El
global de la depuración biológica del agua puede categorizarse
dentro del grupo de reacciones químicas conocidas como
autocatalízadas.
El
reactivo, en
un EDAR,
es
de
alguna forma, la
materia orgánica degradable disuelta o dispersa en las
aguas sucia. Este
sustrato contiene
su propio
catalizador
que, a
lo largo de su metabolismo o digestión biológica, aumenta de
concentración.
En
nuestro caso el catalizador R se trata de las colonias de bacterias.
El
término catalizador no es estrictamente correcto pues, iniciada la
reacción, las
bacterias y fermento participan
de forma activa como si fuera un reactivo más; pero
si la instalación está bien diseñada, la carga biológica media,
alcanzado el periodo de estabilización, mantiene
su concentración en un intervalo de
valores oscilantes.
Podemos
representar las reacciones de digestiones o fermentaciones de los
sustratos como reacciones autocatalíticas.
aA
+ bR
= rR
+ pP
Aplicados
a la depuración del agua:
A
representaría el sustrato orgánico o
concentración de la materia orgánica que se desea degradar,
lo
que en la práctica se mide por la demanda de oxígeno que dicha
materia necesitaría para quemarse en CO2;
R
es
la
carga
biológica, lo que hemos, inicialmente identificado como catalizador,
y que es la concentración
de las
colonias de
bacterias y fermentos que metabolizan el sustrato;
P
los
otros
productos de
la reacción, como,
por ejemplo son
los gases,
en
particular metano y dióxido de carbono, y los
lodos. Unos
y otros
pueden separarse del medio homogéneo del
proceso químico.
Solo
en
los procesos anaróbicos,
o
mal oxigenados,
se
producen
gases hidrogenados (metano
CH4,
sulfuro de hidrógeno, H2S).
En
cambio, tanto
en ausencia
o presencia de aire,
buena parte del carbono se degrada a gas
CO2
o a
sus
formas, más o menos, mineralizadas como carbonatos y
bicarbonatos.
En
términos generales, podremos considerar que estas reacciones son
heterogéneas:
hay
componentes que se encuentran en fase
sólida,
por ejemplo los sólidos no disueltos, en
estado gaseoso,
como el CO2,
el CH4,
el H2S
y en fase
líquida,
solubilizados, como
azúcares, lo
que denominamos total de sólidos disueltos.
Además,
una buena parte de la materia orgánica se encuentra en forma líquida
no miscible, lo que constituye la mayoría de las grasas,
fosfolípidos, detergentes, etc.
En
la cinética y termodinámica química, en
primera aproximación, se
separan
las diversas cinéticas en
dos fases: la fase disuelta en agua y la fase gaseosa.
Buena
parte de los sólidos no disueltos se separan por decantación en
simple estanques
por los que es
necesario que el
agua se remansa a baja velocidad. Se
trata de la primera fase de la depuración.
En
el caso de los EDARs aeróbicas, las grasas, los detergentes y otros
componentes cuya densidad sea menor que la del agua se extraen por la
superficie mediante la inyección de aire lo
que fforma
espumas y natas que se retiran mediante peines.
En
cambio, en los procesos anaeróbicos los trigliceŕidos, las grasas
no saponificables, y
los detergentes son gestionados por las bacterias anaerobias como los
derivados orgánicos solubles en el agua. En
esos casos no es necesaria, por tanto el tratamiento previo de gaseas
y jabones.
En
este estudio,
por simplicidad, hablaremos
de un sistema no continuo.
Es,
decir,
he
considerado que
los
caudales del agua con reactivo
y los
productos
no se alteran de manera externos, hasta
que termina el proceso.
Cuando
se
desea
se actúa
externamente,
liberando
los
productos obtenidos e
introduciendo
nuevos reactivos con
lo que se inicia
de nuevo la digestión.
A
tenor de la fase en la que se encuentran los componentes del agua
sucia y las reacciones que se establecen en su digestión biológica
obtenemos
dos expresiones de las constantes de equilibrios
k
= [R]r
/[R]b[A]a
=>
k =[R]r-b/
[A]a
(fase
líquida)
k’=[P]p
(fase
gaseosa en reactores cerrados)
Los
procesos aeróbicos y anaeróbicos se distinguirán en la necesidad
adicional
de
oxígeno para
el aumento
de
la concentración de los fermentos o colonias de bacterias R. En
definitiva el oxígeno es, junto a la materia orgánica del agua
sucia, otro de los alimentos que permite la existencia de las
colonias de las bacterias aeróbicas.
