Depuración de aguas residuales – 2/7: Características de las aguas residuales urbanas

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José Luis Ríos Aragüez >

Hemos de diferenciar entre características físicas, químicas y biológicas.

2.1.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Vamos a considerar las siguientes: color, olor, temperatura, conductividad y sólidos.

2.1.1.– Color: varía en función del tiempo que transcurre desde que se genera hasta que llega al lugar de tratamiento o vertido (sin tratamiento) al medio receptor. Varía entre el tono beige claro (recién producida), a grisácea en función de las condiciones de septicidad que se dan en ellas (reducción o desaparición del oxígeno en el agua residual).

Cuando se producen vertidos de industrias específicas se produce la coloración de las mismas según las sustancias que se le agregan al agua. Caso por ejemplo de:
– el vertido de la sangre en aguas de provenientes de un matadero sin tratamiento alguno.
– Vertido de pinturas provenientes de talleres o fábricas:

El color es el primer elemento que vamos a percibir al observar el agua residual; el operador de una EDAR detecta de inmediato si el color es el habitual o tiene, ligeras o acusadas, variaciones.

2.1.2.-Olor: el agua residual “normal” no presenta olores, se producirán si la distancia entre el lugar de generación y el de tratamiento o vertido (sin tratamiento) es elevada, provocándose la disminución de oxígeno en el agua que da lugar a olores más o menos intensos.

Los vertidos del alperujo producido en las almazaras confieren al agua un olor a aceituna/aceite (además de un color marrón oscuro característico).

Los vertidos de gasoil/fueloil son muy intensos y en seguida dan el “tufo”.

Es la característica que, después del color, nos va a producir señales de “alarma” de que algo ha acompañado o está acompañando a las aguas residuales.

2.1.3.– Temperatura: es un parámetro muy importante, pues valores muy bajos (inferiores a 12º C) o altos (superiores a 20º C) producirá interferencia en el proceso de tratamiento. El aumento de la temperatura del agua residual respecto a la temperatura ambiente viene como consecuencia del uso de los calentadores domésticos calderas, que le confieren al agua varios grados más. También algunas industrias contribuyen por sus procesos productivos a elevar la temperatura.

En la provincia de Málaga, en los municipios del interior, la temperatura media del agua residual de entrada en las EDAR está en:
Invierno: en el entorno de los 11-13º C
Verano: en el entorno de los 22-25 ºC
Se duplica entre ambas estaciones.

Las ordenanzas de vertido municipales suelen limitar el valor de la temperatura del agua residual descargada a la red de saneamiento en el entorno de los 30º C.

2.1.4.– Conductividad: si bien algunos autores no la reseñan, si tiene una gran importancia su control en la explotación de una EDAR, pues nos estará indicando la presencia de sales disuelta, impurezas, que en la mayoría de los municipios interiores de la Provincia de Málaga provienen de descargas/vertidos de las actividades agroalimentarias. Si se pretende reutilizar el agua tratada para riego agrícola es fundamental su control, a fin de no superar determinados valores.

Las ordenanzas municipales, de aquellos municipios que la poseen, suelen limitar el vertido a las redes de saneamiento a valores en el entorno de los 3.500 micro-siemens/cm.

2.1.5.– Sólidos: como hemos señalado anteriormente, es uno de los parámetros que limita la Directiva, en concreto nos señala los sólidos en suspensión, por tanto será un parámetro fundamental en el control de los vertidos.

De forma general se acepta, que todo lo que acompaña al agua residual y que no es agua son sólidos. Estos sólidos pues, representan el contenido de las sustancias que contiene el agua residual.

Los sólidos se nos presentan de varias formas en el agua:
Como materia sólida flotando: fragmentos de papel, cartón, plástico, madera, heces, etc., que serán retiradas de las aguas y no se cuantificarán.
Sólidos en suspensión: son partículas que tienen un tamaño superior a 0,45 micras, que no pasarán por un filtro de 0,45 micras de poro. Por ejemplo: arena, limo, arcilla, diferentes microorganismos, etc.
Sólidos disueltos: aquellos que pasarán a través del filtro.

