Una de las características principales de la sociedad...

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Agua

Módulo de Modelización y Simulación de Plantas de Tratamiento de Agua Prohibida toda reproducción parcial o total de este documento sin autorización Página 1 de 50

Una de las características principales de la sociedad actual es su creciente preocupación por el medio ambiente y dentro de lo que se ha denominado “Desarrollo Sostenible”, cobra especial importancia la necesidad de depurar los vertidos de aguas residuales antes de alcanzar los cauces receptores

En este sentido numerosas organizaciones pusieron de relevancia que había que adoptar soluciones o tratamientos contra estos vertidos contaminantes. Así la Directiva del Consejo de la Unión Europea 91/271/CEE estableció que los estados miembros velarían por que sus aguas residuales urbanas serían objeto de tratamiento secundario o equivalente antes del 31 de diciembre del 2000 para aglomeraciones que presenten más de 15000 habitantes-equivalentes y 31 de diciembre del 2005 para el resto

Esta ley se Traspuso en España el 28 de Abril de 1995 naciendo el “Plan Nacional de Saneamiento y Depuración de aguas Residuales 1995-2005” mediante el cual se pretende cumplir la Directiva 91/271/CEE con una inversión total de 1,8 billones de pesetas

Es conveniente siempre que se pueda justificar por causas de construcción y buscando las ventajas económicas de escala preferir una depuradora a varias equivalentes de tamaños inferiores. Es por ello, que la mayoría de las soluciones adoptadas son depuradoras para medianas y grandes poblaciones (Población mayor de 20000 habitantes)



Pero en muchos países debido a su extensión, su densidad de población o sus recursos, cuentan con un gran número de poblaciones (menores de 15000 h-e) separadas por distancias considerables unas de otras. Esto impide la construcción de depuradoras comunitarias y entra en escena el termino “pequeñas plantas depuradoras”

Entenderemos por pequeñas plantas depuradoras aquellas que han sido diseñadas y dimensionadas para núcleos de población menores a 15000 habitantes-equivalentes

El creciente desarrollo del turismo rural, las urbanizaciones en zonas y parajes naturales, etc., unido a la falta de planificación, legislación adecuada, personal especializado y sobre todo de medios económicos, repercute en una mala gestión tanto de la construcción como en la explotación de las plantas depuradoras

Esta problemática, que se desarrollara con mayor detalle en la siguiente sección, ha desembocado en la búsqueda de soluciones especiales para el tratamiento de estos vertidos. Cobra en este punto gran relevancia técnicas como son la modelización, control y simulación, como alternativa fiable al correcto diseño y dimensionamiento de estas plantas

En los grandes y medianos núcleos de población, los costes de construcción y explotación de las EDAR son considerables y su financiación y planificación corre a cargo de organismos nacionales (Ministerio de Fomento en España), autonómicos o regionales, ayuntamientos locales o empresas privadas



En los pequeños núcleos de población, generalmente cada ayuntamiento o urbanización, recibe la financiación y éste se encarga de la construcción y explotación de su propia EDAR. La falta de legislación adecuada, los bajos recursos económicos destinados a su mantenimiento y no disponer del personal adecuado conlleva generalmente a una mala gestión en la construcción y posterior explotación, que repercute en afluentes de mala calidad que producen deterioros en su medio receptor.

El primer grave problema es la falta de planificación y planteamiento de alternativas, que permitan seleccionar la más adecuada en cada caso. Los proyectos no son adecuados, por partir de datos erróneos, por no considerar la solución más adecuada en cada caso, partir de una base teórica incorrecta (La legislación de vertidos, diseño,... es la misma para pequeñas que para grandes depuradoras) y por la falta de definición funcional, hidráulica y de la instalación de energía

Así por ejemplo uno de los principales fallos se debe a la falta de estudios serios en cuanto a la estimación de los parámetros de diseño. Se presume que todos los núcleos presentan características semejantes, estableciéndose unos parámetros fijos de caudales y cargas contaminante en función del número de habitantes. Se olvida la realidad que estos pequeños núcleos sufren grandes variaciones en los rangos de caudal y de carga en función de sus actividades, costumbres, consumos, etc.

Como las obras las contrata el ayuntamiento local, la escasa atención en la dirección de las obras, no prestando la atención debida al aspecto funcional: calidad de equipos e instalaciones, falta de medios e instrumentación, etc. Conlleva a un desconocimiento total de las operaciones de mantenimiento y explotación que deben llevarse a cabo una vez que dichas instalaciones son entregadas por el constructor

La falta total de interés de los usuarios de la depuradora que descuidan la preparación del personal a cargo de la explotación y mantenimiento, repercute en una falta de control del funcionamiento y rendimientos de la planta. El sueldo del personal necesario para la gestión de la planta en ocasiones es superior al del alcalde o administrador, resultando insuperable para muchas comunidades,



que encargan el mantenimiento y control de estas instalaciones a trabajadores (alguaciles, etc.) no preparados

Pero quizás sean las causas económicas, las principales para justificar la paralización o el abandono. Así por ejemplo, cuando se producen averías, (tener un “stock” de repuestos requiere una alta inversión y no se dispone de personal adecuado (electro-mecánicos, ...)) los costes de reparación son elevados y las plantas permanecen paradas largo tiempo

Dentro de estos problemas también citaremos: - Los elevados costes de construcción, mantenimiento y explotación. - No establecer recargos adecuados para garantizar la buena marcha del servicio. - La fuerte repercusión de la amortización, aumentada por el envejecimiento prematuro de equipos e instalaciones, por falta de mantenimiento adecuado. etc.

El elevado coste, antes mencionado, junto con los de energía eléctrica y control de laboratorio, encarecen tanto el mantenimiento de las pequeñas EDAR que han sido causa de que más del 90 % de las mismas se encuentren en la actualidad paradas o mal explotadas y en general en condiciones de mantenimiento precarias

De acuerdo a lo expuesto anteriormente el sistema debe de cumplir una serie de objetivos en cuanto a la planificación, costes y personal con la garantía de no contaminar los recursos hidráulicos



El funcionamiento del equipo sea la más natural posible, intentando la máxima integración en el medio ambiente. El sistema debe ser lo más simple posible, eliminando todas aquellas unidades de proceso no necesarias, si bien se tienen que tener en cuenta las condiciones de vertido y que los rendimientos deben ser los necesarios, pero no más

El funcionamiento debe ser eficaz en un alto rango de caudal y de carga, ya que para los núcleos pequeños sobre todo menores de 2000 habitantes el caudal máximo puede llegar a oscilar entre 6 y 9 veces el caudal medio. De igual manera, los vertidos ganaderos y agrícolas requieren que generalmente soporten altas cargas orgánicas

El sistema elegido debe representar la mejor opción tanto funcional como económica, por ello la simulación de las distintas alternativas y la optimización del proceso por ordenador cobra especial importancia

Para eliminar o reducir el problema económico hay que reducir el gasto de energía. Los equipos deben tener bajo consumo energético y máxima independencia de las fuentes de energía exteriores

También hay que evitar automatismos o sofisticaciones, que pudieran requerir mano de obra más cualificada, o fuerte dependencia de empresas exteriores. Además se reduciría el coste de las averías y los tiempos de parada de la planta.

Los equipos deben requerir un mínimo mantenimiento y estar en instalaciones donde sus posibles fallos o los fallos de proceso, causen el mínimo deterioro a la calidad del afluente

Se deben elegir procesos que exijan mano de obra reducida y poco especializada. Se dará prioridad a procesos que requieran un tiempo mínimo de operador.



Una buena opción para las pequeñas comunidades es tener el mantenimiento y control mancomunados, con esto se consigue tener personal con la preparación adecuada y con una correcta dirección técnica, una disminución de los costes y tiempos de reparación al crear un “stock” de piezas para el conjunto de las EDAR, y un descenso de los costes de control al unificarse la toma de muestra y su envió al laboratorio

Por todo lo anteriormente citado estas instalaciones reciben el nombre de Sistemas de bajo coste, su filosofía se basa en copiar los fenómenos naturales y sus procesos, pero en menos tiempo y espacio, reduciendo al máximo la acción del hombre y evitando consumos energéticos no naturales

Hay múltiples maneras de clasificar estos sistemas de bajo coste, para este curso se han clasificado de la siguiente manera: Sistemas individuales, Sistemas Naturales o tecnología “Blanda” y Sistemas convencionales adaptados a pequeños municipios.

