Sistemas de tratamiento existentes

Tubería de aguas residuales. Foto © Joe Miller
La gestión de los desechos sanitarios ha sido una preocupación desde las primeras civilizaciones asentadas. Históricamente, las aguas residuales y las aguas residuales domésticas se vertían en las vías fluviales más cercanas, aprovechando la dilución y la oxidación como tratamiento. Esta idea de "auto-purificación" no era incorrecta; muchos contaminantes pueden eliminarse mediante procesos naturales con suficiente exposición, tiempo y dilución. Sin embargo, el crecimiento de la población y el aumento de los contaminantes en las aguas residuales han hecho que este enfoque sea inadecuado. El descubrimiento de enfermedades transmitidas por aguas residuales dio como resultado el desarrollo del saneamiento con el objetivo de separar las aguas residuales del agua potable para proteger la salud de las personas. ref. Desde entonces, se han desarrollado muchos sistemas de tratamiento para ayudar a evitar que las aguas residuales sin tratar ingresen a los océanos. A continuación se muestra una introducción a los sistemas de tratamiento de aguas residuales que se utilizan actualmente.

planta de tratamiento de aguas residuales

Planta de tratamiento de aguas residuales en California, Estados Unidos. Foto © Michael Layefsky, Flickr

Plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas (EDAR) y alcantarillado

Antecedentes

Las áreas densamente pobladas y las ciudades industrializadas dependen principalmente de plantas centralizadas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) para recibir y tratar las aguas residuales. Las intrincadas redes de tuberías de aguas residuales subterráneas llevan las aguas residuales de hogares y edificios a la planta de tratamiento de aguas residuales utilizando bombas de gravedad y bombas. Estas grandes instalaciones son costosas de construir, operar y mantener. Tecnologías y capacidades de tratamiento de estos sistemas rara vez se actualizan después de las inversiones iniciales. Esto también es cierto para las tuberías de alcantarillado, que están sujetas a frecuentes fugas y desbordes. Establecer una infraestructura de tuberías de alcantarillado es costoso, especialmente fuera de las áreas urbanas densamente pobladas. También existe un riesgo creciente de mal funcionamiento inducido por el aumento de las precipitaciones, el aumento de los niveles freáticos y el nivel del mar. Además de los costos iniciales de construcción, las actualizaciones de esta extensa infraestructura son costosas y, por lo general, son responsabilidad de un municipio o gobierno local.

Antena de planta de tratamiento de aguas residuales

Planta de tratamiento de aguas residuales desde arriba. Foto © Alex de Haas, Flickr

Las grandes ciudades generan no solo grandes volúmenes de aguas residuales, sino aguas pluviales también. En áreas que carecen de absorción y la retención que ofrecen los suelos, pastizales, bosques y otras características naturales, la precipitación no tiene a dónde ir, por lo que fluye sobre superficies impermeables, acumulando escombros y contaminantes, lo que resulta en escorrentías urbanas contaminadas. En respuesta, muchas ciudades construyeron alcantarillas combinadas para recolectar y transportar aguas pluviales a las mismas plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas que las aguas residuales. Si bien esto parece eficiente, aumenta la vulnerabilidad de todos los componentes del sistema. Las tormentas y las fuertes lluvias a menudo exceden la capacidad de las tuberías, los tanques de retención y los sistemas de tratamiento, lo que provoca grandes descargas de aguas residuales sin tratar, incluidas las aguas residuales sin tratar, en los cursos de agua. En los Estados Unidos, 40 millones de personas reciben servicios de alcantarillado combinado, que descargan más de 3 billones de litros de aguas residuales sin tratar y escorrentía de aguas pluviales anualmente en eventos de desbordamiento combinado de alcantarillado (CSO). ref.

Vea el seminario web Wastewater 101 para obtener más información sobre la gestión de aguas residuales:

Tratamiento

Una vez que las aguas residuales llegan a una EDAR, se someten a varias etapas de tratamiento antes de su descarga.

