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PROYECTO FINAL DE CARRERA PUESTA A PUNTO Y MANTENIMIENTO DE E.D.A.R. EN COMPLEJO HOTELERO Autor Miguel Ángel Gracia Nieto Director Francisco Javier Lanaja del Busto Especialidad Electrónica Convocatoria Septiembre 2013 PROYECTO FINAL DE CARRERA PUESTA A PUNTO Y MANTENIMIENTO DE E.D.A.R. EN COMPLEJO HOTELERO MEMORIA AUTOR Miguel Ángel Gracia Nieto DIRECTOR Francisco Javier Lanaja del Busto ESPECIALIDAD Electrónica CONVOCATORIA Septiembre 2013 El presente proyecto estudia la depuración, utilizando el tratamiento de fangos activos de oxidación total, de las aguas residuales generadas en un complejo hotelero que, además del propio hotel, cuenta entre sus instalaciones con piscina, spa y una zona de camping con bungalows. En el estudio se analiza la composición de las aguas residuales y se recoge el funcionamiento de la planta depuradora del hotel con detalle de cada uno de los equipos que la integran, sus ciclos de trabajo y sus aportaciones al proceso. Previamente, se recopila la legislación vigente que tiene relación con la contaminación y la depuración de las aguas, y se expone, de forma general, el funcionamiento teórico de una E.D.A.R. y los posibles procesos existentes aplicables en ella. Se completa el proyecto con un estudio de calidad de las aguas del lecho receptor, y el impacto ambiental generado por el vertido de las aguas residuales una vez que han sido depuradas. 1 1. EL PROBLEMA DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Y LA NECESIDAD DE SU DEPURACIÓN.................................................................................. 5 1.1. Características de las aguas residuales ......................................... 7 1.2. Protección del medio acuático .................................................... 8 2. LEGISLACIÓN VIGENTE .................................................................. 9 2.1. Legislación europea ............................................................... 10 2.1.1. Legislación relativa a la prevención de la contaminación ........................ 10 2.1.2. Legislación relativa al control de emisiones ........................................ 10 2.1.3. Legislación relativa a las aguas subterráneas ...................................... 11 2.1.4. Legislación relativa a objetos de calidad ............................................ 11 2.2. Legislación nacional ............................................................... 12 2.2.1. Legislación básica ...................................................................... 12 2.2.2. Dominio público hidráulico ............................................................ 12 2.2.3. Vertidos ................................................................................... 13 2.2.4. Nitratos de origen agrario .............................................................. 14 2.2.5. Sustancias peligrosas .................................................................. 14 2.2.6. Valoración de daños .................................................................... 15 2.2.7. Planificación ............................................................................. 15 2.2.8. Objetivos de calidad .................................................................... 15 2.3. Legislación autonómica ........................................................... 16 3. ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES ............................... 18 3.1. Pretratamiento ...................................................................... 20 3.1.1. Eliminación de residuos de pretratamiento ......................................... 25 3.2. Tratamiento Primario .............................................................. 27 3.2.1. Decantación primaria ................................................................... 27 3.2.2. Flotación y recogida de sobrenadantes ............................................. 31 3.2.3. Extracción de fango primario ......................................................... 33 3.2.3.1. Decantadores primarios ..................................................................... 33 3.3. Tratamiento secundario ........................................................... 37 2 3.3.1. Lechos bacterianos ..................................................................... 39 3.3.1.1. Reacción biológica ........................................................................... 42 3.3.1.2. Decantación secundaria ..................................................................... 43 3.3.1.3. Recirculación del agua ....................................................................... 44 3.3.2. Fangos activos .......................................................................... 44 3.3.2.1. Tanque de aireación .......................................................................... 48 3.3.2.2. Decantador secundario ...................................................................... 49 3.4. Tratamiento terciario ............................................................... 51 3.4.1. Separación de sólidos en suspensión ............................................... 52 3.4.2. Control de nutrientes .................................................................... 52 3.4.3. Eliminación de compuestos tóxicos ................................................. 55 3.4.4. Eliminación de sustancias inorgánicas disueltas .................................. 55 3.5. Tratamiento de fangos ............................................................ 57 3.5.1. Características, composición y tipos ................................................ 57 3.5.2. Operaciones de pretratamiento de fangos .......................................... 60 3.5.3. Procesos de tratamiento de fangos .................................................. 60 3.5.3.1. Espesado de fangos ......................................................................... 63 3.5.3.2. Estabilización .................................................................................. 64 3.5.3.3. Acondicionamiento ........................................................................... 68 3.5.3.4. Desinfección ................................................................................... 68 3.5.3.5. Deshidratación ................................................................................ 68 3.5.3.6. Secado térmico ............................................................................... 70 3.5.3.7. Reducción térmica ............................................................................ 70 3.5.3.8. Aprovechamiento y evacuación de lodos ................................................. 71 4. INSTALACIONES E.D.A.R. OBJETO DE ESTUDIO .................................. 72 4.1. Estructura y ordenación del complejo .......................................... 72 4.1.1. Vertido de las aguas residuales ....................................................... 73 4.2. Datos relativos a las aguas residuales de la red de saneamiento.......... 75 4.2.1. Sistema de depuración de oxidación total .......................................... 77 4.3. Composición del equipo de depuración ........................................ 79 4.3.1. Reja de desbaste manual .............................................................. 81 4.3.2. Pozo de bombeo ........................................................................ 81 4.3.3. Caudalímetro electromagnético ...................................................... 83 4.3.4. Tamiz rotativo ............................................................................ 84 3 4.3.5. Depósito homogeneizador ............................................................. 85 4.3.6. Separador de grasas ................................................................... 87 4.3.7. Equipo de depuración de oxidación total ........................................... 88 4.3.8. Arqueta de toma de muestras ........................................................ 91 4.4. Rendimientos del sistema ........................................................ 91 4.5. Régimen de funcionamiento de los equipos ................................... 92 4.5.1. Funcionamiento manual................................................................ 93 4.5.2. Funcionamiento automático ........................................................... 94 4.6. Operaciones de instalación ....................................................... 96 4.6.1. Instalación módulo de oxidación total ............................................... 96 4.6.2. Instalación separador de grasas ...................................................... 97 4.6.3. Instalación caudalímetro electromagnético ......................................... 98 4.7. Operaciones de mantenimiento .................................................. 98 4.7.1. Mantenimiento de los equipos ........................................................ 98 4.7.2. Eliminación de residuos .............................................................. 100 5. INFLUENCIA DEL VERTIDO EN LA CALIDAD DE LAS AGUAS DEL LECHO RECEPTOR .................................................................................. 102 5.1. Caracterización del vertido ..................................................... 102 5.2. Metodología utilizada para el estudio de calidad ........................... 103 5.3. Análisis de los resultados ....................................................... 106 5.3.1. Parámetros físico-químicos ......................................................... 106 5.3.2. Parámetros biológicos ............................................................... 109 5.3.3. Parámetros hidromorfológicos ...................................................... 113 5.4. Recapitulación y conclusiones ................................................. 114 6. NORMAS DE SEGURIDAD E HIGIENE ............................................... 117 6.1. Riesgos biológicos ............................................................... 117 6.2. Riesgos por manejo de productos químicos................................. 119 6.3. Riesgos generales de seguridad ............................................... 119 6.4. Riesgos eléctricos ................................................................ 121 6.5. Primeros auxilios ................................................................. 121 4 7. CONCLUSIONES ....................................................................... 122 BIBLIOGRAFIA .............................................................................. 125 ÍNDICE DE IMÁGENES, FIGURAS Y GRÁFICOS ....................................... 127 ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................ 129 5 Desde la Antigüedad, la eliminación de sus residuos ha sido y es, un problema y una preocupación para el ser humano. Los primeros pueblos se asentaron en lugares donde las condiciones de vida eran adecuadas, y siempre estaban cerca de cursos de agua superficiales o lagos. De esta forma, tenían cubiertas sus necesidades de agua, a la vez que les servían de lechos receptores de sus residuos. El crecimiento de estos asentamientos, muy acentuado en muchos casos, dio paso a núcleos de población de mayor densidad, como pueblos y ciudades. Este crecimiento poblacional supuso un aumento de los residuos vertidos a los ríos, de forma que se superó, en muchos casos, su nivel de autodepuración, convirtiéndose los cauces en meros vehículos de los residuos de las poblaciones y modificándose radicalmente su ecosistema previo. Este drástico cambio del entorno natural, unido a la destrucción de la fauna y la flora, es lo que conocemos como contaminación. Un curso de agua se considera contaminado o polucionado, cuando la composición o el estado de sus aguas son, directa o indirectamente, modificados por la actividad del hombre, en medida tal, que disminuya su posible utilización para todos o algunos de aquellos fines a los que podrían servir en estado natural. Las actividades artesanales y ganaderas, el cultivo intensivo de la tierra y el desarrollo industrial, unido a una población creciente y de mayor densidad, son las principales causas de la contaminación de las aguas (aguas subterráneas, ríos, lagos y mares). La contaminación de las aguas es uno de los factores más importantes que rompe el equilibrio entre el hombre y el medio ambiente, por lo que se hace necesario prevenirla y combatirla. Según datos obtenidos de excavaciones efectuadas, ya en las primeras civilizaciones se recogían las aguas residuales a través de canales y redes de saneamiento. En algún caso incluso se disponía de redes de alcantarillado separativas con grandes canales de desagüe para aguas negras y pluviales. El canal principal solía desembocar en grandes lagos, donde sedimentaban las materias en suspensión que, luego se utilizaban como abono. Asimismo, las aguas de los lagos eran utilizadas para el riego de las huertas. Desde entonces hasta la actualidad, la contaminación de las aguas se ha convertido en un problema cada vez más importante para el ser humano. Sus principales efectos son los siguientes: 6  Disminución de la calidad de agua para abastecimientos de población, o uso para riegos o industria.  Supresión del poder autodepurador de los cauces receptores con destrucción de su fauna y flora, imposibilitando, o dificultando al menos, su utilización.  Potencial peligro para la salud pública.  Perjuicio a los asentamientos urbanos e industriales, afectando además a los amantes del esparcimiento en la naturaleza.  Exigencia de un control riguroso y un tratamiento adecuado cuando se utilizan aguas con un cierto grado de contaminación. El agua dulce es un bien escaso, y la contaminación, no sólo de los cauces sino también de las aguas subterráneas, obliga a los usuarios aguas abajo, a buscar nuevas captaciones no siempre existentes, pero siempre con un coste mayor. La contaminación de un río puede llegar al extremo de que sus aguas sean inadecuadas para el consumo público, así como para la agricultura, ganadería, pesca, industria y actividades turísticas y recreativas. Para garantizar la salud de las poblaciones, así como la conservación de los recursos hidráulicos, de su fauna y de su flora, se hacen necesarios procesos de depuración de las aguas residuales para reducir el impacto que éstas tienen en el ecosistema. El objetivo es alcanzar valores en los parámetros de contaminación vertidos, inferiores a lo que los usos anteriores permiten. Los efectos de la contaminación de las aguas no sólo se localizan en las zonas de vertido, sino que sobrepasan los límites de los municipios y las provincias, y afectan a toda la extensión de las cuencas hidrográficas. Por ello, la depuración de las aguas es un tema que no debe ser planteado a nivel local, sino a nivel nacional y, en ocasiones, a nivel internacional. Una depuración requiere unos gastos considerables de primer establecimiento, así como unos gastos de mantenimiento y explotación elevados. Para las arcas municipales, estas cifras suponen unas inversiones y unos gastos anuales considerables, por lo que se hace imprescindible la realización de un buen proyecto global que no sólo recoja los datos técnicos relativos a la construcción de la estación depuradora. A la hora de plantear la depuración de las aguas de una población o una industria, ha de tenerse en cuenta también el medio receptor, aprovechando su poder de autodepuración, para realizar la elección de una planta depuradora con la máxima eficiencia y el menor coste posible. El establecimiento de límites en los vertidos, con independencia de las características del cauce receptor, puede dar lugar a casos en los que, cumpliéndose la normativa vigente pero existiendo vertidos importantes y un caudal receptor escaso, los valores de contaminación sobrepasen lo que sería deseable, mientras que en otras ocasiones con pequeños núcleos de población y caudales receptores mayores, las condiciones impuestas de depuración sean excesivas para los vertidos realizados. Puesto que el problema principal para dotar de la depuración necesaria a todos los núcleos de población e industrias, es de tipo 13  Real Decreto 9/2008, de 11 de enero, por el que se modifica el Reglamento de Dominio Público Hidráulico, aprobado por el Real Decreto 849/1986 de 11 de abril.  Orden ARM/1312/2009 de 20 de mayo, por la que se regulan los sistemas para realizar el control efectivo de los volúmenes de agua utilizados por los aprovechamientos de agua del dominio público hidráulico, de los retornos al citado dominio público hidráulico y de los vertidos al mismo.  Real Decreto 1290/2012 de 7 de septiembre, por el que se modifica el Reglamento del Dominio Público, aprobado por el Real Decreto 849/1986 de 11 de abril, y el Real Decreto 509/1996 de 15 de marzo de desarrollo del Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas. Corrección de errores B.O.E. núm. 251, jueves 18 de octubre de 2012, sección I, pág. 74015. 2.2.3. Vertidos  Orden MAM/1873/2004 de 2 de junio, por la que se aprueban los modelos oficiales para la declaración de vertido y se desarrollan determinados aspectos relativos a la autorización de vertido y liquidación del canon de control de vertidos regulados en el Real Decreto 606/2003 de 23 de mayo, de reforma del Real Decreto 849/1986 de 11 de abril, por el que se aprueba el Reglamento de Dominio Público Hidráulico, que desarrolla los Títulos preliminar, I, IV, V, VI y VII de la Ley 29/1985, de 2 de agosto, de Aguas.  Orden MAM/985/2006 de 23 de marzo, por la que se desarrolla el régimen jurídico de las entidades colaboradoras de la administración hidráulica en materia de control y vigilancia de calidad de las aguas y de gestión de los vertidos al dominio público hidráulico. Corrección de errores B.O.E. núm. 112, jueves 11 de mayo de 2006, pág. 18081.  Ley 16/2002 de 1 de julio, de prevención y control integrados de la contaminación.  Real Decreto 509/2007 de 20 de abril, por el que se aprueba el Reglamento para el desarrollo y ejecución de la Ley 16/2002 de 1 de julio, de prevención y control integrados de la contaminación.  Real Decreto-Ley 11/1995 de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de aguas residuales urbanas.  Real Decreto 509/1996 de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-Ley 11/1995 de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de aguas residuales urbanas.  Real Decreto 2116/1998 de 2 de octubre, por el que se modifica el Real Decreto 509/1996 de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-Ley 11/1995 de 28 de 14 diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de aguas residuales urbanas. Corrección de errores B.O.E núm. 286, lunes 30 de noviembre de 1998, pág. 39272.  Resolución de 28 de abril de 1995, de la Secretaría de Estado de Medio Ambiente y Vivienda, por la cual se dispone la publicación del acuerdo del consejo de ministros de 17 de febrero de 1995, por el que se aprueba el Plan Nacional de Saneamiento y Depuración de Aguas Residuales.  Resolución de 25 de mayo de 1998, de la Secretaría de Estado de Aguas y Costas, por la que se declaran las “zonas sensibles” en las cuencas hidrográficas intercomunitarias.  Resolución de 10 de julio de 2006, de la Secretaría General para el Territorio y la Biodiversidad, por la que se declaran las zonas sensibles en las cuencas hidrográficas intercomunitarias.  Real Decreto 1620/2007 de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. 2.2.4. Nitratos de origen agrario  Real Decreto 261/1996 de 16 de febrero, sobre protección de las aguas contra la contaminación producida por los nitratos procedentes de fuentes agrarias.  Resolución de 24 de marzo de 2011 de la Dirección General del Agua, por la que se determinan las aguas afectadas por la contaminación, o en riesgo de estarlo, por aportación de nitratos de origen agrario en las cuencas hidrográficas intercomunitarias. 