Caracterización del agua residual en una EDAR urbana (I)

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Parámetros a controlar y técnicas instrumentales utilizadas

Manuel Carda Tellols

Las actividades que desarrolla el ser humano provocan un flujo de agua contaminada. El agua contaminada era vertida directamente a cauces receptores (ríos u otros puntos de vertido). Mientras los caudales de aguas residuales fueron pequeños, la capacidad autodepurativa del agua era suficiente para regenerarla y evitar impactos nocivos para el medio ambiente. El caudal de agua residual fue incrementándose y de forma drástica sobre todo a partir de la revolución industrial y la formación de grandes aglomeraciones urbanas.

Durante muchos años, se sobrepasaron los límites de autodepuración causando daños a los cauces receptores. A finales del siglo XX, la creciente sensibilización ambiental de la sociedad hizo que se fijaran límites de vertido. Para cumplir los requisitos de vertido las administraciones públicas y las empresas privadas (cada una en su ámbito) han proyectado y construido Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), instalaciones en las que se da un tratamiento adecuado al agua residual para la reducción de contaminantes.

Los contaminantes presentes en el agua residual varían en función de la actividad en la que se ha utilizado el agua. El agua residual se puede distinguir en función de su origen y composición en agua residual urbana y agua residual industrial. El agua residual urbana tiene origen en los núcleos de población mientras que el agua residual industrial proviene de la industria y contiene contaminantes específicos de las actividades productivas de las industrias que la generan.

Para la caracterización de un agua residual es necesario:

  • Conocer el objetivo para el que se realiza la caracterización
  • Fijar los parámetros (variables) que se van a controlar
  • Determinar la técnica e instrumentación a utilizar para el muestreo y la determinación de los valores de los parámetros a controlar
  • Determinar los puntos de muestreo
  • Establecer un protocolo para la manipulación de las muestras (almacenamiento, codificación, transporte…).

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Objeto de la caracterización del agua residual

Existen varios casos en los que nos podemos encontrar con la necesidad de caracterizar un agua residual:

  • Previamente al diseño de una EDAR: el agua debe ser caracterizada para conocer los contaminantes que lleva (cualitativa y cuantitativamente) para así poder definir los procesos óptimos para su depuración.
  • Durante el funcionamiento de la EDAR: se caracteriza el agua residual a la entrada y a la salida de la instalación para controlar el correcto funcionamiento de la misma y el cumplimiento de la autorización de vertido.
  • Para determinar la posibilidad de reutilizar el agua residual tratada (agua regenerada) en alguna actividad regulada por la legislación vigente (Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas.).

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Parámetros de control

Con el paso del tiempo se ha legislado a todos los niveles (europeo y nacional) sobre la necesidad de depurar las aguas, el tipo de tratamiento y los parámetros a controlar, estableciendo unos determinados límites. Actualmente, en España se encuentra en vigor:

  • Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Aguas
  • Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas
  • Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas (modificado por el Real decreto 2116/1998, de 2 de octubre)

Según este marco normativo, son las Confederaciones Hidrográficas quienes establecen en última instancia los límites de vertido en cada punto de vertido. Todos los vertidos deben estar legalizados, para ello se debe comunicar a la Confederación Hidrográfica correspondiente, que en función del caudal y zona de vertido establece los valores límites autorizados.

parametros fisico-quimicosEjemplo de los valores que se fijan en una autorización de vertido a zona sensible

En el RD 509/1996, se establecen los requisitos para los vertidos procedentes de instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas en que se resumen a continuación:

  • (DBO5) Demanda bioquímica de oxígeno a 5 días (sin nitrificación): Determina la cantidad de oxígeno disuelto en el agua que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica durante un periodo de 5 días.
  • (DQO) Demanda Química de oxígeno. Mide la capacidad oxidante de la muestra. Se corresponde con el potencial consumo de oxígeno debido a la existencia de microorganismos y de compuestos oxidantes.
  • (SS) Sólidos en suspensión: Se determina la cantidad de materia sólida que se encuentra en suspensión.

Y en caso de encontrarse el punto de vertido (o poder afectar) a una zona sensible:

  • (N) Cantidad de Nitrógeno total
  • (P) Cantidad de fósforo total

En el RD 509/1996 se relacionan los métodos de referencia para el seguimiento y evaluación de los resultados (tipo de muestreo, frecuencia mínima de muestreo, etc) así como los métodos de medida de referencia de los parámetros de control.

En la segunda parte del artículo se profundizará en la metodología a seguir para la toma y manipulación de las muestras, con el fin de lograr resultados óptimos.

