3.2 Sistemas de tratamiento - Cedum
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SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS<br />
Las diversas activida<strong>de</strong>s agrícolas, gana<strong>de</strong>ras, industriales y recreacionales <strong>de</strong>l ser humano<br />
han traído como consecuencia la contaminación <strong>de</strong> las aguas superficiales con sustancias<br />
químicas y microbiológicas, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> sus características estéticas.<br />
Para hacer frente a este problema, es necesario someter al agua a una serie <strong>de</strong><br />
operaciones o procesos unitarios, a fin <strong>de</strong> purificarla o potabilizarla para que pueda ser<br />
consumida por los seres humanos.<br />
Una operación unitaria es un proceso químico, físico o biológico mediante el cual las<br />
sustancias objetables que contiene el agua son removidas o transformadas en sustancias<br />
inocuas.<br />
La mayor parte <strong>de</strong> los procesos originan cambios en la concentración o en el estado <strong>de</strong><br />
una sustancia, la cual es <strong>de</strong>splazada o incorporada en la masa <strong>de</strong> agua. Este fenómeno<br />
recibe el nombre <strong>de</strong> transferencia <strong>de</strong> fase. Son ejemplos <strong>de</strong> ello la introducción <strong>de</strong> oxígeno<br />
al agua (transferencia <strong>de</strong> la fase gaseosa a la líquida) y la liberación <strong>de</strong> anhídrido<br />
carbónico contenido en el agua (transferencia <strong>de</strong> la fase líquida a la gaseosa) mediante el<br />
proceso <strong>de</strong> aereación<br />
El objetivo <strong>de</strong> estos <strong>tratamiento</strong>s es, en general, reducir la carga <strong>de</strong> contaminantes <strong>de</strong>l<br />
vertido y convertirlo en inocuo para el medio ambiente. Para cumplir estos fines se usan<br />
distintos tipos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> los contaminantes que arrastre el agua y <strong>de</strong><br />
otros factores más generales, como localización <strong>de</strong> la planta <strong>de</strong>puradora, clima,<br />
ecosistemas afectados, etc .
La Depuración <strong>de</strong> las Aguas Residuales<br />
Existen distintos tipos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> las aguas residuales para lograr remover<br />
los contaminantes. Se pue<strong>de</strong>n usar <strong>de</strong>s<strong>de</strong> sencillos procesos físicos como la<br />
sedimentación, en la que se <strong>de</strong>ja que los contaminantes se <strong>de</strong>positen en el fondo<br />
por gravedad, hasta complicados procesos químicos, biológicos o térmicos. Ellos se<br />
pue<strong>de</strong>n clasificar según el medio <strong>de</strong> eliminación <strong>de</strong> los contaminantes, según la<br />
fase <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración y según el costo <strong>de</strong> la explotación.<br />
Según el Medio <strong>de</strong> Eliminación <strong>de</strong> los Contaminantes<br />
Físicos<br />
Clasificación <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong><br />
<strong>tratamiento</strong><br />
Biológicos<br />
Químicos<br />
A.) Físicos: Son aquellos en los cuales predomina la aplicación <strong>de</strong> fuerzas físicas, en la<br />
eliminación <strong>de</strong> los contaminantes.<br />
Desbaste (por rejas, tamices)<br />
Desengrasado<br />
Sedimentación.<br />
Flotación.- Natural o provocada con aire.
Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc.<br />
Evaporación.<br />
Adsorción.- Con carbón activo, zeolitas, etc.<br />
Desorción (Stripping). Se transfiere el contaminante al aire (ej. amoniaco).<br />
Extracción.- Con líquido disolvente que no se mezcla con el agua.<br />
B.) Químicos: Son aquellos en los cuales la eliminación <strong>de</strong> los contaminantes es dada por<br />
la adición <strong>de</strong> un producto químico o por otras reacciones químicas.<br />
Coagulación-floculación.- Agregación <strong>de</strong> pequeñas partículas usando coagulantes y<br />
floculantes (sales <strong>de</strong> hierro, aluminio, polielectrolitos, etc.)<br />
Precipitación química.- Eliminación <strong>de</strong> metales pesados haciéndolos insolubles con<br />
la adición <strong>de</strong> lechada <strong>de</strong> cal, hidróxido sódico u otros que suben el pH.<br />
Oxidación-reducción.- Con oxidantes como el peróxido <strong>de</strong> hidrógeno, ozono, cloro,<br />
permanganato potásico o reductores como el sulfito sódico.<br />
Reducción electrolítica.- Provocando la <strong>de</strong>posición en el electrodo <strong>de</strong>l<br />
contaminante. Se usa para recuperar elementos valiosos.<br />
Intercambio iónico.- Con resinas que intercambian iones. Se usa para quitar dureza<br />
al agua.<br />
Osmosis inversa.- Haciendo pasar al agua a través <strong>de</strong> membranas semipermeables<br />
que retienen los contaminantes disueltos.<br />
C.) Biológicos: Son los métodos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> en los cuales la eliminación <strong>de</strong><br />
contaminantes es provocada por una actividad biológica.<br />
Lodos activos.- Se aña<strong>de</strong> agua con microorganismos a las aguas residuales en<br />
condiciones aerobias (burbujeo <strong>de</strong> aire o agitación <strong>de</strong> las aguas).<br />
Filtros bacterianos.- Los microorganismos están fijos en un soporte sobre el que<br />
fluyen las aguas a <strong>de</strong>purar. Se introduce oxígeno suficiente para asegurar que el<br />
proceso es aerobio.
Biodiscos.- Intermedio entre los dos anteriores. Gran<strong>de</strong>s discos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> una mezcla<br />
<strong>de</strong> agua residual con microorganismos facilitan la fijación y el trabajo <strong>de</strong> los<br />
microorganismos.<br />
Lagunas aireadas.- Se realiza el proceso biológico en lagunas <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s<br />
extensiones.<br />
<strong>Sistemas</strong> <strong>de</strong> aplicación al suelo. -<br />
Degradación anaerobia.- Procesos con microorganismos que no necesitan oxígeno<br />
para su metabolismo.<br />
SEGÚN LA FASE DE DEPURACIÓN<br />
Las aguas residuales se pue<strong>de</strong>n someter a diferentes niveles <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, <strong>de</strong>pendiendo<br />
<strong>de</strong>l grado <strong>de</strong> purificación que se quiera. Es tradicional hablar <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> primario,<br />
secundario, etc, aunque muchas veces la separación entre ellos no es totalmente clara. Así<br />
se pue<strong>de</strong>n distinguir:<br />
A.) Tratamiento preliminar.<br />
El <strong>tratamiento</strong> preliminar está <strong>de</strong>stinado a<br />
preparar las aguas residuales para que puedan<br />
recibir un <strong>tratamiento</strong> posterior evitando que se<br />
presenten obstrucción <strong>de</strong> tuberías, presencia <strong>de</strong><br />
sólidos flotantes, fluctuación <strong>de</strong> caudal, etc.<br />
Las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> preliminar más<br />
utilizadas son las rejas, los <strong>de</strong>smenuzadores, los <strong>de</strong>sengrasadores, los tanques <strong>de</strong><br />
compensación y los <strong>de</strong>sarenadores. De éstas, las más utilizadas son las rejas y en algunos<br />
casos <strong>de</strong> acuerdo a las características <strong>de</strong>l agua, los <strong>de</strong>sarenadores. Las <strong>de</strong>más unida<strong>de</strong>s<br />
son más frecuentes para líquidos industriales.
Las rejas son dispositivos constituidos por barras metálicas paralelas e igualmente<br />
espaciadas, la más utilizada es la reja sencilla <strong>de</strong> limpieza manual con espaciamiento libre<br />
entre barras <strong>de</strong> 2 hasta 4 cm.<br />
Los <strong>de</strong>sarenadores son unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>stinadas a retener arena y otros minerales inertes y<br />
pesados como carbón, tierra, arena con diámetros mínimos <strong>de</strong> 0.2 mm, los tanques<br />
pue<strong>de</strong>n tener un ancho <strong>de</strong> 20 a 100 cm y una longitud variable <strong>de</strong> 6 a 18 metros.<br />
Tabla 1. Comparación <strong>de</strong> las diferentes tecnologías utilizadas en el <strong>tratamiento</strong><br />
preliminar<br />
Fuente: Min Ambiente. Colombia. 2002<br />
B.) Tratamiento Primario.<br />
El <strong>tratamiento</strong> primario es el proceso <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l agua residual consistente en la<br />
eliminación <strong>de</strong> los sólidos suspendidos contenidos en ellas por cualquier método.
Tabla 2. Comparación <strong>de</strong> las diferentes tecnologías utilizadas en el <strong>tratamiento</strong><br />
primario<br />
Fuente: Min. Ambiente. Colombia. 2002<br />
C.) Tratamiento Secundario.<br />
Consiste en tratar el agua con el fin <strong>de</strong> transformar los compuestos que están en forma <strong>de</strong><br />
sólidos disueltos y coloidales en compuestos estables, por medio <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>s físicoquímicos<br />
como la coagulación (consiste en la <strong>de</strong>sestabilización <strong>de</strong> los coloi<strong>de</strong>s, utilizando<br />
como coagulantes sales <strong>de</strong> hierro o aluminio, sulfato <strong>de</strong> aluminio y cloruro férrico),<br />
floculación (consiste en la aglomeración <strong>de</strong> los coloi<strong>de</strong>s y para ello se utilizan sílice<br />
activada y polímeros orgánicos), <strong>de</strong>cantación, flotación, filtración, separación por<br />
membranas, adsorción e intercambio <strong>de</strong> iones, <strong>tratamiento</strong>s químicos (precipitación,<br />
neutralización y óxido-reducción) y <strong>tratamiento</strong>s biológicos (lodos activados, filtros<br />
percoladores, tanques Imhoff, lagunas <strong>de</strong> oxidación, biodiscos, zanjas <strong>de</strong> oxidación, filtros<br />
<strong>de</strong> arena, zanjas filtrantes).