En los sólidos en suspensión, se distingue según que sedimenten o no las partículas, pasado un tiempo determinado, entre:
sólidos en suspensión sedimentables: aquellas que por su peso sedimentarán en un tiempo determinado y se separarán del agua.
sólidos en suspensión no sedimentables: aquellos que no sedimentarán, bien por su peso (próximo al del agua), o bien por estar en forma coloidal.

Los Sólidos en Suspensión son la suma de los Sólidos Sedimentables y No Sedimentables.

Denominaremos Sólidos Totales a la suma de los Sólidos en suspensión y los Sólidos Disueltos presentes en las muestras analizadas del agua residual objeto de estudio. Se expresa en mg/l.

A los sólidos también los podemos clasificar de otra diferente, atendiendo exclusivamente a la naturaleza química de los mismos como sólidos orgánicos o volátiles y sólidos inorgánicos o fijos.

El resultado de la caracterización de los sólidos totales, será el mismo utilizando la vía de la naturaleza o por la forma de los sólidos en suspensión y disueltos que están presentes en el agua residual.

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2.2.- CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL AGUA RESIDUAL

Distinguiremos entre los compuestos orgánicos, inorgánicos y los gases presentes en el agua residual-

2.2.1.– MATERIA ORGÁNICA

Solemos denominar química orgánica a la de los compuestos carbonados; los alimentos están constituidos fundamentalmente por compuestos de carbono tales como: carbohidratos, proteínas, grasas. Sabemos que los organismos vivos realizan la “digestión” y asimilación de los alimentos a través del conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en él, proceso que denominamos metabolismo.

De las sustancias que están presentes en las aguas residuales, los compuestos orgánicos son los de mayor importancia. Para medir de forma general el contenido de materia orgánica presente en un agua residual se utilizan los siguientes parámetros habitualmente:
– La Demanda Bioquímica de Oxígeno a los 5 días (DBO5)
– La Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Está comprobado que la contaminación del agua por materia orgánica produce la caída de la concentración del oxígeno disuelto en ella, ejemplo típico de lo que ocurre en un río aguas abajo del punto de vertido.

Con oxígeno disuelto en el agua residual, los microorganismos presentes podrán consumirlo parcial o totalmente, al metabolizar toda la materia orgánica, o una parte. Si la materia orgánica presente es oxidada por los organismos (biológicamente) decimos que es biodegradable, pero la que no es oxidada la denominamos materia orgánica no biodegradable (no asimilable). Es pues fácil de entender que, en general, serán compuestos orgánicos más fácilmente biodegradables para los microorganismos los:
– que tengan un bajo peso molecular que los de mayor peso molecular
– compuestos naturales que los sintéticos
– compuestos “más simples” que los “complejos”.

2.2.1.1.- DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO a los 5 días (DBO5)

Nos indica la materia orgánica biodegradable presente en una muestra de agua residual (vía biológica).

Se obtiene por la diferencia de la concentración de oxígeno disuelto en un agua después de ser incubada la muestra durante un periodo de cinco días, en unas condiciones específicas: a 20º C, en la oscuridad y con un pH neutro.

Representa el oxígeno consumido por los microorganismos presentes en el agua residual al degradar los compuestos del carbono (materia orgánica carbonácea), pero no por los compuestos nitrogenados (que comienzan a ser degradados más tarde por bacterias específicas).

Se expresa en mg de O2/l o en ppm (1 ppm. = 1 mg/l)

Como se ha indicado anteriormente la Directiva 91/271/CEE limita el valor de la DBO5 en los vertidos a 25 mg O2/l.

