Remineralización del agua desalada

 Debido al proceso de la osmosis inversa, las aguas desaladas tienden a ser muy corrosivas y se caracterizan por:

  • Bajo pH
  • De tipo blanda o primariamente dureza no carbónica
  • Baja alcalinidad

Composición media de las aguas desaladas:

pH5,65
Alk (mg de CaCO3/L)1,97
HCO3 (mg/L)1,62
CO2 (mg/L)8,46
Ca²+ (mg/L)1,43
Langelier* (SM2330)-5,46

* Tendencia de agua a disolver CaCO3.

 

El propósito de la remineralización es generalmente producir agua con un índice de Langelier muy cercano a cero que permanece estable en contacto con la atmósfera. Además, es importante lograr esto con un consumo mínimo de CO2 con el fin de minimizar los costes operativos. En pocas palabras, los objetivos son:

  • Elevar el pH del agua a 6,5 a 9,5
  • Elevar la Alcalinidad
  • Elevar la dureza
  • Obtener un índice de Langelier de -0,5 a +0,5.
  • Mejorar el sabor del agua
  • Mejorar la salud de los consumidores
  • Proteger tuberías, tanques, válvulas y equipos metálicos contra la corrosión

Posibles opciones de tratamiento:

  1. Sin tratamiento: El agua permanece corrosiva.
  2. Requerimiento de calidad del agua final.
  3. Tratamiento con lechos de calcita y sin disolver CO2 antes de los lechos.
    • Conseguir un CCPP = 0 es difícil ya que el agua ha alcanzado la saturación. Una alternativa es añadir NaOH. Sin embargo, cuando el agua tiene una alcalinidad menor de 50 mg CaCO3/L y 0,6 mg CO2/L es muy inestable y tenderá a un CCPP negativo.
    • El pH sube por encima de 9 en menos de 5 minutos
    • El calcio sólo aumenta a 4,9.
  4. Tratamiento con lechos de calcita disolviendo CO2 antes de los lechos: disolver CO2 antes de los lechos de calcita mejora la disolución de calcita, por lo tanto se alcanzan los parámetros requeridos de pH y Calcio. Sin embargo, el índice de Langelier y el CCPP permanecen en valores negativos.
  5. Tratamiento con lechos de calcita, disolviendo CO2 antes de los lechos y añadiendo NaOH después: añadir NaOH después de que los lechos de calcita aumenta el índice de Langelier y CCPP, afectando solo ligeramente al resto de los valores.

Crisis hídrica: ¿Se reutilizan las aguas residuales en Chile?

Hace más de diez años que “sequía” y “escasez hídrica” vienen resonando en los medios de comunicación, pero hoy con una importancia y trascendencia nunca antes vista, a nivel nacional.

Chile se ubica en el puesto número 18 de 164 países con estrés hídrico. Según el Ministerio de Obras Públicas, más del 50% de las comunas del país se encuentra bajo escasez hídrica.

Bajo este contexto, se han planteado diferentes estrategias para enfrentar la sequía y la demanda de agua, entre ellas, se destaca el reutilización de aguas residuales. Estas pueden ser de origen domiciliario como industrial, y son esas aguas que se van por el desagüe al bañarse, lavar los platos o tirar la cadena del baño y que, por tanto, contienen impurezas orgánicas e inorgánicas. Sin embargo, luego de diferentes tratamientos son aptas hasta para el consumo humano de forma segura.

“Vemos las aguas servidas tratadas como una fuente o reserva estratégica de agua dulce para la sostenibilidad de los servicios sanitarios en el largo plazo”, señalaron desde la Asociación Nacional de Empresas de Servicios Sanitarios (Andess).

Cabe destacar que las aguas residuales se dividen en aguas grises (ducha, lavamanos, lavaderos) y aguas negras, básicamente las que tienen excretas.

