Depuración y potabilización del agua

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ÁMBITO FARMACÉUTICO
SANIDAD AMBIENTAL
Depuración y potabilización del agua
JAVIER DOMÉNECH
Farmacéutico. Diplomado en Ingeniería y Gestión Medioambiental. Especialista en Tecnología Ambiental.
Estación
depuradora
de aguas residuales
(EDAR)
de tratamiento
biológico de
fangos activados.
El tratamiento de las aguas es un concepto ligado de antiguo a la profesión
farmacéutica. No obstante, la confusión de términos y conceptos sobre
la depuración y la potabilización son en exceso frecuentes entre el colectivo
farmacéutico. El presente trabajo pretende facilitar al farmacéutico
la identificación de dos procesos que mantienen algunos aspectos
comunes y grandes diferencias.
E
n la actualidad, el profesional
sanitario tiende a confundir dos
conceptos básicos de definición
completamente diferentes: «depuración» frente a «potabilización».
Si desde el punto de vista de la
ingeniería una planta de depuración es técnica e instrumentalmente distinta de una de potabilización, desde el punto de vista estrictamente sanitario la similitud entre
ambos conceptos es realmente
pequeña: la depuración de agua se
refiere al tratamiento o adecuación
del agua residual previo a su vertido a cauce, mientras que la potabilización es el conjunto de procesos
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que hacen que el agua sea sanitariamente aceptable para su consumo
humano. Esta diferencia expuesta
de un modo sencillo implica; no
obstante, una aprehensión de conocimientos algo más complejos,
algunos próximos a la ingeniería
sanitaria que es preciso conocer,
aunque no en este momento, no
pretende ser este artículo un dictado de procesos y sistemas de depuración y potabilización, sino más
bien un conjunto de ideas para que
el farmacéutico disponga de unas
nociones mínimas que le permitan
profundizar en un campo de gran
importancia sanitaria.
Antecedentes
La historia de la depuración y la potabilización no es, como cabría pensar, una relación de encuentros o de
caminos paralelos, más bien al contrario su disociación empieza al
principio de la aparición del hombre, pues mientras éste siempre ha
tenido cierta preocupación en procurarse agua fresca y clara, no ha
puesto el mismo celo ni empeño
en eliminar sus desechos conforme
a una conducta ecológica.
Es sabido, por la espectacularidad de sus obras de ingeniería civil, que los romanos ya disponían
VOL 22 NÚM 8 SEPTIEMBRE 2003
SANIDAD AMBIENTAL
en muchas de sus urbes de fabulosos sistemas de saneamiento que,
en algunos lugares se siguen conservando y en otros todavía están
en uso. Naturalmente, consistían
sólo en eso, en una red de alcantarillas que estaba destinada en principio a recoger y eliminar las aguas
pluviales y que en la práctica evacuaban toda la podredumbre de las
ciudades directamente a los ríos,
sin tratamiento ninguno. No ocurría lo mismo con el agua de consumo que se captaba de ríos o manantiales limpios y se transportaban mediante largas conducciones
o se construían embalses para el
aprovisionamiento de agua de calidad. En esta preocupación por el
abastecimiento del preciado líqui- Estación potabilizadora de tratamiento de agua potable (ETAP), con el decantador
do fueron los romanos los primeros de vertedero radial típico en primer término.
en utilizar tuberías de plomo para
la conducción de agua potable,
además de las más usuales de teAsí mientras la coagulación y la 1905, cuando se introduce el cloro
rracota o piedra.
filtración son utilizados como trata- como desinfectante tras un brote
miento para el agua de consumo de fiebre tifoidea. En estos mismos
desde hace 4.000 años, los primeros años de principios de siglo, en el
experimentos de técnicas de depu- naciente estado norteamericano se
ración en occidente se desarrollan comenzaba a generalizar en las
en Inglaterra en el siglo XIX (hacía grandes urbes la aplicación de traLas investigaciones
ya algunos siglos que los orientales tamientos complejos municipales
de Robert Koch
utilizaban sistemas de estanques para el abastecimiento de la poblaen 1881, en las que
para tratar sus aguas residuales y ción. Desde entonces, se ha recocriar peces en ellos).