Los sistemas individuales o primarios se denominan así porque en la mayoría de las ocasiones se utilizan en urbanizaciones, viviendas aisladas o en construcciones de carácter estacional (balnearios, estaciones de ski, ...) donde por razones técnicas o económicas no se las puede dotar de una red de saneamiento o una depuradora convencional

Estos sistemas están constituidos por las fosas sépticas, tanques decantación-digestión (tanques imhoff, clarigester, etc.) y por sistemas de decantación primaria



Las tecnologías “blandas” o naturales se denominan así porque intentan asemejarse lo más posible a los procesos de autodepuración de la naturaleza, intentando obtener los mismos resultados pero en menos espacio y en menos tiempo

Dentro de estos sistemas nos encontramos los lagunajes naturales que se subdividen según la profundidad en aerobios, facultativos y anaerobios. También se denominan sistemas blandos a los sistemas de biopelículas o film fijo

También son sistemas naturales, los denominados sistemas de aplicación al suelo o geodepuración.Estos son sistemas de infiltración como son las zanjas y pozos filtrantes, los filtros verdes, los lechos de turba y los filtros de arena

Según se recomienda en la norma NTE-ISD/1974 los sistemas individuales tienen que ir acompañados de estas aplicaciones subsuperficiales al terreno (zanjas y pozos filtrantes, los filtros de arena o turba, etc.) que actúan como tratamiento secundario

Por último los sistemas convencionales aplicados a pequeñas plantas. Estos sistemas se basan en los mismos principios de depuración que los sistemas para grandes núcleos, pero sus unidades de proceso se han simplificado o adaptado a las pequeñas plantas

Estos sistemas son sistemas de fangos activos de aireación prolongada, lagunajes aireados o otros sistemas que requieran de aireación artificial. Son más costosos y se necesita ya personal especializado por lo que solo se utilizan en poblaciones de 15000 a 20000 habitantes-equivalentes

Hay otros sistemas de bajo costo también utilizados como son los reactores anaerobios de flujo ascendente (UASB), los sistemas de aireación natural en cascada, etc.. Así como combinaciones de los tipos de plantas antes citados



Los criterios de selección del sistema a implantar vendrán dados en función de la comparación de una serie de parámetros entre ellos destacaremos: la población servida, la superficie necesaria, el tipo de terreno, la profundidad de la capa freática, grado de depuración exigido y los costos económicos

Los sistemas de depuración más simples (sistemas individuales) son utilizados para pequeños rangos de población mientras que los sistemas más complejos (aireación artificial) son utilizados para mayores poblaciones

Es igualmente importante conocer la superficie necesaria para implantar el sistema de depuración deseado, ya que en muchos municipios debido al gran valor del terreno el coeficiente de coste de la primera instalación es particularmente elevado

La normativa establece que se debe realizar un análisis topográfico (emplazamientos, cotas, etc.), geotécnico (estratificación y composición del terreno hasta 4 metros, y profundidad de la capa freática) y hidrológica (clasificación de la zona (sensible o no), cota de nivel del río o lago que recoge el vertido, etc.). Los sistemas de aplicación al suelo no pueden ser empleados cuando la capa freática este a poca profundidad para evitar contaminaciones

El grado de depuración exigido por la legislación condicionara el tipo de sistema a elegir. Los sistemas individuales son los que dan peores rendimiento mientras que los sistemas de aireación artificial son los que dan los mejores



Otro factor importante son los costes económicos englobados en costes constructivos, costes de explotación y de mantenimiento

También influyen otros factores como la estabilidad del proceso, el impacto ambiental que provoca, así como los fangos que estos procesos generan

La legislación española en la norma NTE-ISD/1974 estipula en la siguiente tabla el sistema de depuración a emplear conocida la población, el tipo de terreno y la profundidad de la capa freática

Otra metodología para la elección del sistema a aplicar es mediante la creación de unas matrices de valoración en las cuales se le da un valor numérico, generalmente del 0 al 10 (0 = desfavorable, 10 = favorable) para cada uno de los factores antes mencionado. Si los pesos parciales de cada efecto han sido razonados y justificados se elegirá como solución más idónea aquella que este entre las de máximo puntuación

Las fosas sépticas es un sistema muy sencillo de construcción y explotación, inventado por Jean-Louis Mourais en 1881. El objeto de este tipo de instalaciones es retener las materias orgánicas fermentables hasta su degradación y evacuar el líquido una vez alcanzada esta digestión



La instalación de la fosa séptica depende: Diseño y tipo de construcción, la carga contaminante y sus características, la carga hidráulica, aspectos geológicos y topográficos de la zona (composición terreno, nivel freático, ...)

Las fosas sépticas están constituidas por un depósito estanco cuya forma dependerá de la velocidad de circulación del vertido a través de él, del espesor de la capa de fango que se acumula y de las posibles zonas de estancamiento. Por lo que debe tener las dimensiones adecuadas para evitar espacios muertos en las esquinas, en los que el líquido tenga poco o ningún movimiento

Las fosas sépticas pueden tener uno o varios compartimentos, las más completas tienen 3 compartimentos. En estos compartimentos decantan las materias densas (lodos) y la materia ligera forma una espuma flotante (natas) en la superficie

El agua pasa posteriormente por unos orificios a media altura, a fin de evitar el paso de las natas al siguiente compartimento donde se produce el mismo proceso pero en menos cuantía. Esta conexión es conveniente que sea una H cuyo extremo inferior no debe penetrar en el líquido a una profundidad mayor que la del orificio de salida

En las fosas con uno o dos compartimentos se produce digestión anaerobia de los lodos. Proceso de degradación de la materia orgánica mediante hongos y bacterias anaerobias produciendo CO2, Metano y Sulfuro de Hidrógeno. De esta manera parte de los lodos se licuan o volatilizan y otra parte se depositan siendo necesaria su retirada periódica

En las fosas que tienen tres compartimentos el efluente que pasa a este último compartimento y permanece en él hasta alcanzar cierto nivel, capaz de cebar el sifón y descargar a una segunda zona de depuración biológica. El tercer compartimento estará dotado de entrada de aire, reiniciándose unas condiciones aeróbicas en las aguas vertidas



El número de compartimentos depende de las características de la carga contaminante, así por ejemplo se suelen poner al menos dos compartimentos si la digestión anaerobia es muy rápida, ya que el burbujeo de gases impide una correcta sedimentación

El funcionamiento de estas sencillas instalaciones puede ser alterado por múltiples razones que provocan la inhibición del metabolismo bacteriano. El vertido no debe sobrepasar 200 mg/l de nitrógeno amoniacal y es conveniente no verter grasas, detergentes, lejías o productos de desinfección muy alcalinos, por ello se suelen anteponer cámaras de grasas. También se debe evitar la colocación de trituradores de basura en las viviendas, su instalación incrementa el tamaño de la fosa en un 50 %

Las fosas sépticas se construyen generalmente en forma enterrada y no necesitan ningún equipo mecánico ( sin mezclado y sin calentamiento

Para el buen funcionamiento los conductos de desagüe que conducen el agua a las fosas sépticas deben dimensionarse para conducir un caudal a sección llena de 10 veces el caudal medio correspondiente a la población máxima estimada para un periodo de 20 años

En la mayoría de los casos hay que prever la colocación de una cámara de grasas. Estas se diseñan en función de tiempos de retención logrando el desemulsionado, es decir, los aceites y las grasas son menos densos que el agua y tienden a subir a la superficie, por ello todo dispositivo que reduzca la velocidad de flujo y ofrezca una superficie tranquila actuara como separador de grasas y aceites



Los parámetros de diseño fundamentales de las cámaras de grasas son el caudal máximo de entrada, la relación longitud/altura y el tiempo de retención hidráulico. Por otro lado la velocidad ascensional del agua debe ser aproximadamente 15 m/h para que la superficie este tranquila

Se utilizan fosas sépticas, según E. G. Warner y J. N. Lanoix, para caudales menores de 40 m3/día (200 hab-equivalentes). Su aplicación ha sido muy extendida por todo el mundo, aunque sus normas de dimensionamiento son bastante vagas y dispares variando de unos países a otros

Para el calculo de la capacidad de una fosa séptica se utilizan modelos empíricos, quizás el más utilizado es el establecido por el Manual of Septic Tank Practique U.S. Dept. of Health, Education and Welfare. Siendo en todos los casos la capacidad útil mínima del tanque de 4.500 litros más el 75% del efluente diario de aguas residuales (Normativa Americana).

En España rige la norma NTE-ISD/1974 de “Instalaciones de salubridad : Depuración y Vertido”. Los parámetros de construcción de las fosas sépticas vienen estipulados en función de distintos rangos de población, con un límite de 50 habitantes

La fosa séptica debe dimensionarse para que las aguas residuales permanezcan en reposo durante un determinado periodo de tiempo. Durante ese tiempo los sólidos más densos se acumulan en el fondo formando el fango. Por ello hay que tener en cuenta que el 30 % del volumen total se pierde como consecuencia de la acumulación de fangos y espumas

Así el tiempo de retención hidráulico a caudal máximo, se calcula en función del volumen (teniendo en cuenta el 30% de perdida por el fango acumulado en el fondo del tanque) y el caudal de entrada. Un valor típico; de tiempo de retención hidráulico es de 1 a 3 días



El tiempo de detención mínimo admisible debe ser de aproximadamente 0,5 días para que las dimensiones sean aceptables, ya que operar con tiempos de retención pequeños, sólo la fase hidrolítica y acidogénica tienen tiempo de desarrollarse, pero no la de formación de metano, que es más lenta, dando lugar a malos olores y baja eliminación de materia orgánica

La Longitud del tanque tiene que estar entre dos y tres veces la anchura y la profundidad útil entre 1,2 m y 1,7 m, evitando así zonas muertas. Si la fosa tiene dos compartimentos, el primero tendrá un volumen útil del 66% y con tres compartimentos, el primero tendrá un volumen útil del 50%, y cada una de las otras dos cámaras el 25%.

