Tractament d'aigües residuals

Tractament d'aigües residuals

Artícul principal → Tractament d'aigües.

Planta de tractament d'aigües residuals.

El tractament d'aigües residuals o depuració d'aigües residuals consistix en una série de processos físics, químics i biològics que tenen com a fi eliminar els contaminants presents en el aigua, efluent de l'us humà o d'atres usos.

La solució més estesa per al control de la contaminació per aigües residuals, és tractar-les en plantes a on es fa la major part del procés de separació dels contaminants, deixant aixina una menuda part que completarà la naturalea en el cos receptor. Per a això, el nivell de tractament requerit està en funció de la capacitat de autopurificación natural del cos receptor. Al mateix temps, la capacitat d'auto purificació natural és funció, principalment, del cabal del cos receptor, del seu contingut en oxigen, i de la seua capacitat per a reoxigenarse. Per lo tant, l'objectiu del tractament de les aigües residuals, és produir un efluent reutilisable en l'ambient i un residu sòlit o fango (també cridat biosólido o fanc) convenients per a la seua disposició o reutilisació.

Les aigües residuals es generen en residències, institucions i locals comercials, industrials o agrícoles. Estes poden tractar-se en el lloc a on es generen (per eixemple, fosses sèptiques o atres mijos de depuració) o be poden ser arreplegades i dutes per mig d'una ret de canonades –i a voltes bombes– a una planta de tractament municipal. Els esforços per a arreplegar i tractar les aigües residuals domèstiques de la descàrrega habitualment estan subjectes a regulacions i normes locals, estatals i federals (regulacions i controls). A sovint certs contaminants d'orige industrial presents en les aigües residuals requerixen processos de tractament especialisat.

El tractament d'aigües residuals comença per la separació física de sòlits grans (fem) de la corrent de les mateixes, amprant un sistema de reixetes (malles), encara que, també, dits rebujos, poden ser triturados per equips especials; posteriorment s'aplica un desarenado (separació de sòlits menuts molt densos com l'arena) seguit d'una sedimentación primària (o tractament similar) que separe els sòlits suspesos existents en l'aigua residual. Per a eliminar metals dissolts s'utilisen reaccions de precipitació, que s'utilisen per a eliminar plom i fòsfor, principalment, ademés de procediments experimentals. A continuació, seguix la conversió progressiva de la matèria biològica dissolta en una massa biològica sòlida usant bactèrias adequades, generalment presents en estes aigües. Una volta que se separa la massa biològica (procés cridat sedimentación secundària), l'aigua tractada pot experimentar processos adicionals (tractament terciario) com a desinfecció, filtració, etc. L'efluent final pot ser descarregat o reintroducido de nou en una massa d'aigua natural (corrent, riu o baïa) o un atre ambient (terreny superficial, subsol, etc).

La nova Directiva Europea 2024/3019, del Parlament Europeu i del Consell, establix un marc més estricte per al tractament d'aigües residuals urbanes en el proósito de millorar la calitat de l'aigua, preservar recursos hídrics, protegir el mig ambient i alvançar cap a la neutralitat climàtica.

La tendència actual, és que les pluvials siguen rets separades de les de sanejament, en lloc d'unitàries, per a evitar que es desborden i per a aprofitar l'aigua de les mateixes.

Descripció

Archiu:Münchner Stadtentwässerung Fröttmaning, Múnich, Alemania07. CAPS 6

Central per al tractament d'aigües residuals de la ciutat de Munich, Alemània.

El procés de tractament sol tindre tres etapes, o més:

• Tractament primari (separació i assentament de sòlits).
• Tractament secundari (tractament biològic de la matèria orgànica en suspensió per a degradar-la biològicament i reduir els nivells de DQO, DBO i oxigen consumit que posseïxca)
• Tractament terciario (passos adicionals com micro filtració o desinfecció).