En el sistema tradicional, cuando las aguas residuales se van por el alcantarillado llegan a una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS), donde son tratadas hasta alcanzar cierta calidad y luego se vuelven a descargar, por ejemplo, al río o al mar. El reúso de aguas residuales tratadas permite valorizar este residuo líquido que se elimina a través de los sistemas de tratamiento existente (PTAS urbanas, rurales y emisarios submarinos), el que podría ser recuperado en su totalidad, puesto que la calidad del agua después del tratamiento permite que pueda ser reusada.

El reúso de aguas residuales no es un concepto nuevo, pues existe desde la Civilización Minoica, hace unos 5000 años, y la tecnología y su gestión ha avanzado de tal forma que, por ejemplo, actualmente, Israel alcanza porcentajes de tratamiento y reúso de sus aguas residuales muy cercanos al 100% de la totalidad generada en sus territorios. Estados Unidos, Arabia Saudita, Singapur, Australia, son otros países avanzados en la materia.

En ese sentido, existe la tecnología para tratar y dejar el agua con una calidad tal, que se le puede dar un uso posterior, como riego agrícola, acuicultura, consumo animal, uso industrial, uso minero, riego de zonas de recreación, riego de áreas verde, recarga de aguas subterráneas (acuíferos), y como agua potable o higiene personal.

La calidad del agua residual tratada puede variar según el uso que se le quiera dar. No es lo mismo tratar el agua de la lavadora para regar áreas verdes que tratarla para consumo humano, aunque, este tratamiento tiene un costo asociado. “Incrementar la calidad y disminuir los contaminantes es inversamente proporcional al costo. Es decir, si quieres reducir los contaminantes para usar las aguas residuales para consumo humano, la inversión en el sistema de tratamiento es mayor, pero si el objetivo es reusarlas por actividades productivas, como agricultura e industria, los costos se reducen significativamente, siendo de aproximadamente USD 0,3/m3 de agua puesta en planta, lo que está por debajo de otras alternativas como la desalación”, comentó Gerardo Díaz, jefe de Proyectos de Fundación Chile.

Y agregó, “Israel, por ejemplo, tiene cinco o seis calidades diferentes para riego de diferentes cultivos, llegando hasta un tratamiento secundario. Sin embargo, Singapur que utiliza el agua incluso para consumo humano llega a un tratamiento terciario, es decir, un tratamiento más sofisticado, más caro, pero que asegura la calidad suficiente para que esa agua pueda ser consumida por las personas de manera segura”.

Ley 21.075: ¿Se pueden reutilizar aguas residuales en Chile?

Los principales factores que limitan la reutilización de aguas residuales en Chile son de índole cultural y regulatorio. A pesar de las numerosas investigaciones y evidencia que muestran que el reúso es seguro, la percepción del consumidor es que esta agua puede conllevar a riesgos en la salud. Por otro lado, para potenciar el reúso de aguas residuales tratadas se requiere del apoyo de políticas para el aprovechamiento de fuentes de agua no convencionales y del financiamiento de instalaciones de reúso de aguas.

En 2018 se aprobó la Ley 21.075aplicable a áreas urbanas y rurales, que regula la recolección, reutilización y disposición final de aguas grises, que se definen como “aguas servidas domésticas residuales provenientes de las tinas de baño, duchas, lavaderos, lavatorios y otros, excluyendo las aguas negras”. Actualmente se espera que el Ministerio de Salud dicte el reglamento con los estándares de calidad que complementa a la ley.

“En el corto y mediano plazo, la reutilización de aguas grises en labores acotadas puede contribuir a hacer un uso más eficiente del agua potable y a disminuir la presión sobre los recursos hídricos frescos, por ejemplo, usándola para riego de parques y plazas. Cómo se realiza y financia es parte de la conversación que el país debe tener, tal como cuando se decidió sanear el 100% de las aguas servidas de zonas urbanas”, señalaron desde Andess.

