https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/La inteligencia espiritual: un desafío para la
32
Revista Minerva
Vol – 3 No. 4, enero – junio 2022
e-ISSN: 2953-6316
32-42
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA
INDUSTRIA DESDE UNA PERSPECTIVA CTS
Daylen Yara Font Prieur
Licenciada. Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Cienfuegos, Cuba
dyara@ucf.edu.cu. https://orcid.org/0000-0001-5656-9050
Yanelain Martínez Olmo
Licenciada. Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Cienfuegos, Cuba.
dyara@ucf.edu.cu http://orcid.org/0000-0003-4009-1202
Eliané Arias Molina
Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”, Cienfuegos, Cuba.
dyara@ucf.edu.cu.https://orcid.org/0000-0003-4567-6779
Gabriel Orlando Lobelles Sardiñas
Refinería Cienfuegos S.A., Cienfuegos, Cuba dyara@ucf.edu.cu.
https://orcid.org/0000-0002-2128-6146
Resumen
En la forma de abordar el tratamiento de las aguas residuales,
cabe distinguir tres etapas fundamentales etapa primaria,
secundaria y terciaria. En un primer momento (previo a la
década de los 80), las tecnologías de tratamientos que se
aplicaban a las aguas residuales no tenían gran efectividad.
Debido a tecnologías con un mal funcionamiento, un elevado
contenido de estas aguas residuales afectó tanto al medio
ambiente como a la humanidad quedando fuera de servicios estas
tecnologías con el pasar del tiempo. En la actualidad, se comienza
a tomar conciencia ante tal situación, planteándose todo un
Palabras clave:
____________
Tratamiento, Agua residual,
Tecnología.
33
Uso de recursos educativos digitales para la enseñanza de la química
abanico de posibles tecnologías (filtración, sedimentación), todas
ellas válidas en función de las características cuyas aguas
residuales se vayan a tratar, y de las exigencias de vertido. La
siguiente investigación está basada en el estudio del tratamiento
de las aguas residuales unido a su avance tecnológico hasta la
actualidad con un enfoque Ciencia Tecnología Sociedad.
WASTEWATER TREATMENT IN INDUSTRY FROM A CTS PERSPECTIVE
Abstract
In the way of approaching wastewater treatment, three
fundamental stages can be distinguished: primary, secondary
and tertiary stage. At first (prior to the 1980s), treatment
technologies applied to wastewater were not very effective. Due
to malfunctioning technologies, a high content of these
wastewater affected both the environment and humanity, leaving
these technologies out of service over time. At present, awareness
of this situation is beginning, considering a whole range of
possible technologies (filtration, sedimentation), all of them
valid depending on the characteristics whose wastewater is going
to be treated, and the discharge requirements. The following
research is based on the study of wastewater treatment coupled
with its technological progress to date with a Science Technology
Society approach.
Recibido 2 noviembre 2021 – Aceptado 09 diciembre 2022
1. Introducción
Hay decisiones y acciones propiamente tecnológicas influidas por un
criterio de optimización inevitablemente afectado por circunstancias
sociales, que se basa en una comprensión de la naturaleza y de la
acción humana sobre ella y se adoptan decisiones que parten de
racionalidades económicas y sociales, de valores e intereses (Núñez,
1999).
Keywords
________________
Treatment, Wastewater,
Technology.
34
Erika Elba Miranda Monar
Martha Elizabeth Cajamarca Alvarado
El tratamiento de aguas se ha convertido en uno de los problemas
ambientales más críticos y crecientes. La descarga de aguas residuales
contamina ríos, aguas subterráneas, etc; causando un grave daño al
medio ambiente y a la salud humana (Nolasco, 2010).
Muchas veces las masas receptoras de estos desechos líquidos son
incapaces de absorber y neutralizar la carga contaminante. Por este
motivo, las aguas residuales antes de su descarga a los cursos y cuerpos
receptores, deben recibir algún tipo de tratamiento que modifique sus
condiciones iniciales (Rojas, 2002).
Cada proceso industrial requiere de unas características especiales del
agua, exenta de determinados contaminantes. Para eliminarlos se
somete al agua a unos tratamientos de purificación. A su vez los
procesos industriales introducen en el agua unos nuevos
contaminantes. Como también los efluentes están sujetos a unas
calidades mínimas de vertido, establecidas para el cauce recepto, si no
las cumplen deben someterse a otros tratamientos que den calidad de
vertido necesario o que permita la recuperación interna del agua.
