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Tratamiento de aguas residuales es el proceso de eliminación de los contaminantes de las aguas residuales y las aguas residuales del hogar, tanto la escorrentía, doméstico, comercial e institucional. Incluye física, química, y los procesos biológicos para eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos. Su objetivo es producir una corriente de residuos líquidos ambientalmente segura y un residuo sólido adecuado para su eliminación o reutilización. Usando la tecnología avanzada, ahora es posible reutilizar las aguas residuales efluentes de agua potable, aunque Singapur es el único país en implementar esta tecnología en una escala de producción en su producción de NEWater.

Origen de las aguas residuales

Las aguas residuales son generadas por los establecimientos residenciales, institucionales, comerciales e industriales. Incluye líquidos residuos domésticos de los retretes, baños, duchas, cocinas, fregaderos, etc que tirar por los desagües. En muchas áreas, las aguas residuales también incluye los residuos líquidos de la industria y el comercio. La separación y el drenaje de los residuos domésticos en las aguas grises y aguas negras es cada vez más común en el mundo desarrollado, con las aguas grises que se permite utilizar para regar las plantas o de reciclado para los inodoros.

Las aguas residuales pueden incluir las aguas de escorrentía. Los sistemas de alcantarillado capaz de manejar las aguas pluviales se conocen como sistemas de alcantarillado combinado. Este diseño era común que los sistemas de alcantarillado urbano se desarrolló por primera vez, a finales de los 19 y principios del siglo 20:. 119 alcantarillas combinadas requieren instalaciones de tratamiento mucho más grandes y más caros que los drenajes sanitarios. Pesados volúmenes de escorrentía de las tormentas pueden abrumar el sistema de tratamiento de aguas residuales, causando un derrame o desbordamiento. Las alcantarillas sanitarias son mucho más pequeños que las alcantarillas combinadas, y no están diseñados para el transporte de las aguas pluviales. Las copias de seguridad de las aguas negras pueden ocurrir si se permite la infiltración excesiva/entrada en un sistema de alcantarillado sanitario. Las comunidades que han urbanizados en el siglo de mid-20th o temprano lo general han construido sistemas separados para las aguas residuales y pluviales, porque la precipitación causa muy diversos flujos, lo que reduce la eficiencia de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Como la lluvia viaja a los tejados y la tierra, puede recoger varios contaminantes incluyendo partículas del suelo y otros sedimentos, metales pesados, compuestos orgánicos, desechos animales, y de aceite y grasa. Algunas jurisdicciones requieren que las aguas pluviales para recibir algún tipo de tratamiento antes de ser vertidas directamente en las vías fluviales. Ejemplos de procesos de tratamiento utilizados para las aguas pluviales incluyen depósitos de retención, los humedales, las bóvedas enterradas con varios tipos de filtros de medios y separadores de vórtice.

Introducción al proceso

Las aguas residuales pueden ser tratados cerca de donde se crea, un sistema descentralizado, o ser recogidos y transportados por una red de tuberías y estaciones de bombeo a una planta de tratamiento municipal, un sistema centralizado. Recolección y tratamiento de aguas residuales es típicamente sujetas a regulaciones y estándares locales, estatales y federales. Las fuentes industriales de aguas residuales a menudo requieren procesos de tratamiento especializado.

Tratamiento de aguas residuales generalmente implica tres etapas, llamados tratamiento primario, secundario y terciario.

  • El tratamiento primario consiste en mantener temporalmente las aguas residuales en una cuenca de reposo donde los sólidos pesados se depositan en el fondo mientras que el aceite, la grasa y los sólidos más ligeros flotan en la superficie. Los materiales liquidadas y flotantes se eliminan y el líquido restante pueden ser dados de alta o sometidos a un tratamiento secundario.
  • El tratamiento secundario elimina la materia biológica disuelta y suspendida. El tratamiento secundario se realiza típicamente, transmitidas por el agua microorganismos indígenas en un hábitat gestionado. El tratamiento secundario puede requerir un proceso de separación para eliminar los microorganismos del agua tratada antes de la descarga o el tratamiento terciario.
  • El tratamiento terciario se define a veces como algo más que un tratamiento primario y secundario con el fin de permitir que el rechazo en un ecosistema muy sensible o frágil. El agua tratada a veces se desinfecta químicamente o físicamente antes de ser vertidas a un arroyo, río, bahía, laguna o pantano, o se puede utilizar para el riego de un campo de golf, vía verde o parque. Si es lo suficientemente limpia, sino que también se puede utilizar para la recarga de las aguas subterráneas o con fines agrícolas.

Pretratamiento

El pretratamiento elimina los materiales que se pueden recoger con facilidad de la aguas negras antes de que dañen o obstruir las bombas y líneas de alcantarillado de clarificadores de tratamiento primario.

El agua residual afluente pasa por una criba de barras para eliminar todos los objetos grandes, como latas, trapos, palos, paquetes plásticos etc transportada en la corriente de las aguas residuales. Esto se realiza más comúnmente con una pantalla de barra de rastrillado mecánicamente automatizado en las plantas modernas que sirven grandes poblaciones, mientras que en las plantas más pequeñas o menos moderna, se puede utilizar una pantalla de limpiado manualmente. La acción rastrillo de una pantalla mecánica bar suele paseaba acuerdo a la acumulación en las pantallas de barras y/o la tasa de flujo. Los sólidos se recogen y después desecharse en un vertedero o incinerarse. Bar pantallas o pantallas de malla de diferentes tamaños pueden ser utilizados para optimizar la eliminación de sólidos. Si los sólidos gruesos no se quitan, se vuelven atrapado en las tuberías y las piezas móviles de la planta de tratamiento, y pueden causar daños considerables y la ineficiencia en el proceso:. 9

Desarenado

El pretratamiento puede incluir un canal de arena o gravilla o de la cámara, donde la velocidad de las aguas residuales de entrada se ajusta para permitir el asentamiento de la arena, gravilla, piedras, y el vidrio roto. Estas partículas se eliminan, ya que pueden dañar las bombas y otros equipos. Para los pequeños sistemas de alcantarillado sanitario, los desarenadores puede no ser necesario, pero desarenado es deseable en plantas de mayor tamaño. Cámaras Grit vienen en 3 tipos: desarenadores horizontales, aireados grit cámaras y agitar grit cámaras.