En cuanto a los motivos por el cual se decidió legislar únicamente la reutilización de aguas grises y excluir las negras, el investigador de CEDEUS, Ignacio Vargas, señaló que “primero está la gran carga orgánica que tiene, lo cual hace que su uso requiera un tratamiento más sofisticado, generalmente con más energía. Y el segundo problema va por el lado de la higiene sanitaria, porque el agua que se va por el WC tiene más carga microbiana que puede enfermar a las personas. Entonces, esas aguas tienen una complejidad adicional, ya sea por la carga orgánica o por el contenido de microorganismos que podrían ser patógenos”.

Sin embargo, Vargas destaca que eso no significa que las aguas residuales (negras y grises) no puedan convertirse en aguas de calidad, sino que requieren de una inversión mayor debido al tratamiento. “Lo que pasa es que en el fondo tienes que llegar a un estándar de calidad del agua, y cuando uno tiene un agua negra parte desde mucho más abajo, por tanto, el esfuerzo tecnológico es mucho mayor. Aunque existe la tecnología que permite ir desde un agua negra hasta un agua potable, tenemos que preguntarnos si es lo más eficiente desde punto de vista energético y de gestión del recurso”, señaló el profesor asociado del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la Escuela de Ingeniería PUC.

Para el jefe de proyectos de Fundación Chile, la ley quedó corta y debería haber aprovechado la totalidad de las aguas residuales tratadas a nivel nacional. Además, manifestó que la ley puede generar un precedente para inhabilitar futuros proyectos de reúso. “Los parámetros que exige la ley 21.075 son demasiados restrictivos, y eso desincentiva el aprovechamiento de esta nueva fuente de agua, especialmente en zonas vulnerables. Por ejemplo, para su aplicación en agricultura de subsistencia se vuelve prohibitivo cuando se considera que la fuente de agua en muchas zonas rurales no cuenta con una calidad de agua de entrada normada y, por lo tanto, le estás exigiendo una normativa muy superior a la que pueden acceder, puesto que las tecnologías que pueden llegar a esa calidad son muy caras y se vuelve poco eficiente implementarlas. Además, la normativa de aguas grises podría generar un problema en la infraestructura de recolección y transporte de este tipo de efluente que no se encuentra acondicionado para caudales más concentrados”, indicó Gerardo Díaz.

Respecto a los motivos por los cuáles la ley no transitó hacia la reutilización de plantas residuales, Díaz señaló que, “todavía existe la desconfianza respecto al uso de estas aguas producto de que antes de los años 90, antes de que se tecnificara el tema de saneamiento urbano y rural a nivel nacional, se regaban con aguas crudas y eso generaba muchos problemas a nivel de salud pública.  Por tanto, hoy en día hay un componente de desconfianza respecto a la reutilización de estos efluentes aun cuando se reutilizan ya de manera indirecta, lo que podría ser solventado mediante estrategia de comunicación y experiencias exitosas que motiven la masificación de procesos de reúso de estos efluentes”.

A pesar de que no exista una regulación formal para la reutilización de aguas residuales, Fundación Chile ha trabajado en varias iniciativas de este tipo desde el 2013. “Hemos trabajado en proyectos con distintas líneas, una de ellas es el reúso de aguas residuales urbanas a través de fomentar la recuperación, tratamiento y reutilización de aguas residuales descargadas por emisarios submarinos en zonas costeras de Chile y, por otro lado, en sistemas rurales donde ya tenemos implementado un proyecto de reutilización de agua desde plantas de tratamientos rurales para fomentar desarrollo productivo local en la región de Coquimbo”, sostuvo Díaz.

Cabe destacar que para lograr la calidad necesaria de las aguas residuales tratadas y sin una ley específica que regule dichos estándares, Fundación Chile utiliza el Decreto 90 Tabla 1, la cual regula los contaminantes asociados a las descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales de las PTAS. Finalmente, aunque la ley 21075 no restringe el reúso en su totalidad, aún no hay una institucionalidad clara para los procesos de reutilización de aguas residuales, lo cual es una restricción para avanzar hacia su implementación principalmente en zonas rurales, donde la carencia de agua es mayor.