El agua natural puede contener una gran variedad de impurezas,
características del ciclo hidrológico que ha experimentado
previamente. El agua natural puede llegar directamente a la industria
desde una captación independiente o a través de una red de suministro
que probablemente entregará el agua con algunas modificaciones en
su composición original. Cuando las impurezas representan elementos
nocivos para el uso a que va destinada el agua la denominamos
contaminantes. Por lo tanto, es el grado de calidad requerido el que
determina si una impureza es contaminante o no (Ramalho,1996).
La composición de las aguas residuales es muy variable en razón de los
diversos factores que lo afectan. En general, las aguas residuales
contienen aproximadamente un 99.9 % de agua y el resto está
constituido por materia sólida. Los residuos sólidos están
conformados por materia mineral y materia orgánica (Rojas, 2002).
El tratamiento de las aguas residuales tiene por objetivo eliminar de
esta los factores contaminantes a diferentes niveles físico-biológicos,
proporcionando un nivel de pureza al agua que permita su
reutilización en los afluentes naturales con los que cuenten en una
comunidad o región específica, además de que evita la introducción de
35
Uso de recursos educativos digitales para la enseñanza de la química
sustancias extrañas en un proceso de fabricación, los problemas
asociados a la corrosión o incrustación en usos energéticos, o la
perturbación ecológica del medio receptor de un agua residual.
Por ello nos proponemos analizar la interpretación de la tecnología
como proceso social en el tratamiento de las aguas residuales en la
industria.
2. Desarrollo
La búsqueda sistemática de lo óptimo dentro de un campo de
posibilidades es la tarea de la tecnología movida por intereses sociales.
Asumimos la definición dada por Pacey (1990) al considerar que
existen dos definiciones de tecnología, una restringida y otra general.
En la primera se le aprecia sólo en su aspecto técnico: conocimiento,
destrezas, herramientas, máquinas. La segunda incluye también los
aspectos organizativos: actividad económica e industrial, actividad
profesional, usuarios y consumidores, y los aspectos culturales:
objetivos, valores y códigos éticos, códigos de comportamiento. Entre
todos esos aspectos existen tensiones e interrelaciones que producen
cambios y ajustes recíprocos.
Donde las soluciones técnicas son sólo un aspecto del problema, estas
deben ser consideradas siempre en relación con los aspectos
organizativos y culturales. es decir, la interrelación entre actividad
industrial, profesional y los consumidores para producir cambios en
los comportamientos como valores culturales. Donde estas se han
trasformado en su evolución. En lo que representa un nivel de
desarrollo de las técnicas de tratamiento de agua (Núñez, 1999).
Las técnicas de tratamiento de agua cubren una amplia variedad de
procesos de purificación. Si el agua fuese siempre pura, o si siempre
tuviese una composición constante de los contaminantes presentes, su
acondicionamiento para un uso industrial determinado sería simple y
uniforme. Sin embargo, éste no es el caso, y la variabilidad de las
impurezas, junto con alternativas diferentes de tratamiento que
podemos elegir, cada una óptima para unas condiciones
determinadas, requieren una evaluación experta, basada en unos
conocimientos especializados(Ramalho,1996).
Las plantas de tratamiento son instalaciones que cuentan con sistemas
diseñados especialmente para retirar los contaminantes que son
36
Erika Elba Miranda Monar
Martha Elizabeth Cajamarca Alvarado
vertidos en el agua. Esto con el objetivo de hacer que el agua no
represente un riesgo a la salud o al medio ambiente al ser incorporada
a un cuerpo lacustre natural (mares, lagos o ríos). Asimismo, puede ser
rehusada en otras actividades de la vida cotidiana con la excepción del
consumo humano, es decir, no para ser ingerida o para aseo personal
(Rojas, 2002).
Estas plantas trabajan las aguas residuales de fábricas, incluso grandes
comunidades, etc. Llevan a cabo procesos físicos, químicos y
biológicos. Estos permiten la eliminación de los distintos agentes
contaminantes que están presentes en el agua que es usada y
desechada por las personas (Lapeña, 1989).
El óptimo funcionamiento de la planta de tratamiento en cada una de
sus etapas, es fundamental para que el resultado final cumpla con los
requerimientos puntualizados a nivel ambiental. El nivel de
descontaminación del agua depende de la calidad en los métodos que
se realicen en la planta. No olvidando que el objetivo principal del
procedimiento es suministrar agua depurada a los afluentes naturales.
Evolución del tratamiento de aguas residuales.
Antecedentes.
El conocer cuál es la fuente emisora de las aguas residuales es
fundamental para determinar sus características físicas, químicas y
biológicas, y poder establecer una estrategia de tratamiento adecuado.
Las aguas residuales de origen industrial presentan diferentes
composiciones, de acuerdo al proceso productivo de procedencia.