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La imagen, que he retocado de la fuente señalada, nos muestra como la DBO5 debido a los compuestos del carbono no representa la totalidad del consumo de oxígeno que realizan el conjunto de los microorganismos presentes en un agua residual, sólo la de los microorganismos denominados heterótrofos. Pues la eliminación del nitrógeno precisa de la acción de los microorganismos autótrofo, que consumen una determinada cantidad de oxígeno pero comienzan a actuar con posterioridad al tiempo de medida de la DBO5.

2.2.1.2.- DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO: DQO

Representa la cantidad de oxígeno consumido al oxidar químicamente las sustancias orgánicas y algunas inorgánicas (biodegradables y no biodegradables) que están presentes en el agua residual, sin intervención de los microorganismos (vía química). El ensayo se realiza con una sustancia fuertemente oxidante como es el dicromato potásico en caliente.

Es un parámetro mucho más rápido de obtener que la DBO5, a lo sumo en dos se tiene su valor. Obteniéndose así el consumo de oxígeno tanto por la materia orgánica biodegradable y no biodegradable en el agua residual.

Se expresa en mg de O2/l o en p.p.m. (1 ppm. = 1 mg/l)

Como se ha indicado anteriormente la Directiva 91/271/CEE limita el valor de la DQO en los vertidos a 125 mg O2/l .

2.2.1.3.- BIODEGRADABILIDAD

A la relación entre la DBO5 y la DQO se le denomina Biodegradabilidad de las aguas residuales. Nos da una idea de la posible naturaleza de los compuestos presentes, es decir, de que las sustancias que van en el agua residual sean más o menos asimiladas por los microorganismos y en consecuencia con un posible origen más de tipo doméstico que de tipo industrial:

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Hay que hacer constar que en algunas Confederaciones Hidrográficas, al emitir la autorización de vertido, señalan otros parámetros de vertido a controlar, con sus correspondientes valores máximos, como: detergentes y aceites y grasas.

2.2.2.– MATERIA INORGÁNICA

Los parámetros de mayor importancia a tener en cuenta en depuración de aguas residuales son: pH, nutrientes (nitrógeno y fósforo), y gases. Como hemos indicado anteriormente, la normativa sólo nos obliga a controlar el nitrógeno y el fósforo en instalaciones de tratamiento superiores a 10.000 h-e o si la zona es o no sensible.

Algunas Confederaciones Hidrográficas, al emitir la autorización de vertido, señalan valores máximos de parámetros como el pH.

2.2.2.1.- pH

Sabemos que valores de pH:
– superiores a siete indican un agua con carácter BÁSICO
– inferiores a siete carácter ÁCIDO

Los valores recomendables del pH para no interferir en los procesos biológicos de depuración son entre 6,5 y 8,5.

Es muy importante poder disponer de pHmetro de medida en continuo en la zona de entrada del agua residual a la depuradora, que nos advierta de la presencia de sustancias con pH perjudiciales para nuestros procesos, provocados por vertidos de actividades industriales.

En las EDAR de los municipios del interior de la provincia de Málaga el pH de entrada se encuentra en 7,8. Sólo con episodios de vertidos industriales se alteran estos valores.

2.2.2.2.- NITRÓGENO

La Directiva 91/271/CEE distingue en las aguas residuales el nitrógeno presente en varias formas: como ión amonio (NH 4), mayoritariamente, y nitrógeno orgánico (N-orgánico), formando ambos el nitrógeno total Kjedhal (NTK), y en concentraciones reducidas en forma de nitritos (NO2-) y nitratos (NO3-). Todas las formas constituyen conjuntamente el Nitrógeno Total (N).

Las formas oxidadas son los nitritos y nitratos, y las formas no oxidadas el nitrógeno amoniacal y el orgánico.

Su concentración se expresa en mg / l.

El nitrógeno total está limitado en los vertidos de zonas sensibles para no superar:
– 10 mg/l en las aglomeraciones urbanas superiores a 100.000 h-e
– 15 mg/l en aglomeraciones urbanas entre 10.000 y 100.000 h-e

2.2.2.3.- FÓSFORO

Representa el nutriente principal de la eutrofización en los embalses, lagos, y en general en las masas de agua.

