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Ozono en el Tratamiento de Aguas Residuales

¿El Ozono es la solución para tratar el DBO y el DQO en las Aguas Residuales?

Introducción

Tabla de Contenido

El agua es un recurso vital para la vida en la Tierra. Sin embargo, su uso en actividades humanas genera aguas residuales, cargadas de contaminantes que pueden afectar gravemente al medio ambiente y la salud pública. El tratamiento adecuado de estas aguas residuales es crucial para garantizar la disponibilidad de agua limpia y la protección de nuestros ecosistemas.

El ozono en el tratamiento de aguas residuales ha surgido como una solución eficaz en la desinfección, clarificación y oxidación de los compuestos y contaminantes presentes en el líquido vital. Esta molécula triatómica es capaz de eliminar el 99,9% de los microorganismos, incluyendo la Giardia y el Cryptosporidium.

El ozono es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno y es conocido por su amplio espectro germicida y su alta capacidad de oxidación, pero en el agua forma nuevas especies reactivas de oxígeno que aceleran el proceso de oxidación y oxigenación del agua, por lo que es muy utilizado en casos de alta DBO y DQO.

En este artículo hablaremos brevemente de los sistemas convencionales y cómo el ozono ayuda como complemento en el tratamiento de las aguas residuales, ya sea de una casa hasta un municipio completo. No te quedes atrás, porque el conocimiento es poder.

Tipos de Aguas Residuales

Las aguas residuales se pueden clasificar en tres categorías principales:

  • Aguas residuales domésticas: Provienen de hogares y edificios residenciales, y contienen principalmente materia orgánica, detergentes y productos químicos domésticos.
  • Aguas residuales industriales: Generadas por procesos industriales, como la fabricación de productos químicos, textiles, papel y alimentos. Estas aguas pueden contener una amplia gama de contaminantes, incluyendo metales pesados, compuestos orgánicos volátiles y residuos peligrosos.
  • Aguas residuales agrícolas: Provienen de actividades agrícolas, como la ganadería, el riego y la aplicación de fertilizantes y pesticidas. Estas aguas pueden contener nutrientes, coliformes fecales y pesticidas.
tipos de aguas residuales

Contaminantes más frecuentes en las aguas residuales

molécula de contaminantes en agua residual

Las aguas residuales contienen una variedad de contaminantes, incluyendo:

  • Materia orgánica: Principalmente desechos humanos y animales. La materia orgánica es fácilmente biodegradable, pero su remoción completa puede ser un proceso costoso y complejo.
  • Nutrientes: Nitrógeno y fósforo, presentes en fertilizantes y detergentes, pueden estimular el crecimiento excesivo de algas, afectando la calidad del agua y el ecosistema acuático. Su eliminación requiere de tecnologías específicas como la nitrificación y desnitrificación.
  • Metales pesados: Presentes en aguas residuales industriales, los metales pesados son tóxicos y persistentes en el medio ambiente. Su remoción suele ser costosa y requiere de tecnologías especializadas como la adsorción, precipitación o intercambio iónico.
  • Compuestos orgánicos volátiles (COV): Presentes en pinturas, solventes y productos de limpieza, los COV son compuestos tóxicos y volátiles que pueden contaminar el aire y el agua. Su eliminación requiere de tecnologías como la adsorción con carbón activado, ozono o la incineración.
  • Microorganismos patógenos: Presentes en aguas residuales domésticas y agrícolas, los microorganismos patógenos como bacterias, virus y parásitos pueden causar enfermedades graves a los humanos. Su eliminación es esencial para proteger la salud pública y requiere de desinfección con cloro, ozono, radiación ultravioleta, u otras tecnologías.

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Tratamientos más comunes para aguas residuales

A continuación, se presenta una descripción breve de las principales tecnologías utilizadas en el tratamiento de aguas residuales:

1. Tratamiento primario:

  • Función: Eliminar sólidos suspendidos gruesos y flotantes.
  • Tecnologías: Tamizado, desarenado, desbaste, sedimentación.

2. Tratamiento secundario:

  • Función: Eliminar materia orgánica biodegradable y reducir la carga contaminante.
  • Tecnologías: Lodos activados, biopelícula fija, lagunas de estabilización, procesos anaeróbicos.

3. Tratamiento terciario:

  • Función: Eliminar contaminantes específicos y pulir el efluente para mayor calidad.
  • Tecnologías: Filtración, desinfección (cloro, ozono, rayos UV), membranas, procesos de adsorción, intercambio iónico.

4. Tecnologías avanzadas:

  • Función: Eliminar contaminantes emergentes, microcontaminantes o compuestos específicos de difícil biodegradación.
  • Tecnologías: Oxidación avanzada (ozono, peróxido de hidrógeno), membranas de ultrafiltración y nanofiltración, adsorción con carbón activado, procesos de separación por membranas.