2.2.5. Sustancias peligrosas  Real Decreto 995/2000, de 2 de junio, por el que se fijan objetivos de calidad para determinadas sustancias contaminantes y se modifica el Reglamento de Dominio Público Hidráulico, aprobado por el Real Decreto 849/1986, de 11 de abril.  Orden de 12 de noviembre de 1987 (Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo), sobre normas de emisión, objetivos de calidad y métodos de medición de referencia relativos a determinadas sustancias nocivas o peligrosas contenidas en los vertidos de aguas residuales.  Orden de 13 de marzo de 1989, por la que se incluye en la de 12 de noviembre de 1987 la normativa aplicable a nuevas sustancias nocivas o peligrosas que pueden formar parte de determinados vertidos de aguas residuales. 15  Orden de 27 de febrero de 1991, por la que se modifica el anejo V de la de 12 de noviembre de 1987, relativa a normas de emisión, objetivos de calidad y métodos de medición de referencia relativos a determinadas sustancias peligrosas, en especial los correspondientes a hexaclorociclohexano.  Orden de 28 de junio de 1991, por la que se amplía el ámbito de aplicación de la Orden de 12 de noviembre de 1987 a cuatro sustancias nocivas o peligrosas que puedan formar parte de determinados vertidos.  Orden de 25 de mayo de 1992, por la que se modifica la de 12 de noviembre de 1987 sobre normas de emisión, objetivos de calidad y métodos de medición de referencia relativos a determinadas sustancias nocivas o peligrosas contenidas en los vertidos de aguas residuales. 2.2.6. Valoración de daños  Orden MAM/85/2008 de 16 de enero, por la que se establecen los criterios técnicos para la valoración de los daños al dominio público hidráulico y las normas sobre toma de muestras y análisis de vertidos de aguas residuales. 2.2.7. Planificación  Ley 10/2001 de 5 de julio, del Plan Hidrológico Nacional.  Ley 11/2005 de 22 de junio, por la que se modifica la Ley 10/2001 de 5 de julio, del Plan Hidrológico Nacional.  Real Decreto Ley 2/2004 de 18 de junio, por el que se modifica la Ley 10/2001 de 5 de julio, del Plan Hidrológico Nacional.  Real Decreto 907/2007 de 6 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de la Planificación Hidrológica.  Real Decreto 125/2007 de 2 de febrero, por el que se fija el ámbito territorial de las demarcaciones hidrográficas.  Real Decreto 126/2007 de 2 de febrero, por el que se regulan la composición, funcionamiento y atribuciones de los comités de autoridades competentes de las demarcaciones hidrográficas con cuencas intercomunitarias. 2.2.8. Objetivos de calidad  Real Decreto 927/1988 de 29 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de la Administración Pública del Agua y de la Planificación Hidrológica, en desarrollo de los títulos II y III de la Ley de Aguas. 16  Real Decreto 1541/1994 de 8 de julio, por el que se modifica el anexo número 1 del Reglamento de la Administración pública del agua y de la planificación hidrológica, aprobado por el Real Decreto 927/1988 de 29 de julio.  Orden Ministerial de 8 de febrero de 1988 relativa a los métodos de medición y a la frecuencia de muestreos y análisis de aguas superficiales que se destinen a la producción de agua potable.  Orden Ministerial de 11 de mayo de 1988, sobre características básicas de calidad que deben ser mantenidas en las corrientes de agua superficiales cuando sean destinadas a la producción de agua potable, modificada por: o Orden de 15 de octubre de 1990. o Orden de 30 de noviembre de 1994.  Real Decreto 140/2003 de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano. Corrección de erratas B.O.E. núm. 54, martes 4 de marzo de 2003, pág. 8469.  Orden SCO/1591/2005 de 30 de mayo, sobre el Sistema de Información Nacional de Agua de Consumo.  Orden SCO/2967/2005 de 12 de septiembre, por la que se amplía la de 21 de julio de 1994, por la que se regulan los ficheros de datos de carácter personal gestionados por el Ministerio de Sanidad y Consumo, y se crea el fichero del Sistema de Información Nacional de Agua de Consumo.  Real Decreto 1341/2007 de 11 de octubre, sobre la gestión de la calidad de las aguas de baño.  Orden de 16 de diciembre de 1988 relativa a los métodos y frecuencias de análisis o de inspección de las aguas continentales que requieran protección o mejora para el desarrollo de la vida piscícola. 2.3. Legislación autonómica En España todas las administraciones tienen competencias en materia de aguas. El Instituto Aragonés del Agua es una entidad de derecho público que tiene la función de ejercer las competencias de la Comunidad Autónoma de Aragón en materia hidráulica. Entre sus áreas de actividad más importantes están la construcción de infraestructuras de abastecimiento en colaboración con las administraciones locales, pero también la ejecución de obras de saneamiento y depuración, en especial las integradas en el Plan Especial de Depuración de Aguas Residuales de Aragón y en el Plan Pirineos, así como la explotación, directamente o por convenio, de las estaciones depuradoras de aguas residuales y la gestión del Canon de Saneamiento, entre otras. Fue creado mediante la Ley 6/2001 de 17 de mayo. 17  Ley 6/2001 de 17 de mayo, de Ordenación y Participación en la Gestión del Agua en Aragón, modificada por: o Ley 26/2001 de 28 de diciembre, de Medidas Tributarias y Administrativas. o Ley 26/2003 de 30 de diciembre, de Medidas Tributarias y Administrativas. o Ley 12/2004 de 29 de diciembre, de Medidas Tributarias y Administrativas. o Ley 13/2005 de 30 de diciembre, de Medidas Fiscales y Administrativa en materia de Tributos Cedidos y Tributos Propios de la Comunidad Autónoma de Aragón. o Ley 7/2006 de 22 de junio, de protección ambiental de Aragón. o Ley 9/2007 de 29 de diciembre, por la que se modifica la Ley 6/2001 de 17 de mayo de Ordenación y Participación en la Gestión del Agua en Aragón. o Ley 6/2008 de 19 de diciembre, de modificación de la Ley 6/2001 de 17 de mayo de Ordenación y Participación en la Gestión del Agua en Aragón, en lo que se refiere a la consideración del Instituto Aragonés de Agua como Administración Pública a los efectos de la aplicación de la normativa sobre contratación del sector público. o Ley 3/2012 de 8 de marzo, de Medidas Fiscales y Administrativas de la Comunidad Autónoma de Aragón.  Decreto 266/2001 de 6 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento Regulador del Canon de Saneamiento de la Comunidad Autónoma de Aragón, modificado por: o Decreto 206/2008 de 21 de octubre, por el que se modifica el Decreto 266/2001 de 6 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento Regulador del Canon de Saneamiento de la Comunidad Autónoma de Aragón.  Decreto 38/2004 de 24 de febrero, por el que se aprueba el Reglamento de los vertidos de aguas residuales a las redes municipales de alcantarillado.  Decreto 218/2010 de 30 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento de la Comisión del Agua y del Procedimiento para la formación de las Bases de la Política del Agua en Aragón. Los textos íntegros de todas las directivas, leyes, reales decretos, órdenes ministeriales, etc., mencionadas hasta ahora en esta memoria, están disponibles en la carpeta “Anexos”, que forma parte, junto con el resto de documentos, de este proyecto. 18 La depuración de las aguas consiste en la eliminación de la contaminación e impurezas incorporables en el agua a tratar. Los procesos utilizables para la depuración de las aguas dependerán del tipo de afluente y podrán ser procesos físicos, químicos o biológicos. Así, una estación depuradora de aguas residuales (E.D.A.R.) constará de diferentes fases de tratamiento por las que el agua deberá ir pasando sucesivamente, y en las que irá perdiendo paulatinamente elementos contaminantes. No todas las depuradoras serán iguales ni tendrán las mismas fases. El número de fases de la depuradora estará en función de la carga residual que transporte el agua y, sobretodo, del nivel de depuración que se quiera alcanzar. Como ya hemos contado, este nivel de depuración deberá ser el adecuado a las exigencias de calidad del cauce receptor y del medio natural, teniéndose en cuenta su poder de autodepuración, para realizar sólo la depuración artificial que se precise, lo que permitirá combinar el nivel de calidad esperado en las aguas de vertido, con la máxima economía posible del proceso. De forma general, en una EDAR podríamos encontrar, por orden de paso, las siguientes etapas:  Pretratamiento o desbaste, para la eliminación de sólidos de gran tamaño, arenas y grasas.  Tratamiento primario, también llamada decantación primaria, donde se produce la separación del líquido de los sólidos sedimentables.  Tratamiento secundario, o proceso biológico, para sólidos no sedimentables o partículas en estado coloidal.  Tratamiento terciario, o clarificación, por el que se logra una mayor calidad en el agua de vertido, y se consigue un mayor porcentaje de reducción de los sólidos en suspensión y de la demanda bioquímica de oxígeno o DBO. La demanda bioquímica de oxígeno o DBO es un parámetro que mide la cantidad de oxígeno disuelto que consumen los microorganismos presentes en un medio líquido, en miligramos de oxígeno por litro (mg O2/l). Su medida se obtiene mediante la realización de un ensayo y, su valor a los cinco días de incubación, conocido como DBO5 es el parámetro de contaminación orgánica más ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales como a aguas superficiales. Aunque las razones históricas sean otras, la razón técnica de hacer la lectura de la DBO tras cinco días de ensayo, es porque después de este periodo ocurre la nitrificación o conversión del nitrógeno orgánico o amoniacal en nitritos y nitratos. Este proceso requiere oxígeno y hace variar el valor de la DBO, pero no por oxidación del carbono orgánico, que es lo que se desea medir. 19 Otro parámetro de ensayo muy empleado es la DQO o demanda química de oxígeno. Este parámetro mide la cantidad de materia, orgánica e inorgánica, presente en una muestra líquida, susceptible de ser oxidada por medios químicos. Se mide también en miligramos de oxígeno por litro (mg O2/l), y su valor en un agua residual, suele ser mayor que su correspondiente DBO, debido al mayor número de compuestos cuya oxidación tiene lugar por vía química frente a los que se oxidan por vía biológica. El valor de la DQO es posible determinarlo en unas 3 horas, frente a los 5 días que se necesitan para conocer el de la DBO, por lo que conociendo la relación entre ambos parámetros, pueden tomarse las medidas de la DQO para el funcionamiento y control de las plantas de tratamiento. En una EDAR se trabaja en dos líneas principales de trabajo: la línea de agua, a la que pertenecen los tratamientos nombrados anteriormente, y la línea de fangos, compuesta por todos los procesos destinados a tratar los fangos o lodos procedentes de las etapas de la línea de agua. Entre esos tratamientos podemos encontrar procesos de espesamiento, deshidratación o incineración, entre otros. De forma esquemática, la siguiente figura resume los procesos de estas dos líneas de trabajo. Figura 1: Croquis E.D.A.R: Línea de agua y línea de fangos (Fuente: Wikilibros. “Ingeniería de aguas residuales”. http://es.wikibooks.org/wiki/Archivo:Croquis_edar.png, 12-01-2013) Además de estas dos líneas principales, podríamos establecer una tercera vía, la vía de gas, destinada al almacenamiento para su aprovechamiento y distribución, del gas metano procedente de los tratamientos de digestión. 20 3.1. Pretratamiento El primer paso en la depuración del agua residual consiste en la eliminación de los elementos más gruesos presentes en el influente, así como de las arenas y grasas, que podrían perjudicar las instalaciones y equipos de la estación depuradora, y reducir la eficiencia de los tratamientos posteriores. Este pretratamiento consta de los siguientes procesos:  Aliviadero de agua en exceso.  Separación de grandes sólidos.  Desbaste.  Tamizado.  Trituración.  Desarenado.  Desengrasado. o Aliviadero de entrada El aliviadero de entrada o vertedero de crecidas tiene como misión evacuar en el curso de agua más próximo, el excedente de caudal sobre el caudal máximo de diseño de la depuradora que asegura su correcto funcionamiento. Estas crecidas de caudal se producen en tiempo de lluvia en redes de saneamiento de tipo unitario, que no discriminan la recogida de aguas residuales domésticas de las pluviales. No obstante, las aguas pluviales no deberían dejar de ser depuradas, ya que, en los primeros 15 minutos de precipitación, el agua de lluvia está tan contaminada como el agua residual de tipo medio. A partir de unos 20 o 30 minutos es cuando se puede empezar a hablar de agua residual diluida. Por ello, se hace necesaria la construcción de depósitos de retención que recojan las escorrentías de las aguas pluviales que tengan la capacidad suficiente como para acumular las caídas durante los primeros 20 o 30 minutos, que son las de mayor contaminación. Una vez pasada la tormenta, el total del volumen retenido en estos depósitos se va reintroduciendo en la depuradora para su correcto tratamiento. 21 o Separación de grandes sólidos. Pozo de muy gruesos. El “pozo de muy gruesos” es un sistema de separación de grandes sólidos ubicado en la cabecera de la instalación, previsto para la retención de sólidos de gran tamaño o de una gran cantidad de arenas que pueda haber en el agua bruta. Consiste en un pozo situado a la entrada del colector de la depuradora, y una reja instalada, llamada “reja de muy gruesos”, formada por una serie de vigas de acero colocadas en vertical en la boca de entrada a la planta, que impiden el paso de troncos o materiales demasiado grandes que romperían o entorpecerían la entrada de caudal en la planta. El pozo tiene forma de tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas, con el fin de concentrar los sólidos y las arenas decantadas en una zona específica, donde se puedan extraer de una forma eficaz. La extracción de los residuos se realiza, generalmente, con cucharas bivalvas de accionamiento electrohidráulico. Los residuos separados con esta operación se almacenan en contenedores para ser transportados a vertedero o incinerados. Figura 2: Partes que componen un pozo de muy gruesos (Fuente: Wikilibros. “Ingeniería de aguas residuales”. http://es.wikibooks.org/wiki/Archivo:Esquema_muygruesos.png, 12-01-2013) o Rejas de desbaste La instalación de rejillas de desbaste es indispensable en cualquier depuradora. Su misión es la de retener y separar los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión que arrastra consigo el agua residual. Esto evita obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general y protege las unidades posteriores de tratamiento al interceptar las materias de grandes dimensiones, a la vez que permite aumentar la eficiencia de dichos tratamientos. Constan de unas barras de acero colocadas en el curso del agua, que impiden el paso de los elementos flotantes y en suspensión, con un tamaño mayor a la separación entre las barras. 22 Existen varios tipos de rejillas, que se pueden clasificar en función de la inclinación de sus barras, de la separación entre ellas y del método de limpieza que utilizan. Para el diseño de las rejillas de desbaste, es recomendable fijarse en instalaciones ya existentes, para determinar el tipo de rejillas a colocar, su número y sus dimensiones, aunque los dos parámetros fundamentales que habrá que tener en cuenta son la velocidad de paso del agua residual y la pérdida de carga. Normalmente, se suelen emplear rejas de desbaste de gruesos, con una separación entre barras de entre 50 y 150 mm, que se colocan en el colector de entrada de la estación depuradora, y que sirven como pretratamiento a las rejillas de desbaste medio, con una separación entre barras de entre 20 y 30 mm, colocadas a continuación. o Tamizado De la misma forma que las rejas de desbaste, los tamices se basan en la separación física de los sólidos en suspensión del agua, por retención frente a unas barras de acero que no permiten su paso. En este caso, la separación entre barras de los tamices más utilizados normalmente es de 1 mm, aunque los hay con una separación libre entre barras de hasta 0,2 mm. Son sistemas autolimpiables, y permiten la reducción del número de sólidos que pasan a las etapas siguientes, así como la eliminación de arenas gruesas, e incluso grasas en porcentajes de hasta el 30%. Los hay de varios tipos, con distintas formas de funcionamiento, y pueden ser estáticos, que trabajan sin necesidad de aporte de energía, o con elementos móviles. Figura 3: Distintos tipos de tamices (Fuente: FMS Maroesca S.L.) 29  Adsorción superficial de impurezas por los flóculos. Una vez los coloides se han convertido en flóculos, aumentan su tamaño por simple contacto (coalescencia), favorecido por una serie de choques sucesivos. Los factores que influyen en el proceso de coagulación son:  Tipo y cantidad del coagulante.  Características del agua y su pH: cuanto más finas son las materias suspendidas, más difíciles son de coagular y necesitan mayor cantidad de coagulante.  Periodo de coagulación: es el tiempo transcurrido entre la adición del coagulante al agua y el final de la agitación del agua, a una velocidad que impida la decantación de las materias floculadas, antes de la entrada al decantador. Puede estimarse entre unos diez y treinta minutos.  Temperatura del agua: cuanto más fría esté el agua mayor será el tiempo requerido para la formación de buenos flóculos, con una misma cantidad de coagulante.  Fuerza de la agitación: una velocidad de 30 a 40 cm/s en los tanques de coagulación produce una fuerza de agitación adecuada.  Presencia de núcleos: las partículas sólidas en suspensión actúan como núcleos para la formación inicial de flóculos. La depuración química se utiliza en momentos de fuertes puntas de contaminación, en casos de grandes variaciones de caudal, como los producidos en zonas turísticas, con vertidos reducidos a ciertas épocas del año, o en depuradoras de zonas industriales o mixtas, donde los vertidos arrastran iones metálicos o tóxicos que pueden destruir la actividad biológica del tratamiento posterior. También, como veremos, se puede usar como tratamiento terciario. Los rendimientos obtenidos utilizando la adición de productos químicos en el tratamiento primario varían en función de las sustancias utilizadas. En los casos en los que el producto utilizado es polielectrolito, la reducción de sólidos en suspensión alcanza valores de entre el 6575%, y del 50-65% en DBO5, mientras que si se trabaja con sales metálicas, el rendimiento es aún mayor, llegándose a valores de reducción del 85-90% de sólidos en suspensión y del 65-75% en DBO5. Como se puede ver, el tratamiento primario permite sedimentar los materiales en suspensión usando tratamientos físicos o físico-químicos. Existen tres tipos de procesos de sedimentación:  Sedimentación de partículas discretas: este tipo es característico de procesos de simple decantación, y es en el que se basan los desarenadores que hemos 30 visto en el pretratamiento. También en decantadores primarios, con las partículas discretas que no han sido retenidas previamente.  Sedimentación de partículas indiscriminadas: es la acción principal que se produce en los decantadores primarios, donde existen partículas muy distintas en tamaños, densidad y constitución.  Sedimentación de partículas floculadas y en floculación: se da principalmente en los decantadores secundarios de los tratamientos químicos y biológicos, particularmente, en los de estaciones de depuración por “fangos activos”. Junto con los otros dos tipos, se da en los decantadores primarios con recirculación de fangos de los secundarios. En este tipo encontramos dos modelos diferenciados:  Sedimentación por zonas, cuando la concentración de partículas en el líquido es relativamente alta.  