Ecualización de flujo

Clarificadores y tratamiento secundario mecanizado son más eficientes bajo condiciones de flujo uniforme. Tanques de ecualización se pueden utilizar para el almacenamiento temporal de los picos de flujo diurno o sobre mojado. Cuencas proporcionan un lugar para almacenar temporalmente las aguas residuales de entrada durante el mantenimiento de la planta y un medio de dilución y distribución de las descargas por lotes de residuos tóxicos o de alta resistencia que de otro modo podrían inhibir tratamiento secundario biológico. Tanques de ecualización de flujo requieren control de caudal variable, suelen incluir disposiciones para la derivación y la limpieza, y también pueden incluir aireadores. La limpieza puede ser más fácil si la cuenca está aguas abajo de la detección y eliminación de arenillas.

La grasa y la grasa retirada

En algunas plantas más grandes, la grasa y la grasa se eliminan haciendo pasar las aguas residuales a través de un pequeño tanque donde skimmers recoger la grasa que flota en la superficie. Sopladores de aire en la base del tanque también se pueden usar para ayudar a recuperar la grasa como una espuma. Muchas plantas, sin embargo, utilizan clarificadores primarios con skimmers de superficie mecánicos para la eliminación de grasa y la grasa.

Tratamiento primario

En la etapa de sedimentación primaria, las aguas residuales fluye a través de grandes tanques, comúnmente llamadas "cuencas pre-asentamiento", "tanques de sedimentación primaria" o "clarificadores primarios". Los tanques se utilizan para resolver lodos, mientras que la grasa y los aceites suben a la superficie y están separados por raspado. Tanques de sedimentación primaria suelen estar equipados con rascadores accionados mecánicamente que conducen continuamente el lodo recogido hacia una tolva en la base del tanque donde es bombeada a las instalaciones de tratamiento de lodos. :9-11 con grasa y aceite del material flotante a veces pueden ser recuperados para su saponificación.

El tratamiento secundario

El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de los residuos humanos, residuos de alimentos, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales de tratamiento de aguas residuales sedimentadas el licor utilizando procesos biológicos aerobios. Para ser eficaz, la biota requiere oxígeno y alimento para vivir. Las bacterias y protozoos consumen los contaminantes orgánicos solubles biodegradables y se unen a la mayor parte de las fracciones menos solubles en flóculos. Sistemas de tratamiento secundario se clasifican como sistemas de película fija o suspendido-crecimiento.

  • Sistemas de crecimiento adjuntos fijo de película o incluyen filtros percoladores, biotowers, y contactores biológicos rotativos, donde la biomasa crece en los medios de comunicación y las aguas residuales pasa por encima de su superficie. :11-13 El principio de película fija ha desarrollado más en movimiento Reactores cama biofilm, y los procesos de lodos activados fijo Cine integrados. Un sistema MBBR requiere típicamente huella más pequeña que los sistemas de suspensión de crecimiento.
  • Sistemas de suspensión de crecimiento incluyen lodos activados, donde la biomasa se mezcla con las aguas residuales y puede ser operado en un espacio más pequeño que los filtros percoladores que tratan la misma cantidad de agua. Sin embargo, los sistemas de película fija son más capaces de hacer frente a los cambios drásticos en la cantidad de material biológico y puede ofrecer tasas de eliminación más altos por la materia orgánica y sólidos en suspensión que los sistemas de crecimiento suspendido. :11-13

Filtros de desbaste están destinados a tratar las cargas orgánicas particularmente fuertes o variables, típicamente industriales, para que puedan ser tratados a continuación, por los procesos convencionales de tratamiento secundario. Las características incluyen filtros llenos de medio de las aguas residuales a las que se aplica. Están diseñados para permitir la alta carga hidráulica y un alto nivel de aireación. En instalaciones más grandes, el aire es forzado a través de los medios de comunicación que utilizan sopladores. El agua residual resultante es por lo general dentro del rango normal para los procesos de tratamiento convencionales.

Un filtro elimina un pequeño porcentaje de la materia orgánica en suspensión, mientras que la mayoría de la materia orgánica se somete a un cambio de carácter, sólo debido a la oxidación y nitrificación biológica que tiene lugar en el filtro. Con esta oxidación aeróbica y la nitrificación, los sólidos orgánicos son convertidos en masa coagulada suspendido, que es más pesado y más voluminoso, y pueden depositarse en el fondo de un tanque. Por tanto, el efluente del filtro se hace pasar a través de un tanque de sedimentación, llamado un clarificador, tanque de sedimentación secundaria secundaria o tanque de humus.

En general, las plantas de lodos activados abarcan una variedad de mecanismos y procesos que utilizan oxígeno disuelto para promover el crecimiento de flóculos biológica que elimina sustancialmente material orgánico. :12-13

El material en partículas trampas proceso y puede, bajo condiciones ideales, convertir el amoníaco en nitrito y nitrato a gas nitrógeno en última instancia. .

Sistemas de lodos activados pueden ser transformados en los sistemas de lodos granulares aerobios que mejorar los beneficios de lodos activados, como aumento de la retención de biomasa debido a la alta settlability lodos.

