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LECCION 2-1: CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES
Introducción
“El medio ambiente se ha degradado de forma irreversible como consecuencia de la actividad humana”. Esta frase resume las conclusiones
del estudio más exhaustivo que se ha elaborado sobre el estado del planeta,
denominado “Evaluación de los Ecosistemas del Milenio”, en el que han
participado 1.300 expertos de 95 países bajo el paraguas de la ONU.
La contaminación originada tanto por el asentamiento urbano como por los
núcleos industriales ha producido un deterioro del medio ambiente. Este
deterioro está adquiriendo, en los últimos años, una proporción alarmante
motivada tanto por el aumento de la población, como por las crecientes
demandas que ella por sí misma origina, típicas por otra parte de la sociedad
consumista en la que vivimos.
A pesar de lo comentado anteriormente, la sociedad actual en los países
desarrollados comienza a ser consciente de que el desarrollo debe realizarse
en sintonía con el medio natural. De hecho, la degradación del medio ambiente,
en general, y de los cursos naturales de las aguas, en particular, es un factor
limitante para el desarrollo económico y humano, ya que afecta negativamente
a sus posibles usos, desde el abastecimiento público hasta cualquier actividad
recreativa, pudiendo en algunos casos, incluso modificar los ecosistemas.
Con el fin de poner freno a este progresivo deterioro, los gobiernos se han
puesto manos a la obra y han procedido a la instalación de plantas para el
tratamiento de aguas residuales, tanto de origen doméstico como de origen
industrial. Asimismo, se ha desarrollado una extensa legislación para regular
este proceso. En la actualidad, todas las poblaciones de más de 15.000
habitantes equivalentes y todas las superiores a 2.000 habitantes equivalentes
deben depurar sus aguas residuales Igualmente, las aguas residuales
generadas en pequeñas aglomeraciones urbanas, con una población inferior a
2.000 h.e., requieren de un tratamiento adecuado.
1. GENERALIDADES – DEFINICIÓN – ORIGEN
“Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades
domésticas, industriales y comunitarias.
Según su origen, las aguas residuales resultan de la combinación de
líquidos y residuos sólidos transportados por el agua que proviene de
residencias, oficinas, edificios comerciales e instituciones, junto con los
residuos de las industrias y de actividades agrícolas, así como de las
aguas subterráneas, superficiales o de precipitación que también pueden
agregarse eventualmente al agua residual.
Así, de acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser
clasificadas como:
Domésticas: son aquellas utilizadas con fines higiénicos (baños,
cocinas, lavanderías, etc.). Consisten básicamente en residuos
humanos que llegan a las redes de alcantarillado por medio de
descargas de instalaciones hidráulicas de la edificación también en
residuos originados en establecimientos comerciales, públicos y
similares.
Industriales: son líquidos generados en los procesos industriales.
Poseen características específicas, dependiendo del tipo de industria.
Infiltración y caudal adicionales: las aguas de infiltración
penetran en el sistema de alcantarillado a través de los empalmes de
las tuberías, paredes de las tuberías defectuosas, tuberías de
inspección y limpieza, etc. Hay también aguas pluviales, que son
descargadas por medio de varias fuentes, como canales, drenajes y
colectores de aguas de lluvias.
Pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades
de agua sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre
por la superficie, arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que
peden estar sobre el suelo.
2. OLORES GENERADOS POR LAS AGUAS RESIDUALES
Los olores característicos de las aguas residuales son causados por los
gases formados en el proceso de descomposición anaerobia. Principales
tipos de olores:
Olor a moho: razonablemente soportable: típico de agua residual
fresca
Olor a huevo podrido: “insoportable”; típico del agua residual vieja o
séptica, que ocurre debido a la formación de sulfuro de hidrógeno que
proviene de la descomposición de la materia orgánica contenida en los
residuos.
