miniatura|Planta de tratamento de augas en Cuxhaven, Alemaña As augas residuais son calquera tipo de auga cuxa calidade se viu afectada negativamente por influencia antropoxénica. Inclúen as augas usadas domésticas e urbanas, e os residuos líquidos industriais ou mineiros eliminados, así como as augas que se mesturaron coas anteriores (augas pluviais ou naturais). As chamadas augas negras son as augas residuais que están contaminadas con feces ou urina.
A FAO define augas residuais como:
As augas residuais urbanas son xeralmente conducidas por sistemas de sumidoiros e tratadas nunha planta de tratamento de augas para a súa depuración antes do seu vertido, aínda que non sempre é así en todos os países. As augas residuais xeradas en áreas ou vivendas sen acceso a un sistema de sumidoiros centralizado trátanse no mesmo lugar xeralmente en fosas sépticas, e máis raramente en campos de drenaxe séptica, e ás veces con biofiltros.
Orixe As augas residuais poden ter as seguintes procedencias (entre paréntese os principais contaminantes que levan e outras indicacións): Orixe humana (feces humanas, urina e outros fluídos corporais, papeis de váter ou toalliñas; tamén se denominan augas negras e proceden xeralmente dos cuartos de baño). Filtracións e descargas de fosas sépticas. Auga de limpeza (lavado persoal, de roupa, chans, pratos etc.; tamén chamadas augas grises ou xabonosas). Auga da chuvia caída en tellados, patios, rúas etc. (xeralmente está limpa, pero pode ter trazas de aceites, gasolinas, metais, gomas e outros contaminantes debido á súa circulación pola superficie das rúas; xeralmente mestúrase nos sumidoiros co resto das augas residuais, polo que pode contribuír grandemente ao volume das augas residuais). Augas subterráneas, mariñas ou fluviais que se infiltraron e mesturaron coas augas residuais (con sales e bacterias da súa microbiota). Líquidos fabricados que foron utilizados nas casas (aceite de cociñar, bebidas, pesticidas, lubricantes, pinturas, líquidos de produtos de limpeza como lixivias e outros, etc.) ou verteduras ilegais de pesticidas, aceites usados etc. Drenaxes procedentes de autoestradas e estradas (aceites, gasolinas, residuos de goma, sales e axentes contra o xeo). Residuos industriais Drenaxes das instalacións industriais (limos, areas, álcalis, aceites, residuos químicos) Augas industriais de arrefriamento contaminadas (levan biocidas, limos, lodos, augas quentes) Augas usadas en procesos industriais Residuos orgánicos ou biodegradables, como os de matadoiros e fábricas lácteas, de conservas da pesca etc. Residuos orgánicos difíciles de tratar ou non biodegradables, como os farmacéuticos ou de fábricas de pesticidas Residuos con pHs extremos (de fabricación de ácidos/álcalis, galvanización de metais) Tóxicos (da galvanización, produción de cianuro, fabricación de pesticidas etc.) Residuos sólidos e emulsións (de fábricas de papel, de alimentos, fabricación de aceites lubricantes e hidráulicos etc.) Drenaxes agrícolas, directas e difusas Augas de fractura hidráulica (fracking) e augas producidas procedentes da extracción de petróleo e gas natural.
Constituíntes das augas residuais A composición das augas residuais é moi variable. Os produtos que contén máis comunmente son: Auga (xeralmente máis do 95%). Patóxenos como bacterias, virus, protozoos e vermes parasitos. Bacterias non patóxenas. Partículas orgánicas como feces, pelos, alimentos, vómitos, fibras de papel, restos vexetais, humus etc. Materia orgánica soluble como urea, azucres, proteínas solubles, fármacos etc. Partículas inorgánicas como area, gravas, partículas metálicas, cerámica etc. Materias inorgánicas solubles como amoníaco, sal das estradas, cianuro, sulfuro de hidróxeno, tiocianatos, tiosulfatos etc. Seres vivos (á parte de bacterias) como protozoos, insectos, artrópodos, pequenos peixes etc. Sólidos de gran tamaño como compresas, panos de mesa, cueiros, condóns, agullas, xoguetes, cadáveres de animais, plantas etc. Gases como o sulfuro de hidróxeno, dióxido de carbono, metano etc. Emulsións de pinturas, adhesivos, colorantes do cabelo, aceites etc. Toxinas como pesticidas, herbicidas etc. Produtos farmacéuticos e hormonas.
