INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE LOS EFLUENTES

El ciclo del agua

El agua que se encuentra en la superficie de la corteza terrestre, sea dulce o salada, está sometida a las radiaciones energéticas procedentes del sol. A consecuencia de ello, una parte de la misma sufre un cambio de estado pasando del líquido al vapor, el cual pasa a la atmósfera constituyendo el vapor de agua.

Bajo ciertas condiciones de existencia de pequeñísimas partículas sólidas en suspensión que abundan en las capas bajas de la troposfera, se produce la condensación, formándose gotitas de agua que, agrupadas y al estar en suspensión (como consecuencia de las ascendencias de tipo térmico), forman las nubes. Cuando dichas gotas adquieren la masa suficiente para precipitar por gravedad sobre la tierra, estarnos ante el fenómeno conocido como lluvia.

Este agua, que por precipitación alcanza la tierra, discurre una parte sobre su superficie, constituyendo las aguas de escorrentía, que unidas formarán los ríos que van a parar a lagos y mares. Otra parte se infiltrará a través de la superficie de la Tierra (agua de infiltración), para circular por el interior de la misma constituyendo las aguas subterráneas; que luego aflorarán de nuevo a la superficie en forma de manantiales o fuentes o por medio de pozos. Unas y otras, en su circular por la superficie o el interior de la Tierra, van a parar al mar (la escorrentía anual a los océanos se calcula en 34.400 km3)

Una parte de este agua en circulación, es captada por los organismos vivos: de forma muy importante por las plantas que la aspiran del subsuelo y la devuelven mediante evaporación a la atmósfera y, en menor medida, por los animales que la ingieren en su alimentación y la devuelven en sus excrementos.

Los rayos solares van evaporando el agua, dulce o salada, la cual vuelve a la atmósfera completando el ciclo hidrológico.

A lo largo de todo este proceso, los aproximadamente 100 millones de km3 de agua que poco más o menos contienen en todo momento el aire (en forma de humedad atmosférica o de precipitaciones), los ríos, los lagos, las capas subterráneas y los tejidos de los organismos vivos que pueblan las tierras no son siempre los mismos, pues como hemos visto se renuevan continuamente.

De forma genérica, se puede decir que de cada 15 moléculas de agua, hay siempre una (pero no la misma) que cambia de lugar: o se encuentra en la superficie del mar y se evapora a la atmósfera, o se evapora de la superficie de una hoja, o se encuentra en la atmósfera y se precipita en la tierra, o se filtra a través del subsuelo hasta una capa profunda, o corre en un río y va a unirse al mar; o se encuentra en el aparato digestivo de un animal... siempre, en cualquier momento, hay una molécula entre quince que cambia de estado, de lugar, de función.

La contaminación

Nosotros y todos los organismos vivos, nos aprovechamos de este cambio continuo. Sin embargo, en su contacto con el hombre, el agua en su estado natural sufre una alteración en sus cualidades físicas, químicas y biológicas: se contamina.La contaminación como modificación de la composición o estado de las aguas originada por la actividad del hombre, consiste en la incorporación de gérmenes patógenos, materia orgánica, materia en suspensión, grasas y petróleos, ácidos y bases, sales, elementos tóxicos y elevación de la temperatura como características más representativas.La Organización Mundial de la Salud define el agua contaminada como aquella cuya composición o estado está modificado de tal modo que ha perdido las condiciones de ser aplicada a los usos a que se había destinado en su estado natural.Puede decirse pues, en general, que el agua se contamina al ser usada.

El hombre ha utilizado las aguas, no sólo para su consumo sino también para el desarrollo de sus actividades productivas e incluso para su recreo y confort, convirtiendo las aguas usadas en vehículo de sus desechos. De ahí surge la denominación de aguas residuales.

Las aguas residuales

El agua que encontramos en la Naturaleza lleva disueltas, o en suspensión, determinadas sustancias que adquirió a lo largo del recorrido de parte de su ciclo, en la superficie o en el interior de la Tierra. Pero además de las sustancias de origen natural, existen otras que tienen su origen en productos de desecho producidos como consecuencia de la actividad humana, bien arrojados a ella directamente, como cuando se la usa como vehículo para eliminar sustancias molestas, bien que lleguen directamente, como consecuencia del lavado por el agua de zonas que los contenían.Pueden definirse, pues, aguas residuales como el conjunto de aguas que llevan elementos extraños bien por causas naturales, bien provocadas de forma directa o indirecta por la actividad humana, estando compuestas por una combinación de:

Líquidos de desagüe de viviendas, edificios de oficinas e instituciones. Líquidos efluentes de establecimientos industriales. Líquidos efluentes de instalaciones agrícolas y ganaderas. Aguas subterráneas, superficiales y de lluvia que discurren por calles, espacios libres y

tejados o azoteas de edificios que pueden ser admitidas y conducidas por las alcantarillas.

De esta combinación de aguas, surge una primera división entre aguas pluviales y aguas negras.Las aguas pluviales, son aguas procedentes de drenajes o escorrentía superficial. Las aportaciones son de carácter intermitente, con importantes caudales (en superficies urbanizadas pueden estimarse de 50 a 200 veces superiores a los de aguas negras) y de escasa contaminación, que se incorpora al agua al atravesar la lluvia la atmósfera o a consecuencia del lavado de superficies y terrenos.Las aguas negras, son aguas procedentes de los vertidos de la actividad humana (doméstica, agrícola, industrial, etc.). Contrariamente a las pluviales, presentan menores volúmenes, caudales más continuos y cargas contaminantes muy superiores.

