Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife

Trabajo Final de Grado Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife Memoria Autora: Patricia Huerta Piqueras Director: Miguel A. Bretones Ponente: Jordi Bou Convocatoria: primavera 2021 Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona Resumen La ciudad de Santa Cruz de Tenerife tiene un sistema de depuración de aguas residuales domésticas que funciona gracias a dos estaciones: la EPBAR Los Llanos y la EDAR Buenos Aires. Con la ayuda de una base de datos muy diversa, se quiere analizar en profundidad los desafíos a los que este sistema de depuración se enfrenta. Para ello, en el presente trabajo se contesta a tres preguntas: ¿Qué hay en las estaciones?: Se contesta de forma descriptiva, contrastando la información con diversas fuentes. La EPBAR, dispone de un pretratamiento, y se diseñó para que la totalidad de su caudal se bombeara a la EDAR, aunque también tiene un emisario submarino para usarlo en caso de emergencia. La EDAR Buenos Aires, es una estación de depuración convencional con tratamiento por fangos activados y dispone también de un tratamiento terciario. ¿Cómo funcionan y cuáles son las carencias que presenta? Se utilizan diversos estudios para analizar el funcionamiento de las estaciones. En el caso de la EDAR, actualmente, funciona al límite de sus posibilidades y tiene dificultades para cumplir con las normativas de calidad, incluso funcionando con un caudal medio. El principal motivo de esta saturación es que se subestimaron las cargas de contaminantes del agua de entrada en el diseño, y también hay ciertas características de las instalaciones que dificultan la depuración. Debido a la saturación de la EDAR, hace años que el bombeo del agua pretratada de Los Llanos a Buenos Aires paró. En consecuencia, la totalidad del caudal pretratado en Los Llanos se bombea al emisario submarino que vierte el agua en el Muelle de La Hondura. Además, se han detectado problemas en el cálculo de las reducciones de contaminantes del pretratamiento, necesario para determinar si se cumplen las normativas. No se obtienen resultados fiables de estos valores debido a dos motivos principales: el desfase de las concentraciones entre la entrada y la salida del pretratamiento y, que la muestra tomada a la salida puede tener concentraciones artificialmente elevadas debido a la sedimentación que se produce en el depósito de aspiración. Se sugiere considerar en los futuros muestreos el tiempo de retención hidráulico del pretratamiento entre la toma de la muestra a la entrada y a la salida, y que el muestreo se realice en las horas del día en las que los caudales se mantienen constantes. ¿Qué proyectos de mejora se han propuesto?: Se estudia el proyecto de mejora y ampliación presentado en 2015. En él, se propone hacer obras en la EPBAR para mejorar el pretratamiento, aprovechar mejor las cotas de los canales de entrada y flexibilizar el sistema de bombeo. En la EDAR, se amplía la capacidad de tratamiento mejorando el pretratamiento, y ampliando la capacidad del tratamiento secundario de dos maneras: instalando un nuevo equipo de biorreactores de membrana y construyendo nuevos reactores la línea existente. Con estas nuevas obras, presupuestadas en 20 millones de euros y financiadas con fondos europeos, la EDAR podrá tratar la totalidad del caudal de aguas residuales (incluyendo el bombeado desde la EPBAR) y eso permitirá cumplir las normativas actuales. Se evitarán también más sanciones por incumplimientos. El impacto medioambiental que tienen los vertidos de aguas sin un tratamiento adecuado en el medio marino es muy grave. Afortunadamente, parece que la zona afectada queda bastante reducida a la zona del vertido. No obstante, una vez hayan terminado las obras, se debería llevar a cabo un proyecto de limpieza y regeneración del fondo marino afectado. Resum La ciutat de Santa Cruz de Tenerife té un sistema de depuració d'aigües residuals que funciona gràcies a dues estacions: l’EPBAR Los Llanos i l’EDAR Buenos Aires. Amb l'ajuda d'una base de dades molt diversa, es vol analitzar en profunditat els desafiaments als quals aquest sistema de depuració s'enfronta. Per a això, en aquest treball es contesta a tres preguntes: Què hi ha en les estacions? Es contesta de manera descriptiva, contrastant la informació amb diverses fonts. L’EPBAR, disposa