Ampliación y mejora de plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR)

• 1. Plantas de tratamiento de aguas residuales obsoletas
• 2. Ampliación de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR)
• 3. Ampliación de la EDAR de un matadero de aves con precocinados
• 4. Conclusiones

1. Plantas de tratamiento de aguas residuales obsoletas

Muchas de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) construidas en las pasadas décadas para la gestión de efluentes industriales de alta carga contaminante se han ido quedando anticuadas debido a diversos factores:

• Crecimiento en capacidad productiva de estas industrias.
• Se han visto limitadas por la escasez de agua y episodios de sequía.
• Las administraciones están imponiendo límites más estrictos a la DQO, DBO5, sólidos en suspensión, nitrógeno total, fósforo, metales pesados y otros parámetros.

Por estos motivos, a menudo se requieren tratamientos terciarios o ampliaciones de la planta que permitan el vertido seguro del agua, o su reutilización.

Al plantear la ampliación o remodelación de una EDAR, se debe considerar:

• Reducción de equipos necesarios. Sirva como ejemplo la posible eliminación de los equipos espesadores de fangos, ya que los sistemas DAF producen fangos más concentrados.
• Reducción del consumo energético, priorizando tecnologías eficientes.
• Reducción del espacio necesario para la ampliación, puesto que los nuevos equipos son de menor tamaño. 
• Reducción de la producción de fangos, optimizando las condiciones de carga y edad del fango, así como aumentando su concentración por otros procesos de secado mecánico.
• Reutilización de efluentes tratados en procesos auxiliares (lavado, torres de refrigeración), aguas de servicios, o riego, reduciendo así el consumo de agua de red.

2. Ampliación de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR)

Cuando una EDAR se queda pequeña, se observan diferentes tipos de problemas:

• Malos olores
• Dificultades de mantenimiento por operar al límite
• Mayor generación de lodos
• Posible incremento de canon de vertido
• Incumplimiento de las normativas de vertido.

Uno de los principales retos al abordar la ampliación de una EDAR es la limitada disponibilidad de espacio. A menudo, se requiere reforzar o añadir nuevos equipos al sistema de tratamiento de efluentes, al tiempo que se enfrentan aumentos significativos en la producción de fangos. Además, muchas de estas instalaciones operan con tecnologías que han quedado obsoletas frente a las soluciones más eficientes y compactas que se fabrican actualmente.

En muchos casos, la sustitución total de una EDAR por una nueva planta resulta inviable, tanto por el elevado coste que implicaría como por la falta de espacio suficiente para construir una nueva instalación mientras la actual sigue operativa. Por ello, una alternativa más realista es la modernización progresiva mediante la potenciación o sustitución de unidades clave dentro del sistema existente, con el objetivo de incrementar su capacidad, eficiencia y adaptabilidad a nuevas exigencias normativas y operativas.

En otros casos ocurre que las tecnologías empleadas no son capaces de alcanzar la calidad requerida en el agua tratada, especialmente cuando se ha de verter a cauce público.

Un ejemplo claro es el cumplimiento de los límites de DQO y Nitrógeno cuando se emplean decantadores secundarios en tratamientos biológicos o reactores SBR, los cuales no alcanzan los rendimientos esperados en la separación de sólidos. Esta falta de rendimiento se puede deber al dimensionamiento insuficiente del elemento, o a las características de los sólidos que no tienen el índice de sedimentación (IVL o índice volumétrico de lodos) adecuado para su separación por decantación (IVL < 100).

Para llevar a cabo estas ampliaciones y mejoras se suelen seguir una serie de estrategias:

En el tratamiento primario (Fisicoquímico)

Cada vez es más frecuente la sustitución de sistemas de separación de grasas tradicionales, (tipo placas coalescentes o separadores por densidad) y sistemas de decantación primaria por equipos de flotación por aire disuelto (DAF), o por sistemas CAF (Flotación por aire inducido por cavitación).

