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El tratamiento de las aguas en comprimidos de fácil asimilación (III): resolución casos prácticos

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Sobre el blog

Juan José Salas
MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. Director de Servicios Tecnológicos de la Fundación CENTA. 36 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas.
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  • tratamiento aguas comprimidos fácil asimilación (III): resolución casos prácticos

En la anterior entrega les proponía un par de casos prácticos relacionados con las características de las aguas residuales urbanas, e indicaba que en breve procederíamos a su resolución y a analizar los comentarios de los lectores. Con relación a esto último, debo reconocer que no han sido muchos los comentarios, pero sí que es cierto que en general han estado muy acertados.

Para una mejor comprensión, he pensado que era mejor volver a plantear los enunciados y adjuntarles las respuestas. Vamos a ello.

CASO PRÁCTICO 1.- Determinación de la población equivalente

Como paso previo para la redacción del proyecto de una estación depuradora de aguas residuales en una aglomeración urbana de 1.025 habitantes, se ha llevado a cabo una campaña de aforo y muestro, que ha arrojado los siguientes resultados:

Caudal de aguas residuales: 133 m3/d.

Características de las aguas residuales:

  • Sólidos en suspensión (mg/l): 435.
  • DBO5 (mg O2/l): 472.
  • DQO (mg O2/l): 931.

En base a esta información, se pide:

1.- Calcular la población equivalente a tratar que se empleará para el dimensionamiento de la EDAR/PTAR.

Solución

La población equivalente se determina haciendo uso de la expresión:

Población equivalente = Q (m3/d) x DBO5 (mg/l = g/m3) / 60 g DBO5/he.d

Es decir, en primer lugar, multiplicamos el caudal por la concentración de las aguas residuales, con lo que se obtiene la carga contaminante. Obtenida la carga contaminante, basta solo con dividir por el patrón acordado (1 habitante equivalente = 60 g DBO5/d), para obtener la población equivalente. Este patrón es el que utilizamos en Europa, siguiendo las recomendaciones de la Directiva 91/271/CEE.

Sustituyendo valores:

Población equivalente = 133 m3/d x 472 g/m3 / 60 g DBO5/he.d = 1.046 habitantes equivalentes

2.- Deducir la posible presencia en las aguas residuales analizadas de otros vertidos biodegradables distintos de los puramente domésticos.

Solución

Al comparar la población equivalente obtenida (1.046 h.e.) con la población censada en el municipio (1.025 habitantes) es muy frecuente que, puesto que no coinciden exactamente ambas cifras, se concluya que sí que existen otros vertidos biodegradables diferentes de los puramente domésticos. Pero no hay que olvidar la gran variabilidad de los caudales y de las concentraciones de las aguas residuales, por lo que se precisa una mayor diferencia entre ambas poblaciones para poder aseverar la existencia de este tipo de vertidos.

En definitiva, en nuestro caso concreto, no se puede concluir la presencia de vertidos de procedencia no doméstica en las aguas residuales analizadas.

CASO PRÁCTICO 2.- Detectar errores en un informe de caracterización de aguas residuales.

Tras una campaña de aforo y muestreo de las aguas residuales generadas por un municipio, la empresa que ha llevado a cabo estos trabajos ha remitido el siguiente informe sobre la caracterización de estas aguas:

  • pH (unidades de pH): 7,2.
  • Conductividad eléctrica a 20ºC (µS/cm): 690.
  • Sólidos totales (mg/l): 1.150.
  • Sólidos en suspensión (mg/l): 340.
  • Sólidos en suspensión volátiles (mg/l): 70.
  • Sólidos en suspensión minerales (mg/l): 170.
  • Sólidos disueltos (mg/l): 810.
  • DBO5 (mg O2/l): 390.
  • DQO (mg O2/l): 280.
  • Nitrógeno total (mg N/l): 80,2.
  • Nitrógeno orgánico (mg N/l): 30,6.
  • Nitrógeno amoniacal (mg NH4/l): 61,2.
  • Nitratos (mg NO3/l): 8,9.
  • Nitritos (mg NO2/l): 0,0.
  • Fósforo total (mg P/l): 9,2.
  • Fósforo orgánico (mg P/l): 3,3.
  • Fósforo inorgánico (mg PO4/l): 31,9.
  • Coliformes fecales (UFC/100 ml): 3,2.107.
  • Colifomes totales (UFC/100 ml): 8,5.106.

Nota: en los Coliformes fecales y totales, tras 3,2 y 8,5, aparece diez elevado a la siete y diez elevado a la seis, respectivamente.  

En este caso se trataba de descubrir los errores (incongruencias) que contenía este informe.

Solución

Dado que la oxidación química es más intensa que la biológica, y que afecta a una mayor cantidad de compuestos presentes en las aguas residuales, siempre el valor de la DQO de un agua residual será superior al de la DBO5.

Por lo tanto en los valores de DBO5 (390 mg/l) y de DQO (280 mg/l), tenemos una INCONGRUENCIA (1).

Como matemáticamente el todo es la suma de las partes  (he añadido lo de matemáticamente porque Aristóteles defiende que “el todo es mayor que la suma de las partes”, pero eso es para la metafísica), en el informe se detectan varias INCONGRUENCIAS de este tipo,  pues la suma de las partes superan al todo. Las dos siguientes son muy evidentes.

Matemáticamente, el todo es la suma de las partes  

Tenemos una INCONGRUENCIA (2) con los valores de las concentraciones de Coliformes totales (8,5.106 UFC/100 ml) y de Coliformes fecales (3,2.107 UFC/100 ml), pues la segunda no puede superar a la primera.

