1. OBJETIVOS

El objetivo principal que se persigue desde el CDMT es la mejora de la calidad de las aguas de los ríos que riegan las tierras del Maestrazgo turolense Para esto son imprescindibles los sistemas de depuración de aguas residuales que hasta la fecha han tenido gestión precaria.

Los proyectos de sistemas de depuración que lleva a cabo el CDMT tienen como objetivo el alcanzar unos rendimientos de depuración suficientes para que los vertidos que se realicen no afecten negativamente al medio natural (peces, crustáceos, moluscos, biota, personas, flora, etc). Desde la Confederación hidrográfica del Ebro se dice que lo ideal es alcanzar vertido cero, pero este objetivo es una utopía en esta tierra ya que de esta manera, al ser los ríos muy poco caudalosos, éstos se secarían.

Desde el CDMT se realizan los proyectos de depuradoras de manera individual para cada municipio; considerando el número de habitantes, las características del vertido, las características del terreno, etc., individualmente. También se optimiza el mantenimiento de la depuradora.

La campaña analítica tendrá como finalidad estudiar los rendimientos de las depuradoras, las características de los vertidos, la posibilidad de llevar a cabo un modelo de calidad de aguas para cada río, conocer en que punto y en que momento falla la depuradora, saber la frecuencia de limpieza de lodos, etc. que nos darán informa

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Depuradoras localizadas en los siguientes municipios:

Descripción de la depuradora genérica.

Se trata de sistemas de depuración de bajo coste, en los que el agua fluye por gravedad (no se necesitan bombas) y no tiene sistemas de aireación artificial (inyectores, agitadores, difusores, etc.). Estos sistemas disminuyen los costes de inversión y de mantenimiento posterior y pueden ser suficientes para las características de las poblaciones (menores de 2000 habitantes).

Todos los sistemas de depuración tratados tendrán una etapa de tratamiento primario de decantación y digestión anaerobia que se llevará a cabo en un tanque en el que el flujo fluirá por gravedad de forma horizontal, los sólidos sedimentarán en forma de lodos y los microorganismos anaerobios consumirán materia orgánica. Este tanque estará dimensionado para los habitantes equivalentes del pueblo en cuestión (habrá que considerar los períodos estacionales). En algún caso será más conveniente instalar dos tanques de tratamiento primario en paralelo que uno solo de mayor tamaño para obtener rendimientos aceptables. Por ejemplo, en Castellote hay dos tanques en paralelo utilizándose los dos en verano cuando la población aumenta notoriamente.

Al tratamiento primario entra el agua residual, la cual pasa inicialmente por una etapa de desbaste en la que se eliminan los sólidos gruesos mediante unas rejas de un cierto grosor. Los sólidos eliminados en esta etapa de desbaste se llevarán directamente a vertedero, ya que contienen poca agua y son sólidos muy heterogéneos (no son únicamente materia orgánica). Las rejas para desbaste serán de fácil eliminación (tipo tajadera), ya que, como la limpieza por sistema automático es muy cara y la limpieza manual se tiene que llevar a cabo con mucha frecuencia, lo más adecuado es eliminarla cuando esta se tapone, funcionando igualmente la depuradora sin la etapa previa de desbaste.

 Los sistemas tratados carecen de etapa de desengrasado porque no es necesario con la cantidad de habitantes tratada y además generaría un gasto adicional y desprendimiento de malos olores.

En el tratamiento primario de decantación y digestión se elimina casi por completo la totalidad de la materia sólida en suspensión que se va a eliminar en la depuradora. También se elimina una pequeña parte de materia orgánica por digestión anaerobia por parte de los microorganismos anaerobios que contiene el agua residual (el decantador-digestor es un tanque cerrado). Por lo tanto en esta etapa se alcanzarán rendimientos altos en eliminación de sólidos suspendidos y bajos en eliminación de materia orgánica.

En el tratamiento biológico o secundario se elimina materia orgánica disuelta.