d'un pretractament, i es va dissenyar perquè la totalitat del seu cabal es bombés a l’EDAR, que també disposa d’un emissari submarí que es por fer servir en cas d'emergència. L’EDAR Buenos Aires, és una estació de depuració convencional amb tractament per fangs activats i disposa també d'un tractament terciari. Com funcionen i quines són les mancances que presenten? S'utilitzen diversos estudis per analitzar el funcionament de les estacions. En el cas de l’EDAR, actualment, funciona al límit de les seves possibilitats i té dificultats per a complir amb les normatives de qualitat, fins i tot funcionant amb un cabal mitjà. El principal motiu d'aquesta saturació és que es van subestimar les càrregues de contaminants de l'aigua d'entrada en el disseny, i també hi ha unes certes característiques de les instal·lacions que dificulten la depuració. A causa de la saturació de l’EDAR, fa anys que el bombament de l'aigua pretractada de Los Llanos a Buenos Aires va parar. En conseqüència, la totalitat del cabal pretractat a l’EPBAR es bomba a l'emissari submarí que aboca l'aigua al Muelle de la Hondura. A més, s'han detectat problemes en el càlcul de les reduccions de contaminants del pretractament, necessàries per a determinar si es compleixen les normatives. No s'obtenen resultats fiables d'aquests valors a causa de dos motius principals: el desfasament de les concentracions entre l'entrada i la sortida del pretractament i, que la mostra presa a la sortida pot tenir concentracions artificialment elevades a causa de la sedimentació que es produeix en el dipòsit d'aspiració. Se suggereix considerar en els futurs mostrejos el temps de retenció hidràulic del pretractament entre la presa de la mostra a l'entrada i a la sortida, i que el mostreig es realitzi en les hores del dia en les quals els cabals es mantenen constants. Quins projectes de millora s'han proposat? S'estudia el projecte de millora i ampliació presentat l’any 2015. Es proposa fer obres a l’EPBAR per a millorar el pretractament, aprofitar millor les cotes dels canals d'entrada i flexibilitzar el sistema de bombament. A l’EDAR, s'amplia la capacitat de tractament millorant el pretractament, i millorant el l’eficàcia del tractament secundari de dues maneres: instal·lant un nou equip de bioreactors de membrana i construint nous reactors a la línia existent. Amb aquestes noves obres, pressupostades en 20 milions d'euros i finançades amb fons europeus, l’EDAR podrà tractar la totalitat del cabal d'aigües residuals (incloent el cabal de l’EPBAR) i això permetrà complir les normatives actuals. S'evitaran també més sancions per incompliments. L'impacte mediambiental que tenen els abocaments d'aigües sense un tractament adequat en el medi marí és molt greu. Afortunadament, sembla que l’afectació queda bastant reduïda a la zona de l'abocament. No obstant, una vegada hagin acabat les obres, s'hauria de dur a terme un projecte de neteja i regeneració del fons marí afectat. Abstract The city of Santa Cruz de Tenerife has a domestic wastewater treatment system that works using two stations: the WWPS Los Llanos and the WWTP Buenos Aires. With the support of a large database, this study aims to analyze in depth the challenges faced by this wastewater treatment system. The main objective is to answer three questions: How is the wastewater treatment system of the city of Santa Cruz de Tenerife configured? This is answered descriptively, by comparing the information with several sources. The WWPS has a pre-treatment system and was designed so that all of its flow is pumped to Buenos Aires, although it also has a marine outfall to be used in case of emergency. The Buenos Aires station uses a conventional activated sludge treatment and it also has a tertiary treatment. How does it work and which shortcomings does it have? This study uses several reports to analyze the performance of the stations. In the case of the WWTP, it is currently working on the edge of its capacity and has difficulties to comply with the quality regulations, despite operating with an average flow rate. The main reason for this saturation is that the pollutant loads of the input water were underestimated in the design, and there are also certain characteristics of the facilities that make the treatment difficult. Due to the saturation of the WWTP, the pumping of pre-treated water from