Estos equipos permiten una separación más eficiente de material coloidal, sólidos suspendidos, aceites y grasas, y parte de la materia orgánica, reduciendo así la carga contaminante que llega al tratamiento biológico posterior. Su diseño compacto, modularidad, automatización y fiabilidad los hacen ideales para integrarse en líneas de tratamiento existentes.

Un sistema DAF sobresatura aire que luego se desprende en pequeñas burbujas en el interior del flotador, las cuales se adhieren  a los sólidos suspendidos, arrastrándolos hasta la superficie, donde son extraídos por un sistema de barrido mecánico. En el caso del CAF, las burbujas se crean por cavitación, siendo generadas en una turbina por rotación.

Un sistema DAF también se puede utilizar para sustituir a la decantación secundaria, que se da después de un proceso biológico.  Está combinación de reactor biológico + DAF es conocida como FBR (Flotation Bioreactor).

En este escenario, los sistemas DAF permiten reducir el tamaño ocupado por el reactor al trabajar a cargas más altas, con concentraciones de biomasa (MLSS) en el rango de los 5 – 6 gr/l, muy superior a los a 3 – 4 gr/l de los reactores con decantador secundario.

Además, los equipos DAF producen fangos con concentraciones elevadas de materia seca entre 3 y 4%), mientras que la sedimentación apenas llega al 1% de materia seca. Gracias a los sistemas DAF, los equipos de espesamiento de fangos intermedios dejan de ser necesarios, lo que supone un importante ahorro de espacio y una reducción de equipos y bombas.

Las principales ventajas de los equipos de flotación por aire disuelto son:

• Sustitución de decantadores primarios en industrias con grasas y aceites (mataderos, lácteas, precocinados, etc.).
• Mejora del rendimiento en la eliminación de sólidos y reducción de la DQO en plantas con sobrecarga hidráulica u orgánica.
• Optimización de la carga del tratamiento biológico posterior (reducción del 40–60% en DQO y sólidos suspendidos).
• Alta eficiencia de separación (>90% SST, >80% DQO).
• Reducción del volumen de lodos biológicos.
• Montaje sencillo y rápida puesta en marcha.

Si la producción de fangos ha crecido desde la construcción de la EDAR, deben tenerse en cuenta las ventajas e inconvenientes de cada uno de los procesos de deshidratación mecánica (centrífuga, filtro banda, filtro prensa, etc.). Los filtros prensa son los que obtienen una mayor sequedad en el fango (30 – 40%).

En el tratamiento secundario (Biológico)

En función de la composición del efluente, puede ser necesario reforzar el proceso de nitrificación-desnitrificación. Para ello, se pueden ampliar las zonas anóxicas y de aireación prolongada, o bien incorporar tecnologías específicas como los reactores MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Estos sistemas integran múltiples etapas de tratamiento biológico mediante el uso de soportes móviles («carriers«) que favorecen el desarrollo de biomasa adherida. Esta configuración optimiza la eliminación de nitrógeno y permite realizar la oxidación biológica en un menor volumen, aumentando así la eficiencia del proceso y reduciendo el espacio requerido.

Puede haber ocasiones en que las elevadas cargas orgánicas inviten a instalar un sistema anaerobio anterior al aerobio, con lo que se mejora el rendimiento biológico, se produce biogás, y se reduce de forma drástica la producción de fangos.

También existen vertidos resistentes o refractarios a la degradación biológica,como ocurre con ciertos compuestos orgánicos en industrias textil, papeleras, químicas, farmacéuticas o cosméticas. En estos casos, se pueden instalar sistemas de oxidación química avanzada (OAPs), que permiten romper las cadenas de compuestos orgánicos en otras más biodegradables. Las tecnologías más habituales aplican reactivos oxidantes energéticos como Ozono (O₃), peróxidos (H₂O₂), cloro en forma de dióxido (ClO₂) o peróxido (Cl₂O₃), catalizadores UV. Este proceso es seguido por una filtración en medio multicapa (MMF) y carbono activo granular (GAC).

