FILTRACIÓN BIOLÓGICA DE LAS AGUAS DE POZO PARA LA POTABILIZACIÓN

Premisa

La explotación intensiva de los mantos acuíferos profundos, con la consiguiente perturbación de los equilibrios centenarios de difusión, las normas sobre la calidad de las aguas potables y el perfeccionamiento de las técnicas aplicadas a las mismas, en las últimas décadas han permitido reconocer sustancias contaminantes en las aguas profundas que antes no se consideraban tales, no eran reconocidas, o bien, si las había, no se identificaban.

En general se trata de sustancias reductoras, formadas en el ambiente, sustancialmente anaeróbico, de las aguas profundas como: amoníaco, hidrógeno sulfurado y metano; si a estas sustancias se agregan el hierro, el manganeso, el ácido carbónico y las sustancias húmicas o similares a las húmicas se obtiene un cuadro completo de la mayoría de aguas profundas disponibles que se desea o que se quiere hacer circular en la red de agua potable.
La eliminación del hierro, del manganeso, del ácido carbónico y de las sustancias húmicas se aplica desde hace mucho tiempo con técnicas consolidadas, pero que no siempre son suficientes para alcanzar los límites impuestos por la normativa reciente.
Una experimentación original llevada a cabo a partir de los años '60, que iniciaba controlando primero las plantas de tratamiento de las aguas de pozo y continuaba en nuestros laboratorios y en escala semi-industrial, en las plantas piloto específicamente construidas para estos estudios, ha permitido desarrollar la técnica de la denominada "filtración biológica".

Descripción del proceso

El proceso consiste sustancialmente en hacer trabajar una masa de microorganismos aerobios fijada sobre un lecho apropiado, atravesado por el agua a tratar y en presencia de oxígeno. La comunidad de los microorganismos aerobios se selecciona especializándose en obtener la energía necesaria para su crecimiento, de la oxidación de distintos compuestos, orgánicos e inorgánicos, presentes en el agua de pozo. De esta manera el amoníaco se oxida en nitrato, el hidrógeno sulfurado en sulfato, el hierro y el manganeso respectivamente en hidróxido y bióxido insolubles, mientras que el metano se oxida en anhídrido carbónico y agua. Las sustancias húmicas pueden servir sea como "pabulum" de los microorganismos (en cuyo caso son demolidas), sea como soporte "temporáneo" (en cuyo caso quedan inalteradas).

El filtro biológico de cuarcita funciona sobre todo como un filtro físico: el agua, todavía rica en óxidos de hierro y en otras sales insolubles, será alimentada desde la parte alta del lecho filtrante donde se empezará a depositar una parte de dichos sólidos: a medida que procede el filtrado en los mantos inferiores, los óxidos de hierro depositados en los granos de cuarcita actuarán como elementos de agregación para la "captura" de ulteriores óxidos y sales, permitiendo así una remoción total del hierro (bajo forma de óxidos insolubles) ya en los primeros metros del manto filtrante.

En las capas siguientes del filtro de cuarcita se activarán las oxidaciones biológicas. El agua residual alimentada será privada progresivamente del contenido de amoníaco y manganeso y de los compuestos orgánicos biodegradables a través de las fases siguientes de oxidación biológica interiores a la capa de cuarcita, hasta conseguir la remoción completa de dichas especies químicas por obra de bacterias especializadas que se seleccionarán en distintas profundidades del lecho filtrante biológico. Se describe aquí al lado, como ejemplo, el "posible" perfil de reducción del nitrógeno amoniacal en función de la altura del lecho del filtro biológico de alta capa. Se supone que el orden de oxidación de las especies presentes es: amoniaco, manganeso, compuestos orgánicos. Por lo tanto, la reducción de estos últimos resultará más penalizada cuanto mayores serán las concentraciones de las primeras especies.

Para el crecimiento correcto de la masa biológica en el filtro, para la alimentación del filtro biológico es posible prever un sistema de dosificación de posibles micronutritivos, necesarios para el crecimiento biológico.
Al aumentar las pérdidas de carga a través del lecho de cuarcita, el contralavado con agua y aire será suficiente para restablecer la funcionalidad correcta del filtro biológico. La planta está equipada con un sistema de regeneración y contralavado aire/agua accionable automáticamente.

Los microorganismos, reunidos en colonias, quedan bien fijados en el lecho donde encuentran el soporte para vivir y reproducirse sin pasar al agua tratada.
La carga microbiana es ausente o insignificante y, de todas maneras, su valor es ampliamente inferior respecto al límite impuesto para el agua potable; asimismo, los microorganismos del filtro biológico no son patógenos, sino compatibles con los seres humanos, pues están ampliamente difundidos en el medio ambiente.

Descripción y criterios para determinar las dimensiones de la planta

El filtro biólogico de tipo "Wabag" está formado por un recipiente vertical que contiene una capa granualar alta y uniforme de material inerte (cuarcita, arena de río), atravesado de arriba hacia abajo (pero también de abajo hacia arriba) por el agua que se ha de tratar, previamente saturada de oxígeno. Los productos sólidos del metabolismo celular son retenidos en el lecho granular y seguidamente expulsados por medio de lavados periódicos. La solución del procesamiento es relativamente sencilla; consiste efectivamente en una primera fase realizada bajo presión, pulverizando el agua por tratar en un recipiente cerrado (oxidador), en corriente de aire o de oxígeno puro, o bien en presión atmosférica, en una columna vertical (torre de aireación), en contracorriente con aire.

