Bajo la denominación de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas, se agrupan las instalaciones en las que las aguas procedentes de las redes de alcantarillado de las poblaciones o núcleos habitados se someten a tratamiento, con el fin de reducir sus niveles de contaminación hasta cotas aceptables y legales. Normalmente, tras su depuración las aguas son vertidas a cauces públicos o al mar.
El término Estación Depuradora de Aguas Residuales (E.D.A.R.), se puede confundir erróneamente con Estación Depuradoras (E.D.) el cual, a su vez se puede confundir con una Estación de Tratamiento de Agua Potable (E.T.A.P), que comúnmente se llama depuradora. También existen expertos en la meteria que prefieren el término Estación de Tratamiento de Aguas Residuales ( E.T.A.R.), esto viene de la traducción inglesa del término Wastewater Treatment Plant (WWTP). Dada la variedad de nomenclatura existente para designar este tipo de plantas, se ha decidido establecer como término único y correcto Estación depuradora de Aguas Residuales (EDAR) para designar este tipo de instalaciones.
Es importante destacar que una EDAR se debe entender como una fábrica donde llega materia prima (Agua Bruta), y sale un producto (Agua Tratada), y varios subproductos (fangos y gas).
A grandes rasgos, el tratamiento consiste en separar los diversos productos y sustancias de desecho que, bien en suspensión o disolución, arrastran las aguas. Estos productos y sustancias fundamentalmente son: plásticos, grasas, materias orgánicas, metales, arenas, productos químicos, etc. Esto es debido a que, juntamente con los vertidos domésticos, se recogen los variados vertidos de las industrias, que tienen conexión con la red urbana de alcantarillado.
Las instalaciones suelen estar situadas al aire libre y, únicamente cuando se ubican en las proximidades de una población o en su interior, se sitúan bajo techo en edificios de tipo industrial. Es de destacar que el proceso requiere amplias superficies de balsas o depósitos sin cubrir, bien sea en situación elevada o a ras de suelo.
Este tipo de plantas funcionan las 24 horas del día y su proceso está muy automatizado. El personal es reducido en proporción a la magnitud de las instalaciones y sus misiones se reducen a labores de vigilancia, control del funcionamiento, toma de muestras y laboratorio.
El problema de la contaminación del agua es lo suficientemente amplio para ser abordado por técnicos de diferentes disciplinas, sobre todo para lograr que los tratamientos aplicados sean lo más efectivos posibles y supongan un coste mínimo para los ciudadanos.
Hace unos años la mayoría de las aguas residuales eran de origen urbano o doméstico cuya composición no variaba significativamente. En consecuencia los métodos de tratamiento de estas aguas están relativamente normalizados, estos métodos consistían en la construcción de grandes depósitos de hormigón, donde se lleva a cabo una sedimentación o aireación, operación con filtros percoladores, cloración, cribado, etc.
Este problema se ha agravado con la llegada de la industrialización. Como resultado de la gran variedad de procesos industriales, se han comenzado a producir aguas residuales de muy diverso tipo, lo que requiere tratamientos más complejos. El tratamiento de aguas residuales actualmente lleva consigo tantos procesos de tratamiento, equipos y operaciones unitarias, que se hizo evidente que la ingeniería química debería tener una participación prioritaria en la resolución de los problemas de aguas residuales.
De hecho, incluso las aguas residuales municipales actuales ya no son aguas negras como lo eran antes, sino una combinación de aguas domésticas e industriales, por lo tanto los problemas técnicos y económicos que llevan consigo tales tratamientos requiere de la intervención de ingenieros químicos en el diseño y mantenimiento de estas instalaciones.
Se denominan aguas residuales a las aguas que han sido utilizadas en las viviendas, en la industria, en la agricultura y en los servicios, pudiéndose incluir también las que proceden de lluvia y discurren por las calles y espacios libres, por los tejados, patios y azoteas de los edificios.
Cuando un vertido de agua residual sin tratar llega al cauce de un río o al mar produce varios efectos sobre él:
- Tapiza la vegetación de las riberas con residuos sólidos gruesos que lleva el agua residual, tales como plásticos, restos de alimentos, etc.