Para
procesos aeróbicos, habrá, pues
que
tratar, de manera sincronizada, las dos reacciones :
aA
+ bR
= rR (fase1)
digestión
biológica del sustrato
rR
+ oO2
=
bR (fase2) alimentación
de las colonias aeróbica,
donde oO2
sería
la concentración soluble de oxígeno en el agua.
En
los procesos aeróbicos la concentración del oxígeno soluble [O2]
se mantiene mediante el contacto eficiente entre el agua a depurar y
el oxígeno .Ello se resuelve técnicamente o bien :
(1)
por
inyección de aire en la parte inferior del reactor, que este suele
ser de gran altura, entre
5 a 9 metros,lo que favorece el
mayor recorrido de la burbuja del aire. Es
el caso del EDAR del Valle de la Orotava (Puerto
de la Cruz)
(2)
Usan
estanques de baja altura (2.1
)en
los lagunales artificiales (2.2)
o
en
los sistemas
de agitación del agua mediante turbinas
(caso
de Santa Cruz y Valle Guerra).
En ambos
casos
se requieren superficies
grandes y
poca altura de la lámina de agua para
la
mejor
oxigenación. En
las lagunas artificiales se
requiere 3m2
por
cada habitante equivalente (h.e.)
y en los sistemas industriales aeróbicos mediante turbina se
requiere 1,1
m2/
h.e.
La
superficie es,
por tanto, el factor
limitante en
los EDARs aeróbicos puros.
En
reactores
cerrados, tanto
aeróbicos como anaeróbicos,
parte de los
gases producidos
que
pueden
disolverse
en el medio acuoso en el que se produce la reacción, por lo que,
en general
habría que hacer los ajustes posteriores. En
la depuración anaerobia los gases producidos
pueden afectar ligeramente al pH
del medio, a tenor de que el CO2, gas que generalmente se produce en
este tipo de proceso, es ligeramente ácido. También
lo es, y en mayor porcentaje, el SO2, pero afortunadamente en la
depuración en
ausencia de aire
la casi
totalidad
de
las moléculas
de azufre terminan en su forma reducida, el H2S,
ácido
muy débil que
apenas afecta el pH del medio, aunque, en
cambio sea muy tóxico, y causante
principal del mal olor de
los EDARs.
Una
alteración del pH de la depuración anaerobia es uno de los
principales problemas de estas instalaciones.
El
factor de la disolución de los gases en el proceso
tampoco lo tendremos en cuenta en esta primera aproximación.
La
velocidad de una reacción es la disminución de la concentración
del reactivo mientra transcurre el tiempo. En los EDARs el reactivo
que disminuye es, principalmente, la materia orgánica soluble.
Esa
velocidad equivales a
v=decremento
de la concentración de A/incremento del tiempo
Se
escribe como v=-d[A]/dt
El
signo negativo indica que a medida que pasa el tiempo la
concentración de la materia orgánica inicial del agua sucia va
disminuyendo
Esa
velocidad, como dijimos al principio, depende la la concentración de
la sustancia que se va a degradar y de la concentración [R] del
reactivo que permite su degradación, lo que lo constituye las
colonias de bacterias y fermentos.
Por
tanto, la velocidad de las reacciones de la depuración, para una
determinada temperatura, sera una función de dos variables.
v=f([A],
[R])
La
temperatura es un factor esencial en la cinética de las reacciones
biológica. En mucha de aquellas la temperatura de 36ºC suele ser la
más común.
No
vamos a tener en cuenta la Temperatura del proceso que se supone será
siempre la más adaptada a cada proceso. En muchos casos, por ejemplo
en la mayoría de las digestiones anaerobias, los sistemas liberan
calor (exotérmico) y ese calor permite que el medio alcance la
temperatura ideal para optimizar el proceso.
La
expresión genérica de la velocidad de estas reacciones, en función
de las
concentraciones
del sustrato A y
de la carga bacteriana R
es:
v
= ĸc[A]α[R]ρ
Para
los
cálculos
de la constante cinética kc
y de las potencias α y
ρ
habitualmente
se
parte
de datos experimentales en cada caso, tipo
de agua
y de
reactor.
