Aigües negres

El terme Aigües negres o aigües residuals defineix un tipus d'aigua que està contaminada amb substàncies fecals i orina, procedents de deixalles orgàniques humans o animals. La seva importància és tal que requereix sistemes de canalització, tractament i desallotjament. El seu tractament nul o indegut genera greus problemes de contaminació.

A les aigües residuals també se'ls anomena aigües servides o aigües fecals . Són residuals, havent estat usada l'aigua, constitueixen un residu, cosa que no serveix per a l'usuari directe, són residuals i llavors transportades mitjançant clavegueres , nom que se li dóna habitualment al col·lector. Alguns autors fan una diferència entre aigües servides i aigües residuals en el sentit que les primeres només provindrien de l'ús domèstic i les segones correspondrien a la barreja d'aigües domèstiques i industrials. En tot cas, estan constituïdes per totes aquelles aigües que són conduïdes pel clavegueram i inclouen, a vegades, les aigües de pluja i les infiltracions d'aigua del terreny.

Totes les aigües naturals contenen quantitats variables d'altres substàncies en concentracions que varien d'uns pocs mg/litre en l'aigua de pluja a prop de 35 mg/litre en l'aigua de mar. A això cal afegir, en les aigües residuals, les impureses procedents del procés productor de residus, que són els pròpiament anomenats abocaments. Les aigües residuals poden estar contaminades per residus urbans o bé procedir dels variats processos industrials.

La composició i el seu tractament poden diferir molt d'un cas a un altre, de manera que en els residus industrials és preferible la depuració en l'origen de l'abocament que la seva depuració conjunta posterior.

Pel seu estat físic es pot distingir:

• Fracció suspesa: desbast, decantació, filtració.
• Fracció coloidal: precipitació química.
• Fracció soluble: oxidació química, tractaments biològics, etc.

La coloidal i la suspesa s'agrupen en l'assaig de matèries en suspensió o Sòlids en Suspensió Totals (SST)

Característiques de les aigües residuals

Substàncies químiques (composició)

Les aigües servides estan formades per un 99% d'aigua i un 1% de sòlids en suspensió i solució. Aquests sòlids es poden classificar en orgànics i inorgànics.

Els sòlids inorgànics estan formats principalment per nitrogen, fòsfor, clorur s, sulfat s, carbonat s, bicarbonat si algunes substàncies tòxiques com arsènic, cianur, cadmi, crom, coure, mercuri, plom i zinc.

Els sòlids orgànics es poden classificar en nitrogenats i no nitrogenats. Els nitrogenats, és a dir, els que contenen nitrogen en el seu molècula, són proteïna s, urea s, amina si aminoàcid s. Els no nitrogenats són principalment cel·lulosa, greix si sabons. La concentració de orgànics en l'aigua es determina a través de la DBO5, la qual mesura material orgànic carbonáceo principalment, mentre que la DBO20 mesura material óganos carnonáceo i nitrogenat DBO2.

Anions i cations inorgànics i compostos orgànics

Característiques bacteriològiques

Una de les raons més importants per tractar les aigües residuals o servides és l'eliminació de tots els agents patògens d'origen humà presents en les excretes amb el propòsit de tallar el cicle epidemiològic de transmissió. Aquests són, entre altres:

• Coliformess totals
• Coliformes fecals
• Salmonellas
• Virus

Matèria en suspensió i matèria dissolta

A efectes del tractament, la gran divisió és entre matèria en suspensió i matèria dissolta.

• La matèria en suspensió se separa per tractaments fisicoquímics, variants de la sedimentació i filtració. En el cas de la matèria suspesa sòlida es tracta de separacions sòlid - líquid per gravetat o mitjans filtrants i, en el cas de la matèria oliosa, s'empra la separació LL, habitualment per flotació.

• La matèria dissolta pot ser orgànica, en aquest cas el mètode més estès és el seu insolubilizció com a material mòbil (i es converteix en un cas de separació SL) o inorgànica, en aquest cas s'han d'emprar cars tractaments fisicoquímics com l'osmosi inversa.