Los Llanos to Buenos Aires stopped years ago. As a result, the entire pre-treated flow at Los Llanos is pumped to the submarine outfall. In addition, problems have been detected in calculating the pollutant reductions of the pretreatment, which are necessary to determine whether the regulations are met. Reliable results of these values are not obtained for two main reasons: the lag in concentrations between the input and output of the pre-treatment and the fact that the sample taken at the output may have artificially high concentrations due to the sedimentation that occurs in the suction tank. It is suggested to consider the hydraulic retention time between the inlet and outlet during the sampling, and to carry it out during the hours of the day in which the flow rates are stable. What projects have been proposed to improve and upgrade this system? This study will analyze the project presented in 2015. This project suggests to carry out works at the WWPS to enhance the pre-treatment, make better use of the levels of the inlet channels and make the pumping system more flexible. At the WWTP, treatment capacity is to be increased by improving the pre-treatment and increasing the capacity of secondary treatment in two ways: by installing new membrane bioreactor equipment and by building new reactors in the existing line. With these new works, budgeted at 20 million euros and financed with European funds, the Buenos Aires station will be able to treat the entire wastewater flow (including the one pumped from the WWPS) and this will allow it to comply with the existing regulations. It will also avoid further penalties for non-compliance. The environmental impact of untreated wastewater discharges in the marine environment is very serious. Fortunately, it appears that the affected area is fairly limited to the area of the discharge. However, once the works have been completed, a project to clean and regenerate the affected seabed should be carried out. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 1 Índice 1.1 Acrónimos 3 1.2 Calidad del agua: definiciones 4 2.1 Caso de estudio 5 2.2 Territorio 5 2.3 Tratamiento de aguas residuales 7 2.4 Normativas relevantes para este estudio 7 3.1 Estructura del estudio 9 3.2 Alcance del proyecto 9 4.1 Repaso histórico 11 4.2 Contexto territorial de la isla de Tenerife 14 5.1 Introducción 19 5.2 Indicadores de calidad para el tratamiento de aguas residuales domésticas 20 5.3 Conceptos generales de depuración de aguas residuales domésticas 24 6.1 Proyectos de construcción y mejora realizados 28 6.2 EPBAR de Los Llanos 29 6.3 EDAR de Buenos Aires 31 Pretratamiento 31 Tratamiento Primario 32 Tratamiento Secundario 32 Tratamiento Terciario 32 Tratamiento de lodos 33 Esquema general de la EDAR Buenos Aires 33 7.1 Informe de la capacidad de la EDAR Buenos Aires (2015) 35 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 8 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 9 Objetivos El sistema de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Santa Cruz de Tenerife ha presentado carencias en los últimos años. Las instalaciones se han visto obligadas a modificar su funcionamiento inicialmente previsto debido a la saturación recurrente del sistema. Finalmente, en el año 2020 comenzó la obra de ampliación de la principal planta de depuración de la ciudad. La finalidad de este estudio es analizar este sistema complejo desde el punto de vista técnico, económico y ambiental, con una perspectiva histórica del caso, para realizar un diagnóstico y poder evaluar, con una visión crítica, los proyectos de ampliación propuestos y/o ejecutados. 3.1 Estructura del estudio La estructura de este estudio tendrá tres ejes principales. En primer lugar (Apartado 0), se hará un análisis exhaustivo de las plantas de estudio. Empezando por un repaso de los proyectos de obra para comprender cuáles fueron los motivos de su construcción, la evolución que ha habido desde entonces y para saber cuál es el origen y el destino de las aguas tratadas en las plantas. También se describirán las etapas del saneamiento del AR de las que dispone cada planta y los procesos utilizados. En segundo lugar (Apartado 0), se realizará un estudio de capacidad y de calidad de la depuración del agua. Para ello, se utilizarán estudios realizados en ambas plantas donde se podrán determinar los distintos problemas que presentan las estaciones de depuración. Finalmente (Apartado 0), se estudiará el proyecto de mejora presentado y se describirán las distintas alternativas propuestas. 