Estos
valores dependen de
Para
asociar tanto el sustrato y el fermento, es conveniente transformar
las concentraciones molares en fracciones molares.
XA
= [A]/([A]+[R]) y XR
= [R]/([A]+[R]) obviamente
XR
=
1 – XA
Cambiando
la expresión de la velocidad en función de las actividades o
concentraciones molares por las correspondientes en función de las
fracciones molares, y haciendo las oportunas correcciones en los
exponentes, quedaría:
vX=
kx
XAa
XRr
y teniendo en cuenta que XR=1-XA
vX=kx
XAa
(1-XA)r
La
representación de la inversa de la expresión de la velocidad
respecto a la fracción molar de del sustrato XA
es
una gráfica que tiene un mínimo para una determinada concentración
de
sustrato respecto a la carga biológica.
La
máxima velocidad del proceso corresponde a ese mínimo que, a
continuación, vamos a analizar mediante el gráfico de un caso
concreto. En
nuestro caso concreto se observa que ese mínimo (o máxima
velocidad) corresponde a la fracción XA=0,699
XR=0,3001
Aproximadamente un 70% de la concentración de materia orgánica y
un 30% de carga biológica.
Representaremos,
mediante una gráfica los valores de la inversa de la velocidad
frente a la fracción molar XA
(1/vX)
= k,
XA-a
(1-XA)-r
Sustrato Fermento alfa ro K velocidad 1/V Sustrato
,9999 ,0001 ,7000 0,3 1 0,063091317680353 15,850041444156 ,9999
,9849 ,9849 ,7000 0,3 1 ,0481 15,8350 ,9849
,9699 ,0301 ,7000 0,3 1 0,342199066290781 2,92227565328965 ,9699
,9549 ,0451 ,7000 0,3 1 0,382140869908525 2,61683603808034 ,9549
,9399 ,0601 ,7000 0,3 1 0,411926276622321 2,42761886471462 ,9399
,9249 ,0751 ,7000 0,3 1 0,43547008558769 2,29636898858494 ,9249
,9099 ,0901 ,7000 0,3 1 0,454687487240663 2,19931277649325 ,9099
,8949 ,1051 ,7000 0,3 1 0,470676993259313 2,12459927789388 ,8949
,8799 ,1201 ,7000 0,3 1 0,484134714620847 2,06554078813199 ,8799
,8649 ,1351 ,7000 0,3 1 0,495533172376942 2,01802836973207 ,8649
,8499 ,1501 ,7000 0,3 1 0,505209709011078 1,97937605347579 ,8499
,8349 ,1651 ,7000 0,3 1 0,513414635641186 1,94774346226249 ,8349
,8199 ,1801 ,7000 0,3 1 0,520339426955604 1,9218224647146 ,8199
,8049 ,1951 ,7000 0,3 1 0,526134196465353 1,90065577702067 ,8049
,7899 ,2101 ,7000 0,3 1 0,530919033841448 1,88352636891643 ,7899
,7749 ,2251 ,7000 0,3 1 0,534791641828506 1,86988711450482 ,7749
,7599 ,2401 ,7000 0,3 1 0,53783264497018 1,85931443424273 ,7599
,7449 ,2551 ,7000 0,3 1 0,540109379875571 1,85147682536152 ,7449
,7299 ,2701 ,7000 0,3 1 0,541678664209283 1,84611295602671 ,7299
,7149 ,2851 ,7000 0,3 1 0,54258886026056 1,84301609052531 ,7149
,6999 ,3001 ,7000 0,3 1 0,542881439765717 1,84202281888943 ,6999
,6849 ,3151 ,7000 0,3 1 0,542592188757781 1,8430047846605 ,6849
,6699 ,3301 ,7000 0,3 1 0,541752147772799 1,84586254823558 ,6699
,6549 ,3451 ,7000 0,3 1 0,54038835423634 1,85052100431211 ,6549
,6399 ,3601 ,7000 0,3 1 0,538524434723569 1,85692595455452 ,6399
,6249 ,3751 ,7000 0,3 1 0,536181081685138 1,86504155808174 ,6249