Les aigües residuals provenen de banys, regaderas o duches, cuines, etc; que es evacúan a les aigüeras o cloaques. En moltes zones, les aigües residuals també inclouen algunes aigües brutes provinents d'indústries i comerços. La divisió de l'aigua domiciliària drenada en aigües grises i aigües negres és més comuna en el món desenrollat, l'aigua negra és la que procedix de vàters, orinales, cuina i l'aigua grisa, procedent de piletas i banyeres, pot ser usada en rec de plantes i reciclada en l'us de vàters, a on es transforma en aigua negra. Les aigües negres són molt térboles i contenen molts sòlits. Constituïxen una de les causes més greus de contaminació de les aigües, pel seu contingut de matèria orgànica, microorganismes patógenos, detergents, etc. L'evacuació d'estos desaiguadors en els cursos d'aigua sense tractament previ, pot originar greus perjuïns, és especial la descomposició de la matèria orgànica per acció bacteriana produïx la disminució de l'oxigen dissolt, podent aplegar inclusivament a l'anulació. Moltes aigües residuals també inclouen aigües superficials procedents de les pluges. Estes es diuen aigües blanques. Els desaiguadors pluvials no són suficientment tinguts en conte en analisar les causes de contaminació de les aigües, no obstant que les mateixes poden ser perilloses. Les aigües de pluja arrastren els elements contaminants presents en l'atmòsfera i especialment substàncies minerals i residus d'orige animal i vegetal acumulats en els sostres, terrats, patis, vereda, carrers, etc. Les aigües residuals municipals contenen descàrregues residencials, comercials i industrials, i poden incloure l'aporte de precipitacions pluvials quan s'usa aigüeral d'us mixt pluvial - residuals.

La pràctica de construcció de sistemes d'aigüeral combinades és actualment menys comú en els Estats Units i Canadà que en el passat, i s'accepta menys dins de les regulacions del Regne Unit i atres països europeus, aixina com en atres països com Argentina. No obstant, l'aigua bruta i l'aigua de pluja es recolecten i transporten en sistemes d'aigüeres separativos, cridats aigüeres sanitàries i aigüeres de tormenta dels Estats Units, i “aigüeres fétidas” i “aigüeres d'aigua superficial” en Regne Unit, o aigüerals separativos en atres països europeus.

L'aigua de pluja pot arrastrar, des de les teulades o la superfície de la terra, varis contaminants incloent partícules del sol, metals pesats, composts orgànics, fem animal, olis i greix. Algunes jurisdiccions requerixen que l'aigua de pluja reba alguns nivells de tractament abans de ser descarregada a l'ambient.

Eixemples de processos de tractaments per a l'aigua de pluja inclouen depòsits de sedimentación, chapulls i separadores de vórtice (per a remoure sòlits grossos).

El lloc a on es realisen els processos es diu Estació depuradora d'aigües residuals. El diagrama de fluix d'una planta de tractament d'aigües residuals és generalment el mateix en tots els països:

Tractament físic

• Tamizado
• Retindre partícules
• Removiment de gas
• Removiment d'arena
• Precipitació en o sin ayuda de coagulantes o floculantes
• Separació i filtració de sòlits

L'agregat de clorur fèrric ajuda a precipitar en gran part al removiment de fòsfor i ajuda a precipitar biosólidos o fanc.

Tractament biològic

Artícul principal → Sanejament ecològic.

• Llits oxidants o sistemes aeròbics
• Precipitació
• Lliberació al mig d'efluents, en o sense desinfecció segons les normes de cada jurisdicció
• La biodigestión anaeròbica i els chapulls artificials utilisen la matèria orgànica biodegradable de les aigües residuals, com a nutrients d'una població bacteriana, a la qual se li proporcionen condicions controlades per a controlar la presència de contaminants.

Tractament químic

Este pas és usualment combinat en procediments per a remoure sòlits com la filtració. La combinació d'abdós tècniques és referida en els Estats Units com un tractament químic.