3.2 Alcance del proyecto Para la realización de este trabajo, se dispone de una base de datos compuesta por documentación de distinto origen (informes, documentación técnica, resoluciones jurídicas…) con la que se quiere construir un estudio que analice los distintos ángulos de este sistema complejo. El análisis que se realiza en este trabajo se basará en esta base de datos a la que se ha tenido acceso. Esta documentación contiene archivos desde 1979 hasta la actualidad. Por lo tanto, toda la información que se presente se deberá analizar con una visión crítica para comprender el contexto temporal en la que se publica cada documento. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 10 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 11 Antecedentes y contexto del estudio 4.1 Repaso histórico Canarias reúne una gran cantidad de características (climáticas, orográficas, económicas y biológicas) que han llevado a desarrollar ingeniosas estrategias hidráulicas [8]. A continuación, se hará un repaso histórico de la cultura del agua en Canarias para comprender mejor el contexto de este estudio. Figura 4-1: Mapa topográfico del archipiélago canario [6] Aunque unos siglos antes de Cristo “algunos asentamientos humanos […] establecidos en actividades pesqueras, perforaron los primeros pozos-aljibe” [8] la primera etapa de desarrollo importante es la de la sociedad aborigen canaria: Bimbaches en El Hierro, Benahoaritas en La Palma, Gomeritas en La Gomera, Guanches en Tenerife, Canarios en Gran Canaria y Majos en Fuerteventura y Lanzarote [3]. Por mucho que existieran recursos naturales disponibles que, por lo general, satisfacían sus necesidades (barrancos, cursos de agua procedentes de manantiales…), los colonos, se encontraron a su llegada en el siglo XV, “fuentes, piletas en riscos, eres 2 o pocetas y muros de piedra en las barranqueras, acequias y albercas e incluso cuevas filtrantes donde se captaba y distribuía el agua” [8]. La invasión colonial del archipiélago canario transcurre entre 1402 y 1496 y se distinguen dos periodos: la señorial y la realenga. 2 Eres: m Tf. Concavidad o poceta en las rocas impermeables del cauce de los barrancos, donde se embalsa y mantiene el agua una vez que, acabadas las lluvias, deja de correr. En ellas suele acumularse arena, evitando así la evaporación del agua que, sobre todo en tiempos pasados, se utilizaba para usos domésticos y para el ganado. (Fuente: Academia Canaria de la Lengua) Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 12 Entre 1402 y 1405, el noble francés Jean de Béthencourt y el militar Gadifer de La Salle invadieron Lanzarote, El Hierro y Fuerteventura. En una segunda fase, nobles castellanos se apropiaron de estas islas “mediante compras, concesiones y matrimonios […] e incorporaron la isla de La Gomera hacia 1450.” [3] Entre 1478 y 1496, la corona castellano-aragonesa de los Reyes Católicos (Isabel I de Castilla y Fernando II de Aragón) invade Gran Canaria, La Palma y Tenerife, que eran las islas más pobladas y en las cuales las poblaciones aborígenes originarias mostraron una gran y prolongada resistencia. Se considera el fin de la invasión la derrota de Los Guanches en la isla de Tenerife en el año 1496. [3] “Conquistadas las Islas y desarticulada la sociedad aborigen, comenzó en cada una de ellas, por parte de los vencedores, la explotación de los recursos naturales, donde el binomio tierra-agua representó la base del desarrollo económico.” [8] Se expandió el cultivo de la caña dulce, principalmente en Gran Canaria, Tenerife y La Palma, que fue acompañado de una mejora de las instalaciones hidráulicas para aprovechar mejor este recurso. Algunas técnicas de regadío tradicional utilizadas son los nateros que eran campos agrícolas construidos con escalones para aprovechar el paso del agua de lluvia o las gavias que eran parcelas diseñadas con sistemas de encharcamiento controlado. Los caudales de agua, procedentes de las tierras altas, se encauzaban primero para abastecer a la población, y después, para regar los campos de azúcar. Durante el siglo XV y XVI se fueron construyendo “acequias, canales, tanques, albercas, pozos domésticos, minas y