,6099 ,3901 ,7000 0,3 1 0,533376440091673 1,87484846505055 ,6099
,5949 ,4051 ,7000 0,3 1 0,530126422965312 1,88634249620384 ,5949
,5799 ,4201 ,7000 0,3 1 0,526444970093044 1,89953377239649 ,5799
,5649 ,4351 ,7000 0,3 1 0,522344260797784 1,91444622837951 ,5649
,5499 ,4501 ,7000 0,3 1 0,517834889106013 1,93111746820766 ,5499
,5349 ,4651 ,7000 0,3 1 0,512926007741039 1,94959893806919 ,5349
,5199 ,4801 ,7000 0,3 1 0,507625445911892 1,96995640792516 ,5199
,5049 ,4951 ,7000 0,3 1 0,501939804735117 1,99227076746328 ,5049
,4899 ,5101 ,7000 0,3 1 0,495874533230772 2,01663915564427 ,4899
,4749 ,5251 ,7000 0,3 1 0,489433987109476 2,04317645757674 ,4749
,4599 ,5401 ,7000 0,3 1 0,48262147196496 2,07201721864667 ,4599
,4449 ,5551 ,7000 0,3 1 0,475439271968236 2,10331804493174 ,4449
,4299 ,5701 ,7000 0,3 1 0,467888664693954 2,13726058239539 ,4299
,4149 ,5851 ,7000 0,3 1 0,459969922269834 2,17405519705562 ,4149
,3999 ,6001 ,7000 0,3 1 0,451682298601033 2,21394551678743 ,3999
,3849 ,6151 ,7000 0,3 1 0,443024001956919 2,25721404615284 ,3849
,3699 ,6301 ,7000 0,3 1 0,433992151689127 2,30418913362357 ,3699
,3549 ,6451 ,7000 0,3 1 0,424582717241858 2,35525366292845 ,3549
,3399 ,6601 ,7000 0,3 1 0,414790436873215 2,41085596750549 ,3399
,3249 ,6751 ,7000 0,3 1 0,404608712569446 2,47152364478153 ,3249
,3099 ,6901 ,7000 0,3 1 0,394029476418134 2,53788119886449 ,3099
,2949 ,7051 ,7000 0,3 1 0,383043022091324 2,61067280260123 ,2949
,2799 ,7201 ,7000 0,3 1 0,371637792899147 2,69079199991744 ,2799
,2649 ,7351 ,7000 0,3 1 0,35980011484537 2,77932095833201 ,2649
,2499 ,7501 ,7000 0,3 1 0,34751385884617 2,87758307919069 ,2499
,2349 ,7651 ,7000 0,3 1 0,334760010133879 2,98721463056496 ,2349
,2199 ,7801 ,7000 0,3 1 0,321516113852989 3,11026401761388 ,2199
,2049 ,7951 ,7000 0,3 1 0,307755552315268 3,24933211595023 ,2049
,1899 ,8101 ,7000 0,3 1 0,293446588522535 3,40777517651464 ,1899
,1749 ,8251 ,7000 0,3 1 0,278551077512439 3,59000585792149 ,1749
,1599 ,8401 ,7000 0,3 1 0,263022692992808 3,8019533167328 ,1599
,1449 ,8551 ,7000 0,3 1 0,246804424878854 4,05179121278258 ,1449
,1299 ,8701 ,7000 0,3 1 0,229824940497248 4,35113786100153 ,1299
,1149 ,8851 ,7000 0,3 1 0,211993098371514 4,71713469769436 ,1149
,0999 ,9001 ,7000 0,3 1 0,193189300621126 5,17627009769633 ,0999
,0849 ,9151 ,7000 0,3 1 0,173251079684975 5,77196980139063 ,0849
,0699 ,9301 ,7000 0,3 1 0,15194727514756 6,5812302262668 ,0699
,0549 ,9451 ,7000 0,3 1 0,128927027570957 7,75632556524765 ,0549
,0399 ,9601 ,7000 0,3 1 0,103603867523669 9,65214932513542 ,0399
,0249 ,9751 ,7000 0,3 1 0,074826303286488 13,3642844304535 ,0249
,0099 ,9901 ,7000 0,3 1 0,039413804164085 25,3718214013768 ,0099
Mediante
una hoja de cálculo podemos obtener el valor de concentración del
sustrato para el cual la velocidad del proceso (que corresponde al
mínimo de la curva) sea la más adecuada.
conociendo
los valores medios de concentración de las aguas se podrá elegir el
volumen más apropiado para este tipo de reacción autocatalizada.
