La selección de los procesos y tec-nologías necesarias para la rege-neración de las aguas residuales

implica el conocimiento previo del tipode efluentes a tratar (primario, secun-dario o terciario), su variabilidad y lacalidad exigida al agua regenerada.Aunque en nuestro país se regeneranefluentes secundarios o terciarios, enotros países se considera también,desde el punto de vista de las tecnolo-gías, el tratamiento de los efluentesprimarios con objeto de obtener aguasadecuadas para el riego agrícola bajola clasificación de tratamientos prima-rios avanzados.

Los procesos empleados en la regene-ración están orientados principalmen-te a la reducción de la materia coloidal

y en suspensión (por su incidenciasobre la desinfección) y a los microor-ganismos patógenos y parásitos.Según la finalidad de la reutilizacióntambién se considera la reducción desales solubles, microcontaminantesinorgánicos y orgánicos y parámetrosagrónomos. Por último, también secontempla la formación de subpro-ductos propios de los procesos deoxidación y desinfección formados enel proceso de regeneración de lasaguas residuales depuradas.

Inicialmente los efluentes secundarioseran tratados con la tecnología dispo-nible para agua potable, pero con elpaso del tiempo se han ido conside-rando estos efluentes como una matrizespecífica de agua a tratar. De acuerdocon este planteamiento se han modifi-cado y adaptado los procesos existen-tes, desarrollando tecnologías específi-cas de regeneración y se han conside-rado como una parte más del ciclointegral del agua.

Las tendencias de mejora de los proce-sos en los últimos años han profundi-zado en el análisis de la composiciónorgánica de los efluentes secundarios(EfOM, effluent organic matter) y supapel en los mecanismos de ensucia-miento, tanto de los sistemas de filtra-ción superficial y en profundidad comoen los sistemas de separación por

membranas. También el interés en nue-vos indicadores microbiológicos, en lapresencia de patógenos y parásitos,están obligando a evaluar desde otrasorientaciones los procesos de la rege-neración del agua depurada.

De forma emergente, también hanaparecido en la comunidad científicaconsideraciones sobre la presencia demicrocontaminantes orgánicos sintéti-cos o xenobióticos en los efluentessecundarios y sobre los subproductosformados en el propio proceso para sureutilización en la recarga de acuíferos.Esta última reutilización y el objetivo dereducción de la salinidad en el aguaregenerada han promovido, entreotros factores, el desarrollo de los sis-temas integrales de membranas.

Con referencia a la calidad exigida alagua regenerada, existe todavía cier-ta incertidumbre desde el punto devista del marco legislativo, aunqueexisten algunas recomendaciones oborradores (borrador Cedex, reco-mendaciones ACA) a los que se hacereferencia en la práctica habitual, asícomo a las recomendaciones de laOrganización Mundial de la Salud(OMS), de la Agencia de protección delmedio ambiente de EUA (USEPA), ydel título 22 de California. En algunoscasos se fijan los usos del agua regene-rada y la calidad asociada (borrador

Reutilización de Aguas Residuales: Situación actual y tendencias

La reutilización de aguas residuales de origen urbano, sometidas a un tratamiento de depuración enlas EDARs y posteriormente a una reducción de sólidos en suspensión y desinfección mediante

tratamiento terciario, constituye un recurso hidráulico alternativo perfectamente aplicable y ensayadopara el riego de superficies con requerimientos especiales, tales como terrenos agrícolas,

invernaderos, campos de golf, parques y jardines, así como aplicable a otros usos no directamenterelacionados con el consumo humano, y de especial interés para asegurar el suministro en estaciones

climáticas secas, o en períodos prolongados de escasa pluviometría y particularmente en climassemiáridos. La recarga de acuíferos por infiltración/percolación o bien por inyección directa para suposterior extracción y tratamiento como agua de consumo humano o como control de la intrusión deaguas saladas, fija los criterios de calidad más rigurosos para las aguas regeneradas. La presenciade microcontaminantes orgánicos emergentes plantea a su vez una constante revisión de los criteriosde calidad del agua regenerada para la recarga de acuíferos y de los tratamientos más adecuados

para su control. Diferentes factores ambientales y sociales pueden promover la demanda de laregeneración de las aguas residuales depuradas y su posterior reutilización sustituyendo otros

recursos hídricos convencionales.

Joan Sanz Ataz, Leopoldo Guerrero Gallego, Juan Manuel Ortega Díaz VEOLIA Water Systems Ibérica, Dirección Técnica.

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Cedex) y en otros se fijan los tipos deagua regenerada y los usos asociados acada calidad.

Procesos de regeneración de aguas residuales

Coagulación, floculación y sedimen-tación

Los sistemas de separación sólido-líquido en base a la coagulación, flocu-lación y decantación lamelar son apli-cados tanto en los casos donde el con-tenido de materia en suspensión impi-de la filtración directa de los efluentessecundarios, como en los procesos declarificación previa a los sistemas demembranas. Las mejoras en estos siste-mas se encuentran en los cambios dediseño de las cámaras internas y la apli-cación de elementos como la microare-na empleada en el proceso Actiflo®que aumentan las velocidades específi-cas, manteniendo valores bajos de tur-bidez y materia en suspensión.