Tabla 3. Comparación <strong>de</strong> las diferentes tecnologías utilizadas en el <strong>tratamiento</strong><br />
secundario<br />
D.) Tratamiento terciario.<br />
Fuente: Min. Medio ambiente 2002
Es el último paso <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l agua residual con el fín <strong>de</strong> pulir el efluente <strong>de</strong>l<br />
<strong>tratamiento</strong> secundario, eliminando elementos como el N, P, K, Ca y otros.<br />
D.) Tratamiento terciario.<br />
Es el último paso <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l agua residual<br />
con el fín <strong>de</strong> pulir el efluente <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong><br />
secundario, eliminando elementos como el N, P, K,<br />
Ca y otros.<br />
SEGÚN EL COSTO DE LA EXPLOTACIÓN<br />
Los sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> se pue<strong>de</strong>n clasificar en:<br />
A.) Tecnologías <strong>de</strong> bajo costo. Métodos blandos.<br />
La base <strong>de</strong> estos sistemas es la reproducción <strong>de</strong> los fenómenos <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración naturales<br />
con vistas a una mayor facilidad <strong>de</strong> manejo y por lo tanto a lograr unos menores costos <strong>de</strong><br />
mantenimiento.<br />
Sus características están basadas en:
Facilidad <strong>de</strong> operación y mantenimiento.<br />
No necesidad <strong>de</strong> personal especializado.<br />
Gran<strong>de</strong>s tiempos <strong>de</strong> respuesta.<br />
Uso <strong>de</strong> equipamento sencillo.<br />
Bajo costos energéticos.<br />
Buena integración en el medio rural.<br />
Rendimientos buenos – aceptables.<br />
Muy aptos en reutilización agrícola.<br />
B.) Métodos convencionales<br />
Son los métodos tradicionales <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración<br />
cuya base <strong>de</strong> funcionamiento son también los<br />
procesos naturales <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración pero bajo una<br />
concepción distinta.<br />
Sus características están basadas en:<br />
<strong>Sistemas</strong> intensivos.<br />
Necesidad <strong>de</strong> control preciso.<br />
Mano <strong>de</strong> obra especializada.<br />
Altos costos <strong>de</strong> explotación.<br />
Baja integración al medio rural.<br />
Buenos resultados en <strong>de</strong>puración.<br />
Poco flexibles a cambios en condiciones <strong>de</strong> partida.<br />
Un sistema convencional <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración <strong>de</strong> aguas residuales consta <strong>de</strong> las<br />
siguientes operaciones:<br />
Llegada <strong>de</strong>l efluente: canal <strong>de</strong> llegada y recogida <strong>de</strong> las aguas residuales a la<br />
estación <strong>de</strong>puradora.
Pre<strong>tratamiento</strong>: consiste en una sucesión <strong>de</strong> etapas físicas y mecánicas<br />
<strong>de</strong>stinadas a separar las aguas <strong>de</strong> las materias voluminosas en suspensión;<br />
<strong>de</strong>spués <strong>de</strong> esta fase sólo permanecen las partículas con un diámetro inferior a<br />
200 mm. También tiene lugar la separación <strong>de</strong> grasas.<br />
Decantación primaria: Pue<strong>de</strong> ser por <strong>de</strong>cantación simple o bien por<br />
<strong>tratamiento</strong> fisicoquímico. Afecta a las partículas <strong>de</strong> diámetro superior a 100<br />
mm. Las materias <strong>de</strong>cantadas obtenidas por separación <strong>de</strong>l efluente<br />
constituyen los lodos primarios. También se lleva a cabo la eliminación <strong>de</strong> la<br />
polución coloidal y <strong>de</strong>l fósforo.<br />
Tratamiento biológico: Consiste básicamente en una <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> los<br />
compuestos orgánicos presentes en el efluente por microorganismos que se<br />
alimentan <strong>de</strong> la contaminación orgánica disuelta (lodos activados). Dispositivos<br />
<strong>de</strong> aireación permiten a las bacterias aerobias utilizadas incrementar su<br />
metabolismo y, en consecuencia, su acción.<br />
Decantación secundaria: Una nueva etapa <strong>de</strong> <strong>de</strong>cantación permite la<br />
separación <strong>de</strong> los lodos secundarios formados antes <strong>de</strong> obtener el agua<br />
<strong>de</strong>purada (filtrada y posteriormente <strong>de</strong>sinfectada).<br />
Tratamiento <strong>de</strong> lodos: El <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> lodos es una instalación<br />
fundamental <strong>de</strong> la estación <strong>de</strong>puradora. Su objetivo es reducir la masa orgánica<br />
y el volumen <strong>de</strong> los lodos primarios y secundarios recogidos tras las dos etapas<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>cantación. Compren<strong>de</strong> dos fases: en primer lugar se proce<strong>de</strong> a reducir la<br />
masa orgánica mediante estabilización por digestión aerobia o anaerobia,<br />
pasteurización y estabilización química; a continuación se reduce el volumen <strong>de</strong><br />
los lodos: por prensado, por <strong>de</strong>shidratación, por secado térmico o por<br />
incineración.
Tabla 4. Eficiencia <strong>de</strong> la remoción <strong>de</strong> contaminantes en las diferentes unida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong><br />
(1) Desp. = <strong>de</strong>spreciable<br />
Fuente: Min. Ambiente 2002
Principales Operaciones Unitarias Empleadas en el Tratamiento <strong>de</strong>l Agua<br />
Los principales procesos <strong>de</strong> transferencia utilizados en el <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l agua para<br />
consumo humano son los siguientes:<br />
Transferencia <strong>de</strong> sólidos.<br />
Transferencia <strong>de</strong> iones.<br />
Transferencia <strong>de</strong> gases.<br />
Transferencia molecular.<br />
TRANSFERENCIA DE SÓLIDOS<br />
Se consi<strong>de</strong>ran en esta clasificación los procesos <strong>de</strong> cribado, sedimentación, flotación y<br />
filtración.<br />
Cribado o cernido<br />
Consiste en hacer pasar el agua a través <strong>de</strong><br />
rejas o tamices, los cuales retienen los sólidos<br />
<strong>de</strong> tamaño mayor a la separación <strong>de</strong> las<br />
barras, como ramas, palos y toda clase <strong>de</strong><br />
residuos sólidos. También está consi<strong>de</strong>rado en<br />
esta clasificación el microcernido, que consiste<br />
básicamente en triturar las algas reduciendo<br />
su tamaño para que puedan ser removidas<br />
mediante sedimentación.
Sedimentación<br />
Consiste en promover condiciones <strong>de</strong> reposo en<br />
el agua, para remover, mediante la fuerza<br />
gravitacional, las partículas en suspensión más<br />
<strong>de</strong>nsas. Este proceso se realiza en los<br />
<strong>de</strong>sarenadores,<br />
presedimentadores,<br />
sedimentadores y <strong>de</strong>cantadores; en estos<br />
últimos, con el auxilio <strong>de</strong> la coagulación.<br />
Flotación<br />
El objetivo <strong>de</strong> este proceso es promover<br />
condiciones <strong>de</strong> reposo, para que los sólidos cuya<br />
<strong>de</strong>nsidad es menor que la <strong>de</strong>l agua asciendan a la<br />
superficie <strong>de</strong> la unidad <strong>de</strong> don<strong>de</strong> son retirados por<br />
<strong>de</strong>snatado. Para mejorar la eficiencia <strong>de</strong>l proceso,<br />
se emplean agentes <strong>de</strong> flotación. Mediante este<br />
proceso se remueven especialmente grasas,<br />
aceites, turbiedad y color. Los agentes <strong>de</strong><br />
flotación empleados son sustancias espumantes y microburbujas <strong>de</strong> aire.<br />
Filtración<br />
Consiste en hacer pasar el agua a través <strong>de</strong> un<br />
medio poroso, normalmente <strong>de</strong> arena, en el cual<br />
actúan una serie <strong>de</strong> mecanismos <strong>de</strong> remoción<br />
cuya eficiencia <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> las características <strong>de</strong> la
suspensión (agua más partículas) y <strong>de</strong>l medio poroso.<br />
Este proceso se utiliza como único <strong>tratamiento</strong> cuando las aguas son muy claras o como<br />
proceso final <strong>de</strong> pulimento en el caso <strong>de</strong> aguas turbias.<br />
Los medios porosos utilizados a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la arena —que es el más común — son<br />
la antracita, el granate, la magnetita, el carbón activado, la cáscara <strong>de</strong> arroz, la<br />
cáscara <strong>de</strong> coco quemada y molida y también el pelo <strong>de</strong> coco en el caso <strong>de</strong> los<br />
filtros rápidos. En los filtros lentos lo más efectivo es usar exclusivamente arena;<br />
no es recomendable el uso <strong>de</strong> materiales putrescibles.<br />
TRANSFERENCIA DE IONES<br />
La transferencia <strong>de</strong> iones se efectúa mediante procesos <strong>de</strong> coagulación, precipitación<br />
química, absorción e intercambio iónico.<br />
Coagulación química<br />
La coagulación química consiste en adicionar al<br />
agua una sustancia que tiene propieda<strong>de</strong>s<br />
coagulantes, la cual transfiere sus iones a la<br />
sustancia que se <strong>de</strong>sea remover, lo que<br />
neutraliza la carga eléctrica <strong>de</strong> los coloi<strong>de</strong>s para<br />
favorecer la formación <strong>de</strong> flóculos <strong>de</strong> mayor<br />
tamaño y peso.
Los coagulantes más efectivos son las sales trivalentes <strong>de</strong> aluminio y hierro. Las<br />
condiciones <strong>de</strong> pH y alcalinidad <strong>de</strong>l agua influyen en la eficiencia <strong>de</strong> la coagulación. Este<br />
proceso se utiliza principalmente para remover la turbiedad y el color.<br />
Precipitación química<br />
adición <strong>de</strong> cal.<br />
Intercambio iónico<br />
La precipitación química consiste en adicionar al<br />
agua una sustancia química soluble cuyos iones<br />
reaccionan con los <strong>de</strong> la sustancia que se <strong>de</strong>sea<br />
remover, formando un precipitado. Tal es el<br />
caso <strong>de</strong> la remoción <strong>de</strong> hierro y <strong>de</strong> dureza<br />
carbonatada (ablandamiento), mediante la<br />
Como su nombre lo indica, este proceso consiste en<br />
un intercambio <strong>de</strong> iones entre la sustancia que<br />
<strong>de</strong>sea remover y un medio sólido a través <strong>de</strong>l cual<br />
se hace pasar el flujo <strong>de</strong> agua. Este es el caso <strong>de</strong>l<br />
ablandamiento <strong>de</strong>l agua mediante resinas, en el<br />
cual se realiza un intercambio <strong>de</strong> iones <strong>de</strong> cal y<br />
magnesio por iones <strong>de</strong> sodio, al pasar el agua a través <strong>de</strong> un medio poroso constituido por<br />
zeolitas <strong>de</strong> sodio. Cuando la resina se satura <strong>de</strong> iones <strong>de</strong> calcio y magnesio, se regenera<br />
introduciéndola en un recipiente con una solución saturada <strong>de</strong> sal.
