En México, uno de los principales problemas urbanos tiene que ver con la disposición del agua usada para la vida diaria en las viviendas, comercios, servicios e industrias. A nivel urbano, el desperdicio de este líquido tanto por los consumidores como en las tuberías dañadas o en mal estado, representa solamente una parte del problema; la contaminación de las aguas usadas tanto en los domicilios como en procesos industriales es otra, y la falta de opciones para su disposición agrava la situación. Así, poca o mucha del agua que se utiliza y, ya sea que esté contaminada o no, se envía al drenaje en donde se mezclan diversas calidades de este líquido, para terminar reincorporándose generalmente sin ningún tratamiento a algún cauce natural.
Las estadísticas del agua en México indican que, en los últimos años se ha incrementado la cobertura de agua potable y alcantarillado para los hogares, sobre todo urbanos, sin embargo, el tratamiento de las aguas usadas por la población no ha aumentado en la misma proporción. Así, mientras se cubre el 90.3% de las necesidades de agua potable en el país, y el 86.4% del alcantarillado, tan sólo el 40.2 % de las aguas residuales son tratadas y sólo el 16.75% cumple con la normatividad requerida. Esto significa que una gran parte de las aguas servidas regresan a los cauces naturales sin ningún tratamiento o con uno inadecuado, contaminando los cuerpos de agua, cambiando su química y alterando gravemente a los ecosistemas que dependen de ellos.
Por ello, es sumamente importante fomentar el buen uso del agua e invertir en infraestructura urbana sustentable que garantice el manejo integral de aguas residuales sanitarias. Para lo cual, es necesario optar por una tecnología innovadora para el tratamiento de aguas negras que permita reutilizar los caudales y/o regresarlos a la naturaleza con buena calidad, sin hacer un uso intensivo de energía y sin producir contaminantes.
A continuación se describe el proceso de purificación que hace un río al agua residual que le es vertida, y posteriormente, se hace una analogía con el proceso de tratamiento propuesto en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Lodos Activados (PTAR).
Es importante mencionar que, el agua residual sin tratar contiene bacterias en estado latente y materia orgánica que al entrar en contacto con el oxígeno forman un ambiente ideal para la reproducción bacteriana. De esta manera, la materia orgánica (comúnmente medida como DBO5) es digerida y por ende eliminada.
A. EL PROCESO DE TRATAMIENTO DE UN RÍO
Durante los primeros kilómetros (de 0 a 30 km. aprox.) se comienzan a formar colonias de bacterias generalmente aeróbicas gracias al oxígeno suministrado por cascadas, rápidos, o inclusive por la fotosíntesis de algas o lirios, en estos primeros kilómetros la degradación de la materia orgánica será muy lenta debido a la baja concentración de bacterias, sin embargo, de los 30 a los 80 km se registrará una mayor velocidad de eliminación de la materia orgánica, lo cual significa que la velocidad de reproducción de las bacterias es más rápida. Entre este punto (80 km) y los 100 km debe haberse digerido aproximadamente el 80% de la materia orgánica y por lo mismo existe una gran concentración de colonias de bacterias, en este punto, debido al poco alimento (materia orgánica) y muchos comensales (colonias de bacterias), comienza un proceso conocido como respiración endógena (canibalismo o festín bacteriano), en el cual se reduce drásticamente la cantidad de bacterias, y por supuesto, desaparecerán el resto de materia orgánica presente.
La bacteria concentrada tiene aspecto de tierra mojada y es por esto que se le ha dado el nombre de “lodo activado”.
Al mismo tiempo, en el kilómetro 80, parte de las bacterias evolucionan para formar bacterias nitrificantes (nitrosomas y nitrobacter), las cuales se alimentarían de nitritos y nitratos aún presentes en el agua, eliminando así la mayor parte del nitrógeno amoniacal (tóxico), cabe resaltar que las bacterias madres están dentro de la materia orgánica (por ejemplo E-colli proveniente de la flora intestinal del ser humano). Se calcula que la materia orgánica contiene mil 500 millones de bacterias por gramo.
Cuando no existe suficiente oxígeno suministrado se presentan sistemas anaerobios (bacterias anaerobias) que contienen como subproducto de su síntesis una gama de gases malolientes (i.e. acido sulfhídrico, mercaptanos, amoniaco, etc.) que generalmente son tóxicos y algunos de ellos explosivos.
Estos sistemas son muy comunes en pantanos donde se estanca el agua y existen pocas posibilidades de que se oxigene o en ríos y lagos altamente contaminados, por lo que el oxigeno suministrado no es suficiente para mantener un sistema aerobio. Cabe mencionar que en un sistema aerobio los subproductos de la síntesis bacteriana son agua y bióxido de carbono.
Los nitritos y nitratos son moléculas provenientes generalmente de la urea (orinal), los cuales son elementos tóxicos para el consumo de la mayoría de los seres vivos y por supuesto de los peces.