Els diferents mètodes de tractament atenen al tipus de contaminació: per a la matèria en suspensió, tant orgànica com inorgànica, s'empra la sedimentació i la filtració en totes les seves variants. Per a la matèria dissolta s'empren els tractaments biològics (de vegades l'oxidació química) si és orgànica, o els mètodes de membranes, com l'osmosi, si inorgànica.

Principals paràmetres

Els paràmetres característics, esmentats en la Directiva Europea, són:

• Temperatura
• PH
• Sòlids en suspensió totals (SST) o
• Matèria orgànica valorada com DQO i DBO (de vegades TOC)
• Nitrogen total Kjeldahl (NTK)
• Nitrogen amoniacal i nitrats

També hi ha altres paràmetres a tenir en compte com fòsfor total, nitrits, sulfurs, sòlids dissolts.

Influències en el medi receptor

Definició de contaminació segons el Reglament del domini públic hidràulic: "S'entén per contaminació, als efectes de la Llei d'aigües, l'acció i l'efecte d'introduir matèries o formes d'energia, o induir condicions en l'aigua que, de manera directa o indirecta, impliquin una alteració perjudicial de la seva qualitat en relació amb els usos posteriors o amb la seva funció ecològica. "

1. Abocament de substàncies orgàniques degradables: produeixen una disminució de l'oxigen dissolt, ja que els microorganismes que degraden la matèria orgànica consumeixen oxigen per a la seva oxidació. Si la demanda d'oxigen és superior a la ventilació per dissolució d'oxigen atmosfèric, es pot arribar a un cicle anaerobi: es consumeix oxigen combinat en lloc de molecular i es crea un ambient reductor, amb l'aparició d'amoníac, nitrogen i àcid sulfhídric, i la reducció de sulfats a sulfurs, l'aigua es torna fosca, d'olor desagradable i amb gèrmens patògens.
2. Incorporació de compostos tòxics, tant orgànics com inorgànics. Eliminen els organismes depuradors, o bé inhibeixen el seu desenvolupament impedint reaccions enzimàtiques. Intoxiquen també a diversos nivells de la cadena tròfica, des de microorganismes fins animals superiors.
3. Incorporació de matèria en suspensió, que redueix l'entrada de llum i s'encalla els òrgans respiratoris i filtradors de molts animals.
4. Alteració de l'equilibri salí (balanç en sodi, calci, etc ...) i del pH.

Anàlisi més freqüents per a aigües residuals

Determinació de sòlids totals

Mètode

1. Evaporar al bany maria 100 ml d'aigua bruta tamisada.
2. Introduir el residu a l'estufa i mantenir-lo a 105 ° C durant 2 hores.
3. Passar-ho al dessecador i deixar que es refredi.
4. Pesar. Sigui I el pes de l'extracte sec a 105 ° C
5. Calcinades en un forn a 525 ± 25 ° C durant 2 hores.

Si ho deixeu que es refredi en el dessecador.

1. Pesar. Sigui I 'el pes del residu calcinat.
2. Càlculs

Pes de la fracció orgànica dels sòlids totals de la mostra = YY ', sent I el pes de les matèries totals de la mostra i Y' el pes de la fracció mineral de les matèries totals de la mostra.

Determinació de la DBO

La demanda biològica d'oxigen (DBO), és un paràmetre que mesura la quantitat de matèria susceptible de ser consumida o oxidada per mitjans biològics que conté una mostra líquida, dissolta o en suspensió. S'utilitza per mesurar el grau de contaminació, normalment es mesura transcorreguts cinc dies de reacció (DBO ₅ ), i s'expressa en mil·ligram es de oxigen diatòmic per litre (MgO ₂ /l). El mètode d'assaig es basa en mesurar l'oxigen consumit per una població microbiana en condicions en les quals s'ha inhibit els processos fotosintètics de producció d'oxigen en condicions que afavoreixen el desenvolupament dels microorganismes. És un mètode que constitueix un mitjà vàlid per a l'estudi dels fenòmens naturals de destrucció de la matèria orgànica, representant la quantitat d'oxigen consumit pels gèrmens aerobis per assegurar la descomposició dins de condicions ben especificades de les matèries orgàniques que conté l'aigua a analitzar.