En la
presente
modelació,
hemos
tomado como
exponentes cinéticos de 0,7 y 0,3 respectivamente. Vemos
que
la
suma de los exponentes es 1 lo que indicaría
que
estaríamos ante
un proceso químico
cuya cinética es de
primer grado, que son las
más habituales. Por supuesto, mediante la
hoja de cálculo que se acompaña,
podríamos representar otras
cinéticas en
los que no es necesario que la suma de los exponente sea 1.
Hemos
elegido una constante
cinética k=1. Variar
este valor simplemente escala el proceso, de tal forma que si, por
ejemplo pusiéramos un 2 el proceso sería dos veces más rápido.
Por supuesto en una investigación teórica mucho más profunda
veríamos como esa constante cinética “k” sería una función,
posiblemente muy compleja, de la temperatura a
lo que se le añadiría,
además, aspectos
de la forma y otros parámetros del reactor.
Como
observamos en la gráfica de los valores obtenidos mediante la hoja
de cálculos, el valor donde la inversa de la velocidad es más
pequeña (por lo tanto máxima velocidad), en este caso concreto
oscilan entre valores para el sustrato A entre
0,650
y
0,75. (70%
al 75%
expresado
en masas molares).
Correspondería
a
una carga bacteriológica entre el 35%
y el 25% de la mezcla de agua negra
con los fermentos lo
que constituye el seno del proceso.
Reactores
muy grandes, o
tiempos de retención extremadamente largos,
disminuyen
el
rendimiento global
del
sistema.
También
ocurre con aquellos reactores de
tamaño, más pequeño, al
implicar un
aumento de la concentración del la carga bacteriana en
relación al sustrato entrante.
Por
supuesto, estos valores cambian en cada caso, en función principal
de la naturaleza media del sustrato y de la temperatura de
funcionamiento.
Pero,
como regla general, se demuestra que:
“Para
cada sistema de depuración y para cada nivel de concentración del
sustrato (contaminación) orgánica se puede diseñar el volumen de
reactor a fin de optimizar la velocidad de la reacción
autocatalizada y, por tanto, reducir el tiempo óptimo de retención
del agua negra en la instalación. “
La
derivación de las aguas de lluvia fuera del reactor es, en la
mayoría de los casos, esencial para mantener
la eficiencia del reactor. En efecto, una disminución de la
concentración del sustrato por dilución tras las lluvias, afectaría
a su
fracción molar pudiendo, por tal motivo, desplazarse la velocidad
optima de la digestión.
En
la depuración anaerobia, a
medida que se desarrolla la digestión,
disminuye
la fracción molar del sustrato
mientra aumenta la concentración de la carba bacteriana. Por ello,
aunque al final del periodo habitual que se establece de 28 días, la
calidad de la degradación es óptima, la velocidad de su cinética
cae de manera importante. El conflicto entre el largo tiempo de
retención versus a la calidad del tratamiento es el problema más
limitante que tiene la depuración anaerobia.
Pero
una salida eficaz que resuelve ese conflicto y que, además, aporta
otros beneficios a la depuración de aguas es la combinación del
reactor anaerobio con un proceso posterior aeróbico que, como en el
caso de los sistemas diseñados por el ingeniero José Peraza en sus
Sistemas
Naturales de Depuración, utiliza
la fotosíntesis como fuente energética en la reacción aeróbica
que complementa la primera fase aeróbica de la depuración.
Si
nos fijamos en la gráfica que hemos obtenidos en nuestro supuesto,
el intervalo en el que la depuración anaerobia tienen una buena
cinemática oscila en valores del sustrato, en relación a la carga
bacteriana entre XA=0.95
y XA=0.225
. A partir de ese 22,5%
de concentración molar del sustrato, el valor de la inversa de la
velocidad 1/vA
inicia un proceso rápido de crecimiento.
Para
mantener la concentración idónea entre el sustrato A y la carga
bacteriana R en una relación de que oscile entre la entrada y
salida del efluente en el siguiente intervalos:
Entrada
agua sucia [A=0,9, R=0,1]
Salida
agua primera fase depurada [A=0,225, R=0,775]
los
tiempos de retención oscilaran en torno a los 5 ± 1 días.
Cálculo
de volumen del reactor anaerobio.