Olores variados: de productos descompuestos, como repollo,
legumbres, pescado, de materia fecal, de productos rancios, de
acuerdo con el predominio de productos sulfurosos, nitrogenados,
ácidos orgánicos, etc.
3. CARACTERÍSTICAS CUALITATIVAS
Las aguas residuales domésticas están constituidas en un elevado
porcentaje (en peso) por agua, cerca de 99,9 % y apenas 0,1 % de sólidos
suspendidos, coloidales y disueltos. Esta pequeña fracción de sólidos es
la que presenta los mayores problemas en el tratamiento y su disposición.
El agua es apenas el medio de transporte de los sólidos.
El agua residual esta compuesta de componentes físicos, químicos y
biológicos. Es una mezcla de materiales orgánicos e inorgánicos,
suspendidos o disueltos en el agua.
La mayor parte de la materia orgánica consiste en residuos alimenticios,
heces, material vegetal, sales minerales, materiales orgánicos y
materiales diversos como jabones y detergentes sintéticos. Las proteínas
son el principal componente del organismo animal, pero también están
presentes también en los vegetales. El gas sulfuro de hidrógeno presente
en las aguas residuales proviene del Azufre de las proteínas.
Los carbohidratos son las primeras sustancias degradadas por las
bacterias, con producción de ácidos orgánicos (por esta razón, las aguas
residuales estancadas presentan una mayor acidez). Entre los principales
ejemplos se pueden citar los azúcares, el almidón, la celulosa y la lignina
(madera).
Los lípidos (aceites y grasas) incluyen gran número de sustancias que
tienen, generalmente, como principal característica común la insolubilidad
en agua, pero son solubles en ciertos solventes como cloroformo,
alcoholes y benceno. Están siempre presentes en las aguas residuales
domésticas, debido al uso de manteca, grasas y aceites vegetales en
cocinas. Pueden estar presentes también bajo la forma de aceites
minerales derivados de petróleo, debido a contribuciones no permitidas
(de estaciones de servicio, por ejemplo), y son altamente indeseables,
porque se adhieren a las tuberías, provocando su obstrucción.
Las grasas no son deseables, ya que provocan mal olor, forman espuma,
inhiben la vida de los microorganismos, provocan problemas de
mantenimiento, etc.
La materia inorgánica presente en las aguas residuales está formada
principalmente de arena y sustancias minerales disueltas. El agua residual
también contiene pequeñas concentraciones de gases disueltos. Entre
ellos, el más importante es el oxígeno proveniente del aire que
eventualmente entra en contacto con las superficies del agua residual en
movimiento. Además, del Oxígeno, el agua residual puede contener otros
gases, como dióxido de Carbono, resultante de la descomposición de la
materia orgánica, nitrógeno disuelto de la atmósfera, sulfuro de hidrógeno formado por la descomposición de compuestos orgánicos, gas
amoníaco y ciertas formas inorgánicas del Azufre. Estos gases, aunque
en pequeñas cantidades, se relacionan con la descomposición y el
tratamiento de los componentes del agua residual.
Los contaminantes importantes de interés en el tratamiento de las aguas
residuales se presentan en la siguiente tabla.
Efectos causados por los contaminantes presentes en las aguas
residuales
LECCION 2-2 FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
1. Introducción
Toda comunidad genera residuos tanto sólidos como líquidos. La parte
líquida de los mismos, a lo que llamamos aguas residuales, es
esencialmente el agua de que se desprende la comunidad una vez que ha sido contaminada durante los diferentes usos para los cuales ha sido empleada. Entonces podemos definir al agua residual
como la combinación de los residuos líquidos, que provienen de
residencias, instituciones públicas y de establecimientos industriales y
comerciales, a los que se les puede agregar aguas subterráneas,
superficiales y pluviales.