túneles” importando el conocimiento de profesionales normalmente traídos de Madeira. [8] Una importante singularidad de la cultura del agua canaria, es el régimen de propiedad y gestión que se instauró a partir de la colonización. Consistía en una estructura denominada heredamiento en la cual las captaciones acuíferas eran de propiedad privada. [8; 9] Durante los siglos XVII y XVIII, esta estructura de heredamientos generó conflictos ya que se desvinculó la propiedad de las tierras de la propiedad del agua y de sus infraestructuras [8]. En estos años también se diseñaron sistemas propios de medición de caudales (cantoneras y pesadores de agua) y se inventaron unidades para medir volúmenes (p.e.: azada en Gran Canaria o pipa en Tenerife) o la fluidez del agua [9]. (Imagen 4-1 y Imagen 4-2) El gran tráfico entre Europa, África y América también permitió la transferencia de conocimiento desde el archipiélago a otros continentes. Se implantaron estrategias hidráulicas canarias en San Antonio, Texas o en Venezuela, entre otros [8]. Una de las invenciones domésticas exportadas con mayor impacto es la de la pila de agua o destilera, que consistía en utilizar un recipiente semiesférico de piedra arenisca muy porosa (muy presente en las canteras de las islas) para filtrar y refrescar el agua como se puede ver en la Imagen 4-3 [9]. La exportación de esta piedra a América fue también significativa en la época. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 13 Imagen 4-1: cantonera sencilla en la que se han medido las geometrías de cada tronera y el caudal de cada una [9] Imagen 4-2: cantoneras de Arucas-Firgas, en Cantería Noble [9] Imagen 4-3: “conjunto de destilera empotrado en la pared de una casa (Fotg. Fco. Suárez)” [9] Durante los dos siglos siguientes (XIX y XX), teniendo una agricultura aún basada en el cultivo de la caña de azúcar, gran demandante de agua, junto con un “aumento de la población y la entrada de la revolución industrial” [8] la demanda de agua aumentó tanto que llegó a ser inasumible para el sistema hídrico del que disponían. Por esto y otros motivos, como, por ejemplo, un intento fallido de especializar su economía en la exportación del vino, las islas entraron en un periodo de crisis económica. Debido a esta crisis y a grandes cambios en la geopolítica mundial, Canarias cambia su régimen fiscal, “que se consolida según avanza los años con un nuevo libre comercio y desarrollo portuario y comercial.” [8]. El sector primario se adapta cultivando nuevos productos como la cochinilla, la caña dulce, las papas, los tomates y el plátano. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 14 Necesitando entonces nuevos sistemas de regadío, la revolución industrial permite mejorar significativamente las infraestructuras: “La isla se horadó con miles de galerías y pozos, donde se instalaron para la succión del agua sucesivamente norias modernas, aeromotores, máquinas de vapor y motores de combustión interna. Y, además, se construyeron todo tipo de estanques, maretas, presas y canales, una gran infraestructura hidráulica llevada a cabo con capital tanto privado como público.” [8] Se descubrió también el gran potencial de los acuíferos de las islas que, debido a la sobreexplotación a los que se los sometió, se agotaron a mediados del siglo XX. [8] Estos avances tecnológicos, junto con el desarrollo del sistema capitalista, tuvieron un impacto sobre la organización de la propiedad del agua vigente hasta el momento: “Las antiguas heredades se transformaron en comunidades de regantes y el mercado del agua, según avanzaba el siglo XX, generó importantes capitales privados en manos de los denominados aguatenientes.” [8] Pero, debido al agotamiento de los acuíferos, a finales del siglo XX, el agua pasa a ser bien público. [8] Tanto la desalación como la depuración del agua, son para Canarias una alternativa indispensable para la recuperación y la conservación de los acuíferos: parajes naturales muy relevantes para su cultura y su historia. [8; 9] 4.2 Contexto territorial de la isla de Tenerife Como se ha visto arriba, Tenerife tiene una serie de características muy particulares en cuanto a los recursos hídricos y a la planificación y propiedad de este recurso. La sucesión de leyes y planes desde 1996 hasta la actualidad, han ido cambiando el marco legal de la protección del medio ambiente y de la