
granulares o los contactores biológicos. Estos últimos,
que generalmente son aplicables a operaciones de plantas
de tamaño medio, consumen menos energía que el lodo
activado. Los costos energéticos relacionados con cada
una de estas opciones obviamente serán el factor
decisivo para la selección final.
El
tratamiento secundario consume mucha más energía que el
primario, por lo que las mejoras en eficiencia pueden
representar ahorros bastante altos en costos. Por
ejemplo, los dispositivos de aireación, como toberas,
difusores o agitadores mecánicos, que proporcionan
oxígeno a los microorganismos y mezclan el lodo de las
aguas residuales, consumen grandes cantidades de
energía.
La opción de dispositivos de agitación deberá
considerarse en forma cuidadosa. Los difusores de
burbujas pequeñas tienden a ser más eficientes en
cuestión de energía que los de burbujas grandes, porque
las burbujas pequeñas transfieren mayor cantidad de
oxígeno. La conversión de los difusores de burbujas
grandes o agitadores en un sistema de burbujas pequeñas,
deberá disminuir al menos en un 25% los costos
energéticos de la aireación del drenaje. Sin embargo,
los difusores de burbujas pequeñas necesitan más
mantenimiento que los de burbujas grandes, para
conservarlos limpios y operando a su máxima eficiencia.
En una planta, el tipo y composición de las aguas
residuales indicará la mejor opción.
Existen otras medidas que pueden tomarse para mejorar la
eficiencia del tratamiento secundario:
-
Instalar
sistemas de control de la aireación.
Estos sistemas optimizan el desempeño del tratamiento
del agua, mediante el control y ajuste de la cantidad de
aire introducido en las cuencas de aguas residuales.
-
Considerar
el uso de una fosa de oxidación,
cuando la planta opere con un sistema de laguna. Los
sistemas de fosa de oxidación se consideran eficientes y
fáciles de operar y no hacen ruido ni crean problemas de
olor. En los sistemas de laguna, a diferencia de los
sistemas de tanques, deberá tenerse cuidado de no
contaminar los acuíferos, los lagos o los ríos.
-
Optimizar el
flujo del agua,
cuando la planta tenga filtros aeróbicos granulares que
requieren que las aguas residuales sean recirculadas a
través del filtro. La recirculación de las aguas
residuales puede reducirse cuando la carga de una planta
es más baja, por ejemplo, durante la noche. Sin embargo,
las tasas de flujo deben ser adecuadas para mantener el
crecimiento de las bacterias.
-
Reducir
el agua en el lodo cloacal secundario,
para minimizar el bombeo y los costos de disposición
final de los desechos.
-
Si se está
considerando el lodo cloacal activado de aireación
prolongada, también deberá evaluarse la opción de
lodo cloacal activado convencional, porque la
aireación prolongada necesita tanques de aireación
cuatro a seis veces más grandes que el sistema
convencional, consumiendo cuatro a seis veces más
energía.
-
Si
existe terreno disponible y el sistema de estanque es
una opción a considerar, es importante hacer notar que
los estanques facultativos y anaeróbicos no consumen
energía, mientras que los estanques aireados necesitan
alrededor de 3 a 6 kWh/m3.
Después
de los tratamientos primario y secundario, los sólidos retirados del agua o del
lodo cloacal por lo general requieren un procesamiento adicional, lo que ofrece
nuevas oportunidades para mejorar la eficiencia. Varios métodos de tratamiento
del lodo cloacal presentan diversas opciones, como la deshidratación, la
digestión, la estabilización, el secado por aire y la incineración, y el
espesamiento. En la deshidratación, los diferentes sistemas como son los filtros
prensa, centrífugas y filtros al vacío representan diferentes costos de energía
y mantenimiento. La planta necesitará evaluar las ventajas y desventajas que
existen entre los costos de energía, operaciones, mantenimiento y disposición
final de los desechos. La incineración, otra opción de procesamiento, puede
reducir considerablemente el volumen en la disposición final del lodo cloacal.
Sin embargo, si se opta por la incineración, deberán adoptarse controles para la
contaminación del aire, con el fin de evitar la degradación de los recursos de
agua, que puede resultar cuando los contaminantes en el aire se depositan en el
agua subterránea que ha subido a la superficie.
Opciones
de desinfección
Cualquier
agua que pasa por los tratamientos primario y secundario
deberá desinfectarse con el fin de proteger la salud
pública. Los tres procesos principales de desinfección
de las aguas residuales son la cloración, la ozonización
y la radiación ultravioleta (UV)
Muchos
sistemas municipales de tratamiento de agua y aguas
residuales en todo el mundo utilizan el método de
desinfección por cloración. Aunque es una opción muy
común, debe hacerse notar que las sustancias químicas
organocloradas que acompañan a este proceso de
desinfección pueden causar problemas de salud pública,
poner en peligro la vida acuática y quedarse en el medio
ambiente durante períodos prolongados. En vista del
interés de balancear los impactos ambientales de la
cloración con la necesidad continua de una desinfección
efectiva, muchas empresas de servicio de agua han
comenzado a seguir otras opciones en cuestión de
desinfección.
