Hace ya tiempo que tenía intención de sacar una serie de posts con conceptos básicos sobre el tratamiento de las aguas, a modo de comprimidos recetados por el Médico del Agua.
Comenzamos esta nueva saga con una receta de cuatro píldoras sobre las características de las aguas residuales. Considero que es un tema importante, pues si no conocemos perfectamente la “materia prima” que va entrar en nuestras "fábricas" (EDAR/PTAR), difícilmente conseguiremos que estas operen correctamente.
Es básico un buen conocimiento de las aguas residuales
Píldora 1.- Las características de las aguas residuales urbanas
En las aguas residuales urbanas siempre estará presente un componente básico, las aguas de procedencia doméstica (generadas por el metabolismo humano y por las actividades propias del hogar) y, podrá contar, o no, con otros dos componentes, las aguas pluviales y las aguas residuales de origen industrial.
En el caso de las aguas pluviales, su presencia vendrá condicionada por el tipo de red de saneamiento (unitaria/separativa) y por los períodos en los que se registren precipitaciones.
La presencia de aguas de origen industrial se dará cuando en la zona se desarrollen actividades industriales, que viertan sus aguas residuales a la red de alcantarillado municipal. Este tipo de vertidos debe estar regulado por algún tipo de ordenanza, al objeto de velar por la salud de los propios operadores de las redes de saneamiento y de las EDAR/PTAR, por la conservación de estas instalaciones y por su correcto funcionamiento.
La siguiente Tabla muestra las características medias de las aguas residuales urbanas, clasificadas en tres categorías (aguas de contaminación fuerte, media y baja), y agrupando los contaminantes en cuatro grupos diferenciados: materia en suspensión, materia orgánica, nutrientes y organismos patógenos. Estas características se ven lógicamente afectadas en los períodos de lluvia, en el caso de las redes de saneamiento de carácter unitario, así como, por los posibles vertidos de origen industrial.
Esta Tabla nos permite comprobar, de forma rápida, posibles errores en las campañas de caracterización de las aguas residuales (tanto en la toma de muestras, como en la realización de las determinaciones analíticas), así como detectar la presencia de vertidos anómalos a la red de saneamiento.
Para la correcta asimilación de las píldoras siguientes se hace preciso que hablemos un poco sobre la materia orgánica presente en las aguas residuales y sobre su medida.
Se estima, que aproximadamente el 75% de los sólidos en suspensión y el 40% de los sólidos disueltos presentes en las aguas residuales son de naturaleza orgánica, presente principalmente en forma de proteínas (40-60%), hidratos de carbono (25-50%) y grasas y aceites (10%).
Entre los métodos de medida de la contaminación orgánica se encuentran los que miden la demanda de oxígeno (DBO5 y DQO), que son los más habituales, y los que determinan el contenido en carbono orgánico (COT).
La Demanda Bioquímica de Oxígeno a los 5 días (DBO5), evalúa la materia orgánica biodegradable, mediante un proceso bioquímico aerobio, y puede definirse como la cantidad de oxígeno (medida en mg/l), consumida por los microorganismos en 5 días, para la oxidación de materia orgánica biodegradable presente en el agua residual. Se estima que en ese tiempo se degrada del orden del 70% de la materia orgánica biodegradable presente en las aguas. En definitiva, la DBO5 mide lo que las bacterias (comensales) pueden comerse (ver el Gran Banquete).
La Demanda Química de Oxígeno (DQO) mide la cantidad de oxígeno (mg/l) necesaria para la oxidación de los contaminantes presentes en la aguas recurriendo a reacciones químicas.
Dado que la oxidación química es más intensa que la biológica, y que afecta a una mayor cantidad de compuestos presentes en las aguas residuales, siempre el valor de la DQO de un agua residual será superior al de la DBO5.
Píldora 2.- ¿Cómo estimar la composición de un agua residual urbana?
En ocasiones, no es posible la realización de campañas de aforo y muestreo para la caracterización de las aguas residuales. Este es el caso de aquellas situaciones en las que aún no se ha ejecutado la red de saneamiento.
En estas circunstancias puede estimarse la composición de las aguas residuales partiendo de una dotación de estas aguas por habitante (l/habitante.día) y haciendo uso de de las dotaciones de los diferentes contaminantes (g/habitante.día), establecidas en base a la experiencia acumulada en entornos concretos.
