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Cómo reducir los sólidos volátiles en suspensión de las aguas residuales
Eliminar los sólidos en suspensión de las aguas residuales es esencial para mantener el medio ambiente y la salud humana. Los sólidos volátiles en suspensión (SVA) son las partículas orgánicas que contribuyen a formar los sólidos totales en suspensión (SST), y plantean graves riesgos para la salud. El VSS también puede reducir los niveles de oxígeno en arroyos, lagos y ríos, amenazando los ecosistemas y la vida acuática que sustentan.
Elegir el método y los equipos de tratamiento de aguas residuales adecuados puede ayudar a las depuradoras a reducir los SVA de forma eficaz, devolviendo agua más segura a las comunidades circundantes y reduciendo al mismo tiempo los costes de explotación.
Importancia de reducir los sólidos volátiles en suspensión en las aguas residuales
Los VSS son partículas orgánicas o biológicas, como los microorganismos, que pueden depositarse en el agua. Se diferencian de los sólidos suspendidos fijos (SFS), que son partículas inorgánicas, como limo o cristales de sal no disueltos. Juntos, los VSS y los FSS constituyen el total de sólidos en suspensión en el agua o las aguas residuales.
Los procesos anaeróbicos y aeróbicos de tratamiento de aguas residuales producen VSS -o rendimiento de lodos- porque la materia orgánica se convierte en biomasa, agua y dióxido de carbono en las aguas residuales. El proceso de tratamiento de las aguas residuales incluye etapas que reducen el volumen de los lodos y su patogenicidad, pero tras el tratamiento quedan cantidades de lodos en masa seca.
Reducir los SVA de las aguas residuales es esencial por las siguientes razones:
Seguridad
Los SLV pueden consistir en materia orgánica o bacterias vivas, lo que supone un grave riesgo para la salud de las comunidades circundantes. La eliminación del VSS de las aguas residuales evita la exposición a bacterias y posibles efectos sobre la salud, como enfermedades gastrointestinales.
Ecosistemas más sanos
Las masas de agua naturales, como arroyos, lagos y ríos, dependen de una concentración adecuada de oxígeno disuelto para mantener la vida acuática. Si las aguas residuales tratadas tienen un alto contenido en VSS cuando llegan a una masa de agua natural, los microorganismos consumen más oxígeno para descomponer los sólidos en suspensión. A medida que los microorganismos trabajan duro para descomponer y oxidar los sólidos, agotan el oxígeno del agua, que las plantas y los animales acuáticos necesitan para desarrollarse.
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) mide la cantidad de oxígeno que consumen los microorganismos y las bacterias para descomponer la materia orgánica, y la demanda química de oxígeno (DQO) mide la cantidad de oxígeno que utilizan los microorganismos para oxidar la materia orgánica. La reducción de los sólidos volátiles totales en las aguas residuales ayuda a disminuir los niveles de DBO y DQO, lo que hace que el agua sea más segura para los ecosistemas cuando vuelve a las masas de agua naturales.
Mayor claridad del agua
El agua con un alto nivel de turbidez está turbia y carece de transparencia, lo que impide que la luz del sol llegue a la vida acuática. Reducir los sólidos orgánicos o VSS en las aguas residuales ayuda a reducir su turbidez, haciéndola más clara cuando vuelve al ecosistema para que la luz solar pueda llegar fácilmente a la vida acuática.
Mayor eficacia en el tratamiento de aguas residuales
La reducción del VSS en las aguas residuales puede ayudar a una planta de tratamiento a aumentar su eficacia, reduciendo costes y ahorrando tiempo en los procesos de tratamiento. Cuantos menos sólidos en suspensión tenga el agua, menos lodos producirá y menores serán los costes de manipulación y eliminación de lodos de una planta. Reducir el VSS también reduce la cantidad de productos químicos necesarios en un proceso de tratamiento de aguas residuales, lo que ayuda a que el equipo dure más.
Cumplimiento de la normativa estatal y federal
Los gobiernos estatal y federal hacen cumplir la normativa sobre efluentes para proteger a las personas y el medio ambiente de la contaminación. La reducción de SST es una parte crucial de la eliminación de SST, que ayuda a las plantas de tratamiento a cumplir las normas de la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) y a proteger la salud pública.
Limpiar tuberías y filtros
Los sólidos orgánicos pueden obstruir y socavar las tuberías y los filtros de los sistemas de tratamiento de aguas residuales. La reducción del VSS disminuye las partículas sólidas que entran en las tuberías, lo que ayuda a que los equipos de una planta duren más y funcionen mejor.