Clasificación

Desde el punto de vista de su origen, las aguas residuales pueden clasificarse en:

· Aguas urbanas

Proceden de los residuos de las actividades domésticas (alimentos, deyecciones, limpieza casera, etc.). Recién producidas no huelen de un modo apreciable y presentan inicialmente un color gris amarillento o blanco.El proceso de reducción de la materia orgánica tiene lugar, en un principio, en ciclo aeróbico; al cabo de un cierto tiempo, las bacterias llegan a consumir el oxígeno disuelto que llevan las aguas y al desarrollar su actividad sin él, cambia el proceso de descomposición de la materia orgánica, comenzando el ciclo anaeróbico; las aguas se convierten en sépticas y empiezan a oler fuertemente. El tiempo que las aguas frescas de composición normal tardan en convertirse en sépticas es, como término medio, de cuatro a seis horas después de producidas.Se caracterizan por la incorporación de productos orgánicos, inorgánicos y microorganismos. Entre los productos orgánicos pueden señalarse residuos de origen vegetal, origen animal, deyecciones humanas, grasas, etc. Su volumen depende del tipo de población, ya que está en relación directa con el consumo de agua potable.Además de estas aguas de origen doméstico, pueden considerarse también aguas urbanas las procedentes de la limpieza viaria, cuyo grado de contaminación depende de las condiciones locales.

· Aguas industriales

Incorporan sustancias procedentes de las diferentes actividades industriales entre las que pueden citarse: tóxicos, iones metálicos, productos químicos, hidrocarburos, detergentes, pesticidas, productos radioactivos, etc.Igualmente se caracterizan por producir cambios importantes en la temperatura.

Constituyen la fuente principal de la contaminación y tienen la particularidad de que, si bien en algunos casos pueden resultar biodegradables, en otros, esta circunstancia no se da e, incluso, pueden contener sustancias tóxicas para los organismos vivos presentes en el agua.

· Aguas agrícolas

Proceden de las actividades agrícolas y ganaderas y, generalmente, contienen pesticidas, herbicidas y fertilizantes que si bien en un principio solían tener carácter orgánico, hoy día han sido sustituidos en su mayor parte por abonos de origen inorgánico tales como sulfatos, nitratos, fosfatos, etc.

· Aguas pluviales

Son las que proceden de la atmósfera en forma sólida (nieve o granizo) o liquida (lluvia). Nunca suelen ser puras, puesto que contienen gases disueltos, además de iones que se encuentran en la atmósfera, en forma de polvo, sobre todo, en las proximidades de las zonas industriales.

· Aguas de infiltración

Son aguas que se incorporan a la red de alcantarillado a través de sus juntas y fisuras, y que proceden del freático, de fugas procedentes de la red de abastecimiento, etc. Su importancia es difícil de evaluar, porque depende de las condiciones del terreno, de las condiciones climatológicas y del tipo y estado de las conducciones, pero puede afirmarse que pueden alcanzar magnitudes importantes.

Composición

El agua residual, además de la materia líquida originaria contiene otros elementos: sólidos, organismos vivos y gases.

· Sólidos

Los sólidos de las aguas residuales se pueden clasificar atendiendo a su naturaleza, en orgánicos e inorgánicos.Los sólidos orgánicos tienen, en general, origen animal o vegetal y proceden de las actividades de esta índole, aunque también deben considerarse los de origen sintético. Contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, combinándose a veces con nitrógenos, potasio, azufre y fósforo. Los más importantes son las proteínas, los hidratos de carbono y las grasas. Se caracterizan por la posibilidad de degradación y descomposición por reacciones químicas o acciones enzimáticas de los microorganismos, y por ser combustibles.Los sólidos inorgánicos son sustancias inertes, no susceptibles de degradación. Son los minerales, las arenas, las tierras y las sales minerales del agua, así como algunos compuestos procedentes de determinadas industrias. Por lo general, no son combustibles.Teniendo en cuenta su condición física, los sólidos pueden clasificarse en suspendidos y disueltos.Los sólidos suspendidos o en suspensión, son partículas insolubles, presentes en el seno del agua y que pueden percibirse a simple vista. Hay que distinguir, entre ellos, los sedimentables de los no sedimentables.

Los sedimentables se depositan en el fondo de una vasija, con el agua en reposo, durante un intervalo de tiempo, en tanto que los no sedimentables permanecen suspendidos transcurridos el tiempo de reposo fijado. Existe un ensayo normalizado llamado "cono de Imhoff" que sirve para establecer la diferencia. Se denominan sólidos suspendidos coloidales.La eliminación de los sólidos suspendidos en el agua se lleva a cabo por decantación, mientras que se verifica por floculación en el caso de los no sedimentables. Esta última operación, se realiza con sales de aluminio, hierro, cal, polielectrolitos, etc.

Los sólidos disueltos (filtrables) son aquellos que se han mezclado molecularmente con el agua. En realidad, en las aguas residuales, no todos los que se denominan sólidos disueltos lo están verdaderamente, ya que un porcentaje que se estima generalmente en un diez por ciento, se encuentra en estado coloidal. De ahí que a éstos se los subdivide, generalmente, en disueltos y disueltos coloidales.Al conjunto de todos los sólidos contenidos en el agua residual, se les denomina sólidos totales, y en él, se comprenden los suspendidos y los disueltos, tanto orgánicos como inorgánicos.

· Organismos vivos

Una parte de la materia orgánica presente en el agua residual es materia biológica. Se trata de organismos vivos de diferentes tamaños, generalmente apreciables sólo con ayuda del microscopio, pero que desempeñan un papel muy importante, dado que de su actividad depende, fundamentalmente, el éxito del tratamiento de estas aguas. Estos organismos son: las bacterias, los organismos microscópicos y los virus.

Las bacterias son organismos unicelulares que como todo ser vivo, necesitan alimentos, oxígeno y agua, despreciándose de su actividad productos de desecho. Se clasifican en parásitas y saprófitas.Las bacterias parásitas de las aguas residuales provienen, generalmente, de los excrementos humanos o animales. Pueden ser patógenas, si el huésped originario está afectado de enfermedades como el tifus, cólera, disentería, etc.

Las bacterias saprófitas se alimentan de materia orgánica muerta, descomponiendo los sólidos orgánicos y dando lugar a sustancias de desecho, tanto orgánicas como inorgánicas. Tienen una tendencia a morir tras realizar este proceso de descomposición.Atendiendo a otra característica, las bacterias pueden clasificarse en aerobias, anaerobias y facultativas. Cuando toman el oxígeno necesario para respirar directamente del agua, se denominan aerobias, mientras que si lo obtienen de los sólidos al descomponerlos, se denominan anaerobias. Las bacterias llamadas facultativas aerobias o anaerobias son aquellas que, por adaptación a determinadas condiciones, se desarrollan en ambas circunstancias.Además de las bacterias, en el agua residual, se encuentran otros organismos microscópicos, de estructura más compleja que aquéllas, tanto de naturaleza animal, como vegetal.