Eliminació del ferro de l'aigua potable

Els métodos per a eliminar l'excés de ferro inclouen generalment transformació de l'aigua clorada en una dissolució generalment bàsica utilisant calç apagada; oxidació del ferro per mig d'ell i precipitació de l'hidròxit fèrric de la solució bàsica. Mentres tot açò ocorre el ion OCl destruïx els patógenos de l'excés de ferro en l'aigua

Eliminació de l'oxigen de l'aigua de les centrals tèrmiques

Per a transformar l'aigua en vapor en les centrals tèrmiques s'utilisen calderes a altes temperatures. Com l'oxigen és un agent oxidant, es necessita un agent reductor com a hidrogen per a eliminar-ho.

Eliminació dels fosfat de les aigües residuals domèstiques

El tractament de les aigües residuals domèstiques inclou l'eliminació dels fosfats. Un método molt simple consistix en precipitar els fosfat en calç apagada (hidròxit de calcio). Els fosfat poden estar presents de molt diverses formes com el ion hidrogen fosfat.

Eliminació de nitrat de les aigües residuals domèstiques i procedents de l'indústria

Es basa en dos processos combinats de nitrificació i desnitrificación que comporten una producció de fango en forma de biomassa fàcilment vertible..

Etapes del tractament d'aigües residuals

Tractament primari

El tractament primari és per a reduir olis, grassas, arenas i sòlits grossos. Este pas està enterament fet en maquinària, d'ahí que es coneix també com a tractament mecànic.

Eliminació de sòlits, erejat o desbaste

L'eliminació dels sòlits habitualment es realisa per mig de l'erejat. Els sòlits que es retiren són de gran tamany, per eixemple, botellas, pals, bosses, balons, llandes, etc. En açò s'evita tindre problemes en la planta de tractament d'aigües, ya que si no es retiren estos sòlits poden aplegar a tapar canonades o danyar algun equip, i entorpir el funcionament de la planta de tractament.

Filtració en arena i graves

Esta etapa (també coneguda com escanege o maceración) típicament inclou un canal d'arena a on la velocitat de les aigües residuals és cuidadosadament controlada per a permetre que l'arena i les pedres d'esta prenguen partícules. Este equip és cridat colector d'arena. L'arena i les pedres necessiten retirar-se a temps en el procés per a previndre danys en les bombes i atres equips en les etapes restants del tractament. Algunes voltes hi ha banys d'arena (classificador de l'arena) seguit per un transportador que transporta l'arena a un contenidor per a la deposición. El contingut del colector d'arena podria ser alimentat en el incinerador en un processament de planta de fangos, pero en molts casos l'arena és enviada a un terraplé.

Tanc de sedimentación primària en una planta rural.

Investigació i maceración

El líquit lliure d'abrasivo és passat a través de pantalles rotatòries per a eliminar material flotant i matèria gran com draps; i partícules menudes com chícharos i dacsa. Els residus són recolectats i podran ser tornats a la planta de tractament de fangos o podran ser disposts a l'exterior cap a camps o incineració. En la maceración, els sòlits són tallats en partícules menudes a través de l'us de gavinets rotatoris montats en un cilindre que gira, és utilisat en plantes que poden processar este fem en partícules. Els maceradores són, no obstant, més cars de mantindre i menys fiables que les pantalles físiques.

Sedimentación

Moltes plantes tenen una etapa de sedimentación a on l'aigua residual es passa a través de grans tancs circulares o rectangulars. Estos tancs són comunament cridats clarificadores primaris o tancs de sedimentación primaris. Els tancs són lo suficientment grans, tal que els sòlits fecals poden depositar-se i el material flotant com el greix i plàstics poden elevar-se cap a la superfície i allí desnatarse. El propòsit principal de l'etapa primària és produir un líquit homogéneu capaç de ser tractat biològicament i uns fangos o fancs que poden ser tractats separadament.