Presupuesto mejorado
Dado que la reducción del VSS puede ayudar a una planta de tratamiento a cumplir las normas de la EPA y prolongar la vida útil de los equipos, también puede disminuir los costes. Al eliminar adecuadamente los SVA de las aguas residuales, las plantas suelen tener menos costes de mantenimiento y evitan las multas de la EPA.
Factores que aumentan la VSG en las aguas residuales
Los siguientes factores aumentan el VSS en las aguas residuales:
- Crecimiento de algas
- Residuos de alimentos
- Aumento de la DBO
- Contaminación humana
Métodos de eliminación de SST
Dado que los sólidos suspendidos volátiles forman parte de los sólidos suspendidos totales, es importante comprender cómo funcionan los métodos de eliminación de SST. Los métodos habituales de tratamiento de los SST son:
Oxidante
El método de tratamiento oxidante de las aguas residuales utiliza oxígeno para destruir los SST. Este proceso produce una reacción química que aumenta el tamaño de los sólidos en suspensión para que los equipos puedan eliminarlos fácilmente. Una planta de tratamiento puede elegir una de las siguientes soluciones oxidantes si opta por el método oxidante:
- Aireación
- Ultravioleta
- Radical hidroxilo
- Generadores de ozono
Filtración física
Los métodos de filtración física separan los sólidos en suspensión mediante filtración en profundidad, filtros de sedimentos, coladores y tamices. Las instalaciones que tratan aguas residuales con partículas pequeñas y altos niveles de SST suelen preferir el método de filtración en profundidad. Si una planta utiliza este método, es mejor optar por válvulas rotativas porque evitan que los materiales sólidos rocen con las juntas tóricas y los espaciadores.
Precipitación química
La precipitación química también se conoce como coagulación y floculación. Este proceso reduce los SST utilizando sustancias químicas conocidas como polímeros. Los polímeros juntan pequeñas partículas sólidas, formando partículas más grandes que son más fáciles de filtrar por los equipos. Después de que el proceso de coagulación y floculación agrupe las partículas, una planta puede filtrarlas utilizando uno de los siguientes tipos de equipos:
- Bolsas de drenaje
- Filtros automáticos
- Filtros prensa
Tratamiento anaeróbico y aeróbico
Los procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales, como los métodos aeróbicos y anaeróbicos, utilizan microorganismos para descomponer los sólidos en suspensión. El tratamiento aeróbico depende del oxígeno y de un equipo de alta calidad para descomponer eficazmente los sólidos, mientras que el tratamiento anaeróbico es eficaz con o sin oxígeno.
Los procesos de tratamiento aeróbico y anaeróbico convierten la materia orgánica de las aguas residuales en biomasa, agua y dióxido de carbono.
Tratamiento anóxico
El tratamiento anóxico es otro tipo de tratamiento biológico de las aguas residuales. Este método mezcla aguas residuales con lodos en un tanque anóxico donde los microbios obtienen energía del nitrato y liberan gas nitrógeno. Los microbios también liberan oxígeno al descomponer el nitrógeno, por lo que trabajan sin oxígeno adicional.
Cómo los procesos de tratamiento de aguas residuales pueden reducir los lodos
El proceso de tratamiento de aguas residuales que utiliza una planta puede influir en la cantidad de lodo que se produce. En algunas situaciones, la combinación de procesos de tratamiento aeróbico, anaeróbico y anóxico puede ayudar a disminuir la producción de lodos, y la alternancia de ciclos puede reducir el rendimiento de los lodos activados convencionalmente en aproximadamente un 50%.
Cómo reducir los SVA de las aguas residuales después del tratamiento
Cuando los procesos de tratamiento biológico producen VSS, las plantas de tratamiento pueden espesar los sólidos y utilizarlos como enmiendas de compost o trasladarlos fuera del emplazamiento. Una planta puede eliminar los VSS de las aguas residuales en los siguientes pasos:
Espesamiento
El espesamiento suele ser la primera etapa del proceso de tratamiento de lodos. Durante esta fase, los lodos primarios o secundarios se agitan y se mezclan con los agentes clarificantes, creando grumos sólidos más grandes.