Los organismos macroscópicos son apreciables a simple vista, siendo de destacar algunos tipos de gusanos e insectos que contribuyen a la descomposición biológica de la materia orgánica de las aguas residuales.

Los virus son microorganismos de menor tamaño que los anteriores, invisibles con los microscopios ordinarios y que aunque no tienen un papel importante en la depuración de las aguas residuales, deben tenerse en cuenta, en cuanto al posible contagio de enfermedades.

Efectos de las aguas residuales

Los efectos negativos que las aguas residuales pueden transmitir a los cauces receptores son de varios tipos; los más importantes son los siguientes:

Olores y sabores desagradables motivados por las sustancias presentes en su seno y por su consiguiente descomposición a consecuencia de la ausencia de oxígeno, con desprendimiento de gases.

Toxicidad de algunos compuestos minerales y orgánicos, con acción sobre la fauna y la flora del receptor y sobre los posibles consumidores posteriores de este agua. Esta acción permanece frente a los tratamientos convencionales y requiere tratamientos específicos.

Infecciones provocadas por la presencia de bacterias, virus u otros microorganismos: el tifus, cólera, disentería y fiebre amarilla infecciosa son enfermedades que encuentran en las aguas residuales su modo de propagación.

Alteración estética de los medios receptores, como consecuencia de las variaciones de color o de la acumulación de los productos de desecho de diversa naturaleza.

Polución térmica, que algunos efluentes de tipo industrial pueden transmitir. Eutrofización de las masas de agua receptoras por exceso de concentración de diversos

compuestos, como nitratos y ácido ortofosfórico, que estimula el crecimiento de la microflora, restringiendo el uso del agua para abastecimiento.

Índices de identificación de las aguas residuales.

Para la determinación de las características de las aguas residuales que indican su grado de contaminación, existen numerosos índices que son determinados por diversos procedimientos.Los más significativos son los que indican el contenido de sólidos en el agua y los que dan su necesidad de oxígeno.

Los sólidos en suspensión, de tamaño superior a una micra, se pueden determinar por filtración.Por decantación durante un período determinado en el llamado Cono de Imhoff, se puede determinar la fracción de sólidos sedimentables.

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es el índice más representativo del grado de concentración de materia orgánica en un agua residual. Se define como la cantidad de oxígeno que se precisa para la oxidación por vía biológica (en condiciones de ensayo: 200C, P atm y oscuridad) la materia orgánica que el agua contiene en proceso aeróbico. Se expresa en mg/1.Refleja la materia orgánica que existe en el agua, indicando el oxígeno necesario para alimentar a los microorganismos y las reacciones químicas.

El ensayo se realiza tomando un frasco lleno de agua y tapado, observándose el consumo de oxígeno en varios días. Se pretende simular con este ensayo lo que sucedería a un volumen de agua que discurre dentro de una corriente de agua, en régimen laminar, con una temperatura de 200 C, donde el oxígeno es consumido por las reacciones de oxidación y acción microbiana. Primero, se oxidan principalmente los compuestos carbonados mientras que luego lo hacen los del ciclo del nitrógeno. Aquella empieza inmediatamente y termina aproximadamente a los 20 días a 200C. La segunda no comienza antes de los diez días a 200C y se prolonga por un período más largo. Para el control de la autodepuración natural, o para el control de los procesos de depuración suele adoptarse la demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días (DBO5), cuyo valor se aproxima suficientemente al valor asintótico de la DBO correspondiente al ciclo del carbono.

No obstante lo anterior y debido al tiempo necesario para realizar el ensayo (5 días), se hace necesario adoptar otros métodos que si bien no reflejan exactamente la realidad del hecho ocurrido en la naturaleza, permiten usarse, por su rapidez de determinación, para el control de vertidos y de los procesos de depuración.

Tal es el caso de la demanda química de oxígeno (DQO), que se utiliza también como expresión del poder polucionante del agua, especialmente en los efluentes de tipo industrial, que contienen productos tóxicos para los microorganismos responsables de la descomposición de la materia orgánica.Se define la DQO como la cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación total de la materia orgánica, tanto biodegradable como no biodegradable, que hay en el agua residual.Su determinación es más rápida que la correspondiente a la DBO, precisando el ensayo 1 ó 2 horas, si la oxidación se efectúa en frío, o bien 20 ó 30 minutos si la oxidación se efectúa en caliente.Es posible en casos concretos obtener datos de relación entre la DQO, y la DBO5, de forma que cuanto mayor sea el valor del cociente DQO/DBO5, mayor será la importancia de los vertidos industriales dentro del agua residual analizada.Existen otros índices que contribuyen a caracterizar el agua residual que me limitaré a enumerar, como son: Oxígeno Disuelto (OD), el Carbono Orgánico Total (COT), la Demanda Total de Oxígeno (DTO), etc., así como otras determinaciones, más O menos significativas, como temperatura, color, acidez, contenido en cloruros, sulfuros, nitrógeno, fosfatos, etc.

Utilización del agua

El desarrollo de la actividad humana necesita, inexcusablemente, utilizar el agua existente en la Naturaleza para numerosos fines entre los que destacan por su importancia los potable. El agua una vez utilizada, debe ser devuelta a la Naturaleza.Las líneas anteriores definen de manera muy concisa el llamado ciclo de utilización del agua: el hombre toma el agua de la Naturaleza y la devuelve a la misma.Sin embargo, es preciso que en la mayoría de las ocasiones se deba intervenir a través de procesos correctores que adecuen tanto las características del agua al uso antes de su consumo, como a las condiciones del medio receptor tras su vertido.Estas actividades están íntimamente relacionadas. En efecto, si el agua se devuelve a la Naturaleza en peores condiciones de calidad que las que tenía cuando fue captada, es evidente que, a menos que la propia Naturaleza corrija este desequilibrio mediante un proceso de autodepuración, se producirá, necesariamente, un deterioro progresivo y creciente de la calidad del agua. En segundo lugar, existe también una relación entre los tratamientos del agua antes y después de un uso dado: generalmente, cuanto más afinado sea el proceso de depuración de las aguas residuales, menos importancia relativa tendrán los tratamientos previos a los sucesivos usos, al ser superior la calidad del agua tratada.