Sedimentación por compresión, cuando las partículas se encuentran en contacto físico unas con otras. Figura 5: Diagrama de un proceso físico de depuración (Fuente: Aurelio Hernández Muñoz. “Depuración de aguas residuales”, 2ª edición. Paraninfo, 1992) 31 Los distintos factores que influyen en la sedimentación son los siguientes:  Tamaño de las partículas: cuanto mayor es, mayor es la velocidad de sedimentación.  Peso específico de las partículas.  Concentración de sólidos en suspensión: mayor eficacia en la eliminación de sólidos en suspensión cuanto mayor es la concentración.  Temperatura: a mayor temperatura menor es la densidad del líquido y más rápida la sedimentación.  Tiempo de retención: cuanto mayor es este tiempo, mayor es la eficiencia conseguida en la decantación.  Velocidad ascensional.  Velocidad de flujo: un valor superior a la velocidad crítica puede volver a poner en suspensión los fangos sedimentados.  Acción del viento sobre la superficie del líquido. 3.2.2. Flotación y recogida de sobrenadantes De la misma forma que la sedimentación, el proceso de flotación es un procedimiento de separación sólido-líquido en una suspensión de ambos elementos, basado en su diferencia de densidades. En el tratamiento de las aguas residuales, se emplea para la eliminación de la materia suspendida, así como para la concentración de los fangos biológicos, como se verá más adelante. La diferencia con la sedimentación consiste en que, mediante la flotación se pretende separar de la suspensión aquellos elementos que, por su menor densidad respecto del líquido, pueden flotar o son susceptibles de flotar, en ciertas condiciones, sobre el líquido. La principal ventaja del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta. La extracción de los sólidos separados puede realizarse mediante un “rascado” superficial del líquido. Haciendo una comparación con los tipos de sedimentación, los procesos de flotación se pueden clasificar de la siguiente manera:  Flotación simple de partículas discretas: sigue las mismas leyes que el proceso de sedimentación del mismo nombre, pero con un cambio de signo en las fuerzas actuantes.  Flotación difusa de partículas floculadas: es un tipo de flotación simple que, por fenómenos de acumulación de partículas, por adsorción o coalescencia, totalmente aleatoria, produce una flotación más rápida por aumento del tamaño de aquellas. 32  Flotación por zonas: de la misma forma que en la sedimentación del mismo tipo, se da cuando la concentración de partículas es muy alta. Se distinguen cuatro zonas de concentración de partículas, aumentando esta concentración hacia las zonas superiores.  Flotación por compresión: se produce cuando el contacto físico entre partículas frena su velocidad de ascensión por turbulencias creadas en el flujo del agua, que escapa de los intersticios entre partículas. Los procesos de flotación pueden producirse de forma natural, cuando la densidad de las partículas es menor que la del agua, cuya utilidad se reduce a procesos de desaceitado (cámaras de grasas, etc…), aunque sus limitaciones han llevado a desarrollar unos sistemas de flotación acelerada por alteración de las características de las partículas. Estas alteraciones se basan en dos principios:  La coagulación de las partículas, mediante la que se aumenta su tamaño rompiéndose el equilibrio coloidal que las mantenía dispersas.  La emulsión de burbujas o microburbujas de aire en la masa del líquido que se fijan a las partículas ya floculadas, disminuyendo su densidad y provocando un aumento en su velocidad ascensional. Estas burbujas pueden ser de tamaños diferentes, siendo variable el efecto que esta diferencia de tamaños puede ejercer sobre la flotación. La aplicación práctica de la flotación en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas se limita, en la actualidad, al uso del aire como agente responsable del fenómeno. Las burbujas se añaden, o se induce su formación, mediante uno de los siguientes métodos:  Flotación por aireación a presión atmosférica: en este sistema, las burbujas de aire se introducen directamente en la masa del líquido en tratamiento por medio de difusores o turbinas. El tamaño de las burbujas es de algunos milímetros y su bajo rendimiento sólo lo hace recomendable para la separación de sólidos de muy baja densidad, como detergentes, o en el caso de algunas aguas residuales con tendencia a generar espumas.  Flotación por aire disuelto: en este sistema el aire es introducido mediante agua presurizada. El aire se disuelve en parte del agua residual a tratar a una presión de varias atmósferas. Al inyectar esta agua presurizada en el líquido en tratamiento, el aire disuelto se libera en forma de microburbujas que ascienden a la parte superior fijándose a los flóculos en suspensión y produciéndose con ello su flotación.  Flotación por vacío: consiste en saturar de aire el agua residual directamente en el tanque de aireación o permitiendo que el aire penetre en el conducto de aspiración de las bombas, y aplicar posteriormente un vacío parcial en la superficie de la masa líquida. De esta forma el aire disuelto abandona la 33 solución en forma de burbujas diminutas, que arrastran con ellas hacia la superficie, las partículas sólidas a las que se adhieren, para formar una capa de espuma que se elimina mediante un mecanismo de rascado superficial. El rendimiento de este procedimiento es, generalmente, mayor que el de presurización porque logra un menor tamaño de burbuja y una zona de formación de las mismas más homogénea. Como también sucedía con la sedimentación, también los procesos de flotación se pueden mejorar, mediante la introducción de aditivos químicos en los sistemas, que logran unos mayores grados de eliminación y rendimiento. 3.2.3. Extracción de fango primario De los procesos de sedimentación y flotación obtenemos como resultado la separación de los sólidos y flotantes del agua residual. Estos elementos tienen que ser retirados de los decantadores donde se producen y trasladados a otros equipos para su posterior tratamiento. Estos equipos son:  El espesador de fangos, donde irán los sólidos que han sedimentado.  El concentrador de grasas, donde irán los flotantes. Se puede decir que la evacuación de los fangos puede darse en tres pasos: acumulación, almacenamiento y extracción. La acumulación de fangos en el decantador puede realizarse de dos formas básicas: por gravedad o mediante equipos mecánicos. El tipo de acumulación que se haga, así como los distintos procedimientos para el almacenamiento y la extracción de los fangos, dependerá del tipo de decantador que se utilice, lo que podemos ver en el apartado siguiente, centrado en los decantadores. 3.2.3.1. Decantadores primarios Los tanques de sedimentación primaria o decantadores primarios son los equipos donde tienen lugar los procesos descritos hasta ahora, relativos al tratamiento primario de una EDAR. Sirven, de esta manera, para eliminar los sólidos sedimentables capaces de formar depósitos de fango, aceite, grasas y otras materias flotantes y parte de la carga orgánica presente en las aguas residuales, lo que supone una importante reducción de la carga afluente al tratamiento secundario. 34 Los decantadores más utilizados actualmente son tanques de diseño normalizado, rectangulares o circulares, con dispositivos mecánicos de recogida de fangos. Las partes o zonas fundamentales de un decantador son las siguientes:  Entrada de agua  Vertedero de salida de agua  Sistema de barrido de fangos  Zona de acumulación de fangos  Sistema de purga de fangos  Dispositivo de retirada de flotantes Decantadores circulares En los decantadores circulares el agua entra, en la mayoría de las ocasiones, por el centro del decantador y se recoge a lo largo de toda su periferia, aunque también se ha desarrollado una variante con alimentación periférica de agua y con salida central. Desde el punto de entrada de agua, a través de la campana de reparto, la difusión del agua en el tanque se hace de forma homogénea, mediante la instalación de deflectores o dispositivos de pérdidas de carga. La salida habitual del agua se realiza a través de vertederos perimetrales o radiales de tipo dentado para atenuar las posibles variaciones de caudal. Los fangos producidos y depositados en el fondo, son arrastrados hacia una poceta de acumulación ubicada en la solera del decantador, en su centro. En ocasiones, esta poceta está dotada de un sistema de paletas de espesamiento para aumentar la concentración del fango antes de su extracción. El arrastre del fango hacia la poceta se realiza mediante sistemas de rascadores que barren la solera del decantador que, normalmente, están suspendidos de un puente que gira lentamente, a una velocidad no superior a 120 m/h, y que se ve favorecido por la pendiente, hacia su centro, que presenta el fondo del tanque. La extracción o purga del fango se realiza desde la poceta de acumulación, y se ejecuta, automáticamente, de forma periódica, temporizando los tiempos de funcionamiento y parada del sistema de extracción. Estas purgas pueden ser, como idea, de 5 a 8 purgas por día, con un tiempo de purga de 7 a 12 minutos. También existen decantadores en los que la extracción de fangos se realiza por succión, ya sea por depresión hidráulica o por vacío, sin necesidad de sistemas de arrastre de fangos ni de acumulación, aunque presentan la desventaja de que la concentración del fango de salida es menor. Por último, el puente del que se suspenden los rascadores de fondo, va provisto también de otros rascadores, que barren la superficie del agua para conseguir la 35 acumulación de las sustancias flotantes en un punto, desde el que mediante una chapa deflectora se vierten a otra cámara para su extracción, aunque existen variedad diferentes. Decantadores rectangulares En los decantadores rectangulares, la alimentación se realiza, generalmente, por uno de los lados estrechos del tanque, saliendo el agua por el lado opuesto, a través de un vertedero dentado, como en el caso de los decantadores circulares. Para romper la energía de entrada del agua y para facilitar su reparto en las capas inferiores del decantador, suele usarse el tipo de entrada por vertedero, con mampara frontal de tranquilización, o sistemas de rotura de carga similares, también, a los de los decantadores circulares. La velocidad en las conducciones de entrada debe ser inferior a 1 m/s. En estos decantadores, los fangos sedimentados en el fondo son arrastrados por rasquetas que barren el fondo, a lo largo de toda su longitud. En unos casos, estas rasquetas son arrastradas por una cadena sin fin, unida a un motorreductor de accionamiento. Cuando se mueven en un sentido, producen la acumulación del fango, mientras que cuando hacen el movimiento de retorno, se elevan y recorren el decantador en sentido contrario, aprovechando el movimiento para la acumulación de flotantes, hasta volver al punto de partida. En otros casos, los rascadores cuelgan de un puente que se desplaza a lo largo de todo el decantador. También existen, como en el caso anterior, rasquetas de succión que, con cualquiera de estos sistemas de arrastre citados, sustituyen las rasquetas por aspiradores. Las pocetas de almacenamiento de fangos se pueden situar a lo ancho del decantador rectangular, en uno de los lados, o pueden estar situadas longitudinalmente. La extracción de flotantes se realiza por tubos acanalados giratorios. A partir de datos estadísticos de explotación de múltiples depuradoras, parece ser que los decantadores circulares son los que consiguen mejores rendimientos. Por otro lado, desde un punto de vista hidráulico, el decantador rectangular tendría un mejor funcionamiento. No obstante, debido a la gran cantidad de factores que intervienen en el diseño de una EDAR, la elección de uno u otro tipo de decantador se realizará tras el análisis de dichos factores. Se puede dar la posibilidad, además, de equipos mixtos que incluyan los procesos de sedimentación y flotación. El rendimiento del proceso de flotación por 36 aire disuelto, para bajas concentraciones de sólidos en suspensión, depende, entre otros factores, de la formación de un buen enlace partícula-burbuja de aire. Así, habrá partículas que no son flotantes y que o sedimentarán en el depósito de flotación, o bien se irán con el efluente. Para evitar este problema aparece el decantador-flotador, consistente en un decantador primario convencional en cuyo interior se ubica el flotador, y que se completa con el sistema de presurización-sobresaturación típico del proceso de flotación por aire disuelto. Como resumen genérico de lo expuesto sobre el tratamiento primario, puede ponerse la siguiente imagen: Figura 6: Esquema tratamiento primario (Fuente: http://werabereaguasresiduales.blogspot.com.es/2010/06/tratamiento-primario-1.html, 21-04-2013) El tratamiento primario es un proceso simple, cuya principal ventaja es que se trata de un proceso donde se obtiene un rendimiento depurativo a un bajo coste. Aunque, en determinadas ocasiones, puede utilizarse como una operación única de depuración, lo normal es que la depuración primaria forme parte de un proceso global con otras operaciones. De esta forma, se coloca a continuación del pretratamiento y antes del proceso biológico, y su función básica es reducir la carga contaminante mejorando el rendimiento y las condiciones de los procesos posteriores. La decantación primaria es siempre obligada cuando posteriormente se vierten las aguas en terreno para riego o se utiliza un sistema biológico de lechos bacterianos. Pero habrá casos en los que esta etapa pueda ser suprimida, lo que generará ventajas e inconvenientes. 37 3.3. Tratamiento secundario Debido al aumento de las cargas contaminantes urbanas e industriales, frente al poder de autodepuración de los ríos, un pretratamiento e incluso una depuración primaria o física de las aguas residuales, no son suficientes para poder realizar el vertido sin problemas. Las aguas salidas del proceso físico de la depuración siguen cargadas con un porcentaje de entre el 42% y el 60% de los sólidos en suspensión que el agua presentaba a la entrada de la depuradora. Los sólidos eliminados son, como hemos visto, los flotantes y los que, por su densidad con relación a la del agua, son decantables por procedimientos físicos. Por el contrario, los que permanecen en la masa del agua son sólidos de pequeño tamaño, de densidad próxima a la del agua, o partículas en estado coloidal, cuya separación por procesos físicos es prácticamente imposible. El tratamiento secundario se aplica a continuación del tratamiento primario o físico, y tiene como principal objetivo, la reducción de la materia orgánica disuelta en las aguas residuales, mediante la coagulación y floculación de la materia coloidal orgánica. Dentro de los procesos convencionales, las alternativas posibles en el tratamiento secundario son, en principio, dos: el tratamiento químico y el biológico. Los resultados de ambos son bastante similares en cuanto a los efectos, pero su mecanismo funcional es distinto. En el tratamiento químico se precisa la introducción de cantidades importantes de reactivos, sistemas de dosificación muy correctos y un personal de mantenimiento muy preparado que tiene que estar periódicamente controlando y ajustando las dosificaciones de los productos para un adecuado rendimiento. En un proceso químico el consumo de reactivos oscila entre 90 y 250 mg/l, cuyo coste, unido al del control permanente de la dosificación por técnicos especialistas, lo descarta en favor de los tratamientos biológicos, más económicos. No obstante el tratamiento químico tiene su aplicación en los siguientes casos:  Depuradoras para zonas turísticas con vertidos reducidos a ciertas épocas del año; durante la mayor parte del año trabajan según un proceso, y en la época de caudales punta se ayudan del tratamiento químico.  Depuradoras de zonas industriales o mixtas, donde los vertidos pueden destruir la actividad biológica.  Como tratamiento terciario, para obtener una eliminación más completa de los compuestos orgánicos y nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. 38 Por otro lado, en el proceso biológico, la coagulación y floculación de la materia orgánica coloidal se logra por medio de biomasa, y se basa en el consumo de materia orgánica por los organismos adecuados. La formación de flóculos con peso suficiente para poder separarse de la masa de agua, se logra gracias a la acción enzimática y metabólica de los microorganismos que están en el agua residual. Para lograr un funcionamiento correcto, el sistema necesita mantener las condiciones vitales de dichos microorganismos, por lo que se le precisa aportar un caudal y una carga orgánica constantes, y controlar las relaciones entre nutrientes que optimizarán los resultados del proceso biológico:  pH en posición neutra.  Capacidad de degradación expresada por la relación DBO5/DQO.  Relación entre nutrientes de: Entre los procesos de tipo biológico que pueden aplicarse cabe distinguir los siguientes:  Fangos activos.  Lechos bacterianos.  Biodiscos.  Estanques de estabilización.  Lagunas aireadas.  Etc. En estos tipos de tratamiento se emplean cultivos biológicos para conseguir una descomposición aeróbica y oxidación de la materia orgánica, pasando a compuestos más estables, obteniendo de esta forma, un mayor nivel de depuración que el conseguido en la sedimentación primaria. En todos estos procesos, con excepción de los estanques de estabilización, que pueden trabajar de distintas maneras, es imprescindible mantener las condiciones aerobias, que son necesarias para el ciclo vital de los microorganismos, y controlar la cantidad de materia orgánica que descompongan. La materia orgánica es el alimento de estos microorganismos, y su eficiencia disminuye tanto por una sobrealimentación como por una alimentación deficiente o no equilibrada. El secreto para una buena depuración reside en el control preciso del desarrollo y actividad de los millones de organismos, como plantas, animales, hongos y bacterias, que sólo precisan de unas condiciones adecuadas para realizar su trabajo. 45 la masa de agua burbujas de aire, si bien el tiempo necesario para hacerlo era de hasta un mes. Posteriormente se observó que, introduciendo fango preformado, en una proporción del 15% al 25%, e inyectando aire, se conseguían los mismos efectos, pero en seis horas. El proceso de fangos activos se fundamenta en la propiedad que tiene el agua residual, despejada de sus sólidos sedimentables y sometida durante algún tiempo a la inyección o mezcla de aire finamente dividido, de producir la coagulación de aquellas sustancias en suspensión que, por su estado, son incapaces de sedimentar solas. Dicha coagulación será la que permitirá la sedimentación. Su nombre proviene de la producción de una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un residuo por vía aerobia. Desde el punto de vista del funcionamiento, el tratamiento biológico de aguas residuales mediante el proceso de fangos activos consiste, básicamente, en la introducción del residuo orgánico en un reactor o tanque de aireación, donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de “líquido mezcla”. En el reactor, las bacterias aerobias utilizan parte de la materia orgánica del agua residual con el fin de obtener energía para la síntesis de nueva materia orgánica en forma de células nuevas. El ambiente aerobio en el reactor se consigue mediante el uso de difusores o de aireadores mecánicos, que también sirven para mantener el líquido mezcla en estado de mezcla completa. Al cabo de un periodo determinado de tiempo, la mezcla de agua y fangos, a la salida de los tanques de activación, pasa a la decantación secundaria para su separación. El agua decantada constituye ya el efluente depurado. Los fangos sedimentados se extraen del decantador; una parte se recircula a la activación como fangos activos y el resto pasa al tratamiento de digestión directamente o por intermedio de nueva sedimentación en los decantadores primarios. Entre los efectos producidos o conseguidos por el sistema de depuración por fangos activos encontramos los siguientes:  Coagulación.  