El filtro de percolación consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable al que se adhieren los microorganismos, y a través de este medio permeable es que percola el agua residual. El medio filtrante suele estar formado por piedras (en ocasiones también se emplean escorias), o diferentes materiales plásticos de relleno. En el caso de filtros percoladores con medio filtrante de piedra, el diámetro de las piedras oscila entre 2,5 y 10 cm. La profundidad del lecho varía en cada diseño en particular, pero suele situarse entre 0,9 y 2,5 metros, con una profundidad media de 1,8 metros. Los filtros de piedra suelen ser circulares, y el agua residual se distribuye por la parte superior del filtro mediante un distribuidor rotatorio. Los filtros percoladores que emplean lechos de material plástico pueden tener diversas formas, habiéndose construido filtros circulares, cuadrados y de otras formas diversas, con profundidades entre 4 y 12 metros.
Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para recoger el agua residual tratado y los só1idos biológicos que se hayan separado del medio.
La materia orgánica presente en el agua residual se degrada por la acción de la población de microorganismos adherida al medio. La materia orgánica del líquido es adsorbida en la película biológica, en cuyas capas externas (0,1 a 0,2 mm) se degrada bajo la acción de los microorganismos aerobios. Cuando los microorganismos crecen, aumenta el espesor de la
película, y el oxígeno se consume antes de que pueda penetrar en todo el espesor de la película. Por lo tanto, en la proximidad de la superficie del medio, se crea un ambiente anaerobio (Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización de Metcalf & Eddy - 1995).
Figura 2.8: Filtro percolador
Fuente: (Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización
de Metcalf & Eddy–1995)
Figura 2.9: Corte de un filtro percolador
Fuente: (Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización
de Metcalf & Eddy–1995)
2.4.3.3.LAGUNAS ANAEROBIAS
Este proceso de tratamiento bajo una condición de ausencia de aire u oxigeno libre y está caracterizado por el empleo de una alta carga orgánica y por consiguiente un corto período de retención. El aspecto físico de estas lagunas es de coloración gris o negro, cuando por efecto de una carga adecuada, presentan condiciones de fermentación del metano. Sin embargo, se han observado lagunas diseñadas como anaeróbicas que en la etapa de operación inicial y con cargas reducidas, no han llegado a establecer las condiciones anaeróbicas y presentan una
coloración rosada, lo cual es característico de la presencia de bacterias del sulfuro (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
Las lagunas anaerobias pueden ser usadas como una primera etapa en el tratamiento de aguas residuales domesticas e industriales y presentan una serie de factores positivos y negativos que tienen que ser considerados antes de su uno (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
Ventajas:
- La principal ventaja es el bajo costo, en razón de su reducido requisito de área.
- Las lagunas anaeróbicas son especialmente atractivas para el tratamiento de desechos de altas concentraciones.
- Han sido empleadas con éxito en el tratamiento de una variedad de desechos industriales biodegradables (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
Desventajas:
- El proceso es muy sensible a factores ambientales y operativos como: temperatura, variaciones bruscas de carga y de pH, lo cual puede producir períodos de baja eficiencia con un efluente de calidad pobre.
- La normal acumulación de natas presenta un aspecto poco agradable y condiciones estéticas desfavorables, lo cual normalmente incide en el mantenimiento.
- El efluente del proceso tiene un alto contenido de materia orgánica y color, lo que hace necesario una siguiente fase de tratamiento.
- Recientes investigaciones en este tipo de lagunas han determinado que las tasas de mortalidad bacteriana son más reducidas en estas lagunas en comparación con las otras opciones, lo cual las hace no atractivas, cuando el criterio de calidad para el efluente es la concentración de bacterias.
- Los malos olores ocasionales y sobre todo en los primeros años de la operación con bajas cargas, las hacen indeseables en la cercanía de viviendas, por lo que deben ser construidas a considerables distancias del límite urbano.