Tractament secundari

El tractament secundari està dissenyat per a degradar substancialment el contingut biològic de l'aigua residual, el qual deriva els rebujos orgànics provinents de residus humans, residus d'aliments, sabons i detergents. La majoria de les plantes municipals utilisen processos biològics aeròbics per a este fi.

Fangos activats o fancs activats

Les plantes de fangos actius usen una varietat de mecanismes i processos per a usar oxigen dissolt i promoure el creiximent d'organismes biològics que remouen substancialment matèria orgànica. També pot atrapar partícules de material.

Llits filtrantes (llits d'oxidació)

Filtre oxidant en una planta rural.

En plantes més velles i plantes receptores de càrregues variables, s'utilisen llits filtrantes de goteig, en les que les aigües residuals són rosades en la superfície d'un profunt llit compost de coque (carbó), pedra calcàrea o fabricada especialment de mijos plàstics. Tals mijos deuen tindre altes superfícies per a soportar les biopelículas que es formen. La substància és distribuïda per mig d'uns braços perforats rotatius que irradian d'un pivot central. Esta aigua distribuïda gotea en el llit i és arreplegada en drenes en la base. Estos drenes també proporcionen un recurs d'aire que s'infiltra cap a dalt del llit, mantenint un mig aerobio. Les películes biològiques de bactèries, protozoarios i foncs es formen en la superfície del mig i es mengen o reduïxen els continguts orgànics. Esta biopelícula és alimentada a sovint per insectes i cucs.

Plaques rotatives i espirals

En algunes plantes menudes són usades plaques o espirals de revolució llenta que són parcialment sumergides en les aigües. Es crea un flóculo biòtic que proporciona el substrat requerit.

Reactor biològic de llit mòvil

El reactor biològic de llit mòvil (MBBR, per les seues sigles en anglés) assumix l'adició de mijos inertes en vasijas de fangos actius existents per a proveir llocs actius per a que es reunixca la biomassa. Esta conversió dona com resultat un sistema de creiximent. Les ventages dels sistemes de creiximent adjunt són:

• Mantindre una alta densitat de població de biomassa
• Incrementar l'eficiència del sistema sense la necessitat d'incrementar la concentració del licor mesclat de sòlits (MLSS)
• Eliminar el cost d'operació de la llínea de tornada de fangos actius (RAS).

Filtres airejats biològics

Filtres airejats (o anóxicos) biològics (BAF) combinen la filtració en reducció biològica de carbono, nitrificació o desnitrificación. BAF inclou usualment un reactor ple de mijos d'un filtre. Els mijos estan en la suspensió o recolzats per una capa en el peu del filtre. El propòsit doble d'este mig és soportar altament la biomassa activa que s'unix a ell i als sòlits suspesos del filtre. L'oxidació del carbó i la conversió de l'amoníac ocorre en mig aerobio i alguna volta alcançat en un sol reactor mentres la conversió del nitrat ocorre en una manera aeròbica. BAF és també operat en fluix alt o fluix baix depenent del disseny especificat pel fabricant.

Reactors biològics de membrana

MBR és un sistema en una barrera de membrana semipermeable o en conjunt en un procés de fangos. Esta tecnologia garantisa el removiment de tots els contaminants suspesos i sòlits dissolts. La llimitació dels sistemes MBR és directament proporcional a l'eficaç reducció de nutrients del procés de fangos actius. El cost de construcció i operació de MBR és usualment més alt que el d'un tractament d'aigües residuals convencional d'esta classe de filtres.

Sedimentación

El pas final de l'etapa secundària del tractament és retirar els flóculo biològics del material de filtre, i produir aigua tractada en baixos nivells de matèria orgànica i matèria suspesa. En una planta de tractament rural, es realisa en el tanc de sedimentación secundària.

