Para proteger la salud de la gente y la calidad del medioambiente, es necesario que las aguas residuales que se generan sean recogidas y luego depuradas, con el objetivo final de reutilizarlas o, en su caso, dispersarlas sin riesgos en la naturaleza. Esta última parte del proceso se realiza en las llamadas estaciones o plantas de depuración, a cuyo diseño y funcionamiento está dedicado este capítulo. Antes de conocer más sobre éstas, no obstante, es importante hacer una pequeña introducción para entender qué son y de dónde provienen las aguas residuales.

La actividad humana genera efluentes líquidos, efluentes gaseosos y residuos. Los efluentes líquidos, llamados también aguas residuales, son esencialmente agua de aporte que ha sido utilizada en diversas aplicaciones: domésticas (incluyendo las comerciales y las de instituciones públicas) o industriales. Los efluentes líquidos contienen microorganismos, algunos patógenos, nutrientes que estimulan el crecimiento de plantas acuáticas y materia orgánica que se descompone rápidamente y genera olores y consume oxígeno disuelto en el agua. También pueden contener compuestos tóxicos.

A la anterior relación puede sumarse el agua de lluvia ya que, en su caída y posterior contacto con el suelo, arrastra y disuelve materiales lo que puede obligar a su depuración para no mermar la calidad de las aguas superficiales que la reciben.

¿De qué se compone el agua residual?

Las aguas residuales domésticas contienen, principalmente, contaminantes orgánicos tanto disueltos como en suspensión. El aporte medido diario, por persona, para un consumo de 150 a 200 litros puede cuantificarse en 60 gramos de materia en suspensión, 60 gramos de DBO5 (demanda bioquímica de oxígeno en cinco días), 15 gramos de nitrógeno, 4 gramos de fósforo y 10 11 microorganismos de origen fecal. La DBO5 es, junto con la materia en suspensión (SS) y la demanda química de oxígeno (DQO), los tres parámetros más empleados para medir la composición de las aguas domésticas.

Las aguas residuales industriales, por su parte, varían de una instalación a otra. Pueden contener sustancias tóxicas de naturaleza orgánica e inorgánica, metales pesados e hidrocarburos. Pueden ser depuradas en plantas municipales pero, en ocasiones, su composición obliga a un tratamiento previo en la propia instalación industrial antes de que puedan ser evacuadas al colector municipal. En cualquier caso, un importante porcentaje de instalaciones de media capacidad y la totalidad de las grandes instalaciones industriales depuran sus aguas residuales en sus propias instalaciones.

Las aguas de lluvia, finalmente, contienen sustancias disueltas y materiales en suspensión. Las sustancias disueltas son ácidos generados a partir de gases presentes en la atmósfera, compuestos orgánicos, tanto de origen atmosférico como presentes en los materiales con los que contactan en su arrastre (tejados, muros, pavimentos), metales pesados e hidrocarburos. En la mayoría de municipios, esta agua se recoge en redes unitarias junto con la que procede de los edificios y se trata en las plantas depuradoras municipales.

¿Qué grado de tratamiento debe aplicarse en cada caso?

Los tratamientos que se emplean en la depuración del agua se clasifican en pretratamiento, primario, secundario (con o sin eliminación de nutrientes) y terciario (ó avanzado).

En el pretratamiento se eliminan objetos de gran tamaño, plásticos, tejidos y arena para evitar que perjudiquen el funcionamiento de los equipos instalados en la depuradora.

En el tratamiento primario, se suele emplear la sedimentación para eliminar materiales sedimentables y flotables. En contadas ocasiones se pueden emplear productos químicos para incrementar la eliminación de la materia coloidal.

En el tratamiento secundario, se emplean procesos biológicos para eliminar la mayor parte de la materia orgánica. Finalmente, en el tratamiento terciario, se afina la eliminación de materia en suspensión con el fin de desinfectar y eventualmente se desalinizar el agua. Con este último tratamiento, el agua regenerada se reutiliza en aplicaciones de mayor valor añadido.

Los tratamientos llamados “naturales” combinan mecanismos físicos y biológicos y pueden conseguir agua depurada de similar calidad a la conseguida en depuradoras convencionales, con tratamiento avanzado incluido. Su aplicación se limita a pequeños caudales.