5. Reúso de agua:

  • Función: Convertir el efluente tratado en agua apta para diversos usos, como riego agrícola, industrial o recarga de acuíferos.
  • Tecnologías: Filtración avanzada, membranas de ósmosis inversa, desinfección avanzada.

Selección de la tecnología:

La elección de la tecnología de tratamiento de aguas residuales depende de diversos factores, como:

  • Características del agua residual: Tipo y concentración de contaminantes, presencia de sólidos suspendidos, demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO).
  • Objetivos de tratamiento: Nivel de calidad del efluente deseado, reutilización o descarga ambiental.
  • Condiciones del sitio: Disponibilidad de espacio, energía, recursos económicos, regulaciones ambientales.
  • Eficiencia y costos: Rendimiento del tratamiento, costos de operación y mantenimiento.

Es importante destacar que:

Las tecnologías de tratamiento de aguas residuales a menudo se combinan en sistemas de tratamiento de múltiples etapas para lograr un efluente de la calidad deseada.

La investigación y el desarrollo continuo están generando nuevas tecnologías y mejorando la eficiencia de las existentes.

La selección adecuada de la tecnología y la operación eficiente del sistema de tratamiento son cruciales para la protección del medio ambiente y la salud pública.

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Cómo el ozono revoluciona el tratamiento de aguas residuales de forma complementaria

El ozono (O₃) es un gas altamente oxidante que ha ganado gran interés en el tratamiento de aguas residuales debido a sus múltiples beneficios:

  • Desinfección: El ozono es un desinfectante poderoso que elimina eficazmente virus, bacterias y parásitos, incluso aquellos resistentes al cloro. De hecho, se menciona que el ozono es 3600 veces más eficiente que el cloro por su capacidad desinfectante y el tiempo que tarda en inactivar los microorganismos.
  • Oxidación avanzada: El ozono oxida y descompone compuestos orgánicos, incluyendo compuestos orgánicos volátiles (COV), pesticidas y productos farmacéuticos, que son difíciles de eliminar con tratamientos convencionales.
  • Mejora la eficiencia del tratamiento biológico: El ozono pre-trata el agua residual, rompiendo las moléculas orgánicas complejas y haciéndolas más biodegradables, lo que mejora la eficiencia del tratamiento secundario.
  • Mejora el color y olor: El ozono, al oxidar muchos compuestos, clarifica el agua de una forma impresionante; y el olor lo llega a neutralizar cuando proviene de microorganismos o de COVs.

¿Sabias que en Estados Unidos se le dió al Ozono la aprobación de «Generalmente Reconocidas Como Seguras» (GRAS por sus siglas en inglés)? Esto fue otorgado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) en 2001 y 2002 respectivamente, para tener contacto directo con los alimentos y para la desinfección de agua de consumo humano

Un punto a resaltar es que el ozono fue aprobado en el uso de productos que son etiquetados como «orgánicos» o «hechos con orgánico». Esto nos da una perfecta idea de que es idóneo para la desinfección y tratamiento de alimentos y bebidas para consumo humano sin dejar residuo alguno

Resumen del Ozono para la USDA y la FDA

Es extremadamente importante considerar que el ozono al entrar en contacto con el agua a tratar, se separa en oxígeno diatómico y monoatómico, el cuál es más oxidante que el triatómico, y su permanencia es muy corta ya que se une de inmediato a cualquier átomo para oxidarlo. Al mimso tiempo se generan otros compuestos oxidantes que ayudan en el tratamiento del agua como: Peróxido de Hidrógeno (H2O2), Radical Hidroxilo (OH), y Oxígeno diatómico, lo cual ayuda a elevar los niveles de oxigenación del agua entre un 50% y un 300%, el cual se aprovecha en la oxidación y en la generacióno recuperación de flora y fauna, en el caso de cuerpos de agua.

Molecula del ozono
rayo produce ozono

Ventajas del ozono con respecto a otras tecnologías similares

Generador de Ozono 300 g hr para agua
  • Mayor eficiencia de desinfección: El ozono es más efectivo que el cloro para eliminar microorganismos patógenos, incluso aquellos resistentes al cloro. El ozono es aproximadamente 3600 veces más eficiente que el cloro por su capacidad desinfectante y el tiempo que tarda en inactivar los microorganismos.
  • Reducción de lodos: El ozono pre-trata el agua residual, reduciendo la cantidad de lodos generados en el tratamiento secundario.
  • Cero impacto ambiental: El ozono es un gas natural que se descompone en oxígeno, no generando residuos peligrosos como los subproductos de la desinfección con cloro. Incluso ayuda a la oxigenación del agua para la fauna y la flora.
  • Versatilidad: El ozono puede utilizarse en diferentes etapas del tratamiento de aguas residuales, desde el pretratamiento hasta la obtención de un agua potable para consumo humano.
  • Costos de mantenimiento: el generador de ozono no entra en contacto con el agua directamente, sino que se inyecta el ozono en el agua para que se mezcle con las moléculas y oxide compuestos y microorganismos.
  • Comparación con el UV: esta tecnología no actúa sobre el DBO y el DQO, no clarifica, no aporta oxígeno al agua, y las lámparas deben cambiarse frecuentemente; a diferencia del ozono.