Deshidratación
La fase de deshidratación del proceso de tratamiento de lodos consiste en reducir el contenido de agua mediante uno de los siguientes procesos:
- Centrifugación: La centrifugación es un proceso rápido que separa líquidos y sólidos mediante un recipiente cilíndrico giratorio. El rápido movimiento de rotación de la cuba separa los líquidos de los sólidos en función de su densidad, de modo que los sólidos se desplazan al fondo de la cuba y los líquidos a la parte superior.
- Filtración: Un proceso de filtración fuerza el paso del agua a través de los lodos mediante un filtro prensa, un filtro prensa de cinta o una prensa de tornillo.
- Evaporación: La evaporación es un proceso que aumenta la concentración de un soluto utilizando calor. El vapor de condensación produce calor que vaporiza el agua de los lodos.
Las plantas de tratamiento tratan los lodos como material sólido si contiene entre un 50% y un 75% de agua. Si contiene más de un 75% de agua, las plantas tratan los lodos con un tratamiento posterior.
Digestión
Durante la fase de digestión del proceso de tratamiento de lodos, una planta de tratamiento reduce la cantidad de materia orgánica y microorganismos presentes en los lodos sólidos. Este proceso se lleva a cabo por uno de estos tres métodos:
- Digestión aeróbica
- Digestión anaerobia
- Compostaje
Eliminación
En la etapa final del proceso de tratamiento de lodos, los lodos deshidratados se trasladan a los vertederos. Una planta puede utilizar uno de los siguientes métodos para transportar los lodos a un vertedero designado:
- Vertedero
- Recuperación
- Incineración
- Aplicación terrestre
Cumplimiento de las normas VSS sobre aguas residuales
La EPA establece y aplica directrices sobre efluentes o normas de vertido de aguas residuales que varían según el sector. La EPA crea estas normas basándose en las mayores reducciones de contaminantes posibles para una industria en función de los siguientes factores:
- Características del vertido, como variabilidad del caudal, aguas pluviales o contaminantes
- Prácticas, tecnologías o equipos que utiliza una planta para tratar los vertidos
- Factores económicos
- Prácticas del sector
Para determinar las mayores reducciones de contaminantes económicamente posibles para una industria, la EPA identifica las mejores soluciones o tecnologías de tratamiento de aguas residuales. A continuación, la organización basa sus requisitos normativos en el rendimiento de la tecnología. Aunque la EPA no exige que una planta de tratamiento de un sector utilice la mejor solución o tecnología, sí le exige que cumpla las normas reglamentarias que se basan en la tecnología más eficaz.
Soluciones más eficaces para reducir el VSS
Algunos métodos de tratamiento funcionan mejor que otros a la hora de eliminar organismos orgánicos como las bacterias de las aguas residuales. Elegir la solución de tratamiento de aguas residuales adecuada puede ayudar a las plantas a cumplir las normas de la EPA, ahorrar dinero y reducir el consumo de energía.
Los métodos de reducción de VSS más eficaces son:
Reactor de biopelícula de lecho móvil
Un sistema de reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR) es un proceso de tratamiento biológico que utiliza pequeños organismos para ayudar a descomponer los residuos. Un proceso biológico utiliza los procesos celulares naturales y la materia orgánica de las aguas residuales para descomponer los residuos en partículas más pequeñas y consumirlos. Los microorganismos implicados también transforman los materiales de desecho complejos en sustancias más simples que son más fáciles de filtrar por los equipos de tratamiento de aguas residuales. Un sistema de tratamiento biológico puede funcionar de forma independiente, pero lo más frecuente es que forme parte de un sistema más completo.
Un sistema MBBR es uno de los procesos de tratamiento biológico más eficaces, lo que lo convierte en una opción popular para las plantas de tratamiento de aguas residuales. Descompone los organismos orgánicos utilizando los siguientes componentes:
- Tanque de aireación: Un proceso MBBR se lleva a cabo dentro de un tanque de aireación o cuenca con una parte superior abierta que permite la entrada de una gran cantidad de oxígeno. Las aguas residuales entran en esta balsa y pueden salir a una segunda balsa para un procesamiento MBBR adicional o un tratamiento posterior.
- Medios: Miles de virutas de plástico cubiertas de biopelículas ocupan hasta el 50% o 70% de un tanque de aireación. Los medios pueden tener forma de discos o de pasta en forma de rueda, y se mueven libremente en el acuario, proporcionando mucha superficie para que las bacterias crezcan y prosperen. Las bacterias crecen en el medio en múltiples capas, lo que permite al sistema MBBR autorregularse y recuperarse más rápidamente que otros procesos si se produce un cambio de pH.