El mètode pretén mesurar, en principi, exclusivament la concentració de contaminants orgànics. No obstant això, l'oxidació de la matèria orgànica no és l'única causa del fenomen, sinó que també intervenen l'oxidació de nitrit si de les sals amoniacals, susceptibles de ser també oxidades per les bacteris en dissolució. Per evitar aquest fet s'afegeix N-aliltiourea com a inhibidor. A més, influeixen les necessitats d'oxigen originades pels fenòmens d'assimilació i de formació de noves cèl lules.

Determinació de la DQO

La demanda química d'oxigen (DQO) és un paràmetre que mesura la quantitat de matèria orgànica susceptible de ser oxidada per mitjans químics que hi ha en una mostra líquida. S'utilitza per mesurar el grau de contaminació i s'expressa en mil·ligram es de oxigen diatòmic per litre (mg O ₂ /l). Encara que aquest mètode pretén mesurar exclusivament la concentració de matèria orgànica, pot patir interferències per la presència de substàncies inorgàniques susceptibles de ser oxidades (sulfurs, sulfits, iodurs ...).

La DQO està en funció de les característiques de les matèries presents, de les seves proporcions respectives, de les possibilitats d'oxidació, etc. És per això que la reproductivitat dels resultats i la seva interpretació no podran ser satisfets més que en condicions de metodologia ben definides i estrictament respectades.

Tractament de l'aigua residual

Diagrama d'una planta convencional de tractament d'aigües residuals.

Tota aigua servida o residual ha de ser tractada tant per protegir la salut pública com per preservar el medi ambient. Abans de tractar qualsevol aigua servida hem de conèixer la seva composició. Això és el que es diu caracterització de l'aigua. Permet conèixer quins elements químics i biològics són presents i dóna la informació necessària perquè els enginyers experts en tractament d'aigües puguin dissenyar una planta apropiada a l'aigua servida que s'està produint.

Una planta de tractament d'aigües servides ha de tenir com a propòsit eliminar tota contaminació química i bacteriològica de l'aigua que pugui ser nociva per als éssers humans, la flora i la fauna de manera que l'aigua sigui disposada en l'ambient de forma segura. El procés, a més, ha de ser optimitzat de manera que la planta no produeixi olors ofensius cap a la comunitat en la qual està inserida. Una planta d'aigües servides ben operada d'eliminar almenys un 90% de la matèria orgànica i dels microorganismes patògens presents.

Com es veu en aquest gràfic, l'etapa primària elimina el 60% dels sòlids suspesos i un 35% de la DBO. L'etapa secundària, en canvi, elimina el 30% dels sòlids suspesos i un 55% de la DBO.

Etapes del tractament de l'aigua residual

El procés de tractament de l'aigua residual es pot dividir en quatre etapes: pretractament, primària, secundària i terciària. Alguns autors criden a les etapes preliminar i primària unides com a etapa primària.

Etapa preliminar

L'etapa preliminar ha de complir dues funcions:

1. Mesurar i regular el cabal d'aigua que ingressa a la planta
2. Extreure els sòlids flotants grans i la sorra (de vegades, també la greix).

Normalment les plantes estan dissenyades per tractar un volum d'aigua constant, la qual cosa s'ha d'adaptar a que l'aigua servida produïda per una comunitat no és constant. Hi ha hores, generalment durant el dia, en què el volum d'aigua produïda és més gran, pel que han instal·lar sistemes de regulació de manera que el cabal que identificar-se de tractament sigui uniforme.

Així mateix, perquè el procés pugui efectuar normalment, cal filtrar l'aigua per retirar-ne sòlids i greixos. Les estructures encarregades d'aquesta funció són les reixetes , tamisos , trituradors (de vegades), desgreixadors i desarenadors. En aquesta etapa també es pot realitzar la preaireació, les funcions són: a) Eliminar els compostos volàtils presents en l'aigua servida, que es caracteritzen per ser pudents, ib) Augmentar el contingut d'oxigen de l'aigua, la qual cosa ajuda a la disminució de la producció de males olors en les etapes següents del procés de tractament.