calidad del agua. Para sintetizar todas estas nuevas directivas y unificarlas en un solo documento, con el objetivo de mejorar su compresión y aplicación en el territorio, se redacta el Plan Hidrológico de Tenerife (PHT). Actualmente existen 3 ciclos de este plan: el primero se aprobó en mayo del 2015 [10], el segundo (vigente) en enero del 2019 [11] y el tercero está en elaboración. En el primero, se definen claramente cuáles son los motivos de la redacción de este plan y cuáles son sus objetivos: Figura 4-2: Esquema de normativas y planes anteriores al PHT que se han utilizado para la redacción del mismo [10] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 15 Los objetivos principales del PHT se centran en: - alcanzar los objetivos medio ambientales, estableciendo objetivos realistas para todas las masas de agua (subterráneas, superficiales y costeras y para las zonas protegidas). - regular su uso garantizando su suministro cumpliendo con ciertos criterios de cantidad y calidad, a la vez que implantando un sistema que aproveche este recurso y sea eficiente. - disponer de una buena planificación de la infraestructura hidráulica: coordinación territorial y seguridad frente a fenómenos extremos. - marcar objetivos en cuanto a la gestión económica, la gobernanza, el conocimiento y la consulta pública. Es útil, para poder contextualizar la información sobre las estaciones depuradoras de Santa Cruz de Tenerife, disponer de una perspectiva global y conocimiento general sobre el territorio estudiado. A continuación, se presenta la información más relevante extraída del PHT (tanto del primer ciclo como del segundo) para la comprensión y el desarrollo del presente estudio: Limitaciones y características del territorio En primer lugar, en las islas Canarias, cada isla constituye una demarcación hidrográfica propia. Entendiendo una demarcación hidrográfica como se define en artículo 16 bis del Texto Refundido de la Ley de Aguas, aprobado mediante Real Decreto 1/2001, de 20 de julio: “zona terrestre y marina compuesta por una o varias cuencas hidrográficas vecinas y las aguas de transición, subterráneas y costeras asociadas a dichas cuencas.” [11] Según el PHT, “La Demarcación Hidrográfica de Tenerife comprende (artículo 5 bis - apartado segundo LAC 3 ) la zona terrestre y marina de la cuenca hidrográfica de Tenerife, así como las aguas subterráneas, de transición y costeras asociadas a la misma, hasta una distancia de una milla entre la respectiva línea de base recta y el límite exterior de las aguas costeras.” [11] 3 Ley 10/2010, de 27 de diciembre, de modificación de la Ley 12/1990, de 26 de julio, de Aguas de Canarias (LAC) Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 16 Figura 4-3: demarcación hidrográfica de Tenerife según el Plan Hidrográfico de Tenerife [11] Tenerife tiene una orografía volcánica con una elevadísima pendiente: su altura máxima es de 3.718 metros (pico del Teide), el 50% de la isla tiene una pendiente superior al 25% y, casi un tercio, por encima del 40%. La isla tiene una zonificación climática que obliga a los centros poblacionales a concentrarse en altitudes menores a 100 m con una densidad (sobre superficie con pendiente menor al 30%) de más de 1000 habitantes/km2. Además, el 48% de su superficie es declarada Espacio Natural Protegido. [10] Tenerife tiene un clima seco y cálido con escasas precipitaciones. Se pueden diferenciar tres zonas distintas dependiendo de la altitud: costas, medianías y cumbres. En las costas la temperatura media anual es de 21ºC mientras que en las otras dos es de 17ºC y 10ºC respectivamente. [10] No hay en la isla aguas superficiales equiparables a ríos y lagos permanentes, sino que dominan las aguas subterráneas que constituyen el 84% del total de los recursos disponibles, pero están en proceso de reducción debido a su sobreexplotación. [10] En el estudio ambiental del PHT, tanto del primer como del segundo ciclo, queda evidenciado que la calidad de las aguas subterráneas es mala en toda la isla. En cambio, las aguas costeras superficiales están en buen estado (incluido el Puerto de Santa Cruz de Tenerife, zona estudiada). [10; 11] Por otro lado, en cuanto al sector primario, en 2015 el sistema de cultivo agrícola se puede dividir en secano (37,2%) y regadío (62,8%). Tenerife es pionera en cuanto a reutilización de aguas depuradas para