La contaminación del agua cobra gran importancia en la necesidad de preservar el medio ambiente, puesto que los contaminantes pueden ser acumulados y transportados en arroyos, ríos, lagos, presas y depósitos subterráneos, afectando directamente la salud del hombre y la vida silvestre. Las fuentes más importantes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas son las aguas residuales industriales y urbanas.
Por otra parte, las estrategias de desarrollo de la Región de Antofagasta, Chile, asignan la más alta prioridad a la mejor gestión de los recursos hídricos, a la reducción del arsénico y a los desarrollos biotecnológicos, éstos últimos debido a que permiten transformar las restricciones del medio natural en oportunidades.
Los tratamientos de aguas residuales urbanas han sufrido importantes avances tecnológicos en el último tiempo. Investigaciones referidas al efecto de ciertos contaminantes, normas ambientales cada vez más estrictas y factores económicos han impulsado al desarrollo de nuevas tecnologías. Uno de los desafíos es la minimización de los residuos. Los lodos o fangos hidróxidos procedentes de la decantación fisicoquímica de aguas en plantas potabilizadoras son ricos en elementos metálicos con contenidos minoritarios de materia orgánica y una importante cantidad de agua asociada. Sus características dependen de la composición fisicoquímica del agua bruta a potabilizar como del o los reactivos químicos de tratamiento adicionados al agua.
En las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAPs), el proceso de decantación fisicoquímica se orienta a reducir cuanto se pueda, las materias en suspensión, color y turbidez de un agua natural. Aunque no hay estadísticas publicadas sobre la forma de acometer la gestión de los lodos hidróxido de las ETAPs, la panorámica actual incluye tratamiento del fango y posterior uso o vertido controlado, vertido a redes municipales de alcantarillado y vertido directo a cauces públicos continentales o aguas marinas.
En el tratamiento de los lodos hidróxido, la primera operación a realizar es su espesamiento que se lleva a cabo en espesadores de gravedad o bien en espesadores por flotación. El resultado del espesamiento genera un lodo con una concentración entre 2% y 8 % y un efluente claro. Tras los espesadores, el lodo deberá ser sometido a un proceso de deshidratación. Los procesos que se utilizan son de deshidratación mecánica, como los sistemas de centrifugación y filtración (filtros de prensa, filtros bandas o filtración al vacío) capaces de elevar el contenido de sólidos en el residuo a valores situados entre 25 y 30%. El inconveniente de estos métodos es que se sigue vertiendo una cantidad muy importante de humedad que crea un exceso de volumen en el vertido, un aumento de lixiviados y mayores costos de traslado y disposición.
La utilización de los procesos de deshidratación mecánica para el tratamiento del lodo proveniente de los sedimentadores depende del volumen y de las características de éste, donde los parámetros determinantes son la cantidad y decantabilidad, la resistencia específica a la filtración y el coeficiente de compresibilidad. Existen sistemas de secado utilizados en procesos industriales cuya adaptación al tratamiento de lodos conlleva una serie de dificultades. El secado de los lodos por calor consiste en el contacto directo o indirecto con gases a mayor temperatura para reducir el contenido de humedad de los mismos a un 10 % como mínimo.
El secado directo es apropiado para productos fácilmente disgregables pero se ve con dificultades cuando debe tratar una masa amorfa, muy húmeda y con características plásticas que impiden su disgregación. Por otra parte, requieren de superficies de secado amplias en relación al volumen de lodo a para facilitar la penetración del calor y el transporte de agua hasta la superficie de secado.
Las plantas de tratamiento de Antofagasta y Calama fueron diseñadas como plantas para abatimiento de arsénico y no de turbiedad. La dosificación de coagulante utilizada varía entre 26 y 32 ppm de FeCl3, mayor que las dosis consideradas altas (16 ppm) en plantas diseñadas para la reducción de material particulado de aguas frescas. La concentración de coagulante es mayor también que las usadas en otros puntos de Chile.
De acuerdo a la ecuación de Slater, el tratamiento de las plantas de Antofagasta y Calama debiera producir el doble de masa de lodo en materia seca por unidad de volumen de agua cruda tratada que la generada en otras plantas del país comparadas. Cuando se presenta el fenómeno climático denominado Invierno Altiplánico, los parámetros de turbiedad y color del agua cruda se alteran considerablemente. En esas condiciones, para poder asegurar la calidad del agua producida, las dosificaciones de los productos químicos deben incrementarse, llegando a concentraciones de 2 a 3 veces superiores de FeCl. En esos casos, aplicando la ecuación de Slater la masa de los lodos aumentaría más de 15 veces por unidad de volumen de agua cruda tratada. El aumento en el volumen de los lodos producidos dificulta su disposición final. Se suma a esto la característica de lodos arsenicados de los residuos.
La planta de tratamiento de Calama cuenta con un Sistema de Recuperación y Disposición Final de Lodos Arsenicados que consta de dos estanques de 600 m3 de capacidad cada uno. El lodo sedimentado en los estanques, se drena hacia la cámara de lodos y desde ahí se dispone hacia los lechos de secado. El lodo sufre en los lechos un proceso de deshidratación debido a la percolación del agua contenida en la pulpa a través del filtro de arena y la evaporación del agua superficial expuesta al aire. El sistema está siendo mejorado para disminuir en alto porcentaje de agua que contiene el drenaje de los lodos del sistema de sedimentación.