Debido a esto, existen diferentes normativas que regulan el vertido de
estos residuos a los cuerpos de aguas receptores, con el objetivo de
minimizar los distintos impactos ambientales, como la pérdida de
calidad del agua, entre otros.
Para esto se han desarrollado distintas tecnologías de tratamiento que
permiten reducir la carga de contaminante inicial. Su aplicación
dependerá del tipo de compuesto que se quiera eliminar, como, por
ejemplo: sólidos, materia orgánica, nutrientes (nitrógeno y fósforo),
patógenos, compuestos específicos, entre otros, dependiendo de cuál
sea el uso final (Jordi, M. & Peñuela, G, 2009).
37
Uso de recursos educativos digitales para la enseñanza de la química
El tratamiento de las aguas residuales es relativamente reciente. Su
inicio data de fines de 1800 y principios del actual siglo y coincide con
la época de la higiene. Esto se desarrolló como consecuencia de la
relación entre contaminación de los cursos y cuerpos de agua y las
enfermedades de origen hídrico.
En un principio, el tratamiento se hacía mediante el vertido de las
aguas residuales al suelo, pero prontamente las superficies de los
terrenos no fueron suficientes para absorber el cada vez mayor
volumen de aguas residuales.
A mitad del siglo XIX, se inició la construcción de los sistemas de
alcantarillado, pero el tratamiento de aguas residuales recibió pequeña
atención. Debido a lo pequeño de sus ríos en longitud y caudal, la
contaminación del agua, pronta se convirtió en un problema. Al
principio, el tratamiento estuvo dirigido a evitar problemas con la
industria y agricultura más que a los problemas de salud (Rojas,
2002).
Previo a la década de los 80, las tecnologías de depuración que se
aplicaban a las pequeñas aglomeraciones eran mera reproducción, a
menor escala, de las que se aplicaban en las grandes urbes,
predominando la implantación de instalaciones basadas en la
tecnología de aireación prolongada, que se disponían enterradas en las
aplicaciones de menor tamaño. Carencias técnicas y económicas, para
hacer frente a la correcta explotación y mantenimiento de este tipo de
instalaciones, provocaron que un gran número de ellas quedasen fuera
de servicio, o no cumpliesen con las expectativas previstas (Massa
López, 1988).
Luego aparece otro tipo de tecnología alcanzando un mayor grado de
implantación a nivel nacional siendo estos los Filtros de Turba,
tratamiento anaerobio y los Lagunajes, y en menor medida, los Filtros
Verdes. En la mayoría de los casos, estas instalaciones tampoco
resultaron ser una opción válida (Andrés, A. y col., 1991).
El tratamiento anaerobio fue aplicado a las aguas residuales desde el
siglo XIX, con el
desarrollo de la fosa séptica (1895) y del tanque Imhoff (1905). Más
recientemente, varios autores han presentado argumentos y
evidencias sobre la viabilidad del tratamiento anaerobio en las aguas
38
Erika Elba Miranda Monar
Martha Elizabeth Cajamarca Alvarado
residuales (Jewell et al., 1981; Switzenbaum y Grandy, 1986; Jewell,
1987; Alaerts et al., 1993; Sperling, 1996; Lettinga et al., 1993).
El incremento de la carga contaminante industrial junto a deficiencias
en el diseño, fueron las principales causas del mal funcionamiento de
estas tecnologías de tratamiento (Rodríguez, 2012).
Actualidad
La pérdida de la calidad del agua debido al vertido de agua residual y
al no cumplimiento de las leyes ha significado, entre otras cosas, la
eutrofización de mares, ríos y lagos. Esto es, el acelerado crecimiento
de microalgas debido al aumento de nutrientes en el agua, y los
consiguientes efectos sobre la biodiversidad de estos sitios (Jordi, M.
& Peñuela, G, 2009).
A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la práctica
nuevos métodos de tratamiento intensivo. De este modo, se estudió la
precipitación química, digestión de fangos, filtración intermitente en
arena, filtración en lechos de contacto, aeración de aguas residuales,
sedimentación y finalmente en 1912 se desarrolló del proceso de lodos
activados (Rojas, 2002).
Llevándose a cabo estos métodos por diferentes etapas las cuales son:
Etapa preliminar: Este proceso cumple las funciones de regular y
medir el caudal de agua que ingresa a la planta. Además, en este
tratamiento se remueven los sólidos flotantes de gran tamaño, la arena
y la grasa presentes en las aguas negras. Estos agentes indeseables son
eliminados mediante un proceso de filtración, siendo este
indispensable para el correcto desarrollo de esta etapa.