Por su parte, desde Andess afirmaron que “los reúsos de las aguas servidas tratadas son diversos. Si uno considera solas aguas tratadas con un uso definido y conocido, cifras publicadas por la SISS (año 2020), muestran que en la zona central norte del país las aguas servidas tratadas reusadas por terceros alcanzaron 65 millones de metros cúbicos, equivalentes a menos de un 6%. Sus principales usos son procesos productivos en la industria minera. Asimismo, hay un uso menor de las aguas tratadas en procesos internos en las mismas plantas de tratamiento, pero es menor”.

La reutilización de aguas residuales no solo es una opción real, segura y sustentable, sino que necesaria para enfrentar la crisis hídrica en sectores rurales, donde se pueden ver las peores consecuencias de la sequía. No solo brindaría un acceso seguro a agua limpia, sino que se vería beneficiada la economía del lugar y la calidad de vida de las personas. “Las capacidades tecnológicas existen, la tecnología de abatimiento de contaminantes ya está más que probada, se ha implementado a nivel nacional para el tratamiento de aguas residuales en distintos niveles, hoy solo falta la voluntad de implementarlas, el financiamiento y estructurar un modelo de negocios territorial que ayude a sostener ese tipo de soluciones”, concluyó Gerardo Díaz de Fundación Chile.

Fuente

https://codexverde.cl/crisis-hidrica-se-reutilizan-las-aguas-residuales-en-chile/

Parámetros de control de un sistema biológico

Dentro de los sistemas unitarios más eficientes para la depuración de aguas residuales que podemos encontrar en las diferentes industrias del país tenemos el tratamiento secundario (lodos activados) que es un sistema de tratamiento en el cual una masa de microorganismos (biomasa) es completamente mezclada con la materia orgánica que se encuentra en el agua residual está en presencia del oxígeno, de manera que está les sirve de alimento para su producción y así la degradación de compuestos orgánicos,contenidos de nutrientes, patógenos y parásitos.

En la biomasa encontramos las bacterias que son el componente biológico más importante del proceso biológico pero además de las bacterias hay otros microorganismos que se consideran necesarias y su presencia en el sistema indica ciertos comportamientos del proceso. Entre las más comunes tenemos protozoos, hongos, rotíferos, Filamentosas o Zoogloea entre otras.

A medida que microorganismos crecen, estos se multiplican y se agrupan unos a otros (floculan) para formar una masa activa de microorganismos llamada “lodo activado”.

Dado que este proceso es eficiente se debe tomar en cuenta también algunos componentes básicos que nos ayuden a optimizar la operación. Dentro de estos componentes está el monitoreo microscópico adecuado que se le debe dar a la biomasa o microorganismos, las instalaciones que presenta la industria para proceder a utilizar un sistema de lodo activado y lo más importante la constante capacitación que se le debe dar a los encargados de las plantas de tratamiento para que así ante cualquier eventualidad tengan las herramientas necesarias para hacer frente.

 A continuación se podrá ver un esquema de lodo activado:



Como se puede ver en la anterior figura y una de las diferencias que hay entre un sistema de lodo activado y las lagunas de aireación es la recirculación de lodo que se debe de realizar dependiendo de su caudal para mantener la relación en el sistema.

Se debe de tener en cuenta las características que va a presentar el agua que va a entrar a nuestro sistema secundario, para así poder controlar los parámetros óptimos para una operación de planta ideal. 

Dentro de estos sistemas tenemos que tomar en cuenta ciertos parámetros, de los más importantes están: caudal a tratar, características del agua, demanda química de oxígeno, demanda biológica de oxígeno, sólidos suspendidos, turbidez, color. Además de parámetros de diseño que nos dan la información capacidad de la planta tanto en caudales, volumen de reactores o de clarificadores.