La evidencia de estas relaciones prueba lo acertado de los enfoques globales de los problemas derivados del consumo del agua, ya que, solamente tras el análisis, en cada caso concreto, del ciclo de utilización del agua correspondiente, puede llegarse a soluciones ecológicamente aceptables y económicamente viables.El ciclo completo de utilización del agua por el hombre puede considerarse formado por las siguientes actividades:

a. Captación de los recursos hidráulicos existentes en la Naturaleza.b. Almacenamiento, en su caso, de los mismos.c. Tratamiento del agua en función del uso posterior.d. Distribución a los puntos de consumo, incluyendo su regulación.e. Uso del agua: consumo urbano, doméstico e industrial.f. Recogida y transporte del agua residual mediante la red de alcantarillado.g. Depuración del agua residual en función de las características del medio receptor y del tipo de vertidos.h. Vertido final a los cauces receptores.

Las líneas que siguen a continuación versarán sobre la recogida y transporte del agua residual y su posterior depuración, actividades que podríamos englobar con el término de saneamiento.

El Saneamiento

Hasta hace poco tiempo dos eran los objetivos básicos que se pretendían con el establecimiento de una red de saneamiento:

1. Evacuar las aguas pluviales, evitando inundaciones.2. Eliminar las aguas residuales tanto de origen urbano doméstico como industrial.

Estos objetivos sólo pretendían resolver un problema sanitario, mejorando la higiene y habitabilidad de los núcleos de población. El medio receptor de los vertidos - los ríos principalmente - se consideraba un elemento inocuo de transporte de los residuos líquidos, no preocupando en absoluto su degradación, dada su capacidad depuradora.

Recibe el nombre de autodepuración, el conjunto de fenómenos físicos, químicos y biológicos que de un modo natural, es decir, sin la intervención del hombre, tienen lugar en una masa de agua hasta conseguir la destrucción de todas las materias extrañas incorporadas a la misma a través de los distintos vertidos.

En el caso de los vertidos a los ríos, se confiaba al poder de autodepuración de éstos la eliminación de los riesgos tanto epidemiales como ecológicos que los vertidos incontrolados pudieran provocar. Es evidente que el aumento de la población de los núcleos urbanos, el reducido caudal del medio receptor o una combinación de ambas causas, terminarán poniendo de manifiesto la insuficiencia de los medios que la Naturaleza puede aportar en la lucha contra la contaminación.

Por su parte, los vertidos directamente al suelo pueden provocar la contaminación de mantos de agua probablemente utilizados para usos potables, mientras que en el caso de los vertidos al mar, hoy día son sobradamente conocidos los daños que causan tanto a la vida acuática como a las playas.

El gran desarrollo industrial alcanzado durante el presente siglo, unido a la formación de grandes núcleos de población, ha agravado los problemas anteriormente citados, haciéndose necesaria la creación de una tecnología que permitiese el tratamiento previo de todos aquellos vertidos que pudiesen ocasionar daños al entorno.

Lo anteriormente indicado prueba la insuficiencia actual de los objetivos básicos señalados al principio de este apartado, por lo que es preciso pues sustituirlos por uno nuevo que, englobándoles, dé respuesta adecuada a los problemas planteados. Dicho objetivo sería el siguiente:

· Evacuar las aguas pluviales y eliminar las residuales sin perjudicar al medio receptor.

Consideraremos, pues, como saneamiento urbano, el conjunto de técnicas que permiten evacuar correctamente las aguas pluviales y eliminar las aguas residuales tanto domésticas como industriales perjudicando al mínimo las características del medio receptor de los vertidos y a un coste económico razonable.

Una red de saneamiento urbano estará formada por una red de alcantarillado y por un sistema de depuración de aguas residuales.

Red de alcantarillado

Sistemas de alcantarillado

Atendiendo al tipo de aguas transportadas, existen dos sistemas fundamentales de redes de alcantarillado: sistema unitario y separativo.

En el sistema separativo existen dos redes independientes de alcantarillado. La primera transporta las aguas residuales domésticas e industriales, mientras que la segunda recoge el resto de las aguas a evacuar, es decir, las aguas pluviales y las aguas procedentes de la limpieza urbana

Por el contrario, en el sistema unitario sólo se dispone de una red que desagua la totalidad de las aguas a evacuar. Esta única red suele estar provista de aliviaderos que permiten, bajo ciertas condiciones, el vertido directo de aguas al medio receptor.

Además de estos dos sistemas fundamentales, se pueden considerar de interés los siguientes: seudo-separativo y compuesto.En el sistema seudo-separativo, se desagua por la red que transporta las aguas residuales domésticas e industriales, la parte de pluviales que recogen las cubiertas, patios y jardines de los edificios, recogiendo conjuntamente, de este modo, todas las aguas procedentes de un mismo inmueble. El resto de las aguas pluviales, es decir, las que se recogen en los espacios públicos, discurre por la red de pluviales propiamente dicha.

El sistema compuesto, es una variante del sistema separativo en el que se consigue, por dispositivos adecuados, la recogida, en la red de aguas residuales domésticas e industriales, de las aguas pluviales hasta que el caudal proporcionado por estas últimas alcanza un determinado valor. Dado que las primeras aguas pluviales que se recogen están fuertemente contaminadas se consigue, por este sistema, recoger de una manera conjunta, todas las aguas que deben ser objeto de una posterior depuración.

La elección de un sistema u otro dependerá de las condiciones locales, no siendo posible enunciar un criterio de carácter general.

Las redes de alcantarillado pueden adoptar diversas formas, según, también, las características del núcleo. Influirán la topografía, el nivel freático y el desarrollo previsto para la ciudad. De ello también dependerá el que toda la red actúe por gravedad o sea necesario establecer bombeos en algunos puntos para conducir las aguas a través de la misma. Es deseable que el número de estos sea el mínimo posible para simplificar la explotación.