Según las consideraciones de la EPA (1980) se deben prever dispositivos a la entrada y la salida, que eviten la evacuación de fangos y grasas. Por ello se debe poner una placa deflactora con un resguardo mínimo sobre nivel del agua de 0,30 m para evitar el escape de las grasas, así como filtros para evitar la salida de partículas de fangos

En las pantallas que se utilizan para evitar obstrucciones, tiene gran importancia la profundidad a la que penetran estos dispositivos, ya que de ello depende el volumen de los espacios de clarificación y de fangos. En depósitos prismáticos el dispositivo de salida debe penetrar hasta un 40 % y en los cilíndricos un 35 %. La T o pantalla de entrada debe penetrar 30 cm en el interior del líquido

También se deben prever dispositivos de ventilación que permitan la salida de los gases producidos durante la digestión. Estos conductos deben estar protegidos de cualquier obstrucción. Su abertura exterior debe quedar por encima de las ventanas de las casas próximas y su diámetro debe ser mayor de 7,5 cm

Es conveniente la existencia del compartimento de dosificación (3º compartimento), cuando la superficie del filtro, en zona de nitrificación, sea superior a 160 m2 ó la longitud de la red de distribución sea superior a 90 m. Cuando la longitud de la red de distribución sea superior a 240 m conviene dividir la distribución del compartimento



con dos sifones

Los conductos de salida tienen que dimensionarse para conducir un caudal a sección llena de 5 veces el caudal medio correspondiente a la población máxima estimada para un periodo de 20 años y su pendiente debe ser al menos de un 1 %.

Los sistemas de depuración por tanques de decantación-digestión son análogos a sistemas de depuración por fosas sépticas con las mismas ventajas de no precisar instalación de ningún equipo mecánico y permitiendo caudales un poco más altos (100 m3)

La fosa séptica debido al burbujeo de los gases durante la digestión, consta de un mal decantador que engloba un mal digestor. Son dos fenómenos incompatibles que deben separarse, esto es lo que hace el tanque decantación-digestión en todas sus variantes

Estos sistemas consisten en un deposito que tiene dos compartimentos, uno encima del otro, en el superior actúa de decantador produciendo la separación sólido-líquido, precipitando las partículas pesadas en el fondo, mientras que los más ligeros quedan en la superficie formando espumas

Este primer compartimento tiene forma cónica con una pendiente de al menos del 12% con una pequeña abertura en el fondo pasando los fangos por gravedad al compartimento que hay debajo que actúa como digestor



En el compartimento inferior se lleva a cabo la digestión anaerobia de los lodos a temperatura de ambiente. Los gases son recogidos y expulsados a la atmósfera a través del sistema de venteo. La abertura que comunica ambas cámaras impide el paso de los gases y de las partículas de lodo que asciende con estos, a la cámara de sedimentación

Existen actualmente numerosas denominaciones de estos tanques decantación digestión en función de su forma y distribución. Así los más comunes son: Tanques Imhoff, tanques Emscher, tanque Kremer y tanque Clarigester

El tanque desarrollado por Imhoff fue el primero de estos tanques decantación-digestión por ello se les suele conocer también por este nombre. Generalmente tiene dos esquemas uno en el que la comunicación entre las dos cámaras es central y otra en la que es periférica

El tanque Emscher es totalmente similar al tanque Imhoff

En el tanque Kremer la cámara de decantación y la de digestión están separadas, pero no colocadas de forma superpuesta

El tanque Clarigester es un tanque Imhoff mecanizado, cuya mecanización garantiza resultados uniformes y controlados. La entrada del efluente en el depósito superior tiene lugar por una tubería radial que termina en un cilindro central sumergido. La circulación es radial hacia la periferia donde pasa a un canal circular

Estos tanque tiene una barredera mecanizada que recoge y elimina los fangos en la parte inferior y en la superior recoge la espuma



En el dimensionamiento de los tanques decantación digestión hay que distinguir dos zonas: La zona de decantación y la zona de digestión

Al igual que en las fosas sépticas, el vertido de grasas, detergentes, lejías o productos de desinfección muy alcalinos, suelen provocar graves anomalías en el proceso, por ello se suelen anteponer cámaras de grasas. Los parámetros de dimensionamiento son los mismos que en las fosas

El dimensionamiento de la zona de decantación dependerá fundamentalmente del tiempo de retención hidráulico y de la velocidad ascensional, generalmente estos criterios se basan en la experiencia de Imhoff. Tiene que tener las dimensiones adecuadas para que la velocidad horizontal no supere los 0,30 m/min

También hay legislaciones que dimensiona la zona de decantación en función de los habitantes equivalentes, así la legislación francesa establece que estas instalaciones se deben utilizar para poblaciones entre 30 y 100 h-e, con un volumen para la zona de decantación de 40 litros por habitante-equivalente

En España rige la norma NTE-ISD/1974 de “Instalaciones de salubridad : Depuración y Vertido”. Los parámetros de construcción de las tanques decantación digestión vienen estipulados en función de distintos rangos de población, con un límite de 100 habitantes

Para la capacidad del compartimento de lodos también se puede diseñar en función de los habitantes-equivalentes y el tipo de vertido al tanque. También en función del caudal de entrada a la planta así el volumen de digestión para un periodo de retención de los fangos en digestión de 4 meses es equivalente a un 80% del caudal medio de



entrada en la depuradora

Estos también se pueden dimensionar en función de los litros por habitante equivalente servido, Imhoff considera los valores de la tabla para poblaciones inferiores a 5000 habitantes. Aunque Imhoff recomienda multiplicar el valor de digestor en frío por 1,5 cuando el clima sea continental y los inviernos rigurosos

Para poblaciones mayores el dimensionado del digestor anaerobio se fijará para un tiempo de retención acorde con el siguiente gráfico en función de la temperatura

Es igualmente importante tener en cuenta la carga volúmica (es importante asegurar siempre una carga continua de alimento, en tanques imhoff; sin calefacción y una etapa £ 0,4 kg SSV/m3d), el pH (las metanobacterias viven en rangos de pH estrechos 6,2 a 8) y los ácidos volátiles

Otras legislaciones dimensionan la zona de digestión de manera análoga a los valores experimentales de Imhoff. Así la legislación Suiza y Americana (Public Health Service) diseñan teniendo en cuenta la tasa de acumulación de fangos anual, aunque estos valores pueden variar si el tanque se encuentra englobado dentro de un sistema más completo (lechos bacterianos, fangos activos, etc.).

También se pueden acoplar varios sistemas de tanques en serie, la longitud será de 3 a 5 veces el ancho. Longitudes normales son de 7,5 a 30 m y la profundidad total útil de este tipo de tanques oscila de 6 a 9 metros

El resto de componentes que pueden llevar acoplados estos tanques: sistemas de control, placas deflectoras, etc., se diseñan de forma similar a las fosas sépticas



La instalación tanto de las fosas como de los tanques decantación digestión requieren un primer control o prueba de puesta en servicio. Este control consiste en comprobar la estanqueidad del depósito llenandolo durante 48 horas.

En estas instalaciones es necesario inspecciones periódicas, por lo que el espesor de la capa de tierra que cubre el depósito no debe ser superior a 30 o 40 cm. En todo caso los registros de inspección deben salir hasta nivel del suelo, adoptándose las medidas necesarias para evitar la entrada de aguas residuales al depósito

Para la inspección y mantenimiento se precisan bocas de acceso. Para los pequeños tanques es necesaria una boca de acceso situada sobre la tubería de entrada. En los depósitos grandes es necesario dos bocas de acceso, una sobre la entrada y otra sobre la salida. Estas bocas tienen que tener como mínimo 50 cm de lado ó 60 cm de diámetro

Se debe efectuar una limpieza de las unidades de pretratamiento cada mes, así como revisar periódicamente dependiendo del tamaño de la fosa o tanque los filtros de entrada y salida

Según las recomendaciones de la O.M.S., la extracción de fangos se realizara cada 2 años aproximadamente para las fosas sépticas y cada 4 a 6 meses en los tanques decantación-digestión. Esta operación se realizara generalmente de manera mancomunada a fin de reducir costes

La Norma Española NTE/ISD/1974 recomienda que una vez al año, la fosa séptica se vacié mediante una bomba, se ventile, se retiren los fangos y se limpie a fondo con agua a presión. Para los tanques decantación digestión cada 2 meses se eliminaran la mitad de los lodos depositados y cada semana se comprobará el libre paso de los sólidos al



compartimento de digestión, adicionando sobre este lechada de cal si se detectan malos olores

Las fosas sépticas no suelen disponer de automatismos, aunque algunas van dotadas de un sistema antidesbordamiento. Este sistema consiste en una boya flotador conectada a una alarma. Dicha alarma salta cuando se supera el nivel de seguridad de la fosa, impidiendo que se reviente

Cuando el afluente de la fosa alimenta a sistemas secundarios como infiltraciones a terrenos con gravas gruesas, que se desarrolla en condiciones aerobias, se debe dosificar el vertido mediante bombeo o sifón de dosificación. Esto permite una dosificación sobre el terreno adecuada sin que se produzcan sobrecargas.