Los biorreactores de membrana son una excelente opción para potenciar y mejorar un tratamiento biológico convencional. Un sistema MBR combina el tratamiento biológico con la filtración por membranas (microfiltración o ultrafiltración), permitiendo la eliminación de sólidos suspendidos, materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Los biorreactores de membrana producen un agua tratada de calidad superior, que en muchos casos puede ser reutilizada. Además, su reducido tamaño permite ahorrar espacio en la planta.

Las ventajas principales de los sistemas MBR son :

• Sustitución o ampliación de tratamientos biológicos convencionales sin necesidad de clarificadores ni espesadores.
• Producción de agua de alta calidad para reutilización (riego, torres de refrigeración, procesos industriales).
• Mayor concentración de biomasa (MLSS 8 – 12 g/l), reduciendo el volumen del reactor.
• Calidad de efluente excelente (SS <1 mg/l, turbidez <0,2 NTU).
• Mayor capacidad de absorber picos de carga contaminante, algo habitual en plantas industriales.
• Equipos robustos y compactos que garantizan un tratamiento fiable y continuo.
• Menor generación de fango excedente del proceso biológico.
• Reducción de huella de carbono.
• Operación automatizada y estable.

Opcionalmente, los sistemas MBR pueden integrarse con sistemas terciarios de desinfección o ósmosis inversa para reúso directo del agua tratada.

3. Ampliación de la EDAR de un matadero de aves con preocinados

Los mataderos avícolas con líneas de precocinados generan aguas residuales con elevada carga orgánica, presencia significativa de grasas, proteínas, aceites, sangre, condimentos y aditivos.

Las instalaciones tradicionales resultan a menudo insuficientes para cumplir con los límites de vertido exigidos, sobre todo en DQO, sólidos suspendidos totales y grasas.

Planteamos el ejemplo de un matadero de aves con producción adicional de precocinados, que dispone de una EDAR con vertido a cauce público. Esta instalación tiene la siguiente línea de tratamiento:

• Tratamiento primario con decantación primaria
• Tratamiento biológico por fangos activos convencional.
• Secado mecánico de fangos mediante centrífuga.

En la siguiente tabla se indican la composición básica de los efluentes generados en esta industria:

PARÁMETRO	UNIDAD	CONCENTRACIÓN
pH	–	6,5-8
DQO	mg/l	4.000-10.000
SST	mg/l	2.000-4.000
Aceites y Grasas	mg/l	500-1.500
Nitrógeno total	mg/l	80-150

Estas aguas residuales combinan vertidos del sacrificio (sangre, vísceras), del escaldado y desplume, del lavado de bandejas, cocción, embutido y limpieza de equipos.

La instalación se compone de las siguientes etapas de tratamiento:

En este caso, que se puede considerar como muy frecuente, se propone la siguiente actuación:

En el tratamiento físico químico se sustituye el decantador primario por un equipo de flotación por aire disuelto. El objetivo es eliminar la mayor parte de sólidos, grasas y parte de la DQO para reducir la carga que ingresará al tratamiento biológico.

La configuración del sistema DAF se compone de:

• Equipos de dosificación de coagulante y floculante, que se inyectan en un serpentín floculador para su correcta reacción.
• Equipo DAF con sistema de difusión de aire, extracción superficial de fangos mediante barredor mecánico y purga automática de fondo.
• Sistema de presurización con bomba de recirculación de agua, saturación de aire a presión, y aireación con despresurización y distribución de las burbujas de aire en el tanque flotador.

Los rendimientos obtenidos por la EDAR tras esta modificación son los siguientes:

• SST: reducción >90%
• DQO: reducción 40–60%
• Grasas: eliminación >90%

En el tratamiento secundario, se propone la remodelación del reactor biológico por fangos activos convencional para convertirlo en un sistema MBR con membranas sumergidas en un depósito anexo.

El objetivo es oxidar la materia orgánica que escapa del DAF y eliminar nitrógeno, obteniendo un efluente clarificado, libre de sólidos y apto para reúso.

La configuración propuesta para el biorreactor de membranas es la siguiente:

Disposición de depósito anexo que contiene membranas de microfiltración planas, sumergidas, con aparellaje para recirculación, limpieza por aire, lavado químico y extracción de fangos.