Etapa primaria: El objetivo de este tratamiento es la eliminación de los
sólidos en suspensión. Este se realiza por medio de un proceso de
sedimentación simple por gravedad o asistida por sustancias químicas.
Etapa secundaria: Los objetivos principales de esta etapa es eliminar
la materia orgánica en estado coloidal y en disolución a través de un
proceso de oxidación de naturaleza biológica. También, la degradación
de sustancias del contenido biológico presente en el agua residual
causado por desechos humanos.
Etapa terciaria: Esta es la etapa final del tratamiento de aguas
residuales. En ella se realizan una serie de procesos, entre ellos la
39
Uso de recursos educativos digitales para la enseñanza de la química
eliminación de agentes patógenos. Estos procesos aumentan a
estándares requeridos la calidad del agua para ser descargada en
mares, ríos, lagos y demás cuencas hidrográficas.
El bajo nivel de soluciones avanzadas en el campo de las aguas
residuales indica que existe una necesidad urgente de investigación y
nuevas tecnologías que mejoren el tratamiento de las aguas residuales.
Además, los nuevos contaminantes emergentes evidencian que esta
investigación es vital para comprender su naturaleza y las
consecuencias que éstos tienen en los recursos hídricos y el medio
ambiente, así como para conseguir su absoluta eliminación,
permitiendo un uso seguro de las mismas.
Filtración por membranas: los avances en la tecnología de membranas
no sólo han reducido los riesgos de salud y medioambiente asociados
a las aguas residuales, sino que también han abierto nuevas vías como
la reutilización potable. El uso de tecnologías de membrana (ósmosis
inversa, microfiltración, ultrafiltración, etc.) es cada vez más común
para el tratamiento terciario o avanzado, especialmente en los países
desarrollados. Además, a medida que las membranas continúan
mejorando y los costos operacionales disminuyen.
Los biorreactores de membrana (MBR): son una tecnología
emergente, resultado de innovaciones de la separación por
membranas, incorporándola al proceso de fangos activados.
Actualmente, el número de plantas con tecnología MBR está en auge.
Los MBR ofrecen ventajas tales como compacidad, flexibilidad y
capacidad de operar de una manera totalmente fiable bajo control
remoto.
Las celdas de combustible microbianas: esta innovación tecnológica,
basada en procesos bio-electroquímicos, se comenzó a aplicar en el
tratamiento de aguas residuales durante esta última década, con el fin
de producir energía (corriente eléctrica) mediante la utilización de la
digestión anaeróbica, la cual imita las interacciones bacterianas que se
encuentran en la naturaleza. Esta tecnología puede reducir
significativamente los costos del proceso de tratamiento y la cantidad
de fangos sobrantes. Sin embargo, teniendo en cuenta los retos que
plantea su aplicación práctica, se necesitan mejoras para superar las
altas necesidades energéticas.
40
Erika Elba Miranda Monar
Martha Elizabeth Cajamarca Alvarado
Los nuevos desarrollos en los procesos de tratamiento biológico: estos
han resultado exitosos debido a la alta eficiencia y bajos costos de
inversión y operación. Ejemplos incluyen procesos innovadores para
eliminación de nitrógeno mejorado, así como procesos de
cristalización mineral para la recuperación y reutilización del fósforo.
Los procesos de tratamiento de los fangos granulares también están
surgiendo mediante el uso de estructuras microbianas de ingeniería.
La nanotecnología: es un campo emergente y creciente con
aplicaciones muy prometedoras en el tratamiento de aguas residuales,
así como en la calidad del agua y el monitoreo de aguas residuales. En
la actualidad, las aplicaciones de la nanotecnología en el tratamiento
del agua y las aguas residuales se centran en la tecnología de
maduración y demostración a gran escala.
Los sistemas innovadores de monitoreo y control de aguas residuales
están encontrando aplicaciones en la mejora de tecnologías ya
existentes: los avances tecnológicos más prometedores incluyen
técnicas de monitoreo con nuevos sensores, dispositivos de telemetría
computarizados y herramientas innovadoras de análisis de datos. La
investigación en nuevos sensores y sistemas de control es uno de los
campos que más avanza en la actualidad. Nuevos métodos para
controlar el tratamiento de aguas residuales están introduciéndose
continuamente, incluyendo aplicaciones móviles para operar (Control
de Supervisión y Adquisición de Datos) para el monitoreo en remoto y
el control de los sistemas de aguas residuales.
Los sistemas de tratamiento natural :(sistemas de humedales) son
cada vez más atractivos como soluciones naturales para complementar
las limitaciones tecnológicas existentes.