rrido un largo camino y aunque
descubre las propiedades además,
Las investigaciones de Robert los procesos para tratar el agua sidestructivas del cloro Koch en 1881, en las que descubre guen siendo los mismos (decantarespecto a las bacterias, las propiedades destructivas del ción, filtración, coagulación), las
respecto a las bacterias, mar- técnicas han cambiado consideramarcan el mayor hito cloro
can el mayor hito en el tratamien- blemente y casi se podría afirmar
to de las aguas: es en Londres, en que se puede purificar el agua hasen el tratamiento
de las aguas
Tabla 1. Unidades de un proceso tipo de depuración y su función (línea de agua)
Proceso
En el Medioevo, los únicos que
tenían cierta misericordia con la
salud de los cuerpos, además de las
de las almas, eran los clérigos de
las órdenes religiosas y, dentro de
éstas, fundamentalmente los benedictinos, cuyos monasterios construían siempre a la vera de ríos o
manantiales, pero mientras para el
agua de uso personal no escatimaban en la traída de aguas de sitios
distantes hasta varios kilómetros,
la evacuación de las letrinas se realizaba directamente sobre el cauce
en el que se asentaba la abadía o
monasterio.
Objeto
Desbaste
Eliminación de objetos voluminosos y sólidos de
tamaño medio o grande
Desarenado-desengrasado Eliminación de material inorgánico (arenas
y arcillas) por sedimentación y grasas, emulsiones
y objetos flotantes de pequeño tamaño (colillas,
envoltorios de caramelos, restos de preservativos)
que atraviesen el sistema de desbaste
Decantación primaria
– Sedimentación por gravedad de sólidos
en suspensión
– Disminución de parte de la contaminación orgánica
Tratamiento biológico
Reducción de contaminación orgánica y nutrientes
(nitrógeno y fósforo)
Decantación secundaria
– Sedimentación de flóculos (lodo o fango)
generados en el tratamiento biológico
– Retroalimentación de microorganismos al
tratamiento biológico mediante la recirculación
de fango activado
Canal de cloración
Desinfección del efluente en caso de epidemias
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SANIDAD AMBIENTAL
Elevación
Pozo de
gruesos
Tamizado
(3-6 mm)
Desbaste
grueso
(30 mm)
Decantación
primaria
Reactor biológico
Decantación
secundaria
Recirculación
de fangos
Aire
Desarenado
desengrase
Espesamiento
por gravedad
Desinfección
Fangos en
exceso
Digestión
anaerobia
Espesamiento
por flotación
Secado de fangos
Fig. 1. Esquema sinóptico de una estación depuradora «tipo», constituida por un pretratamiento, tratamiento primario y tratamiento
biológico secundario convencional. La parte inferior sustituye la línea de fangos.
ta el extremo, existiendo únicamente el límite del coste económico que podría suponer.
Así en pleno ocaso del siglo XX,
mientras el agua potable en nuestro país llegaba a más del 90% de
la población, hasta bien entrada la
última década, no se puede hablar
en España de una generalización
en el empleo de sistemas de depuración y de los que había en los
años ochenta, más del 70% no
funcionaba o lo hacía en malas
condiciones.
Agua residual y agua para
consumo humano
Una diferencia de Perogrullo, pero
que ayuda a retener el concepto
básico de la diferencia entre agua
residual y de consumo humano,
depuración y potabilización, es su
origen, la infraestructura utilizada
para el transporte del fluido y su
destino.
El agua residual es producto de
la actividad humana, por tanto es
«recogida» por un entramado de
tuberías y alcantarillas, denominadas de «saneamiento», y transpor112 OFFARM
tada a una estación depuradora de
aguas residuales (EDAR), donde es
tratada en función de la capacidad
de la planta para posteriormente
ser vertida a un medio receptor
(río, lago, embalse, mar) (fig. 1).