Esta etapa puede realizarse en un tanque aireado con lecho de lodos activados, en una balsa de macrofitos emergentes, por lagunaje, por procedimientos mixtos (macrofitos y lagunaje), por tratamiento biológico de bíodisco, por tratamiento de filtro verde, por zanjas en el suelo permeable que adsorberá parte del agua disminuyendo el caudal de vertido (lo ideal sería llegar a vertido nulo), etc.. Parte de los lodos que salen de esta etapa se pueden recircular, ya que se trata de microorganismos necesarios para la metabolización de la materia orgánica. De los lodos sólo se desechan los correspondientes a los nuevos microorganismos que se producen en la digestión aerobia de la materia orgánica. El proceso de digestión de la materia orgánica por vía aerobia es el siguiente:

O₂ + m orgs

CO₂ + H₂O

M.O.

Nuevos m orgs.

N, P

El proceso de digestión de materia orgánica por vía anaerobia es el siguiente:

ox./red.

CH₄ + H₂O

M.O.

Nuevos m orgs.

N, P

Tanto el proceso de digestión aerobio como el anaerobio consumen nutrientes.

Este consumo es importante para evitar la eutrofización en el río.

Parámetros a medir en la analítica

Caudal,

conductividad,

DBO₅,

DQO,

contenido total en N,

sólidos suspendidos volátiles,

sólidos suspendidos totales

aceites y grasas

SO₄^2- y Cl^-,

Cu, Mn, Zn, Fe, P, Na, K.

detergentes.

 Prácticos:

Los parámetros a medir dependen de las características del agua residual. En primera instancia se podría suponer que se trata de aguas residuales domésticas para las que únicamente sería necesario medir:

Caudal,

DBO₅,

sólidos suspendidos.

 Los anteriores parámetros son los que se necesitan para conocer el funcionamiento de la depuradora (para calcular rendimientos), pero además de estos parámetros nos pueden ser útiles para saber a que se debe el mal funcionamiento de la misma si se da el caso, los siguientes:

Nitritos, nitratos o contenido total en N (teniendo en cuenta los procesos de nitrificación y desnitrificación que llevan a cabo los microorganismos llegaríamos a una conclusión sobre "el tipo de N" a analizar).

También sería interesante llevar un control de la temperatura (y de paso medir el pH que debe estar entre un intervalo de 6-9). El seguimiento de temperatura se hace porque los microorganismos pueden ser termofílicos (tienen que estar en un intervalo de temperatura adecuado para que puedan metabolizar la materia orgánica). .

Midiendo la DQO podemos calcular el cociente DBO/DQO llamado grado de bíodegradabilidad del agua. Si el valor de este cociente es menor de 0,5, se puede sospechar que el agua está contaminada por alguna sustancia tóxica por el vertido de alguna industria que incorpora sus vertidos a los de la red municipal.

Los anteriores parámetros se medirían en el agua residual antes de entrar a la depuradora, después del tratamiento primario y en el agua depurada final (justo después del tratamiento o al final del colector). Habrá arquetas en los puntos de muestreo instaladas para estos fines.

Descripción de los tipos de depuradoras

El tratamiento primario de decantación-digestión es común para todas las depuradoras tratadas (se pone para asegurar un rendimiento aceptable en la eliminación de sólidos).

Lo que cambia de unas depuradoras a otras es el tipo de instalación utilizada como tratamiento biológico, dependiendo su elección del caudal de agua, de la disponibilidad del terreno, de la permeabilidad del terreno, del número de habitantes equivalentes, de la pendiente del terreno, etc.

Se trata de un tanque que solo está abierto a la atmósfera por una chimenea por la que entra el oxígeno y salen los gases que se desprenden en la digestión aerobia (CO₂ y vapor de agua). En el tanque hay un relleno de plástico con gran superficie específica en el que se adsorben los microorganismos y se forma un lecho activado de un grosor determinado que produce la reacción de digestión. Se necesita un período de unos días para que el lecho activado alcance un espesor suficiente en el relleno. Este período depende de la época del año en la que la depuradora se ponga en funcionamiento siendo más corto en verano (alrededor de 15 días), ya que los microorganismos se desarrollan mejor a altas temperaturas.