Comparación de costos de aplicación del ozono vs tecnologías similares en el tratamiento de aguas residuales

El costo de aplicación del ozono depende de varios factores, como la cantidad de ozono requerido, la capacidad de la planta de tratamiento y el tipo de tecnología utilizada. En general, el ozono puede ser una opción más económica que otras tecnologías, sobre todo porque es muy versátil en las distintas etapas de tratamiento, no requiere postratamiento ni remoción, y el agua no tiene contacto directo con las celdas de ozono.

tratamiento de aguas residuales

¿Sí hay plantas de tratamiento de aguas que usan ozono?

Diseño de instalación de tratamiento de aguas residuales con ozono

Determinar el número exacto de plantas de tratamiento de agua municipales con ozono en el mundo es un desafío, ya que la información no está centralizada y varía según las fuentes. Sin embargo, estimaciones recientes sugieren que existen más de 10,000 plantas de este tipo operando a nivel global.

Los países con mayor número de plantas de tratamiento de agua con ozono son:

  1. Estados Unidos: Con más de 2,500 plantas.
  2. China: Con alrededor de 1,500 plantas.
  3. Japón: Con cerca de 800 plantas.
  4. Francia: Con aproximadamente 600 plantas.
  5. Alemania: Con alrededor de 500 plantas.

Referencias:

Worldwide Ozone Capacity for Treatment of Drinking Water and Wastewater. A review.

Las 19 Plantas de Ozono para  Tratamiento de Aguas Más Grandes del Mundo

Los datos son aproximados en referencia a las fuentes citadas en la tabla.

Plantas más grandes de ozono en el mundo

En qué casos o aplicaciones conviene utilizar ozono como tecnología para el tratamiento de aguas residuales

científicos analizando agua residual

El ozono es particularmente útil en las siguientes aplicaciones:

  • Tratamiento de aguas residuales con altos niveles de materia orgánica: El ozono puede pre-tratar el agua residual, rompiendo las moléculas orgánicas complejas y haciéndolas más biodegradables, lo que mejora la eficiencia del tratamiento secundario.
  • Tratamiento de aguas residuales con compuestos orgánicos volátiles (COV): El ozono oxida y descompone eficazmente COV, pesticidas y productos farmacéuticos, que son difíciles de eliminar con tratamientos convencionales.
  • Desinfección de aguas residuales para reuso: El ozono es una alternativa segura y efectiva para la desinfección de aguas residuales que se destinan a reuso, como riego agrícola o recarga de acuíferos.

Cumplimiento Normativo en México del Ozono en aguas residuales y cómo el ozono se incluye allí

martillo juez leyes normas tratamiento de agua
  • En México, la NOM-003-SEMARNAT-2012 establece los criterios de calidad del agua para descarga en alcantarillado, cuerpos receptores y reúso. El ozono no se menciona específicamente en esta norma, pero su uso como tecnología de tratamiento de aguas residuales está permitido y puede contribuir al cumplimiento de los parámetros establecidos.

    La Norma Oficial Mexicana NOM-005-SEGO-2012 establece los requisitos sanitarios para el tratamiento y disposición de aguas residuales que se reutilizan para el riego agrícola, la industria, los servicios y la recarga de acuíferos. El ozono puede utilizarse como tecnología de tratamiento para cumplir con los requisitos de esta norma, particularmente en lo que respecta a la desinfección y la eliminación de contaminantes específicos.

Conclusiones

El ozono se ha convertido en una herramienta invaluable para el tratamiento de aguas residuales, ofreciendo una alternativa eficiente, versátil y sostenible a las tecnologías tradicionales. Su capacidad para desinfectar, oxidar compuestos orgánicos y mejorar la eficiencia del tratamiento biológico lo convierte en una opción atractiva para una amplia gama de aplicaciones.

En México, el ozono está ganando cada vez más reconocimiento como una tecnología viable para el tratamiento de aguas residuales, y su uso está respaldado por el marco normativo existente. A medida que la demanda de agua limpia y sostenible aumenta, el ozono continuará desempeñando un papel crucial en la protección de nuestros recursos hídricos y la salud pública.

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