- Acumulación de sólidos en suspensión sedimentables en fondo y orillas del cauce, tales como arenas y materia orgánica.
- Consumo del oxígeno disuelto que tiene el cauce por descomposición de la materia orgánica y compuestos amoniacales del agua residual.
- Formación de malos olores por agotamiento del oxígeno disuelto del cauce que no es capaz de recuperarse.
- Entrada en el cauce de grandes cantidades de microorganismos entre los que pueden haber elevado número de patógenos. Con el riesgo que esto supone para la salud de los seres vivos que entren en contacto con esta agua.
- Posible aumento de la eutrofización al portar grandes cantidades de fósforo y nitrógeno.
Con la depuración de las aguas residuales se persigue una serie de objetivos:
- Reducir al máximo la contaminación y, por lo tanto, proteger el medio ambiente.
- Mantener la calidad de vida de los individuos.
- Ahorrar energía.
- Aprovechar los residuos obtenidos.
Para poner de manifiesto la importancia del saneamiento y depuración de aguas residuales nos vamos a centrar en Madrid, la capital de España, que cuenta con el mejor sistema de saneamiento de aguas negras, teniendo asegurado prácticamente el tratamiento del 100% de las aguas residuales que produce. Para ello, se cuenta con siete depuradoras principales (una octava está en construcción) y con más de 60 secundarias.
Este sistema de saneamiento cuenta con más de 3000 km de red de alcantarillado, de los cuales, el 40% son visitables. Las aguas urbanas son transportadas a los colectores primarios, y de aquí a las EDAR, para tratar al año 530 millones de m3 de agua, a más de 18 m3 por segundo.
Cualquiera de las siete depuradoras principales de Madrid poseen tres líneas básicas para su funcionamiento: agua, fango y gas, pudiendo disponer, en algunos casos, de una línea complementaria de aire destinada a la eliminación de olores.
En todas estas plantas de tratamiento el proceso de línea de agua comienza por un tratamiento previo de desbaste, desarenado y desengrasado, seguido por el tratamiento primario de decantación. A continuación se realiza el tratamiento secundario, de tipo biológico, por fangos activados en balsas de aireación en las que se inyecta aire por medio de soplantes. Este proceso es seguido por una posterior decantación secundaria y, en caso necesario, ser complementado con un proceso de cloración con el que termina la regeneración del agua residual.
En la línea de fangos se trata el resultado de los decantadores primarios y secundarios, el cual es espesado y sometido a un proceso biológico de digestión anaerobia. A continuación pasa por un proceso de acondicionamiento químico con reactivos y se procede a su secado mecánico. El fango, ya acondicionado y seco, queda preparado para su retirada y posterior compostaje, que permitirá su utilización como abono agrícola.
Durante el proceso de digestión de fangos se produce un gas biológico rico en metano que puede alimentar motogeneradores y producir energía eléctrica. En el año 1996 se produjeron 51 millones de Kwh entre todas las plantas de Madrid
1.3 Partes y Funcionamiento de una Estación depuradoras de aguas residules.
Gestionar una EDAR requiere una serie de conocimientos sobre Química, Física, Mecánica, Informática e Ingeniería, por lo que un buen jefe de planta debe de dominar todos y cada uno de estos temas.
Una depuradora básicamente tiene dos líneas, la línea de agua (que es la más conocida), y la línea de fangos (la menos conocida y la más problemática).
A) Línea de Aguas. Es la parte de la depuradora donde el agua residual se somete a una serie de procesos físicos y biológicos para eliminar la contaminación que lleva.
1) El agua llega a la estación depuradora a través de un sistema de colectores. 2) Unas rejas retienen los sólidos más gruesos.
3) El agua es impulsada a una cota que le permitirá circular por los diferentes elementos de la planta.
4) El pretratamiento termina con el desarenador-desengrasador donde, por procesos mecánicos, sedimentan las arenas y se retiran los flotantes o grasas.