Al igual que en toda la instalación el agua fluye por el tanque por gravedad por lo que el terreno en el que esté instalada la depuradora deberá tener una cierta pendiente.

Se trata de un sistema bastante nuevo y desconocido en España. Consiste en una serie de balsas impermeabilizadas conectadas en serie o en paralelo (o ambas), construidas con una cierta pendiente para que el agua fluya de unas a otras por gravedad. Las balsas están rellenas con suficiente cantidad de grava de diferente granulometría que no permite que el agua alcance un nivel superficial. El nivel del agua residual en cada balsa estará por debajo del nivel de la grava, es decir, el flujo de agua es subsuperficial. En cada balsa se hará una plantación de una especie vegetal determinada que crecerá gracias a los microorganismos y a la materia orgánica y habrá que hacer una siega u otra plantación cuando se requiera.

Se trata de un cilindro de metal mallado colocada encima de un tanque abierto por el que fluye el agua por gravedad y que gira a una velocidad determinada con la ayuda de un motor. Los microorganismos que contiene el agua residual se adsorben sobre el cilindro y, al girar éste, se favorece la oxigenación del agua llevándose a cabo la digestión aerobia con la cantidad de oxígeno suficiente para que se alcancen buenos rendimientos y para que no haya desprendimiento de olores.

Puesta en marcha de la depuradora

 

Podemos suponer que se necesita un período de quince días (si empieza a funcionar en verano) para que se estabilice el funcionamiento de la depuradora. Por ejemplo, se necesita un período de maduración de los microorganismos para que estos formen un lecho bacteriano de suficiente grosor y puedan metabolizar la materia orgánica.

Durante estos quince días habría que realizar un seguimiento del funcionamiento de la depuradora, por lo que sería interesante medir los parámetros antes citados dos veces cada semana. Suponiendo que la depuradora se pone en funcionamiento en lunes y en verano sería conveniente tomar muestras el martes y el sábado de esa semana, el jueves de la semana siguiente y el lunes de la semana siguiente. Se compararán los valores de los parámetros principales de los dos últimas muestreos (DBO y SS) y si estos no son muy diferentes consideraremos que el funcionamiento de la depuradora se ha estabilizado. Para llegar a esta conclusión también tendremos que tener en cuenta los rendimientos obtenidos en la eliminación de sólidos suspendidos y en la disminución de DBO, que deben ser acordes con los presupuestos para el dimensionado de la planta.

Frecuencia de muestreos

 

Durante el primer año de funcionamiento de la depuradora conviene realizar un seguimiento más exhaustivo de los parámetros que controlan.

Después del primer año, si el funcionamiento de la depuradora es el correcto, no hará falta llevar un seguimiento tan exhaustivo como el primer año. Sería interesante llevar a cabo campañas de muestreo 4 veces al año, una analítica por cada estación. Se podría seguir (por ejemplo) el siguiente seguimiento:

Rendimientos

 

Tratamiento primario:

 

DBO₅: (DBO_{entrada trat 1º} - DBO_{salida trat 1º}).100 / DBO_{entrada trat 1º}

Sólidos suspendidos: (SS_{entrada trat 1º} - SS_{salida trat 1º}).100 / SS_{entrada trat 1º}

Tratamiento biológico:

 

DBO₅: (DBO_{salida trat 1º} - DBO_{salida depur.}).100 / DBO_{salida trat 1º}

Sólidos suspendidos: (SS_{salida trat 1º} - SS_{salida depur.}).100 / SS_{salida trat 1º}

Proceso total:

 

DBO₅: (DBO_entrada - DBO_salida ).100 / DBO_entrada

Sólidos suspendidos: (SS_entrada - SS_salida ).100 / SS_entrada

Nota: Se supone que el caudal de agua que circula por la depuradora debería ser igual a la entrada y a la salida de la misma en un momento determinado, pero esto no es así ya que los sólidos retendrán agua. Además el caudal de aguas residuales que entran a la depuradora varía continuamente ya que los vertidos de aguas domésticas no son constantes (en verano y en las horas punta el caudal de agua residual será mayor). Para vertidos industriales se sitúan balsas de homogeneización antes de la entrada a la depuradora para que el caudal que circule sea constante en todo momento, pero este no es el caso tratado (las depuradoras son de aguas urbanas, que en su mayoría están compuestas por vertidos domésticos).