Hasta bien entrada
la última década,
no se puede hablar
en España de
una generalización
en el empleo de sistemas
de depuración
El agua para consumo humano
es «captada» de un medio hídrico
(río, embalse, agua subterránea),
transportada a una estación de tratamiento de agua potable (ETAP)
y distribuida a los consumidores
finales por medio de conducciones
de «abastecimiento». Una infraestructura básica de las aguas pota-
bles y de capital importancia sanitaria son los «depósitos», instalaciones siempre cerradas para la
acumulación de agua ya tratada y
por tanto potable, que pueden estar anexas a la ETAP o situadas en
lugares estratégicos por cota (altura) con respecto a los usuarios a fin
de realizar la distribución por gravedad.
Capítulo aparte merece un aspecto tan de ingeniería como el
material utilizado en las conducciones de un tipo y otro de aguas.
Por fin, este aspecto, de enorme
importancia sanitaria, es recogido
por la nueva reglamentación para
el agua de consumo humano (RD
140/2003). Como información básica a tener en cuenta es preciso indicar que desde hace ya algún
tiempo está desautorizada la utilización de PVC y plomo en sistemas de abastecimiento, siendo utilizado mayoritariamente en nuestro país el polietileno. No deja de
ser una curiosidad para un sanitario, el elenco de materiales utilizados en las instalaciones de potabilización: acero galvanizado, acero
al carbono con imprimación de
pinturas epoxi (de uso alimentario,
SANIDAD AMBIENTAL
naturalmente), acero inoxidable (el
material más caro, pero de mayor
garantía sanitaria) o polietileno.
Los materiales utilizados en agua
residual no están reglamentados
actualmente y el material utilizado
varía desde los plásticos (PVC o
polietileno) y hormigón de distintos tipos hasta las distintas gamas
de hierros y aceros.
La importancia del material es
grande por varios motivos: el primero de ellos y más obvio es que
todos los materiales, con el paso
del tiempo, acaban desprendiendo
partículas que van a parar al agua
y que pueden tener efectos adversos sobre la salud (el caso del plomo es el exponente más claro).
Otra causa de peso son las propias
características físicas del material
(textura, rugosidad) que permiten
con mayor o menor dificultad
asentamientos bacterianos indeseables durante la red de distribución
que son posteriormente causantes
de efectos sobre la salud de las personas. Existen además otros motivos no menos importantes como
son el posible ataque del agua al
material de conducción originando
la descomposición de éste, como la
corrosión en los materiales ferrosos
o la permeabilidad a determinados
compuestos orgánicos de las tuberías plásticas que pueden provocar
la contaminación del agua circulante por el interior.
Por último, el fin que se persigue con la depuración y potabilización tiene aspectos comunes, como es garantizar unas medidas mínimas de salud pública, pero
destinos diferentes: la depuración
(y por tanto el agua residual, tratada o no) tiene como destino final
el medio natural estricto (cauces
de ríos, lagos, mares), mientras
que la potabilización (y el agua
potable) tiene como destino o, para mejor decir, como usuario, el
medio humano.
tengan la misma función: eliminar
la carga contaminante del agua. El
cómo lo hacen y sobre todo, hasta
dónde es, no cabe duda que es materia de interés para un sanitario.
Naturalmente y aunque sea preciso recalcar lo obvio, una depuradora trata agua de desecho, con una
La calidad del agua
tratada viene impuesta
por la confederación
hidrográfica
correspondiente
o el organismo
competente de
la comunidad
autónoma
carga contaminante elevada, mientras que el agua captada por una
potabilizadora suele ser agua con
poca carga orgánica y condiciones
microbiológicas aceptables. Tal es
así que la mayor parte de las aguas
tratadas por una depuradora no serían aptas para servir de fuente de
captación para una potabilizadora.