el riego de estos campos. [11] En lo referente la depuración y reutilización de aguas residuales urbanas, en el primer ciclo del PHT se presenta la siguiente tabla que da una buena idea global de cuál es la situación: Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 17 Tipo de agua Volumen DQO DBO5 SS NTotal PTotal m3/año % Tn/año Generadas 63.477.564 100 67.476 44.310 22.247 5.202 649 Recogidas 38.378.021 60,5 40.796 26.789 13.450 3.145 393 Depuradas 24.578.583 38,7 3.507 1.118 1.832 1.198 157 No depuradas 13.799.439 21,7 14.617 9.589 4.816 1.126 141 Reutilizadas 7.484.458 11,8 1.068 340 558 365 48 Tabla 4-1: volúmenes y cargas de contaminantes de AARR urbanas de Tenerife (2005) [10] Santa Cruz de Tenerife supone el 34% de la demanda de agua total de la isla de Tenerife. Marco socioeconómico En el primer y segundo ciclo del PHT, se hace un repaso de la situación demográfica y económica de la isla de Tenerife, utilizando datos de los años 2006 a 2010 y del 2008 al 2015 respectivamente. Como esta información es interesante, ya que condiciona las necesidades y posibilidades del territorio en cuanto al desarrollo de sistemas de depuración de aguas residuales, para este estudio se ha querido ampliar esta información para disponer de cifras más actualizadas y se han buscado los mismos datos, pero del año 2019 (se han descartado las cifras del año 2020 que serían poco representativas en algunos casos debido a la pandemia del COVID-19). En cuanto a la población, según el Instituto Nacional de Estadística 4 , la isla tenía 949.471 habitantes en el año 2019. En Tenerife, el 74,6% de la economía, está basada en el sector terciario, principalmente en el turismo. En el año 2019 se disponía de 177.274 plazas para turistas, alojando en el mismo año un total de 6.110.838 turistas. En el mes de agosto, cuando se alcanza el pico de la ocupación de establecimientos turísticos (77,6%), habitaban Tenerife alrededor de 1.087.036 personas. Se suele redondear este valor adoptando una población residente y turística de 1 millón de habitantes. Aunque la mayor densidad de población residente se concentra en el municipio de Santa Cruz de Tenerife con 207.312 habitantes en 2019, la mayor concentración de alojamientos turísticos está en los municipios de Arona y Adeje (al sur de la isla) y en el Puerto de la Cruz (oeste). En cuanto a la economía de la comunidad autónoma de Canarias, según Eurostat 5 , si se compara el Producto Interior Bruto per cápita, Canarias se sitúa por debajo de la media española con 21.244€ frente al 26.430€ español, y está muy por debajo de la media europea de 34.830 € de PIB per cápita. 4 Instituto Nacional de Estadística: www.ine.es 5 Eurostat: https://ec.europa.eu/eurostat/fr/home Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 24 5.3 Conceptos generales de depuración de aguas residuales domésticas Figura 5-4: esquema simplificado de las etapas de saneamiento de una EDAR [1] En el pretratamiento se realiza un desbaste, eliminando los sólidos gruesos con la ayuda de rejas de distinta separación. Se eliminan también sólidos más pequeños con la ayuda de tamices y desarenadores. En esta etapa también se eliminan grasas presentes en el agua residual. En el tratamiento primario, se separan los elementos contaminantes utilizando decantadores (también llamados sedimentadores). En esta etapa, como norma general, se eliminan gran parte de los sólidos en suspensión (SS) que contiene el AR y también DBO. Los rendimientos suelen ser de 50-70% en SS y 25-40% en DBO. [1] En los decantadores se separan por sedimentación los residuos que están mezclados con el agua: las partículas (microorganismos, sólidos en suspensión etc.) gracias a su mayor densidad y a la gravedad, se concentran en la zona inferior del sedimentador y se pueden ir separando del agua saneada recirculándolas a través del sistema de recogida de lodos. En el caso que sigan quedando partículas flotantes y grasas, éstas flotan y también pueden ser retiradas. [1] Existen dos tipos distintos de decantadores: por gravedad y por succión. Son fundamentalmente lo mismo, la diferencia está en el mecanismo de extracción de los lodos. Como su nombre indica, el decantador por gravedad utiliza únicamente la propia gravedad para “que los fangos decanten hacia la parte inferior, siendo estos arrastrados por las rasquetas en forma de espiral hacia la