B. PROCESO DE TRATAMIENTO EN UNA PLANTA TRATADORA
En una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Aclara se utiliza el mismo principio con el cual un río purifica el agua, la modificación más importante es que las plantas tratadoras Aclara tardan menos de un día para llegar al nivel de depuración equivalente de los 100 km (dados en el ejemplo del río).
La principal diferencia entre el tratamiento de un río y el sistema en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Aclara radica en que, en este último, el tiempo requerido para el tratamiento es 20 veces menor gracias a que se pueden mantener altas concentraciones de bacterias en los reactores, de manera que se asemejan los últimos kilómetros de tratamiento del río, además de que la mezcla y la oxigenación en el proceso son inducidos.
El agua negra es enviada inicialmente a un reactor donde se encuentra una alta concentración de bacterias que se encargarán de eliminar la mayor parte de la materia orgánica. El producto de este reactor es una mezcla de mucha bacteria con relativamente poca materia orgánica y una alta cantidad de oxígeno disuelto en el agua, de manera que, si fuera necesario muestrear el oxígeno del reactor lo podríamos realizar en cualquier punto del mismo.
Este proceso presenta tanto la eliminación de la materia orgánica como el mezclado y la remoción de nitrógeno amoniacal.
Al no haber suficiente alimento (materia orgánica) para los microorganismos (bacterias), comienza un festín bacteriano (conocido técnicamente como respiración endógena) donde los microorganismos se comen entre ellos, evitando así una sobre producción de lodos de desecho por lo que para descargas orgánicas de baja concentración (hasta 300 ppm de DBO5), la producción de lodos de desecho son mínimos.
La biomasa formada en los sistemas de tratamiento de lodos activados se divide en:
- Microorganismos heterótrofos encargados de la remoción de materia orgánica principalmente, los cuales utilizan 12% de su peso en nitrógeno como fuente de alimento.
- Microorganismos autótrofos, principalmente bacterias nitrificantes, las cuales sólo son formadas en sistemas independientes, por lo que el efluente (agua tratada) se encuentran dentro de las normas de calidad para estos tóxicos.
Cuando existen descargas de nitrógeno amoniacal superiores a las convencionales en descargas de tipo urbano, las plantas de tratamiento cuentan con la particularidad de que varias zonas del reactor pueden ser utilizadas en forma anóxica, lo cual propicia una mayor nitrificación y desnitrificación con lo que se reduce de manera más drástica descargas de nitrógeno amoniacal mucho más altas.
A continuación se presenta el diagrama de flujo real de la planta de tratamiento de aguas residuales. El tren de tratamiento se compone por las etapas de: pretratamiento, tratamiento secundario, reactor de oxidación total y desinfección, así como estabilización y deshidratación de lodos de desecho.
PASOS
1) El agua residual pasa por el área de Pretratamiento, aquí se le retira arena y sólidos de gran tamaño, posteriormente el agua pasa al 2) reactor de oxidación total, donde se consume la materia orgánica y se provoca la respiración endógena, reduciendo así la producción de lodos de desecho al mínimo indispensable, y propiciando una excelente calidad de agua, el proceso sigue hacia el 4) sedimentador secundario, aquí se separa el agua tratada del lodo por acción de la fuerza de gravedad, el lodo sedimentado es recirculado a los reactores biológicos para mantener una alta concentración de biomasa y una pequeña parte es purgada del sistema, el agua tratada fluye hacia el canal vertedor que lo guía hacia el área de 5) cloración, aquí se le aplica cloro para desinfectar el agua con el objetivo de eliminar bacterias causantes de enfermedades y finalmente, se obtiene un efluente tratado que cumple con los límites de la normatividad mexicana vigente que dependiendo del reúso que se desee darle puede ocuparse, por ejemplo, para verterse a un cuerpo receptor tipo C, es decir, a un río con protección a la vida acuática, a un cuerpo receptor tipo B para riego de cultivos agrícolas, en servicios al público con contacto humano indirecto u ocasional, pudiendo reutilizarse en sistemas de riego de jardines y camellones, fuentes de ornato, campos de golf, lagos artificiales no recreativos, etc. Mientras que el lodo purgado del sistema se conduce al 6) digestor, aquí se le aplica aire al lodo activado con el objetivo de disminuir la población bacteriana, para después enviarlo al área de 7) deshidratación de lodos, en esta última parte del proceso se realiza la deshidratación del lodo para poder enviarlo al sitio de disposición final.
Concientizar sobre la necesidad de cuidar y tratar el agua, es avanzar en el desarrollo sustentable y de esta forma podemos retribuir poco a poco en la recuperación de aquello que nosotros mismos usamos, esto implica mejorar sustancialmente las condiciones de vida, salud, sanidad de la población en general y conservar el medio ambiente.