  • Primario, o físico, el tratamiento comienza con una criba: las aguas residuales pasan a través de cribas para eliminar los sólidos grandes. Luego, el efluente se lleva a los tanques de sedimentación donde la gravedad ayuda a sedimentar los sólidos suspendidos adicionales.
  • Secundarioo biológico, el tratamiento tiene como objetivo eliminar la materia orgánica de las aguas residuales antes de la desinfección. El oxígeno y los microorganismos se utilizan para catalizar y promover reacciones bioquímicas que descomponen los contaminantes. Este proceso modela los sistemas naturales y se hace más eficiente mediante la aireación o la exposición a oxígeno adicional. El oxígeno es necesario para la descomposición y la aireación ayuda a eliminar los gases disueltos. Estas reacciones eventualmente estimulan la sedimentación de las partículas restantes. Las técnicas habituales de tratamiento biológico incluyen filtros percoladores y lodos activados, que aumentan la superficie disponible para los microorganismos, así como su densidad.
  • Terciario, o tratamiento químico, se utiliza para promover una mayor sedimentación y eliminación de nutrientes. Los polímeros agregados atraen contaminantes para crear grumos, mientras que los filtros de carbón o carbón vegetal catalizan la adsorción física para reducir los nutrientes.
  • Finalmente, el efluente se desinfecta para neutralizar los patógenos restantes. Si bien el cloro es uno de los desinfectantes más comunes, UV o se puede preferir el ozono para minimizar las concentraciones químicas residuales. ref.

El flujo de efluentes a través de una EDAR desde las tuberías de entrada hasta la descarga. Fuente: Se abre en una nueva ventanaMallik y Arefin 2018

El tratamiento primario y secundario son requeridos en los Estados Unidos por la Ley de Agua Limpia (CWA) y el número de instalaciones que incorporan tratamiento terciario está aumentando. ref. Además, se están implementando limitaciones en las concentraciones de nutrientes en el efluente a nivel estatal y de las instalaciones para abordar la carga de nutrientes y la resultante eutrofización. Los criterios de tratamiento son útiles, pero no suficientes para proteger los ecosistemas marinos de la contaminación.

Descripción general del sistema centralizado

  • Los sistemas centralizados aumentan la eficiencia del tratamiento, consolidan los costos de mantenimiento y minimizan contaminación de fuente difusa
  • Las deficiencias de los sistemas centralizados incluyen una inversión inicial significativa, mantenimiento técnico y costoso, limitaciones de capacidad, susceptibilidad a fugas, vulnerabilidad al clima y eliminación inadecuada de nutrientes.

Sistemas de tratamiento descentralizados

Antecedentes

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales en el lugar (OWTS) son sistemas localizados a pequeña escala para la gestión de aguas residuales donde los sistemas centralizados son inapropiados o no se han construido. La hidrología, la geología y la geografía (así como las finanzas, la política y las regulaciones) pueden dictar si es posible un alcantarillado y un sistema centralizado o si los sistemas de tratamiento de aguas residuales en el sitio (OWTS) son más adecuados. Las áreas con residencias dispersas, suelos poco profundos, lecho de roca impermeable o niveles freáticos vulnerables suelen ser atendidos por OWTS. Estos sistemas pueden resultar costosos para los propietarios individuales, sin embargo, en algunos lugares, los costos de instalación y mantenimiento pueden reducirse mediante subsidios o incentivos locales.

Tratamiento

El flujo de aguas residuales a través de un sistema séptico in situ convencional. Fuente: EPA Office of Water 2002

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales in situ (OWTS) recolectan, tratan y descargan efluentes de aguas residuales en el sitio donde se generan. Existen muchos tipos de sistemas de tratamiento in situ, pero los siguientes tres tipos son los más utilizados a nivel mundial:

  • Pozos negros, que tienen un solo paso de contención y tratamiento. Aquí, los pozos excavados o construidos recogen los efluentes para su sedimentación y tratamiento naturales. Se ha demostrado que los pozos negros son ineficaces, brindan un tratamiento inadecuado y están siendo eliminados, reemplazados e incluso rechazados en muchos lugares.
  • Sistemas sépticos Por lo general, contienen un tanque de retención para el efluente crudo y un método de dispersión para proporcionar un tratamiento adicional para el efluente a medida que se descarga. Además de capturar las aguas residuales, los tanques promueven la sedimentación y anaerobio tratamiento. Un adicional de aerobio La cámara de tanque se está volviendo más común para mejorar el tratamiento biológico y la eliminación de nutrientes, y algunos sistemas sépticos incluso tienen bombas de recirculación para mover el efluente entre los ambientes aeróbico y anaeróbico. La dispersión es fundamental para ralentizar el flujo de efluentes al medio ambiente.
  • Campos de drenaje son una técnica de dispersión que promueve oportunidades para el tratamiento adicional de efluentes por microorganismos en el suelo, grava u otros materiales antes de descargarlos al suelo o aguas superficiales. El siguiente video de The Nature Conservancy Long Island proporciona una explicación más detallada de los sistemas sépticos y de pozos negros.