Las aguas residuales lo contienen principalmente por los detergentes (domésticos e industriales) y fertilizantes (por la escorrentía de las tierras de cultivo). Los compuestos de fósforo se encuentra en forma de ortofosfato (PO43-), polifosfatos (P2O74-) que se añaden a los detergentes y fósforo orgánico.

La concentración de fósforo total en los vertidos de zonas sensibles está limitado, no pudiéndose superar los valores siguientes:
– 1 mg/l en las aglomeraciones urbanas superiores a 100.000 h-e
– 2 mg/l en aglomeraciones urbanas entre 10.000 y 100.000 h-e

El aumento creciente de la concentración de nitratos y fosfatos en el agua origina una proliferación excesiva de plancton y algas, provocándose una disminución de oxígeno disuelto que pueden llevar a la desaparición de los peces en el medio. Algunos estudios, están señalando la presencia máxima de medusas en las playas a las concentraciones de nutrientes en el mar Mediterráneo.

2.2.3.– GASES

Nos referiremos al oxígeno, el sulfuro de hidrógeno y el metano.

2.2.3.1.- OXÍGENO DISUELTO

El oxígeno disuelto en el agua es imprescindible para la vida, por ello la concentración de oxígeno disuelto es un parámetro muy importante en el control de los vertidos. Los peces requieren una concentración de oxígeno mínima de entre 2 y 3 mg de O2/l.

Sabemos que la solubilidad de un gas en un líquido disminuye al aumentar la temperatura. Como conocimiento general se expresa algunas concentraciones a ciertas temperaturas en el agua.

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La concentración de oxígeno en el aire también varía con la altitud.

El mantenimiento de unos valores del oxígeno disuelto en el tratamiento del agua residual tiene una importancia vital. Dependiendo del tipo de tratamiento secundario instalado, para la depuración, se requerirán unos valores mínimos por encima de 1,5 mg de O2/l como por ejemplo en los fangos activados sin nitrificación y por encima de 2,5 mg/l de O2/l si se realiza la nitrificación.

Si el consumo de oxígeno, por los microorganismos presentes en un agua residual, es superior al que tiene disuelto el agua, su concentración irá disminuyendo hasta agotarse pasado un tiempo.

2.2.3.2.- SULFURO DE HIDROGENO

El sulfuro de hidrógeno (H2S), es una molécula muy parecida a la del agua, pero es un gas tóxico que tiene un olor desagradable muy típico (recuerda a huevos podridos). Se produce por la descomposición bacteriana de algunos compuestos orgánicos o la reducción bacteriana de los sulfatos. La formación de este gas en las redes de alcantarillado supone un grave problema, que ha producido episodios de muerte en algunas ocasiones. Breves exposiciones a concentraciones de 140 mg/m3 origina nauseas y conjuntivitis. Exposiciones a concentraciones superiores a 280 mg/m3 originan pérdida de conciencia, parálisis respiratoria y muerte.

Podemos decir que el olor del H2S no es el principal problema en las redes de alcantarillado, sino la corrosión que se produce por la formación de ácido sulfúrico en la superficie interior de las tuberías de hormigón en las zonas no mojadas por el agua que circula; ataca a los metales.

2.2.3.3.- METANO

Además de por los riesgos a la salud de las personas, la emisiones de metano en una depuradora, como en cualquier otra actividad, contribuyen al efecto invernadero.

Está producido por la acción de las llamadas bacterias metanogénicas que se desarrollan por ejemplo en: las aguas residuales, los vertederos de residuos urbanos, o el estómago de los rumiantes.

Es necesario controlar y/o eliminar las emisiones de CH4 a la atmósfera de las EDAR.