Sedimentación.  Arrastre de bacterias en un 90-98%.  Estabilización de la materia orgánica.  Oxidación de la materia carbónica. 46 Figura 10: Diagrama de proceso de los fangos activos (Fuente: Aurelio Hernández Muñoz. “Depuración de aguas residuales”, 2ª edición. Paraninfo, 1992) En este proceso, las bacterias son los microorganismos más importantes, ya que son los causantes de la descomposición de la materia orgánica del influente. El desarrollo de estos microorganismos se basa en la existencia de materia orgánica carbonácea, DBO y a la existencia de nutrientes, N y P, así como otros oligoelementos requeridos para el proceso aerobio de fangos activos. No obstante, con cantidades en exceso, el proceso biológico puede quedar inhibido o destruido por razones tales como:  Compuestos orgánicos, biodegradables en bajas concentraciones, pero que son tóxicos en concentraciones elevadas.  Metales pesados, que son tóxicos en sistemas aerobios y anaerobios.  Sales en concentraciones muy elevadas. 47 Por otro lado, del mismo modo que es importante que las bacterias descompongan el residuo orgánico tan pronto como sea posible, también lo es el que formen un flóculo adecuado, puesto que este punto constituye un requisito previo para la separación de los sólidos biológicos en la instalación de sedimentación. Se ha observado que cuando se aumenta el tiempo medio de retención celular, mejoran las características de sedimentación del flóculo biológico. En el caso de aguas residuales domésticas, los tiempos medios de retención celular necesarios para conseguir una buena sedimentación oscilan entre tres y cuatro días. El procedimiento de los fangos activos se puede considerar como un proceso de autodepuración acelerado, reforzado y controlado artificialmente. Los fenómenos que se presentan son exactamente los mismos que en los ríos o lagos naturales, pero en las balsas de aireación, los organismos se agrupan apretadamente en un espacio reducido y en un gran número. Mediante la aportación artificial de aire, se procura que los organismos encuentren oxígeno suficiente, a pesar de su amontonamiento. Además, el agua se agita para que los microorganismos y la materia orgánica se homogeneicen y se pongan en contacto, a la vez que se evita que las masas de flóculos caigan al fondo. Existen distintos tipos de procesos de fangos activados, algunos de los cuales se describen a continuación:  Flujo pistón: es el proceso convencional. Se lleva a cabo en una cuba de aireación rectangular, seguida de un decantador secundario. Tanto el agua residual como el fango recirculado desde el decantador, se introducen en la cuba por un extremo, donde son aireados por un periodo de 6 horas. Durante el periodo de aireación, se produce la adsorción, floculación y oxidación de la materia orgánica. El suministro de aire suele ser uniforme a lo largo de todo el tanque de aireación.  Mezcla completa: el agua residual de entrada al proceso y el fango recirculado se mezclan e introducen en diversos puntos del tanque de aireación. Se consigue que la carga orgánica y la demanda de oxígeno sean uniformes en toda la longitud del tanque.  Alimentación escalonada: el agua residual se introduce en distintos puntos del tanque de aireación y los fangos recirculados por un extremo. Se consiguen mejores propiedades de adsorción y disminuir las demandas puntas de oxígeno.  Aireación prolongada: es similar al flujo pistón convencional, excepto en que funciona en la fase de respiración endógena de la curva de crecimiento. Por ello precisa una carga orgánica reducida y tiempos de aireación prolongados. Se aplica en plantas pequeñas. 48  Canal de oxidación: consiste en un canal circular u ovalado, equipado con dispositivos de aireación mecánica, en el que entra el agua residual y circula a una velocidad de entre 0,24 y 0,35 m/s. Es bueno para eliminar materia orgánica y nitrógeno.  Contacto-estabilización: tiene lugar en dos etapas que se desarrollan de cubas separadas. La primera es la fase de adsorción, que se desarrolla durante 20-60 min, y es en la que los flóculos adsorben una buena parte de la materia orgánica disuelta, suspendida y en estado coloidal existente en el agua residual. A continuación el agua pasa a un clarificador y el fango decantado pasa a la segunda cuba de aireación, donde se le da tiempo suficiente para que se produzca la oxidación de la materia orgánica por las bacterias. Suele emplearse en ampliaciones de plantas existentes.  Doble etapa: consiste en realizar una depuración biológica en dos etapas, cada una de ellas con reactor biológico y decantador secundario. En la primera etapa se alimenta la primera cuba con altas cargas y durante un periodo corto de oxigenación, mientras que en la segunda se establece una carga media o baja con un alto contenido en oxígeno. Está indicado para aguas residuales con fuerte componente industrial.  Sistemas de oxígeno puro: en estos sistemas se utiliza oxígeno puro en lugar de aire. Se distribuye mediante difusores en tanques de aireación cubiertos y se recicla. Utilizar oxígeno puro es más caro, pero implica un menor coste energético. Se puede utilizar en estaciones de fangos activos de funcionamiento continuo, en estaciones con carga variable, aplicándolo sólo en los momentos punta o como preoxigenación del agua residual con fines de desodorización, así como en instalaciones clásicas, para aumentar el oxígeno disuelto e incrementar los rendimientos de la depuración. Dos son los elementos fundamentales de los que consta el tratamiento secundario de fangos activos: el tanque de aireación y el decantador. 3.3.2.1. Tanque de aireación Los tanques de aireación son depósitos rectangulares, generalmente abiertos y construidos de hormigón armado. Su disposición rectangular permite colocar varios tanques adosados. El número total vendrá determinado a partir del diseño del proceso biológico. La configuración hidráulica debe garantizar que, frente a las normales variaciones de caudal, la altura del líquido mezcla no varíe más de 30 cm, y no habrá proyección de fangos ni espumas. 49 En estos tanques se incluirán los equipos destinados a la aireación del líquido mezcla, bien sea mediante la inyección de aire a través de difusores o aireadores de turbina sumergida, o por disolución del mismo mediante la acción de aireadores mecánicos de superficie o agitadores. Asimismo suelen incluir un sistema compuesto por una serie de rociadores de agua limpia dispuestos a lo largo del borde superior del tanque, enfrente de los difusores de aire, para evitar la formación de espuma en la superficie del agua residual. 3.3.2.2. Decantador secundario Las funciones que las instalaciones de decantación secundaria deben desarrollar son dos: por un lado, la separación de los sólidos suspendidos del líquido mezcla del agua residual tratada, lo que da como resultado un efluente estable, bien clarificado y con bajo contenido en DBO, y por otro, el espesamiento del fango de retorno. En los decantadores secundarios de una instalación de depuración por fangos activados, la materia en suspensión no sedimenta como el fango procedente de los decantadores primarios. Existe gran cantidad de sólidos floculentos en el líquido mezcla, que tienden a formar un manto de fango de profundidad variable. Dependiendo de las dimensiones de los tanques y de la capacidad de la bomba de recirculación, esta capa puede ocupar toda la profundidad del tanque y rebosar por el vertedero. Un parámetro que afecta a las dos funciones de un decantador secundario y que tiene especial importancia en el correcto funcionamiento de esta etapa, es la profundidad del decantador, así como sus dimensiones. Tiene que tener el volumen adecuado para que, las partículas ligeras que se encuentran en los efluentes de las plantas de tratamiento de fangos activados, tengan un tiempo de retención suficiente para que se produzca su sedimentación. Además debe contar con el área necesaria para el espesamiento del líquido mezcla en la zona de espesamiento, cuya profundidad tiene que ser la adecuada para asegurar un espesor del manto de fango suficiente para evitar la recirculación de fangos no espesados y para almacenar temporalmente los sólidos aplicados en exceso. Su dimensionamiento, no obstante, se hace teniendo en cuenta la función de clarificación y no la de espesamiento, y contando con una velocidad ascensional mayor de 0,5 m3/m2·h y menor de 8 m3/m2·h, para caudal medio. Hay varios tipos de tanques de sedimentación de fangos activados, aunque los más comunes son los circulares y los rectangulares. Los tanques rectangulares deben estar proporcionados para conseguir una adecuada distribución del caudal de forma que las velocidades horizontales no resulten excesivas. Los circulares no deberían 50 tener un radio superior a cinco veces la profundidad del tanque en su periferia, y normalmente tienen entre 10 y 40 metros de diámetro. Independientemente de la geometría del tanque, el sistema de recogida de fango debe tener una capacidad suficientemente elevada como para que, en caso de recircular un caudal elevado de fangos, no se produzca succión de líquido existente en la parte superior de estos, y ha de ser lo suficientemente robusto como para poder extraer fangos muy densos que pueden acumularse durante periodos de avería mecánica o fallo de suministro energético. Los sistemas de recogida en decantadores rectangulares son los rascadores múltiples, que barren todo el fondo del decantador, y los puentes de traslación, de los que se soportan los rascadores de fondo o sistemas de succión, que trabajan mientras el puente se desplaza a lo largo de todo el decantador. Estos sistemas son similares a los empleados en los tanques de decantación primaria. De la misma forma ocurre con los decantadores secundarios circulares, que utilizan mecanismos rotatorios para transportar y evacuar el fango del fondo del clarificador. Pueden ser de dos tipos: aquellos que rascan el fondo y arrastran el fango a un cuenco central desde donde se extrae, y los que lo eliminan directamente del fondo del tanque mediante unos dispositivos de succión que barren la totalidad del fondo del decantador en cada revolución. En este último caso la solera del tanque no tiene pendiente como en el caso anterior, y es prácticamente llana. Además de estos dos, existen otros tipos de tanques de sedimentación secundaria, como los decantadores de pisos, lamelares de tubos o placas paralelas y decantadores integrados en canales de aireación, empleados menos habitualmente. El uso del sistema de fangos activos en los tratamientos secundarios tiene entre otras ventajas la versatilidad del sistema, ya que sus parámetros pueden ser controlados. Al estar reducida la fauna de los fangos activos a microorganismos, el exceso de masa microbiana se controla purgando, al mismo tiempo que no existen insectos en la superficie. Además con los fangos activos se consigue una mineralización de la materia orgánica y una oxidación de las sustancias químicas, como la nitrificación, y puede conseguirse también la reducción de compuestos orgánicos peligrosos. Por el contrario, los fangos activos son sensibles a la variación de cargas contaminantes, de caudal y de tóxicos, su consumo energético es importante, les influyen las bajas temperaturas, y su explotación es del orden de un 20% a un 40% más cara. 51 3.4. Tratamiento terciario El tratamiento terciario del agua residual, también conocido como tratamiento avanzado, se define como el tratamiento adicional necesario para la eliminación de los sólidos suspendidos y de las sustancias disueltas que permanecen en el agua residual después del tratamiento secundario convencional. Estas sustancias pueden ser materia orgánica o sólidos en suspensión, y su naturaleza puede variar desde iones inorgánicos relativamente simples, como el calcio, el potasio, el sulfato, el nitrato y el fosfato, hasta un número cada vez mayor de compuestos orgánicos sintéticos muy complejos. Las normativas sobre tratamientos de aguas residuales son, cada vez, más estrictas en cuanto a la concentración de estas sustancias en los efluentes de las plantas depuradoras, por lo que se hace necesario aplicar nuevos procesos al agua residual para reducir su capacidad contaminante. Los compuestos que, desde hace décadas, primeramente fueron objeto de estos procesos son los que contienen nitrógeno y fósforo, dada su capacidad de acelerar la eutrofización de los lagos y el crecimiento de especies subacuáticas. Más recientemente, también son objeto de estudio los contaminantes prioritarios y los compuestos orgánicos volátiles (COVs), muchos de los cuales han resultado ser tóxicos para el hombre y el medio ambiente acuático. Pertenecen al tratamiento terciario las operaciones encaminadas a conseguir los siguientes objetivos:  Separación de sólidos en suspensión.  Control de nutrientes.  Eliminación de compuestos tóxicos.  Eliminación de sustancias inorgánicas disueltas. Para su consecución se utilizan distintos procedimientos. La utilización de cada uno de ellos, o de una combinación entre ellos dependerá de la naturaleza del agua residual, la compatibilidad entre las distintas operaciones y procesos, el uso potencial del efluente tratado, los medios disponibles para el vertido de los contaminantes y la viabilidad económica y ambiental de los diferentes sistemas. Aunque, debido a las condiciones especiales bajo las que opera la eliminación de ciertos contaminantes, el factor económico no será un factor limitante en la elección de un tratamiento terciario. 52 3.4.1. Separación de sólidos en suspensión Los sólidos en suspensión que no han sido eliminados en las operaciones convencionales de tratamientos primario y secundario, pueden constituir una parte importante de la DBO de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Para la eliminación de estos sólidos en suspensión se dispone de los siguientes procesos:  Microtamizado.  Filtración.  Coagulación. Los microtamices se construyen sobre tambores rotativos. El agua residual se alimenta de forma continua en la parte interior del tambor, fluyendo hasta una cámara de almacenamiento de agua clara en la parte exterior. La limpieza de la superficie interior del tambor se lleva a cabo mediante pulverizadores de agua clara, necesitándose normalmente del orden del 5% del volumen de alimentación para esta limpieza. Con el microtamizado se consiguen eliminaciones del 70-90% de los sólidos en suspensión. Con el uso de la filtración se pueden conseguir rendimientos en la eliminación de sólidos en suspensión de hasta el 99%. Los materiales de relleno de los filtros más empleados son arena, antracita y tierra de diatomeas. La coagulación se lleva a cabo mediante la adición de productos químicos al efluente de la decantación secundaria. Estos pueden ser sulfato de aluminio o alúmina, polielectrolitos y cal, entre otros. Mejoran el rendimiento de los sistemas de filtración, e incluso pueden servir para la eliminación de contaminantes específicos como el fósforo, iones metálicos y sustancias húmicas. 3.4.2. Control de nutrientes El nitrógeno y el fósforo son los principales nutrientes de importancia en el vertido de aguas residuales. Los vertidos que contienen nitrógeno y fósforo pueden acelerar la eutrofización de lagos y embalses, y estimular el crecimiento de algas y plantas acuáticas. Las elevadas concentraciones de nitrógeno en los efluentes tratados producen, una reducción del oxígeno disuelto en las aguas receptoras, aumentando la toxicidad para la vida acuática. La estrategia correcta de control de nutrientes se adoptará en función de factores como las características del agua residual bruta, el tipo de instalación de 53 tratamiento, el nivel de nutrientes necesario, las necesidades de eliminación de nutrientes estacionales o anuales, etc. Los métodos de tratamiento son varios y se basan en el uso de sistemas químicos, físicos y biológicos. El nitrógeno presente en el agua lo podemos encontrar de varias formas:  Sustancias orgánicas nitrogenadas procedentes de la descomposición de materia orgánica.  Ion amonio – NH4+, que en ambientes alcalinos se encuentra como amoniaco NH3.  Nitratos – NO3-, procedente de abonos, por oxidación de los anteriores, etc.  Nitritos – NO2-, que suelen pasar a nitratos fácilmente. El contenido de nitrógeno en las aguas residuales urbanas suele estar presente en forma de nitrógeno orgánico y nitrógeno amoniacal (NH3, NH4+), formas ambas solubles. El nitrógeno orgánico soluble se presenta principalmente en forma de urea y de aminoácidos. El agua residual bruta suele presentar bajas o nulas concentraciones de nitrito y nitrato. El vertido en estas condiciones hace que los medios receptores actúen como depuradores o eliminadores de nitrógeno, produciéndose los efectos ya mencionados de consumo elevado del oxígeno disuelto en el agua y de eutrofización. Para conseguir la reducción del nitrógeno presente en las aguas residuales se llevan a cabo procesos de nitrificación y desnitrificación. Estos procesos son los mismos que se producirían de forma natural en la naturaleza y consisten en crear el ambiente adecuado para que bacterias de distinto tipo transformen el nitrógeno inorgánico y orgánico del agua a nitrógeno gaseoso, N2, que se desprende a la atmósfera. La nitrificación biológica es el proceso mediante el que se convierte el nitrógeno del agua residual bruta decantada a nitrato. Este proceso se lleva a cabo en dos etapas, por microorganismos autótrofos, que obtienen la energía para su crecimiento, precisamente, de la oxidación de compuestos de nitrógeno. En la primera etapa el amonio se convierte en nitrito, por acción de las bacterias nitrificantes, Nitrosomas, siempre que dispongan de suficientes nutrientes y oxígeno. El proceso es el siguiente: → 54 En la segunda etapa el nitrito se pasa a nitrato, también en condiciones aerobias, por acción de los Nitrobacter: → Una vez conseguidos los nitratos, la desnitrificación ocurre cuando se dan condiciones anóxicas (en ausencia de oxígeno) y los microorganismos facultativos que hay en el medio utilizan el oxígeno que poseen los nitratos, obteniéndose nitrógeno molecular, N2, que pasa a la atmósfera. Con estos procesos de nitrificación-desnitrificación, de cada 100 partes de amonio NH4+ que entran al proceso, casi 89 se liberan a la atmósfera como N2. El resto son asimiladas en la formación de tejidos de nuevas bacterias. De igual manera que con el nitrógeno, el fósforo es otro de los nutrientes que es preciso eliminar de las aguas. El fósforo se presenta en las aguas residuales en forma de ortofosfato PO4-3, polifosfato P2O7 y formas orgánicas del fósforo. Los microbios utilizan el fósforo para la síntesis celular y en el transporte de energía. Como consecuencia de ello, entre el 10% y el 30% del fósforo se elimina durante el tratamiento biológico secundario. No obstante, para conseguir bajos niveles de fósforo en el efluente, es necesario eliminar más cantidad de fósforo además de la comentada. Bajo ciertas condiciones aerobias, los microorganismos pueden consumir más fósforo del necesario. Las células pueden liberar fósforo en condiciones anóxicas. Basándose en estas propiedades, se han desarrollado diversos procesos de eliminación biológica del fósforo, como alternativa a los tratamientos químicos. Esta eliminación se consigue generando en los reactores las condiciones adecuadas comentadas, de manera secuencial. Cuando una zona aeróbica sigue a una zona anaerobia, los organismos consumen mayores cantidades de fósforo de lo habitual. Estos no solo utilizan el fósforo para el mantenimiento y la síntesis celulares y el transporte de energía, sino que también lo almacenan para su uso posterior. El fango que contiene el exceso de fósforo se purga o se evacúa a una línea de fango auxiliar, para eliminar el exceso de fósforo. Existen dos mecanismos de eliminación del mismo: la purga de fango y el tratamiento en línea auxiliar. Como ejemplo están el proceso PhoStrip, en el que el fósforo se libera biológicamente bajo condiciones anóxicas y se precipita al añadírsele cal, y el Bardenpho, en el que se sigue una secuencia de condiciones anaerobias, anóxicas y aerobias, para conseguir la eliminación tanto del nitrógeno como del fósforo. 