Mantenimiento de la depuradora y tratamiento de lodos

 

Los lodos del tratamiento primario se recogerán mediante una bomba que los succionará y cuyo rodete habrá que cambiar de vez en cuando debido al gran desgaste que se verá sometido (los lodos tienen un alto grado de humedad y no se pueden recoger con pala). Durante el primer año, se recogerán los lodos 4 veces (una vez cada trimestre). Si la cantidad de lodos recogida en esas 4 veces es pequeña, solo será necesario limpiar la depuradora de lodos cada seis meses o, incluso, una vez al año.

Durante el primer año de funcionamiento de la depuradora se debe llevar un control de la reja de desbaste. Aprovechando los muestreos se observará cada cuanto tiempo es necesario limpiarla y se limpiará cuando sea necesario. A partir de estas conclusiones se establecerá en cada caso si se quiere llevar a cabo la etapa de desbaste (habrá que establecer la frecuencia de limpieza) o, en caso contrario, si se quiere eliminar esta etapa (habrá que quitar las rejas).

En cuanto al tratamiento de lodos, si la analítica realizada antes de la entrada a depuradora demuestra que se trata de un agua con un grado de bíodegradabilidad elevado (DBO/DQO= 0.5-0.8) los lodos de los tratamientos se podrán llevar directamente al campo (se podrán utilizar como abonos) o secarlos y llevarlos a un vertedero controlado de RSU. Si el grado de bíodegradabilidad es bajo (lo que indica que el agua residual urbana incluye algún tipo de vertido industrial) deberíamos secar los sólidos (supondría un coste adicional) y llevarlos a vertedero (en el caso de que fueran residuos tóxicos y peligrosos requerirían una gestión especial).

El material de relleno del tratamiento biológico en el caso de que se trate de lechos de lodos activados habrá que cambiarlo cada cinco años. En el caso de que se observe una disminución del rendimiento de la depuradora, concretamente del tratamiento biológico, anormal antes de estos cinco años, cambiaremos el relleno antes y estableceremos una nueva frecuencia de cambio.

Para balsas de macrofitos emergentes habrá que cambiar la grava de vez en cuando, segar las hierbas que crezcan, plantar hierbas nuevas cuando se observe que las anteriores han muerto, etc.

Medios

 

El aforo de caudal se realizará antes de entrar a la depuradora y a la salida de la misma media caudalímetro y entre el tratamiento primario y el biológico. La diferencia entre los dos caudales nos permitirá conocer la humedad retenida en los lodos y el caudal de pérdidas.

La DBO₅ es la cantidad de oxígeno que necesitan los microorganismos para metabolizar la materia orgánica por vía aerobia en un período de 5 días y unas condiciones de 1 atm de presión y 20 ºC de temperatura.

Realizaremos las medidas de DBO₅ por el método de las diluciones. Este método consiste en llenar 4 botellas con diferentes concentraciones de muestra y aforarlos con agua saturada de O₂. Se mide con un oxímetro la concentración de O₂ en cada botella y se dejan en una estufa a 20ºC durante 5 días. Cada día habrá que medir la concentración de O₂ y se hará una tabla como la siguiente:

CONC. DE 0₂ DISUELTO

Se toma como muestra buena aquella en la que en 5 días consume la mitad del O₂ que había inicialmente. Se representa gráficamente el logaritmo neperiano del oxígeno consumido por la muestra válida frente al tiempo, siendo la pendiente de la recta la constante cinética de la reacción de consumo de oxígeno por parte de la materia orgánica (k₁), y la ordenada en el origen el logaritmo neperiano de la demanda total de O₂ necesaria (L_o). El valor de la DBO₅ se hallará con la siguiente expresión:

DBO₅ = L₀(1 – e^-k1.t)

Por lo aquí descrito, para determinar la DBO de aguas residuales, será necesario tener un oxímetro (hay equipos que además miden la conductividad, la temperatura y el pH in situ) y una estufa especial capaz de mantener una temperatura constante de 20ºC. También se necesita una botella de oxígeno y un borboteador para saturar el agua de dilución con oxígeno.

La DQO (demanda química de oxígeno) es el oxígeno necesario para consumir la materia orgánica por vía química (reacción de oxidación).

Hay equipos específicos para medir la DQO.

Costes

 

Sólo vamos a considerar los costes de la campaña analítica (no tratamos los costes de limpieza, de la depuradora y del mantenimiento de la misma).

Según los datos del Laboratorio de Medio Ambiente de Andorra perteneciente a la Excma. Diputación Provincial de Teruel tenemos los siguientes precios:

Temperatura del agua (in situ) 116 pts.

pH (in situ) 116 pts.

Caudal (in situ)

DBO₅ 580 pts.

DQO (oxidabilidad al Cr₂O₇^2-) 580 pts.

Sólidos en suspensión 700 pts.

nitratos, nitritos 870 pts.

nitrógeno total 580 pts.

TOTAL 3542 pts.

Con los datos anteriores obtenemos que el primer año de funcionamiento de la depuradora el seguimiento analítico nos costaría aproximadamente 240.000 pts. En los años siguientes la analítica de cada depuradora estudiada nos costaría 42.500 pts.

Nota: Los costes calculados no incluyen el desplazamiento al lugar de la toma de muestras, ni el I.V.A., etc.

Antes de encargar las pruebas analíticas a un determinado laboratorio tendremos que estudiar la fiabilidad de sus datos, consultar precios de otros laboratorios privados y estudiar su fiabilidad y concluir que laboratorio escoger para encargar.

Si los laboratorios disponibles por cercanía no nos satisfacen por su elevado precio o por sus datos no fiables podemos estudiar la posibilidad de invertir en un propio laboratorio. Tendremos que considerar el precio de los equipos, el espacio disponible para su instalación, el personal necesario, el período de amortización y la posibilidad de su uso para otras pruebas analíticas (por ejemplo se podrá utilizar para llevar a cabo un seguimiento del modelo de calidad de agua de agua del río Guadalope y/o de otros ríos).

Para abaratar los costes de la analítica habrá que estudiar la posibilidad de hacer nosotros las tomas de muestras en las diferentes depuradoras y llevarlas luego a el laboratorio que elijamos. De esta manera tendremos que dispones del equipo necesario para conservar las muestras de forma idónea hasta su traslado al laboratorio y durante el traslado.

La otra posibilidad es instalar un laboratorio propio para medir todos los parámetros. En este caso habrá que tener en cuenta también la contratación del personal necesario.

Medida de caudal

La medida de caudal no supone ningún coste adicional la que se mide in situ, y en la depuradora ya hay caudalímetros que nos dan directamente los valores de caudal a la entrada y a la salida del tratamiento primario y del tratamiento biológico.

Medida de DBO₅

Es el parámetro más importante para controlar el funcionamiento de la depuradora y es el que nos supondrá una inversión más elevada para medirla en nuestro propio laboratorio

Será necesario un frigorífico que nos mantenga la temperatura de las diluciones constante a 20 ºC, un oxímetro para medir el oxígeno disuelto en el agua, botellas de vidrio, botella de O₂ y borboteador de gas. Los oxímetros disponibles en el mercado, además de darnos la concentración de oxígeno en el agua en mg/l, nos dan la temperatura en ese momento, la conductividad e, incluso, el pH (no necesitaremos otros equipos para medir estos parámetros).

Medida de DQO

Fichas