Esto es desde hace algunos años
materia de estudio en Estados
Unidos, donde se intenta realizar
el ciclo completo depuración-potabilización con dispares resultados.
Definiendo las diferencias, los
objetivos que persigue toda estación depuradora (o regeneradora
como se denominan pomposamente en la actualidad) son fundamentalmente la eliminación de sólidos
(en suspensión, flotantes, gruesos o
finos), la estabilización o degradación de la materia orgánica, la reducción de patógenos y, en algunos casos en instalaciones más
complejas, la eliminación de nutrientes (nitrógeno y fósforo) o metales traza. Se debe tener presente
siempre que una EDAR no tiene
como fin adecuar un agua para su
uso humano, sino para no perturbar la calidad inicial de un cauce,
por lo que los parámetros microbiológicos del agua tratada por la
instalación nunca se tienen en
cuenta para medir su rendimiento.
La calidad del agua tratada viene
impuesta por la confederación hidrográfica correspondiente o el organismo competente de la comunidad autónoma y se adecua generalmente a la calidad del cauce
receptor.
Las estaciones de tratamiento de
agua potable tienen como objetivo
Depuradoras y potabilizadoras
De lo dicho anteriormente parece
evidente que estos términos definen conceptos diferentes puesto
que los objetivos que persigue una
y otra instalación son absoluta- Estación depuradora basada en el sistema de lagunaje, que dentro de los sistemas
mente distintos pese a que ambas «blandos» de depuración es uno de los más extendidos en España.
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SANIDAD AMBIENTAL
TRATAMIENTO FUTURO DEL AGUA
a reutilización de las aguas residuales depuradas y la aparición de nuevas
enfermedades emergentes relacionadas con el agua potable han marcado
un nuevo camino en los sistemas de tratamiento, en los que se hace necesario
la aplicación de procesos terciarios o de afino en todas las instalaciones. A principios de la década de los noventa se empezaron a utilizar con resultados satisfactorios los procesos de ósmosis inversa en el tratamiento de agua potable, así
como en la «fabricación» de agua potable a partir de agua de mar. Actualmente,
el gran avance que ha supuesto el desarrollo de materiales y técnicas de membrana, ha hecho posible que la microfiltración con membranas capilares o de
PVDF sea un sistema que garantiza un agua potable de excelente calidad y se
comience a estudiar su aplicación a las aguas residuales. Lo que parece claro
es que, en los próximos años, la fisionomía de las actuales instalaciones y tratamientos va a cambiar notablemente. Ello posiblemente traiga consigo un
aumento de la calidad de las aguas y una disminución de las enfermedades de
transmisión hídrica todavía muy frecuentes en los países desarrollados. ■
L
prioritario y obligación, cumplir con
los valores de los parámetros indicados en la reglamentación de agua
para consumo humano durante todo
el funcionamiento de la planta.
Del análisis de lo anterior se deduce que las consecuencias de un
incumplimiento de los objetivos
de ambas instalaciones es diferente: mientras que en una planta depuradora generalmente sólo causa
problemas de tipo ecológico, un
mal funcionamiento de una ETAP
provoca un problema de salud pública. Ello no excluye que el vertido incontrolado de una EDAR en
una determinada zona tenga asimismo, como final, un problema
para la salud de la comunidad.
Procesos de depuración
Existe un enorme abanico de sistemas para la depuración de aguas
residuales según sus características, su cantidad, los recursos económicos disponibles, su entorno o
las exigencias de calidad de vertido
impuestas.
Básicamente, existen dos formas
de depurar el agua residual: una,
por procesos fisicoquímicos y otra,
por procesos biológicos. Por lo común, las aguas residuales industriales suelen tratarse por los primeros
y las aguas «domésticas» o urbanas
por los segundos, si bien las depuradoras de proceso biológico es frecuente que dispongan de elementos
de proceso físicos y químicos.
