SECCIÓN 1 : LAS AGUAS RESIDUALES

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1 SECCIÓN 1 : LAS AGUAS RESIDUALES INTRODUCCIÓN En esta parte del módulo y en las unidades posteriores se trata de los sistemas de evacuación en las redes de saneamiento, las obras complementarias, el cálculo de caudales para el diseño de las redes, el diseño y cálculo hidráulico de las alcantarillas y colectores y el mantenimiento y la explotación de las redes de saneamiento. SANEAMIENTO Entendemos por saneamiento el conjunto de obras, técnicas e instalaciones necesarias para una correcta evacuación y posterior tratamiento del agua residual con el objetivo de mantener y mejorar las condiciones de salubridad de las poblaciones y originar el menor impacto ambiental en los vertidos. ANTECEDENTES HISTÓRICOS El saneamiento nace como respuesta a un problema de índole sanitario. Los primeros antecedentes históricos se indican en la Biblia, (655 a de C.) en su lucha con los jebusitas el Rey David consigue que Joab entre en Jerusalem a través de los canales de desagüe de aguas negras y de lluvia. En el reino de los Hititas, Grecia antigua y en el Imperio Romano son numerosas sobre canales de desagüe de aguas negras y de lluvia. Los grandiosos desagües de la antigua Roma son los mejores conocidos aunque no existía conexión de las casas a los desagües En Inglaterra como en otros países a principios del siglo XIX existían ya conductos para drenaje exclusivo de aguas pluviales sin vertidos de las excreciones humanas. Es a partir de 1815 en Londres donde se inicia esta evacuación. La revolución industrial del XIX, tuvo como consecuencia la masificación de la población especialmente entorno a los centros de producción, creándose unas condiciones sanitarias penosas, ello dió lugar a numerosas epidemias de cólera, como la de 1832 y posteriormente la de 1845 con más de muertos, que pusieron de manifiesto la conexión entre el estado sanitario del agua de consumo y el desarrollo de enfermedades. Página 1 de 7

2 Es en la década de cuando se empieza a experimentar algún progreso en el proyecto y construcción de redes de saneamiento. En 1842 Sir Edwin Chadwick elaboró un informe sobre las condiciones sanitarias en Gran Bretaña en el que se establecía la necesidad de recoger las aguas residuales en un sistema específico de alcantarillado, proponiendo la utilización de conductos de gres y la separación de las aguas residuales de las pluviales. A partir de la iniciativa británica, se establecen las bases modernas del saneamiento con la recogida y transporte de las aguas residuales. En 1847, se estableció con carácter obligatorio conectar los edificios a las redes de alcantarillado dando origen a los primeros alcantarillados de tipo unitario, sistema posteriormente adoptado por la mayor parte de las ciudades europeas y americanas. A mediados de la década de 1850 se inicia un período de investigación y estudio, que se continúa en los sesenta, en el que se profundiza sobre el conocimiento de los procesos biológicos, se establecen principios básicos de funcionamiento y los primeros modelos de los mismos, permitiendo la adopción de criterios de diseño basados en consideraciones de tipo científico y no de los puramente empíricos utilizados hasta la fecha. No obstante, es necesario matizar que el funcionamiento de los sistemas de evacuación fueron concebidos y desarrollados hasta los límites que la tecnología permitió en su momento, a partir de principio del siglo XX hasta la 1940 se refinan las aplicaciones hidráulicas en el diseño de las geometrías en las secciones, así como detalles en obras e instalaciones complementarias. La construcción de las primeras redes de alcantarillado evidenció que, aunque contribuían a la reducción del número de puntos de vertido, mejorando las condiciones sanitarias locales respecto a la situación anterior, se producía una mayor concentración de la contaminación, produciendo un agravamiento del estado de los ríos, originando condiciones higiénicas y ambientales poco aceptables. Surge la idea de que el vertido de aguas residuales debería utilizarse para fertilizar el suelo, con lo cual se proponía el primer sistema de tratamiento y se apuntaba el inicio del concepto de saneamiento moderno, basado en la evacuación, transporte y depuración del agua residual. A partir de este momento se desarrollan los primeros sistemas de depuración, inicialmente dirigidos a la eliminación de materias sólidas y posteriormente complementados con la de la materia orgánica soluble mediante los tratamientos biológicos, primero los filtros percoladores (1897) y posteriormente, los fangos activados (1914). Página 2 de 7

3 AGUAS RESIDUALES Las aguas residuales están constituidas por aguas negras o urbanas, y aguas blancas o de lluvia. Las aguas negras o urbanas Son aguas que se originan por los vertidos de la actividad humana, origen doméstico, servicios municipales de limpieza, vertidos industriales. Son caudales pequeños pero continuos y con gran contaminación. Las aguas negras de origen doméstico están constituidas por aguas fecales, aguas de lavado, contienen por habitante y día una cantidad media de 190 gr de sustancias sólidas, 80 gr son de naturaleza inorgánica y el resto 110 gr orgánicas, por tanto putrescibles. Tabla 1 Composición frecuente de aguas negras en diferentes ciudades españolas Parámetro Concentración (mg/l) Amoniaco DBO DQO Fósforo 6-20 Grasa Nitrógeno total Sólidos en suspensión Sólidos totales Página 3 de 7

