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Tratamientos de Agua ResidualesFlecha de título

Es importante la instrumentación de medidas de eficiencia energética en las plantas de tratamiento de aguas residuales, ya que este proceso muchas veces representa del 25 al 50% del presupuesto operativo de una planta. Algunos procesos consumen más energía que otros y deberán recibir una atención más cuidadosa. Por ejemplo, en una planta de tratamiento de lodos activados, la fase biológica representa del 30 al 80% de los costos de energía de la planta.

 

La infiltración de las aguas subterráneas y el agua de lluvia al sistema de captación es otra consideración importante, ya que esta infiltración aumenta el flujo y la carga en las plantas de tratamiento de aguas residuales, sobrecargando el equipo y las bombas. El uso de tuberías y juntas adecuadas en el drenaje- como son los tubos de PVC - disminuye la infiltración, y el uso de una derivación apropiada en la entrada de la planta desvía el flujo excesivo de la estación de bombeo.

 

Tratamiento preliminar y primario

 

El tratamiento preliminar del drenaje doméstico retira físicamente los sólidos a través de procesos como el cribado, bombeo del fluido entrante y separación de sólidos. En el tratamiento primario, los sólidos y materiales flotantes son retirados en tanques de sedimentación.

 

Aunque la mayoría de los procesos de tratamiento primario no consumen mucha energía, existen oportunidades de incrementar la eficiencia. Por ejemplo, algunas veces los desechos en las aguas residuales son triturados en partículas más finas con trituradores, como una alternativa al uso de cribas para eliminarlos del agua. Al usar trituradores, posteriormente se requiere más energía para retirar este material durante la etapa de tratamiento secundario. Una alternativa preferida es la remoción de desechos utilizando una criba.

 

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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