Las aguas residuales urbanas, las
que producen las grandes localidades o los pequeños núcleos rurales
son tratadas fundamentalmente
por procesos biológicos. Éstos no
son más que una tecnificación de
los procesos de autodepuración
que se desarrollan de manera natural en los cauces de agua y que implican una aceleración de estos
procesos en poco terreno.
En los próximos
años, la fisionomía
de las actuales
instalaciones
y tratamientos
va a cambiar
notablemente
El camino del agua residual
La variabilidad de los tipos de depuración biológica existentes y su
complejidad no hacen posible su
conocimiento, siquiera somero, en
el presente artículo, pero sí en
cambio conocer el funcionamiento
de una depuradora «tipo» siguiendo el mismo camino que sigue el
agua residual dentro de esta instalación, es decir conociendo su anatomía.
El agua residual, conviene indicarlo, que entra en una EDAR
contiene «casi de todo». No obstante, además de elementos casi
inverosímiles que pueden llegar a
una EDAR (electrodomésticos, cadáveres de animales, cacerolas), la
carga contaminante que transporta
en su seno el agua «bruta» es una
mezcla de compuestos orgánicos,
inorgánicos, metálicos, sólidos de
muy pequeño tamaño, microorganismos de todas clases y un largo
etcétera.
Lo primero que encuentra el
agua residual a la entrada de una
EDAR es un conjunto de rejas y/o
tamices que constituyen el proceso
de desbaste y que tiene como fin
retirar todos los sólidos de mediano y gran tamaño. A continuación
las aguas son conducidas al desarenado y desengrasado donde son retiradas las gravas, arenas y material inorgánico por gravedad y los
aceites, grasas, espumas y emulsiones por flotación. Estos dos procesos constituyen el pretratamiento.
El tratamiento primario posterior
consiste en una decantación en el
que, por gravedad, sedimentan los
sólidos en suspensión y comienza a
degradarse parte de la materia orgánica. El agua decantada se introduce en el tratamiento biológico
propiamente dicho o tratamiento
secundario en el que se digiere o
degrada el resto de la materia orgánica presente pasando posteriormente a una segunda decantación.
El agua de salida de esta segunda
decantación es el agua tratada. En
determinadas plantas existen tratamientos terciarios que suelen consistir en filtros de carbón activado
o tratamientos químicos para eliminación de determinadas sustancias. El elemento final de toda instalación es el canal clorador que se
utiliza exclusivamente en caso de
riesgo de epidemias, pero que su
uso real es nulo.
Todo este proceso, dictado de
manera sencilla, lleva consigo naturalmente otros procesos de eliminación de los distintos desechos
producidos en las diferentes etapas
(arenas, fangos de las decantaciones, compuestos volátiles producidos por estos fangos) que forman
parte de toda la EDAR.
En la tabla 1 se relacionan las
unidades de un proceso tipo de depuración y su función.
OFFARM
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SANIDAD AMBIENTAL
Proceso de potabilización
Como ya hemos señalado en varias
ocasiones, las potabilizadoras deben
suministrar agua de una determinada calidad, por lo que la complejidad de la instalación depende fundamentalmente de la calidad del
agua captada: cuanta mayor calidad
tenga menor serán los procesos a los
que tenga que ser sometida.
Salvando esta premisa los procesos para adecuar el agua para el
consumo humano son casi siempre
los mismos: coagulación, floculación, decantación, filtración y desinfección (tabla 2). Actualmente
se siguen muchas líneas de investigación en la industria privada sobre la purificación del agua con
membranas de última generación,
pero habrá que esperar todavía algunos años para que este proceso
llegue a implantarse de forma generalizada en los proyectos de las
nuevas instalaciones.