61 Figura 11: Diagrama de flujo general para el tratamiento y evacuación del fango (Fuente: Metcalf & Eddy. “Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización”, 3ª edición. McGraw-Hill, 2000) Como se puede ver, las combinaciones posibles son muy numerosas. En la práctica, los diagramas de procesos más utilizados en el tratamiento de fangos se dividen en dos categorías principales según se aplique o no un tratamiento biológico. 62 En el siguiente diagrama se pueden ver tres tipos de procesos de fangos que incorporan tratamiento biológico: Figura 12: Diagramas de flujo típicos del tratamiento del fango con digestión biológica y tres procesos diferentes de deshidratación: (a) filtros prensa; (b) centrifugación y (c) eras de secado (Fuente: Metcalf & Eddy. “Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización”, 3ª edición. McGraw-Hill, 2000) En función de la procedencia del fango, y dependiendo de los métodos de estabilización, deshidratación y evacuación, se pueden emplear espesadores. A continuación de la digestión biológica se puede aplicar cualquiera de los métodos de deshidratación de fangos mostrados. La elección de uno u otro depende de aspectos económicos y de las condiciones locales. Debido a que la presencia de vertidos industriales y otros residuos tóxicos ha provocado problemas en la explotación de digestores biológicos, algunas plantas se han diseñado incorporando otros medios de tratamiento del fango, como los procesos que se ilustran a continuación: 63 Figura 13: Diagramas de flujo típicos del tratamiento no biológico del fango: (a) tratamiento térmico con deshidratación por filtro de vacío; (b) incineración en hornos de pisos múltiples y (c) incineración de lecho fluidizado (Fuente: Metcalf & Eddy. “Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización”, 3ª edición. McGraw-Hill, 2000) 3.5.3.1. Espesado de fangos Los fangos producidos en el tratamiento del agua poseen más del 95% de agua, por lo que ocupan volúmenes importantes. El espesado es un procedimiento que se emplea para aumentar el contenido de sólidos del fango por eliminación de parte de la fracción líquida del mismo. De esta forma se consigue una reducción importante del volumen del fango, que implica una serie de ventajas:  Reducción del volumen de los tanques posteriores al espesamiento, así como su equipamiento.  Reducción de la cantidad de calor requerida para el calentamiento de los fangos en procesos tales como digestión anaerobia, secado térmico e incineración.  Reducción de la cantidad de reactivos químicos necesarios para el acondicionamiento del fango.  Reducción y mejora de los rendimientos de los equipos de deshidratación. 64 Existen varios métodos para conseguir el espesamiento de los fangos. El tipo a aplicar y su compactación dependen de la procedencia del fango a espesar y del tipo de tratamiento a efectuar. Los más comunes son los siguientes:  Espesamiento por gravedad: se utiliza para los fangos primarios, mixtos y los procedentes de precipitación química, y se localiza antes del proceso de digestión anaerobia o después del proceso de digestión aerobia. Se realiza en unos tanques, generalmente circulares, similares a los decantadores primarios, pensados para concentraciones en sólidos mucho mayores, con un fondo con una pendiente mínima del 10%. La alimentación se realiza por tubería a una campana central que sirve como reparto y zona tranquilizadora, y fluye hacia la periferia. Las partículas en suspensión decantan individualmente o en grupos formando flóculos. El conjunto va equipado con un mecanismo giratorio provisto de unas rasquetas de fondo para el barrido de los fangos y su conducción a una poceta central desde donde se extraen, y de unas piquetas verticales cuya finalidad es la homogeneización de la masa y la creación de canales preferenciales que faciliten la evacuación del agua intersticial y de los gases ocluidos generados por procesos de fermentación. El líquido sobrenadante se recoge por un vertedero perimetral y es enviado a cabecera de la planta. El fango espesado que se recoge en el fondo se bombea a los digestores o equipos de deshidratación en función de las necesidades. Para evitar posibles olores, a menudo se procede a cubrir el espesador con una cubierta estanca.  Espesamiento por flotación: aunque existen varias variantes básicas de este proceso, el método más empleado normalmente es el de flotación por aire presurizado. Se basa en la disminución artificial de la densidad de los lodos, gracias a la fijación por capilaridad de las burbujas de aire sobre los lodos floculados. Las burbujas de aire se producen por la introducción brusca de agua presurizada saturada de aire. La aplicación en la que resulta más efectiva es con los fangos procedentes de procesos de fangos activados, aunque también se emplean en el tratamiento de fangos de filtros percoladores y fangos de digestión aerobia. Otros métodos de espesado de fangos, aunque menos extendidos, son el espesado por centrifugación, el espesado por filtros de banda por gravedad y el espesado mediante tambores rotativos revestidos. 3.5.3.2. Estabilización La estabilización del fango se lleva a cabo para reducir la presencia de patógenos, eliminar los olores desagradables e inhibir, reducir o eliminar su potencial 65 de putrefacción. Esto se consigue trabajando sobre la fracción orgánica o volátil del fango, impidiendo que los microorganismos se desarrollen. Las principales tecnologías que se aplican para la estabilización del fango son las siguientes:  Estabilización con cal.  Tratamiento térmico.  Digestión aerobia.  Digestión anaerobia.  Compostaje. o Estabilización con cal: en este proceso se añade cal suficiente al fango para elevar su pH por encima de 12. Este valor elevado de pH crea un entorno que no favorece la supervivencia de los microorganismos, con lo que, mientras se mantenga, el fango no se pudrirá, no creará olores y no provocará riesgos para la salud pública. Para la estabilización del fango con cal se emplean dos métodos: adición de cal al fango antes del proceso de deshidratación, conocido como “pretratamiento con cal”, y adición de cal al fango después del proceso de deshidratación o “posttratamiento con cal”. o Tratamiento térmico: este es un proceso continuo en el que el fango se calienta en un depósito a presión a temperaturas de hasta 260 oC y a presiones de hasta 2.760 kN/m², durante un tiempo 30 minutos aproximadamente. Cuando el fango se somete a temperaturas y presiones elevadas, la actividad térmica libera el agua ligada a los sólidos, provocando la coagulación de los mismos. Además, se produce la hidrólisis de la materia proteica, lo que provoca la destrucción celular y la liberación de compuestos orgánicos solubles y nitrógeno amoniacal. Aunque el tratamiento térmico sirve como proceso de estabilización, en la mayoría de los casos se utiliza como proceso de acondicionamiento, ya que permite que los sólidos sean aptos para la deshidratación sin necesidad de emplear reactivos químicos. o Digestión aerobia La estabilización aerobia de los fangos solo se puede emplear en procesos biológicos que no dispongan de decantación primaria, como es el caso de la aireación prolongada a baja carga. También se puede utilizar para fangos mixtos, pero en esos casos, se necesita un aporte de oxígeno hasta nueve veces mayor que cuando se emplea sólo fango biológico. La digestión aerobia es un proceso similar al de fangos activados, en el que se pueden distinguir dos fases: 66  Asimilación o síntesis.  Desasimilación o respiración endógena. Durante la primera fase los organismos consumen el alimento disponible creando nueva materia celular viva. Es la fase de crecimiento celular, que se desarrolla principalmente en el tratamiento secundario. Conforme se agota el suministro de alimento, los microorganismos empiezan a consumir sus propias reservas para obtener la energía necesaria para las reacciones de mantenimiento celular. Esto constituye la segunda fase de su metabolismo, en la que decrece su materia viva. Es la fase endógena, que se desarrolla totalmente en los digestores aerobios. La digestión aerobia presenta las siguientes ventajas frente al proceso de digestión anaerobia:  Reducción de sólidos volátiles en similares proporciones.  Produce sobrenadantes con menores concentraciones de DBO, fáciles de tratar cuando se recirculan.  Producción de un producto final, biológicamente estable, de tipo humus, exento de olores.  Mayor recuperación del valor del fango como fertilizante.  Bajos costes iniciales de inversión.  Funcionamiento y explotación sencillos. Este proceso se realiza en los tanques de digestión aerobia. Pueden ser circulares o rectangulares, o en canal, y aunque la mayoría están en contacto con la atmósfera, pueden ir cubiertos. Tienen de 5 a 6 metros de profundidad y están provistos de equipos de aireación para mantener las condiciones aerobias. Tras un tiempo de retención de unos 20 días, parte del fango estabilizado pasa a un espesador, otra parte se recircula y el sobrenadante se conduce a cabecera de planta. o Digestión anaerobia La digestión anaerobia de los fangos es una de las formas de tratamiento biológico más antiguas. Es el proceso de estabilización de uso más extendido, y el más adecuado para obtener un producto final aséptico. La descomposición de la materia orgánica se realiza, en ausencia de oxígeno, por dos grupos diferentes de bacterias:  Las bacterias formadoras de ácidos, que convierten los sólidos complejos en ácidos orgánicos, CO2 y agua.  Las bacterias formadoras de metano, que convierten los ácidos en metano, CO2 y agua. 67 Se considera que el digestor funciona adecuadamente cuando la reducción de sólidos orgánicos en el fango de salida está entre un 40% y un 60% del existente en el fango de entrada. Esto se consigue manteniendo las reacciones de formación de ácidos y las de formación de metano, en equilibrio. Normalmente, los desequilibrios se producen porque las bacterias formadoras de metano tienen un crecimiento más lento que las formadoras de ácidos, y el digestor se acidifica porque la velocidad de transformación de los ácidos es demasiado baja. Para conseguir el equilibrio en dichas reacciones hay que controlar los parámetros siguientes:  Temperatura.  Concentración de los sólidos.  Mezclado del fango.  pH  Ácidos volátiles en los fangos. Las principales ventajas de la digestión anaerobia de los fangos son:  Menores costes de explotación, al no utilizar la aireación como parte del proceso.  Concentra mejor el fango y mejora su secado posterior.  Produce gas metano que proporciona energía para otras operaciones.  Tiene capacidad para tratar altas cargas hidráulicas y orgánicas. Los tanques de digestión anaerobia más habituales son ovalados o circulares, construidos de acero o de hormigón armado, de diámetros entre 6 y 38 metros, y con una profundidad de líquido de entre 7,5 y 14 metros. El fondo del tanque suele ser de forma cónica, con pendiente hacia el cuenco de extracción de fangos que suele estar en el centro. El gas que se genera en estos digestores se recoge bajo la cubierta de los mismos, que puede ser fija o móvil. Este gas puede ser utilizado para el mezclado de los fangos, pero cuando se extrae del digestor pasa a un circuito de gas para ser almacenado y aprovechado. Asimismo los digestores anaerobios cuentan con equipamientos, ya sean intercambiadores externos, o circuitos internos, para producir el calentamiento de los fangos, que siempre tienen que estar entre 30 y 38 oC. o Compostaje: el compostaje es un proceso en el que la materia orgánica se degrada biológicamente hasta alcanzar un producto final estable, tipo humus, higiénico y libre de características desagradables. El fango compostado se emplea como acondicionador de suelos agrícolas y hortícolas. 68 3.5.3.3. Acondicionamiento El acondicionamiento del fango se lleva a cabo para mejorar sus características de deshidratación. Los dos métodos más empleados normalmente son el acondicionamiento químico y el tratamiento térmico. El acondicionamiento químico permite reducir la humedad del fango desde el 90-99% hasta el 65-85%, mediante la adición de reactivos químicos, que dan lugar a la coagulación de los sólidos y a la liberación del agua absorbida. El tratamiento térmico implica el calentamiento del fango bajo presión durante cortos periodos de tiempo. Se emplea para la coagulación de los sólidos, romper la estructura de gel y destruir la afinidad al agua de los sólidos contenidos en el fango. El resultado es un fango que se esteriliza y deshidrata rápidamente. Se aplica a fangos biológicos, difíciles de estabilizar por otros medios, pero su elevado coste lo reduce a su utilización en grandes plantas. 3.5.3.4. Desinfección La desinfección de los fangos implica la eliminación de los patógenos presentes mediante la utilización de diversos métodos. Se lleva a cabo para preservar la salud pública en casos de aplicación del fango al suelo. Los dos métodos más empleados son la pasteurización y el almacenamiento a largo plazo. La pasteurización consiste en calentar el fango a 70 oC durante 30 minutos, mediante la inyección directa de vapor o el intercambio indirecto de calor. El almacenamiento a largo plazo supone almacenar el fango líquido digerido en lagunas excavas en el suelo, y dejarlo permanecer allí durante un tiempo de detención que varía entre 60 días a 20 oC y 120 días a 4 oC. 3.5.3.5. Deshidratación La deshidratación es una operación unitaria física utilizada para reducir el contenido de humedad del fango. Es uno de los tres escalones que se necesitan para la eliminación del agua de los lodos. Para el agua libre e intersticial basta con el espesado, como ya hemos visto. Para la separación del agua capilar y de adhesión es necesaria la deshidratación. 69 La selección del sistema de deshidratación es función del fango a tratar y del espacio disponible. Algunos de los sistemas empleados son los siguientes: o Eras de secado: son un método de deshidratación muy empleado, sobre todo en estaciones depuradoras pequeñas, consistente en incorporar los fangos, que deberán estar bien estabilizados, sobre una balsa con arena, con fondo drenado. De esta forma, se efectúa una pérdida de agua por drenaje a la vez que los lodos van decantando. A la vez se pierde agua por evaporación. Este proceso de drenaje y evaporación continúa hasta alcanzar un contenido de materia seca del 50-55%. Es un sistema de bajo coste y escaso mantenimiento, y mediante el que se obtiene un producto final con alto contenido en sólidos. o Filtros de vacío: están formados por un tambor cilíndrico rotativo, al que se le aplica vacío entre la superficie de la cubeta y el elemento filtrante, que permite extraer una gran proporción de agua presente en el lodo, produciendo una torta con bajo contenido de humedad. Su uso es cada vez menor. o Centrifugación: consiste en introducir el fango a deshidratar en un tambor cilíndrico-cónico que gira sobre un eje horizontal a gran velocidad. En el interior del tambor, debido a la fuerza centrípeta y a la diferencia de densidades, se produce la separación del agua de los sólidos. La parte más pesada de la mezcla se deposita y es arrastrada a la salida por un tornillo helicoidal que gira a distinta velocidad que el tambor. o Filtros banda: son dispositivos de deshidratación de fangos de alimentación continua que se basan en el principio de presión de filtración mecánica. El fango es comprimido entre dos telas y conducido a través de una serie de rodillos, donde se libera una cantidad de agua debido a los esfuerzos de prensado a los que es sometido. Se obtiene entre un 25% y un 45% de materia seca. o Filtros prensa: consisten en un cierto número de bandejas con unas membranas filtrantes entre las que se aloja el fango, colocadas entre un extremo fijo y otro móvil. Mediante la aplicación de presión por sistemas electromecánicos e hidráulicos al extremo móvil, se consigue el prensado de todas las bandejas alineadas a la vez. Al ejercerse la presión sobre las bandejas, el agua contenida en el fango es capaz de fluir a través de las membranas, pero no el fango, que queda retenido. Se consiguen con este método “tortas” de fangos con una concentración de sólidos del 45-55%. Excepto las eras de secado, todos los demás métodos de deshidratación vistos son mecánicos, y necesitan de la adición de ciertos productos, como coadyuvantes, para que los resultados obtenidos sean óptimos. 70 3.5.3.6. Secado térmico El secado del fango es una operación unitaria que involucra la reducción del contenido de agua por la vaporización de esta al aire. Se consigue al aportar calor auxiliar para aumentar la capacidad de retención de vapor del aire ambiente y para proporcionar el calor latente necesario para la evaporación. El objetivo con este tratamiento es la eliminación de humedad del fango líquido, de forma que se pueda incinerar con eficacia o procesar para su transformación en fertilizante. Los procesos mecánicos para conseguir el secado térmico son:  Sistemas de secado instantáneo: se pulveriza fango en un molino, mediante una técnica de suspensión atomizada, en presencia de gases calientes. Se obtienen fangos con un contenido de humedad del 8%.  Sistemas de secado por pulverización: el fango se alimenta a una cuba centrífuga de alta velocidad donde transfiere la humedad a los gases calientes.  Sistemas de secado rotativos.  Sistemas de secado de pisos múltiples.  Evaporadores de efecto múltiple. 3.5.3.7. Reducción térmica La reducción térmica del fango incluye la conversión total o parcial de los sólidos orgánicos a productos finales oxidados, principalmente dióxido de carbono y agua, por incineración u oxidación por vía húmeda o la oxidación y volatilización parcial de los sólidos orgánicos por pirolisis o combustión completa para formar productos finales que tienen poder calorífico. Las principales ventajas de la reducción térmica son:  Máxima reducción de volumen, lo que reduce las necesidades de evacuación.  Destrucción de patógenos y compuestos tóxicos.  Posible recuperación de energía. Por el contrario, también presenta una serie de desventajas como:  Elevados costes de inversión y de explotación.  Necesidad de disponer de operarios muy cualificados.  Impacto ambiental negativo, por la emisión de cenizas.  Evacuación de residuos complicada y peligrosa. 