Las zanjas y los pozos filtrantes son aplicaciones subsuperficiales de las aguas residuales al suelo, después de un pretratamiento previo. En consecuencia, éstas se eliminan bien con aprovechamiento del agua y de los nutrientes contenidos o bien sin utilización alguna como es la infiltración

El suelo, en función de su textura y permeabilidad actúa como un filtro biológico, donde se desarrollan fenómenos químicos, físicos y bioquímicos, sobre las aguas vertidas. Es decir, el agua en su paso a través del terreno se depura por vía aerobia y pierde las partículas en suspensión.



Las zanjas filtrantes son tuberías perforadas excavadas en el terreno que recogen y distribuyen el agua uniformemente a través de la arena o material filtrante que les rodea, donde se producen los procesos de retención de las partículas en suspensión y su posterior eliminación por vía aerobia

Las aguas procedentes del tratamiento primario (decantación primaria, fosa séptica, tanque decantación-digestión, ...) es recogida mediante una arqueta de reparto a donde se distribuye uniformemente a todas las zanjas

A fin de evitar el desbordamiento del agua que se infiltra en el terreno, porque llega un exceso de caudal superior a la carga hidráulica que soporta el terreno, se suelen añadir tanto en la salida de los sistemas de tratamiento primario como en el terreno donde se instalan las zanjas bombas dosificadoras de caudal

Los pozos de infiltración presenta más dificultades de construcción que las zanjas o canales, y aunque los efluentes obtenidos son de gran calidad, tienen el inconveniente de un mayor coste de construcción

Están indicados cuando el nivel freático esta a más de 4 metros de profundidad, y en tal caso pueden construirse pozos que dispongan de una gran superficie vertical respecto de la ocupada en horizontal. De esta forma se obtiene la forma de ocupar menos superficie de terreno que las zanjas

Los pozos de infiltración solo se usan en instalaciones en zonas del Sureste español (Almería) ya que necesitan grandes profundidades y estar alejados de las aguas subterráneas. Además el terreno debe estar constituido por gravas, arenas gruesas o medias.



Estos sistemas suelen emplearse como tratamiento secundario detrás de un sistema individual que actúa como tratamiento primario. Es decir, después de un proceso anaerobio, la línea de agua completa su depuración con una etapa aerobia

El diseño de dichas zanjas depende de la forma y tamaño del área disponible, de la capacidad requerida, de la topografía del terreno y de la tasa de infiltración del subsuelo. Es igualmente recomendable realizar un análisis cualitativo de las principales propiedades indicativas de la capacidad absorbente del suelo, como lo son: textura, estructura, color y espesor de los estratos permeables

Para diseñar adecuadamente estos sistemas es necesario realizar ciertos ensayos para determinar la capacidad de infiltración del suelo, pruebas en las cuales se mide la velocidad de infiltración del terreno calculando el tiempo de descenso de una lámina de agua en 2,5 cm

Así la anchura de las zanjas filtrantes y la superficie de terreno a utilizar depende de las pruebas de infiltración del terreno o bien de los tipos de terreno sobre los que se efectúa la filtración

Si las características de las zanjas dependen de los ensayos de infiltración, en función del tiempo de descenso de la lamina de agua se obtiene los valores de carga hidráulica y absorción efectiva del terreno que nos permite calcular la superficie de terreno total necesaria para la evacuación de las aguas residuales



En el caso de no hacer los ensayos de infiltración se utilizaran los valores de organismos como la EPA en función del tipo de terreno. En la tabla se recogen las tasas de infiltración aproximadas en función del tipo de terreno

De manera similar a lo visto anteriormente, en función del tipo de terreno se obtienen los valores de carga hidráulica y absorción efectiva del terreno que nos permite calcular la superficie de terreno total necesaria para la evacuación de las aguas residuales

La normativa española establece que las zanjas filtrantes se dimensionen en función de los habitantes equivalentes servidos con una dotación media menor o igual a 250 l/he.d. Son también validas todas las alternativas que mantengan el producto de N (número de zanjas) por L (longitud de cada una de ellas)

Las zanjas no deben ser demasiado largas, de lo contrario, el efluente no se infiltraría con uniformidad en el terreno, por ello las zanjas no deben tener una longitud superior a 30 m

Una vez dimensionadas las zanjas están deben descansar sobre una capa de 15 cm como mínimo de material filtrante. Después se tienden las tuberías con la inclinación necesaria (15 – 30 %) y se recubren de una capa de material filtrante de 5 cm como mínimo. Como material filtrante se puede utilizar grava lavada, piedra machacada, escoria metálica o de hulla de 1,2 a 6 cm de tamaño

Las aguas superficiales deben desviarse del terreno de evacuación a fin de evitar que éste se inunde, especialmente durante las lluvias intensas. A veces conviene construir uno o varios pozos de infiltración, al final de las zanjas, para recoger el exceso de efluente y para facilitar la ventilación de las zanjas



Como parámetros de diseño se pueden utilizar los indicados por Rohuart (1986): * CH tasa de aplicación m3/m2/día = 0.025-0.05 * Profundidad del pozo (m) = 3 a 6 * Diámetro del pozo (m) = 1.8 a 3.6 * Separación del fondo a nivel freático = > 1,2 * Separación entre ejes de pozos = > 4 Diámetro

Las características de los pozos filtrantes (número de pozos, diámetro y altura) según la normativa española dependen de litros vertidos por habitante-equivalente y día

En algunos casos el tipo de terreno hace inutilizable los sistemas de aplicación subsuperficial al suelo antes mencionados, debido a su baja o excesiva permeabilidad. Se sustituye el suelo natural por uno artificial, de permeabilidad controlada como son los filtros de arena y de turba

Tanto los filtros de arena, como los de turba tienen un comportamiento similar a las zanjas filtrantes, el agua pasa a través de ellos depurándose al retenerse los sólidos y producirse una depuración aerobía, ya que la aplicación del agua se hace de forma intermitente para conservar las condiciones aerobias y no saturar de forma permanente el lecho

El agua se distribuye por la parte superior del filtro a través de unos conductos perforados, está pasa a través de un lecho de arena. En la parte inferior del lecho se sitúa la tubería de recogida, rodeada de una capa de grava, que actúa como drenaje. El fondo se recubre de hormigón o otro material impermeable para evitar infiltraciones

Los filtros de arena pueden ser de dos tipos: Filtros de arena enterrados y accesibles. Los filtros enterrados se recubren de una capa de hormigón, teniendo el inconveniente que si alguna vez llegan a obstruirse tienen que ser remplazados



Los filtros de turba consiste en un lecho de turba asentado sobre arena y grava, todo ello situado en una excavación realizada en el terreno. En el fondo dispone de un sistema de drenaje para recoger el efluente sobre un fondo impermeabilizado

La turba es el resultado de la degradación biológica por acumulación de materia vegetal en condiciones anóxicas. La turba presenta propiedades adsorbentes, formando complejos con las sustancias disueltas o en estado coloidal, que lleva el agua residual

El agua residual ocupa un espesor de 20 cm sobre la turba se filtra a través de dicha capa durante un tiempo limitado (10 días), siendo necesaria la retirada de la materia en suspensión que ha quedado retenida en la superficie de la turba. Después se deja un periodo de recuperación de 20 días antes de iniciar el proceso por eso es necesario contar con dos lechos en paralelo

En estos sistemas el agua residual a depurar se pone en contacto con el lecho durante un determinado tiempo de residencia. El agua residual requiere previamente un pretratamiento y un tratamiento primario, con el fin de eliminar sólidos gruesos, materia en suspensión y aceites y grasas

Las ventajas de estos sistemas son: Consumo energético nulo, salvo bombeos, bajo costo de explotación, fácil adaptación a diferentes cargas y caudales, no requiere personal cualificado para su explotación, no produce malos olores, se pueden utilizar en climas fríos ya que la turba ni la arena se congelan, la arena es inerte y el consumo de turba es pequeño, se suele utilizar durante 6 u 8 años y se requieren pequeñas extensiones de terreno

Las desventajas son: rendimientos no muy elevados comparados con los sistemas de aplicación subsuperficial y superficial al suelo, exige más superficie que los sistemas tecnológicos de depuración convencional adaptada y tiene gastos de mantenimiento similar a la de estos procesos de depuración



Los lechos de turba: sobre un terreno impermeable se colocan tres capas, una capa inferior de grava (10 cm), una capa de arena (10 cm) y una capa superior de turba (50 cm). El agua residual pasa por gravedad a través de estas capas, los sólidos en suspensión quedan retenidos en la turba donde al estar aireada se producen proceso de depuración biológicos, el agua depurada se recoge en la parte inferior mediante drenaje

En el dimensionamiento de la superficie de los lechos de turba influyen fundamentalmente el caudal a depurar y su carga orgánica. En muchas ocasiones se suelen utilizar dos lechos, uno en funcionamiento y otro en reserva para su aireación y mantenimiento. O también de manera opcional se suelen poner en serie a fin de aumentar los rendimientos