Absorción<br />
La absorción consiste en la remoción <strong>de</strong> iones y<br />
moléculas presentes en la solución,<br />
concentrándolos en la superficie <strong>de</strong> un medio<br />
adsorbente, mediante la acción <strong>de</strong> las fuerzas <strong>de</strong><br />
interfaz. Este proceso se aplica en la remoción <strong>de</strong><br />
olores y sabores, mediante la aplicación <strong>de</strong> carbón activado en polvo.<br />
TRANSFERENCIA DE GASES<br />
Consiste en cambiar la concentración <strong>de</strong> un gas que se encuentra incorporado en el agua<br />
mediante procesos <strong>de</strong> aereación, <strong>de</strong>sinfección y recarbonatación.<br />
Aereación<br />
La aereación se efectúa mediante caídas <strong>de</strong> agua<br />
en escaleras, cascadas, chorros y también<br />
aplicando el gas a la masa <strong>de</strong> agua mediante<br />
aspersión o burbujeo. Se usa en la remoción <strong>de</strong><br />
hierro y manganeso, así como también <strong>de</strong><br />
anhídrido carbónico, ácido sulfhídrico y sustancias<br />
volátiles, para controlar la corrosión y olores.
Desinfección<br />
Consiste en la aplicación principalmente <strong>de</strong> gas cloro<br />
y ozono al agua tratada.<br />
Recarbonatación<br />
Consiste en la aplicación <strong>de</strong> anhídrido carbónico para bajar el pH <strong>de</strong>l agua, normalmente<br />
<strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l ablandamiento.<br />
TRANSFERENCIA MOLECULAR<br />
En el proceso <strong>de</strong> purificación natural <strong>de</strong>l agua. Las bacterias saprofitas <strong>de</strong>gradan la<br />
materia orgánica y transforman sustancias complejas en material celular vivo o en<br />
sustancias más simples y estables, incluidos los gases <strong>de</strong> <strong>de</strong>scomposición. También los<br />
organismos fotosintéticos convierten sustancias inorgánicas simples en material celular,<br />
utilizando la luz solar y el anhídrido carbónico producto <strong>de</strong> la actividad <strong>de</strong> las bacterias y, a<br />
la vez, generan el oxígeno necesario para la supervivencia <strong>de</strong> los microorganismos<br />
aeróbicos presentes en el agua.
Este tipo <strong>de</strong> transferencia se lleva a cabo en la filtración, en la cual los mecanismos <strong>de</strong><br />
remoción más eficientes se <strong>de</strong>ben a la actividad <strong>de</strong> los microorganismos.<br />
OTROS PROCESOS UTILIZADOS<br />
A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> transferencia expuestos, también se utilizan en el <strong>tratamiento</strong><br />
<strong>de</strong>l agua para consumo humano la estabilización <strong>de</strong> solutos, la <strong>de</strong>salinización y la<br />
fluoruración.<br />
Estabilización <strong>de</strong> solutos<br />
La estabilización <strong>de</strong> solutos consiste en transformar un soluto objetable en una forma<br />
inocua, sin llegar a su remoción. Son ejemplos <strong>de</strong> este proceso la transformación <strong>de</strong>l<br />
anhídrido carbónico contenido en el agua en bicarbonato soluble mediante la adición <strong>de</strong><br />
cal o el pasar el agua a través <strong>de</strong> lechos <strong>de</strong> mármol. También se pue<strong>de</strong> citar la<br />
transformación <strong>de</strong> ácido sulfhídrico en sulfato.<br />
Desalinización<br />
Proceso mediante el cual se remueve el exceso <strong>de</strong> cloruros en el agua, transformando las<br />
aguas salobres en dulces. Este proceso se pue<strong>de</strong> realizar mediante <strong>de</strong>stilación, ósmosis<br />
inversa, etcétera.<br />
Fluoruración
Adición <strong>de</strong> fluoruros al agua para evitar las caries <strong>de</strong>ntales, principalmente en los niños<br />
menores <strong>de</strong> 5 años.<br />
Tratamiento Biológico en la Depuración <strong>de</strong> las Aguas Residuales<br />
El agua es indispensable para la vida en la tierra y también lo es para el <strong>de</strong>sarrollo<br />
industrial y agrícola <strong>de</strong> las socieda<strong>de</strong>s humanas. Des<strong>de</strong> que el hombre existe ha procurado<br />
aumentar sus recursos <strong>de</strong> agua y se ha preocupado por hacer inofensivas para la salud las<br />
aguas usadas. El <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> estas se hacía en forma natural utilizando la capacidad <strong>de</strong><br />
auto<strong>de</strong>puración <strong>de</strong> los cursos <strong>de</strong> agua o <strong>de</strong>l suelo.<br />
La auto<strong>de</strong>puración consiste en fenómenos físico-químicos y biológicos. Todos los sistemas<br />
actuales <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración <strong>de</strong>l agua, incluso los más perfeccionados, no son más que la<br />
transposición y la intensificación <strong>de</strong> esta doble acción <strong>de</strong>puradora <strong>de</strong> la que la naturaleza<br />
nos ofrece el mo<strong>de</strong>lo.<br />
La <strong>de</strong>puración biológica <strong>de</strong> las aguas residuales se basa en la capacidad <strong>de</strong> los<br />
microorganismos, que viven en el agua, <strong>de</strong> alimentarse <strong>de</strong> los compuestos orgánicos más<br />
variados, componentes principales <strong>de</strong> la contaminación <strong>de</strong>l agua. Gracias a los progresos<br />
<strong>de</strong> la biotecnología ya se empiezan a <strong>de</strong>sarrollar sistemas <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración confiables y<br />
económicos. Incluso se llega a bio<strong>de</strong>gradar compuestos minerales como los fosfatos <strong>de</strong> los<br />
<strong>de</strong>tergentes y los nitratos <strong>de</strong> los fertilizantes o incluso aprovechar algunos contaminantes<br />
utilizando microorganismos que los transforman en productos útiles para el hombre.<br />
Los progresos recientes en los conocimientos <strong>de</strong> la bioquímica bacteriana han<br />
logrado modificar enormemente las técnicas <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración y han permitido<br />
emplear microorganismos anaeróbicos, los cuales se han utilizado con éxito
durante los últimos años en su aplicación a residuos, <strong>de</strong>bido a sus ventajas<br />
respecto al <strong>tratamiento</strong> aeróbico tanto en economía y facilidad <strong>de</strong> aplicación como<br />
por la obtención <strong>de</strong> un producto <strong>de</strong> gran valor energético como el metano<br />
Estos sistemas son cada vez más utilizados para tratar los efluentes<br />
bio<strong>de</strong>gradables en más <strong>de</strong>l 90%, pero muy concentrados, proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> la<br />
agroindustria.<br />
En el <strong>tratamiento</strong> anaeróbico <strong>de</strong> estas aguas intervienen muchos tipos <strong>de</strong><br />
microorganismos, a diferencia <strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> biotecnologías, esto no <strong>de</strong>be sorpren<strong>de</strong>r<br />
puesto que las materias primas utilizadas en el proceso son, <strong>de</strong> ordinario, mezclas<br />
complejas <strong>de</strong> materiales y es improbable que una sola especie pueda <strong>de</strong>gradar toda la<br />
gama <strong>de</strong> compuestos distintos. De modo que en estos sistemas se presenta una compleja<br />
interacción entre muchos tipos <strong>de</strong> microorganismos en la que cada uno <strong>de</strong>sempeña un<br />
importante papel.<br />
La investigación y el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> sistemas biológicos para el <strong>tratamiento</strong> y/o<br />
aprovechamiento <strong>de</strong> residuos orgánicos resulta importante para nuestro país, dada la<br />
necesidad <strong>de</strong> conservar el medio ambiente, el cual se constituye en un patrimonio común<br />
y por la conveniencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>tener la creciente <strong>de</strong>gradación ambiental <strong>de</strong> las zonas rurales<br />
cafeteras, originada por la contaminación <strong>de</strong> los cursos superficiales <strong>de</strong> agua, a raíz <strong>de</strong> la<br />
disposición ina<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> las aguas negras y las aguas residuales <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong><br />
beneficio húmedo <strong>de</strong>l café.<br />
El proceso aerobio para la <strong>de</strong>puración <strong>de</strong> aguas residuales<br />
En el <strong>tratamiento</strong> aeróbico <strong>de</strong> las aguas residuales se incrementa fuertemente el aporte <strong>de</strong><br />
oxígeno por riego <strong>de</strong> superficies sólidas, por agitación o agitación y aireación sumergida<br />
simultáneas.