Dimensionamiento

Para el dimensionamiento de una red de alcantarillado han de tenerse en cuenta los siguientes parámetros básicos: caudales (tanto de aguas negras como pluviales) y velocidades de circulación.

Caudal de aguas negras

Como se ha visto anteriormente, el caudal de aguas negras es la suma de los caudales de aguas domésticas e industriales. Se ha comprobado que el caudal de aguas negras domésticas es aproximadamente igual al de abastecimiento para este uso, sucediendo lo mismo para las aguas negras procedentes de la industria.Si además tenemos en cuenta que la capacidad de almacenamiento de agua potable por ambos usos es muy reducida, puede llegarse a la conclusión de que el caudal de aguas negras que circula por la red de alcantarillado no sólo es comparable al caudal de abastecimiento suministrado, en valores medios, sino que, también, presenta leyes horarias similares.

Estas conclusiones son importantes a la hora de dimensionar una red de alcantarillado, toda vez que si tenemos en cuenta que generalmente el consumo de agua potable se mide mediante contadores, sería relativamente sencillo conocer los datos reales de consumo y su distribución horaria y, por consiguiente, los caudales de aguas negras circulantes por la red de alcantarillado.

Es preciso señalar que para obtener el caudal de cálculo, deben emplearse los datos correspondientes al año horizonte para el que diseñe la red.Por lo que se refiere a superficies y número de habitantes, es preciso tener en cuenta el planeamiento urbanístico de la zona así como la evolución previsible de la población usando procedimientos de cálculo demográfico. Para la dotación a considerar, ésta depende del tamaño de la ciudad y de sus condiciones socioeconómicas.

En general, puede decirse que los consumos reales no superan, en las grandes ciudades, valores de 300-400 litros por habitante y día, imputando en esta cifra el consumo doméstico real y la parte proporcional asignada a cada habitante por consumo industrial, servicios y fugas en las redes. Esta cifra puede reducirse a 250-300 en ciudades medias y a 100-150 para pequeños núcleos de población.

Pero los consumos de estas dotaciones están sometidos a variaciones estacionales diarias, durante la semana, y horaria según el intervalo del día y las características de la población. Se define así el coeficiente punta o factor punta, como la relación del consumo horario dentro del día de consumo máximo al consumo horario dentro del día de consumo medio.

El dimensionamiento de la sección de la red de alcantarillado debe hacerse pues para el caudal máximo (caudal punta) que circule por dicha red. El coeficiente por el que debe multiplicarse el caudal medio para obtener el caudal punta, denominado coeficiente de punta, es variable de ciudad a ciudad e incluso dentro de una misma ciudad, y solamente después de un estudio local de los datos de consumo de abastecimiento del sector a sanear, podrá determinarse rigurosamente su valor.

La oscilación de caudales tiene una gran importancia en los núcleos turísticos, donde la evolución de los caudales vertidos de invierno a verano alcanza cifras realmente sorprendentes.En los sistemas unitarios, puede decirse que el caudal de aguas negras nunca es determinante para el diseño de la red dada su escasa entidad en relación con el de aguas pluviales.

Caudal de aguas pluviales

Los caudales pluviales a evacuar por las alcantarillas dependen de la intensidad de lluvia, de la superficie de la zona afectada por la recogida (cuenca vertiente) y del llamado coeficiente de escorrentía del terreno.El valor de la intensidad de lluvia a considerar, depende de la situación geográfica en que está ubicada la población y se obtiene normalmente a partir de gráficos estadísticos correspondientes a la estación pluviométrica más cercana a la cuenca vertiente en estudio. Estos gráficos reciben el nombre de curvas Intensidad-Duración-Frecuencia y relacionan la intensidad con la duración del aguacero considerando el periodo de retorno elegido. El período de retorno, es el número de años que se considera han de transcurrir para que se supere una vez como media la intensidad de lluvia adoptada. Esto quiere decir, que se admite que una vez cada esos años, la lluvia producida sea superior y la red no soporte la capacidad de dimensionamiento. Es un criterio que se adopta con el fin de que no haya que dimensionar la red para una intensidad exagerada que estadísticamente se producirá con poca frecuencia.

Generalmente se fija en diez años, aunque puede aumentarse si se considera que puede haber lugar a daños catastróficos.El tiempo de concentración es el necesario para que llegue a la alcantarilla considerada el máximo caudal de la cuenca.

El coeficiente de escorrentía es la relación entre el agua que realmente llega al alcantarillado y el caudal de lluvia caída. Es, pues, un factor de reducción que surge por el hecho de que no toda la lluvia llegará a las alcantarillas, al perderse una parte por evaporación, permeabilidad del suelo, etc.Este coeficiente varía, desde valores mínimos de Q en zonas sin pavimentar, hasta máximos de 0,90 y 0,95 en pavimentos impermeables o cubiertos de edificios.Con estos datos (intensidad de lluvia y coeficiente de escorrentía) y con la determinación de la superficie de las zonas afectadas, se obtiene el caudal de las aguas pluviales a evacuar.

Velocidad de circulación

Una vez elegido el sistema de evacuación (unitario, separativo, etc.) y conocidos los caudales de cálculo de aguas negras y aguas pluviales, es preciso tener en cuenta, para el dimensionamiento de la red, las limitaciones que han de imponerse en cuanto a la velocidad de circulación se refiere.

En efecto, los arrastres provocados por las altas velocidades producen la degradación de las juntas y de las soleras de los distintos tramos de los colectores. Asimismo, las velocidades de circulación altas disminuyen las condiciones de seguridad del personal que trabaja en el interior de la red.

Estas razones inducen a limitar superiormente el valor de la velocidad media de circulación a valores en torno a los 4 m/s, no debiendo superar en ningún caso los 5 m/s.Por otro lado, la velocidad de circulación debe ser lo suficientemente alta como para que permita la autolimpieza de la red, esto es, para evitar que produzcan sedimentaciones o depósitos, que darán origen a una disminución de la capacidad portante de la sección adoptada, y a la producción de olores derivados de las fermentaciones anaeróbicas generadas dentro de los sedimentos. En general, no puede admitirse como velocidad mínima una inferior a 0,60 m/s, si bien es aconsejable mantenerla por encima de los 0,90 m/s siempre que sea posible.