5) Se separan por medios físicos parte de las partículas en suspensión que contiene el agua. El decantador primario no es más que un depósito donde estas partículas sedimentan por la acción de la gravedad, dichas partículas son retiradas y forman lo que se conoce por el nombre de fangos primarios.
En esta etapa y para ayudar a la eliminación de la materia suspendida se puede realizar un tratamiento físico-químico. Éste consiste en añadir una sustancia química, (un floculante), para facilitar que las partículas se junten y se compacten, de esta forma se obtienen partículas más grandes también llamados flóculos.
6) Tratamiento Biológico: Se elimina la carga contaminante restante por medios biológicos ya que determinadas bacterias se alimentan de la materia orgánica, tanto disuelta como en suspensión. Para ello necesitamos un depósito llamado reactor biológico y una aportación de oxígeno.
Sin lugar a dudas este es el proceso más depurativo de todos y donde reside la clave para el buen funcionamiento de una estación depuradora de aguas residuales. También hay que matizar que este proceso no se puede analizar de forma individual, sino que va estrechamente unido al decantador secundario, donde se recirculan parte de las bacterias al reactor para que la concentración de las mismas sea constante.
7) Edificio de soplantes: Desde el edificio de soplantes se aporta el aire al reactor biológico que las bacterias necesitan para poder asimilar la materia orgánica.
8) Decantador Secundario. Por su peso, los sólidos formados en el reactor se depositan en el fondo del decantador secundario y así se separan del agua. El agua ya limpia vuelve a la naturaleza y continúa su ciclo.
Como se ha dicho anteriormente el biorreactor y el decantador secundario constituyen lo que se denomina tratamiento de lodos activos y se estudia de forma conjunta.
B) Línea de Fangos. Los fangos procedentes del tratamiento primario y del tratamiento secundario pasan de ser, en esta línea, de un subproducto inútil a un recurso valioso para aprovechamiento agrícola.
9) Bombeo de fangos primarios. Los fangos decantados en el tratamiento primario son incorporados a la línea de fangos a través del bombeo de fangos primarios. 10) El bombeo de fangos secundarios está en la cabecera de la línea de fangos. 11) Espesador de fangos. El barro procedente de los decantadores es aún prácticamente líquido. El primer paso en su proceso es un espesamiento, que por un lado se traduce en un nuevo decantador: el espesador de fangos primarios por gravedad. Una parte de los lodos procedentes de los decantadores secundarios, retorna a la línea de agua en cabecera del proceso biológico. Así se consigue mantener la concentración de bacterias como se citaba anteriormente. 12) Espesador de fangos por flotación. El resto de los fangos procedentes del tratamiento biológico van a un espesante de fangos secundarios por flotación. Aquí se aumenta la concentración del fango. 13) Digestor anaerobio. Una vez el barro espesado, pasa al digestor anaerobio donde se reduce la materia orgánica presente.
En esta etapa se llevan a cabo dos funciones principales: generación de gas metano y eliminación de los agentes patógenos contenidos en los fangos. Esta etapa es importante porque si no se realiza correctamente y los agentes patógenos permanecer en el fango, éste no podrá ser empleado como abono agrícola y tendremos que pagar por enviar el fango a vertedero o incluso depósitos de seguridad.
14) Tanques de Gas. La digestión anaerobia viene acompañada por una liberación de gas metano que, en el caso de plantas grandes se puede aprovechar como fuente de energía. Este gas se acumula en el gasómetro.
15) Si hay exceso de gas, al no poder liberarlo a la atmósfera, dispondremos de una antorcha que nos permitirá quemarlo.
16) El fango digerido pasa al depósito de almacenamiento de fangos, donde se acumula para alimentar el proceso de deshidratación. 17) En el edificio de deshidratación de fangos, se elimina la máxima parte de agua posible, para hacer el barro menos voluminoso y más económico de transportar. Hay procedimientos diversos: los principales son el filtro banda, filtros prensa o centrífugas. 18) Una vez deshidratados, los fangos pasan a un silo desde donde son enviados a su destino definitivo, agricultura, jardinería, construcción, etc.