Indicadores da calidade da auga
Os substratos oxidables presentes nas augas poden ser oxidados por bacterias ou procesos químicos. O resultado é que o contido de oxíxeno da auga decrece. Basicamente, a reacción dunha oxidación bioquímica pode escribirse así:
material oxidable + bacteria + nutrientes + O2 → CO2 + H2O + composto inorgánico oxidado como o NO3- ou SO42-
O consumo de oxíxeno por compostos químicos redutores como sulfuros e nitritos pode resumirse así:
S-- + 2 O2 → SO42-
NO2- + ½ O2 → NO3-
Como en todas as augas naturais hai bacterias e nutrientes, case calquera composto introducido nesas augas iniciará reaccións bioquímicas como as mencionadas antes. Esas reaccións bioquímicas xeran o que se chama demanda biolóxica de oxíxeno (DBO, en inglés BOD), que se mide nos laboratorios. Eses compostos tamén poden ser degradados utilizando fortes axentes oxidantes e esas reaccións crean a chamada demanda química de oxíxeno (DQO, en inglés COD). Tanto a DBO coma a DQO son probas adecuadas para medir a diminución relativa de oxíxeno creada por un contaminante das augas, e son amplamente usadas para determinar os efectos da polución. A DBO mide a demanda de oxíxeno orixinada polos contaminantes biodegradables, mentres que a DQO mide a demanda de oxíxeno dos contaminantes oxidables en xeral.
A chamada DBO de 5 días (DBO5) mide a cantidade de oxixeno consumida por oxidación bioquímica de contaminantes nun período de 5 días. A cantidade total de oxíxeno consumido cando se deixa que a reacción bioquímica se complete ata o final denomínase DBO final (ultimate BOD). Como esta medida completa leva moito tempo, adóptase universalmente a DBO de 5 días para medir os efectos da contaminación.
Hai tamén moitas probas distintas da DQO, das cales a DQO de 4 horas é probablemente a máis común.
Non hai unha correlación xeneralizada entre a DBO de 5 días e a DBO final. Igualmente, non hai unha correlación xeneralizada entre a DBO e a DQO. Para un determinado contaminante pódense desenvolver esas correlacións nunhas augas específicas estudadas, pero esas correlacións non poden ser xeneralizadas para o seu uso noutras augas contaminadas. Isto débese a que a composición de todas as correntes de augas contaminadas é diferente. Como exemplo, un fluxo que consista só en azucres diluídos que se descargase dunha fábrica de doces leva compoñentes orgánicos que se degradarán rapidamente. Nese caso, a DBO de 5 días e a DBO final serían moi similares, xa que despois de 5 días quedaría moi pouca materia orgánica sen degradar. Porén, o fluxo final que sae dunha planta de tratamento de augas que dea servizo a unha área industrializada grande podería descargarse dando unha DBO final moito maior que a DBO de 5 días porque, por unha parte, moito do material facilmente degradable xa foi eliminado durante o proceso de tratamento, e, por outra, moitas descargas de procesos industiais dificultan a degradación de moléculas orgánicas.Clescerl, Leonore S.(Editor), Greenberg, Arnold E.(Editor), Eaton, Andrew D. (Editor). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (20th ed.) American Public Health Association, Washington, DC. ISBN 0-87553-235-7. Tamén dispoñible en CD-ROM e en liña por subscrición.