Filtración

Dentro del proceso de filtración, tantosi es superficial como si es en profundi-dad, aparece como punto clave la apli-cación de la distribución de tamaño departícula en los efluentes secundarios ydel conocimiento de los mecanismosde filtración de cada sistema.

Filtración superficial

La filtración superficial mediantetamices con intervalos de luz de 10 a20 µm permite la reducción de lacarga de sólidos en suspensión previaa la desinfección con luz ultravioletasegún el reconocimiento del Título 22de California. En este proceso la efica-cia de la filtración depende de la curvade distribución de la medida de la par-tícula. La filtración de precapa tambiénse presenta como un elemento dispo-nible en el pretratamiento de los siste-mas de membranas.

Filtración en medio granular

La filtración en medio granular abarcadesde filtros por gravedad o a presiónpropios de tratamiento de aguas pre-potables que han evolucionado paratratar efluentes secundarios como dise-ños específicos para la regeneración.

De nuevo se deben considerar claveslas características de tamaño, forma ynaturaleza de las partículas de losefluentes secundarios en relación a laeficiencia del proceso.

El uso de los sistemas de membranasde ósmosis inversa y nanofiltración ha

dado lugar al estudio de la mejora delos procesos de filtración que formanparte de los pretratamientos. Así seplantean sistemas de filtración condoble etapa tanto en filtros abiertoscomo en filtros a presión con objeto deobtener valores de los índices de ensu-ciamiento SDI o MFI adecuados paralos sistemas de membranas.

Separación por membranas

El proceso de separación por membra-nas permite, en función de la membra-na seleccionada, la reducción de lamateria en suspensión y coloidal y delos compuestos orgánicos e inorgáni-cos disueltos.

Considerando el tamaño de poro o delpeso molecular de corte, las membra-nas se clasifican en cuatro grupos:microfiltración (0,1 µm ó 500.000 dal-ton), ultrafiltración (0,01 µm ó 20.000dalton), nanofiltración (0,001 µm ó 200dalton) y ósmosis inversa (0,0001 µm ó<100 dalton).

La microfiltración y la ultrafiltraciónestán orientadas habitualmente a lareducción de carga microbiológica y alpretratamiento de nanofiltración o deósmosis inversa en sistemas integralesde membrana. La nanofiltración y laósmosis inversa se aplican para lareducción del contenido en las salesdisueltas y separación de microconta-minantes orgánicos.

Microfiltración y ultrafiltración

La aplicación de estos procesos deseparación por membrana en losefluentes secundarios presenta como

punto crítico el mantenimiento de losvalores de permeabilidad en las dife-rentes condiciones de operación y, porlo tanto, el control del ensuciamientode las membranas y su limpieza pormedios físicos y químicos. La aplicaciónde técnicas analíticas, como la croma-tografía líquida de exclusión condetector doble de carbono orgánicodisuelto y absorbancia ultravioleta (LC-OCD), permiten caracterizar las dife-rentes fracciones orgánicas presentes ysu relación con el ensuciamiento de lasmembranas. La identificación de lasfracciones orgánicas por LC-OCD secombinan a la vez con el análisis desuperficies.

La medida del potencial de ensucia-miento de los efluentes secundarioscon parámetros tradicionales emplea-dos en agua potable, suele ser insufi-ciente para dar información relevanteque explique la pérdida de permeabili-dad y, por lo tanto, es necesario desa-rrollar nuevos ensayos para caracterizarla filtrabilidad de los efluentes frente alas membranas que permitan predecirla evolución de la permeabilidad y elensuciamiento.

Como reducción del impacto delensuciamiento a los procesos demicrofiltración o ultrafiltración, se plan-tean la floculación en línea y adsorcióny la formación de precapa como en lossistemas de tratamiento de aguassuperficiales.

Nanofiltración y ósmosis inversa

Aunque desde 1975 operó la conocidaplanta de regeneración de WaterFactory 21 con membranas de acetato

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de celulosa de ósmosis inversa, duran-te muchos años no se pudieron aplicarmembranas de ósmosis inversa al trata-miento de los efluentes secundariosdebido a los rápidos ensuciamientosde las mismas.

El desarrollo y la aplicación de mem-branas de microfiltración y ultrafiltra-ción, hacia el principio de los años 90,pensadas como pretratamiento, permi-tió el uso razonable de la ósmosisinversa. También, en los años 90, sehan desarrollado o mejorado las mem-branas en un proceso de adaptación alas características de los efluentessecundarios. Así, han aparecido mem-branas específicas resistentes al ensu-ciamiento por modificación de sus pro-piedades superficiales, como son elpotencial zeta, rugosidad, etc., conobjeto de reducir la adhesión bacteria-na y de los compuestos orgánicos dealto peso molecular.