4 En recorridos largos y poco ventilados puede iniciarse la putrefacción, comenzando con la formación de ácido sulfhídrico (véase unidad 10), las aguas residuales pierden su color grisáceo inicial y toman un color negruzco. Las aguas residuales procedentes de la actividad industrial, se introducen en puntos de la red muy específicos, generalmente en polígonos industriales. A veces, considerando la naturaleza de estas agua, es obligado un tratamiento previo antes del vertido. La tendencia actual en grandes industrias es reutilizar el agua mediante tratamientos adecuados. Las aguas blancas o de lluvia Son aguas procedentes de drenajes o de escorrentía superficial, caracterizándose por grandes aportaciones intermitentes y escasa contaminación. Las cargas contaminantes se incorporan al agua al atravesar la lluvia la atmósfera, o por el lavado de superficies y terrenos. Suponen grandes caudales, pero intermitentes y menor contaminación que las aguas negras. Las aguas de lluvia incorporan en su caída elementos en suspensión en la atmósfera debidos a la contaminación atmosférica, al atravesarla incorporan a las aguas gases, como CO 2 y polvo. Tabla 2 Composición frecuente de aguas blancas en diferentes ciudades españolas Parámetro Concentración (mg/l) Amoniaco 0,1-1 DBO DQO Fósforo 0,9-1,5 Grasa - Nitrógeno orgánico 1-1,6 Sólidos en suspensión Sólidos totales La contaminación de las aguas de escorrentía puede considerarse, a igualdad de superficie, en un 13% de la contaminación de las aguas residuales negras considerando 100 habitantes por Ha y una carga contaminante de 40 g de DBO 5 por habitante y día. Página 4 de 7

5 Las aguas procedentes de la actividad agrícola, incorporan fertilizantes, insecticidas, herbicidas, funguicidas, etc. Son numerosas la ciudades que adoptan la construcción de depósitos de retención, evitando el dimensionado excesivo de las alcantarillas y colectores, además del vertido directo de las aguas de lluvia. Los depósitos de retención, actúan regulando los caudales, desaguando en períodos secos. CONTAMINANTES Entendemos por contaminación, la acción y el efecto de introducir materias o formas de energía, o inducir condiciones en el agua que de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica. La importancia del conocimiento de los contaminantes en las aguas residuales es fundamental no sólo con vistas al proyecto y explotación de las infraestructuras en la evacuación, si no también por el tratamiento en la depuración. En las aguas negras de uso doméstico, que se vierten al alcantarillado o colectores de un núcleo urbano, la contaminación doméstica está originada por deyecciones, residuos alimenticios y productos de la limpieza e higiene de las viviendas, grasas y vertidos de los locales comerciales. Tabla 3 Contaminación según tamaño de la población Población (hab.) DBO 5 (p.p.m.) DBO 5 (g/hab.d.) < de a a a a > de La contaminación de origen industrial es consecuencia de los vertidos procedentes de actividades industriales que son innumerables. No siempre son conocidos la naturaleza de los vertidos, normalmente son consecuencia de los productos de manufacturación, materias primas, fenoles, grasas, metales pesados. Página 5 de 7

6 La contaminación agrícola es más frecuente en poblaciones pequeñas de tipo rural y afecta más a las aguas blancas o de lluvia, su contaminación es consecuencia del lavado de las tierras que han sido tratadas con abonos, herbicidas y todos aquellos productos típicos de índole agrícola referidos anteriormente. A continuación exponemos en las tablas 4 y 5 un resumen de las causas y efectos más característicos, atendiendo a los tipos de contaminación habituales. Tabla 4 Causa u origen producidos por algunos contaminantes Tipo de contaminante Causa Color grisáceo a oscuro Olor Sólidos Temperatura alta Carbohidratos Grasas animales, grasas y aceites Pesticidas Fenoles Proteínas Materia orgánica volátil Alcalinidad Cloruros Metales pesados Nitrógeno ph Fósforo Azufre Sulfuro de hidrógeno Metano Oxígeno Bacterias Virus Degradación de la materia orgánica en las aguas residuales domésticas Residuos industriales, agua residual en descomposición Aguas residuales domésticas e industriales, descomposición del manto biológico, infiltración incontrolada Aguas residuales industriales Aguas residuales domésticas, industriales o comerciales Aguas residuales industriales y doméstica Agua de procedencia agrícola Agua residual industrial Agua residual doméstica e industrial Agua residuales doméstica, degradación natural de materia orgánica Aguas residuales doméstica o industrial Infiltración de aguas subterráneas de origen marino, aguas residuale s domésticas o industrailes Agua residual industrial de vertidos Agua de procedencia agrícola, aguas residuales domésticas Aguas residuales industriales, domésticas Aguas residuales domésticas, agrícola, industrial Aguas residuales domésticas, industriales Fermentación del agua residual Fermentación del agua residual Entrada de agua potable o infiltración de agua subterránea Aguas residuales domésticas, infiltración de aguas superficiales Aguas residuales domésticas Página 6 de 7

7 Tabla 5 Efectos producidos por algunos contaminantes Tipo de contaminante Efectos Materia orgánica biodegradable Lo constituyen normalmente carbohidratos, proteínas, grasa animal, gran consumo de DBO 5 y DQO. En vertidos incontrolados en cauces pequeños por el consumo excesivo de oxigeno puede dar lugar a olores desagradables. Materia orgánica: fenoles y pesticidas Elementos muy nocivos y resistivos en el tratamiento convencional de un agua residual Metales pesados En el supuesto de la reutilización del agua, es necesario eliminarlos Nutrientes Son clásicos el nitrógeno y el fósforo. Su existencia en embalses o cauces, da lugar a un desarrollo importante de algas. Vertidos en terrenos permeables pueden contaminar un acuífero. Patógenos Pueden transmitir enfermedades infecciosas en función del patógeno adquirido. Sólidos en suspensión Originan sedimentaciones, pudiendo dar lugar a fermentaciones por procesos anaerobios con agua sin tratar. Sólidos inorgánicos disueltos Frecuentemente son el calcio, sodio, sulfatos deben eliminarse en el supuesto de un tratamiento para reutilización del agua Página 7 de 7