Descarga de augas residuais miniatura|dereita|Augas residuais industriais vertidas co seu pH contolado procedentes de cascallos mineiros no Perú.|300px As augas residuais poden drenarse directamente a ríos ou ao mar cun mínimo tratamento, pero isto supón un risco sanitario e medioambiental. Os patóxenos poden causar diversas doenzas. Algúns compostos químicos supoñen un risco mesmo en baixas concentracións e poden permanecer longo tempo no medio ambiente a causa da bioacumulación nos tecidos de animais ou humanos.
Moitas veces as augas pluviais mestúranse directamente coas augas residuais no mesmo sumidoiro. Nalgunhas áreas urbanas, as augas residuais circulan por separado polo seu propio sistema de sumidoiros sanitario, e a auga pluvial que corre polas rúas é recollida en drenaxes de tormenta. Nos sistemas combinados, onde se mesturan todas as augas, durante os períodos de elevada precipitación o gran volume de líquido pode facer que a capacidade de tratamento do sistema se vexa superada e se vertan ao ambiente augas residuais non tratadas. Isto pode supoñer un serio problema de saúde pública ou ambiental.
Tratamento
Hai numerosos procesos que poden utilizarse para limpar as augas residuais dependendo do tipo e grao da contaminación. Hai dúas estratexias básicas: construír zonas húmidas para verter as augas onde se descontaminan por procesos naturais, ou tratalas en estacións de depuración de augas residuais (EDAR), que é o máis común. Nestas estacións de tratamento as augas son sometidas a procesos físicos, químicos e biolóxicos para a súa depuración. Porén, o uso de fosas sépticas ou tanques sépticos é común en zonas rurais illadas dos sistemas de sumidoiros.U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C. (2008). "Septic Systems Fact Sheet." EPA publication no. 832-F-08-057.
O sistema de tratamento aeróbico máis importante é o proceso de lodos activados, baseado no mantemento e recirculación dunha complexa biomasa composta por microorganismos capaces de absorber e adsorber a materia orgánica presente nas augas residuais. Os procesos de tratamento anaeróbico (ver dixestión anaeróbica, métodos UASB, EGSB) aplícanse tamén moito para o tratamento de augas residuais industriais e lodos biolóxicos. Algunhas augas residuais poden ser intensamente tratadas e despois reutilizadas como augas recicladas. Aplícase cada vez máis ás augas un tratamento terciario e as tecnoloxías máis comúns son a microfiltración ou membranas sintéticas. Despois dunha filtración por membranas, a auga tratada é indistinguible da auga de orixe natural apta para beber (sen minerais). Os nitratos poden ser eliminados das augas residuais por procesos naturais en zonas húmidas, pero tamén por unha desnitrificación microbiana intensiva nas estacións depuradoras, para o cal se engade unha pequena cantidade de metanol para proporcionar ás bacterias unha fonte de carbono. O tratamento con ozono tamén se está a usar cada vez máis, e require o uso dun xerador de ozono, que descontamina as augas con burbullas de ozono que se filtran a través do tanque, pero é un procedemento que consome moita enerxía.
A eliminación de augas residuais dunha planta industrial é un problema difícil e custoso. Moitas refinerías de petróleo, plantas químicas e petroquímicas teñen instalacións propias para trataren as súas augas residuais para que as concentracións de contaminantes nas augas producidas cumpran coas regulacións vixentes para o seu vertido. Outros procesos industriais que producen moitas augas residuais son a produción de papel e pasta de papel.J. F. Byrd, M. D. Ehrke, J. I. Whitfield. (1984) "New Bleached Kraft Pulp Plant in Georgia: State of the Art Environmental Control" Water pollution control federation 56(4): 378–385.
Etapas do tratamento da auga residual O proceso de tratamento da auga residual pódese dividir en catro etapas: pretratameento, tratamento primario, secundario e terciario. Algúns autores consideran incluída a etapa preliminar na de tratamento primario.
Etapa preliminar A etapa preliminar debe cumprir dúas funcións: Medir e regular a cantidade de auga que chega á planta depuradora. Extraer os sólidos flotantes grandes e a area (ás veces, tamén a graxa).