Si nosotros permitimos la acumulación y estancamiento de las aguas
residuales, la descomposición de la materia orgánica que contiene
puede conducir a la generación de grandes cantidades de gases
malolientes. Además de esto, debemos de añadir la frecuente presencia
en el agua residual bruta, numerosos microorganismos patógenos y
causantes de enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano
que pueden estar presentes en ciertos residuos industriales. Otro
problema es que estas aguas, suelen contener nutrientes, que pueden
estimular el crecimiento de plantas acuáticas, y puede incluir también
compuestos tóxicos. Por todo esto que en una sociedad industrializada
como la nuestra, se necesita la evacuación inmediata y sin molestias del
agua residual de sus fuentes de generación, seguida de su tratamiento y
eliminación.
Las aguas residuales recogidas en la comunidad son conducidas, en
última instancia, a cuerpos de agua receptores o al mismo terreno. Pero
se debe tener en cuenta qué contaminantes están presentes en el agua
residual, y a qué nivel deben ser eliminados de cara a la protección del
entorno.
En esta lección se describirán las características físicas, químicas y
biológicas del agua residual.
2. Características Físicas, Químicas y Biológicas de las Aguas Residuales
2.1. Características Físicas
La característica física más importante del agua residual es el contenido total de sólidos, término que engloba la materia en suspensión, la
materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta. Otras
características físicas importantes son el olor, la temperatura, la
densidad, el color y la turbiedad.
A. Sólidos Totales
Analíticamente, se define como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación de entre 103° y 105°C. No se define como sólida
aquella materia que se pierde durante la evaporación debido a su
alta presión de vapor. Los sólidos sedimentables se definen como aquellos que se sedimentan en el fondo de un recipiente de forma cónica (cono de Imhoff) en el transcurso de un periodo
de 60 minutos. Los sólidos sedimentables se expresan en ml/L y
constituyen una medida aproximada de la cantidad de fango que se
obtendrá en la decantación primaria del agua residual. Los sólidos
totales pueden clasificarse en filtrables o no filtrables (sólidos en
suspensión) haciendo pasar un volumen conocido de líquido por un
filtro.
B. Olores
Normalmente, los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica.
El agua residual reciente tiene un olor algo desagradable, que
resulta más tolerable que el del agua residual séptica. El olor más
característico del agua residual séptica se debe a la presencia del
sulfuro de hidrógeno (huevo podrido) que se produce al reducirse los sulfatos a sulfitos por acción de microorganismos anaerobios. La problemática de los olores está considerada como
la principal causa de rechazo a la implantación de instalaciones de
tratamiento de aguas residuales.
C. Temperatura
La temperatura del agua residual suele ser siempre más elevada que la del agua de suministro, hecho principalmente
debido a la incorporación de agua caliente procedente de las casas y los diferentes usos industriales.
La temperatura del agua es un parámetro muy importante dada
su influencia, tanto sobre el desarrollo de la vida acuática como
sobre las reacciones químicas y velocidades de reacción, así
como sobre la aptitud del agua para ciertos usos útiles.
D. Color
El agua residual suele tener un color grisáceo. Sin embargo, al
aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y al
desarrollarse condiciones más próximas a las anaerobias, el
color del agua residual cambia gradualmente de gris a gris oscuro, para finalmente adquirir color negro. Cuando llega a este
punto, suele clasificarse el agua residual como séptica. Algunas
aguas residuales industriales pueden añadir color a las aguas
residuales domésticas. Su color gris, gris oscuro o negro del agua residual es debido a la formación de sulfuros metálicos por
reacción del sulfuro liberado en condiciones anaerobias con los metales presentes en el agua residual.
E. Turbiedad
La turbiedad, como medida de las propiedades de transmisión de la luz de un agua, es otro parámetro que se emplea para
indicar la calidad de las aguas vertidas o de las aguas naturales en
relación con la materia coloidal y residual en suspensión. Su
medición se lleva a cabo mediante la comparación entre la
intensidad de la luz dispersada en la muestra y la intensidad
registrada en una suspensión de referencia en las mismas
condiciones.