El crecimiento <strong>de</strong> los microorganismos y su actividad <strong>de</strong>gradativa crecen<br />
proporcionalmente a la tasa <strong>de</strong> aireación. Las sustancias orgánicas e inorgánicas<br />
acompañantes productoras <strong>de</strong> enturbiamiento son el punto <strong>de</strong> partida para el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> colonias mixtas <strong>de</strong> bacterias y hongos <strong>de</strong> las aguas residuales, los flóculos que, con<br />
una intensidad <strong>de</strong> agitación <strong>de</strong>creciente, pue<strong>de</strong>n alcanzar un diámetro <strong>de</strong> unos mm<br />
dividiéndose o hundiéndose <strong>de</strong>spués.<br />
La formación <strong>de</strong> flóculos se ve posibilitada por sustancias mucilaginosas extracelulares y<br />
también por las microfibrillas <strong>de</strong> la pared bacteriana que unen las bacterias unas con<br />
otras. El 40 – 50% <strong>de</strong> las sustancias orgánicas disueltas se incorporan a la biomasa<br />
bacteriana y el 50 – 60% <strong>de</strong> las mismas se <strong>de</strong>grada.<br />
La acción <strong>de</strong>gradativa o <strong>de</strong>puradora <strong>de</strong> los microorganismos en un proceso se mi<strong>de</strong> por el<br />
porcentaje <strong>de</strong> disminución <strong>de</strong> la DBO en las aguas residuales tratadas. Dicha disminución<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> aireación <strong>de</strong>l proceso, <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> residuos y <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong><br />
contaminantes <strong>de</strong> las aguas residuales y se expresa asi mismo en unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> DBO.<br />
El número <strong>de</strong> bacterias <strong>de</strong> los fangos activados ascien<strong>de</strong> a muchos miles <strong>de</strong> millones por<br />
ml, entre ellas aparece regularmente la bacteria mucilaginosa Zooglea ramigera, que<br />
forma gran<strong>de</strong>s colonias con numerosas células encerradas en una gruesa cubierta<br />
mucilaginosa común, las células individuales libres se mueven con ayuda <strong>de</strong> flagelos<br />
polares.<br />
Entre las bacterias <strong>de</strong> los flóculos predominan las representantes <strong>de</strong> géneros con<br />
metabolismo aerobio-oxidativo como Zooglea, Pseudomonas, Alcaligenes, Arthrobacter,<br />
Corynebacterium, Acinetobacter, Micrococcus y Flavobacterium. Pero también se<br />
presentan bacterias anaerobias facultativas, que son fermentativas en ausencia <strong>de</strong>
sustratos oxigenados, <strong>de</strong> los géneros Aeromonas, Enterobacter, Escherichia, Streptococcus<br />
y distintas especies <strong>de</strong> Bacillus. Todas las bacterias contribuyen con las cápsulas <strong>de</strong><br />
mucílago y con las microfibrillas al crecimiento colonial y a la formación <strong>de</strong> los flóculos.<br />
En las aguas residuales con una composición heterogénea, la microflora se reparte<br />
equitativamente entre muchos grupos bacterianos. En la selección <strong>de</strong> bacterias y en la<br />
circulación y formación <strong>de</strong> flóculos juegan un importante papel los numerosos protozoos<br />
existentes, la mayoría <strong>de</strong> ellos ciliados coloniales y pedunculados <strong>de</strong> los géneros Vorticela,<br />
Epystilis y Carchesium, aunque también puedan nadar libremente como los Colpidium que<br />
aparecen a la par <strong>de</strong> ellos, alimentándose <strong>de</strong> las bacterias <strong>de</strong> vida libre que se encuentran<br />
tanto sobre la superficie como fuera <strong>de</strong> las colonias. Su función es esencial en la<br />
consecución <strong>de</strong> unas aguas claras y bien <strong>de</strong>puradas.<br />
La salida <strong>de</strong> los fangos activados sintéticos libres <strong>de</strong> ciliados se ve contaminada y<br />
enturbiada por la presencia <strong>de</strong> bacterias aisladas. Se realiza una inoculación <strong>de</strong> ciliados<br />
que crecen rápidamente, favoreciendo con su actividad <strong>de</strong>predadora el crecimiento y la<br />
circulación <strong>de</strong> las bacterias <strong>de</strong> los fangos, con lo que posibilitan un efluente mas limpio.<br />
A<strong>de</strong>más en los fangos activados aparecen regularmente hongos edáficos y levaduras,<br />
siendo las más frecuentes las especies <strong>de</strong> Geotrichum, Trichosporum, Penicillium,<br />
Cladosporium, Alternaria, Candida y Cephalosporium.<br />
Tras la <strong>de</strong>puración biológica, las aguas residuales contienen compuestos orgánicos,<br />
fosfatos y nitratos disueltos que sólo se <strong>de</strong>gradarán ya lentamente. Los nitratos se forman<br />
por oxidación <strong>de</strong>l amonio <strong>de</strong>sprendido en la <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> compuestos orgánicos<br />
nitrogenados. Esta es una tarea <strong>de</strong> las bacterias nitrificantes, uno <strong>de</strong> cuyos grupos está<br />
reprensado en las aguas residuales principalmente por Nitrosomonas y Nitrosospira, que<br />
únicamente llevan a cabo la reacción <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l amonio a nitrito para obtener<br />
energía metabólica, mientras que un segundo grupo <strong>de</strong> bacterias, que aparece siempre
junto al ya citado y que esta reprensado por Nitrobacter, oxida el nitrito a nitrato y obtiene<br />
energía gracias exclusivamente a este proceso:<br />
Otros microorganismos que también intervienen en el <strong>tratamiento</strong> aerobio <strong>de</strong> aguas<br />
residuales son: Citrobacter, Serratia, mohos y levaduras que actúan más <strong>de</strong> componentes<br />
acompañantes que <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradantes y algunas algas como Anabaena y Clorella.<br />
El proceso anaerobio para la <strong>de</strong>puración <strong>de</strong> aguas residuales<br />
Las bacterias metanogénicas cumplen un importante papel en la digestión anaeróbica<br />
pues son las encargadas <strong>de</strong> la etapa final <strong>de</strong>l proceso, en don<strong>de</strong> la materia orgánica<br />
presente en el sustrato es convertida en CO 2 y CH 4 , pero su baja velocidad <strong>de</strong> crecimiento<br />
hace que sean necesarios largos períodos <strong>de</strong> tiempo y se <strong>de</strong>ba tener una especial atención<br />
para el primer arranque <strong>de</strong>l reactor.<br />
Dentro <strong>de</strong> las bacterias anaeróbicas, las fermentativas se reproducen entre 10 y 60 veces<br />
más rápido que las bacterias metanogénicas. La baja tasa <strong>de</strong> crecimiento <strong>de</strong> las bacterias<br />
metanogénicas, en especial las metanogénicas acetoclásticas, es el factor que contribuye<br />
<strong>de</strong> una forma más importante a los largos tiempos <strong>de</strong> arranque. El tiempo <strong>de</strong> duplicación<br />
para las bacterias metanogénicas acetoclásticas es <strong>de</strong> 7 días, en condiciones óptimas a<br />
36°C.
Figura 1. Representación esquemática <strong>de</strong> la transformación bacteriana en la<br />
digestión anaerobia<br />
El éxito <strong>de</strong>l primer arranque, <strong>de</strong> cualquier <strong>tratamiento</strong> anaeróbico, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> casi en su<br />
totalidad <strong>de</strong> un crecimiento a<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> las bacterias metanogénicas y <strong>de</strong> que el material<br />
celular metanogénico generado sea retenido en el reactor como lodo bacterial.<br />
Los organismos vivos en la tierra requieren <strong>de</strong> 30 a 40 elementos químicos para su<br />
<strong>de</strong>sarrollo normal. Los más importantes son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno,<br />
azufre y fósforo. Como existe una cantidad finita <strong>de</strong> ellos, su continua disponibilidad<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> ciclos que permitan el uso repetido <strong>de</strong> dichos elementos, es <strong>de</strong>cir, es<br />
necesario recircularlos. El mecanismo general por el cual en los ecosistemas <strong>de</strong> nuestro
planeta se recirculan los elementos, es a través <strong>de</strong> la relación existente entre el flujo<br />
energético, el ciclo <strong>de</strong>l agua y los ciclos biogeoquímicos.<br />
El ciclo <strong>de</strong> vida bacterial toma dos caminos: la célula se divi<strong>de</strong> y reproduce a sí misma o<br />
continúa su función hasta que muere. En su mayoría las bacterias se reproducen por fisión<br />
binaria, esto es, cada célula original se divi<strong>de</strong> en dos nuevas células u organismos. El<br />
patrón <strong>de</strong> crecimiento <strong>de</strong> las bacterias presentes en un volumen fijo <strong>de</strong> medio <strong>de</strong> cultivo<br />
tiene cuatro diferentes fases:<br />
1. Fase <strong>de</strong> adaptación: Es el tiempo que toman las bacterias para aclimatarse a su<br />
nuevo ambiente, a partir <strong>de</strong> la adición <strong>de</strong> estas al medio <strong>de</strong> cultivo, es un período <strong>de</strong><br />
ajuste a las nuevas condiciones encontradas por la simiente inoculada.<br />
2. Fase <strong>de</strong> crecimiento exponencial: Durante este período las células se divi<strong>de</strong>n a una<br />
rata <strong>de</strong>terminada por su propio tipo, tiempo y capacidad para procesar el alimento.<br />
3. Fase estacionaria: La población se mantiene estacionaria. Las razones para este<br />
fenómeno son: que las células han agotado los nutrientes necesarios para su crecimiento,<br />
o que, el crecimiento <strong>de</strong> las nuevas células está equilibrado con la mortalidad <strong>de</strong> las<br />
células viejas.<br />
4. Fase <strong>de</strong> extinción: Durante esta fase la rata <strong>de</strong> mortalidad <strong>de</strong> las bacterias supera la<br />
<strong>de</strong> producción <strong>de</strong> nuevas células. La rata <strong>de</strong> mortalidad es normalmente una función <strong>de</strong><br />
las características <strong>de</strong>l medio ambiente y <strong>de</strong> la población aceptable por el medio. Si el<br />
alimento se agota, todas las bacterias regresan a sus sistemas <strong>de</strong> respiración y digestión<br />
endógenos. Luego que la célula muere, su material orgánico se convierte en fuente <strong>de</strong><br />
alimento para otras bacterias o formas <strong>de</strong> vida más <strong>de</strong>sarrolladas.
Es evi<strong>de</strong>nte pues, que sólo asegurando un rápido crecimiento <strong>de</strong> la población bacteriana<br />
anaeróbica pue<strong>de</strong> lograrse la máxima producción <strong>de</strong> gas, y ello requiere, en primer lugar,<br />
la presencia <strong>de</strong> macro y micronutrientes en la proporción a<strong>de</strong>cuada. Por ello la relación<br />
C/N es un índice altamente significativo en lo que se refiere a la digestibilidad y al<br />
rendimiento potencial <strong>de</strong> un <strong>de</strong>terminado material orgánico. Su valor óptimo está<br />
comprendido entre 25 y 30.<br />
Los procesos biológicos utilizados en la <strong>de</strong>puración <strong>de</strong> aguas residuales como el sistema<br />
<strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> anaeróbico, tienen su fundamento en la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la población microbial<br />
o biomasa, cuyo crecimiento <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la existencia en el medio, <strong>de</strong> ciertos elementos,<br />
indispensables para la síntesis celular, por lo tanto cualquier proceso <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong><br />
biológico, necesita nutrientes y estos <strong>de</strong>ben ser suministrados según el grado <strong>de</strong> actividad<br />
microbial <strong>de</strong>seado.<br />
Si bien se conocen microorganismos que precisan para su <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> sustancias<br />
orgánicas tales como vitaminas, ácidos grasos, aminoácidos que son suministrados por<br />
otros, por regla general las bacterias tienen requerimientos nutritivos simples. En el caso<br />
concreto <strong>de</strong> las bacterias responsables <strong>de</strong> la fermentación anaeróbica estos requerimientos<br />
son a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l carbono y el nitrógeno, el fósforo cuyas necesida<strong>de</strong>s se cifran en 1/5 <strong>de</strong><br />
las <strong>de</strong> nitrógeno, y una serie <strong>de</strong> elementos minerales como el S, K, Na, Ca, Mg, Fe,<br />
requeridos sólo en muy pequeñas cantida<strong>de</strong>s para un crecimiento celular óptimo y<br />
normalmente presente en los residuos <strong>de</strong>stinados a este tipo <strong>de</strong> fermentación.<br />
El éxito <strong>de</strong> los sistemas anaeróbicos radica en el hecho <strong>de</strong> que proporcionen las<br />
condiciones para que las tasas <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong>l sustrato en el reactor se hagan<br />
comparables con los <strong>de</strong> los procesos aeróbicos.