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2.3.- CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

En los parámetros de calidad ambiental fijados por la Directiva 91/271 para los vertidos no figura ninguna referencia a las características microbiológicas del agua residual.

Encontramos algunas referencias a las características microbiológicas de las aguas desde el punto de vista sanitario en:
– La Directiva 75/440 establece que los objetivos de calidad exigidos a las aguas dulces superficiales que sean destinadas a la producción de agua potable, trasponiéndose a la normativa española por la Orden del 11 de mayo de 1988 y por Orden del 15 de octubre de 1990. Estableciendo unos niveles de calidad según el grado de tratamiento que deben recibir para la potabilización: tipo A1, tipo A2, tipo A3. Fijando las concentraciones máximas deseables de coliformes totales y fecales, y de estreptococos fecales.
– La Directiva 76/160 de calidad de las aguas de baño, de 8 de diciembre de 1975, define los requisitos microbiológicos de calidad de las aguas de baño hasta un máximo de 10.000 CT/100 ml; 2.000 CF/100 ml, con ausencia de salmonela y de enterovirus (PFU/10ml).

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El Real Decreto 1620/2007 de 7 de diciembre, régimen jurídico de reutilización de las aguas residuales, señala expresamente a las bacterias y los helmintos como microorganismos con valores máximos admisibles por los efectos negativos en la salud que puede producirnos:

Las bacterias: un gran número de especies de bacterias viven en los intestinos de las personas sanas y se excretan con las heces. Los tipos de bacterias más habitualmente utilizadas como indicadores son: Escherichia coli y Legionella ssp.

Los helmintos: tanto en estado de larva como sus huevos son excretadas, los indicadores son: Taenia saginata, Taenia solium y nematodos intestinales.

En el agua residual urbana existe una amplia variedad de microorganismos, siendo alguno de ellos capaces de producir efectos muy negativos en la salud de los humanos.

Las aguas residuales urbanas poseen un conjunto de microorganismos necesarios para llevar a cabo el proceso de depuración, entre los que se encuentran: las bacterias, protozoos, algas, rotíferos, nemátodos, a veces pequeños crustáceos (caracoles como se observan en ocasiones en los lechos bacterianos) y hongos. Según el sistema de tratamiento biológico y las condiciones de los mismos el desarrollo de unos microorganismos será mayor que otros.

De los microorganismos presentes en las aguas residuales son las bacterias las encargadas de llevar a cabo la depuración al:
– Realizar la descomposición y asimilación de la materia orgánica.
– Mineralizar la materia orgánica, participando en los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, entre otros elementos.

Se pueden clasificar desde distintos puntos de vista:

a) Dependiendo de la fuente de alimentación del carbono se clasifican en:
– Autótrofas: crecen y se desarrollan consumiendo carbono inorgánico (CO2)
>Heterótrofas: para desarrollarse dependen de los compuestos orgánicos.

b) Según sus necesidades de oxígeno son:
– aerobias: necesitar para desarrollar la presencia de oxígeno
– anaerobias: no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno
– facultativas: se adaptan a las dos situaciones anteriores c) Según la forma del cultivo bacteriano:
– en suspensión: el crecimiento bacteriano tiene lugar en suspensión en licor mezcla
– fijo: o de biopelícula, las bacterias se desarrollan fijadas a un medio soporte.

2.4.- COMPOSICIÓN TÍPICA DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS

No existe una caracterización única de las aguas, no hay dos aguas residuales iguales, por ello, a título de ejemplo se puede expresar algunos valores relativamente normales.

En los pequeños y medianos municipios de la provincia de Málaga el rango típico de la composición de las aguas residuales influentes a las EDAR es:

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Este artículo consta de siete partes. Las siguientes irán apareciendo en los próximos días.

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Una respuesta para "Depuración de aguas residuales – 2/7: Características de las aguas residuales urbanas"

  1. Dulce Maria Flores Sanchez   4 - diciembre - 2014 at 6:32

    Esta fea

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