Cuencas de superficie gaseosas

Muchos pequeños sistemas de aguas residuales municipales en los Estados Unidos utilizan lagunas aireadas.

La mayoría de los procesos de oxidación biológica para el tratamiento de aguas residuales industriales tienen en común el uso de oxígeno y la acción microbiana. Cuencas de superficie gaseosas alcanzar 80 a 90 por ciento de eliminación de DBO con tiempos de retención de 1 a 10 días. Las cuencas pueden variar en profundidad de 1,5 a 5,0 metros y el uso de aireadores accionados por motor que flotan en la superficie de las aguas residuales.

En un sistema de la cuenca aireado, los aireadores proporcionan dos funciones: que la transferencia de aire en las cuencas requeridos por las reacciones de oxidación biológica, y que proporcionan la mezcla requerida para dispersar el aire y para ponerse en contacto con los reactivos. Típicamente, los aireadores de superficie flotantes son calificados para entregar la cantidad de aire equivalente a 1.8 a 2.7 kg O2/kWh. Sin embargo, no proporcionan una buena mezcla que se consigue normalmente en sistemas de lodos activados y por lo tanto las cuencas de gaseosas no alcanzan el mismo nivel de rendimiento que las unidades de lodos activados.

Procesos de oxidación biológica son sensibles a la temperatura y, entre 0 º C y 40 º C, la tasa de aumento de reacciones biológicas con la temperatura. La mayoría de los barcos con gas superficiales funcionan a entre 4 º C y 32 C.

En las plantas mayores y aquellos que reciben cargas variables, percoladores lechos filtrantes se utilizan cuando el licor de aguas residuales sedimentadas se extiende sobre la superficie de una cama hecha de coque, chips de piedra caliza o medios plásticos especialmente fabricados. Tales medios deben tener grandes áreas de superficie para apoyar las biopelículas que se forman. El licor se distribuye normalmente a través de brazos de pulverización perforadas. Los chorritos de licor distribuidos a través de la cama y se recoge en los desagües en la base. Estos drenajes también proporcionan una fuente de aire que se filtra a través del lecho, manteniéndolo aeróbico. Películas biológicas de las bacterias, protozoos y hongos se forman en las superficies medias y comen o no reducir el contenido orgánico:. 12 Este biofilm es a menudo pastoreados por larvas de insectos, caracoles y gusanos que ayudan a mantener un espesor óptimo. La sobrecarga de camas aumenta el espesor de la película que lleva a la obstrucción de los medios de filtro y la formación de charcos en la superficie. Los recientes avances en los medios de comunicación y proceso de diseño de micro-biología superar muchos problemas con goteo diseños de filtros.

Los humedales artificiales

Los humedales artificiales, como carrizales ingeniería y pertenecen a la familia de phytorestoration y ecotecnologías, que proporcionan un alto grado de mejora biológica y dependiendo del diseño, actúa como un tratamiento primario, secundario y terciario a veces, ver también la fitorremediación. Un ejemplo es un pequeño cañaveral utilizada para limpiar el drenaje del recinto de los elefantes en el zoológico de Chester, en Inglaterra; numerosos CWs se utilizan para reciclar el agua de la ciudad de Honfleur en Francia y muchas otras ciudades en Europa, los EE.UU., Asia y Australia . Ellos son conocidos por ser sistemas muy productivos, ya que copian los humedales naturales, llamados los "riñones de la tierra" por su capacidad de reciclaje fundamental del ciclo hidrológico en la biosfera. Robusto y fiable, sus capacidades de tratamiento mejoran a medida que el tiempo va por, al contrario de las plantas de tratamiento convencionales cuya maquinaria edad con el tiempo. Se están utilizando cada vez más, aunque el diseño adecuado y la experiencia es más fundamental que la de otros sistemas de limitación de espacio y puede impedir su uso.

Suelo biotecnología

Un nuevo proceso llamado suelo bio-tecnología desarrollada en el IIT Bombay ha mostrado grandes mejoras en la eficiencia de los procesos que permiten la reutilización total del agua, debido a los requisitos de potencia extremadamente bajos de operación de menos de 50 joules por kilogramo de agua tratada. Típicamente los sistemas de SBT pueden lograr niveles de demanda química de oxígeno de menos de 10 mg/L de la entrada de aguas residuales de la DQO de 400 mg/L. Plantas SBT exhiben altas reducciones en los valores de COD y los recuentos bacterianos como resultado de las densidades muy altas microbianos disponibles en los medios de comunicación. A diferencia de las plantas de tratamiento convencionales, las plantas SBT producen cantidades insignificantes de lodos, evitando la necesidad de zonas de eliminación de lodos que son requeridos por otras tecnologías.

En el contexto de la India, las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales están en buen estado sistémico debido a 1) los altos costos de operación, 2) equipos de corrosión debido a la producción de metano y sulfuro de hidrógeno, 3) la no reutilización de las aguas tratadas debido a la alta DQO y altos de coliformes fecales, 4) la falta de personal de servicio calificado y 5) los problemas de reemplazo de equipos. Ejemplos de tales fallos sistémicos se ha documentado por la Fundación Sankat Mochan en la cuenca del Ganges después de un esfuerzo masivo de limpieza por el gobierno de la India en el año 1986 mediante la creación de plantas de tratamiento de aguas residuales en el marco del Plan de Acción Ganga logrado mejorar la calidad del agua del río.

Filtros aireados biológicos

Filtrar o Biofiltros aireados biológicos combinan la filtración con reducción biológica de carbono, nitrificación y desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor lleno con un medio de filtro. Los medios de comunicación es ya sea en suspensión o soportado por una capa de grava en el pie del filtro. El doble propósito de este medio es para apoyar la biomasa altamente activo que está conectado a la misma y para filtrar sólidos en suspensión. Reducción de carbono y conversión de amoniaco se produce en el modo aeróbico y ha logrado algún momento en un único reactor mientras que la conversión de nitrato se produce en el modo anóxico. BAF es operado tanto en flujo ascendente o descendente de configuración dependiendo del diseño especificado por el fabricante.