2.2. Características Químicas
Las características químicas de las aguas residuales son principalmente
el contenido de materia orgánica e inorgánica, y los gases presentes en
el agua residual. La medición del contenido de la materia orgánica se
realiza por separado por su importancia en la gestión de la calidad del
agua y en el diseño de las instalaciones de tratamiento de aguas.
A. Materia Orgánica
Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40 % de los sólidos filtrables de una agua residual de concentración media
son de naturaleza orgánica. Son sólidos de origen animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la
síntesis de compuestos orgánicos.
Los compuestos orgánicos están formados por combinaciones de carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en algunos casos, de nitrógeno. También pueden estar presentes otros
elementos como azufre, fósforo o hierro. Los principales grupos
de sustancias orgánicas presentes en el agua residual son las
proteínas (40-60%), hidratos de carbono (25-50%) y grasas y aceites (10%). Otro compuesto orgánico con muy importante
presencia en el agua residual es la urea, principal constituyente de la orina. No obstante, debido a la velocidad del proceso de
descomposición de la urea, raramente está presente en aguas
residuales que no sean muy recientes. Junto con todas estos
grupos de sustancias orgánicas, el agua residual también contiene
pequeñas cantidades de gran número de moléculas orgánicas
sintéticas cuya estructura puede ser desde muy simple a
extremadamente compleja, por ejemplo los agentes tensoactivos,
los contaminantes orgánicos prioritarios, los compuestos orgánicos
volátiles y los pesticidas de uso agrícola.
B. Medida del Contenido Orgánico
Los diferentes métodos para medir el contenido orgánico pueden
clasificarse en dos grupos: los empleados para determinar altas
concentraciones de contenido orgánico, mayores a 1 mg/L, y los
empleados para determinar las concentraciones de 0,001 mg/L a 1
mg/L. El primer grupo incluye los siguientes ensayos de laboratorio:
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO), Demanda química de oxígeno (DQO) Carbono orgánico total (COT).
En el segundo grupo se emplean métodos instrumentales que
incluyen la cromatografía de gases y la espectroscopía de masa.
I. Demanda bioquímica de oxígeno
La DBO es uno de los parámetros de mayor importancia en
el estudio y caracterización de las aguas residuales. La
determinación de DBO además de indicarnos la presencia y biodegradabilidad del material orgánico presente, es una
forma de estimar la cantidad de oxigeno que se requiere
para estabilizar el carbono orgánico y de saber con que
rapidez este material va a ser metabolizado por las bacterias
que normalmente se encuentran presentes en las aguas
residuales.
La importancia de este parámetro requiere de ciertos
cuidados y atención en la técnica analítica, ya que por ser un
proceso biológico el manejo y tratamiento de la muestra es
delicado.
El método estándar consiste en tomar un pequeño volumen
de la muestra a analizar. Este pequeño volumen debe ser
representativo del total de la muestra, por lo que ésta deberá
estar completamente homogenizada.
Un volumen que es típicamente de unos cuantos mililitros (1-
50 mL), se mezcla con un agua de dilución previamente
preparada y que contiene los nutrientes requeridos para el
desarrollo del medio microbiano que digiere el material
orgánico presente en la muestra. Estos nutrientes son
esencialmente: nitrógeno, fósforo, fierro, calcio, magnesio,
etc., y se estabiliza el pH del agua de dilución con un buffer
adecuado.
Normalmente las aguas residuales ya tienen éstos
nutrientes, pero se agregan para el caso de aguas de
desecho que no los contengan. No es posible poner grandes
cantidades de muestra ya que además del material orgánico
digerible, se requiere oxigeno para el metabolismo de las
bacterias y la solubilidad del oxigeno en el agua es bastante
limitada (aproximadamente 8 mg/L a 25ºC y 1 atm de
presión). Si el material orgánico está en exceso
estequiométrico de la cantidad de oxígeno requerido, como
lo indica la ecuación (1) al término de la prueba no hay
oxigeno disuelto que se pueda medir y no es posible evaluar
la Demanda de Oxigeno.