Características de las plantas depuradoras

En el diseño de una planta depuradora es muy importante elegir una combinación de tratamientos que permita conseguir que no se superen los límites establecidos en la autorización de vertido, para cualquiera de los parámetros incluidos en ella y que el coste de operación sea asumible, tanto en términos de energía, como en términos de mantenimiento y amortización. En lo referente al consumo energético, hay que tener presente que, como media, la mitad del consumo eléctrico en una depuradora se realiza en la aireación de los tratamientos biológicos aeróbicos. Las depuradoras pequeñas, con menos recursos para el control de sus operaciones y con un diseño simplificado en comparación con las instalaciones de gran tamaño, tienen un consumo unitario del orden de 50 kWh/habitante y año. En grandes depuradoras, el consumo energético oscila en un rango de 20 - 30 kWh/habitante y año.

Para tener éxito en la operación de una depuradora, es obligado estudiar, previamente al diseño, como varía o puede variar el caudal y la composición del agua de entrada.

En cualquier caso, cualquier depuradora actual tendrá que mejorar, gradualmente, sus instalaciones para sustituir equipos por otros más eficientes, fundamentalmente, de menor consumo energético, y adicionalmente se deberá invertir en tecnologías más modernas que permitan mayores rendimientos de depuración para lograr, con carácter general, la reutilización del efluente obtenido con el menor coste. Otro aspecto que deberán mejorar las depuradoras es el control de olores dado que, una elevada proporción de ellas está próxima a viviendas y establecimientos comerciales. Esto llevará a cubrir las depuradoras, total o parcialmente, para captar y tratar los compuestos volátiles olorosos. Por supuesto, al incrementarse la población, en ubicaciones urbanas, y al incrementarse la actividad industrial, será necesario ampliar la capacidad de la depuradora.

Con el objetivo de reutilizar el agua, hay que tener presente que las tecnologías disponibles para ello incluyen membranas (ultrafiltración, nano filtración, ósmosis inversa, electrodiálisis), adsorción, oxidación avanzada, intercambio iónico y arrastre con aire. Posiblemente, las membranas sean la opción que logre más aplicaciones por su versatilidad y sencillez de operación. Hay que tener presente, también, que la eliminación de nutrientes es necesaria cuando el agua a reutilizar va a ser fuente de agua potable.

La cuestión de la gestión de los lodos

El principal problema de la depuración del agua es la gestión de los lodos (sólidos en suspensión separados del agua en el tratamiento primario, la purga de microorganismos del tratamiento biológico secundario y los sólidos precipitados con la adición de sustancias químicas en tratamientos primarios, secundarios y terciarios). Las técnicas de tratamiento de lodos incluyen espesamiento, estabilización, deshidratación y eventualmente el secado.

La estabilización anaeróbica es una alternativa atractiva porque permite obtener energía renovable así como un residuo final que puede valorizarse como abono agrícola. Otras opciones de valorización pueden ser la deshidratación combinada con una posterior valorización energética mediante incineración o gasificación.. Cada entorno ambiental, económico y social requiere diferentes soluciones por lo que es inadecuado extrapolar lo que es una buena solución para un caso concreto a otras circunstancias.

Las depuradoras de las próximas décadas tendrán que ser capaces de eliminar los contaminantes actualmente regulados y otros que ya apuntan como problemáticos como son los nanomateriales, los micro plásticos y los micro contaminantes (algunos medicamentos, productos de cuidado personal, disruptores endócrinos y compuestos de origen industrial). Así mismo, las futuras depuradoras tendrán que tener líneas separadas para tratar los retornos de las etapas de gestión de lodos y de otras unidades que, actualmente, se devuelven a cabecera de tratamiento. Este requisito será, tanto más necesario, cuanto más exigentes sean los límites de concentración en los vertidos. Las depuradoras del futuro deberán incluir tecnologías que permitan su transformación en Water Resource recovery Facilities (plantas de recuperación de recursos), o sea en instalaciones gestionadas con criterios de economía circular.

Los principales recursos que se han de recuperar son el propio agua regenerada, la energía y los nutrientes (Nitrógeno y Fósforo) de tal forma que estas instalaciones puedan ser autosuficientes energéticamente, no generen ningún tipo de residuo y que proporcionen un beneficio ambiental, social y de salud sobre su entorno.

En definitiva, la depuración del agua cuenta con plantas que operan con buenos rendimientos en condiciones de operación que son difíciles y van a seguir mejorando porque con ello el ciclo del agua será más sostenible.