- Tamiz: Un tamiz es un material de malla que permite que el agua salga del tanque mientras mantiene los medios en el interior.
- Rejilla de aireación: La rejilla de aireación de un sistema MBBR es un ventilador que ayuda a los medios a moverse por todo el tanque para que puedan recoger los residuos de forma eficaz y eficiente.
Las bacterias presentes en los medios de un sistema MBBR digieren la materia orgánica presente en las aguas residuales y convierten la materia soluble en biomasa. A continuación, un sistema de separación de sólidos elimina la biomasa aguas abajo. El tipo de microorganismos que una planta de tratamiento introduce en su sistema MBBR depende del tipo de residuos que necesita eliminar. Por ejemplo, una planta introduciría desnitrificantes como Alcaligenes, Paracoccus o Pseudomonas para convertir el nitrato en nitrógeno gaseoso, un proceso también conocido como desnitrificación.
Sistema integrado de fangos activados de película fija
Un sistema integrado de fangos activados de película fija (IFAS) es similar al sistema MBBR porque utiliza el crecimiento de biopelículas para mejorar la eficacia de la tecnología de tratamiento de aguas residuales y reducir los VSS. El proceso IFAS combina portadores de biopelículas con una balsa de lodos activados o una mezcla de agua y lodos activados.
Durante el proceso IFAS, las aguas residuales fluyen hacia un tanque de aireación que contiene altos niveles de oxígeno que favorecen el crecimiento microbiano y la descomposición de los residuos orgánicos. A continuación, el agua sale a un depósito de decantación que separa los residuos restantes del agua.
Cómo la aireación difusa mejora los sistemas de lodos activados y MBBR
La aireación es una parte crucial de un proceso de lodos activados o MBBR porque empuja oxígeno al tanque a través de difusores. Un difusor presenta pequeñas rendijas que crean burbujas cuando el aire entra en contacto con el agua. Estas burbujas alimentan a los microorganismos utilizados en un proceso MBBR o de lodos activados, aumentando la velocidad y la eficacia del sistema.
El aire que los difusores añaden a un tanque también mezcla las aguas residuales, ayudando a que los sólidos permanezcan en suspensión para evitar la acumulación excesiva de lodos.
Mejorar la reducción del VSS con equipos y materiales eficaces
El proceso de aireación puede consumir aproximadamente el 60% de la energía de una planta de tratamiento. Elegir el equipo adecuado puede reducir significativamente el consumo de energía y los costes generales de funcionamiento.
Difusores de burbujas finas y gruesas
Los difusores de disco y placa de burbuja fina dispersan el oxígeno mediante burbujas pequeñas, mientras que los difusores de burbuja gruesa producen burbujas grandes. Los difusores de burbuja fina son más eficaces porque tienen una mayor tasa de transferencia de oxígeno.
Membranas difusoras de aireación de politetrafluoroetileno
Algunos difusores presentan una superficie de politetrafluoroetileno (PTFE), que puede ralentizar la formación de incrustaciones e incrustaciones y disminuir el consumo de energía en un tanque de aireación. Las membranas difusoras de PTFE pueden ayudar a reducir los costes de funcionamiento y la frecuencia de mantenimiento, aumentando el tiempo de actividad de los equipos. Las membranas de PTFE también suelen durar más que otros tipos de membranas porque mantienen su forma plana durante más tiempo.
Reduzca el VSS con las soluciones de tratamiento de aguas residuales de SSI Aeration
Reducir los VSS en las aguas residuales es crucial para el medio ambiente, la salud humana y el cumplimiento de la normativa. Aunque hay varios métodos que pueden ayudar a reducir los SVA en las aguas residuales, encontrar la solución adecuada puede reducir significativamente los costes de explotación, aumentar la longevidad del sistema e incrementar el tiempo de funcionamiento del equipo.
SSI Aeration ofrece soluciones de alta calidad para el tratamiento de aguas residuales, como Sistemas MBBR, Sistemas de aireación, Sistemas IFAS, Difusores de burbuja fina y Difusores de burbuja gruesa. También puede confiar en SSI Aeration para una instalación adecuada, servicios de diseño e ingeniería y pruebas de laboratorio para garantizar que su sistema ofrezca el máximo rendimiento. Póngase en contacto con SSI Aeration para obtener más información sobre los sistemas y equipos de tratamiento de aguas residuales disponibles y cómo elegir la opción adecuada.
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