Para lograr esto, se han seguido varias estrategias, que las po<strong>de</strong>mos resumir en:<br />
Incremento <strong>de</strong> la actividad <strong>de</strong> las bacterias involucradas en el proceso, incremento <strong>de</strong> la<br />
biomasa activa <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l reactor y generación <strong>de</strong> un buen contacto entre la biomasa<br />
activa y el agua residual.<br />
Eliminación <strong>de</strong> N y P<br />
En los casos en los que las aguas que salen <strong>de</strong> la plantase vierten a ecosistemas<br />
en peligro <strong>de</strong> eutrofización es importante eliminar los nutrientes (P y N) que estas<br />
aguas pue<strong>de</strong>n llevar, para no aumentar la intensidad <strong>de</strong> ese proceso.<br />
Para eliminar fósforo se suelen pasar las aguas por un reactor "anaerobio" que facilita una<br />
mayor asimilación <strong>de</strong> ese elemento por las bacterias. Así se llega a eliminar el 60 - 70%<br />
<strong>de</strong>l fósforo. Si esto no es suficiente se complementa con una precipitación química forzada<br />
por la adición <strong>de</strong> sulfato <strong>de</strong> alúmina o cloruro férrico.<br />
La eliminación <strong>de</strong> nitrógeno se hace en varias fases. En primer lugar, durante el<br />
<strong>tratamiento</strong> biológico habitual, la mayor parte <strong>de</strong> los compuestos orgánicos <strong>de</strong> nitrógeno<br />
se convierten en amoniaco (amonificación). A continuación hay que conseguir que el<br />
amoniaco se convierta a nitratos (nitrificación) por la acción <strong>de</strong> bacterias nitrificantes<br />
(Nitrosomonas y Nitrobacter) que son aerobias. Este proceso <strong>de</strong> nitrificación necesita <strong>de</strong><br />
reactores <strong>de</strong> mucho mayor volumen (unas cinco o seis veces mayor) que los necesarios<br />
para eliminar carbono orgánico. Las temperaturas bajas también dificultan el proceso (a<br />
12ºC el volumen <strong>de</strong>be ser el doble que a 18ºC).<br />
A continuación se procura la eliminación <strong>de</strong> los nitratos en el proceso llamado<br />
<strong>de</strong>snitrificación. Para esto se usan bacterias en condiciones anaerobias que hacen<br />
reaccionar el nitrato con parte <strong>de</strong>l carbono que contiene el agua que está siendo tratada.<br />
Como resultado <strong>de</strong> la reacción se forma CO 2 y N 2 que se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong>n a la atmósfera. Para
llevar a cabo estos procesos hacen falta reactores <strong>de</strong> gran volumen, aireación <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s<br />
masas <strong>de</strong> agua y recirculación <strong>de</strong> fangos que complican y encarecen todo el proceso <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>puración.<br />
En el medio ambiente natural, cuando interaccionan el agua, el suelo, las plantas, los<br />
microorganismos y la atmósfera, se producen procesos físicos, químicos y biológicos. Los<br />
sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> natural se diseñan para aprovechar estos procesos con el objeto<br />
<strong>de</strong> proporcionar <strong>tratamiento</strong> al agua residual.<br />
<strong>Sistemas</strong> <strong>de</strong> Tratamiento Naturales<br />
SISTEMAS DE TRATAMIENTO NATURALES DE AGUAS RESIDUALES<br />
Los procesos que intervienen en los sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> natural incluyen muchos <strong>de</strong><br />
los utilizados en las plantas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> (sedimentación, filtración, transferencia <strong>de</strong><br />
gases, adsorción, intercambio iónico, precipitación química, oxidación y reducción química<br />
y conversión y <strong>de</strong>scomposición biológicas), junto con procesos propios <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> natural tales como la fotosíntesis, la fotooxidación y la asimilación por parte<br />
<strong>de</strong> las plantas<br />
A diferencia <strong>de</strong> los sistemas mecánicos, en los que los procesos se llevan a cabo, <strong>de</strong> forma<br />
secuencial, en diferentes tanques y reactores a velocida<strong>de</strong>s aceleradas como consecuencia<br />
<strong>de</strong>l po<strong>de</strong>r energético, en los sistemas naturales los procesos se producen a velocida<strong>de</strong>s<br />
―naturales‖ y tien<strong>de</strong>n a realizarse <strong>de</strong> forma simultánea en un único ―reactor-ecosistema‖
Dentro <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> natural se incluyen, los sistemas <strong>de</strong> aplicación al<br />
terreno (sistemas <strong>de</strong> baja carga, <strong>de</strong> infiltración rápida y <strong>de</strong> riego superficial) y los sistemas<br />
acuáticos (terrenos pantanosos naturales y artificiales y sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> mediante<br />
plantas acuáticas).<br />
POTENCIAL DE PLANTAS ACUÁTICAS EN EL POSTRATAMIENTO DE<br />
AGUAS RESIDUALES<br />
Las alternativas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> biológico incorporan el uso <strong>de</strong> plantas superiores<br />
(macrófitas) como elemento <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> las aguas y proponen el<br />
aprovechamiento al máximo <strong>de</strong> las ventajas <strong>de</strong> las zonas tropicales tales como la<br />
amplia disponibilidad <strong>de</strong> luz solar, las altas temperaturas y las propieda<strong>de</strong>s<br />
inherentes <strong>de</strong> las plantas <strong>de</strong>l trópico, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> su gran variedad.<br />
La similitud <strong>de</strong> contenido <strong>de</strong> nutrientes <strong>de</strong> las aguas negras y <strong>de</strong> los fertilizantes<br />
comerciales, aunque en proporciones y cantida<strong>de</strong>s diferentes, ofrecen una interesante<br />
perspectiva <strong>de</strong> la recuperación <strong>de</strong> los recursos en la forma <strong>de</strong> cultivos que pue<strong>de</strong>n ser<br />
aprovechados para producción <strong>de</strong> fertilizante orgánico, energía y alimento, estableciendo<br />
así sistemas integrados <strong>de</strong> control <strong>de</strong> la contaminación <strong>de</strong> las aguas y <strong>de</strong> recuperación <strong>de</strong><br />
recursos.<br />
LAS PLANTAS ACUÁTICAS Y EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN.<br />
Aunque algunos <strong>de</strong> los primeros intentos <strong>de</strong> tratar las aguas residuales involucró el uso <strong>de</strong><br />
ecosistemas <strong>de</strong> pantanos y aún <strong>de</strong> bosques, paulatinamente la experiencia puso <strong>de</strong><br />
manifiesto que las plantas acuáticas flotantes, con sus raíces especiales, son en realidad el<br />
mejor sistema <strong>de</strong> filtro biológico para extraer contaminantes que se encuentran en las<br />
aguas residuales.
La riqueza y variedad <strong>de</strong> conductas y <strong>de</strong> compuestos químicos secundarios que las plantas<br />
poseen, por ejemplo compuestos <strong>de</strong> nitrógeno, terpenoi<strong>de</strong>s, fenólicos y alcaloi<strong>de</strong>s, para<br />
afrontar factores tales como las diferencias <strong>de</strong> clima y <strong>de</strong> suelos, los contaminantes no<br />
naturales, los animales y la competencia <strong>de</strong> las otras plantas, dan a enten<strong>de</strong>r el gran<br />
potencial que éstas tienen como elemento integral <strong>de</strong> procesos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas y<br />
control <strong>de</strong> la contaminación.<br />
Algunos ejemplos <strong>de</strong> cualida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las plantas son:<br />
La mejor eficiencia fotosintética <strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> las plantas tropicales, en<br />
comparación con las plantas <strong>de</strong> climas templados, <strong>de</strong>bido a la existencia <strong>de</strong> un ciclo <strong>de</strong><br />
asimilación <strong>de</strong>l carbón, el ciclo <strong>de</strong> Hatch-Slack, adicional al ciclo <strong>de</strong> Calvin, existente en<br />
todas las plantas.<br />
La gran adaptación a la sequía <strong>de</strong>mostrada por algunas plantas, a través <strong>de</strong><br />
mecanismos fisiológicos o bioquímicos.<br />
La habilidad <strong>de</strong> algunas plantas para absorber, sin presentar síntomas <strong>de</strong> intoxicación,<br />
sustancias nocivas para la vida animal.<br />
En el caso específico <strong>de</strong> posible <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas negras algunos ejemplos ilustran<br />
el potencial <strong>de</strong> las plantas, con experimentos realizados por Tri<strong>de</strong>ch, et. al, 1981,<br />
citado por Fonseca y Villate, 1983, en los que se compararon la remoción <strong>de</strong> cadmio,<br />
arsénico, mercurio, selenio, boro, fenoles y bifeniles policlorinados, nitrógeno y<br />
fósforo, por plantas creciendo en efluentes secundarios, usando plantas flotantes<br />
Eichhornia crassipes, Lemna minor y Pistia stratiotes, plantas sumergidas Elo<strong>de</strong>a<br />
cana<strong>de</strong>nsis, Ceratophyllum <strong>de</strong>mersum, Alternanthera philoxeroi<strong>de</strong>s y las emergentes<br />
Scirpus l., Juncos, Sagittaria graminea.