- Debido a su reducida área, la acumulación de sólidos es más rápida que en los otros de lagunas, lo cual produce una degeneración de la calidad de efluente y requiere de una limpieza de lodos más frecuente (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación
2.4.3.4.LAGUNAS FACULTATIVAS
Este tipo de laguna es indiscutiblemente el más empleado a nivel mundial, pero a pesar del gran número de experiencias, existe todavía una serie de vacíos en su conocimiento, producto de la falta de investigación sobre todo en lo que se refiere a la interrelación de algunos procesos físicos, con otros de orden bioquímico (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
En este tipo de lagunas, sus características principales son el comensalismo entre algas y bacterias en el estrato superior y la descomposición anaeróbica de los sólidos sedimentados en el fondo (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993). Por consiguiente, su ubicación como unidad de tratamiento en un sistema de lagunas puede ser:
Como laguna primaria única (caso de climas fríos en los cuales la carga de diseño es tan baja que permite una adecuada remoción de bacterias) o seguida de una laguna secundaria y/o terciaria (normalmente referida como una laguna de maduración) y
Como una unidad secundaria después de lagunas anaeróbicas o aeradas, para cumplir el propósito de procesar sus efluentes a un grado mayor (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
2.4.3.5.LAGUNAS AEROBIAS
Las lagunas aeradas son generalmente empleadas como primera unidad de un sistema, en casos en donde la disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de desechos domésticos con altas concentraciones y desechos industriales. Estas lagunas son muy empleadas en climas fríos (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
Existen cuatro tipos de lagunas aereadas claramente diferenciables, dependiendo del método de oxigenación y/o la densidad de energía, que define el grado de mezcla de la biomasa Estos tipos de lagunas aereadas son (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993):
Laguna aereada de mezcla completa: Llamada también laguna aereada de biomasa en suspensión, en la cual la presencia de algas no es aparente.
Laguna aereada facultativa: Este tipo de laguna es también conocido como laguna con biomasa en suspensión parcial y normalmente es recomendable para climas templados o cálidos.
Laguna facultativa con agitación mecánica: Ésta laguna es aplicable exclusivamente a áreas con climas cálidos y en ausencia de viento, con el objeto de ayudar a vencer los efectos adversos de la estratificación termal.
2.4.4. TRATAMIENTO TERCIARIO
2.4.4.1.LAGUNAS DE MADURACIÓN
La laguna de maduración es una laguna de estabilización diseñada para tratar efluente secundario o agua residual previamente tratada por un sistema de lagunas (anaeróbica –
facultativa, aereada – facultativa o primaria – secundaria). Originalmente concebida para reducir la población bacteriana. En la práctica moderna se reconoce que en todo tipo de lagunas se produce una reducción de organismos patógenos y está tendiendo a reemplazarse con el
concepto de “diseño de lagunas para reducción de organismos patógenos”. Los términos “lagunas de pulimento” o “lagunas de acabado” tienen el mismo significado (Lagunas de Estabilización. Teoría, Diseño, Evaluación y Mantenimiento de Yánez - 1993).
2.4.4.2.HUMEDALES
Los humedales, naturales o artificiales, son sistemas de tratamiento acuático en los cuales se usan plantas para el tratamiento de aguas residuales. Los humedales artificiales se han utilizado en el tratamiento de aguas residuales municipales, para el tratamiento secundario y avanzado, en el tratamiento de aguas de irrigación, para tratar lixiviados de rellenos sanitarios, en el tratamiento de residuos de tanques sépticos y para otros propósitos como desarrollar hábitats para crecimientos de valor ambiental. Existen dos tipos de humedales artificiales para el tratamiento del agua residual: humedales artificiales de superficie libre, es decir, con espejo de agua y humedales artificiales de flujo subsuperficial, sin espejo de agua (Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y principios de diseño de Romero - 2002).
Figura 2.10: Clasificación de los humedales artificiales para el tratamiento Fuente: GIZ, 2011
Humedales de flujo superficial (humedales con espejo de agua): El humedal con
espejo de agua es un pantano o ciénaga en que la vegetación emergente está inundada hasta una profundidad de 10 o 45 cm. La vegetación incluye juncos, cañas, espadaña y anea. Algunos humedales artificiales se construyen con revestimientos en material impermeable para impedir la percolación, otros para retención completa del afluente y pérdida por percolación y evapotranspiración (Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y principios de diseño de Romero - 2002).
Figura 2.11: Humedal de flujo superficial
Humedales de flujo subsuperficial: En este tipo de humedales el agua fluye por debajo
de la superficie de un medio poroso sembrado de plantas emergentes. El medio es comúnmente grava gruesa y arena en espesores de 0.45 a 1 m y pendiente de 0 a 0.5%. En contraste con los humedales de flujo superficial o con espejo de agua, los humedales artificiales de flujo subsuperficial tienen menores requerimientos de área y carecen de problemas de olores y de mosquitos. Como desventaja, sin embargo, se tiene un costo mayor por el medio de grava y riesgo de taponamiento. La vegetación es semejante a la de los humedales con espejo de agua y no se requiere cosechar las plantas (Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y principios de diseño de Romero - 2002).