El rango de aplicación de estos sistemas esta entre 500 a 5000 habitantes. La superficie precisa para un espesor mínimo de 0,4 a 0,8 m se puede calcular también en función de los habitantes equivalentes. Así mismo la carga hidráulica que soporte el sistema vendrá dado en función de las características específicas de la turba

Los filtros de arena tienen un espesor de 60 a 90 cm de arena que tiene un grosor efectivo de 0,35 a 1,0 mm y un coeficiente de uniformidad de 4. Esta arena esta asentada sobre una capa de gravilla de 8 cm de espesor y granulometria de 5-6 mm y una capa de grava de 25 cm y tamaño 6-12 mm

En el dimensionamiento de la superficie de los filtros de arena influyen ,al igual que en los anteriores, el caudal a depurar y su carga orgánica. Las tablas de la EPA recogen los diferentes datos de dimensionamiento en función del tipo de filtro



Los filtros de arena se usan como tratamiento terciario, elementos de nitrificación, después de una depuración secundaria. Los datos de dimensionamiento se reflejan en la figura

Los rendimientos alcanzados en los lechos de turba y los filtros de arena suelen estar entre un : 80 a 92 % para los sólidos en suspensión y un 70 al 80 % de eliminación de materia orgánica

El agua se puede depurar a través de su aplicación superficial al terreno de tres maneras distintas: infiltración rápida, escorrentía superficial y los filtros verdes

Este tipo de instalaciones está especialmente indicada para pequeñas poblaciones, que no excedan los 20000 habitantes equivalentes. Se utiliza normalmente para la depuración de efluentes que han sido sometidos a un tratamiento primario o por lo menos a un pretratamiento

En la infiltración rápida, el agua se aplica en unas balsas, cuyo fondo tiene una gran permeabilidad, de forma intermitente. El agua se depura por filtración a través de terrenos de alta permeabilidad

La escorrentía superficial consiste en la descarga controlada del agua residual, mediante aspersión u otro método, a través de un terreno de poca permeabilidad y con pendiente suficiente que se encuentra sembrado de pastizales o masas forestales. El agua se depura por asimilación de la vegetación, evaporación y en menor cuantía



filtración en el terreno

Una variante de este último proceso son los lechos de juncos y wetlands, sistemas de escorrentía en terrenos generalmente pantanosos. Sobre el terreno de origen se excavan lechos de escasa profundidad y se rellenan con grava y terreno de alta permeabilidad donde se plantan los juncales que degradan la materia orgánica aplicada

El filtro verde es un terreno cubierto de cultivos agrícolas, plantaciones forestales, etc. sobre el que se añaden periódicamente aguas residuales procedentes de núcleos urbanos con el fin de conseguir su depuración. Las plantas macrofitas utilizadas normalmente como filtro verde son, los chopos, el jacinto de agua y las espadañas

Es necesario que el terreno cumpla unas condiciones adecuadas para que la depuración sea mas efectiva y pueda ser apto en la utilización como filtro verde, ya que el agua puede pasar a las capas freáticas, salvo que por relieve puedan drenar a la superficie

La depuración se consigue mediante la acción conjunta del suelo, microorganismos y plantas mediante una triple acción: física, química y biológica. El suelo actúa como un filtro físico reteniendo fundamentalmente materia en suspensión. La materia en suspensión retenida, sufre una oxidación bioquímica bacteriana. La oxidación de la materia orgánica de las aguas se produce mediante bacterias aerobias que se encuentran en el suelo formando una película: el humus

En un filtro verde ocurren simultáneamente dos procesos de depuración natural: La debida a la acción de las plantas macrofitas: Macrofitodepuración y la acción del suelo: Edafodepuración.

La Macrofitodepuración: proceso de depuración natural realizado por las macrofitas que utilizan la materia orgánica, los nutrientes y las sales minerales del agua para su propio metabolismo



La Edafodepuración: proceso de depuración natural realizado por el suelo, constituido como soporte de microflora y fauna bacteriana, que se encarga de la degradación de la materia orgánica. (similar a un lecho bacteriano convencional)

En el periodo Primavera–Otoño: macrofitodepuración y edafodepuración actúan con interdependencia: el terreno retiene la materia orgánica de las aguas residuales y la materia orgánica se degrada por bacterias aerobias y se forman ácidos fúlvicos y húmicos. Estos ácidos son asimilados por las raíces de las plantas transformándolos en biomasa forestal

En el periodo invernal: La macrofitodepuración se detiene, ya que no hay actividad forestal y la edafodepuración sigue normalmente su actividad almacenando su reserva de materia orgánica y sales minerales en le terreno, que se utilizarán en primavera por la vegetación. Este proceso es similar a las prácticas agrícolas de abonado en invierno para ser aprovechado en primavera

Las principales ventajas de estos sistemas son su bajo coste económico y sus altos rendimientos, mientras que los inconvenientes suelen ser de tipo higiénico

Los filtros verdes es la aplicación de esa agua residual a cultivos con la máxima rentabilidad. El agua residual aplicada a riego tiene que tener unas características especiales, y el cultivo se debe seleccionar adecuadamente a las características (carga orgánica) de ese agua y al consumo de agua



En el dimensionado se calcula la superficie útil en función del caudal y de la carga hidráulica entrante. Las cargas hidráulicas dependerán del uso que se le dé al agua: riego, infiltración o en los suelos impermeables la escorrentía, y de la carga orgánica que esta tenga. Si son aguas de baja carga se suelen utilizar para riego, sobre todo de árboles madereros

El consumo de agua por las plantas, está determinado en función de la evapotranspiración y varia con las características físicas, el grado de crecimiento, el tipo de cultivo, el nivel de humedad del suelo y el clima local. Así podemos calcular la dotación de agua necesaria para el riego en función de la permeabilidad del suelo y la evapotranspiración

La evapotranspiración se puede calcular por varias formulas. La formula de Blaney-Criddle ha sido desarrollada y experimentada en zonas áridas y subáridas. Esta formula relaciona la temperatura con diversos factores correctores observados experimentalmente

El coeficiente k comprende varios factores no analizados y definidos por la estadística. La siguiente tabla expone los valores de este coeficiente para diferentes cultivos y tres zonas climáticas.

La formula de Thornthwaite relaciona los factores climatologicos (precipitación mensual y temperatura media mensual) corregido por un factor empírico

La selección del cultivo por lo tanto debe de depender de: la capacidad de asimilación de los nutrientes, de los consumos de agua, de la superficie a utilizar, de la calidad del agua residual y su toxicidad y de su rentabilidad potencial



Los rendimientos son buenos en eliminación de materia orgánica y materia en suspensión, no así en eliminación de nutrientes. En materia orgánica la eliminación está entre el 94 y el 99%. Los sólidos en suspensión son perfectamente retenidos, en suelos muy finos se llegan a retener incluso hasta colorantes de tintorería. Se consigue también la eliminación de espumas. La eliminación de nitrógeno no se consigue con buenos rendimientos, se ha llegado a encontrar en las aguas subterráneas concentraciones superiores a los 20 mg/l.

Antes de la puesta en funcionamiento de estos procesos hay que comprobar que no existan defectos de circulación o fugas en cualquier punto del recorrido produciéndose un exceso de vertido en puntos donde se observa el terreno encharcado alrededor de las zanjas filtrantes

Los criterios de mantenimiento que se deben seguir para las zanjas filtrantes son la inspección cada dos años, mediante calicatas de 5 m, del estado de la arena, que se lavará o sustituirá en caso de estar colmatada

En los pozos filtrantes una vez cada dos años se levantara la tapa y se inspeccionara el interior del pozo. Si hubiera acumulación de agua, se vaciaran y se limpiaran sus paredes y fondo con agua a presión hasta quitar todo el lodo acumulado en el interior de los orificios, prolongando su limpieza hasta la grava que rodea al pozo, reparándose todos los desperfectos

En los lechos de turba se realizara una limpieza del pretratamiento cada 2 días. El rastrillado y limpieza superficial se llevara a cabo cada 4 a 10 días, mientras que la sustitución de las turbas será cada 3 a 5 años



Los filtros de arena tiene un mantenimiento y explotación similar a los lechos de turba, aunque en este caso se debe acondicionar los filtros cada 2 años sin necesidad de sustituir completamente la arena

Los filtros verdes se limpiara el pretratamiento cada 2 días y se acondicionara el terreno 3 veces por año

Los sistemas de macrofitas tendrán una alimentación alternada cada 1 a 3 días. La extracción de las macrofitas se realizara de 2 a 3 veces por año

Uno de los sistemas de depuración convencional más adaptado a los pequeños municipios es la decantación y digestión separada. Se utiliza para poblaciones a partir de los 500 habitantes

El objetivo fundamental de la decantación es la separación de aquellos sólidos sedimentables que por su tamaño no pueden retenerse en las unidades de pretratamiento ni pueden separarse por flotación



En pequeños núcleos la decantación primaria solo se utilizara cuando vaya seguida de un digestor o de lechos bacterianos y biodiscos. En el resto de los sistemas es mejor suprimirlo, instalando sistemas de pretratamiento (tamices y cámaras de grasas) que eviten atascamientos debidos a los sólidos en suspensión y flotantes

La forma de los decantadores en planta puede ser rectangular o circular

El sistema de recogida de los fangos puede ser rascado de fondo o mediante gravedad dándole al decantador la pendiente necesaria (Decantadores circulares 2 al 8% y en rectangulares de 0,5 a 2%). Estas barrederas tendrán una velocidad entre 0,3 y 1,2 metros por minuto. Siempre que sea posible es mejor adoptar el sistema de recogida por gravedad ya que resulta más económico

Estos fangos pasan a los digestores donde se degradan y se estabilizan. Esta degradación se puede o no hacer en presencia de oxígeno. La digestión en presencia de oxígeno se denomina aerobia y en su ausencia anaerobia

La digestión anaerobia de fangos es el método más común para obtener un producto final aséptico. Este proceso consiste en la degradación biológica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, que obtienen las bacterias del propio alimento, dando lugar a un producto final inerte con liberación de gases (metano, dióxido de carbono,...).