Por otra parte el Anteproyecto de Reglamento para el Manejo de Lodos No Peligrosos Generados en Plantas de Tratamiento de Aguas considera "Lodos Deshidratados" a aquellos con un porcentaje de humedad igual o inferior al 70%. La característica de los lodos producidos y el volumen de los mismos dificultan la utilización de técnicas de deshidratación mecánica como los sistemas de centrifugación y filtración. La tecnología de tratamiento en desarrollo busca modificar las características de los lodos producidos de manera tal de facilitar la utilización de métodos de deshidratación mecánica que permitan disminuir el volumen de los lodos producidos facilitando por tanto su disposición final.
Sistema anaeróbico:
El proceso utilizado se basa en la acción de bacterias reductoras de sulfato (SRB) sobre el lodo hidróxido al que se le adiciona un aceptor de electrones, una fuente de carbono y un aporte de vitaminas. Las bacterias reductoras de sulfato son anaerobias por lo que el reactor que se diseña debe asegurar la reducción de la presencia de oxígeno en el sistema.
Diseño del biorreactor anaeróbico:
En el diseño y operación del reactor deben ser considerados los factores que condicionan la obtención de un lodo con las características requeridas para el acoplamiento con la fase siguiente del tratamiento y que reúna las condiciones permitidas para su disposición final y de un agua recuperada que pueda ser reincorporada al proceso de potabilización.
Los factores que pueden afectar los resultados del proceso son:
- Las características del efluente que se alimenta (porcentaje de sólidos, presencia de cloro, etc.).
- La cinética de crecimiento bacteriano y de transformación de los lodos.
- La composición de la población bacteriana en el biorreactor.
- La calidad de la materia orgánica que se añade al proceso.
- El funcionamiento estable del reactor dependerá de los siguientes factores:
- Concentración de los compuestos necesarios para el crecimiento y actividad bacterianas (nutrientes y sustratos).
- Mantención de parámetros físico-químicos (temperatura, pH) del medio en rangos relativamente limitados para que la actividad de los microorganismos sea óptima.
- Diseño del sistema para que sea capaz de resistir variaciones de las condiciones normales de operación.
- La formación de zonas de lodos sin tratar.
- Que no disminuya significativamente el tamaño de los flóculos.
- Por otra parte es necesaria la implementación de un estanque agitado que permita la oxidación del As III a As V en el agua recuperada antes de ser re-incorporada al proceso de tratamiento.
Equipo:
El sistema experimental empleado a escala piloto
consiste en un reactor en serie con un segundo estanque. El primero se utiliza
para la bioconversión y es equipado con dispositivos para un adecuado mezclado
y agitación. El segundo se utiliza para el almacenamiento y concentración del
fango tratado y para la formación de un sobrenadante relativamente clarificado.
Ambos estanques fueron construidos idénticamente, con el fin de que cualquiera
de ellos pueda ser el estanque primario. En la figura 1 se esquematiza el
equipo utilizado, el cual es de geometría cilíndrica con base cónica. El
volumen del reactor se determina con la siguiente expresión:
Para la agitación/homogeneización no es recomendable
efectuar agitaciones enérgicas de tipo mecánico debido a que ellas rompen los
flóculos y dificultan el proceso de filtración. Debido a lo anterior es que la
homogeneización se realizará por recirculación. El mezclado fue efectuado con
un bombeo a través de conductos de circulación exteriores, los que permiten
obtener un adecuado mezclado vertical y una mínima acumulación de espumas. El
sistema de bombeo utilizado consistió en bombas centrífugas dispuestas
externamente junto a las conducciones asociadas (véase figura 1). El mezclado
es inducido por la circulación del fango. Los parámetros de operación
necesarios para la agitación se determinan con las siguientes expresiones:
La aplicación de procesos biotecnológicos ha logrado
gran importancia en el sector industrial y en procesos de biorremediación.
Existen sistemas patentados de tratamientos que utilizan material biológico
para la recuperación de aguas.
El punto inicial para el desarrollo de procesos
biotecnológicos son los fenómenos biológicos explotables. Las tecnologías
actualmente utilizadas en el abatimiento de arsénico del agua, basan
principalmente su fundamento en técnicas de precipitación, intercambio iónico,
procesos electroquímicos y de membranas, sin embargo, la aplicación de tales procesos
puede quedar restringida por inconvenientes técnicos o económicos.
A diferencia de lo que ocurre con equipos para
procesos de transferencia de masa o de calor, no existe una metodología para el
diseño de equipos, dentro de los cuales se desarrolle una reacción o conversión
bioquímica, debido principalmente a que el diseño del biorreactor estará regido
por el sistema de reacción específico y el tipo de microorganismos que se
emplee.
El reactor biológico diseñado considera el efecto del
flujo, el tiempo de residencia, el pH, la temperatura, la biomasa, la
concentración de nutrientes y la velocidad de agitación, con el fin de obtener
un rendimiento óptimo de la conversión de los lodos arsenicados. El reactor
corresponde a la clasificación de reactores de contacto anaerobio, el cual
presenta numerosas ventajas.
Publicado por:
XXVII Congreso Interamericano de ingeniería Sanitária e Ambiental