77 A su vez los parámetros de las aguas residuales procedentes del spa son:  pH = 8,2 Ud. de pH  MES = 180 mg/l  DQO = 240 mg O2/l  DBO5 = 280 mg O2/l 4.2.1. Sistema de depuración de oxidación total La estación depuradora de todas las aguas residuales del complejo hotelero, con la excepción vista de las aguas pluviales, es una depuradora cuyo núcleo principal está basado en el principio de oxidación biológica por el proceso de fangos activos en su variante de oxidación total. Las E.D.A.R. de oxidación total están indicadas para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico o urbano, no siendo aconsejables para tratar aguas residuales industriales de fábricas o mataderos. La oxidación total se desarrolla en varias etapas. La primera se realiza en un reactor biológico donde, mediante la utilización de una soplante y unos difusores, las aguas residuales son sometidas a una aireación prolongada. Esta aireación genera en el reactor un medio aeróbico ideal para el desarrollo de bacterias aeróbicas. Dichas bacterias son las encargadas de la descomposición biológica de la materia orgánica presente en el agua residual, ya que son, precisamente, los nutrientes que contienen, lo que les sirve de alimento. En esta etapa el aporte de oxígeno al agua residual es fundamental para el desarrollo de la colonia de bacterias, porque es lo que permite mantener las condiciones aeróbicas. Sin oxígeno, las bacterias aeróbicas no pueden sobrevivir. Además, el aporte de aire a través de los difusores mantiene en suspensión a los microorganismos, lo que favorece el proceso de digestión. Debido al tiempo prolongado de aireación, el proceso se mantiene en la fase de crecimiento endógeno, en la que el alimento disponible no es suficiente para alimentar a todos los microorganismos presentes. Como consecuencia de esta escasez, los microorganismos empiezan a comerse entre ellos, utilizando su material celular como fuente de nutrición. A continuación, la mezcla de agua residual con la materia orgánica digerida y un gran número de microorganismos pasa, a través de un tabique perforado o de un elemento tranquilizador, al decantador secundario de la depuradora, también llamado clarificador. Aquí se produce, debido a la acción de la gravedad, la decantación de los 78 fangos generados en el reactor biológico, separándose de esta forma los lodos, que quedan en la parte inferior, del efluente, agua limpia, que queda en la parte superior. El agua limpia es evacuada al exterior a través de un vertedero triangular, mientras que parte del lodo depositado en el fondo es devuelto al reactor biológico por medio de una bomba recirculadora. Esta devolución de parte del fango, con un gran número de microorganismos, hacia atrás en el proceso de depuración permite mantener la concentración necesaria de microorganismos en el reactor, lo que posibilita que el tratamiento de las aguas residuales no se detenga. El exceso de fangos presente en el decantador debe ser eliminado periódicamente en forma de excedentes de fangos. Figura 16: Estación depuradora de oxidación total para medianas comunidades (Fuente: Recubrimientos y moldeados S.A.) Las E.D.A.R. de oxidación total de aireación prolongada presentan la ventaja, frente a las estaciones depuradoras convencionales, de una menor producción de excedentes de fangos, si bien tienen una importante demanda de energía. Tanto la recirculación de los lodos como el funcionamiento del grupo soplante se realizan de forma casi permanente, lo que genera un consumo eléctrico casi constante. A este consumo energético hay que añadirle, además, un coste de implantación inicial superior al de una planta de tratamiento de aguas residuales convencional. El agua vertida por las E.D.A.R. de oxidación total puede ser clorada para reducir la presencia de bacterias y virus patógenos en el efluente, aunque este proceso no se realiza siempre en este tipo de depuradoras y dependerá del diseño de cada vertido. 79 4.3. Composición del equipo de depuración Las E.D.A.R. de oxidación total de aireación prolongada se presentan normalmente, por parte de los fabricantes, en módulos compactos prefabricados. La utilización de este tipo de equipos prefabricados permite un uso más adaptable que las E.D.A.R. convencionales ya que es posible, a través de la agrupación de módulos, depurar aguas producidas en asentamientos de diversos tamaños, desde conjuntos de escasa entidad hasta núcleos urbanos de algunos miles de habitantes. Asimismo, este tipo de depuradoras permite obtener rendimientos de depuración elevados para un número reducido de usuarios, por lo que son también muy apropiadas en lugares de ocupación variable, como pueden ser las agrupaciones residenciales de fines de semana o, como en nuestro caso, establecimientos hoteleros con afluencias masivas de clientes reducidas a determinadas épocas del año. Para que el sistema de depuración de oxidación total funcione correctamente y tenga un rendimiento óptimo, es preciso utilizar algunos equipos adicionales al reactor biológico de oxidación. Estos elementos retienen, previamente, parte de los elementos contaminantes que transporta el agua, y que de llegar hasta el reactor biológico, restarían mucha eficacia al sistema. En concreto la E.D.A.R. del complejo hotelero del presente estudio está compuesta por los siguientes elementos:  Reja de desbaste manual.  Pozo de bombeo.  Caudalímetro electromagnético.  Tamiz rotativo.  Depósito homogeneizador.  Separador de grasas.  Equipo de depuración basado en oxidación total.  Arqueta de toma de muestras. El camino que recorre el agua residual a través de todos estos componentes de la E.D.A.R. antes de su vertido final al río se puede esquematizar tal y como se indica en la página siguiente: 80 Figura 17: Elementos que componen la estación depuradora de aguas residuales REJA DE DESBASTE POZO DE BOMBEO CAUDALIMETRO TAMIZ ROTATIVO REACTOR BIOLOGICO DECANTADOR SECUNDARIO EFLUENTE CLARIFICADO AGUAS RESIDUALES DEPOSITO HOMOGENEIZADOR SEPARADOR DE GRASAS ARQUETA DE CONTROL 81 4.3.1. Reja de desbaste manual Colocada a la entrada de la depuradora, la reja de desbaste tiene como misión la retención de sólidos flotantes o de grandes dimensiones que puedan dañar algún elemento o parte posterior del equipo de depuración, así como perjudicar el propio proceso de depuración. Su limpieza se realizará de forma manual. Sus dimensiones son de 400 mm de ancho por 800 mm de largo, con un paso libre de 25 mm, y está equipada con cesta de recogida de sólidos. Los sólidos extraídos serán depositados en un contenedor de residuos, que será vaciado en el vertedero. 4.3.2. Pozo de bombeo Es la zona a la que llegan las aguas residuales de todo el complejo hotelero tras rebasar la reja de entrada. Este pozo sirve como depósito colchón desde el que, mediante una bomba sumergible, se envían las aguas residuales a las siguientes etapas de la estación depuradora. De esta forma, se absorben las fluctuaciones de caudal debidas a la llegada al pozo de los vertidos de forma intermitente, y se produce una alimentación constante al resto de los procesos. La bomba encargada de esta alimentación es una bomba sumergible con cuerpo de fundición gris EN-GJL-250, motor en baño de aceite y doble cierre mecánico, equipada con rodete tipo vortex en posición trasera que asegura el paso integral de los cuerpos sólidos y evita atascos o posibles averías por arrollamiento de fibras en el rotor. El modelo elegido es el DGO 100/2/G50V B0CT/50 de la casa Zenit (hojas técnicas e información completa del producto en los “Anexos”), que garantiza un paso libre de sólidos de hasta 50 mm. Cuenta con un motor trifásico 400 V / 50 Hz de 1,1 CV de potencia nominal entregada, capaz de proporcionar las siguientes prestaciones: Tabla 3: Prestaciones de la bomba sumergible del pozo de bombeo Estas prestaciones permiten el correcto funcionamiento de la depuradora aun en los periodos de máxima afluencia al complejo hotelero, en los que el caudal máximo registrado afluente al pozo de bombeo es de 90 m³/día. Suponiendo que este caudal 82 se reparte en tan solo 8 horas, resulta un caudal punta máximo de 11,25 m³/h, lo que queda muy por debajo de las prestaciones máximas que la bomba puede ofrecer. La bomba cuenta con salida vertical roscada de 2”. Para conocer el diámetro de tubería que hay que conectarle hacemos unos cálculos para el caudal máximo (Q) que se prevé que puede llegar a dar la bomba en nuestra aplicación. Fijamos, además, una velocidad del fluido (v) de 1 m/s: ⁄ ⁄ Aplicamos el área del círculo para conocer el diámetro de la tubería: √ √ Esto nos da un diámetro interior de tubería de 87,4 mm. Las tuberías estándar de PVC de presión más cercanas a este diámetro que se fabrican son:  Tubería PVC DN100 PN10: Øext 110 mm x Øint 101,6 mm  Tubería PVC DN80 PN10: Øext 90 mm x Øint 81,4 mm Elegimos en este caso la tubería de PVC de DN80 PN10 porque aunque es un poco inferior al diámetro calculado, este dato se ha obtenido con un caudal muy sobredimensionado con respecto al que normalmente va a circular. Esto podría resultar en una velocidad de circulación muy baja y, tratándose de aguas residuales este hecho podría ocasionar depósitos en las tuberías. No obstante, calculamos la velocidad resultante en la tubería elegida para el caudal máximo estimado: ⁄ ⁄ Esta velocidad es perfectamente asumible por la tubería, que puede llegar hasta los 2 m/s. Asimismo, utilizando la fórmula de Manning, calculamos las pérdidas de carga en dicha tubería: ( )  h: pérdida de carga o de energía (m)  n: coeficiente de rugosidad (adimensional) 83  D: diámetro interno de la tubería (m)  Q: caudal (m3/s)  L: longitud de la tubería (m) Contando un coeficiente de rugosidad para las tuberías de PVC de 0,01, nos queda lo siguiente: ( ) Con esto tenemos que la pérdida de carga a caudal máximo es de 2,4 m por cada 100 metros de recorrido. En nuestro caso, la pérdida de carga en la tubería es despreciable, debido al escaso recorrido de esta. 4.3.3. Caudalímetro electromagnético El caudalímetro está situado a la salida del pozo de bombeo y mide la cantidad de agua residual total que pasa al proceso de depuración. Este tipo de caudalímetros es ideal para trabajar con aguas sucias. Está formado por dos componentes principales: - Sensor de caudal, compuesto por un carrete embridado de acero al carbono, con acabado epoxi anticorrosión y un revestimiento interior de caucho NBR, donde van alojados los electrodos. - Transmisor electrónico, basado en microprocesador, encargado de procesar los datos que recibe del sensor y tratarlos según se precise. El caudalímetro elegido para nuestra aplicación es el MAG 5100W con el transmisor electrónico MAG 5000, ambos de la familia Sitrans FM de Siemens. El dimensionado del sensor de caudal es de 3” DN80. Según la información técnica del fabricante, con esta medida y el caudal nominal con el que estamos trabajando en esa parte de la depuradora, sobre los 21-22 m³/h, la velocidad del fluido al atravesar el sensor será de aproximadamente 1 m/s (ver información técnica y más detalles del equipo en “Anexos”). Realmente, para esta aplicación se podría haber elegido un sensor con un tamaño inferior (DN65 – 2 ½”), para el que la velocidad de paso sería de entre 1,5 y 2 m/s, perfectamente asumible por el equipo cuya mayor precisión de medida se da con velocidades de fluido de entre 1 y 3 m/s. Se ha preferido, no obstante, no hacer ninguna reducción en la tubería y mantener el tamaño de DN80, para evitar posibles obstrucciones de la misma. 84 4.3.4. Tamiz rotativo El tamiz rotativo es un filtro de alta capacidad, que se emplea para separar, de manera continua, los sólidos en suspensión presentes en el agua residual del líquido. Es un equipo autolimpiable, capaz de operar durante largos periodos de tiempo sin necesidad de atención. Sus partes principales son: o Tambor filtrante: se trata de un cilindro formado por una serie de perfiles triangulares de acero inoxidable AISI-304, que están soldados sobre unas barras longitudinales del mismo material, formando una malla, cuya luz puede ir desde los 0,15 mm hasta los 2 mm. o Cuerpo del filtro: está fabricado en acero inoxidable AISI-304 y contiene todos los elementos que forman el tamiz rotativo, así como las bridas de entrada y salida del fluido. La entrada se comunica con la caja de distribución, que está colocada en la parte superior y es la encargada de repartir el afluente a lo largo de todo el tambor filtrante en flujo laminar. Por la parte inferior se encuentra el depósito receptor que recoge el líquido filtrado, y se comunica con la salida. Dispone además de otra salida embridada adicional, de rebosamiento. o Rascador: es el elemento encargado de limpiar las partículas sólidas de la superficie del cilindro. Construido en latón, resistente a la abrasión, está fijado a una chapa articulada que, por medio de unos tensores montados en sus extremos, se ajusta perfectamente a la superficie del cilindro, consiguiendo arrancar los residuos retenidos en ella. o Grupo de accionamiento: es el encargado de mantener el cilindro filtrante en movimiento. Está formado por un grupo moto-reductor de tornillo sinfín que proporciona la velocidad de giro adecuada al diámetro del tambor. Figura 18: Esquema de funcionamiento de un tamiz rotativo (Fuente: Procesos Auto-Mecanizados PAM) 85 Su funcionamiento es muy simple. El agua residual a filtrar entra al equipo por la toma de entrada y se reparte a lo largo de todo el filtro desde la caja de distribución. El líquido atraviesa el tambor filtrante, quedando las partes sólidas en su superficie. Como el cilindro se mueve constantemente, los sólidos son arrastrados hasta que se encuentran con el rascador, que los retira y los separa fuera del tamiz. En ocasiones, estos residuos son transportados hasta un contenedor por un tornillo sinfín, aunque también pueden recogerse directamente desde el tamiz. Por otro lado, el agua libre ya de sólidos, cae a la parte baja del equipo desde donde sale por la toma de salida, cuya brida puede ser lateral o estar orientada hacia abajo. En comparación con el tamiz estático, el tamiz rotativo proporciona mucha más capacidad de filtrado para una misma anchura de elemento filtrante, consiguiendo eliminar las arenas gruesas y hasta porcentajes del 30% de grasas. Parámetros de diseño  Caudal a filtrar: 21,6 m³/h  Tamaño máximo de sólidos en suspensión en efluente: 0,5 mm. Dimensionado  Tambor filtrante: Ø240 mm x longitud 490 mm.  Malla filtrante: 0,5 mm.  Caudal: 22 m³/h.  Bridas de conexión: DN100 PN16. Con estos parámetros, el equipo elegido para nuestra aplicación es el modelo 2450 de Urso, que da estas prestaciones con un contenido de sólidos en suspensión de hasta 350 ppm (especificaciones técnicas en “Anexos”). 4.3.5. Depósito homogeneizador Las aguas procedentes del tamiz rotativo irán a parar, por gravedad, a un depósito de almacenamiento, que servirá de homogeneizador de las aguas residuales. Este depósito irá enterrado, y su capacidad será suficiente como para almacenar el volumen máximo de aguas residuales vertido en un día. Parámetros de diseño  Capacidad mínima: 90 m³. Dimensionado  Medidas interiores: 10 m largo x 4 m ancho x 3 m alto. 86 El depósito estará construido en hormigón armado y dispondrá de tapas de registro en la parte superior que posibiliten el acceso a su interior. Asimismo en dicho depósito se instalará una bomba sumergible, para impulsar las aguas residuales a los siguientes equipos de la depuradora, y unas boyas de nivel. Las prestaciones de esta bomba tendrán que permitir el correcto funcionamiento del separador de grasas colocado a continuación. Parámetros de diseño  Caudal máximo: 100 litros/min.  Altura mínima de bombeo: 4 m. Dimensionado  Caudal: 120 litros/min.  Altura de bombeo: 4,5 m. El modelo elegido para esta tarea es el DGO 50/2/G50V B0BT/50 de la casa Zenit (ver hojas técnicas en “Anexos”), con motor trifásico 400 V/50 Hz de 2 polos a 2.900 rpm, de 0,5 CV de potencia útil entregada, capaz de ofrecer las siguientes prestaciones: Tabla 4: Prestaciones de la bomba del depósito homogeneizador La bomba tiene una salida de 2” roscada. A ella conectaremos la tubería que desemboca en el separador de grasas. Esta tubería será del mismo tamaño que la salida de la bomba. Aplicando la fórmula de Manning, calculamos las pérdidas de carga: ( )  h: pérdida de carga o de energía (m)  n: coeficiente de rugosidad (adimensional)  D: diámetro interno de la tubería (m)  Q: caudal (m3/s)  L: longitud de la tubería (m) 93 4.5.1. Funcionamiento manual En el modo de funcionamiento manual es posible actuar sobre cada uno de los elementos eléctricos que forman la estación depuradora de forma individual. Cada uno de ellos dispone de dos pulsadores de accionamiento en el panel frontal del armario: uno que lo pone en marcha, y otro que lo para. La única restricción que se tiene que cumplir en los casos de accionamiento manual es la seguridad. Las bombas sumergibles de aguas residuales tienen que estar siempre completamente sumergidas para poder funcionar, ya que el líquido que las rodea es el que les sirve de elemento refrigerador. Por ello, este tipo de bombas no pueden funcionar cuando no están completamente cubiertas de líquido. Algunos otros modelos pueden funcionar con una altura mínima de líquido sobre ellas, sin estar completamente sumergidas. Para que, efectivamente, los arranques y los paros de la bomba se hagan respetando siempre esa sumersión de la bomba, se utilizan unos interruptores de nivel específicos para aguas residuales. Estos interruptores van encapsulados dentro de unas carcasas plásticas en forma de pera, y conmutan cuando se cambian de posición. Se colocan colgados a distintas alturas en el lugar de instalación de la bomba que tienen que proteger. Como las “peras” flotan en el agua y están sujetas por el cable a un elemento fijo, conforme sube el nivel de agua van cambiando de posición hasta que se produce la conmutación del interruptor, que abre un contacto normalmente cerrado y cierra un contacto normalmente abierto. Los interruptores de nivel usados en todos los elementos de la instalación son los fabricados por la casa AKO, en concreto, los modelos AKO-5312x (la última cifra indica la longitud del cable que se monta con el interruptor, pudiendo ser desde 6 hasta 30 metros; más información técnica en “Anexos”). Todas las maniobras que realizan los interruptores de nivel AKO se han cableado de forma que se realizan con una tensión de alimentación de 24 V AC, por temas de seguridad ante eventuales roturas de dichos interruptores. De esta forma el contacto accidental de un cable con el agua sería a baja tensión. Un piloto luminoso en el cuadro indica la presencia de la tensión de 24 V AC para la alimentación de estas maniobras. Por tanto, las bombas se podrán poner en marcha manualmente, siempre que exista un mínimo de líquido del lugar de extracción. El compresor y el tamiz rotativo se podrán encender en cualquier momento que se desee. Además, el tamiz rotativo cuenta con unos botones de marcha y paro 94 duplicados, colocados en la misma máquina, para poder actuar sobre ella directamente en el mismo sitio donde está instalada, y no tener que desplazarse hasta la caseta donde está el cuadro de maniobra. 