Figura 2.12: Humedal de flujo subsuperficial
Fuente: (Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y principios de diseño de Romero - 2002)
Patógenos y su remoción en humedales construidos artificiales
Las bacterias coliformes son usadas como indicadores de contaminación. Por lo general las aguas grises que han sido tratadas en los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial, no necesitan de ningún tratamiento adicional para cumplir con los niveles de patógenos permitidos para una descarga segura del agua a la superficie. En el caso de aguas residuales domésticas, y dependiendo del tipo de reutilización, puede ser necesaria la desinfección en un tratamiento terciario.
Tabla 2.1: Reducción de microorganismos según e proceso de tratamiento (por logaritmo)
Fuente: (Guía OMS para el uso seguro de aguas residuales, excretas y aguas grises de la OMS–2006)
Comparación de Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial con reactores aeróbicos
Los tratamientos en reactores aerobios tienen una capacidad similar al de un humedal artificial, pero con menor área, como por ejemplo filtro percolador, disco rotativo, filtros sumergidos, reactores de lodo activado con decantadores o con membranas. La principal ventaja para los humedales artificiales en este caso son los costos relativamente bajos de mantenimiento y la estabilidad de operación. Otro aspecto importante es que los humedales artificiales no producen lodo. A menudo, las plantas técnicas aerobias se caracterizan por la alta tasa de producción de lodo secundario y este lodo debe ser retirado, tratado y depositado adecuadamente. Mientras que, en los países en desarrollo, estos lodos muchas veces son descargados de forma incontrolada al medio ambiente, dando lugar a problemas de contaminación y la salud. Los humedales artificiales también eliminan patógenos, incluso más que los procesos convencionales de tratamiento aerobio (GIZ Programa de Saneamiento Sostenible ECOSAN - 2011).
Comparación de Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial con lagunas facultativas
Los humedales artificiales y las lagunas son sistemas que tienen alta puntuación en la fiabilidad y simplicidad del proceso, ya que no requieren de equipos especiales. Los principales argumentos para elegir los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial y no las lagunas son (GIZ Programa de Saneamiento Sostenible ECOSAN -2011):
- Los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial tienen superficies libres de agua, por lo tanto, no se desarrolla la cría de mosquitos.
- Los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial producen agua clara, mientras que las lagunas tienen una alta producción de algas que influyen en la calidad de los efluentes y complican su reutilización.
- Los humedales artificiales con buen funcionamiento no tienen problemas de olores, mientras que en muchas lagunas es común que se generen malos olores.
- Las lagunas son mucho más difíciles de integrar en un barrio, en particular a uno urbano, por la superficie de aguas abiertas y la posibilidad de atraer mosquitos y mal olor.
- Los humedales artificiales no producen lodos, aunque pueden ser producidos en la etapa del pretratamiento. En cambio, en las lagunas el lodo se acumula a lo largo del tiempo, y tiene que ser eliminado después de 6 a 12 años.
2.4.4.3.DESINFECCIÓN
La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfecci6n y la esterilizaci6n, proceso que conduce a la destrucci6n de la totalidad de los organismos. En el campo de las aguas residuales, las tres categorías de organismos entéricos de origen humano de mayores consecuencias en la producción de enfermedades son las bacterias, los virus y los quistes amebianos. Las enfermedades bacterianas típicas transmitidas por el agua son: el tifus, el cólera, el paratifus y la disentería bacilar, mientras que las enfermedades causadas por los virus incluyen, entre otras, la poliomielitis y la hepatitis infecciosa (Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización de Metcalf & Eddy - 1995).
Desinfección con cloro: Los compuestos de cloro más comúnmente empleados en las
plantas de tratamiento de aguas residuales son el cloro gas (Cl2), el hipoclorito
sódico(NaOCl), el hipoclorito de calcio [Ca(OCl)2], y el di6xido de cloro (ClO2)
(Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización de Metcalf & Eddy - 1995).
Desinfección con ozono: El ozono es un oxidante extremadamente reactivo, y está
ampliamente aceptado que la destrucción de las bacterias por ozonación se produce directamente debido a la desintegración de la pared celular. El ozono también es un virucida muy efectivo, y, asimismo, se entiende que su efectividad es superior a la del cloro (Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento vertido y reutilización de Metcalf & Eddy - 1995).