Otra INCONGRUENCIA (3) se halla en los Sólidos en Suspensión, que vienen dados por la suma de los Sólidos en Suspensión Volátiles y los Sólidos en Suspensión Minerales, y en nuestro caso:

340 mg/l 70 mg/l +170 mg/l

 Sí que son CORRECTOS los Sólidos Totales, que vienen dados por la suma de los Sólidos Disueltos y los Sólidos en Suspensión. En nuestro caso:

1.150 mg/l = 810 mg/l + 340 mg/l

Otras INCONGRUENCIAS no son tan evidentes, al estar expresadas las concentraciones en unidades diferentes. 

Así, en el caso del Nitrógeno total, este es la suma de las distintas formas en las que puede aparecer este elemento en las aguas residuales (Nitrógeno orgánico, Nitrógeno amoniacal, Nitrógeno en forma nítrica y Nitrógeno en forma nitrosa). Pero como no se pueden sumar peras con manzanas, y estas formas del nitrógeno vienen expresadas en unidades diferentes, lo primero es pasarlas todas a la misma unidad (mg de N/l). Para ello tenemos que echar mano de mi querida QUÍMICA y recordar los siguientes pesos atómicos:

  • Peso atómico del Nitrógeno (N): 14
  • Peso atómico del Oxígeno (O): 16
  • Peso atómico del Hidrógeno (H): 1

A partir de estos pesos atómicos, pasamos las concentraciones de las distintas formas nitrogenadas a mg N/l.

Formas amoniacales del Nitrógeno

Paso de mg/l de NH4 a mg/l de N:

Peso molecular del NH4 = 14 (N) + 4 x 1 (H) = 18 g/mol

Regla de tres: si en 18 g/mol de HN4 hay 14 g/mol de N, en 61,2 mg/l de NH4 habrán: =61,2 x 14/18 = 47,6 mg N/l.

 

Formas nítricas del Nitrógeno

Paso de mg/l de NO3 a mg/l de N:

Peso molecular del NO3 = 14 (N) + 3 x 16 (O) = 62 g/mol

Regla de tres: si en 62 g/mol de NO3 hay 14 g/mol de N, en 8,9 mg/l de NO3 habrán: 8,9 x 14/62 = 2,0 mg N/l.

 

Formas nitrosas del Nitrógeno

Paso de mg/l de NO2 a mg/l de N:

Peso molecular del NO2 = 14 (N) + 2 x 16 (O) = 46 g/mol

Regla de tres: si en 46 g/mol de NO2 hay 14 g/mol de N, en 0,0 mg/l de NO2 habrán: 0,0 x 14/46 = 0,0 mg N/l.

Nota: evidentemente, al ser nula la concentración de nitrito, no haría falta hacer estos cálculo, pero he decidido incluirlos para cuando esta concentración no sea nula.

Sumando:

NT (mg N/l)= Norgánico (mg N/l) + Namoniacal (mg N/l) + Nnítrico (mg N/l) + Nnitroso (mg N/l)

80,2 (mg N/l)= 30,6 (mg N/l) + 47,6 (mg N/l) + 2,0 (mg N/l) + 0,0 (mg N/l)

Luego en este caso, en el caso del Nitrógeno, no tenemos NINGUNA INCONGRUENCIA.

Pasemos ahora al caso del Fósforo. El contenido en Fósforo total es la suma del Fósforo presente en forma orgánica e inorgánica. Como estas formas vienen expresadas en unidades diferentes, procederemos como en el caso anterior.

  • Peso atómico del Fósforo (P): 31
  • Peso atómico del Oxígeno (O): 16

Fósforo inorgánico

Paso de mg/l de PO4 a mg/l de P:

Peso molecular del PO4 = 31 (P) + 4 x 16 (O) = 95 g/mol

Regla de tres: si en 95 g/mol de PO4 hay 31 g/mol de P, en 31,9 mg /l de PO4 habrán: 31,9 mg/l x 31/95 = 10,4 mg P/l.

Sumando:

PT (mg P/l)= Porgánico (mg P/l) + Pinorgánico (mg P/l)

9,2 (mg P/l) 3,3 (mg P/l) + 10,4 (mg P/l)

Por tanto, en el caso del Fósforo, tenemos una nueva INCONGRUENCIA (4).

Para terminar, en la anterior entrega indicaba una de las INCONGRUENCIAS iba a ser más difícil de detectar. Peso a ello, uno de los lectores sí la ha descubierto, y está relacionada con los Sólidos Disueltos y la Conductividad Eléctrica (C.E.), dado que la relación habitual entre estos parámetros en aguas residuales urbanas viene dada por:

CE (µS/cm) ~ Sólidos Totales Disueltos (mg/l) / 0,6

En nuestro caso, teniendo en cuenta la concentración de  Sólidos Disueltos, la Conductividad eléctrica que correspondería sería de:

810 mg/l /0,6 = 1.350 µS/cm

Como en el informe analizado la Conductividad eléctrica es de de tan solo 690 µS/cm, cabe concluir que aquí se encuentra la última de las INCONGRUENCIAS (5).

P.D.- Espero que los casos prácticos les hayan resultado de utilidad. De acuerdo con la repercusión que tenga este post (y los pinchazos de corazones que obtenga), nos plantearemos nuevos y entretenidos CASOS PRÁCTICOS. ¡GRACIAS!

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