La ecuación (2) es la deseable, ya que de esta manera si se
puede determinar la cantidad de oxigeno consumido,
restando el oxigeno disuelto al final de la prueba con el
oxigeno inicialmente presente.
Bacterias + O2 + Sustrato ⇒ Bacterias + Sustrato (1)
Bacterias + O2 + Sustrato ⇒ Bacterias + O2 (2)
La siguiente Tabla I indica la cantidad de muestra que se
requiere tomar como alícuota en un recipiente de 300 mL,
para tener un valor adecuado de oxigeno disuelto al final de
la prueba.
Tabla : Diluciones recomendadas para diferentes valores
esperados de DBO
Como se puede observar, a valores sumamente altos de
DBO el volumen de muestra que se debe tomar para diluir,
es sumamente pequeño y podría conducir a una gran
incertidumbre en la medición del volumen de muestra y en la
representatividad de la misma. En este caso puede ser más
conveniente hacer las diluciones necesarias para llevarla a
un valor adecuado de DBO.
Cuando previamente no se tiene estimado un valor de DBO
de la muestra a analizar, es aconsejable poner diferentes
botellas en varias diluciones de la muestra que se analiza,
ya que como el tiempo de la prueba es de cinco días, el
repetir la prueba prácticamente toma una semana.
La secuencia del análisis es la siguiente: se recibe la
muestra y de inmediato se procesa o se guarda en
refrigeración por no más de 24 horas. Se prepara con los
nutrientes necesarios el agua de dilución y continuamente,
mientras se emplea esta agua, se le hace burbujear aire
para saturarla en oxigeno. En un frasco de tapón esmerilado
de 300 mL se coloca el volumen de muestra que se
considere adecuado y se le agrega el agua de dilución
necesaria para completar los 300 mL. Se tapa la botella y se
coloca en la incubadora a 20ºC por un periodo de 5 días.
Se procede de la misma manera con cada una de las
muestras y se coloca un blanco o testigo junto con las
muestras analizadas. El blanco es únicamente agua de
dilución y sirve para corregir por el oxigeno consumido por el
agua de dilución, que teóricamente debe ser cero y sirve
para establecer el punto de oxígeno disuelto inicial.
Figura: Método de determinación de materia orgánica biodegradable por medio de la prueba de DBO.
En ocasiones, especialmente cuando las aguas son de
desecho de alguna industria o cuando las aguas domésticas
están mezcladas con este tipo de aguas, no se ha
desarrollado una flora bacteriana que pueda consumir este
material orgánico. Esto puede deberse a la presencia de
algún agente químico o físico que inhiba o retarde el
crecimiento de los microorganismos y en esta situación
deberá emplearse una siembra o desarrollo inducido de las
bacterias.
Esto consiste en tomar un cierto volumen del agua que se
analizará. Se oxigena el agua durante varios días
deteniendo regularmente la aireación permitiendo la
sedimentación. Se tira aproximadamente la mitad del líquido
sobrenadante y se agrega mas agua. Se somete
nuevamente a aireación y esto se repite cada día durante un
periodo de aproximadamente 10 días, al término del cual se
debe haber desarrollado un medio microbiano adaptado a tal
tipo de agua y que realmente va a digerir el material
presente en la muestra a la que se le determinará DBO.
Otra opción para el mismo fin, es tomar agua colectada unos
metros más delante del punto de descarga, y seguramente
esta agua contendrá microorganismos ya adaptados al
medio acuoso.
Con el medio que se obtiene de esta última forma o
desarrollando el cultivo en forma inducida se produce lo que
se llama siembra en la muestra a analizar. La siembra es
con el fin de que las bacterias adaptadas al medio acuoso
puedan digerir el material orgánico y de esta manera poder
medir la DBO del agua.