Tratamientos

Las aguas residuales que son recogidas y transportadas por las redes de alcantarillado, tienen que ser evacuadas al medio natural; que actúa como receptor.Antes de esta descarga, las aguas deben someterse a un tratamiento de depuración que preserve al medio natural de su degradación.El grado de tratamiento necesario será distinto en cada caso y en ello influirán diversos factores.En primer lugar, dependerá del uso que se pretenda dar posteriormente a ese agua, y en ello intervendrán consideraciones de salud, economía y estética.

El segundo factor determinante será la naturaleza del agua residual producida y, por tanto, las características y cantidades de sólidos contenidos en ella.

Finalmente, la aptitud o capacidad que tenga el medio receptor para admitir el vertido, será una circunstancia influyente en la determinación de hasta dónde debe depurarse.Como filosofía general debe partirse pues, de que la contaminación producida en el agua no es sino obstáculo que surge interfiriendo el ciclo natural. Considerando entonces el uso posterior de ese agua, lo que debe aportarse con la depuración es la anulación de esa interferencia, colaborando en la restitución del equilibrio natural. Se trata, pues, de ayudar a la Naturaleza para hacer frente a ese factor adverso.

Se debe tratar de depurar "lo necesario", sin actuaciones incompletas, pero, también, sin soluciones extremas, de elevados costos económicos y energéticos, que podrían coartar innecesariamente los márgenes de capacidad autodepurativa de los medios receptores. El tema evidencia la necesidad de analizar cuidadosamente el medio y se corresponde con un problema de mayor amplitud, como es la consideración de los usos del agua, en una planificación del territorio situado aguas abajo del vertido.

Medios receptores

El vertido final de las aguas residuales puede llevarse a cabo sobre el terreno o sobre una masa de agua.

El vertido sobre el terreno, a su vez, puede afectuarse por irrigación, derramando las aguas residuales sobre su superficie, o bien, llevando las aguas por debajo de ésta, a través de excavaciones. Ambos sistemas son de aplicación exclusiva en pequeñas poblaciones que dispongan del espacio necesario y tienen ciertas limitaciones. El vertido sobre masas de agua es el método más usual. El mar, los lagos o los cauces de los ríos son los tres medios receptores. La dilución, es decir, la relación entre el volumen de aguas residuales y su composición y el volumen de agua del medio receptor, es el factor determinante del vertido, y el oxígeno disuelto de que el medio receptor disponga, determinará la posibilidad de verificar descomposiciones aerobias o anaerobias.

Autodepuración de los medios. receptores

Al contaminarse una corriente de agua en un punto como consecuencia de un vertido de aguas residuales, se verifica un proceso que se denomina autodepuración.

En él se producen una serie de reacciones físicas y biológicas que hacen que la corriente de agua tienda a volver a un estado similar al existente antes de la contaminación, como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica contaminante.

Las reacciones físicas son esencialmente sedimentaciones y efectos producidos por la radiación solar. Los procesos químicos y biológicos son más complejos, en esencia, consisten en la ingestión de la materia orgánica por los organismos vivos, que a su vez producen desechos que vuelven a servir de alimento para otros organismos. Así continúa un proceso que finaliza con la transformación en sales inorgánicas estables, que sirven de alimento a otras formas biológicas, como las algas. El metabolismo y desarrollo de éstas, da lugar a la producción de oxígeno que enriquece el agua y da lugar a la autodepuración.

La autodepuración depende, fundamentalmente del tiempo, de la temperatura, del contenido de oxígeno y de otra serie de factores ambientales que regulan los procesos biológicos y tiene lugar en cuatro fases que se corresponden con tramos de la corriente de agua y que se denominan: degradación, descomposición, recuperación y depuración.

La zona de degradación, está situada inmediatamente aguas abajo del vertido y se caracteriza por la presencia de materia flotante y en suspensión que enturbia las aguas. El oxígeno disminuye y. mueren las algas, en tanto que viven los peces que necesitan poco oxígeno. Si la corriente es lenta, se producen sedimentaciones.

La zona de descomposición se sitúa inmediatamente aguas abajo de la anterior, caracterizándose por el desarrollo de las reacciones anaerobias al haber disminuido o desaparecido el oxígeno. Las aguas se vuelven de color negro y se producen olores desagradables, desapareciendo la flora y la fauna.

La zona de recuperación es la siguiente. El agua se ha ido clarificando al desaparecer los sólidos orgánicos y aparece otra vez el oxígeno disuelto en proporciones crecientes. Van apareciendo algas y peces, así como bacterias anaerobias.

La zona de depuración es la final del proceso. Aquí el agua presenta un aspecto limpio apareciendo sólidos inorgánicos estables, sin flotantes, ni sólidos en suspensión. El oxígeno se aproxima al punto de saturación, abundando las algas, peces y organismos macroscópicos.

A lo largo de todo este proceso, sin embargo, las bacterias patógenas, los metales pesados y otras sustancias de naturaleza no orgánica permanecen en el agua sin ser alterados por los procesos biológicos, quedando como contaminación residual por lo que puede impedir ciertos usos.

Sistemas de depuración

El proceso de autodepuración natural antes descrito, en general, no es suficiente para mantener el equilibrio ecológico. Es preciso, por ello, proceder al tratamiento o depuración de las aguas residuales antes de su devolución al medio receptor tratamiento que básicamente tratará de reproducir, con mayor o menor apoyo tecnológico, el papel que efectúa la Naturaleza.Según la magnitud de este apoyo tecnológico, los sistemas de depuración de aguas residuales urbanas se suelen clasificar en dos grupos que vienen denominándose "depuración natural o blanda" y "depuración tecnológica o dura.

La denominada depuración natural no utiliza, o utiliza escasamente, equipos electrónicos y mecánicos para su acción. Se apoya, fundamentalmente, en una mayor colaboración de los elementos naturales y precisa de una menor energía mecánica o eléctrica. M mismo tiempo, por ese "aporte natural", requiere una menor atención en su mantenimiento lo que simplifica su explotación.