Para finalizar el presente artículo nos centraremos en las técnicas utilizadas para determinar los parámetros a controlar basadas en los métodos de medida de referencia (establecidos en el RD 509/1996).

luminescent_dissolved_oxygen

Técnicas instrumentales

DBO5: “Muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar. Determinación antes y después de cinco días de incubación a 20 ºC ± 1 ºC, en completa oscuridad. Aplicación de un inhibidor de la nitrificación.” Para la medición del oxígeno disuelto presente en la muestra se utiliza un oxímetro.

  • Existen varios tipos de oxímetros en función del tipo de sonda utilizada: · Tradicionalmente se han utilizado sensores potenciométricos. Este instrumento de medida se basa en el principio de potenciometría. La sonda de oxígeno está formada por dos electrodos y se mide el potencial electroquímico de la muestra con respecto a una muestra de referencia.
  • Actualmente se han desarrollado los sensores ópticos basados en la espectroscopia de luminiscencia. La medición tiene lugar mediante un polímero sensible al oxígeno que es excitado por un diodo electroluminiscente (LED) azul. Tras la excitación, el polímero emite una luz roja. El tiempo transcurrido entre la excitación y la emisión de luz roja corresponde a la concentración de oxígeno disuelto. Otro diodo LED, rojo, se emplea para compensar las variaciones de poca importancia dentro de la celda (Sensor LDO (Luminescent Dissolved Oxygen) – Hach-Lange).

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Funcionamiento del sensor óptico de luminescencia Cuanto más O2 contenga la muestra menor es el tiempo de luminescencia

 

 

DQO: “Muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar. Dicromato potásico.” Para la determinación del potencial oxidante de la muestra se utiliza el reactivo dicromato potásico, compuesto oxidante que acelera artificialmente el proceso de oxidación. Para conocer la cantidad de dicromato potásico que se ha consumido (reducido a ión cromo (III)) se realiza una valoración química usando una disolución de hierro (II). El resultado de esta valoración nos proporcionará por estequiometría la cantidad de dicromato presente en la muestra y por diferencia con el añadido nos dará el dicromato potásico consumido. Aplicando de nuevo la estequimetría de las reacciones de oxidación de la materia por el oxígeno y el dicromato potásico se puede determinar la concentración de oxígeno demandada por la muestra.

SS: En el Real Decreto se citan dos métodos distintos basados compuestos ambos por un tratamiento físico previo y otro tratamiento físico (de cambio de estado del agua) posterior:

  • “Filtración de una muestra representativa a través de una membrana de filtración de 0,45 micras. Secado a 105 ºC y pesaje.
  • Centrifugación de una muestra representativa (durante cinco minutos como mínimo, con una aceleración media de 2.800 a 3.200 g), secado a 105 ºC y pesaje.”

 

N y P: Espectrofotometría de absorción molecular”. Para ello se excitará la muestra y se registrará el espectro de absorción. A partir de estos espectros (midiendo la profundidad del pico del nitrógeno y del fósforo respectivamente) se determinará su concentración en la muestra.

En el caso de querer reutilizar el agua residual tratada, los posibles usos de la misma se regulan (por el RD 1620/2007) principalmente en función de los valores de los siguientes parámetros:

  • Nemátodos Intestinales
  • Escherichia Coli
  • Sólidos en suspensión
  • Turbidez

Al igual que ocurre en el RD 509/1996, el RD 1720/2007 establece los métodos de medida de referencia de los parámetros de control. A continuación se citan los métodos de referencia de los principales parámetros a determinar:

  • Microorganismos (nemátodos intestinales y Escherichi coli): Los métodos de referencia se basan en análisis microbiológicos.
  • Sólidos en suspensión: Gravimetría con filtro de fibra de vidrio”. Se trata de filtrar lamuestra en un filtro de fibra de vidrio y realizar posteriormente una pesada.
  • Turbidez: “Nefelometría”. Técnica basada en la medición de la radiación dispersa, en este caso por las partículas en suspensión que dan un aspecto turbio al agua. Se escoge esta técnica en lugar de la turbidimetría (cuyo principio se basa en la medición de la intensidad de un haz tras atravesar la muestra y debilitarse su intensidad por la presencia de partículas en suspensión) debido a que la primera presenta mayor precisión en el caso de concentraciones pequeñas de sólidos como debe ser el caso en agua regenerada.

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Bibliografía

  • “Ingeniería de Aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización”. Metcalf & Eddy. Mac Graw Hill. (1995)
  • “Características de los vertidos de aguas residuales y su incidencia en los sistemas de saneamiento.” R.Mantecón XXVIII Curso sobre tratamiento de aguas residuales y explotación de estaciones depuradoras. CEDEX (2010)
  • www.chj.es
  • www.hach-lange.es
  • www.hannainst.es

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La segunda parte de este artículo se encuentra aquí.

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