Un análisis de DBO con agua de siembra consiste en tomar
un cierto volumen de muestra, otro volumen de agua de
siembra y se complementa a los 300 ml con agua de
dilución. En el calculo de DBO de la muestra, deberá
tomarse en consideración el oxigeno consumido por el agua
de siembra. Para esto se pone un frasco con el "blanco"
(agua de dilución); un segundo frasco con un cierto volumen
de agua de siembra y se completa con agua de dilución; un
tercer frasco de 300 ml contendrá el volumen de muestra
que se considere conveniente, un cierto volumen de inóculo
o siembra y se completa el volumen con agua de dilución.
Al término de la prueba (a los cinco días de incubación) se
mide el oxigeno disuelto remanente en cada botella y se
calcula la DBO de la muestra.
II. Demanda química de oxígeno
La Demanda Química de Oxigeno ó DQO, es la cantidad de
oxigeno que se requiere para oxidar químicamente el
material orgánico. Difiere de la DBO en que en esta última
prueba solo se detecta el material orgánico degradado
biológicamente o que es biodegradable. En la determinación
de DQO todo el material orgánico -biodegradable y no
biodegradable- es químicamente oxidado por el dicromato
de potasio en medio ácido en la presencia de un catalizador.
Para esto se emplea una mezcla de ácido sulfúrico y
dicromato de potasio con iones plata como catalizador. En
estas condiciones, en un tiempo de dos horas de digestión, a
una temperatura de 150ºC, el Cromo (VI) pasa a el estado
de oxidación Cromo (III) oxidando la materia orgánica.
En la prueba química se cuantifica químicamente la cantidad
de Cr(III) que aparece y se relaciona con la cantidad que
estequiométricamente se requeriría para oxidar
químicamente una cantidad equivalente de material orgánico
de formula y composición conocida.
3. Relación entre DBO Y DQO
La DBO y la DQO son los parámetros más importantes en la
caracterización de las aguas residuales. La DBO consiste de
un proceso biológico y como tal no está exento de los
problemas que conlleva un análisis de este tipo. Si no se
tienen los cuidados y la experiencia necesaria los resultados
conducen a errores y malas interpretaciones. Otra
desventaja de la DBO es que se requiere de mucho tiempo
para el término del análisis, por lo que los resultados solo
estarán disponibles hasta cinco días después de que se
inicia la prueba.
La DQO es una prueba que solo toma alrededor de tres
horas, por lo que los resultados se pueden tener en mucho
menor tiempo que lo que requiere una prueba de Demanda
Bioquímica de Oxigeno. Es posible para un agua superficial
o residual correlacionar su valor de DBO y DQO, para
estimar la DBO con un valor conocido de DQO. Desde luego,
la muestra de agua deberá provenir siempre del mismo
origen, y tener dentro de un estrecho margen de variación,
las mismas cualidades entre cada muestreo y análisis
efectuado.
III. Carbono orgánico total
Otra forma de conocer el contenido de material orgánico en
una muestra de agua, es determinando el Carbono Orgánico
Total (COT). Para esto, una muestra de agua se trata
inicialmente con ácido clorhídrico o sulfúrico para remover el
bióxido de carbono, carbonatos y bicarbonatos que el agua
pueda contener, compuestos que tienen carbono de
naturaleza inorgánica (CO2 HCO3- CO3
-2). Una vez removido
el carbono no orgánico, se agrega un oxidante sumamente
fuerte (persulfato de sodio o de potasio) y la materia
orgánica se destruye formándose CO2 con el carbono
orgánico presente en este material. Este gas es detectado y
cuantificado por un detector de infrarrojo y se relaciona con
el contenido de carbono orgánico.
Figura: Método de determinación de materia orgánica biodegradable y no biodegradable por medio de la prueba de DQO.