Partiendo
de los 5 días en los que el sustrato de agua se reduce al a menos
del 22%, el volumen del mismo, en función del Volumen o caudal, en
metros cúbicos de agua negra diaria, Q
m3/d
el tamaño del reactor sería Reactor:
V
= 5 x Q.
Pasada
la primera fase de la depuración mixta,
se continúa con el proceso
aeróbico que
exige tiempo
sensiblemente inferior. Para
ese nivel de concentración
total orgánica, en torno al 22%
de agua negra tipo, las
superficies para la aireación se
achica,
en un modelo lineal,
al 22%
de la superficie que, en el sistema exclusivamente aeróbico se
precisaría.
Los trabajos experimentales de José Peraza demuestran que con una
superficie incluso muy inferior al 22%
de
la necesaria en un humedal artificial.
En
el proceso aeróbico
abierto la cinética y equilibrio químicos varían. Aparentemente
la relación entre el sustrato A y la masa bacteriana R está fuera
del proceso de optimización. Pero ello no es real: en la fase
aeróbica actúan
otras bacterias
diferentes que necesitan aire. Su
concentración es prácticamente constante y se
localizan en las raíces y micorrizas del nuevo reactor abierto
(humedales subsuperficiales, sistema de J.Peraza), o en las manchas
de cianobacterias, (lagunas artificiales) o en flóculos de
bacterias adheridos
a sales de hierro o aluminio
(depuración
industrial con
oxigenación forzada).
En
este caso el factor limitante es la concentración de oxígeno que,
en las condiciones adecuadas de sustrato, garantizan la adecuada
carga bacteriana.
En
un
sistema bien oxigenado, la velocidad del proceso aeróbico sea muy
superior al
aeróbico siempre que la lámina de agua sea adecuada, en general,
menor a 1.5 metros de altura. (En algunos sistemas mixtos esta
lámina puede ser mayor, aunque en la parte más profunda del reactor
abierto se mantiene aún cierto nivel de fermentación anaerobia).
la
cinemática de este procedimiento podemos considerarla como una
simple reacción de primer orden, en la que el Reactivo o carga
bacteriológica se mantiene prácticamente constante (alcanzado y el
proceso de estabilización).
A
+ R= R + P
En
este caso, R actuaría como un verdadero catalizador. y si la
concentración de los productos P por su naturaleza gaseosa o
insoluble, se escapa del medio acuosos, podríamos considerar, con
buena aproximación, que si R se mantiene constante, el sistema se
limitaría simplemente a un proceso tipo :
A(aqua)=
P1(gas)
+ P2(solido)
En
este caso la velocidad de la reacción (el decremento de la
concentración del sustrato orgánico A) será directamente
proporcional a su concentración. Este proceso es sencillo de
representar:
d[A]/dt
= - k[A];
ecuación diferencia de sencilla solución en función del tiempo es
[A]t =[A]0 e .k t
En
este caso, observamos que la depuración eficiente, siempre que se
alcance los niveles de concentración apropiado de oxígeno soluble y
reactivo, es solo cuestión de tiempo.
La
enorme cantidad de bibliografía demuestra que con tiempos de
retención entre 6 y 8 horas en los sistemas bien diseñados, y paras
concentraciones no muy alta de materia orgánica, como es en el caso
de los sistemas mixtos, la depuración es muy eficiente.
Se
establece que 1 habitante equivalente necesita una cantidad de
50/g-día de 02
Por
otro lado, en función del tipo de agua y contaminante medio en las
islas Canarias cada habitante equivalente produce 150L de agua
sucias. Por tanto, en la dimensionado del humedal asociado al reactor
anaeróbico en un EDAR mixto, necesitaríamos
una superficie :
Superficie
del humedal/h.e. = 22% de 3 m²
=0,66
m² /h.e calculando un tiempo de aireación de 24 horas con una
insolación inferior a las 8 h de sol.
Relativizado
a metros cúbicos,
superficie
del humedal/m³ = 0,66 x 1000/150 = 4,49
m2/m3Agua
Dimensiones
de un EDAR mixto compuesto de un reactor aerobico de Flujo
Ascendente y un humedal artificial de irrigación subsuperficial.