Etapa primària

Té com a objectiu eliminar els sòlids en suspensió per mitjà d'un procés de sedimentació simple per gravetat o assistida per coagulants i floculants. Així, per completar aquest procés es poden afegir compostos químics (sals de ferro, alumini i polielectrolits floculants) per tal de precipitar el fòsfor, els sòlids en suspensió molt fins o aquells en estat de coloide.

Les estructures encarregades d'aquesta funció són els estanys de sedimentació primaris o clarificadors primaris . Habitualment estan dissenyats per a suprimir aquelles partícules que tenen cost de sedimentació de 0,3 a 0,7 mm/s. Així mateix, el període de retenció és normalment curt, 1 a 2 h. Amb aquests paràmetres, la profunditat de l'estany fluctua entre 2 a 5 m.

En aquesta etapa s'elimina per precipitació al voltant del 60 al 70% dels sòlids en suspensió. En la majoria de les plantes hi ha diversos sedimentadors primaris i la seva forma pot ser circular, quadrada a rectangular.

Etapa secundària

Té com a objectiu eliminar la matèria orgànica en dissolució i en estat coloidal mitjançant un procés d'oxidació de naturalesa biològica seguit de sedimentació. Aquest procés biològic és un procés natural controlat en el qual participen els microorganismes presents en l'aigua residual, i que es desenvolupen en un reactor o cisterna de ventilació, més els que es desenvolupen, en menor mesura en el decantador secundari. Aquests microorganismes, principalment bacteris, s'alimenten dels sòlids en suspensió i estat coloïdal produint en la seva degradació a anhídrid carbònic i aigua, originant-se una biomassa bacteriana que precipita al decantador secundari . Així, l'aigua queda neta a canvi de produir uns fangs per als quals cal buscar un mitjà de eliminar-los.

En el decantador secundari, hi ha un flux tranquil d'aigua, de manera que la biomassa, és a dir, els flòculs bacterians produïts en el reactor, sedimenten. El sediment que es produeix i que, com es va dir, està format fonamentalment per bacteris, es denomina fang actiu.

Els microorganismes del reactor airejat poden estar en suspensió en l'aigua ( processos de creixement suspès o fangs activats), adherits a un mitjà de suspensió ( processos de creixement adherit ) o distribuïts en un sistema mixt ( processos de creixement mixt ).

Les estructures utilitzades per al tractament secundari inclouen filtres de sorra intermitents , filtres percoladors , contactors biològics rotatoris , llits fluïditzats , estanys de fangs actius , llacunes d'estabilització o oxidació i sistemes de digestió de fangs .

Etapa terciària

Té com a objectiu suprimir alguns contaminants específics presents en l'aigua residual com ara els fosfats que provenen de l'ús de detergents domèstics i industrials i la descàrrega en curs d'aigua afavoreix la eutrofització, és a dir, un desenvolupament incontrolat i accelerat de la vegetació aquàtica que esgota l'oxigen, i mata la fauna existent a la zona. No totes les plantes tenen aquesta etapa ja que dependrà de la composició de l'aigua residual i el destí que se li donarà.

Principals passos del tractament d'aigües residuals

Desinfecció

Les aigües servides tractades normalment contenen microorganismes patògens que sobreviuen a les etapes anteriors de tractament. Les quantitats de microorganismes van de 10.000 a 100.000 coliformes totals i 1-1000 coliformes fecals per 100 ml d'aigua, com també s'aïllen alguns virus i ous de paràsits. Per aquesta raó és necessari procedir a la desinfecció de l'aigua. Aquesta desinfecció és especialment important si aquestes aigües seran descarregades a aigües d'ús recreacional, aigües on es conreen mariscs o aigües que puguin usar-se com a font d'aigua per a consum humà.

Els mètodes de desinfecció de les aigües servides són principalment la cloració i la iozonització, però també s'ha usat la bromació i la radiació ultraviolada. El més usat és la cloració per ser barata, fàcilment disponible i molt efectiva. No obstant això, com el clor és tòxic per a la vida aquàtica l'aigua tractada amb aquest element ha de ser sotmesa a decloració abans de disposar-a cursos d'aigua natural.