Los fenoles son rápidamente glicosilados y almacenados en las vacuolas o<br />
metabolizados hasta CO 2 por un buen número <strong>de</strong> plantas, tal es el caso <strong>de</strong> algunas <strong>de</strong>l<br />
género Scirpus y su microflora asociada. A<strong>de</strong>más las raíces <strong>de</strong> las plantas proveen<br />
apreciable superficie <strong>de</strong> adherencia y una fuente <strong>de</strong> carbón orgánico para las bacterias<br />
<strong>de</strong>nitrificadoras, contribuyendo así al proceso <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> nutrientes<br />
indirectamente; en algunos casos translocan oxígeno <strong>de</strong> la atmósfera a las raíces<br />
(Wolverton y McDonald, 1983), siendo esto parte <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> adaptación a<br />
ambientes anaeróbicos, que permiten la subsistencia <strong>de</strong> algunas plantas en áreas<br />
sometidas a inundación periódica.<br />
PLANTAS ACUÁTICAS UTILIZADAS EN TRATAMIENTO DE AGUAS<br />
RESIDUALES.<br />
Existe un gran número <strong>de</strong> especies <strong>de</strong> plantas acuáticas, tanto flotantes como emergentes<br />
(e inclusive algunas especies sumergidas), que se han utilizado para el <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong><br />
aguas residuales. Aunque existen estudios para el <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> efluentes con varias<br />
especies <strong>de</strong> plantas acuáticas, el jacinto ha sido el más utilizado para este fin, <strong>de</strong>bido a<br />
sus características. Se ha <strong>de</strong>mostrado que la productividad <strong>de</strong>l jacinto acuático está en<br />
función <strong>de</strong> la temperatura <strong>de</strong>l aire, la disponibilidad <strong>de</strong> nutrientes (principalmente<br />
nitrógeno) y la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la planta. A<strong>de</strong>más, las plantas proveen sombra que impi<strong>de</strong> el<br />
crecimiento <strong>de</strong> algas, permitiendo que actúe como filtro biológico clarificando y purificando<br />
el agua.<br />
El estudio más completo <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración con jacintos <strong>de</strong> agua, tanto sobre efluentes<br />
urbanos como industriales, ha sido llevado a cabo por el grupo <strong>de</strong> Wolverton en<br />
Mississippi, en la NASA, National Space Technology Laboratories. El objetivo inicial <strong>de</strong><br />
estas investigaciones fue la búsqueda <strong>de</strong> un sistema que mejorase los lagunajes<br />
facultativos (muy utilizados en Estados Unidos en pequeñas comunida<strong>de</strong>s), a fin <strong>de</strong> que<br />
los efluentes no superasen los límites contaminantes fijados por la ley fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> 1972
(Fe<strong>de</strong>ral Water Pollution Control Act Amendments). Como resultados <strong>de</strong> estos trabajos, el<br />
jacinto <strong>de</strong> agua ha sido empleado con éxito en el <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas en el Sur y<br />
Sudoeste <strong>de</strong> los Estados Unidos (Martín, 1994).<br />
MECANISMOS DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES POR PARTE DE LAS<br />
PLANTAS ACUÁTICAS.<br />
Con base en observaciones <strong>de</strong> ecosistemas naturales y en estudios <strong>de</strong> laboratorio y a<br />
escala piloto, se ha logrado i<strong>de</strong>ntificar varios mecanismos <strong>de</strong> remoción que se suce<strong>de</strong>n<br />
simultáneamente en los sistemas acuáticos, aunque en diferentes etapas <strong>de</strong>l proceso,<br />
alguno <strong>de</strong> estos mecanismos pue<strong>de</strong> ser dominante sobre los otros.<br />
La mayor parte <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> en estos sistemas está relacionada con el metabolismo<br />
bacterial; es <strong>de</strong>cir que la remoción <strong>de</strong> sólidos coloidales y material orgánico soluble se<br />
lleva a cabo principalmente por bacterias suspendidas o soportadas en la planta. La<br />
filtración mecánica es otro mecanismo <strong>de</strong> importancia <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> purificación<br />
en un sistema acuático. En él las partículas son filtradas al pasar el agua a través, bien<br />
sea <strong>de</strong>l sustrato o <strong>de</strong> la red <strong>de</strong> raíces.<br />
Coexisten, naturalmente, varios fenómenos físicos y químicos en los mecanismos <strong>de</strong><br />
remoción nombrados y en otros presentes durante el <strong>tratamiento</strong>. Por ejemplo, adsorción<br />
física y química sobre el sustrato o la superficie <strong>de</strong> la planta, la <strong>de</strong>scomposición o<br />
alteración <strong>de</strong> los compuestos menos estables a través <strong>de</strong> fenómenos <strong>de</strong> oxidación y<br />
reducción y por radiación ultravioleta<br />
Se ha <strong>de</strong>scrito que el mecanismo <strong>de</strong> purificación en las lagunas con plantas acuáticas se<br />
lleva a cabo <strong>de</strong> la siguiente manera:.
a) La oxidación <strong>de</strong> la materia orgánica la realizan las bacterias asociadas a la raíz <strong>de</strong> la<br />
planta. Esta oxidación se ve favorecida por el transporte <strong>de</strong> oxígeno <strong>de</strong> las hojas a la raíz.<br />
b) La remoción <strong>de</strong> nitrógeno se realiza por absorción <strong>de</strong> la planta y por una combinación<br />
<strong>de</strong> procesos microbianos <strong>de</strong> nitrificación - <strong>de</strong>snitrificación.<br />
c) La remoción <strong>de</strong> fosfatos y otros iones se lleva a cabo en gran parte por la absorción <strong>de</strong><br />
la planta y en menor proporción por los microorganismos y mecanismos <strong>de</strong> precipitación.<br />
Plantas <strong>de</strong> Tratamiento <strong>de</strong> Agua o Plantas Potabilizadoras<br />
Una planta <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> es una secuencia <strong>de</strong> operaciones o procesos unitarios,<br />
convenientemente seleccionados con el fin <strong>de</strong> remover totalmente los<br />
contaminantes microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los<br />
físicos y químicos, hasta llevarlos a los límites aceptables estipulados por las<br />
normas.<br />
TIPOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA<br />
Las plantas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> agua se pue<strong>de</strong>n clasificar, <strong>de</strong> acuerdo con el tipo <strong>de</strong><br />
procesos que las conforman, en plantas <strong>de</strong> filtración rápida y plantas <strong>de</strong> filtración lenta.<br />
También se pue<strong>de</strong>n clasificar, <strong>de</strong> acuerdo con la tecnología usada en el proyecto,<br />
en plantas convencionales antiguas, plantas convencionales <strong>de</strong> tecnología<br />
apropiada y plantas <strong>de</strong> tecnología importada o <strong>de</strong> patente.
Plantas <strong>de</strong> filtración rápida<br />
Estas plantas se <strong>de</strong>nominan así porque los filtros que las integran operan con velocida<strong>de</strong>s<br />
altas, entre 80 y 300 m3/m2.d, <strong>de</strong> acuerdo con las características <strong>de</strong>l agua, <strong>de</strong>l medio<br />
filtrante y <strong>de</strong> los recursos disponibles para operar y mantener estas instalaciones.<br />
Como consecuencia <strong>de</strong> las altas velocida<strong>de</strong>s con las que operan estos filtros, se colmatan<br />
en un lapso <strong>de</strong> 40 a 50 horas en promedio. En esta situación, se aplica el retrolavado o<br />
lavado ascensional <strong>de</strong> la unidad durante un lapso <strong>de</strong> 5 a 15 minutos (<strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l tipo<br />
<strong>de</strong> sistema <strong>de</strong> lavado) para <strong>de</strong>scolmatar el medio filtrante <strong>de</strong>volviéndole su porosidad<br />
inicial y reanudar la operación <strong>de</strong> la unidad.<br />
De acuerdo con la calidad <strong>de</strong>l agua por tratar, se presentan dos soluciones <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> este<br />
tipo <strong>de</strong> plantas: plantas <strong>de</strong> filtración rápida completa y plantas <strong>de</strong> filtración directa.<br />
Planta <strong>de</strong> filtración rápida completa<br />
Una planta <strong>de</strong> filtración rápida completa normalmente está integrada por los procesos <strong>de</strong><br />
coagulación, <strong>de</strong>cantación, filtración y <strong>de</strong>sinfección. El proceso <strong>de</strong> coagulación se realiza en<br />
dos etapas: una fuerte agitación <strong>de</strong>l agua para obtener una dispersión instantánea <strong>de</strong> la<br />
sustancia coagulante en toda la masa <strong>de</strong> agua (mezcla rápida) seguida <strong>de</strong> una agitación<br />
lenta para promover la rápida aglomeración y crecimiento <strong>de</strong>l floculo (etapa <strong>de</strong><br />
floculación).<br />
La coagulación tiene la finalidad <strong>de</strong> mejorar la eficiencia <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> partículas<br />
coloidales en el proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>cantación (sedimentación <strong>de</strong> partículas floculentas). El
proceso final <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong>sempeña una labor <strong>de</strong> acabado, le da el pulimento final al<br />
agua.<br />
De acuerdo con las investigaciones realizadas por la Agencia <strong>de</strong> Protección Ambiental<br />
(EPA) <strong>de</strong> los Estados Unidos, el filtro <strong>de</strong>be producir un efluente con una turbiedad menor o<br />
igual a 0,10 UNT para garantizar que esté libre <strong>de</strong> huevos <strong>de</strong> parásitos (Giardia,<br />
Cryptosporidium, etcétera). Para lograr esta eficiencia en la filtración, es necesario que los<br />
<strong>de</strong>cantadores produzcan un agua con 2 UNT como máximo. Finalmente, se lleva a cabo la<br />
<strong>de</strong>sinfección, proceso común a los dos tipos <strong>de</strong> plantas, las <strong>de</strong> filtración rápida completa y<br />
las <strong>de</strong> filtración directa. La función principal <strong>de</strong> este proceso es completar la remoción <strong>de</strong><br />
microorganismos patógenos que no quedaron retenidos en el filtro y servir <strong>de</strong> protección<br />
contra la contaminación que el agua pueda encontrar en el sistema <strong>de</strong> distribución.<br />
La <strong>de</strong>sinfección, en la forma en que normalmente se aplica (esto es, con residual libre <strong>de</strong><br />
1 mg/L a la salida <strong>de</strong> la planta y tiempo <strong>de</strong> contacto mínimo <strong>de</strong> 30 minutos), solo tiene la<br />
capacidad <strong>de</strong> remover bacterias.<br />
Plantas <strong>de</strong> Filtración directa<br />
Es una alternativa a la filtración rápida, constituida por los procesos <strong>de</strong> mezcla rápida y<br />
filtración, apropiada solo para aguas claras.<br />
Son i<strong>de</strong>ales para este tipo <strong>de</strong> solución las aguas provenientes <strong>de</strong> embalses o represas, que<br />
operan como gran<strong>de</strong>s presedimentadores y proporcionan aguas constantemente claras y<br />
poco contaminadas.