Otra opción de OWTS son los sistemas basados ​​en contenedores, que de manera similar recolectan y almacenan las aguas residuales en el sitio, luego requieren que los desechos se transporten a otro lugar para su tratamiento. Estos sistemas se encuentran predominantemente en áreas con infraestructura limitada e incluyen letrinas de pozo, que deben vaciarse una vez que estén llenas, y baños de cubo, que se vacían a diario. El tratamiento de los desechos recolectados a partir de opciones basadas en contenedores varía desde los procesos de tratamiento convencionales descritos anteriormente, hasta nuevas prácticas de recuperación de recursos, hasta ningún tratamiento. Las opciones exitosas basadas en contenedores se describen con más detalle en Soluciones emergentes.

Los sistemas sépticos y los pozos negros no están diseñados para tratar los nutrientes y son inadecuados para eliminarlos de los efluentes y pueden ser peligrosos para los ambientes marinos en las áreas costeras. Aunque ha habido muchos avances tecnológicos para abordar la eliminación de nutrientes en OWTS, existe una falta de regulación sobre los nutrientes en las aguas residuales a nivel mundial. Las fugas y las fallas que se pasan por alto causan contaminación de fuente difusa que es difícil de detectar y carece de consecuencias por incumplimiento, lo que deja pocas oportunidades para la aplicación. Las actualizaciones a los sistemas OWTS para incluir una reducción mejorada de nutrientes están demostrando más rentabilidad que construir nuevas instalaciones de tratamiento de aguas residuales a gran escala.

Descripción general del sistema descentralizado

  • Los tratamientos descentralizados son individualizados, operan a escalas más pequeñas y sirven a poblaciones más dispersas
  • Las deficiencias de los sistemas descentralizados incluyen una mala gestión o supervisión frecuente que conduce al incumplimiento, la eliminación inadecuada de nutrientes y contaminantes emergentes y la falta de tratamiento de las aguas pluviales

Descarga

Descarga de una tubería de desagüe. Foto © pixabay

Después del tratamiento de los sistemas centralizados o descentralizados, el efluente tratado se descarga directamente a los cuerpos de agua cercanos o al suelo. Tuberías de desagüe se utilizan para descargar efluentes directamente en ríos y océanos, mientras que los campos de drenaje, suelos, humedales y vegetación ralentizan la filtración de efluentes en las aguas subterráneas. La contaminación de los océanos causada por efluentes depende tanto del nivel de tratamiento que recibe antes de la descarga como de la estrategia de descarga utilizada. Las técnicas avanzadas de reducción de nutrientes y las soluciones basadas en la naturaleza pueden lograr un tratamiento adicional y ralentizar el flujo de efluentes. Por otro lado, la descarga de aguas residuales tratadas inadecuadamente presenta mayores peligros para la salud humana, de los organismos y del ecosistema. Si bien las plantas de tratamiento a gran escala en las áreas costeras a menudo descargan efluentes tratados o sin tratar directamente en el océano, también se produce la contaminación de aguas residuales de sistemas de contención más pequeños, a través de la descarga y lixiviación de aguas subterráneas, que a menudo pasan desapercibidas.

Consideraciones para la selección del sistema

La infraestructura, los recursos, la geología, el tamaño de la población, las normas culturales y la política influyen en la selección de los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, una EDAR es adecuada en áreas con alta densidad estructural y de población, redes de tuberías existentes (o los recursos y geología adecuados para instalarlas con éxito) y capacidad de mantenimiento altamente técnico. Alternativamente, los OWTS son más apropiados donde no existen alcantarillado entubado y hay más distancia entre las fuentes de alcantarillado (hogares, negocios, etc.). La infraestructura de alcantarillado existente influye en la idoneidad del sistema, ya que las actualizaciones a menudo pueden ser más fáciles y rentables de implementar que el desarrollo de una nueva infraestructura. Vea este estudio de caso de trabajo para centralizar el tratamiento de aguas residuales en la isla de Rotan, Honduras.

Faltan herramientas de apoyo a la toma de decisiones para seleccionar el mejor sistema en función de los contextos locales, lo que dificulta la gestión adecuada de la contaminación por aguas residuales y las necesidades de saneamiento. Las consideraciones para la selección del sistema deben incluir la infraestructura existente, los recursos comunitarios, las expectativas sociales y culturales, el apoyo o las limitaciones políticas, la geología y la hidrología locales y muchos otros factores. Visita el Se abre en una nueva ventanaCaja de herramientas de saneamiento sostenible y gestión del agua para aprender más sobre sistemas y tecnologías de saneamiento.

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