Así una ETAP convencional comienza el tratamiento del agua
captada mediante la adición de coagulantes y floculantes para la optimización de la sedimentación
posterior, ya que el agua «limpia»
captada está formada, a diferencia
En plantas
potabilizadoras donde
el agua captada
es de baja calidad
se suelen implantar
procesos de aireación
y/o tratamientos
químicos específicos
para la eliminación
de determinados
compuestos
del agua residual, con partículas
de idéntica carga, arcillas de diámetro infinitesimal y partículas
coloidales cuya sedimentación por
gravedad sin aditivos sería imposible. Esta sucesión de procesos se
puede realizar de manera separada
en tanques para flocular y coagular
116 OFFARM
Tabla 2. Unidades de un proceso tipo de potabilización y su función (línea de agua)
Proceso
Función
Desbaste
Eliminación de sólidos de pequeño y mediano
tamaño
Desestabilización de partículas para favorecer
la formación de flóculos de elevado tamaño
capaces de sedimentar o quedar retenidas
en la filtración
Separación por gravedad de los flóculos formados
y otros sólidos en suspensión. Tratamiento
opcional no siempre presente
Retención de todo tipo de partículas de pequeño
tamaño y de los flóculos en caso de no existir
decantación
Supresión de microorganismos
Eliminación de compuestos orgánicos y
organoclorados (que dan sabor y olor al agua)
u otros compuestos que atraviesan los filtros,
mediante carbón activado. Tratamiento opcional
no presente en todas las potabilizadoras
Coagulación-floculación
Decantación
Filtración
Desinfección
Tratamiento de afino
y posteriormente un decantador
para sedimentar o con un solo
equipo. Posteriormente, el agua
decantada es conducida al proceso
de filtración que también puede
realizarse en distintas modalidades: filtros abiertos de arena rápidos o lentos, con flujo ascendente
o descendente, filtros a presión en
depósitos de acero con arena o con
mezcla de arena y antracita o variaciones de ambos sistemas. El
agua, una vez filtrada, es desinfectada por los diferentes sistemas
existentes aunque el más utilizado
actualmente es la cloración.
Frecuentemente, en las nuevas
instalaciones, se utiliza la precloración o la preozonización del agua
captada como primer tratamiento,
lo cual optimiza de manera importante todo el proceso y mejora
considerablemente la calidad del
agua final. Asimismo, un elemento cada vez más implantado tanto
en las plantas de reciente construcción como en las antiguas (como
proceso de mejora y complementario a todo lo existente) son los filtros de carbón activado que permiten eliminar compuestos orgánicos
de diversos tipos (causantes en
gran parte de los olores y sabores
desagradables del agua) y los tan
nombrados trihalometanos, compuestos con denominación de cancerígenos.
Por último, en plantas potabilizadoras donde el agua captada es
de baja calidad se suelen implantar
procesos de aireación y/o tratamientos químicos específicos para
la eliminación de determinados
compuestos (por ejemplo, hierro o
manganeso).
Y todo esto, al igual que en el
proceso de depuración, con sus correspondientes equipos y procesos
complementarios como el de lavado de los filtros, tratamientos de
los fangos de desecho o automatización. ■
Bibliografía general
Arboleda J. Teoría y práctica de la purificación del agua. Colombia: McGrawHill Interamericana, 2000.
Catalán J. Depuradoras: bases científicas.
Madrid: Editorial Bellisco, 1997.
Fariñas M. Nuevos sistemas de tratamiento en la reutilización de aguas depuradas. Tecnoambiente 2002;33-42.
Hernández Muñoz A. Depuración de aguas
residuales. Madrid: Colegio de Ingenieros de Caminos, canales y puertos,
1994.
Metcalf & Eddy, Inc. Ingeniería sanitaria.
Tratamiento, evacuación y reutilización
de aguas residuales. Barcelona: Labor,
1985.
Muñoz J, Del Hoyo J. El dominio del
ingenio. MOPT. El agua en España.
1993;411:18-30.
RD 140/2003, de 7 de febrero, por el que
se establecen los criterios sanitarios de
la calidad del agua de consumo humano (BOE del 21 de febrero).

Depuración y potabilización del agua

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