En equipos comerciales de alta sensibilidad se pueden
detectar no solo partes por millón (ppm) sino hasta partes
por billón (ppb) de carbono orgánico total.
El alto costo del equipo para determinar COT, y la
aceptación y estandarización de las técnicas de DBO y
DQO, no han popularizado esta técnica, pero la necesidad
de cumplir con las normas de calidad de agua potable, cada
vez mas estrictas han hecho esta técnica de análisis
sumamente atractiva. y en industrias donde se requiere de
agua de alta pureza (industria de alimentos, producción de
compuestos electrónicos, industria farmacéutica, medicina,
etc.), también es una opción a considerar.
C. Materia Inorgánica
Las concentraciones de las sustancias inorgánicas en el agua aumentan tanto por el contacto del agua con las diferentes formaciones geológicas, como por las aguas residuales, tratadas
o sin tratar, que a ella se descargan. Las aguas naturales disuelven parte de las rocas y minerales con los que entran en contacto. Las aguas residuales, salvo el caso de determinados
residuos industriales, no se suelen tratar con el objetivo específico
de eliminar los constituyentes inorgánicos que se incorporan
durante el ciclo de uso. Las concentraciones de los diferentes
constituyentes inorgánicos pueden afectar mucho a los usos del agua, como por ejemplo los cloruros, la alcalinidad, el nitrógeno, el azufre, algunos otros compuestos tóxicos inorgánicos y algunos metales pesados como el níquel, el manganeso, el plomo, el cromo, el cadmio, el cinc, el cobre, el hierro y el mercurio.
Dentro de la materia inorgánica es de suma importancia también hablar de la concentración de ion hidrógeno (pH), ya
que es un parámetro de calidad de gran importancia tanto para el
caso de aguas naturales como residuales. El agua residual con
concentraciones de ion hidrógeno inadecuadas presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el
efluente puede modificar la concentración de ion hidrógeno en las
aguas naturales si ésta no se modifica antes de la evacuación de
las aguas. El pH de los sistemas acuosos puede medirse convenientemente con un pH-metro. Para el mismo
procedimiento de medición también se emplean soluciones indicadoras y papeles de pH que cambian de color a
determinados valores del pH. El color de la solución o del papel se
compara entonces con el color de series normalizadas.
C. Gases
Los gases que con mayor frecuencia se encuentras en aguas residuales brutas son el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2), el sulfuro de hidrógeno (H2S), el amoniaco (NH3), y el metano (CH4). Los tres últimos proceden de
la descomposición de la materia orgánica presente en las aguas
residuales.
El oxigeno disuelto es necesario par la respiración de los microorganismos aerobios, así como para otras formas de vida.
Debido a que la velocidad de las reacciones bioquímicas que
consumen oxígeno aumenta con la temperatura, los niveles de
oxigeno disuelto tienden a ser mas críticos en la épocas estivales.
El problema se agrava en los meses de verano, debido a que los
cursos de agua generalmente son menores por lo tanto el oxígeno
también es menor.
2.3. Características Biológicas
Para el tratamiento biológico se deben de tomar en cuenta las
siguientes características del agua residual: principales grupos de microorganismos presentes, tanto en aguas superficiales como en
residuales, así como aquellos que intervienen en los tratamientos biológicos; organismos patógenos presentes en las aguas residuales;
organismos utilizados como indicadores de contaminación y su
importancia; métodos empleados para determinar los organismos indicadores, y métodos empleados para determinar las toxicidad de
las aguas tratadas.
A. Microorganismos
Los principales grupos de microorganismos presentes tanto en
aguas residuales como superficiales se clasifican en organismos
eucariotas (tipo celular caracterizado por la presencia de núcleo),
bacterias y arquebacterias (las Arquebacterias son procariotas (tipo
celular que carece de núcleo) muy diferenciados químicamente de
las bacterias propiamente dichas), como se muestra en la
siguiente:
Tabla Clasificación de los Microorganismos (Metcalf & Eddy, 1996)
Las bacterias desempeñan un papel amplio y de gran importancia en los procesos de descomposición y estabilización de la materia orgánica, tanto en el marco natural como en las plantas de tratamiento. Por ello resulta
imprescindible conocer sus características, funciones,
metabolismos y proceso de síntesis.