4.5.2. Funcionamiento automático Exceptuando casos puntuales en los que se necesite actuar sobre algún elemento concreto de la E.D.A.R., como puestas en marcha, averías, comprobaciones de funcionamiento, etc., el régimen normal de funcionamiento de la estación depuradora será totalmente automático. Para poner en marcha todo el proceso se actuará sobre el pulsador de “marcha” y, para detenerlo, sobre el de “paro”. o Bomba de pozo El primer elemento eléctrico presente en la depuradora es la bomba colocada en el pozo de bombeo. Es la encargada de alimentar de forma constante, con las aguas residuales que llegan hasta él, los equipos instalados aguas abajo del pozo que componen la estación depuradora, después de haber atravesado la reja de desbaste. Igual que sucedía con el funcionamiento manual, el arranque y el paro de esta bomba están condicionados por el volumen de agua disponible en el pozo. En el pozo de bombeo hay instalados tres interruptores de nivel. El interruptor inferior es el de seguridad y marca el nivel mínimo de líquido que tiene que haber en el pozo para que la bomba se pueda poner en marcha (bomba completamente cubierta). El interruptor intermedio se coloca a la altura a la que se desea que la bomba se encienda y empiece a enviar agua a las siguientes etapas. El ciclo queda de la siguiente forma, siendo el interruptor bajo el  y el interruptor intermedio el : BOYA  BOYA  ESTADO BOMBA 1 ON OFF PARO 2 ON ON MARCHA 3 ON OFF MARCHA 4 OFF OFF PARO 5 ON OFF PARO (se repite el punto 1) Tabla 7: Ciclo de funcionamiento de la bomba de pozo El tercer y último interruptor está colocado en un nivel superior al segundo y su función es la de elemento de aviso de alarma. Cuando este interruptor se activa se enciende una señal luminosa de aviso en el panel del cuadro. Esto sucede en el 95 momento en el que está entrando al pozo más cantidad de agua de la que la bomba puede evacuar, lo que puede indicar una avería o una obstrucción de la bomba. o Tamiz rotativo La función del tamiz rotativo es la de filtrar las aguas procedentes del pozo de bombeo. Por lo tanto su funcionamiento automático dependerá de cuando se esté bombeando agua desde el pozo de bombeo hacia el depósito homogeneizador. Esto quiere decir que el tamiz rotativo se pondrá en marcha y se parará al mismo tiempo que lo haga la bomba de pozo. o Bomba depósito homogeneizador Al depósito homogeneizador llega el agua por gravedad procedente del tamiz rotativo. Desde aquí las aguas residuales son enviadas hacia el separador de grasas por medio de una bomba sumergible instalada dentro del depósito. Esta bomba funciona, en modo automático, de forma análoga a como lo hace la bomba del pozo inicial de recogida de aguas residuales. El arranque y el paro de la bomba están comandados por tres interruptores de nivel tipo AKO-5312. Igual que en el caso del pozo de bombeo, el interruptor inferior manda el paro, el intermedio manda el arranque y el superior da una señal de alarma. o Grupo soplante El grupo soplante es el encargado del suministro de aire al reactor biológico, para mantener en su interior unas condiciones aeróbicas que permitan el desarrollo de los microorganismos encargados de la oxidación de la materia orgánica. Este grupo tiene, siguiendo las recomendaciones del fabricante, un régimen de funcionamiento de 20 horas al día. El horario establecido de marcha de dicho grupo es desde las 06:00 h de la mañana hasta las 02:00 h. de la madrugada del día siguiente. Para realizar esta marcha de forma automática el equipo está conectado a uno de los temporizadores montados en el cuadro eléctrico. El horario puede variarse actuando sobre dicho temporizador. 96 o Bomba de recirculación La bomba de recirculación está situada en el decantador secundario, y su función es la de devolver parte de los fangos sedimentados en él, hacia el reactor biológico, para el mantenimiento de la colonia de microorganismos. El régimen de funcionamiento de este elemento se programa mediante el segundo temporizador instalado en el cuadro eléctrico. En principio, la bomba empezó funcionando en periodos de 30 minutos seguidos, cada tres o cuatro horas, aunque actualmente funciona de forma ininterrumpida. Del mismo modo que con el grupo soplante, estos valores pueden variarse actuando sobre este segundo temporizador. Como en los bombeos anteriores también en este caso es preciso proteger la bomba contra su funcionamiento en seco. Nuevamente se utilizan también los interruptores de nivel de aguas residuales modelo AKO-5312, con la salvedad de que en este caso sólo empleamos uno de ellos, el de nivel mínimo. Este interruptor no permitirá el funcionamiento de la bomba, en ningún modo, si la bomba no está completamente sumergida. El de nivel superior no es necesario porque el arranque de la bomba es temporizado, y el de alarma tampoco, puesto que el volumen de líquido presente en el decantador será siempre el mismo. 4.6. Operaciones de instalación 4.6.1. Instalación módulo de oxidación total El módulo de oxidación total es un equipo fabricado en PRFV que está pensado para ser enterrado, de manera que las tierras de relleno donde se instale sirvan de soporte de parte del peso de la estación llena de agua, que de ninguna manera podrían soportar las paredes de poliéster reforzado por si solas. Por esta razón el equipo no podrá llenarse hasta que no esté perfectamente instalado. En su instalación deben seguirse fielmente las recomendaciones del fabricante pues de lo contrario el módulo de oxidación total podría dañarse seriamente. En el fondo del foso que albergue la depuradora debe hacerse una losa de hormigón de 40 cm. de espesor con dos armaduras de acero, una superior y otra inferior, con hierro de 15 mm. de diámetro. Sobre ella se echará una capa de hormigón pobre de aprox. 35 cm. de altura. Antes de que fragüe se colocará el equipo sobre este hormigón al mismo tiempo que se va llenando de agua hasta un tercio de su capacidad. Una vez el equipo esté asentado y nivelado se conectarán las tuberías de 97 entrada y salida y se procederá a realizar su anclaje a la losa de hormigón mediante cables de acero unidos a las orejas de anclaje disponibles en el mismo. Después se continuará rellenando el foso con hormigón pobre hasta alcanzar 1/3 de la altura del equipo (aprox. 1,20 metros). El resto del relleno hasta alcanzar su parte superior se realizará con arena o gravilla menuda lavada, libre de objetos pesados gruesos que puedan dañar la superficie de la depuradora. Figura 20: Instalación enterrada de estación depuradora de oxidación total (Fuente: Recubrimientos y moldeados S.A.) El equipo dispone en su parte superior de unas bocas de hombre de 500 mm. de diámetro para poder acceder al interior del reactor, y de otra boca de hombre rectangular de 1.170 x 710 mm. de acceso al decantador. Para llegar hasta estas bocas de hombre desde la superficie, se construirán sobre ellas unas arquetas de obra civil que se cerrarán por arriba con unas tapas de registro. Estas tapas serán la única parte visible desde el exterior del reactor de oxidación total. 4.6.2. Instalación separador de grasas De la misma manera, siguiendo el mismo procedimiento que el utilizado para instalar el módulo de oxidación total y de una forma similar, al tratarse de un equipo fabricado también en poliéster reforzado con fibra de vidrio, se asentará y colocará el separador de grasas sobre el terreno. 98 4.6.3. Instalación caudalímetro electromagnético El caudalímetro electromagnético se instalará siguiendo las instrucciones del fabricante. Para que este tipo de caudalímetro funcione correctamente y dé una medida de caudal fiable, tiene que operar siempre con la tubería llena de líquido, sin bolsas de aire. Por tanto tiene que colocarse en aquellos lugares de la tubería en los que se tenga certeza de que nunca se va a vaciar (ver figuras permitidas en “Anexos). Asimismo, el flujo a su paso por el sensor de caudal tiene que ser laminar, generando error en la medida si es flujo turbulento. Por ello hay que asegurar un espacio mínimo “libre” antes y después del caudalímetro. Por “espacio libre” se entiende tubería recta sin ningún elemento como bombas o válvulas, ni codos que producen cambios de dirección. La longitud mínima de los tramos de tubería recta que exige el fabricante, entre los que hay que instalar el caudalímetro vienen dados por: Se ve que estas longitudes dependen del diámetro interior de la tubería donde se instala el caudalímetro. En nuestro caso con tubería de PVC DN80 PN10 de øext 90 mm y øint 81,4 mm, necesitamos un tramo recto mínimo previo al equipo de 407 mm y otro posterior con una longitud de al menos 244,2 mm. 4.7. Operaciones de mantenimiento 4.7.1. Mantenimiento de los equipos o Equipo de oxidación total El equipo de oxidación total deberá vaciarse de agua y fangos cuatro veces al año. No obstante, cuando esta operación se lleve a cabo, será preciso dejar, en la parte del decantador, una parte del volumen de fangos para la regeneración de la flora bacteriana. Además, una vez al año, el equipo deberá someterse a una limpieza general más intensa. Después de estos vaciados puede ser necesaria una ayuda adicional para la regeneración del cultivo biológico. En el mercado existe un producto específico para ello que se comercializa en forma de polvo blanco y se suministra en unas pequeñas bolsitas. Realmente las bolsitas contienen bacterias que, al ser depositadas directamente en el equipo o aplicadas simplemente en un inodoro, permiten 99 aumentar la velocidad de crecimiento de la colonia de microorganismos del reactor biológico. o Bombas sumergibles El mantenimiento de las bombas se hará según lo indicado por el fabricante. En general, se comprobará periódicamente su correcto funcionamiento para ver si las prestaciones que ofrecen se mantienen dentro de lo previsto, y no se producen ruidos extraños. En caso contrario, se sacarán de su emplazamiento para ver si existen posibles atascos u obturaciones. Esta operación se hará siempre con la alimentación eléctrica desconectada. Siempre que se saque una bomba de su lugar de instalación, deberá limpiarse y, si es posible, bombear agua limpia, para evitar posibles incrustaciones. En caso de avería, mandarla a reparar a un servicio técnico especializado. o Tamiz rotativo El tamiz rotativo es, en general, una máquina robusta que requiere poco mantenimiento. Habrá que seguir, no obstante, las recomendaciones al respecto del fabricante. Normalmente, se realizará una inspección visual de que el tambor gira correctamente y sin obstáculos o elementos que lo frenen, para no sobrecargar el motor. Asimismo, se controlará periódicamente que no existan obturaciones que hayan podido quedar de forma permanente en la malla del cilindro. o Separador de grasas El mantenimiento del separador de grasas consistirá en un vaciado completo del equipo retirando, por supuesto, los sólidos decantados, y una limpieza posterior con agua caliente de la grasa depositada en su interior. Una vez limpio se volverá a llenar con agua limpia. Esta operación se realizará de forma rutinaria una vez al año aunque, dependiendo de la cantidad de materia que llegue al equipo, es posible que esta limpieza se tenga que hacer con mayor frecuencia. 100 o Grupo soplante El mantenimiento del grupo soplante se hará siempre siguiendo el programa de mantenimiento recomendado por el fabricante. Las operaciones habituales en este tipo de programa son:  Verificación del estado de las correas y retensado.  Verificación del nivel y el estado del aceite y su cambio.  Limpieza y sustitución del filtro.  Limpieza rejillas de ventilación del equipo.  Revisión visual para encontrar posibles fugas, tanto de aire como de aceite. Ver el documento “Anexos” para más información y detalles en cuanto a la periodicidad de realización de estas operaciones. Asimismo, se recomienda enviar el equipo a un servicio de asistencia técnica oficial cada 3 años o 20.000 horas de funcionamiento, para el desmontaje de la máquina y la sustitución de elementos que presenten fatiga o desgaste, como cojinetes y elementos sellantes. Todas las operaciones que impliquen acceder a algún elemento del grupo soplante se realizarán con la máquina libre de tensión eléctrica. o Caudalímetro En principio, este dispositivo no requiere mantenimiento. Bajo condiciones idóneas este instrumento funcionará continuamente sin ningún tipo de intervención manual, ya que incorpora un test de verificación que se realiza de forma automática. No obstante se puede hacer una inspección periódica que puede incluir la comprobación de la integridad del sellado de las conexiones de entradas de cables y tornillos de la cubierta, así como la correcta puesta a tierra. Una puesta a tierra defectuosa puede dar lugar a mediciones de caudal inestables o erróneas. 4.7.2. Eliminación de residuos Por último, dentro de las labores de mantenimiento, podemos englobar la eliminación de los residuos separados del agua depurada. Como se puede observar en el gráfico de la figura de la página 80, se generan residuos en cuatro puntos del proceso de depuración. En primer lugar, en la reja de desbaste se quedan retenidos los sólidos como papel, restos de comida o cualquier otro tipo de sólido, que distinguimos llamándolos 101 “de gran tamaño”, que pueda llegar a la red de saneamiento. Estos sólidos serán retirados manualmente antes de que se pueda llegar a obstruir de manera importante, el paso de las aguas residuales hacia el pozo de bombeo, lo que provocaría el rebosamiento de las aguas residuales en la primera parte del pozo de recogida. Los sólidos ya retirados se depositarán en el contenedor general de basuras, que seguirá el camino habitual al vertedero. Junto con estos restos, también serán enviados al vertedero los residuos procedentes del tamiz rotativo. Estos, compuestos por sólidos de menor tamaño que los primeros, se acumulan de forma automática en un contenedor situado en la salida de las partículas sólidas del tamiz, al limpiarse constantemente la malla del tambor filtrante que atraviesa el agua. Por otro lado, en el separador de grasas, se quedan retenidos los aceites y grasas que son eliminados del agua residual. Aquí se almacenan hasta que son retirados por parte de un gestor autorizado. La periodicidad con la que se debe realizar esta limpieza es de unos 3 meses. Por último, también los excedentes de fangos procedentes del decantador secundario serán retirados por un gestor autorizado. 102 En este capítulo analizaremos el impacto medioambiental del vertido y la influencia en la calidad de las aguas del río receptor, de las aguas residuales del complejo hotelero. Como se ha visto anteriormente, este complejo está localizado en un entorno natural de montaña de alto valor ecológico y paisajístico. El vertido de las aguas residuales que allí se generan se realiza a un río, cuyas características son las de un río típico de montaña. Cuenta con aguas bien oxigenadas, con 8 mg/l de O2 disuelto, un pH de aproximadamente 8 y una conductividad relativamente baja. Su caudal es irregular, con estiajes en invierno y en verano y aguas altas a finales de la primavera, oscilando el caudal medio anual entre los 10,5 y los 22,4 m3/s. 5.1. Caracterización del vertido Según la empresa responsable del equipo de depuración, los datos correspondientes a una analítica representativa estimada del vertido del complejo son los que se pueden ver en la tabla 8: PARÁMETROS UNIDADES ANALÍTICA REPRESENTATIVA pH 7,2 M.E.S. mg/l 350 DBO5 mg O2/l 300 DQO mg O2/l 650 Aceites y grasas mg/l 50 Amonio (NH4+) mg/l 12 Nitrógeno Kjeldahl mg/l 20 Nitratos (NO3-) mg/l 0,2 Nitrógeno total mg/l 20,2 Fósforo total mg/l 5 Tabla 8: Analítica representativa estimada del vertido del complejo hotelero 109 5.3.2. Parámetros biológicos Para analizar la calidad de las aguas en profundidad, además de los parámetros físico-químicos, es preciso estudiar las comunidades o grupos faunísticos de macroinvertebrados bentónicos, y evaluarlos según una serie de índices, explicados a continuación:  Índice B.M.W.P´: es un índice de contaminación de las aguas basado en la ausencia o presencia de una serie de determinados organismos. Según una tabla predeterminada, adaptada a la fauna española, a cada familia de invertebrados se le asigna un valor, más alto cuanto más sensible es a la contaminación. El valor del índice se obtiene sumando los valores de todas las familias encontradas en el tramo objeto de estudio. Un valor alto de este índice indica una buena calidad del agua.  Índice A.S.P.T´: se trata, más que de un índice, de un ponderador del índice biótico. Se calcula dividiendo el índice B.M.W.P´ entre el número de taxones que han intervenido. Un valor alto de este índice indica un mayor porcentaje de taxones sensibles a la contaminación de tipo orgánico.  Índice de Verneaux-Tuffery: este índice ofrece información sobre las condiciones generales del ecosistema del río, ayudando a detectar posibles alteraciones. Valora, no solo el número de macroinvertebrados encontrados, sino también el número de grupos faunísticos presentes con mayor o menor contaminación y el número de familias encontradas pertenecientes a cada uno de esos grupos.  Índices de diversidad: describen la estructura de las comunidades de organismos. La contaminación modifica esta estructura, por lo que el grado de modificación sufrido sirve para medir el nivel de polución que lo ha originado. Se utilizan dos: o Índice de Menhinick: relaciona el número total de especies con el número total de individuos. √ S: número total de especies N: número total de individuos o Índice de Margalef: relaciona el número total de familias con el número total de individuos. S: número total de familias N: número total de individuos 110  Índices comparativos: este tipo de índices se usan para comparar el grado de similitud entre una comunidad sometida a contaminación y una población natural, y de esta forma, sirven para evaluar el impacto de la contaminación sobre la composición faunística de las comunidades. El índice utilizado en este caso es el Índice de Sorensen: a: número de familias en el punto 1. b: número de familias en el punto 2. c: número de familias comunes. Los datos del número de organismos y familias procedentes de las diferentes muestras recogidas en las distintas campañas, así como los resultados obtenidos tras aplicar los diferentes índices biológicos en los dos puntos de muestreo, permiten clasificar la calidad de las aguas resultante en dichas campañas. Estas clasificaciones junto con un resumen de los datos más relevantes se pueden ver recogidas en las dos tablas siguientes: ÉPOCA DEL AÑO PRIMAVERA VERANO OTOÑO INVIERNO Nº total de ejemplares 56 78 476 165 Riqueza de familias 9 18 23 22 Nº total de familias EPT 5 8 8 10 B.M.W.P.´ 50 108 120 111 A.S.P.T.´ 6,2 7,2 6,7 6,5 Índice de Verneaux-Tuffery 5 7 7 7 Índice de Menhinick 1,20 2,04 1,05 1,71 Índice de Margalef 4,57 8,98 8,22 9,47 Índice de Sorensen 0,5 0,39 0,63 0,44 Calidad de las aguas CLASE III CLASE I CLASE I CLASE I Tabla 12: Resultados biológicos y calidad de las aguas en el punto 1 111 ÉPOCA DEL AÑO PRIMAVERA VERANO OTOÑO INVIERNO Nº total de ejemplares 57 132 172 245 Riqueza de familias 15 16 21 23 Nº total de familias EPT 10 7 11 7 B.M.W.P.´ 96 108 112 96 A.S.P.T.´ 6,9 7,2 7 6,4 Índice de VerneauxTuffery 7 7 7 6 Índice de Menhinick 1,99 1,39 1,60 1,47 Índice de Margalef 7,97 7,07 8,95 9,21 Índice de Sorensen 0,5 0,39 0,63 0,44 Calidad de las aguas CLASE II CLASE I CLASE I CLASE II Tabla 13: Resultados biológicos y calidad de las aguas en el punto 2 Analicemos con un poco de detenimiento los datos contenidos en estas tablas. El número de familias EPT es un buen indicador de la calidad de las aguas, ya que corresponde con taxones poco o muy poco tolerantes a la contaminación. En ambos puntos de muestreo el porcentaje más alto de familias EPT con relación al número total de familias encontradas se da en la campaña de primavera con un 55% en el punto 1 y un 66% en el punto 2. Los menores porcentajes se dan en la campaña de otoño en el punto, con un 35%, y en la campaña de invierno en el punto 2, con un 30%. En el resto de campañas, en ambos puntos, los valores están en torno al 45%. Por otro lado, observando el índice B.M.W.P´, se puede ver que en ambos puntos se produce un descenso del mismo en la campaña de invierno, tras el máximo valor alcanzado en la campaña de otoño. Relacionando este hecho, con el número de macroinvertebrados de las diferentes familias encontrados en las distintas campañas, si bien es normal que se produzca una reducción del número de individuos en invierno debido a las bajas temperaturas, queda de manifiesto, no obstante, que existe algún tipo de contaminante que afecta por igual a ambos puntos de muestreo y que es vertido aguas arriba del primero de ellos. El índice A.S.P.T.´ corrobora esta hipótesis, ya que sus mayores valores, indicadores de mayores porcentajes de taxones sensibles a la contaminación y, en consecuencia, de aguas de buena calidad, se alcanzan en la campaña de verano en el punto 1, y en las campañas de primavera, verano y otoño en el punto 2. 