Tractament terciario

El tractament terciario proporciona una etapa final per a aumentar la calitat de l'efluent a l'estàndart requerit ans que este siga descarregat a l'ambiente receptor (mar, riu, llac, camp, etc.) Més d'un procés terciario del tractament pot ser usat en una planta de tractament. Si la desinfecció es practica sempre en el procés final, és sempre cridada polir l'efluent.

Filtració

La filtració d'arena reté gran part dels residus de matèria suspesa. El carbó activat sobrant de la filtració reté les toxines residuals.

Lagunaje

Artícul principal → Lagunaje.

Archiu:Lagunaje.svg

Esquema d'una depuradora per lagunaje.

Archiu:Tratamiento de efluentes en agroindustria de aceitunas y aceite de oliva.jpg

El tractament d'estanys proporciona sedimentación i millora biològica adicional per almagasenage en tolls o estanys artificials. Es tracta d'una imitació dels processos de autodepuración que un riu o un llac somet les aigües residuals de forma natural. Estos estanys són altament aeròbiques i es dona a sovint la colonisació per macrófitos natius, especialment canyes. Els invertebrats d'alimentació del filtre menut tals com Daphnia i espècies de Rotifera ajuden eficaçment al tractament retenint partícules fines.

El sistema de lagunaje és barat i fàcil de mantindre pero presenta els inconvenients de necessitar gran cantitat d'espai i de ser poc capaç per a depurar les aigües de grans núcleus.

Chapulls artificials

Els chapulls artificials inclouen llits de canya o una série de métodos similars que proporcionen un alt grau de millora biològica aerobia i poden utilisar-se a sovint en lloc del tractament secundari per a les poblacions menudes, també per a la fitorremediación. Les macrofitas aquàtiques com la Eichhornia crassipes són un clar eixemple del montage de sistemes de tractament d'aigües residuals per la seua alta eficàcia en l'oxidació de la matèria orgànica.

Un eixemple és un menut llit de canyes (o llits de làmina) utilisada per a netejar el drenage del lloc dels elefants en el parc zoològic de Chester en Anglaterra.

Removiment de nutrients

Les aigües residuals poden contindre també alts nivells dels nutrients nitrogen i fòsfor. Això en certes formes pot ser tòxic per a peixos i invertebrats en concentracions molt baixes (per eixemple amoníac) o pot crear condicions insanas en l'ambient de recepció (per eixemple: mala herba o creiximent d'algues). Les algues poden produir toxines, i la seua mort i consum per bactèries (decaiguda) poden agotar l'oxigen en l'aigua i asfixiar peixos i una atra vida aquàtica. Quan es rep una descàrrega dels rius als llac o a les mars baixes, els nutrients agregats poden causar pèrdues entrópicas severes perdent molts peixos sensibles a la contaminació en l'aigua. La retirada del nitrogen o del fòsfor de les aigües residuals es pot alcançar per mig de la precipitació química o biològica.

El removiment del nitrogen s'efectua en l'oxidació biològica del nitrogen de l'amoníac a nitrat (nitrificació que implica nitrificar bactèries tals com Nitrobacter i Nitrosomonus), i llavors per mig de la reducció, el nitrat es convertix en nitrogen gaseós (desnitrificación), que s'envia a l'atmòsfera. Estes conversió requerixen condicions cuidadosadament controlades per a permetre la formació adequada de comunitats biològiques. Els filtres d'arena, els estanys i els llits de làmina es poden utilisar per a reduir el nitrogen. Algunes voltes, la conversió del amoniaco tòxic en nitrat solament es fa com a tractament terciario.

L'oxidació anaeròbica es definix com aquella en que la descomposició s'eixecuta en absència d'oxigen dissolt i s'usa l'oxigen de composts orgànics, nitrat i nitrit, els sulfat i el CO₂, com a acceptor d'electrons. En el procés conegut com a desnitrificación, els nitrat i nitrit són usats per les bactèries facultatives, en condicions anóxicas, condicions intermiges, en formació de CO₂, aigua i nitrogen gaseós com a productes finals.