La depuración tecnológica, por el contrario, se fundamenta en una participación básica de elementos mecánicos y eléctricos que son los que reproducen y agilizan el proceso natural. Los avances tecnológicos llevados a cabo en este campo, hacen que, hoy, constituyan una técnica conocida y contrastada en su eficacia. Sin embargo la complejidad de estas instalaciones, además de requerir una permanente atención técnica, suponen importantes costes de mantenimiento en personal, energía y productos químicos para su correcta explotación.

Los ámbitos de aplicación de ambos sistemas son esencialmente distintos: mientras que en los núcleos de pequeña entidad, los sistemas naturales pueden ser dignos de tenerse en cuenta, especialmente por su economía y sencillez de instalación y explotación, no se concibe una instalación "natural" para un gran núcleo de población, fundamentalmente por los grandes espacios de que sería preciso disponer, además de otras consideraciones que limitarían su aplicación.

Depuración natural

Los procedimientos más usuales de depuración natural se pueden clasificar en dos grupos, dentro de los cuales, a su vez, existen diversas modalidades.1. Sistemas de aplicación del agua residual al terreno.2. Sistemas de lagunaje.

Sistemas de aplicación al terreno.

Se trata con ellos de conseguir un proceso biológico aerobio con el que estabilizar la materia orgánica de las aguas residuales. Se necesita, por tanto, que el suelo tenga una aireación suficiente para que se produzcan esas condiciones. Estos sistemas son de tres de tipos:

Riego.Escorrentía sobre terreno vegetal.Infiltración.

Riego

Se trata simplemente de una descarga controlada del agua residual sobre el suelo. Puede llevarse a cabo por aspersión, por gravedad mediante surcos en el suelo alternados con caballones, o bien por encharcamiento en fajas por curvas de nivel.

Escorrentía sobre terreno vegetal

Con este sistema se efectúa el vertido de las aguas residuales sobre el terreno vegetal, generalmente herbáceas de pastizal o vegetación forestal. Es ideal aplicarlo como tratamiento secundario, tras haber eliminado una parte importante de los sólidos en suspensión y de los elementos gruesos. Se aplica en algunos países también como tratamiento terciario después de un proceso biológico convencional.

Infiltración

Este procedimiento es similar en su funcionamiento al conocido método dedepuración por filtros de arena intermitentes. El vertido pasa a través del suelo, hasta elacuífero, perdiéndose una parte por evaporación. El tratamiento se produce en este trayecto sufriendo procesos físico-químicos y biológicos.La adopción de cualquiera de los tres sistemas descritos, requiere un estudio detallado de las características, tanto del vertido como del suelo receptor, pues es evidente que en éste se han de producir alteraciones que pueden ser beneficiosas si se verifican en determinadas condiciones.

Lagunaje

El otro sistema de depuración natural consiste en la realización de lagunas o balsas artificiales en las que se almacena el agua residual durante períodos amplios de tiempo, hasta la fermentación de la materia orgánica del agua, que conduce finalmente a la depuración.La fermentación puede verificarse en presencia de oxígeno o en ausencia de él, lo que clasifica las lagunas en aerobias y anaerobias.Las lagunas aerobias son aquellas que con profundidades pequeñas (inferiores a un metro), dan lugar a la actividad de las bacterias aerobias al existir una abundante presencia de oxígeno. Las algas presentes en la laguna, suministran el oxígeno necesario gracias a la fotosíntesis.Las lagunas anaerobias son aquellas en las que, por falta de oxígeno, se produce un predominio de actuación de bacterias anaerobias. Tiene profundidades entre 1 y 2 metros y en ellas se diferencian dos zonas: la superior, aerobia, en la que actúan las algas, y la inferior, anaerobia.Los sistemas de lagunaje suelen constar de más de una laguna. Generalmente se disponen tres, que ejercen papeles de estanque primario (receptor de aguas brutas), estanque secundario y estanque de maduración.El lagunaje, debe contemplarse con una perspectiva más amplia que la de la propia depuración. Así, debe intentarse su integración en el paisaje y, sobre todo, contemplar las posibilidades que existen de considerar las instalaciones como lugar de producción de elementos fertilizantes y de materia orgánica viviente (fitoplancton y zooplancton), valorables con fines agrícolas y acuícolas.

Depuración tecnológica:

Una estación depuradora de aguas residuales, es una instalación en la cual, con el auxilio de distintos equipos mecánicos, eléctricos e hidráulicos, se llevan a cabo en menor tiempo y en un espacio más reducido procesos similares a los que realiza la Naturaleza y que conducen a liberar al agua residual de los elementos extraños que lleva incorporados hasta alcanzar un determinado nivel de pureza.El tratamiento del agua comprende los siguientes procesos básicos:

Tratamiento previo.Tratamiento primario.Tratamiento biológico o secundario.Tratamiento terciario.

Tratamiento previo

Este tratamiento, que es común a diferentes sistemas de depuración ya sean de bajo costo o de tipo convencional, tiene como objetivo el eliminar de las aguas residuales todos aquellos elementos de tamaño considerable que por su acción mecánica pueden afectar al funcionamiento del sistema depurador, así como las arenas y elementos minerales que pueden originar sedimentación a lo largo de las conducciones o producir fenómenos de abrasión en los elementos mecánicos de la instalación. Los equipos utilizados en esta fase del tratamiento están constituidos por rejas y desarenadores.Un conjunto de rejas, finas y gruesas, con mayor o menor separación, tanto horizontales como verticales constituyen el mecanismo para conseguir el desbaste de los materiales arrasados por las aguas residuales.Los desarenadores están constituidos básicamente por un canal en el que se reduce la velocidad del agua a fin de permitir la sedimentación de las partículas más pesadas. Fundamentalmente se eliminan mediante esta técnica, todas aquellas partículas de diámetro superior a 0,2 InIxLOtra operación que se realiza dentro del tratamiento previo, es el desengrasado, cuyo objeto es la eliminación de las grasas y aceites libres, los cuales al ser más ligeros que el agua, forman una película superficial que puede ser eliminada mediante dispositivos de recogida superficial.