Des del punt de vista de la salut pública es troba acceptable una aigua servida que conté menys de 1.000 coliformes totals per 100 ml i amb una DBO inferior a 50 mg/L.

L'estructura que s'usa per a efectuar la cloració és la càmera de contacte . Consisteix en una sèrie de canals interconnectats pels quals flueix l'aigua servida tractada de manera que aquesta estigui com a mínim 20 minuts en contacte amb el clor, temps necessari per donar mort als microorganismes patògens.

Tractament dels fangs

Els sediments que es generen en les etapes primària i secundària es denominen fangs. Aquests fangs contenen gran quantitat d'aigua (99%), microorganismes patògens i contaminants orgànics i inorgànics. S'han desenvolupat diversos mètodes per al tractament dels fangs i inclouen: digestió anaeròbia , digestió aeròbia , compostatge , condicionament químic i tractament físic . El propòsit del tractament dels fangs és destruir els microbis patògens i reduir el percentatge d'humitat.

La digestió anaeròbia es realitza en un estany tancat anomenat digestor i no requereix la presència d'oxigen ja que és realitzada per bacteris que es desenvolupen en la seva absència. Per a l'òptim creixement d'aquests microorganismes es requereix una temperatura de 35 ° C. Els bacteris anaerobis degraden la matèria orgànica present en l'aigua servida, en una primera fase, a àcid propiònic, àcid acètic i altres compostos intermedis, per a posteriorment donar com a producte final metà (60 - 70%), anhídrid carbònic (30%) i traces de amoníac, nitrogen, anhídrid sulfurós i hidrogen. El metà i l'anhídrid carbònic són inodors, en canvi, l'àcid propiònic té olor de formatge ranci i el àcid acètic té una olor de vinagre.

La digestió aeròbia es realitza en un estany obert i requereix la presència d'oxigen i, per tant, la injecció d'aire o oxigen. En aquest cas la digestió de la matèria orgànica és efectuada per bacteris aerobis, les que realitzen la seva activitat a temperatura ambient. El producte final d'aquesta digestió és anhídrid carbònic i aigua. No es produeix metà. Aquest procés bé efectuat no produeix olors.

El compostatge és la barreja del fang digerit aeròbica amb fusta o llantes triturades, amb l'objectiu de disminuir la seva humitat per a posteriorment ser disposat en un farciment sanitari.

El condicionament químic es pot aplicar tant als fangs crus com digerits i inclou l'aplicació de coagulants com ara el sulfat d'alumini, el clorur fèrric i els polímer s, els que tenen com a funció ajudar a la sedimentació de les matèries en suspensió i solució en el fang, la elutriació o rentat del fang, la cloració i l'aplicació de floculant.

El tractament físic inclou el tractament per calor i la congelació dels fangs.

Un cop conclosa l'etapa de digestió microbiana, ja sigui aeròbia o anaeròbia, els fangs encara contenen molta aigua (al voltant d'un 90%) per la qual cosa es requereix deshidratar per a la seva disposició final. Per això s'han dissenyat dos mètodes principals: assecatge per aire i assecat mecànic .

Deshidratació dels fangs

S'han fet diverses estructures per l'assecat per aire dels fangs. Entre elles estan: llits de sorra , llits assistits de sorra , llacunes de fangs , llits empedrats i eres d'assecatge .

Per l'assecat mecànic existeixen filtres banda , filtres premsa , filtres de buit i centrífugues .

Els fangs deshidratats s'han de disposar en una forma ambientalment segura. Per això, segons el cas, poden dur-se a farciments sanitaris, ser dipositats en terrenys agrícoles i no agrícoles o incinerats. L'aplicació en terrenys agrícoles requereix que el fang no presenti substàncies tòxiques per a les plantes, animals i éssers humans. L'habitual és que sí les continguin de manera que el normal és que siguin disposats en farcits sanitaris o incinerats.

Enllaços externs

• Energia a partir d'aigües residuals