La retirada del fòsfor es pot efectuar biològicament en un procés cridat retir biològic realçat del fòsfor. En este procés, bactèries específiques anomenades organismes acumuladors de polifosfato, s'enriquixen i acumulen selectivament grans cantitats de fòsfor dins de les seues cèlules. Quan la biomassa enriquida en estes bactèries se separa de l'aigua tractada, els biosólidos bacterians tenen un alt valor de fertilisant. La retirada del fòsfor es pot alcançar també, generalment per la precipitació química en les sals del ferro (per eixemple: clorur fèrric) o de l'alumini (per eixemple: alum). El fango químic que resulta, no obstant, és difícil d'operar, i l'us de productes químics en el procés del tractament és costós. Encara que açò fa l'operació difícil i a sovint bruta, l'eliminació química del fòsfor requerix una chafada significativament més menuda de l'equip que la de retir biològic i és més fàcil d'operar.

Desinfecció

El propòsit de la desinfecció en el tractament de les aigües residuals és reduir substancialment el número d'organismes vius en l'aigua que es descarregarà novament dins de l'ambient. L'efectivitat de la desinfecció depén de la calitat de l'aigua que és tractada (per eixemple: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfecció que és utilisada, de la dosis de desinfectante (concentració i temps), i d'atres variables ambientals. L'aigua térbola serà tractada en menor èxit posat que la matèria sòlida pot blindar organismes, especialment de la llum ultravioleta o si els temps del contacte són baixos. Generalment, temps de contacte curts, dosis baixes i alts fluix influïxen en contra d'una desinfecció eficaç. Els métodos comuns de desinfecció inclouen l'ozon, la clorina, o la llum UV. La Cloramina, que s'utilisa per a l'aigua potable, no s'utilisa en el tractament d'aigües residuals per la seua persistència.

La desinfecció en clor seguix sent la forma més comuna de desinfecció de les aigües residuals en Norteamérica pel seu baix historial de cost i del llarc determini de l'eficàcia. Una desventaja és que la desinfecció en clor del material orgànic residual pot generar composts orgánicamente clorados que poden ser carcinógenos o amoladors a l'ambient. La clorina o les "cloraminas" residuals poden també ser capaços de tractar el material en clor orgànic en l'ambient aquàtic natural. Ademés, perque la clorina residual és tòxica per a espècies aquàtiques, l'efluent tractat deu ser químicament desclorinado, agregant-li complexitat i cost del tractament.

La llum ultravioleta (UV) s'està convertint en el mig més comú de la desinfecció en el Regne Unit per les preocupacions pels impactes de la clorina en el tractament d'aigües residuals i en la cloración orgànica en aigües receptores. La radiació UV s'utilisa per a danyar l'estructura genètica de les bactèries, virus, i atres patógenos, fent-los incapaços de la reproducció. Les desventages dominants de la desinfecció UV són la necessitat del manteniment i de la tongada freqüents de la llàntia i la necessitat d'un efluent altament tractat per a assegurar-se de que els microorganismes objectiu no estan blindats de la radiació UV (és dir, qualsevol sòlit present en l'efluent tractat pot protegir microorganismes contra la llum UV).

L'ozon (O₃) es genera en passar oxigen (O₂) per un potencial d'alt voltage, lo que afig un tercer àtom d'oxigen i forma O₃. L'ozon és molt inestable i reactiu i oxida la majoria del material orgànic en que entra en contacte, de tal manera que destruïx molts microorganismes causants de malalties. L'ozon es considera més segur que la clorina perque, mentres que la clorina té que ser almagasenada en el lloc (altament venenós en cas d'un llançament accidental), l'ozon és colocat segons lo necessitat. La ozonización també produïx menys subproductes que la desinfecció en clor. Una desventaja de la desinfecció de l'ozon és l'alt cost de l'equip de generació de l'ozon, i que la qualificació dels operadors deu ser elevada.