Lo anterior y con el fin de identificar las particularidades que puede presentar los diferentes procesos industriales y esto a su vez la variabilidad de aguas residuales que se pueden generar. Es importante entonces tener en cuenta una serie de valores y análisis sumamente importantes para lograr optimizar el tratamiento biológico desde sus diferentes etapas como agua de entrada, tiempo en el reactor, tiempo en el clarificador, caudales de recirculación y caudales de purga:

Parámetros de control del sistema biológico

Descripción

Parámetro

Unidad

Agua de entrada

Caudal

m3/día

Sólidos suspendidos

mg/L

DBO

mg/L

DQO

mg/L

Reactor

MLSS

mg/L

MLVSS

mg/L

IVF

mL/g

Análisis microscópico

Microorganismos

Cm = F/M

Relación alimento – microorganismos, d-1

Edad Lodo (MCTR)

días

Oxígeno Disuelto

mg/L

Clarificador

Carga superficial de sólidos

Kg/m2

Carga Hidráulica

m

Lecho de lodo

 m3

Agua tratada

Sólidos suspendidos

mg/L

DBO

mg/L

DQO

mg/L

Turbidez

NTU

Exceso de lodo

Caudal

m3/día

MLSS ó % concentración

mg/L ó %

Recirculación

Caudal

m3/día

MLSS ó % concentración

mg/L ó %


Dentro de las características del caudal de entrada a nuestro sistema biológico debemos controlar lo siguiente:

 

1. Factores en el Caudal

 

·         Temperatura

 La depuración biológica se desarrolla de forma adecuada entre los 2 límites de temperatura 12oC y 38oC.

 

·         pH

 El pH se podría manejar en un rango de 6.5 a 8.5, si se diera fuera de estos rangos lo recomendable sería ajustar ph para así poder mejorar nuestro sistema.

·         Sólidos suspendidos

Es la materia que permanece en suspensión en el agua residual y se determina como la cantidad de material retenido después de realizada la filtración de una muestra. 

 

·         La demanda química de oxígeno (DQO)

Se define como cualquier sustancia tanto orgánica (75%) como inorgánica (25%) susceptible de ser oxidada, mediante un oxidante fuerte que debido a sus propiedades químicas únicas, el ion dicromato (Cr2O72-) es el más utilizado. La cantidad de oxidante consumida se expresa en términos de su equivalencia en oxígeno y se expresa en mg/l O2. 

 

·         La demanda biológica de oxígeno (DBO5)

 Es la cantidad de oxígeno que los microorganismos como las bacterias consumen durante la degradación de las sustancias orgánicas contenidas en la muestra. Se expresa en mg / l.

 

2. Factores en el reactor

 

·         Tiempo de retención hidráulico

Es el tiempo que las bacterias están en contacto con el agua residual, es un factor importante de diseño y operación. Se debe tener e  tiempo necesario para que las bacterias asimilen la materia orgánica que contiene el agua residual. Si no se tiene un tiempo de retención adecuado no se lograra remover toda la materia orgánica y la DBO del efluente será alta.

·         Sólidos Sedimentables

Es la materia que en el agua no permanece en suspensión durante un tiempo definido, si no que sedimenta al fondo del recipiente que se encuentre, estos sólidos son expresados en volumen mL/L o peso mg/L.

 

·         Nutrientes

Los nutrientes normalmente están presentes en cantidades suficientes en el agua residual, pero hay procesos industriales en los cuales no se encuentran nutrientes necesarios para tener suficiente nitrógeno (N) y fósforo (P).

La relación se describe a continuación:

 

Relación  DBO :  N  :  P

                  100 :  5   :  1

 

Relación  DQO :  N  :  P

                  100 : 10  :  1

 

·         Sólidos en Licor Mezclado (MLSS):

 

MLSS (Sólidos suspendidos en Licor Mezclado).

Mide la cantidad de sólidos suspendidos totales en el tanque de aireación.

 

MLVSS (Sólidos suspendidos volátiles en Licor Mezclado)

MLVSS se considera que representa la población de microorganismos en el tanque de aireación.

Realmente, los microorganismos VIVOS comprenden solamente un 25-50% del MLVSS. (Otros sólidos suspendidos están inter mezclados con microorganismos biológicamente activos). Mide la porción volátil del MLSS (550°C).