112 El índice de Verneaux-Tuffery se mantiene estable en casi todas las campañas. Las alteraciones que presenta en primavera en el punto 1 y en invierno en el punto 2, probablemente están relacionadas con los vertidos de un camping situado aguas arriba del primer punto y de la población cercana que vierte al río sin ningún tipo de depuración. Los índices de diversidad de Menhinick y Margalef son los indicadores de la estructura de las comunidades de macroinvertebrados, de forma que valores bajos de estos se relacionan directamente con aguas contaminadas. En nuestro estudio ambos índices presentan patrones similares con constantes cambios en las diferentes campañas. En primavera son bajos los valores en el punto 1 por los vertidos existentes aguas arriba, que al cesar en la campaña de verano permite que se eleven. En el punto 2, en cambio, se produce un descenso en esta segunda campaña, debido a un mal funcionamiento de la depuradora del hotel. A partir de aquí, ambos valores se empiezan a recuperar, terminando con valores altos y similares en la campaña de invierno, indicando un buen nivel de diversidad. Por último, el índice de Sorensen, indicador de la similitud o diferencia entre los dos puntos de muestreo elegidos, registra valores en torno al 50%, que indican episodios de contaminación que modifican levemente la calidad de las aguas. La campaña en la que más diferencia hay entre los dos puntos es la de verano, lo que implica vertidos de componentes contaminantes. Con el análisis de los parámetros biológicos realizado hasta ahora, la calidad ecológica de las aguas del río, en función del índice B.M.W.P.´ queda como se indica en el siguiente gráfico: Figura 22: Calidad de las aguas del lecho receptor en función de los parámetros biológicos 0 1 2 3 4 5 Primavera Verano Otoño Invierno ANUAL Punto 1 Punto 2 113 5.3.3. Parámetros hidromorfológicos Para el estudio de los aspectos hidromorfológicos, se utiliza, como hemos visto el índice QBR. Este índice resulta de la suma de las distintas puntuaciones que se otorgan a los siguientes apartados:  Grado de cobertura vegetal de la zona ribereña.  Estructura de la cubierta.  Calidad y diversidad de la cubierta.  Grado de naturalidad del canal fluvial. El valor del índice QBR resultante se compara con la tabla 14 donde se recogen distintos valores, para obtener el nivel de calidad de la ribera estudiada. VALOR DEL ÍNDICE QBR NIVEL DE CALIDAD COLOR 95 Bosque de ribera sin alteraciones, estado natural Calidad muy buena 75-90 Bosque ligeramente perturbado Calidad buena 55-70 Inicio de alteración importante Calidad intermedia 30-50 Alteración fuerte. Calidad mala 25 Degradación extrema Calidad pésima Tabla 14: Rango de calidad según el índice QBR En el análisis de las riberas del río, el grado de cobertura vegetal es de entre el 50 y el 80%, similar en ambos puntos de muestreo, con un recubrimiento de árboles de entre el 25 y el 50%, con bastantes especies autóctonas, y de arbustos que superan el 25%. La existencia de esta masa vegetal en la orilla del río es muy necesaria ya que estabiliza los márgenes y las orillas reduciendo la erosión que se produce por la fuerza de la corriente. Además absorben una importante proporción de nutrientes disueltos en las aguas, procedentes de los fertilizantes de las zonas agrícolas, reduciendo los procesos de eutrofización. La alteración más importante de las riberas, es la existencia de una escollera, tanto en el punto 1 como en el punto 2, construida para la protección de la población asentada en las zonas anexas al río. Asimismo existe además un talud en el punto 1 y se han realizado unas modificaciones en unas terrazas adyacentes al río en el punto 2. 114 Según lo expuesto y, tras analizar en profundidad todos los apartados que componen el índice QBR, la puntuación obtenida es la siguiente: ÍNDICE QBR COLOR PUNTO 1 58 Q3 PUNTO 2 60 Q3 Tabla 15: Índice QBR resultante en los puntos de estudio Como se puede ver la calidad hidromorfológica del río es similar en ambos puntos de muestreo con inicio de alteraciones importantes en la vegetación de ribera, por lo que la calidad resultante según el índice QBR es intermedia. Esta calidad es debida principalmente a la acción del hombre, con la construcción de distintas infraestructuras que modifican las orillas del río, más que a la falta de vegetación ribereña. 5.4. Recapitulación y conclusiones Según todos los parámetros observados y analizados en el estudio de la calidad del río durante todo un año, los principales problemas detectados que la afectan, son los siguientes:  Calidad físico-química: dentro de este grupo, las afecciones más importantes a la calidad de las aguas provienen de dos fuentes diferenciadas. Por un lado, situado entre los dos puntos de muestreo elegidos, se encuentra el vertido urbano de una población cercana al hotel, que empeora considerablemente la calidad físico-química de las aguas e influye decisivamente en la reducción de oxígeno disuelto en el agua. Por otro lado, aguas arriba del primer punto de muestreo, existe uno o varios puntos de contaminación producidos por vertidos de tipo agrícola que aportan al agua compuestos químicos procedentes de pesticidas y fertilizantes.  Calidad biológica: aunque está relacionada con la calidad físico-química de las aguas, la calidad biológica de éstas no puede ser definitiva con los datos de los muestreos realizados en solo un año. En principio el número de macroinvertebrados encontrados es elevado, lo que se traduce en un valor alto del índice B.M.W.P.´. Esto a su vez, es indicador de una baja contaminación, pero tal y como hemos visto, cuando la calidad físico-química de las aguas empeora, existe una serie de familias de macroinvertebrados indicadoras que desaparecen, dejando paso a otro tipo de familias más tolerantes con valores inferiores de calidad de las aguas.  Calidad hidromorfológica: en este punto, la vegetación de las riberas del río, aunque afectada por la mano del hombre, se encuentra en buen estado. No 115 sucede lo mismo con la vegetación de las orillas del río, que ha desaparecido por la existencia de escolleras en el cauce del río. Esto influye tanto en la fauna acuática como en los nutrientes que transporta el agua y la temperatura de la misma. Asimismo en algunas zonas hay caminos que rompen la conectividad de las orillas con el bosque de ribera, así como poca vegetación autóctona. De hecho, en la zona del hotel, la poca vegetación existente está formada por olivos y algunas especies de flores que han sido replantadas por el propio hotel. La calidad ecológica resultante final del río, tomando como referencias todos los resultados obtenidos, tanto de parámetros físico-químicos, biológicos e hidromorfológicos, quedará como se refleja en el siguiente gráfico: Figura 23: Calidad ecológica del río tomando como referencia todos los parámetros estudiados Como se puede ver en este gráfico, el estudio realizado concluye que la calidad ecológica del río en ambos puntos de muestreo es mala. Esta calificación viene determinada, sobre todo por los parámetros físico-químicos, ya que el resto de parámetros estudiados no llegan a calificar con tan mala puntuación el estado ecológico del río. Los resultados obtenidos de estos parámetros son debidos a contaminación difusa proveniente de algún punto aguas arriba del primer punto de muestreo, que afectan a los dos puntos elegidos para el estudio. En todo caso, en el segundo punto, los valores pueden verse mejorados por efecto de dilución debido al aporte de agua al río por parte del complejo hotelero y de la población. 0 1 2 3 4 5 Primavera Verano Otoño Invierno ANUAL Calidad físico-química Punto 1 Calidad físico-química Punto 2 Calidad biológica Punto 1 Calidad biológica Punto 2 Índice QBR Punto 1 Índice QBR Punto 2 Valor final resultante Punto 1 Valor final resultante Punto 2 116 No obstante, aunque la calidad resultante del estudio realizado ha sido más baja de lo que pudiera esperarse, ha quedado demostrado que las aguas residuales procedentes del hotel y del resto de instalaciones anexas, piscinas, zona spa y zona de bungalows no contienen ni componentes peligrosos ni ninguno que supere los valores límite establecidos en la actual legislación vigente. Además dichas aguas residuales son convenientemente tratadas en una estación depuradora construida a tal efecto, y el resultado es el vertido al cauce del río, de unas aguas correctamente depuradas, que no contribuyen de ninguna manera a generar un mayor nivel de contaminación en dicho cauce. 117 Cuando en una población no hay estación de depuración de aguas residuales, existe siempre un riesgo sanitario de infección, por no haberse aplicado ningún tipo de tratamiento a dichas aguas. No obstante, la dispersión de los vertidos en distintos puntos, favorece paradójicamente desde un punto de vista microbiológico, los procesos naturales de autodepuración. Evidentemente, las zonas de vertido estarán contaminadas y serán peligrosas, pero el índice de infecciosidad dependerá de la densidad de la contaminación. Para evitar esta contaminación, como se ha podido ver en este estudio, son necesarias las estaciones de depuración o EDAR, pero a condición de que su funcionamiento sea regular y perfecto. Si esto no sucede, una estación depuradora se convierte en un auténtico peligro para la salud pública porque canaliza todos los microorganismos infectantes de las heces fecales, con gran potencial de contagio, a una zona de vertido muy localizada. En dicha zona se crea una situación de máximo riesgo de infección. Por ello es sumamente importante mantener las estaciones depuradoras en permanente y correcto funcionamiento. Al mismo tiempo, hay que tener en cuenta la salud de los trabajadores de las plantas depuradoras. Como industria dedicada a la retirada y eliminación de los productos de contaminación, el interior de dichas plantas tiene zonas sucias con potenciales peligros sanitarios para las personas que allí trabajan, por lo que se tendrán que establecer unas condiciones de seguridad en el trabajo y actuaciones a seguir en caso de accidente. A estos riesgos de higiene industrial, se suman, como en la mayoría de plantas industriales, los riesgos existentes por materia de seguridad y otros directamente relacionados con los puestos de trabajo, como pueden ser ruidos, esfuerzos físicos, etc. De forma general, en una estación depuradora de aguas residuales nos encontramos con distintas clases de riesgos laborales, que analizamos a continuación. 6.1. Riesgos biológicos Debido a la multitud de agentes patógenos presentes en las aguas residuales, las EDAR son lugares con numerosas zonas donde es probable contraer algún tipo de infección. Los agentes biológicos más habituales que se pueden encontrar en las aguas residuales son las bacterias, los virus y los hongos, así como algún otro tipo de parásito. En caso de infección, pueden generar desde pequeñas molestias a graves 118 enfermedades. Las infecciones pueden contraerse a través de varias vías: vía respiratoria, vía digestiva o vía cutáneo-mucosa. En la medida de lo posible, deberán eliminarse las operaciones de mayor riesgo de infección así como el tiempo de exposición en las operaciones que no puedan ser suprimidas. Los trabajadores deberán estar debidamente formados e informados de los riesgos a los que se exponen. Para evitar posibles infecciones deberán utilizar una vestimenta adecuada para evitar todo tipo de proyecciones y salpicaduras, y los equipos de protección individual (EPIs) necesarios para las tareas a realizar. En general, se deberán seguir las medidas de higiene dispuestas en el Real Decreto 664/1997 de 12 de mayo, sobre la protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo. Como medidas higiénicas se seguirán las indicadas en dicho Real Decreto:  Prohibir que los trabajadores coman, beban o fumen en las zonas de trabajo en las que exista dicho riesgo.  Proveer a los trabajadores de prendas de protección apropiadas o de otro tipo de prendas especiales adecuadas.  Disponer de retretes y cuartos de aseo apropiados y adecuados para uso de los trabajadores, que incluyan productos para la limpieza ocular y antisépticos para la piel.  Disponer de un lugar determinado para el almacenamiento adecuado de los equipos de protección y verificar que se limpian y se comprueba su buen funcionamiento, si fuera posible con anterioridad y, en todo caso, después de cada utilización, reparando o sustituyendo los equipos defectuosos antes de un nuevo uso.  Especificar los procedimientos de obtención, manipulación y procesamiento de muestras de origen humano o animal. También, según se establece en este Real Decreto, el empresario puede ofrecer la posibilidad de la vacunación a los trabajadores, siempre que existan vacunas para los casos concretos y sean eficaces. Asimismo, las zonas de trabajo peligrosas deberán estar delimitadas y señalizadas, a la vez que ordenadas y limpias. Los EPIs de obligado uso también tendrán que estar señalados: 125  HERNÁNDEZ MUÑOZ, Aurelio (19922): Depuración de aguas residuales. Madrid, Paraninfo S.A. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.  METCALF & EDDY (20003): Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Ed. McGraw-Hill.  PEÑALBER CÁMARA, Luis; SIERRA ANTIÑOLO, José (1989): La reutilización de las aguas residuales. Acondicionamiento y uso. MOPU: Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas. Gabinete de Formación y Documentación. Centro de Estudios de Puertos y Costas, col. “Monografías CEDEX”, volumen 15.  RAMALHO, Rubens Sette (1996): Tratamiento de aguas residuales. Editorial Reverté.  SEOÁNEZ CALVO, Mariano (1994): Tecnologías naturales para el uso y tratamiento de las aguas residuales urbanas. Ediciones J.L.S. INTERNET:  JÁCOME, A.; SUÁREZ, J.; TEJERO, I.; TEMPRANO, J. (2004): Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Editado por E.T.S. de Ing. de Caminos de Santander.  Wikibooks: Ingeniería de aguas residuales / Versión para imprimir http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%EDa_de_aguas_residuales/Versi%F3n_p ara_imprimir.  Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente http://www.magrama.gob.es/es/agua/legislacion/legislacion_nacional.aspx  http://noticias.juridicas.com/base_datos/  Agencia Estatal Boletín Oficial del Estado http://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2012-11779 126  Síntesis de la legislación de la Unión Europea http://europa.eu/legislation_summaries/environment/water_protection_mana gement/  Gobierno de Aragón – Instituto Aragonés del Agua http://www.aragon.es/DepartamentosOrganismosPublicos/Organismos/Institu toAragonesAgua/AreasGenericas/Normativa  Anexo: Señalización http://profex.educarex.es/profex/Ficheros/RiesgosLaborales/Senalizacion.pdf  Guía para la mejora de la gestión preventiva. Señalización de seguridad http://www.uclm.es/cr/EUPALMADEN/aaaeupa/boletin_informativo/pdf/boletines/14/12.- SE%C3%91ALIZACION%20DE%20SEGURIDAD.pdf  Manual básico de Prevención de Riesgos Laborales http://www.llegarasalto.com/docs/manuales_prl/MANUAL_QUIMICA_Q.pdf  http://alojamientos.us.es/grupotar/master/formacion/edar/temario/edar.htm  http://hidrometalica.com/category/aguasresiduales  http://aguaymascosas.blogspot.com.es/2012/05/1-nitrificaciondesnitrificacion.html  http://editorial.dca.ulpgc.es/instalacion/6_ANEXOS/I612.htm  HERVÁS MARTÍNEZ, Carolina, Estación Depuradora de Aguas Residuales Los Montesinos – Alicante, anejo nº 4. http://sirio.ua.es/proyectos/proyecto1/0106.pdf  Junta de Extremadura. Pesca y ríos en Extremadura. Seguimiento de los ríos extremeños. Metodologías. http://pescayrios.juntaextremadura.es/pescayrios/web/guest/seguimiento-delos-rios-extremenos 127 Figura 1: Croquis E.D.A.R: Línea de agua y línea de fangos ...................... 19 Figura 2: Partes que componen un pozo de muy g ruesos ........................... 21 Figura 3: Distintos tipos de tamices ......................................................... 22 Figura 4: Esquema pretratamiento ........................................................... 26 Figura 5: Diagrama de un proceso físico de depuración ............................. 30 Figura 6: Esquema tratamiento primario ................................................... 36 Figura 7: Partes que componen un lecho bacteriano .................................. 39 Figura 8: Esquema funcional de un lecho bacteriano ................................. 40 Figura 9: Diagrama de proceso de los lechos bacterianos .......................... 41 Figura 10: Diagrama de proceso de los fangos activos .............................. 46 Figura 11: Diagrama de flujo general para el tratamiento y evacuación del fango ................................................................................................... 61 Figura 12: Diagramas de flujo típicos del tratamiento del fango con digestión biológica y tres procesos diferentes de deshidratación: (a) filtros prensa; (b) centrifugación y (c) eras de secado ......................................................... 62 Figura 13: Diagramas de flujo típicos del tratamiento no biológico del fango: (a) tratamiento térmico con deshidratación por filtro de vacío; (b) incineración en hornos de pisos múltiples y (c) incineración de lecho fluidizado ............. 63 Figura 14: Plano esquemático de las instalaciones ................................... 72 Figura 15: Plano complejo hotelero y redes de saneamiento y pluviales ...... 74 Figura 16: Estación depuradora de oxidación total para medianas comunidades ......................................................................................... 78 Figura 17: Elementos que componen la estación depuradora de aguas residuales ............................................................................................ 80 Figura 18: Esquema de funcionamiento de un tami z rotativo ...................... 84 Figura 19: Separador de grasas .............................................................. 87 Figura 20: Instalación enterrada de estación depuradora de oxidación total . 97 Figura 21: Calidad físico-química de las aguas del lecho receptor ............ 108 Figura 22: Calidad de las aguas del lecho receptor en función de los parámetros biológicos .......................................................................... 112 Figura 23: Calidad ecológica del río tomando como referencia todos los parámetros estudiados ......................................................................... 115 Figura 24: Señales de obligación de utilización de Equ ipos de Protección Individual ........................................................................................... 119 Figura 25: Señales relativas a la lucha contra incendios .......................... 120 128 Figura 26: Señales indicadoras de vías de salida .................................... 120 Figura 27: Señal de Riesgo Eléctrico ..................................................... 121 Figura 28: Señales de salvamento o socorro .......................................... 121 129 Tabla 1: Métodos de tratamiento y evacuación de fangos ........................... 58 Tabla 2: Caudales de vertido de la instalación .......................................... 76 Tabla 3: Prestaciones de la bomba sumergible del pozo de bombeo ........... 81 Tabla 4: Prestaciones de la bomba del depósito homogeneizador ............... 86 Tabla 5: Rendimiento del separador de grasas ......................................... 88 Tabla 6: Rendimiento de la estación depuradora ....................................... 91 Tabla 7: Ciclo de funcionamiento de la bomba de pozo .............................. 94 Tabla 8: Analítica representativa est imada vertido del complejo hotelero .. 102 Tabla 9: Resultados de las muestras analizadas a la salida de la EDAR .... 103 Tabla 10: Clasificación del estado ecológico de una masa de agua superficial según la Directiva Marco del Agua ........................................................ 106 Tabla 11: Clasificación de la calidad del agua según los parámetros físico - químicos ............................................................................................ 106 Tabla 12: Resultados biológicos y calidad de las aguas en el punto 1 ....... 110 Tabla 13: Resultados biológicos y calidad de las aguas en el punto 2 ....... 111 Tabla 14: Rango de calidad según el índice QBR .................................... 113 Tabla 15: Índice QBR resultante en los puntos de estudio ........................ 114