Cuando la fuente <strong>de</strong> abastecimiento es confiable —caso <strong>de</strong> una cuenca virgen o bien<br />
protegida—, en la que la turbiedad <strong>de</strong>l agua no supera <strong>de</strong> 10 a 20 UNT el 80% <strong>de</strong>l tiempo,<br />
y no supera 30 UNT ni 25 UC el 90% <strong>de</strong>l tiempo, pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rarse la alternativa <strong>de</strong><br />
emplear filtración directa <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte<br />
Cuando el agua viene directamente <strong>de</strong>l río y aunque clara la mayor parte <strong>de</strong>l año,<br />
presenta frecuentes fluctuaciones <strong>de</strong> turbiedad, normalmente se consi<strong>de</strong>ra una floculación<br />
corta, generalmente <strong>de</strong> no más <strong>de</strong> 6 a 8 minutos, para obtener un efluente <strong>de</strong> calidad<br />
constante, aunque con carreras <strong>de</strong> filtración más cortas. Esta es la alternativa más<br />
restringida <strong>de</strong> todas en cuanto a la calidad <strong>de</strong> agua que se va a tratar. En el caso <strong>de</strong><br />
aguas que el 90% <strong>de</strong>l tiempo no sobrepasan los 100 UNT y las 60 UC y alcanzan<br />
esporádicamente hasta 200 UNT y 100 UC, podrían ser tratadas mediante filtración directa<br />
ascen<strong>de</strong>nte.<br />
La tercera alternativa disponible para aguas relativamente claras es la filtración directa<br />
ascen<strong>de</strong>nte–<strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte. Esta alternativa es aplicable a aguas que el 90% <strong>de</strong>l tiempo no<br />
sobrepasan las 250 UNT ni las 60 UC, y alcanzan esporádicamente más <strong>de</strong> 400 UNT y 100<br />
UC.<br />
Plantas <strong>de</strong> filtración lenta<br />
Los filtros lentos operan con tasas que normalmente varían entre 0,10 y 0,30 m/h; esto<br />
es, con tasas como 100 veces menores que las tasas promedio empleadas en los filtros<br />
rápidos; <strong>de</strong> allí el nombre que tienen. También se les conoce como filtros ingleses, por su<br />
lugar <strong>de</strong> origen.<br />
Los filtros lentos simulan los procesos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> que se efectúan en la naturaleza en<br />
forma espontánea, al percolar el agua proveniente <strong>de</strong> las lluvias, ríos, lagunas, etcétera, a
través <strong>de</strong> los estratos <strong>de</strong> la corteza terrestre, atravesando capas <strong>de</strong> grava, arena y arcilla<br />
hasta alcanzar los acuíferos o ríos subterráneos. Al igual que en la naturaleza, los procesos<br />
que emplean estos filtros son físicos y biológicos.<br />
Una planta <strong>de</strong> filtración lenta pue<strong>de</strong> estar constituida solo por filtros lentos, pero<br />
<strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong>l agua, pue<strong>de</strong> compren<strong>de</strong>r los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarenado,<br />
presedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtración en grava y filtración lenta.<br />
Los procesos previos al filtro lento tienen la función <strong>de</strong> acondicionar la calidad <strong>de</strong>l agua<br />
cruda a los límites aceptables por el filtro lento. Con el tren <strong>de</strong> procesos indicados se<br />
pue<strong>de</strong> remover hasta 500 UNT, teniendo en cuenta que el contenido <strong>de</strong> material coloidal<br />
no <strong>de</strong>be ser mayor <strong>de</strong> 50 UNT; es <strong>de</strong>cir, que la mayor parte <strong>de</strong> las partículas <strong>de</strong>ben estar<br />
en suspensión para que sean removidas mediante métodos físicos.<br />
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS<br />
Los Municipios Colombianos como consecuencia <strong>de</strong> la <strong>de</strong>scentralización<br />
administrativa han venido adquiriendo una mayor responsabilidad en la gestión<br />
para orientar el <strong>de</strong>sarrollo socioeconómico y ambiental <strong>de</strong> los entes territoriales.<br />
Aunque los recursos económicos propios y <strong>de</strong> la nación son el eje <strong>de</strong> dicha gestión,<br />
también lo son los instrumentos procedimentales y normativos con que cuentan las<br />
administraciones municipales para realizar una labor eficiente.<br />
Una <strong>de</strong> las problemática ambientales que se ha intensificado durante los últimos años y<br />
que exige <strong>de</strong> una acción inmediata <strong>de</strong> los municipios, es la <strong>de</strong>scontaminación <strong>de</strong>l recurso<br />
hídrico generada por las aguas residuales municipales. Sólo el 22 % <strong>de</strong> los municipios <strong>de</strong>l<br />
país realizan un <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> sus aguas residuales, un porcentaje realmente bajo sí<br />
consi<strong>de</strong>ramos que tampoco se ha reportado una aceptable eficiencia y operación <strong>de</strong> la<br />
mayoría <strong>de</strong> estas plantas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>.
Pero la gestión para el Manejo y Tratamiento <strong>de</strong> las Aguas Residuales (MTAR) no se<br />
reduce simplemente el <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> los vertimientos <strong>de</strong>l alcantarillado municipal, <strong>de</strong>be<br />
trascen<strong>de</strong>r a una gestión más integral reflejada en la reducción <strong>de</strong> cantidad <strong>de</strong><br />
vertimientos, control <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong> los vertidos, ampliación <strong>de</strong> la cobertura <strong>de</strong><br />
recolección, formulación <strong>de</strong> planes maestros <strong>de</strong> saneamiento, gestión <strong>de</strong> los proyectos <strong>de</strong><br />
inversión, construcción <strong>de</strong> la infraestructura <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, seguimiento sanitario y<br />
ambiental y programas <strong>de</strong> educación ambiental, entre otros.<br />
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL<br />
Las <strong>de</strong>scargas <strong>de</strong> las aguas residuales municipales se han convertido en uno <strong>de</strong> los<br />
problemas ambientales más críticos y más crecientes, si consi<strong>de</strong>ramos que el incremento<br />
poblacional <strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> los centros urbanos medianos y gran<strong>de</strong>s es notable <strong>de</strong>bido a<br />
la situación socioeconómica y <strong>de</strong> or<strong>de</strong>n público <strong>de</strong>l país.<br />
Esta situación se refleja en el aumento <strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas <strong>de</strong> tipo doméstico y productivo,<br />
<strong>de</strong>teriorando cada vez más el estado <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong>l recurso. La situación se hace más<br />
crítica cuando la corriente tiene un uso <strong>de</strong>finido aguas abajo, pues se alteran las<br />
condiciones <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua requeridas para el abastecimiento <strong>de</strong> activida<strong>de</strong>s<br />
específicas (doméstica, industrial, agrícola, pecuaria, etc.) y la vida acuática.<br />
Las evaluaciones reportan que los centros urbanos en Colombia captan alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> los<br />
170 m³/seg <strong>de</strong> agua, <strong>de</strong> los cuales se pier<strong>de</strong>n entre 40% y 50 %, regresando al ambiente<br />
en forma <strong>de</strong> aguas residuales entre un 70%a 80% <strong>de</strong> las aguas consumidas. Se estima<br />
que en Colombia se <strong>de</strong>scargan diariamente cerca <strong>de</strong> 700 toneladas <strong>de</strong> carga orgánica <strong>de</strong>l<br />
sector doméstico urbano a los cuerpos <strong>de</strong> agua.
El inventario <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas residuales <strong>de</strong>l Ministerio <strong>de</strong>l Medio<br />
Ambiente, reporta que sólo 22% <strong>de</strong> las cabeceras municipales <strong>de</strong>l país hacen <strong>tratamiento</strong><br />
<strong>de</strong> las aguas residuales y muchas están funcionando <strong>de</strong>ficientemente, o lo que es más<br />
crítico sin ser operadas.<br />
Se reporta que los <strong>de</strong>partamentos con mayor cobertura <strong>de</strong> plantas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong><br />
aguas residuales, PTAR (operando y/o en diseño) son Cundinamarca (38 PTAR),<br />
Antioquia(26 PTAR), Cesar (14 PTAR), Valle <strong>de</strong>l Cauca (14 PTAR) y Tolima (13 PTAR).<br />
El caso crítico en el país se presenta en la cuenca <strong>de</strong>l Magdalena-Cauca (25 % <strong>de</strong>l área<br />
territorial), con un 70%<strong>de</strong> la población y sólo 11 % <strong>de</strong> la oferta hídrica <strong>de</strong>l país; estas<br />
condiciones han contribuido a la <strong>de</strong>sregulación <strong>de</strong>l régimen hídrico y al <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> la<br />
calidad <strong>de</strong> la cuenca.<br />
La presión sobre las <strong>de</strong>más áreas hidrográficas (las vertientes <strong>de</strong>l Orinoco, Amazonas,<br />
Pacífico, Sinú, Atrato, Catatumbo y Sierra Nevada <strong>de</strong> Santa Marta) es importante y <strong>de</strong><br />
carácter regional.<br />
La contaminación hídrica no es exclusiva <strong>de</strong> los centros urbanos, pero una alta proporción<br />
(más <strong>de</strong> 50%) <strong>de</strong> las cargas contaminantes son generadas por los vertimientos<br />
domésticos <strong>de</strong> los municipios; se <strong>de</strong>stacan como zonas críticas las·áreas metropolitanas y<br />
centros urbanos mayores tales como Bogotá - Soacha; Cali - Yumbo; Me<strong>de</strong>llín - Valle <strong>de</strong><br />
Aburrá·; Bucaramanga-Florida blanca; Pereira - Dosquebradas - La Virginia; Barranquilla -<br />
Soledad; Cartagena -Mamonal y Santa Marta, entre otros; afectando ecosistemas hídricos<br />
tan importantes como los ríos Bogotá·,Cauca, Me<strong>de</strong>llín, Magdalena, Otún-Consota, la<br />
bahía <strong>de</strong> Cartagena y Barranquilla, entre otros.
Según el Inventario Nacional <strong>de</strong>l Sector <strong>de</strong> Agua Potable y Saneamiento <strong>de</strong>l Ministerio <strong>de</strong><br />
Desarrollo, cerca <strong>de</strong>1300 cuerpos <strong>de</strong> agua están siendo contaminados por ser los<br />
receptores <strong>de</strong> los vertimientos municipales.<br />
Esta situación hace que la disponibilidad <strong>de</strong>l recurso sea limitada en muchas regiones <strong>de</strong>l<br />
país principalmente para consumo humano y recreativo.<br />
La sobresaturación <strong>de</strong> carga orgánica <strong>de</strong>sequilibra los ecosistemas acuáticos y genera<br />
condiciones anóxicas (sin oxígeno) <strong>de</strong> difícil recuperación que limitan la vida <strong>de</strong> las<br />
comunida<strong>de</strong>s acuáticas y generan procesos <strong>de</strong> eutrofización <strong>de</strong> lagos y lagunas por sobreabundancia<br />
<strong>de</strong> nutrientes (nitrógeno y fósforo).<br />
PROBLEMÁTICA SOCIOECONÓMICA<br />
Los vertimientos <strong>de</strong> aguas residuales a los cuerpos <strong>de</strong> agua no sólo impactan la vida<br />
acuática, si no que principalmente afectan la salud humana. La contaminación<br />
bacteriológica presente en las aguas negras municipales es la más relevante a nivel<br />
sanitario, ya que estas contienen en gran<strong>de</strong>s cantida<strong>de</strong>s microorganismos patógenos<br />
generadores <strong>de</strong> múltiples enfermeda<strong>de</strong>s (cólera, amebiasis, disentería, gastroenteritis,<br />
fiebre tifoi<strong>de</strong>a, hepatitis A, entre otras).<br />
Aunque Colombia es uno <strong>de</strong> los países que se <strong>de</strong>staca por su alto nivel sanitario, se<br />
continúan reportando elevados índices <strong>de</strong> enfermeda<strong>de</strong>s asociadas al agua; estando éstas<br />
siempre entre los cinco primeros lugares <strong>de</strong> mortalidad y morbilidad en niños (sólo en<br />
1991 se reportaron 12.210 casos y 208 <strong>de</strong>funciones en 248 municipios por una epi<strong>de</strong>mia<br />
<strong>de</strong> cólera).