Tras esta remodelación, las características básicas del agua tratada son:

PARÁMETRO	UNIDAD	LÍMITE VERTIDOS (*)	EFLUENTE TRATADO
DQO	mg/l	125-150	≤ 50
SST	mg/l	35-60	≤ 5
Aceites y Grasas	mg/l	10-25	≤ 10
N – NH4+	mg/l	15-35	≤ 10

(*) Los límites de vertido a cauce publico dependen de la cuenca hidrográfica y la autorización de vertido específica.

Con estos resultados, podemos observar las siguientes mejoras tras la modernización de la EDAR:

• Reducción global de DQO > 95%, SST > 98%.
• Efluente apto para reutilización en servicios, riego.
• Reducción del orden del  40% en volumen de lodos.
• Cumplimiento de normativa de vertidos y ahorro en canon de vertido.
• Ausencia de malos olores.
• Reducción de superficie respecto a sistemas convencionales.
• Operación estable, automatizable y menos sensible a cargas variables

A continuación, se detallan otra mejoras potenciales para la EDAR analizada:

• Instalación de un sistema de desinfección UV o cloración para reutilización del agua en operaciones de limpieza.
• Digestión anaerobia de lodos si se desea obtener biogás para valorización energética.
• Monitorización online de DQO, NTK, flujo, presión de membranas y oxígeno disuelto.
• Sustitución de la centrifuga de fangos por un filtro prensa, que permita incrementar el contenido de sólidos (sequedad) del fango hasta un 25 – 30%.

Tras estas modificaciones, la línea de tratamiento quedaría como sigue:

La evaporación a vacío es más adecuada cuando se desea valorizar el residuo, o cuando se necesita una elevada concentración del residuo debido a su peligrosidad o complejidad. En estos casos, se puede llegar a amortizar la inversión inicial y el elevado consumo energético.

Los filtros banda y las centrífugas son más aptos para elevados caudales de fangos simples como los procedentes de depuradoras urbanas. Proporcionan una concentración de lodos ajustada para vertederos estándar, y a unos costes de instalación y explotación relativamente reducidos.

4. Conclusiones

El crecimiento industrial y la diversificación de productos suelen implicar un incremento tanto en los caudales como en la carga contaminante que deben tratar las plantas. Esta sobrecarga puede saturar las EDAR existentes, comprometiendo la eficiencia del tratamiento y el cumplimiento de los límites de vertido.

Las crecientes exigencias normativas y los compromisos con la sostenibilidad están impulsando la modernización de numerosas estaciones depuradoras de aguas residuales industriales. En este contexto, la incorporación de tecnologías avanzadas como los sistemas de flotación por aire disuelto (DAF) y los biorreactores de membrana (MBR) permite no solo mejorar significativamente la calidad del efluente final, sino también optimizar la operación, reducir la huella espacial de la instalación y facilitar la reutilización del agua tratada.

Los sistemas convencionales de depuración, basados en decantadores primarios, reactores biológicos de tipo tradicional y clarificadores secundarios, resultan en muchos casos insuficientes o ineficientes frente a las nuevas demandas. La modernización de las EDAR industriales, incluyendo tecnologías como los sistemas DAF y MBR permite afrontar los retos actuales del tratamiento de aguas:

• Reducir los costes operativos.
• Ampliar la capacidad de tratamiento.
• Mejora el rendimiento de la planta.

Bibliografía y consultas

• Metcalf & Eddy (2020), Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
• Judd, S. (2011), The MBR Book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater Treatment.
• Capodaglio, A. G. (2019), Advanced Wastewater Treatment
• Equipos de flotación por aire disuelto eficientes y duraderos
• Sistema de flotación por aire cavitado CAF para aguas resiudales
• FBR bioflotación: Reactor biológico + clarificación DAF
• Filtros prensa de traslado lateral para deshidratación de lodos
• Sistema MBR – Biorreactores de membranas para aguas residuales 
• Floculador PFL para coagulación-floculación – SIGMADAF