Contactores biológicos rotatorios son sistemas de tratamiento secundario mecánicas, que son robusto y capaz de resistir las sobretensiones en la carga orgánica. Los glóbulos rojos se instalaron por primera vez en Alemania en 1960 y desde entonces se han desarrollado y refinado en una unidad de funcionamiento confiable. Los discos giratorios apoyan el crecimiento de bacterias y microorganismos presentes en las aguas residuales, que se descomponen y estabilizar los contaminantes orgánicos. Para tener éxito, los microorganismos necesitan el oxígeno para vivir y alimento para crecer. El oxígeno se obtiene a partir de la atmósfera como los discos giran. A medida que crecen los microorganismos, que se acumulan en los medios de comunicación hasta que se desprenden debido a las fuerzas de cizalla proporcionados por los discos giratorios en las aguas residuales. El efluente de los glóbulos rojos se hace pasar luego a través de clarificadores finales donde los micro-organismos en suspensión sedimentan como un lodo. El lodo se retira del clarificador para el tratamiento adicional.

Un sistema de filtración biológica funcionalmente similar se ha hecho popular como parte de la filtración del acuario en casa y purificación. El agua del acuario se elabora fuera del tanque y luego en cascada sobre una rueda de malla de fibra corrugado libremente girar antes de pasar a través de un filtro de los medios de comunicación y de nuevo en el acuario. La rueda giratoria malla desarrolla una capa de biofilm de microorganismos que se alimentan de los desechos en suspensión en el agua del acuario, y también están expuestos a la atmósfera cuando la rueda gira. Esto es especialmente bueno en la eliminación de residuos de urea y amoníaco orinado en el agua del acuario de los peces y otros animales.

Biorreactores de membrana

Biorreactores de membrana combinan tratamiento de lodos activados con un proceso de separación líquido-sólido membrana. El componente de la membrana de microfiltración utiliza la presión baja o membranas de ultrafiltración y elimina la necesidad de clarificación y filtración terciaria. Las membranas se sumergen normalmente en el tanque de aireación, sin embargo, algunas aplicaciones utilizan un tanque de membrana separada. Uno de los beneficios clave de un sistema MBR es que efectivamente supera las limitaciones asociadas con una mala decantación de lodos en procesos de lodos activados convencionales. La tecnología permite la operación de biorreactor con una concentración considerablemente más alta de sólidos suspendidos de licor mixto de sistemas de CAS, que están limitados por la sedimentación de lodos. El procedimiento se hace funcionar típicamente a MLSS en el intervalo de 8.000-12.000 mg/L, mientras que CAS son operados en el rango de 2,000-3,000 mg/L. La elevada concentración de biomasa en el proceso de MBR permite muy eficaz para la eliminación de materiales biodegradables tanto solubles y partículas en las tasas de carga más altos. Por lo tanto el aumento de los tiempos de retención de lodos, por lo general superior a 15 días, asegúrese de nitrificación completa, incluso en un clima extremadamente frío.

El costo de la construcción y operación de un MBR es a menudo superior a los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales. Los filtros de membrana pueden ser cegados con grasa o abrasión por arena en suspensión y carecen de la flexibilidad de un clarificador para pasar los flujos máximos. La tecnología se ha convertido cada vez más popular para los flujos de residuos pretratados fiable y se ha ganado una amplia aceptación en la infiltración y entrada han sido controlados, sin embargo, y los costes del ciclo de vida han ido disminuyendo de manera constante. El pequeño tamaño de los sistemas MBR, y la alta calidad de los efluentes producidos, hacen especialmente útil para aplicaciones de reutilización de agua.

Decantación secundaria

El paso final en la etapa de tratamiento secundario es a sedimentar los flóculos biológica o material de filtro a través de un clarificador secundario y para producir agua de aguas residuales que contienen bajos niveles de materia orgánica y la materia en suspensión.

Tratamiento terciario

El propósito de tratamiento terciario es proporcionar una etapa de tratamiento final para mejorar aún más la calidad de los efluentes antes de su descarga al medio receptor. Más de un proceso de tratamiento terciario se puede usar en cualquier planta de tratamiento. Si se practica la desinfección, es siempre el proceso final. También se le llama "el pulido de efluentes."

Filtración

Filtración de arena remueve gran parte de la materia en suspensión residual :22-23 La filtración sobre carbón activado, también llamado adsorción con carbón, elimina las toxinas residuales:. 19.

Lagunaje

Lagunaje proporciona asentamiento y mejora biológica a través del almacenamiento en grandes estanques o lagunas artificiales. Estas lagunas son altamente aeróbico y colonización por macrófitas nativas, especialmente cañas, a menudo se anima. Pequeños invertebrados filtradores como Daphnia y especies de rotíferos de gran ayuda en el tratamiento mediante la eliminación de las partículas finas.

La eliminación de nutrientes

Las aguas residuales pueden contener altos niveles de los nutrientes de nitrógeno y fósforo. La liberación excesiva para el medio ambiente puede conducir a una acumulación de nutrientes, llamado eutrofización, la cual a su vez puede favorecer la proliferación de malas hierbas, algas y cianobacterias. Esto puede provocar un florecimiento de algas, un rápido crecimiento de la población de algas. Los números de las algas son insostenibles y, finalmente, la mayoría de ellos mueren. La descomposición de las algas por bacterias utiliza hasta tanto del oxígeno en el agua que la mayor parte o la totalidad de la matriz de los animales, lo que crea más materia orgánica para las bacterias para descomponer. Además de causar la desoxigenación, algunas especies de algas que producen toxinas que contaminan los suministros de agua potable. Se requieren diferentes procesos de tratamiento para eliminar el nitrógeno y el fósforo.