·         Demanda de Oxígeno

Es importante para que se den las reacciones químicas de la materia orgánica y va dependiendo de la DBO5 que se ingresa al sistema, la cantidad de sólidos que hay en el tanque, ósea el aire necesario para mantener activos los lodos y la respiración endógena de los microorganismos.la concentración de oxígeno disuelto debe ser mantenida entre 1,5 y 4 mg/L, pero el valor más utilizado es 2 mg/L.

 

·         Relación Food/Mass (F:M)

Es un parámetro usado para diseño del proceso, es ideal para que los microorganismos tengan la cantidad adecuada de alimento, poco o demasiado alimento causa problemas de sedimentación en el clarificador, en otras palabras nos expresa la cantidad de carga orgánica de un proceso de lodo activado.

 


 Dónde:

DBO= Demanda Biológica Oxígeno (mg/L)

Q= Caudal (m3)

Vr= Volumen Reactor (m3)

MLVSS= Sólidos Suspendidos Volátiles en Licor Mezclado (mg/L)

 

·         Edad del Lodo (MCRT o STR) (Tiempo de retención de sólidos).

 

Es la relación entre la cantidad total de sólidos que se encuentran en el sistema dividido entre la cantidad de sólidos que salen del sistema por una unidad de tiempo (días). También llamado MCRT o tiempo medio de residencia de célula.

Cuando la edad del lodo está más alto del rango recomendado, se habla de “lodo viejo”; la biomasa es sobre oxidada y efluente en clarificador arrastra flocs muy finos, cuando este rango está por debajo se habla de “lodo joven”, el cual es liviano, voluminoso, flotante, disperso y de lenta sedimentación. En esto de la edad del lodo los valores de los libros son guías no hay valores estándar en su mayoría se basa por la experiencia que puede tener cada planta.



Donde

 MCRT= Edad lodo (días)

Q= Caudal entrada (m3)

Vc= Volumen Clarificador (m3)

Vr= Volumen Reactor (m3)

MLVSS= Sólidos Suspendidos Volátiles en Licor Mezclado (mg/L)

EFFssv= Sólidos suspendidos en el efluente (mg/L)

Qwas= Caudal de Purga. (m3/ día)

RASssv= Sólidos suspendidos en el sedimentador (mg/L)

 

 

·         SVI  (Índice de volumen de lodo).

 

Es un indicador para determinar la sedimentabilidad de un lodo. Por definición corresponde al volumen ocupado por un gramo de sólidos suspendidos al cabo de 30 minutos de sedimentación. Es en factor muy importante para lo que es el sistema de lodo activado debido a lo siguiente:

 

IVL (ml/g)

Sedimentabilidad

Características

< 50

Mala

Pin Point Floc (mala sedimentabilidad)

80 – 150

Muy buena

Efluente bueno

150 – 200

Tolerable

Peligro de pérdida de lodo

200 – 400

Mala Lodo

Lodo con problemas (bulking filamentoso)

> 400

Muy Mala

Pérdida total de lodo

Cuadro 2

 

3. Factores en el Clarificador

 

·         Caudal de recirculación:

El lodo sedimentado en el clarificador se recirculan con respecto al reactor biológico con el fin de mantener una determinada carga. Esto es sumamente y se conoce como la cantidad de lodos activados retornados (RAS).

 

·         Caudal de Purga:

El control de un proceso de lodos activados es importante para mantener altos niveles en el funcionamiento del tratamiento es importante controlar la purga de lodos activados (WAS).

 


 Dónde:

 MCRTdes= Edad lodo deseado (días)

Vc= Volumen Clarificador (m3)

Vr= Volumen Reactor (m3)

MLVSS= Sólidos Suspendidos Volátiles en Licor Mezclado (mg/L)

Qwas= Caudal de Purga. (m3/ día)

RASssv= Sólidos suspendidos en el sedimentador (mg/L) 

 

Todo lo anterior son herramientas que se pueden utilizar y que además dependen de las condiciones y formas de trabajo de cada planta, por lo que es importante analizar los diferentes parámetros que nos pueden ayudar a controlar nuestra planta.