La primera solución que se aplica cuando en el agua falta o hay metano en cantidad limitada, no requiere una subida sucesiva, mientras que la segunda solución, que se utiliza cuando el contenido de metano es relevante, requiere la subida; no obstante, esta solución presenta la ventaja de una eliminación más o menos intensa de los compuestos orgánicos volátiles, eventualmente presentes en el agua.
La segunda etapa está constituida por una columna vertical (filtro) en presión, que contiene el lecho de granulado inerte, lavable en contracorriente con agua y aire, cuando la acumulación de residuos insolubles provoque la obstrucción.

El filtro de capa alta de arena es particularmente adecuado para los tratamientos de las aguas de pozo y falda como la desferrización, desmetanización, desmanganización, desamonificación y, al ser contralavado con aire y agua, o sea con un lavado muy enérgico, es perfectamente apto también para el tratamiento de aguas que contienen cantidades relevantes de arenas finas.

El lavado con aire y agua es muy enérgico, eficaz, de breve duración (15-25 minutos) y consuma poca agua; en efecto es la gran cantidad de aire a baja presión (caudal específico de aire correspondiente a 80 m3/m2 h, a una presión de 6.000 m.c.a.) la que provoca el despegue de los materiales retenidos por la arena filtrante, el agua cumple la función de alejarlos. El lecho de arena de granulometría uniforme posee una gran capacidad de retención de los sólidos, que garantiza largos ciclos de filtración incluso con aguas muy turbias.

La etapa de filtración, según el tipo y las concentraciones de los compuestos presentes, es dimensionado con una velocidad de filtración en el rango de 10-18 m/h, con capa filtrante de granulado cuya altura está comprendida entre 2.000 y 3.000 mm.

Puesta en marcha de la planta y estabilidad de proceso

La formación y sobre todo el crecimiento de la biomasa hasta una cantidad suficiente, requiere un cierto tiempo en función de las especies presentes que hay que reducir: La puesta en marcha más larga es aquella necesaria para la eliminación del amoníaco y del manganeso, mientras que para el metano y el hidrógeno sulfurado se requieren tiempos mucho más breves. Por lo que concierne al hierro, la puesta en marcha es prácticamente inmediata.

Una vez arrancado, el filtro biológico trabaja instantáneamente y no es sensible a las posibles variaciones de la carga hidráulica.

Ventajas de la tecnología biológica

La filtración biológica presenta notables ventajas respecto a los demás sistemas, como ser: oxidación con medios químico-físicos (cloro, bióxido de cloro, ozono, permanganato, rayos ultravioletas), intercambio iónico, adsorción:

a) es un proceso natural: los filtros biológicos, en condiciones favorables, a menudo se instauran naturalmente en el terreno.
b) tratándose de un proceso natural, una vez cumplidas las condiciones necesarias para su mantenimiento, garantiza una completa seguridad de explotación, que los procesos químico-físicos no siempre ofrecen, especialmente porque éstos últimos forman subcompuestos que no se identifican fácilmente y son difíciles de reducir, cuyos efectos en el organismo humano, todavía no se conocen completamente.
c) presenta costes de explotación irrelevantes y, por lo tanto, en un mundo que se orienta hacia el ahorro energético, es ampliamente justificado.

En relación con la tecnología de la oxidación mediante el uso de hipoclorito, la filtración biológica ofrece la ventaja de evitar la oxidación en break point del amoníaco, para lo cual es necesario dosificar un exceso de cloro respecto al amoníaco equivalente a 10/1.

La notable dosificación de cloro, no sólo resulta costosa sino que expone también al riesgo de formación de compuestos orgánicos de cloro debido a la posible presencia de compuestos húmicos y a cantidades reducidas de metano en el agua de pozo. La regulación de esta tipología de tratamiento resulta muy delicada: una cantidad escasa de cloro no garantiza el tratamiento completo mientras que una cantidad excesiva provoca problemas en las secciones siguientes. Además, hasta que no se garantice la oxidación completa del amoníaco presente, no es posible obtener la oxidación completa del manganeso.

La dosificación de bióxido de cloro, en sustitución del hipoclorito, no garantiza la reducción del amoníaco, compuesto presente con un valor de concentración muy cercano al valor límite de potabilidad. La dosificación de bióxido provoca además el riesgo de presencia de clorito residual, compuesto para el que existen límites muy restrictivos para la potabilidad del agua.

Para evitar estos problemas, EUROTEC WTT propone la oxidación mediante aire. Esta tecnología, sencilla y compacta, es más económica tanto del punto de vista de la conducción como de la inversión respecto a la tecnología de la oxidación con cloro que requiere, necesariamente, un tratamiento sucesivo en el filtro de carbón de guardia.

Referencias

Para demostrar la validez de la tecnología propuesta, se remarca que los acueductos del área padana desde hace años están reemplazando las viejas instalaciones que aplican la tecnología de oxidación con cloro con nuevas plantas de filtración biológica.

Quedamos a su completa disposición para organizar una visita de referencia en una planta de potabilización realizada por EUROTEC WTT con la tecnología propuesta para el tratamiento de aguas que contienen amoníaco, metano, hierro y manganeso.

EUROTEC WTT Srl dispone de distintas plantas piloto con filtros de cuarcita de distintos tamaños, disponibles para efectuar experimentos piloto y directamente en la fuente de agua a tratar.