Eliminación de nitrógeno

La eliminación de nitrógeno se efectúa a través de la oxidación biológica de nitrógeno a partir de amoníaco a nitrato, seguido de desnitrificación, la reducción del nitrato a gas nitrógeno. El gas nitrógeno es liberado a la atmósfera y por lo tanto elimina del agua.

La nitrificación es en sí un proceso aeróbico de dos pasos, cada paso facilitado por un tipo diferente de bacterias. La oxidación del amoníaco a nitrito es lo más a menudo facilitado por Nitrosomonas spp .. La oxidación de nitrito a nitrato, aunque tradicionalmente se cree que ser facilitado por Nitrobacter spp., Ahora se sabe que ser facilitado en el medio ambiente casi exclusivamente por Nitrospira spp.

La desnitrificación requiere condiciones anóxicas para alentar a las comunidades biológicas apropiadas para formar. Esto se ve facilitado por una amplia diversidad de bacterias. Los filtros de arena, lagunaje y cañaverales se pueden usar para reducir el nitrógeno, pero el proceso de lodos activados pueden hacer el trabajo más fácil. :17-18 Desde la desnitrificación es la reducción del nitrato a gas nitroso, se necesita un donante de electrones. Esto puede ser, dependiendo de las aguas residuales, la materia orgánica, sulfuro, o un donante añadido como metanol. El lodo en los tanques anóxicos debe mezclarse bien, por ejemplo mediante el uso de mezcladores sumergibles con el fin de lograr la desnitrificación deseada.

A veces, la conversión de amoníaco tóxico al nitrato solo se conoce como tratamiento terciario.

Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan bombas centrífugas para transferir el licor mezclado nitrificada de la zona de aireación de la zona anóxica de desnitrificación. Estas bombas se denominan bombas de reciclaje licor mixto internos a menudo.

La eliminación del fósforo

Cada persona excreta entre 200 y 1.000 gramos de fósforo al año. Estudios de Estados Unidos en las aguas residuales a finales de 1960 se estima significan contribuciones per cápita de 500 gramos en la orina y las heces, 1.000 gramos en los detergentes sintéticos, y cantidades variables menos utilizadas como productos químicos de control de la corrosión y la escala en el suministro de agua por habitante. Fuente de control a través de formulaciones de detergentes alternativos posteriormente ha reducido la contribución más grande, pero el contenido de la orina y las heces se mantendrá sin cambios. La eliminación del fósforo es importante ya que es un nutriente limitante para el crecimiento de algas en muchos sistemas de agua dulce .. También es especialmente importante para los sistemas de reutilización de agua en altas concentraciones de fósforo puede conducir a la contaminación de los equipos aguas abajo, tales como la ósmosis inversa.

El fósforo se puede eliminar biológicamente en un proceso llamado mejorar la remoción biológica de fósforo. En este proceso, las bacterias específicas, llamadas polifosfato acumulación de organismos, se enriquecen selectivamente y se acumulan grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Cuando la biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, estos biosólidos tienen un alto valor fertilizante.

La eliminación del fósforo también se puede lograr mediante precipitación química, por lo general con sales de hierro, de aluminio, o cal:. 18 Esto puede conducir a una excesiva producción de lodos en forma de hidróxidos precipitados y los productos químicos agregados pueden ser costosos. Eliminación de fósforo química requiere significativamente menor huella de equipos de eliminación biológica, es más fácil de operar y es a menudo más fiable que la eliminación biológica de fósforo. Otro método para la eliminación de fósforo es el uso de laterita granular.

Una vez retirado, el fósforo, en forma de un lodo rico en fosfato, puede ser almacenado en un relleno de tierra o revendido para su uso en fertilizantes.

Desinfección

El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir sustancialmente el número de microorganismos en el agua para ser descargado de nuevo en el medio ambiente para el uso posterior de beber, bañarse, riego, etc La eficacia de la desinfección depende de la calidad de los el agua que se está tratando, del tipo de desinfección que se utiliza, la dosis de desinfectante, y otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menos éxito, ya que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos de contacto son bajos. En general, los tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos de todos se oponen a una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyen el ozono, cloro, luz ultravioleta, o hipoclorito de sodio:. 16 cloramina, que se utiliza para el agua potable, no se utiliza en el tratamiento de las aguas residuales debido a su persistencia. Después de varios pasos de desinfección, el agua tratada está listo para ser lanzado de nuevo en el ciclo del agua por medio del cuerpo de agua más cercana o la agricultura. Después, el agua puede ser transferido a las reservas para usos humanos cotidianas.

La cloración sigue siendo la forma más común de desinfección de aguas residuales en América del Norte debido a su bajo costo y la historia a largo plazo de la eficacia. Una desventaja es que la cloración de material orgánico residual puede generar compuestos clorados orgánicos que pueden ser cancerígenos o dañinos para el medio ambiente. Cloro o cloraminas residual también pueden ser capaces de cloración material orgánico en el medio ambiente acuático natural. Además, ya que el cloro residual es tóxica para especies acuáticas, el efluente tratado debe ser también químicamente sin cloro, aumentando la complejidad y el costo del tratamiento.