Se denomina digestión o estabilización aerobia de los fangos, a la eliminación en presencia de aire de la parte fermentable de los lodos. Estos lodos trabajando en la zona denominada de respiración endógena disminuyen de forma continua por la acción de los microorganismos presentes en el reactor, a la vez que se produce una mineralización de la materia orgánica. Los productos finales son CO2, agua y productos insolubles inorgánicos.



El fundamento de la separación al igual que en el pretratamiento es la reducción de la velocidad y aumento del tiempo de retención hidráulico, consiguiéndose una eliminación entre el 50 al 60 %, no solo de materia inorgánica sino también orgánica

El diseño dependerá fundamentalmente del tiempo de retención hidráulico y de la velocidad ascensional, que variara según las características geométricas de los tanques: rectangulares o circulares y según el tipo de empleo: decantación-digestión, decantador primario o secundario

El dimensionamiento de estas instalaciones para aplicaciones en pequeños municipios se basan en la experiencia (Imhoff, EPA, etc.) así hay tablas de valores de velocidad ascensional y tiempos de retención hidráulicos óptimos a caudal máxi

Las relaciones dimensiónales entre la altura útil del decantador y la anchura deben guardarse en márgenes estrechos. Así por ejemplo para un decantador rectangular se recomienda que la relación entre la longitud y la altura este entre 10 y 30, y entre la longitud y la anchura entre 2 y 6. Estos parámetros también se pueden calcular por tanteo. (Formulas Huisman)

Las dimensiones en la zona de entrada dependerán del tipo de flujo. Cuando el flujo es horizontal, generalmente decantadores rectangulares, se dimensiona en función de la perdida de carga ocasionada por la entrada del agua al sistema. Cuando el flujo es vertical, generalmente circulares, el agua entra por el centro del decantador a través de un cilindro de entrada que se dimensionara en función de la altura y diámetro del decantador



La longitud del vertedero de salida del decantador se dimensiona en función de la carga de salida y el caudal a tratar. Se suelen como valores típicos de carga los indicados en las tablas. La velocidad de las barrederas estará ente 0,3 a 1 m/min y las inclinaciones de los fondos de dichas rasquetas estarán entre el 2-8 % en los circulares y del 0,5-2 % en los rectangulares

El dimensionamiento de los digestores esta influenciado por la temperatura, del pH y de la concentración de sólidos que entra en el digestor procedentes de los decantadores. En los aerobios además dependerá de las necesidades de oxígeno

Los digestores anaerobios se pueden clasificar en fríos y calientes, dependiendo de la temperatura varia la velocidad de las reacciones biológicas. El volumen del digestor dependerá de la temperatura de digestión siendo más grandes los digestores fríos

Los digestores fríos se utilizan para caudales inferiores a 3000 m3/día y los calientes para caudales superiores a los 2000 m3/día. Debido al alto caudal que entra en los digestores calientes estos generalmente se dimensionan en dos etapas, en la primera etapa (digestores primarios) suele entrar un 75 % del volumen de fangos a tratar y en los secundarios el 25 % restante

Los digestores aerobios para pequeñas comunidades tienen por límite máximo del valor de respiración del fango (respiración endogena) establecido en 0,10 a 0,15 kg O2/kg de materia orgánica y día



Dentro de los reactores anaerobios más utilizados como soluciones integradas de bajo coste para pequeñas comunidades destacamos: Reactores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), reactor EGSB con lodo granular (Expanded Granular Sludge bed), reactores de contacto anaerobio, reactores anaerobios de lecho fijo y de lecho móvil, reactores anaerobios de pantallas, etc

El Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (UASB) fue desarrollado por Lettinga. Son sistemas de tratamiento anaerobio que tienen capacidad para tolerar mayores velocidades de carga que otros sistemas y generan menos biomasa por unidad de residuos degradados.

Este reactor generalmente hace de tratamiento primario, reactor biológico y digestión de lodos, su utilización es en aguas domesticas o bien en aguas de industrias (ganaderas) cuyas características son las idóneas para este tipo de reactor

En los UASB el residuo que se quiere tratar entra por la parte inferior del reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de fango constituido por gránulos

El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y las partículas, es decir, al pasar por la capa de lodo estabilizado, rico en bacterias anaerobias, sufre una degradación. Los gases producidos en condiciones anaerobias (metano y dióxido de carbono) provocan una circulación interior, que colabora en la formación y mantenimiento de los gránulos, haciendo que el lodo se acumule y se mantenga tiempos de estancia celular bastante superiores a los tiempos de estancia hidráulica



En el lodo digerido se adhieren partículas de gas que tienden a escapar por la parte superior del reactor. Este lodo se retiene por la incorporación de deflectores decantadores y separadores de gases en la parte superior. Desgasificados los lodos son distribuidos uniformemente por el fondo del mismo, el efluente tratado es recogido en canaletas en la parte alta del reactor y el gas (conteniendo como principal componente el metano) es conducido para su quema o recuperación

Una modificación del UASB es el EGSB (Expanded Granular Sludge Bed), las elevadas velocidades ascensionales, a las que opera que fluidiza los gránulos, generan un alto grado de agitación que mejora el contacto lodo-agua. Estas velocidades se consiguen por recirculación del efluente o aumentando la relación altura / diámetro en el reactor. Este diseño se está utilizando para aguas de baja carga incluso a temperaturas inferiores a 10 ºC. También parece un sistema adecuado para tratar sustratos tóxicos

Los reactores anaerobios de contacto se mezclan las aguas residuales crudas con lodos recirculados que se digieren en un reactor sellado, sin entrada de aire. El contenido del reactor se mezcla por medios mecánicos o por la inyección de biogás y el efluente del mismo se separa en un decantador o un tanque de flotación. Parte del fango se recircula aumentando la edad de los lodos y parte se descarga a unidades de tratamiento de fangos

Los reactores anaerobios de sistemas de lechos, las bacterias son inmovilizadas sobre un soporte sólido. Estos lechos pueden ser fijos o móviles, y dentro de estos últimos pueden ser expandidos o fluidizados

La forma de operación de estos reactores es similar a la de los UASB, generalmente el agua residual es alimentada en forma vertical en sentido ascendente o descendente, a través de los lechos en los que están inmovilizados las bacterias. El agua residual cubre totalmente estos lechos y se distribuye uniformemente para evitar que se formen caminos preferenciales.



Los reactores de lecho fijo están constituidos por un lecho empacado sobre el cual la biopelícula se desarrolla. La biomasa se encuentra distribuida dentro de un biofiltro tanto formando una biopelícula sobre las partículas de relleno, como formando flóculos que se hayan atrapado entre sus huecos.

Los reactores de lecho móvil, las bacterias son inmovilizadas sobre pequeñas partículas de diferentes materiales inertes (arena, grava, carbón, bolas de vidrio, etc.) que permanecen moviéndose dentro del reactor. Los lechos fluidizados se diferencian de los expandidos en que las partículas soporte son de menor tamaño, permitiendo que una alta velocidad vertical del líquido fluidize el lecho

Los reactores anaerobios de pantallas el agua fluye por encima y por debajo de una serie de pantallas. En este reactor, la biomasa sube y cae, pero sin movimiento horizontal a través del reactor, para que las bacterias permanezcan dentro del tanque. Este reactor es una modificación de los reactores anaerobios de flujo pistón

El dimensionamiento del volumen de los reactores UASB se basa en las altas cargas que es capaz de tolerar (20 kg DQO/ m3 día y de 0,5 - 1,5 kg SS/m3) y bajos tiempos de residencia hidráulicos

Los reactores de flujo ascendente y manto fluidizado (UASB) se diseñan su relación altura/anchura en función de la velocidad ascensional necesaria para mantener el manto de fango en suspensión. La velocidad de flujo ascendente tiene que tener un valor entre 0.6 y 0.9 m/h.