Tratamiento primario

El tratamiento primario tiene como objetivo la eliminación por medios físicos de los sólidos en suspensión no eliminados en el tratamiento previo.La eliminación se realiza mediante una decantación primaria que, junto a una reducción del 65% de los sólidos en suspensión, consigue reducir la DBO en un 35%, cifras éstas que pueden variar en función de la calidad del efluente.El proceso se verifica en unos tanques, denominados decantadores primarios, que pueden ser de forma circular o rectangular y que disponen de mecanismos de arrastre y extracción de los fangos que van depositándose en el fondo. Normalmente el sistema va complementado por unas rasquetas superficiales que permiten recuperar las materias flotantes y espumas.El agua, una vez tratada se recoge por medio de vertederos periféricos desde donde pasa a las siguientes operaciones de tratamiento. En algunos casos, se incluye dentro del tratamiento primario la neutralización, proceso típicamente químico encaminado a conseguir el pH idóneo para las posteriores operaciones de tratamiento.

Tratamiento secundario

El tratamiento secundario es el encargado de eliminar la materia orgánica biodegradable presente en las aguas residuales que no ha sido eliminada en el tratamiento primario. Consiste en provocar el desarrollo de microorganismos capaces de asimilar la materia orgánica. Mediante este tratamiento se consiguen reducciones de la DBO que pueden alcanzar el 95%.El procedimiento supone, pues, el aplicar, de una manera controlada, las leyes naturales de la autodepuración mediante un proceso biológico seguido de una decantación, denominada secundaria.El proceso biológico puede llevarse a cabo por distintos procedimientos. Los más usuales son el procedimiento denominado de fangos activos y, el denominado de lechos bacterianos o percoladores.

Fangos activos

e trata de un proceso continuo en el que el agua se estabiliza biológicamente en unos tanques o balsas en los que se mantienen condiciones aerobias. El agua se mezcla con un fango floculado biológicamente que contiene los microorganismos encargados de degradar la materia orgánica.

Lechos bacterianos

Consisten en unos depósitos cilíndricos rellenos' de un medio filtrante, cuya superficie está recubierta de una película biológica formada por bacterias, protozoos y hongos que extraen la materia orgánica presente en el agua residual.El material del lecho debe tener una gran superficie específica y una elevada porosidad, y suelen emplearse piedras calizas, gravas, puzolanas, escorias o materiales plásticos artificiales de diversas formas.

Decantación secundaria

Tanto si el proceso biológico es de fangos activos, como si es de lechos bacterianos, la mezcla de agua residual y fangos, conocida como "licor mixto", se conduce a unos decantadores en los que se produce la separación, por sedimentación floculenta, del fango y del agua depurada.Una parte del fango separado se vuelve a introducir en el proceso biológico, evacuándose el resto al sistema de tratamiento de fangos.

Tratamiento terciario

El efluente de un tratamiento secundario puede estar todavía insuficientemente depurado para determinados usos siendo preciso, en este caso, una serie de procesos que se agrupan bajo el nombre de tratamiento terciario. Este se lleva a cabo para eliminar fundamentalmente la materia orgánica que no ha sido retenida en el tratamiento biológico, o bien que no es biodegradable, y las sales inorgánicas disueltas, entre las cuales destacan las de nitrógeno y fósforo. Este tratamiento puede ser aplicado también al efluente procedente de otros sistemas de depuración tales como lagunas, biodiscos, etc.

Desinfección

A lo largo de los tratamientos primario y secundario, se produce una notable disminución del contenido en gérmenes patógenos en el agua residual. Sin embargo puede ser necesario complementar el tratamiento anterior con una desinfección.La desinfección, pues, tiene como objetivo la destrucción selectiva de bacterias y virus patógenos presentes en el agua residual y se utiliza en combinación con cualquier grado de tratamiento cuando la masa de agua receptora puede tener un uso recreativo, de baño, o incluso de abastecimiento.Por lo general se realiza mediante la adición de productos químicos como cloro, ozono, bromo, yodo o permanganato Potásico, lo cual puede entrañar una serie de riesgos para el medio receptor por lo que debe utilizarse con precaución.

Tratamiento de los fangos

En un tratamiento biológico de aguas residuales, se obtienen considerables volúmenes de fangos que requieren un tratamiento en la instalación. Las partes más comunes en el proceso son:Espesamiento previo de los fangos.Digestión.Secado.Eliminación.

Espesamiento

El objetivo del espesamiento de los fangos es el de concentrarlos para hacerlos más densos, reduciendo el volumen global para facilitar su manejo y abaratar los costes de las instalaciones posteriores.

Digestión

Tiene por objeto degradar la materia orgánica presente en los fangos y puede llevarse a cabo por vía aerobia o por anaerobia. Cuando la digestión es por vía anaerobia, se produce un gas biológico (mezcla de metano y C02 principalmente).

Secado

Una vez digeridos, los fangos deben someterse a un proceso de secado a fin de reducir su volumen y facilitar su manejo. Mediante el secado se obtiene una pasta con un contenido del orden del 30% de sólidos.

Eliminación

En el momento actual, en que puede decirse que el problema de la depuración de las aguas residuales ha alcanzado un elevado nivel de evolución como para ser considerado resoluble técnica y económicamente, el problema de la eliminación de los lodos, sin embargo, constituye quizá, uno de los de más difícil solución en muchos casos, suponiendo, de hecho, una preocupación fundamental, tanto en el diseño como en la explotación de las instalaciones.Existen varias posibilidades de eliminación o destino final de los fangos:Descarga en vertedero o en el mar.Incineración.Aplicación en la agricultura.Otros usos.Con carácter general, la elección de la alternativa más adecuada deberá responder tanto a condicionantes económicos como Sanitarios. Si bien, en la actualidad se siguen empleando soluciones de todo tipo, la tendencia más generalizada se dirige hacia el empleo de estos fangos en usos agrícolas.

Línea de gas

Como se ha indicado anteriormente, cuando el proceso de digestión se realiza por vía anaerobia, como consecuencia de las reacciones bioquímicas del mismo, se produce un gas denominado gas biológico o biogás, que tiene un contenido de metano de alrededor del 65% al 70%, mientras que el resto de su composición lo constituyen gases inertes; la mayor parte dióxido de carbono. Este biogás puede convertirse, reutilizándolo, en un valioso subproducto, a través del cual se suministra una gran parte de la energía que la planta depuradora necesita para su funcionamiento.