La luz ultravioleta se puede utilizar en lugar de cloro, yodo, u otros productos químicos. Debido a que no se utilizan productos químicos, el agua tratada no tiene ningún efecto adverso sobre los organismos que consumen más tarde, como puede ser el caso con otros métodos. Radiación UV causa daños a la estructura genética de las bacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de reproducirse. Las desventajas principales de desinfección UV son la necesidad de mantenimiento de la lámpara y la sustitución frecuente y la necesidad de un efluente altamente tratado para asegurar que los microorganismos diana no están protegidos de la radiación UV. En el Reino Unido, la luz ultravioleta se está convirtiendo en el medio más común de la desinfección debido a las preocupaciones sobre los efectos del cloro en la cloración de compuestos orgánicos residuales en las aguas residuales y en la cloración de compuestos orgánicos en las aguas receptoras. Algunos sistemas de tratamiento de aguas residuales en Canadá y los EE.UU. también utilizan la luz UV para la desinfección del agua efluente.

El ozono se genera haciendo pasar oxígeno a través de un potencial de alta tensión resultante en un tercer átomo de oxígeno convertirse O3 adjuntos y de conformación. El ozono es muy inestable y reactivo y oxida el material más orgánico que entra en contacto con, destruyendo así muchos microorganismos patógenos. El ozono se considera más seguro que el cloro, ya que, a diferencia del cloro, que tiene que ser almacenada en el sitio, se genera ozono in situ, según sea necesario. La ozonización también produce menos subproductos de la desinfección que la cloración. Una desventaja de la desinfección con ozono es el alto coste del equipo de generación de ozono y los requisitos para los operadores especiales.

Control de olores

Los olores emitidos por tratamiento de aguas residuales son normalmente una indicación de una condición anaeróbica o "séptico". Las primeras etapas del procesamiento tenderán a producir gases de mal olor, con sulfuro de hidrógeno siendo el más común en la generación de quejas. Plantas de procesamiento en grandes áreas urbanas, a menudo el tratamiento de los olores con los reactores de carbono, medios de comunicación contacto con bio-limos, pequeñas dosis de cloro, o los fluidos que circulan a capturar biológica y metabolizar los gases nocivos. Existen otros métodos de control de olores, incluyendo la adición de sales de hierro, peróxido de hidrógeno, nitrato de calcio, etc, para controlar los niveles de sulfuro de hidrógeno.

Bombas de sólidos de alta densidad son adecuadas para reducir los olores mediante la transmisión de los lodos a través de tuberías cerrado hermético.

Plantas del paquete y reactores por lotes

Para utilizar menos espacio, tratar los residuos difíciles y flujos intermitentes, se han producido una serie de diseños de plantas de tratamiento de híbridos. Tales plantas a menudo se combinan al menos dos etapas de las tres principales etapas de tratamiento en una etapa combinada. En el Reino Unido, donde un gran número de plantas de tratamiento de aguas residuales atender a poblaciones pequeñas, las plantas del paquete son una alternativa viable para la construcción de una gran estructura para cada etapa del proceso. En los EE.UU., las plantas del paquete se utilizan normalmente en las zonas rurales, las paradas de descanso en las autopistas y parques de caravanas.

Un tipo de sistema que combina el tratamiento secundario y la solución es el lodo activado cíclico. Típicamente, lodo activado se mezcla con las aguas residuales de entrada en bruto, y luego se mezcla y se airea. El lodo sedimentado se ejecuta fuera y volver a airearse antes una parte se devuelve a las obras de cabecera. Plantas de SBR ahora se están desplegando en muchas partes del mundo.

La desventaja del proceso de CASSBR es que requiere un control preciso de la sincronización, la mezcla y aireación. Esta precisión se consigue típicamente con los controles de computadora conectada a sensores. Un sistema complejo, frágil es inadecuado a los lugares donde los controles pueden ser poco fiables, mal cuidada, o cuando la fuente de alimentación puede ser intermitente. Plantas paquete aireación extendida utilizan cuencas separadas para la aireación y sedimentación, y son algo más grandes que las plantas de SBR con sensibilidad reducida de temporización.

Plantas del paquete se pueden referir a tan alto cargo o de baja carga. Esto se refiere a la forma en que la carga biológica se procesa. En los sistemas de carga de alta, la etapa biológica se presenta con una alta carga orgánica y el flóculo combinado y material orgánico se oxigena a continuación, durante unas pocas horas antes de ser cargado de nuevo con una nueva carga. En el sistema de baja carga de la etapa biológica contiene una carga orgánica baja y se combina con floculado durante tiempos más largos.

Tratamiento y disposición de lodos

Los lodos acumulados en un proceso de tratamiento de aguas residuales deben ser tratados y desechados de una manera segura y eficaz. El propósito de la digestión es reducir la cantidad de materia orgánica y el número de microorganismos que causan enfermedades presente en los sólidos. Las opciones de tratamiento más comunes son la digestión anaerobia, la digestión aeróbica, y el compostaje. La incineración se utiliza también, aunque en un grado mucho menor. :19-21

Tratamiento de lodos depende de la cantidad de sólidos generados y de otras condiciones específicas del sitio. El compostaje se aplica con mayor frecuencia a las plantas a pequeña escala con la digestión aeróbica de las operaciones de tamaño medio, y la digestión anaeróbica de las operaciones de mayor escala.

El lodo se pasa a veces a través de una llamada de pre-espesante que de-aguas los lodos. Tipos de pre-espesantes incluyen centrífugas de lodos espesantes rotativos espesadores de lodos de tambor y filtros prensa de la correa.

La digestión anaeróbica

La digestión anaerobia es un proceso bacteriano que se lleva a cabo en ausencia de oxígeno. El proceso puede ser la digestión termofílica, en el que los lodos se fermenta en tanques a una temperatura de 55 C, o mesófila, a una temperatura de alrededor de 36 C. A pesar de lo que permite el tiempo de retención más corto, digestión termofílica es más cara en términos de consumo de energía para el calentamiento de los lodos.