La combinación de pretratamientosen base a microfiltración y ultrafiltra-ción se combinan con las membranashidrofílicas con menor afinidad paralas moléculas orgánicas. Como en eltratamiento de aguas superficiales yde mar, el punto crítico es el controldel ensuciamiento microbiológico,coloidal, inorgánico y orgánico y eluso de buenas herramientas de diag-nóstico y prevención.

De estas cuatro causas de ensucia-miento, la más comprometida es la for-mación de biopelículas sobre las mem-branas y, por lo tanto, buena parte dela búsqueda se encuentra en el campode la prevención del ensuciamientomicrobiológico. En todos los casos seprecisa tomar una posición proactivaante la evolución de los datos de ope-ración una vez que los sistemas estánen servicio y presentan síntomas deensuciamiento.

Biorreactores de membrana

Una de las más prometedo-ras tecnologías dentro delcampo de las mejoras en eltratamiento de las aguasresiduales urbanas e indus-triales, son los sistemascombinados de tratamientobiológico y filtración conmembranas, conocidoscomo biorreactores demembrana. Con esta confi-guración, el agua depuradaobtenida presenta una cali-dad de agua regeneradaprevia a la desinfección convalores de sólidos en sus-pensión < 5 mg/l, turbidezinferior a 0,5 UNF, reducción

en Coliformes fecales >6,2 log y enbacteriófagos F-RNA >3,8 log.

Como en los otros sistemas con mem-branas, el obstáculo principal es elmantenimiento de la permeabilidaddebido al ensuciamiento y la eficienciade las limpiezas físicas y químicas. Denuevo, el punto clave es conocer loscompuestos responsables del ensucia-miento de la membrana y los trabajosde modelización.

El proceso combinado de biorreactorde membrana y ósmosis inversa hasido ensayado con la finalidad de obte-ner una calidad suficiente para plante-arla como una nueva fuente de sumi-nistro de agua potable dentro delreuso potable indirecto.

Desinfección

Luz ultravioleta

La aplicación de la luz ultravioleta a ladesinfección de los efluentes regenera-dos que inicialmente empleaba lámpa-ras de baja presión y baja intensidad, seha ampliado con la posibilidad del usode lámparas de baja presión y alta inten-sidad y de media presión. En todo caso,el conocimiento sobre la inactivación delos microorganismos presentes en elagua regenerada y su comparativa conel proceso de desinfección por cloro haaumentado en los últimos años. A la vez,los diseños de los reactores se hanmodernizado y optimizado consideran-do los valores de parámetros que afec-tan a la eficiencia como son el tamañode las partículas y la absorbancia a 254nm y como varían estos parámetros porlos diferentes tratamientos previos a ladesinfección por luz ultravioleta.

Cloración y cloraminación

El uso de los derivados del cloro comoagente desinfectante en combinacióncon la luz ultravioleta da lugar a la posi-bilidad de reducir las dosis de cloro

empleadas y en el caso de aguas rege-neradas con presencia de nitrógenoamoniacal al tratamiento por debajodel punto de ruptura minimizando laformación de trihalometanos.

Tratamientos específicos

Cuando se plantea la reducción de laconcentración de microcontaminantesespecíficos como pueden ser los com-puestos orgánicos volátiles, N-Nitrosodimetilamina (NDMA), produc-tos farmacéuticos, etc., se pueden con-siderar diferentes tratamientos comoson el intercambio iónico, la adsorciónsobre carbón activo, stripping o la oxi-dación avanzada.

Proyectos de demostración

Son una herramienta clave del diseñocompleto del proceso de regenera-ción. Se debe contemplar el procesode forma integral, desde el efluentesecundario a regenerar hasta el usofinal del agua regenerada en la reutili-zación. En sistemas integrales de mem-branas, permiten evaluar en conjuntolos pretratamientos (microfiltración yultrafiltración) con el proceso final deseparación por membrana (nanofiltra-ción y ósmosis inversa). También per-miten introducir mejoras de proceso enlos pretratamientos convencionales ycomparar diferentes alternativas basa-das en membranas.

Conclusiones

Las tecnologías aplicadas a la rege-neración evolucionan hacia unamayor fiabilidad con el aumento de lareutilización planificada del agua, ladefinición de estándares de calidadpor el agua regenerada, el conoci-miento adquirido por los usuarios ylos ensayos en los proyectos dedemostración. El diseño de los siste-mas de tratamiento se adaptan cadavez más a las características de los

efluentes en la medida quese conocen los mecanis-mos de ensuciamiento ylos compuestos relaciona-dos con los mismos. Porúltimo, la selección del tra-tamiento para la regenera-ción de las aguas residua-les depuradas es un com-promiso entre las calida-des de entrada y salida, lasoperaciones unitarias dis-ponibles y la fiabilidadesperada, que en todomomento se tienen queconsiderar como parte deun todo y no de formaseparada.

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