En el caso europeo, la Norma ATV-DVWK-131 establece las siguientes cargas contaminantes:
A modo de ejemplo, si estimamos una dotación de aguas residuales de 125 l/habitante.día, de acuerdo con la Tabla anterior, se pueden estimar las siguientes características de estas aguas:
Concentración de Sólidos en Suspensión:
70 g/habitante.día / 125 l/habitante.día = 0,560 g/l = 560 mg/l
Concentración de DBO5:
60 g/habitante.día / 125 l/habitante.día = 0,480 g/l = 480 mg/l
Concentración de DQO:
120 g/habitante.día / 125 l/habitante.día = 0,960 g/l = 960 mg/l
Concentración de NTK:
11 g/habitante.día / 125 l/habitante.día = 0,088 g/l = 88 mg/l
Concentración de PT:
1,8 g/habitante.día / 125 l/habitante.día = 0,014 g/l = 14,4 mg/l
La estimación de la dotación de aguas residuales puede hacerse tomando como base de partida la dotación de agua potable (l/habitante.día), y aplicándole un factor de corrección (conocido como coeficiente de retorno), cuyo valor oscila entre 0,6-0,8.
Píldora 3.- La población equivalente, ¿qué es y cómo se calcula?
Al igual que nos hemos dotado de un patrón para medir longitudes (metro), o de un patrón para medir el tiempo (segundo), también disponemos de un patrón para la medición de la carga contaminante biodegradable presente en las aguas residuales, al que hemos acordado en llamar habitante equivalente.
En el caso europeo, la Directiva 91/271/CEE relaciona al habitante equivalente (h-e) con la carga orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de 5 días (DBO5) de 60 g de oxígeno por día.
Para la determinación de la población equivalente se precisa conocer el caudal de aguas residuales (m3/d) y su concentración de DBO5 (mg/l), determinándose los habitantes equivalentes mediante la expresión:
h-e = Q (m3/d) x DBO5 (mg/l = g/m3) / 60 g DBO5/d
Es decir, en primer lugar, multiplicamos el caudal por la concentración de las aguas residuales, con lo que se obtiene la carga contaminante. Siempre les insisto a mis alumnos que esta es la primera operación a realizar cuando se nos plantea cualquier problema relacionado con el tratamiento de las aguas.
Obtenida la carga contaminante, basta solo con dividir por el patrón acordado (1 h-e = 60 g DBO5/d), para obtener la población equivalente.
Como se aprecia, la obtención de la población equivalente es muy simple, pero suelen cometer muchos errores por el tema de las unidades. RECUERDEN QUE: mg/l = g/m3.
La población equivalente nos permite determinar la presencia en las aguas residuales de vertidos de naturaleza biodegradable diferentes de los puramente domésticos. En aquellas situaciones en las que las aguas son puramente domésticas, los habitantes equivalentes y los habitantes censados (generadores de estas aguas) serán muy similares. Cuanto mayor sea la diferencia entre estos dos tipos de habitantes, en favor de los habitantes equivalentes, más importante será la presencia de vertidos anómalos de naturaleza biodegradable.
En resumen, una pequeña población puede contaminar más, a través de sus vertidos líquidos, que una de mayor tamaño poblacional, si en sus aguas residuales presenta una importante contaminación biodegradable de origen no doméstico.
Píldora 4.- ¿Qué nos indica la relación DBO5/DQO?
La relación DBO5/DQO de un agua residual dada aporta información muy útil sobre su biodegradabilidad y, por tanto, sobre si es susceptible de ser tratada mediante la aplicación de procesos de naturaleza biológica.
La siguiente Tabla relaciona los valores de la relación DBO5/DQO en un agua residual dada con su biodegradabilidad.
Normalmente, las aguas residuales urbanas presentan valores de la relación DBO5/DQO próximos a 0,4. Para valores de esta relación por debajo de 0,2 los tratamientos biológicos no son de aplicación, recomendándose recurrir a tratamientos fisicoquímicos.
P.D. Dejaremos un tiempo para la correcta asimilación de estas cuatro píldoras y en la próxima entrega comenzaremos con un ejercicio práctico para familiarizarnos con su manejo.
Además, hablaremos de los tratamientos aerobios y anaerobios de las aguas residuales, incidiendo en: sus fundamentos, sus requisitos nutricionales y su comportamiento ante tóxicos.
¡HASTA PRONTO!