La digestión anaerobia es el tratamiento más común de las aguas residuales domésticas en tanques sépticos, que normalmente retienen las aguas residuales de un día y dos días, la reducción de la demanda bioquímica de oxígeno de aproximadamente 35 a 40 por ciento. Esta reducción se puede aumentar con una combinación de tratamiento aeróbico y anaeróbico mediante la instalación de unidades de tratamiento aeróbico en el tanque séptico.

Digestión anaerobia mesófilos también es un método común para el tratamiento de los lodos producidos en las plantas de tratamiento de aguas residuales. El lodo se introduce en los tanques grandes y se mantuvo durante un mínimo de 12 días para permitir el proceso de la digestión para llevar a cabo las cuatro etapas necesarias para digerir el lodo. Estos son la hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y la metanogénesis. En este proceso, las proteínas y azúcares complejos se descomponen para formar compuestos más simples, tales como agua, dióxido de carbono y metano.

Una característica importante de la digestión anaerobia es la producción de biogás, que puede ser utilizado en los generadores para la producción de electricidad y/o en las calderas para la calefacción. Muchos sitios más grandes utilizan el biogás para la generación combinada de calor y electricidad, utilizando el agua de refrigeración de los generadores para mantener la temperatura de la planta de digestión a la requerida 35 3 C

La digestión aeróbica

La digestión aeróbica es un proceso bacteriano que ocurre en presencia de oxígeno. Bajo condiciones aeróbicas, las bacterias consumen rápidamente la materia orgánica y la convierten en dióxido de carbono. Los costos de operación utilizados para ser característicamente mucho mayor para la digestión aeróbica debido a la energía utilizada por los sopladores, bombas y los motores necesarios para añadir oxígeno al proceso. Sin embargo, los avances tecnológicos más recientes incluyen los sistemas de filtros aireados no eléctricos que utilizan las corrientes naturales de aire para la ventilación en lugar de las máquinas de accionamiento eléctrico.

La digestión aeróbica también se puede lograr mediante el uso de sistemas de difusión o aireadores de chorro para oxidar el lodo. Difusores de burbuja fina son normalmente el método de difusión más rentable, sin embargo, el taponamiento es normalmente un problema debido a los sedimentos de establecerse en los agujeros de aire más pequeñas. Difusores de burbujas gruesas son más comúnmente utilizados en los tanques de lodos activados o en etapa de floculación. Un componente clave para la selección de tipo de difusor es para asegurarse de que va a producir la tasa de transferencia de oxígeno requerido.

Compostaje

El compostaje es también un proceso aeróbico que consiste en mezclar el lodo con fuentes de carbono tales como aserrín, paja o virutas de madera. En presencia de oxígeno, las bacterias digieren tanto los sólidos de aguas residuales y la fuente de carbono añadido y, al hacerlo, producir una gran cantidad de calor:. 20

Incineración

La incineración de los lodos es menos común debido a las preocupaciones de emisiones al aire y el combustible adicional necesario para quemar el lodo bajo poder calorífico y vaporizar el agua residual. Escalonadas varios incineradores de solera con alto tiempo de residencia y los incineradores de lecho fluidizado son los sistemas más comunes que se utilizan para la combustión de lodos de aguas residuales. Co-combustión de residuos municipales a las plantas de energía se realiza de vez en cuando, esta opción siendo menos caro asumiendo las instalaciones ya existen para los residuos sólidos y no hay necesidad de combustible auxiliar. :20-21

Eliminación de lodos

Cuando se produce un fango líquido, un tratamiento adicional puede ser requerido para que sea adecuado para su disposición final.

Por lo general, los lodos se espesan para reducir los volúmenes transportados fuera del sitio para su eliminación. No existe un proceso que elimina por completo la necesidad de disponer de biosólidos. Hay, sin embargo, un paso adicional algunas ciudades están tomando para sobrecalentar lodos y convertirlo en pequeños gránulos granulados con alto contenido de nitrógeno y otros materiales orgánicos. En la Ciudad de Nueva York, por ejemplo, varias plantas de tratamiento de aguas residuales han instalaciones que utilizan centrífugas grandes junto con la adición de productos químicos tales como polímero para eliminar más líquido de la deshidratación de lodos. El líquido extraído, llamado "concentrado", típicamente se vuelve a introducir en el proceso de aguas residuales. El producto que queda se llama "pastel", y que es recogida por las empresas que lo convierten en gránulos de fertilizante. Este producto se vende a los agricultores locales y las granjas de césped como una enmienda del suelo o fertilizantes, reduciendo la cantidad de espacio necesario para disponer de los lodos en los vertederos. Gran parte de lodos procedentes de las zonas comerciales o industriales está contaminado con materiales tóxicos que se liberan en las alcantarillas de los procesos industriales. Las concentraciones elevadas de estos materiales pueden hacer que los lodos no aptos para uso agrícola y que pueden entonces tienen que ser incinerados o eliminados en vertederos.

El tratamiento en el medio receptor

Muchos procesos en una planta de tratamiento de aguas residuales están diseñados para imitar los procesos de tratamiento naturales que se producen en el medio ambiente, ya sea que el medio ambiente es un cuerpo de agua natural o el suelo. Si no sobrecargado, las bacterias en el medio ambiente se consumen los contaminantes orgánicos, aunque esto reducirá los niveles de oxígeno en el agua y pueden cambiar significativamente la ecología general de las aguas receptoras. Poblaciones bacterianas nativas alimentan de los contaminantes orgánicos, y el número de microorganismos que causan enfermedades son reducidos por condiciones ambientales naturales tales como la depredación o la exposición a la radiación ultravioleta. Por consiguiente, en los casos en que el medio receptor proporciona un alto nivel de dilución, un alto grado de tratamiento de aguas residuales puede no ser necesaria. Sin embargo, la evidencia reciente ha demostrado que los niveles muy bajos de contaminantes específicos en las aguas residuales, incluyendo las hormonas y los materiales sintéticos, tales como los ftalatos que imitan a las hormonas en su acción, pueden tener un impacto adverso imprevisible en la biota natural y potencialmente en seres humanos si se vuelve el agua -utilizado para el agua potable. En los EE.UU. y de la UE, los vertidos incontrolados de aguas residuales al medio ambiente no están contempladas en la legislación y los requisitos estrictos de calidad del agua son que deben cumplirse, como el agua potable es esencial. Una amenaza significativa en las próximas décadas será el aumento de los vertidos incontrolados de aguas residuales en los países en rápido desarrollo.