Habitantes
equivalentes
|
Caudal
diário
m3/dia
|
altura
(h)
m
|
sup
reactor anaerobio
5xQ/h
m2
|
sup
humedal
aeróbico
0,22
x h.e.
|
superficie
sin supersposición de la superficie de los reactores m2
|
|
2000
|
300
|
5
|
300
|
440
|
770
|
|
2000
|
300
|
10
|
150
|
440
|
590
|
|
10000
|
1500
|
10
|
750
|
2200
|
2972
|
|
20
000
|
3
000
|
1
500
|
4400
|
6
000
|
En
consecuencia, y para sistemas mixtos
bien
diseñados, podríamos obtener depuraciones
eficientes con
bajo mantenimiento y
tiempos de retención aceptables :
la
combinación de reactores anaeróbicos, normalmente de flujo
ascendentes, seguidos por espacios
de depuración aeróbica, de baja altura, mediante oxigenación por
fotosíntesis.
Estanques
con especies adecuadas , con soporte hidropónicos drenados ideales
para el flujo del agua parcialmente
depurada a través de raíces y micorrizas; lo
que constituyen un humedal por el que el agua fluye debajo de la
superficie, gracias a la gravedad.
En
la
segunda fase de la depuración se
procede además a la oxigenación de los componentes reducidos de en
la reacción anaeróbica. Por ello, los hidrocarburos pasan a fijarse
en el suelo formando carbonatos y el sulfuro de hidrógeno y los
mercaptanos, responsable en muchos casos de los malos olores en los
EDARS son oxidados a óxidos de azufre, SO2, inhodoros,
que
disminuyen
el
pH del agua, fuera del reactor anaeróbico (no
dentro del
reactor de digestión anaeróbica,
lo que sería un problema),
favoreciendo,
además, la reducción de la carga bacteriana final
del agua depurada
gracias
al carácter
desinfectante que tienen los derivados del dióxido de azufre y los
sulfitos.
Tratamiento
de Fósforo y Nitrógeno.
Una
de las características que tienen los procesos de depuración tanto
anaeróbico como aeróbico por inyección forzada de aire o agitación
mediante turbinas es su práctica total ineficacia en el
procesamiento de los nutrientes, fósforo, P, y Nitrógeno, N
responsables de la eutrofización.
En
la evaluación que hace iAgua, la sección española de SmartWater ,
de las depuradoras de Canarias, (
https://www.iagua.es/data/infraestructuras/edar/comunidad/canarias-111?page=4
)
el
resultado es que ninguna de las actuales en funcionamiento tratan
esos nutrientes.
Sin
insistir en este tema, la naturaleza vegetal del proceso aeróbico,
hace que dichos fitonutrientes son captados por las plantas en la
mezcla de lodos, con el fósforo y nitrógeno insoluble y el agua
semidepurada en la fase aeróbica en la que se mantiene los
aniones y cationes solubles de ambos elementos químicos en sus
diversas formas, a saber NH4+ , NO2-,
NO3- , PO43- y
PO33- , todos ellas magníficas especies
químicas fertilizantes.
Esta
característica del sistema de depuración equivaldría al tercer
tratamiento en los procesos industriales, lo que haría factible que,
en caso de necesidad, el gua depurada por este sistema, podría
verterse en el mar sin aumentar el riesgo de eutrofización. En
cambio en los edars, actualmente en funcionamiento o en
planificación en Canarias, el nitrógeno y el fósforo se eliminan
del agua regenerada mediante la tecnología de electrodiálisis reversible o de
ósmosis inversa, concentrándolos en el rechazo salino que, al fin
y a la postre, termina en algún emisario en el mar. Por esa razón,
este método de regeneración de aguas a partir de aguas recicladas
con altos niveles de P y N siguen siendo un grave problema para
el medio marino y su entronización.
El humedal artificial, aunque en menor medida, reduce por la misma razón, parte las concentraciones de potasio, K+ que será captado por las especies vegetales. Por ello, no extraña que la conductividad global del agua que al final, ha sido depurada por un sistema mixto baje su conductividad en relación al agua tratada o depurada por métodos más convencionales.
En
relación al catión más problemático para el uso del agua en la
agricultura, el sodio, Na+ este tipo de depuración, ni
ninguna otra, lo reduce. El sodio, como el resto de los alcalinos son
sumamente solubles en agua y solamente puede separarse del disolvente
mediante destilación o a través del permedado en la ósmosis
inversa o en la electrodiálisis reversibles. Pero eso ya no forma
parte de la depuración sino de la regeneración del agua.
Julio
Muñiz Padilla, Octubre 2019.