La disponibilidad natural <strong>de</strong> agua potable se reduce cuando existen vertimientos aguas<br />
arriba <strong>de</strong> las captaciones <strong>de</strong> acueductos, por esta causa en el país son muchos los centros<br />
poblados que consumen aguas <strong>de</strong> mala calidad; que se agrava con la falta <strong>de</strong> un<br />
a<strong>de</strong>cuado sistema <strong>de</strong> potabilización.<br />
Los inventarios <strong>de</strong> agua potable y saneamiento reportan que aproximadamente 300<br />
municipios no realizan <strong>de</strong>sinfección <strong>de</strong> las aguas que se están consumiendo y 450 no<br />
tienen planta <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>.<br />
Los impactos económicos por un mal manejo y disposición <strong>de</strong> las aguas residuales no está<br />
suficientemente valorado, pero es evi<strong>de</strong>nte los sobrecostos que es necesario invertir para<br />
remover los principales contaminantes.<br />
Las plantas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> agua potable se han convertido sin preten<strong>de</strong>rlo, en sistemas<br />
<strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas residuales que aunque diluidas exigen una mayor cantidad <strong>de</strong><br />
adición <strong>de</strong> químicos y un mayor esfuerzo en las activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> mantenimiento y operación.<br />
Las inversiones adicionales en la salud no son menores, en aquellas poblaciones carentes<br />
<strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> potabilización a<strong>de</strong>cuados, se evi<strong>de</strong>ncia una mayor inci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong><br />
enfermeda<strong>de</strong>s gastrointestinales que generan gran<strong>de</strong>s gastos en servicios <strong>de</strong> salud.<br />
Las aguas residuales mal manejadas afectan áreas con un alto potencial turístico y<br />
recreativo no permitiendo el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> proyectos generadores <strong>de</strong> recursos en este<br />
sector. Hace menos <strong>de</strong> 20 años muchos municipios contaban con cuerpos <strong>de</strong> agua que<br />
permitían activida<strong>de</strong>s recreativas y generaban algunos recursos, actualmente son pocas<br />
las zonas que conservan esta vocación, todo esto por los efectos <strong>de</strong> la contaminación <strong>de</strong><br />
los vertimientos <strong>de</strong> aguas negras.
Igualmente, no se ha estimado el impacto económico en los sectores productivos, los<br />
cuales invierten insumos importantes en remover los contaminantes que afectan los<br />
procesos productivos y el mantenimiento <strong>de</strong> maquinaria y equipos afectados por la<br />
contaminación.<br />
Características <strong>de</strong> las AguasResiduales Municipales<br />
Las aguas residuales municipales son esencialmente aquellas aguas <strong>de</strong> abastecimiento que<br />
<strong>de</strong>spués <strong>de</strong> ser utilizadas en las activida<strong>de</strong>s domésticas (consumo humano, cocimiento <strong>de</strong><br />
alimentos, aseo personal y local, etc.) y productivas (lavados, diluciones, calentamientos,<br />
refrigeración, etc.) son <strong>de</strong>scargadas a los alcantarillados domiciliarios o directamente al<br />
ambiente.<br />
Las características físicas, químicas y bacteriológicas <strong>de</strong>l agua residual <strong>de</strong> cada centro<br />
urbano varía <strong>de</strong> acuerdo con los factores externos como: localización, temperatura, origen<br />
<strong>de</strong>l agua captada, entre otros; y a factores internos como la población, el <strong>de</strong>sarrollo<br />
socioeconómico, el nivel industrial, la dieta en la alimentación, el tipo <strong>de</strong> aparatos<br />
sanitarios, las prácticas <strong>de</strong> uso eficiente <strong>de</strong> agua, etc.<br />
Igualmente los vertimientos varían en su caudal en el tiempo, presentando a nivel<br />
doméstico mayores volúmenes especialmente en horas <strong>de</strong> comidas y <strong>de</strong> quehaceres<br />
domésticos, y a nivel industrial <strong>de</strong> acuerdo a los horarios <strong>de</strong> lavados y <strong>de</strong>scargas en los<br />
procesos <strong>de</strong> producción. Por esta razón cada municipio presenta unas características<br />
mo<strong>de</strong>radamente variables en sus vertimientos.<br />
El principal contaminador <strong>de</strong> las Aguas Residuales Domésticas (ARD) son las heces y la<br />
orina humana, seguido <strong>de</strong> los residuos orgánicos <strong>de</strong> la cocina; éstas presentan un alto
contenido <strong>de</strong> materia orgánica bio<strong>de</strong>gradable y <strong>de</strong> microorganismos que por lo general<br />
son patógenos.<br />
Cuando el municipio tiene un alto <strong>de</strong>sarrollo industrial pue<strong>de</strong>n predominar compuestos<br />
inorgánicos poco bio<strong>de</strong>gradables (metales pesados, plaguicidas, sólidos, etc) y<br />
<strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong>l alcantarillado (fugas o conexiones erradas) o si es combinado<br />
(aguas lluvias y negras) o sanitario (sólo aguas negras), pue<strong>de</strong>n estar más o menos<br />
diluidas.<br />
La composición típica <strong>de</strong> un agua residual municipal se presenta en la Tabla 16.<br />
La materia orgánica (grasas, proteínas, carbohidratos) presente en las aguas residuales<br />
domésticas es bio<strong>de</strong>gradada por los microorganismos, en condiciones aeróbicas cuando<br />
los cuerpos <strong>de</strong> agua no están altamente contaminados, o en condiciones anaerobias<br />
cuando se superan los niveles <strong>de</strong> asimilación, agotando el oxígeno disuelto, limitando la<br />
vida acuática y generando malos olores producto <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scomposición.<br />
El alto número <strong>de</strong> microorganismos presentes en los vertimientos, principalmente los<br />
coliformes fecales (indicadores <strong>de</strong> contaminación bacteriológica) pue<strong>de</strong>n sobrevivir en el<br />
ambiente hasta 90 días. Este hecho afecta notablemente la disponibilidad <strong>de</strong>l recurso para<br />
consumo humano, ya que cualquier microorganismo patógeno, que este presente en los<br />
vertimientos es potencialmente peligroso y susceptible <strong>de</strong> afectar la salud humana si no es<br />
controlado.<br />
Otros constituyentes <strong>de</strong> las aguas residuales domésticas como: sólidos, <strong>de</strong>tergentes,<br />
grasas y aceites, nitrógeno y fósforo se encuentran en concentraciones relativamente<br />
mo<strong>de</strong>radas, cuya asimilación <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong>l cuerpo receptor.
Tabla 5 Características típicas <strong>de</strong>l agua residual municipal<br />
Fuente: MinAmbiente, 2002<br />
Cuantificación <strong>de</strong>l Vertimiento <strong>de</strong> Agua Residual.<br />
Como se <strong>de</strong>scribió anteriormente las características en composición y en cantidad <strong>de</strong> agua<br />
residual producidas varían para cada municipio; lo que exige que para caracterizar los<br />
vertimientos sea necesario realizar programas intensivos <strong>de</strong> aforos <strong>de</strong> caudal y muestreos<br />
<strong>de</strong> los efluentes finales <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> alcantarillado.<br />
El Reglamento <strong>de</strong> Agua Potable y Saneamiento, (RAS), expedido por el Ministerio <strong>de</strong><br />
Desarrollo, plantea en el título E, los procedimientos necesarios para <strong>de</strong>terminar los
caudales y las concentraciones <strong>de</strong> los compuestos <strong>de</strong> interés sanitario y ambiental <strong>de</strong> los<br />
vertimientos.<br />
Dichos programas <strong>de</strong> monitoreo se consi<strong>de</strong>ran indispensables en centros urbanos<br />
medianos y altamente <strong>de</strong>sarrollados a nivel industrial y agroindustrial ya que <strong>de</strong>pendiendo<br />
<strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> actividad productiva se presentan diferentes calida<strong>de</strong>s en los vertidos.<br />
Para centros urbanos <strong>de</strong> municipios pequeños predominan las características <strong>de</strong> un agua<br />
residual <strong>de</strong> tipo doméstico, por lo que existen métodos indirectos (presuntivos) muy<br />
prácticos para la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> caudales y <strong>de</strong> los principales contaminantes.<br />
DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DEL AGUA RESIDUAL.<br />
El caudal <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la población existente <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l perímetro sanitario <strong>de</strong>l centro<br />
urbano y la dotación <strong>de</strong> consumo <strong>de</strong> agua per capita (litros por habitante en un día)<br />
afectado por un factor <strong>de</strong> retorno (porcentaje <strong>de</strong>l agua consumida que regresa al<br />
alcantarillado, generalmente entre 70% y 80 %) (Tabla No 17).<br />
El caudal <strong>de</strong> consumo medio diario, Qmd es:<br />
Qmd (lt/día) = P (habitantes) x D (dotación, lt/hab/día)
Tabla 6. Dotaciones <strong>de</strong> consumo.<br />
Fuente: MinAmbiente, 2002.<br />
En un alcantarillado municipal existen otros aportes <strong>de</strong> aguas residuales (industrial,<br />
comercial, institucional) y <strong>de</strong> conexiones erradas e infiltraciones que no son valorados en<br />
la Guía <strong>de</strong> MinAmbiente en la cual nos hemos basado para presentar este capítulo.<br />
Cantidad <strong>de</strong> una Sustancia <strong>de</strong> Interés Ambiental y Sanitario
La cantidad <strong>de</strong> una sustancia es por lo general expresada como la concentración (en<br />
general en miligramos por litro), que es la medida <strong>de</strong>l peso <strong>de</strong>l compuesto en un volumen<br />
<strong>de</strong>finido.<br />
Igualmente se ha generalizado la expresión <strong>de</strong> carga contaminante (CC) cuando se<br />
relaciona la concentración directamente con el caudal <strong>de</strong>scargado, expresando la cantidad<br />
<strong>de</strong> una sustancia vertida en el tiempo. Las mediciones directas <strong>de</strong> campo son las más<br />
representativas para obtener mediante análisis <strong>de</strong> laboratorio las concentraciones <strong>de</strong><br />
compuestos <strong>de</strong> interés en una muestra <strong>de</strong> agua residual.<br />
Algunos parámetros característicos <strong>de</strong> las aguas residuales domésticas son la Demanda<br />
Bioquímica <strong>de</strong> Oxígeno (DBO5), la Demanda Química <strong>de</strong> Oxígeno (DQO) y los Sólidos<br />
Suspendidos Totales (SST); los cuales pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>terminarse <strong>de</strong> manera presuntiva<br />
mediante el uso <strong>de</strong> cargas unitarias (Cu). Se estima que una persona genera una<br />
contaminación diaria aproximada <strong>de</strong> 0.040 kg DBO y 0.050 kg SST.<br />
La carga contaminante para una sustancia se <strong>de</strong>termina entonces así:<br />
Para <strong>de</strong>terminar si un vertimiento <strong>de</strong> agua residual es bio<strong>de</strong>gradable y pue<strong>de</strong> ser tratado<br />
por medios biológicos se verifica que la relación DBO5/DQO sea mayor a 0.5 (es <strong>de</strong>cir una<br />
proporción <strong>de</strong> materia orgánica mayor al 50 %).<br />
Para la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los coliformes fecales por su variabilidad en las aguas residuales<br />
no se sugiere la utilización cargas unitarias, sino la realización <strong>de</strong> muestreos y análisis <strong>de</strong><br />
laboratorio <strong>de</strong> los vertimientos municipales.
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