Efectos sobre la biología

Plantas de tratamiento de aguas residuales pueden tener múltiples efectos sobre los niveles de nutrientes en el agua que el agua residual tratada fluye. Estos efectos sobre los nutrientes pueden tener grandes efectos sobre la vida biológica en el agua en contacto con el efluente. Las lagunas de estabilización pueden incluir cualquiera de los siguientes:

  • Lagunas de oxidación, que son organismos aeróbicos de agua por lo general 1-2 metros de profundidad que reciben los efluentes de los tanques de sedimentación u otras formas de tratamiento primario.
  • Dominado por las algas
  • Estanques de pulido son similares a los estanques de oxidación, pero reciben efluente de una laguna de oxidación o de una planta con un tratamiento mecánico prolongado.
  • Dominada por el zooplancton
  • Las lagunas facultativas, lagunas de aguas residuales crudas o lagunas de aguas residuales son los estanques donde se añade aguas residuales sin tratamiento primario que no sea gruesa de selección. Estos estanques de proporcionar un tratamiento eficaz cuando la superficie se mantiene aeróbico; aunque las condiciones anaerobias pueden desarrollar cerca de la capa de lodo sedimentado en el fondo del estanque :552-554.
  • Las lagunas anaeróbicas son muy cargados estanques.
  • Dominado por una bacteria
  • Lagunas de lodos son lagunas aeróbicas, por lo general de 2 a 5 metros de profundidad, que reciben lodo primario digerido anaeróbicamente o fangos secundarios activado bajo el agua.
  • Las capas superiores están dominadas por algas

Limitación de fósforo es un posible resultado del tratamiento de las aguas residuales y los resultados en flagelado dominado por el plancton, sobre todo en verano y otoño.

Al mismo tiempo un estudio diferente encontrado altas concentraciones de nutrientes vinculados a los efluentes de aguas residuales. La alta concentración de nutrientes conduce a altas concentraciones de clorofila a, que es un indicador de la producción primaria en los ambientes marinos. Producción primaria alta significa altas poblaciones de fitoplancton y muy probablemente las poblaciones altas de zooplancton porque pienso zooplancton sobre el fitoplancton. Sin embargo, el efluente liberado en los sistemas marinos también conduce a una mayor inestabilidad de la población.

Un estudio llevado a cabo en Gran Bretaña encontró que la calidad del efluente afectó la vida planctónica en el agua en contacto directo con el efluente de aguas residuales. Turbia, los efluentes de baja calidad o bien no contienen protozoo ciliado o contenidos sólo unas pocas especies en pequeñas cantidades. Por otra parte, los efluentes de alta calidad contenían una amplia variedad de protozoos ciliados en grandes números. Debido a estos resultados, parece poco probable que un determinado componente del efluente industrial tiene, por sí mismo, ningún efecto perjudicial sobre las poblaciones de protozoos de plantas de lodos activados.

Las tendencias planctónicas de altas poblaciones cercanas a la entrada de las aguas residuales tratadas se contrasta con la tendencia bacteriana. En un estudio de Aeromonas spp. en el aumento de la distancia de una fuente de aguas residuales, se encontró mayor cambio en ciclos estacionales el más alejado del efluente. Esta tendencia es tan fuerte que la ubicación más estudiado en realidad tenía una inversión de la Aeromonas spp. ciclo en comparación con la de coliformes fecales. Dado que hay un patrón principal en los ciclos que se produjeron simultáneamente en todas las estaciones que indica factores de control estacional de la población bacteriana. Los efluentes cambios dominantes especies de Aeromonas caviae en invierno a Aeromonas sobria en la primavera y el otoño, mientras que la especie dominante entrada es Aeromonas caviae, que es constante a lo largo de las estaciones.

Tratamiento de aguas residuales en los países en desarrollo

Existen pocos datos fiables sobre la proporción de las aguas residuales recogidas en las alcantarillas que se está tratando en el mundo. En muchos países en desarrollo la mayor parte de las aguas residuales domésticas e industriales se vierten sin ningún tratamiento o después de sólo un tratamiento primario. En América Latina, alrededor del 15 por ciento de las aguas residuales recolectadas pasa a través de las plantas de tratamiento. En Venezuela, un país por debajo del promedio de América del Sur con respecto al tratamiento de aguas residuales, el 97 por ciento de las aguas residuales countrys se descarga en bruto en el medio ambiente. En un país de Oriente Medio relativamente desarrollada como Irán, la mayoría de la población de Teherán tiene alcantarillado totalmente sin tratar se inyecta al agua subterránea citys. Sin embargo, la construcción de grandes partes de la red de alcantarillado, la recogida y el tratamiento, en Teherán, está casi terminada, y en fase de desarrollo, por ser totalmente terminado a finales de 2012 - En Isfahan, la tercera ciudad más grande de Irán, el tratamiento de aguas residuales se inició más que hace 100 años.

En Israel, el 50 por ciento del uso agrícola del agua se realiza a través del agua de alcantarillado recuperada. Los planes futuros para aumentar la utilización de aguas negras tratadas, así como más plantas desalinizadoras.

La mayor parte de África subsahariana es, sin tratamiento de aguas residuales.