La producción de fangos en estos reactores oscila entre 5 y 9 kg por m3 de reactor y la producción de biogás alrededor de 0,2 m3 de biogás por m3 de reactor, siendo alrededor de 20 litros de metano producidos por habitante y día

Los reactores EGSB se dimensionan de manera similar a los UASB pero trabajan con velocidades ascensionales más altas alrededor de 4 a 7 m/h lo que supone tiempos de retención más bajos de 0,5 a 1 hora. Las razones de alto y ancho son elevadas por lo que tiene una área requerida muy baja

Los reactores anaerobios de contacto se diseñan para tener tiempos de retención cortos y edades de lodo prolongadas. Estos procesos se consideran muy sensibles y de difícil control, no siendo apropiado para tratar afluentes de concentración variable, por lo que se recomienda mantener la carga orgánica y la carga hidráulica relativamente constante para evitar posteriores problemas operacionales

Los reactores anaerobios de lecho fijo son adecuados para aguas con cargas orgánicas solubles o fácilmente hidrolizables, no soporta altas concentraciones de sólidos en suspensión porque se obstruye la biopelícula. Soportan cargas orgánicas altas de esta 15 kg de DQO/m3 día, aunque cuando la carga es alta necesitan recirculación

Los sistemas de lecho móvil es importante el esponjamiento del lecho ya que al aumentar la velocidad del líquido, se alarga el lecho y aunque sigue existiendo contacto entre partículas la porosidad aumenta. Los sistemas de lecho móvil se diferencian en la expansión del lecho: los expandidos un 20 % y los fluidizados un 40 %

Tanto los lechos fluidizados como los lechos expandidos requieren consumos energéticos importantes debido al bombeo de partículas de bajo diámetro y densidad elevada. Soportan altas cargas orgánicas (hasta 40 kgDQO/ m3 día) y poseen tiempos de retención hidráulicos muy cortos



Los reactores anaerobios de flujo pistón (pantallas) tienen una eficacia de eliminación de la materia orgánica e inorgánica próxima al 60 %. Se diseñan para valores de carga de hasta 10 kgDBO/m3d.

Dentro de los reactores aerobios más utilizados como soluciones integradas de bajo coste para pequeñas comunidades destacamos: fosas decantación digestión con biofiltración, oxidación prolongada y SBR (Reactores biológicos Secuenciados)

Los sistemas de fosas con sistemas de decantación digestión más biofiltración se utilizan para núcleos de población de hasta 1000 habitantes o superiores con varios reactores en paralelo. Este sistema de depuración autónoma compacta se muestra como uno de los sistemas sin consumo de energía eléctrica que mayores rendimientos da de eliminación de materia orgánica y sólidos en suspensión.

Este sistema tiene integrado un proceso de tipo físico y biológico aerobio en la línea de agua (decantación y biofiltración) y de estabilización anaerobia en la de fango (digestión). Además pueden completarse estos procesos añadiéndole otros sistemas de aplicación al suelo (zanjas filtrantes, lechos de arena o turba, etc.), desinfección, etc.

El compartimento de decantación esta situado en la parte superior- anterior del reactor, recibe el agua a depurar que al atravesarle lentamente por incremento de la sección de paso, es sometida a un proceso de decantación que ocasiona la separación de las partículas sólidas por el transportadas. Las partículas más ligeras y las grasas flotan y son retenidas por una pantalla deflectora formando una



capa de flotantes. Las partículas pesadas pasan al compartimento de digestión parte inferior-anterior donde son sometidos a un proceso de fermentación anaerobia.

El agua después de ser tratada todavía tiene concentración apreciable de materia orgánica biodegradable que se elimina haciéndola pasar, por medio de un distribuidor, uniformemente por una capa de material de soporte de películas biológicas de gran superficie especifica, que recibe oxígeno de forma continuada y natural

En la capa soporte están adheridos microorganismos activos de naturaleza aerobia, que degradan la materia orgánica. Dicha materia orgánica es absorbida sobre la película biológica y a medida que la película externa se va estabilizando va aumentado de grosor, el oxígeno es consumido antes de que puede penetrar en todo el espesor de la capa por lo que cerca del soporte se crean condiciones anaerobias mientras que los situados cerca de la superficie tienen condiciones aerobias

Además los microorganismos alejados de la superficie al no tener alimento entran en fase endógena de crecimiento (se alimentan de sí mismos) perdiendo la capacidad de adherirse al medio, separándose y saliendo con el efluente, quedando la nueva superficie de biomasa con masa bacteriana activa libre para continuar el proceso de depuración

Estos sistemas muestran múltiples ventajas y resultan muy económicos ya que tanto el consumo energético como el entrenamiento son prácticamente nulos

Otro sistema convencional adaptado para pequeños núcleos urbanos son los sistemas de oxidación prolongada u oxidación total. Este sistema tiene múltiples formas y diseños, desde pequeños sistemas tipo fosa para menos de 1000 h-e hasta sistemas compactos similares a los sistemas de fangos activos de mezcla completa para poblaciones de hasta 20000 h-e



Este proceso corresponde a un tratamiento biológico con aireación y decantación en la línea de agua y una estabilización aerobia por digestión de los fangos, realizado en un reactor compacto. El agua residual después de pasar el pretratamiento pasa a un primer compartimento donde se produce el tratamiento biológico por incorporación de oxígeno (soplantes/turbinas) y recirculación de fangos activados que crea un ambiente propicio para el desarrollo de los microorganismos

Estos microorganismos actúan sobre la materia orgánica suspendida, disuelta y coloidal del agua, transformándola en sólidos sedimentables y floculentos que pueden separarse mediante sedimentación y en productos estables mineralizados parcialmente solubles

El proceso opera con altos tiempos de retención celular dando lugar a una alimentación insuficiente para los microorganismos. Estos compiten por la alimentación residual y a menudo utilizan su propia masa celular como alimento. Este fenómeno en el cual los microorganismos se alimentan de sí mismos se conoce como respiración endógena. Esta situación de competitividad supone un efluente altamente tratado con una producción de lodo baja

Después el agua pasa junto con las fangos a un segundo compartimento (compactos) o al decantador donde bajo condiciones tranquilizadoras y desgasificadoras del agua darán lugar a la sedimentación del fango en el fondo y el agua clarificada saldrá por la parte superior

En plantas grandes parte de los fangos depositados en el fondo se recirculan de forma regular y automatizada al compartimento o a la unidad de aireación. Este fango con un alto contenido en materia viva, permite la presencia continua de las colonias necesarias para la eliminación de la materia orgánica. El resto de los fangos periódicamente se purgan del reactor, estos son de gran calidad y ya están estabilizados eliminándose el proceso de digestión

Los reactores biológicos secuenciados son sistemas intermitentes o periódicos de tratamiento de fangos activados de oxidación prolongada en los que en un mismo tanque se opera en fases de llenado y vaciado. En el mismo tanque se lleva a cabo un tratamiento biológico aeróbico-anóxico, basado en



la generación de lodos activados por medio de aireación y disminución de nutrientes en la fase anóxica

El proceso opera en cuatro fases (Llenado, Reacción, Decantación y Vaciado) que comprende un ciclo completo. En la primera etapa se llenado estático del tanque, en esta etapa anóxica, no permanece el suficiente tiempo para que se produzcan malos olores. La etapa de reacción se produce el mezclado mediante la entrada de la aireación del tanque a la vez que se esta llenando, una vez lleno se suministrara el oxígeno suficiente para la reducción de la materia orgánica, el lodo se encuentra en fase endógena (tiempos retención celular 10-20 días)

Las últimas etapas son la decantación y el vaciado. En la primera se detiene el equipo para dar tranquilidad al sistema y que sedimenten los sólidos, ya que el equipo actúa como un decantador de gran superficie. Y por último el vaciado de parte del lodo y la salida del agua por la parte superior del reactor

Los sistemas de decantación digestión con biofiltros aerobios se dimensionan en función de la carga orgánica (kg DBO) aplicada diariamente por metro cúbico de medio soporte y la carga hidráulica aplicada (m3/día) por metro cuadrado de superficie horizontal del relleno. Estos valores dependen del tipo de relleno que son de tipo comercial (puzzolana, biofill, plásticos, etc.). Por ejemplo la puzzolana es un relleno de bajo peso (origen volcánico) y gran capacidad superficial con respecto a su volumen, obteniendo por metro cúbico 135 m2 de superficie



El diseño de estos equipos comerciales depende de la casa comercial que los fabrique (Salher, Uralita, etc.). En la figura aparecen los datos de diseño de la firma Salher

Los sistemas de depuración propuestos por Uralita tienen capacidades entre 10 a 1000 he por reactor con perdidas de cota de 1 m (10 he) a 3,5 m (1000 he) y sin consumo energético. Están fabricado en Poliéster Reforzado en fibra de vidrio y acero y alcanza niveles de depuración de 65 - 80 % en DBO y SS

Los sistemas de fangos activos de aireación prolongada recibe este nombre por el relativamente largo tiempo de permanencia hidráulico, generalmente 18 - 36 horas. La biomasa se encuentra en respiración endógena debido a los altos tiempos de edad del fango (20 - 30 días), eliminándose la utilización de digestión de los fangos al estabilizarlos en la propia cuba de aeración

Estos sistemas trabajan con bajas cargas másicas (0,05 < CM < 0,15 kg DBO5/kg MLSS/d). La producción de fangos es baja y los consumos de oxígeno alto

Otras variables de las que depende este proceso son la temperatura que debe ser mayor de 12 ºC, la velocidad de recirculación que será un 50 a 150 % del afluente, el oxígeno disuelto 1,5 a 1,8 Kg de O2/kg DBO5, el pH próximo a 7, etc