La
ozonización y la radiación UV son dos opciones
adicionales de desinfección, que no dan como resultado
el depósito de sustancias químicas residuales en el agua
tratada. Los sistemas de tratamiento por ozonización han
sido utilizados en las operaciones de tratamiento de
agua desde principios del Siglo XX. Fue en la década de
los 70 cuando los ingenieros de diseño en Estados Unidos
comenzaron a utilizar el ozono como una alternativa del
cloro en la desinfección de aguas residuales. Los
sistemas de desinfección por ozono lo producen mediante
la creación de una descarga en corona, similar a los
relámpagos y rayos durante las tormentas eléctricas.
Posteriormente el ozono se mezcla con agua o aguas
residuales para lograr la desinfección deseada.
En el
proceso de radiación UV, los rayos ultravioleta actúan
para desinfectar las aguas residuales desactivando los
organismos patógenos a través de cambios fotoquímicos
inducidos dentro de las células del organismo. La
desinfección UV funciona en forma diferente a la
cloración y la ozonización, en el sentido de que durante
el proceso UV, los patógenos no son destruidos y más
bien pierden su capacidad de reproducción. En un sistema
de desinfección UV de aguas residuales, la acción
natural de este proceso es acelerada mediante la
concentración intensa de rayos ultravioleta.
En general,
en comparación con la ozonización, los sistemas UV son
menos costosos de construir y operar. Los costos de
operación, mantenimiento y energía de los sistemas UV y
de ozonización dependen de la calidad del agua, pero las
comparaciones finales en general favorecen a la
desinfección UV. En el contexto estadounidense, el
proceso UV también tiende a ser menos costoso en
comparación con los costos de un sistema de cloración.
Esto se debe principalmente a los riesgos relacionados
con el manejo del cloro y los costos de los seguros
contra posibles accidentes dentro de las plantas. El
Electric Power Research Institute espera que el proceso
UV sea más aceptado, a medida que las plantas de aguas
residuales se enfrenten a las inquietudes ambientales
relacionadas con el proceso de cloración.
Producción de energía proveniente de
aguas residuales
No
solamente existen muchas posibilidades de reducir el costo de la energía
utilizada en el proceso de tratamiento de aguas residuales, sino que también en
ocasiones las plantas pueden producir energía utilizando los procesos
existentes. Por ejemplo, la opción de digestión anaeróbica para el procesamiento
del lodo cloacal produce metano, que puede quemarse como una fuente de
combustible. La captura del gas de digestor puede producir tanto calor como
electricidad, a través de la cogeneración. Además, la instalación de una turbina
para generar electricidad en la descarga del efluente puede generar energía
hidroeléctrica en ciertas instalaciones. Las plantas con un flujo de 57 millones
de litros (15 millones de galones) por día y una caída vertical de 15 pies
pueden ser candidatas a la generación de energía hidroeléctrica por efluente,
generando aproximadamente 24 kW de energía.
Regeneración y reutilización del agua
El “agua
gris”, es decir, agua residual tratada proveniente de una planta, que no es
potable por muy poco tiene una variedad de aplicaciones. Éstas incluyen la
recarga de acuíferos de aguas subterráneas, suministro para procesos
industriales, riego de algunos cultivos e incluso el aumento de la reserva de
agua potable. Aunque la regeneración del agua gris no cambia la cantidad de agua
utilizada por el cliente, ahorra energía y reduce los costos de tratamiento para
ese uso del agua.
Muchas
veces el agua pura es utilizada en aplicaciones en donde el agua de más bajo
grado puede ser igual de efectiva. En Namibia, desde 1968 los residentes han
utilizado el agua residual tratada para complementar hasta el 30% de la reserva
de agua potable de la ciudad. En Israel, el 70% de las aguas residuales
municipales son tratadas y reutilizadas, principalmente para el riego agrícola
de cultivos no alimenticios. Además, extensas áreas agrícolas alrededor de la
Ciudad de México, Melbourne en Australia y Santiago de Chile y muchas ciudades
chinas, de igual manera son regadas con aguas residuales. En California, desde
mediados de la década de los 90, más de 606 mil millones de litros (160 mil
millones de galones) de agua regenerada son utilizados anualmente para riego,
recarga de aguas subterráneas y procesos industriales.
Es importante hacer
notar que el agua reutilizada debe cumplir con los estándares de calidad para
evitar tanto problemas de salud pública como la contaminación de las aguas
superficiales. Muchos países tienen sus propios criterios y estándares de
calidad para el agua, con base en sus estándares para efluentes o cuerpos de
agua de calidad limitada. Para la reutilización agrícola del agua o para fines
de riego, la Organización Mundial de la Salud ha establecido lineamientos
específicos que definen los límites microbiológicos aceptables para el agua
regenerada.
Recientemente, las autoridades de la ciudad de Austin, Texas, expidieron bonos
municipales para instalar una tubería de agua para el centro de la ciudad,
exclusivamente de agua regenerada. Esta nueva tubería proporcionará a los
usuarios finales una fuente de agua más barata para el riego de jardines y otras
funciones donde no es necesaria el agua potable. Las autoridades de Austin
planean recuperar su inversión rápidamente, al gastar mucho menos en el
suministro de agua potable proveniente de fuentes de agua dulce y reducir
enormemente la demanda en todo su sistema.
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