El modelado: se ha convertido en un aspecto importante de los nuevos
desarrollos de investigación en el campo de las aguas residuales, como
conocimientos fundamentales sobre avances en microbiología y
bioquímica, y la mejora de la capacidad computacional. El modelado
no sólo permite la transferencia de conocimientos científicos a
aplicaciones prácticas, sino que facilita la comunicación entre
científicos e ingenieros a nivel mundial (Weerasekara, 2017).
La selección del proceso de tratamiento depende del uso al cual se le
destinará al efluente tratado, la naturaleza del agua residual, la
41
Uso de recursos educativos digitales para la enseñanza de la química
compatibilidad de las distintas operaciones y procesos, los medios
disponibles de evacuación de los contaminantes finales y la posibilidad
económica de las distintas combinaciones. De un modo general, el
tratamiento persigue evitar:
Daños a los abastecimientos públicos, privados e industriales de
suministro de agua.
Daño a las aguas destinadas a la recreación y el esparcimiento.
Perjuicios a la agricultura y depreciación del valor de la tierra.
Impacto al entorno ecológico.
El tratamiento de las aguas residuales ha sido una consecuencia del
desarrollo de la civilización y que se caracteriza por el aumento de la
densidad demográfica y expansión industrial. Las razones que
justifican el tratamiento de las aguas residuales pueden ser resumidas
como:
Razones higiénicas o de salud pública.
Razones económicas.
Razones estéticas.
Razones legales.
3. Conclusiones
El diseño y manejo de las plantas de tratamiento de aguas residuales
requieren de una evaluación de la calidad de las aguas residuales.
Luego de haber pasado el tratamiento de las aguas residuales por una
serie de transformaciones, este es realizado con el propósito de evitar
la contaminación física, química, bioquímica, biológica y radioactiva
de los cursos y cuerpos de agua receptores. Existen, por ejemplo,
numerosas técnicas para determinar la calidad de las aguas (filtración,
sedimentación) y elementos y compuestos tóxicos que pueden tener,
los micro contaminantes.
El cambio de imagen que experimenta las técnicas de tratamiento de
residuales desde su implementación hasta la actualidad demuestra la
42
Erika Elba Miranda Monar
Martha Elizabeth Cajamarca Alvarado
solución aportada por esta área del saber a las consecuencias del
proceso civilizatorio y que enriquecen la comprensión desde la
perspectiva social. Analizar con los estudiantes en formación las
teorías que forman parte de los procesos que como futuros docentes
puedan interesar en relación con estos temas.
Referencias
Jover, J. N. (1999). La ciencia y la tecnología como procesos sociales.
Lo que la educación científica no debería olvidar. Ed. Felix
Varela, La Habana.
Nolasco, D. A. (2010). Desarrollo de proyectos MDL en plantas de
tratamiento de plantas de tratamiento de aguas residuales.
Banco Interamericano de Desarrollo.
Rojas, R. (2002). Sistemas de tratamiento de aguas residuales. Gestión
integral de tratamiento de aguas residuales, 1(1), 8-15.
Ramalho, R. S. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Reverté.
Pacey, J. W., & Pham, T. M. (1990). The predictiveness of bankruptcy
models: Methodological problems and evidence. Australian
Journal of Management, 15(2), 315-337.
Lapeña, M. R. (1989). Tratamiento de aguas industriales: aguas de
proceso y residuales (Vol. 27). Marcombo.
Jordi, M., & Peñuela, G. (2009). Manual de tecnologías sostenibles en
tratamiento de aguas. Red Alfa Tecspar, Barcelona
Andrés, A. S., Mercader, J. S., Mateu, F. T., Amorós, L. M. B., del
Riquelme, M. L. P., Márquez, I. M., & Sandoval, J. F. O. (1991).
Biomasa generada y depuración por lagunaje de aguas
residuales urbanas. In Agroenergética (pp. 179-223). Ministerio
de Agricultura, Pesca y Alimentación (España).
Jewell, W.J.; Switzenbaum, M.S.; Morris, J.W. “Municipal wastewater
treatment with the anaerobic attached microbial film expanded
bed process”. Journal WPCF, Vol. 53 (1981), núm. 4: p. 482-
490.
Rodríguez, J. G. (2012). Desarrollo del Proyecto LIFE09
NAT/ES/000516 Conservación de Oxyura leucocephala en la
Región de Murcia, España.
43
Uso de recursos educativos digitales para la enseñanza de la química
Weerasekara, P. (2017). The United Nations World Water
Development Report 2017 Wastewater. Future of Food: Journal
on Food, Agriculture and Society, 5(2), 80-81.