La normativa española NTE-ISD/1974 considera que el agua que sale de estos procesos de depuración debe someterse a un tratamiento de desinfección para garantizar la eliminación de la contaminación bacteorológica. Los parámetros de dimensionamiento de estas cámaras de esterilización aparecen en la figura



Los reactores biológicos secuenciados es una técnica muy difundida a partir de los años 80 en los EEUU y Canada. Los parámetros de dimensionamiento son semejantes a los de los fangos activos de aireación prolongada

Los sistemas de decantación-digestión separada tienen una frecuencia y tipo de mantenimiento y control similar a la decantación digestión separada

Los sistemas anaerobios, el hecho de no necesitar aireación y la generación de biogas, que se puede utilizar en la misma planta con finalidades energéticas, hacen que la digestión anaerobia resulte mucho más favorable económicamente, permitiendo en muchos casos la autonomía o autosuficiencia de las plantas de tratamiento

Otro aspecto muy ventajoso en el mantenimiento y explotación de estos sistemas es que la generación de lodos en exceso es mucho menor en el proceso anaerobio que en el aerobio, por lo que también se reducen los costes de tratamiento de los lodos. Por todo esto, la digestión anaerobia se presenta como el método más ventajoso en el tratamiento de aguas residuales de media y alta carga orgánica

Los reactores UASB y sus análogos tienen consumos energéticos bajos, su construcción es relativamente simple y no requieren de medio soporte, lo que les confieren unos costos de mantenimiento y explotación bajos. Requieren, sin embargo un inoculo de unas determinadas condiciones por lo que es necesario el inoculo adecuado a la hora de arrancar el reactor. Los reactores aerobios tienen mayores costes como indica la figura.



Uno de los mayores problemas que presentan los reactores anaerobios frente a los aerobios son los malos olores por lo que generalmente estos reactores van sellados en la parte superior con cubiertas plásticas frente a los reactores aerobios que pueden ir abiertos

Antes de la puesta en marcha de estos sistemas se debe comprobar: defectos de circulación o fugas en cualquier punto del recorrido, estanqueidad de compuertas, funcionamiento de bombas, soplantes turbinas y todos los sistemas mecánicos

Tanto los reactores aerobios como los anaerobios deben ir provistos de unidades de desbaste de sólidos (rejas o tamices) y cámaras de grasas ya que concentraciones mayores de 50 mg/L provocarían la paralización de estos procesos. En los reactores aerobios al no permitir la difusión del oxígeno en superficie y en los anaerobios porque evitaría el contacto fluido – granulo

Las operaciones de mantenimiento de los reactores aerobios consisten en que cada dos meses se inspeccionaran soplantes y turbinas. Las soplantes se desmontaran y se volverán a montar a mano sin forzarlas y las turbinas se inspeccionara su funcionamiento, en el caso de un mal funcionamiento o desperfectos estos se repararán o remplazarán. Todos los días se recogerán flotantes del tanque y una vez a la semana se limpiaran canales y vertederos

En los biofiltros hay que realizar una purga anual de fangos y 3 o 4 veces al año se retiran los flotantes. Estos sistemas se pueden colmatar fácilmente por motivo de vertidos incontrolados o porque no se realizan las purgas periódicas del fango. Para desatascarlos se abre la tapa de registro posterior del reactor, removiendo la capa filtrante con una varilla o un chorro de agua a presión

Los sistemas SBR es de las tecnologías más innovadoras, gracias a los sistemas computerizados de control (PLC,s), además se ha mostrado como muy efectiva y de bajo costo, en especial aplicación en pequeñas y medianas comunidades



Los lodos provenientes de la digestión o de la decantación antes de su destino final a vertederos, incineradoras o abonos se deben deshidratar, a fin de reducir su volumen y facilitar su transporte y eliminación

En pequeñas comunidades, la producción y tratamiento de fangos requiere una consideración especial por sus características, ya que los sistemas más frecuentemente empleados en pequeñas comunidades (fosas y tanques decantación digestión) generan un fango que presenta una estabilización anaerobia parcial denominada "Septaje"

El manejo de los fangos procedentes de los fangos de fosas y tanques decantación digestión (septaje) son bombeados e introducidos en camiones que descargan estos fangos a vertederos

En otras pequeñas depuradoras de bajo costo menores de 5000 habitantes se suelen utilizar las eras de secado. Este método consiste en unas balsas con lecho granular y fondo drenado, de forma que se efectúa una primera pérdida de agua por drenaje, a la vez que los lodos van decantando. Simultáneamente se pierde agua por evaporación

Para comunidades mayores de 5000 habitantes se utilizan sistemas artificiales como las centrífugas, los filtros banda, filtración a vacío o secadores



El proceso de centrifugación que se basa en la acción centrípeta para la separación sólido - líquido por diferencia de densidades. El fango se introduce a caudal constante en la cuba giratoria donde se separa en una torta densa que contiene los sólidos y una corriente diluida que contiene sólidos finos de poca densidad que regresa al clarificador o al espesador de fangos

El resto de los sistemas mencionados suelen ser utilizados para poblaciones mayores de 20000 habitantes debido a que requieren de acondicionamiento de los fangos, normalmente de adicción de coagulantes y floculantes encareciendo los costes de mantenimiento y explotación. Su diseño se explicará en próximas unidades

Las paredes de las eras de secado tienen una pendiente mínima del 1% y el fondo serán impermeables. La capa drenante será de dos tipos: un soporte de 20 a 40 cm de grava con granulometría en la parte superior de 15 a 23 mm y en la inferior de 3 a 8 mm y otro soporte verdaderamente drenante de 10 a 20 cm de arena con gran granulometría entre 0,3 y 1,4 mm y un coeficiente de uniformidad inferior a 4 cm

Los modelos para el calculo de la superficie de las eras de secado dependerán de la temperatura y lluvias, así en las zonas húmedas estas deben de ser cubiertas. Estos datos de dimensionamiento corresponden a lodos urbanos de depuradoras del centro de la península ibérica. Hay que considerar el 75 % de estos valores cuando se trate de poblaciones de más de 1000 he, y no se suelen diseñar para poblaciones mayores de 20000 he



También existen tablas de valores típicos de dimensionamiento para eras descubiertas en función del tipo de fango

El volumen del fango bien sea primario, primario digerido, etc., depende de su contenido en agua y de las características de la materia sólida formada por sólidos fijos (minerales) y volátiles (orgánicos).

Otras referencias de dimensionado de las eras de secado se exponen en la siguiente tabla

El dimensionamiento de las centrifugadoras dependerá del volumen de los fangos digeridos que salen del digestor. El volumen del fango depende principalmente de su contenido en agua y de las características de la materia sólida formada por sólidos fijos (minerales) y volátiles (orgánicos)

En general como la densidad del agua es 1000 kg/m3, el fango tiene alrededor de un 90 % de agua en peso, luego se puede considerar su peso especifico prácticamente igual a 1, y en un fango digerido hay alrededor del 9 % de SST, 8 % de materia orgánica y en la salida un 5,5 % de materia orgánica y prácticamente nada de SST, el modelo empleado en pequeñas depuradoras sería el de la figura



Los sólidos, normalmente biosólidos, se aplican sobre el lecho de arena a diferentes profundidades, dependiendo del tipo de sólidos. Se dejan secar durante unas 3 semanas o hasta que la superficie comienza a quemarse. El tiempo de secado depende del clima y de la condición de los sólidos

Según la EPA las características de la limpieza manual de eras con carga de 100 kg de M.S/m2 y año se reflejan en la figura

Las limpiezas de las eras suelen ser anuales, se extraerá el lodo cuando este seco . Esta operación se realizará sucesivamente con cada lecho, manteniendo los restantes en servicio. Después de la extracción se limpiaran con agua a presión

Los sistemas de extracción de los lodos pueden ser manuales con palas o tridentes (la perdida de arena por este sistema puede estimarse en 2 a 3 cm/año), manual y con cinta transportadora, mecánicas de rastrillos o mediante excavadoras

La capacidad de las palas mecánicas o excavadoras puede estimarse en 10 a 12 m3/h frente a la extracción manual de 1 a 2 m3/h y los 3 m3/h de las cintas transportadoras



Las operaciones de mantenimiento y explotación de las centrífugas son simples, limpias y relativamente baratas. La torta que se extrae de las centrífugas con una cantidad de agua del 75 al 80 % de humedad mediante un tornillo sin fin o una cinta transportadora a una tolva

Los fangos extraídos de estos sistemas suelen tener como aplicaciones más frecuentes: la evacuación en terreno agrícola, a vertedero o incineradoras

Los fangos vertidos a terreno agrícola deben ser digeridos, sin componentes patógenos y debe cumplir la legislación vigente en cuanto al contenido en metales, contenido en materia orgánica e inorgánica

El sistema más frecuente es la evacuación a vertedero controlado, esta opción solo debe aplicar si los fangos no tienen utilidad.

La incineración en pequeños municipios no resulta económica, a no ser que se haga de forma conjunta con las basuras, por ello debe ser la última opción a utilizar como evacuación final de los fangos

FIN DE LA UNIDAD

Una de las características principales de la sociedad...

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