Los hongos, desde el punto de vista ecológico, presentan ciertas ventajas sobre las bacterias: pueden crecer y desarrollarse en zonas de baja humedad y en ámbitos con pH bajos. Sin la colaboración de los hongos en los procesos de degradación de la materia orgánica el ciclo del carbono se interrumpiría en poco tiempo, y la materia orgánica empezaría a
acumularse.
La presencia de algas afecta al valor del agua de abastecimiento ya que puede originar problemas de olor y sabor. Uno de los problemas más importantes es encontrar el
proceso de tratamiento que hay que aplicar a las aguas residuales
de diferentes orígenes de modo que los efluentes no favorezcan el
crecimiento de algas y demás plantas acuáticas.
Los protozoarios de importancia para el saneamiento son las amebas, los flagelados y los ciliados libres y fijos.
Los protozoarios se alimentan de bacterias y de otros microorganismos microscópicos. Tienen una importancia capital, tanto en el funcionamiento de los tratamientos biológicos, como en la purificación de cursos de agua, ya que son
capaces de mantener el equilibrio natural entre los diferentes tipos
de microorganismos. Se debe controlar el agua de suministro ya
que ciertos protozoarios son también patógenos, tales como el
Cryptosporidium parvum y la Giardia lamblia.
Las diferentes plantas y animales que tienen importancia son de
tamaños muy variados, desde los gusanos y rotíferos
microscópicos hasta crustáceos macroscópicos. El conocimiento de
estos organismos resulta útil a la hora de valorar el estado de lagos
y corrientes, al determinar la toxicidad de las aguas residuales
evacuadas al medio ambiente, y a la hora de determinar la
efectividad de la vida biológica en los tratamientos secundarios
empleados para destruir los residuos orgánicos.
Los virus excretados por los seres humanos pueden representar un importante peligro para la salud pública. Se
sabe con certeza que algunos virus pueden sobrevivir hasta 41 días, tanto en aguas limpias como en residuales a temperatura de
20° C, y hasta 6 días en un río normal.
B. Organismos Patógenos
Los organismos patógenos que se encuentran en las aguas
residuales pueden proceder de deshechos humanos que estén
infectados o que sean portadores de una determinada enfermedad.
Las principales clases de organismos patógenos presentes en
las aguas residuales son: bacterias, virus y protozoarios. Los
organismos bacterianos patógenos que pueden ser excretados por
el hombre causan enfermedades del aparato intestinal como la
fiebre tifoidea y paratifoidea, la disentería, diarreas y cólera.
Debido a la alta infecciosidad de estos organismos, cada año son
responsables de gran número de muertes en países con escasos
recursos sanitarios, especialmente en zonas tropicales.
C. Organismos Indicadores
Los organismos patógenos se presentan en las aguas
residuales contaminadas en cantidades muy pequeñas y,
además, resultan difíciles de aislar y de identificar. Por ello se
emplea el organismo coliforme como organismo indicador,
puesto que su presencia es más numerosa y fácil de comprobar. El tracto intestinal humano contiene innumerables
bacterias conocidas como organismos coliformes, cada humano evacua de 100,000 a 400,000 millones organismos coliformes cada día. Por ello, se puede considerar que la presencia de coliformes puede ser un indicador de la posible presencia de organismos patógenos, y que la ausencia de aquellos es un indicador de que las aguas están libres de organismos que
puedan causar enfermedades. Pero existe un problema por el cual
los coliformes no son tan buenos indicadores, ya que hay algunos
patógenos que pueden estar presentes en el agua aún en ausencia
de coliformes.