poceta central de extracción, llamado también pozo de lodos.” [16] En el caso del decantador por succión se retiran los fangos “mediante la succión producida por la diferencia de presión entre los puntos de extracción y destino final. A través de unos tubos verticales adosados a las rasquetas inferiores de fango, este asciende hasta una canaleta, situada en el nivel inferior del puente. Mediante unos sifones el fango pasa a la canaleta central de extracción” [16] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 25 Figura 5-5: Elementos de un decantador (por gravedad) [17] Figura 5-6: Esquema de la circulación de los distintos fluidos en el interior de un decantador (por gravedad) [17] En el tratamiento secundario tienen lugar los procesos biológicos en los cuales los microorganismos consumen la DBO que contiene el AR según la siguiente reacción: [1] 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 (𝐷𝐵𝑂)+ 𝑂2+ 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠 (𝑥) = 𝐶𝑂2+ 𝐻2𝑂 + 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠 (𝑥 + ∆𝑥) Ecuación 5-3 Este tratamiento secundario consiste en dos etapas: primero, la cuba de aireación, después el sedimentador secundario. En los reactores de fangos activados, hay microorganismos y flóculos en suspensión (se obtienen estos flóculos gracias a la acción metabólica de los microorganismos). Los microorganismos necesitan una fuente de energía que es la contaminación presente en la MO. Durante este proceso, se insufla oxígeno y se van recirculando los lodos del clarificador para mantener una concentración adecuada de MLSS 12 (biomasa suspendida). Cuando se alcanza una floculación adecuada, en otros términos, cuando los fóculos pueden sedimentar, las aguas pasan a un sedimentador secundario donde se separan estos sólidos del agua depurada. En esta etapa, es en la que se debe tener muy en cuenta también la nitrificación y desnitrificación, por varios motivos, los más importantes son: Como se ha visto, el N está presente en la MO, por lo tanto, estará siempre presente en las AARR domésticas. La nitrificación (explicado arriba 5.2) es un proceso que requiere cantidades considerables de oxígeno. En los reactores biológicos, si no se tiene presente esta cantidad de oxígeno, las concentraciones de DBO y amonio a la salida de los reactores pueden ser más elevadas de lo 12 MLSS: Concentración de biomasa en suspensión en el licor-mezcla. Siendo, el licor-mezcla, el fango activo mezclado con el agua residual en las cubas. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 26 esperado (porque no habrá suficiente oxígeno para completar las dos reacciones de oxidación). En los decantadores secundarios, el agua se estanca y, en las zonas inferiores del decantador, el OD tiene concentraciones muy bajas y se puede considerar una zona anaerobia. En esas condiciones, se pueden producir reacciones de desnitrificación, que tienen como producto el nitrógeno gaseoso. Este nitrógeno en forma de gas sube a la superficie, arrastrando los lodos de la zona inferior del decantador, que suben e impiden la correcta sedimentación de los flóculos. Por este motivo, existen dos tipos de reactores, los que incluyen una zona anóxica (sin insuflar aire) y la zona aerobia: estos son los que permiten la nitrificación y desnitrificación para eliminar el amonio (y también pueden eliminar derivados del fósforo) además de la MO; y los que únicamente tienen una zona aerobia que no realizan esta nitrificación y que únicamente eliminan la MO. Figura 5-7: esquema de los dos tipos de reactores biológicos: con y sin nitrificación-desnitrificación [18] El sedimentador secundario funciona igual que el primario, en este caso se extraen los fangos formados por las células y partículas que han crecido en los reactores. Figura 5-8: esquema del tratamiento secundario por tratamiento biológico [19] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 27 Descripción del sistema de estudio El sistema de depuración principal y sujeto del estudio, consiste en dos plantas de tratamiento que están interconectadas mediante una conducción por la que se bombea el agua pretratada. La Estación de Depuración de Aguas Residuales (EDAR) Buenos Aires, que está situada al lado del puerto de Honduras, “en el Polígono Industrial Costa Sur, entre la refinería CEPSA y las naves industriales del polígono” [20] (ver mapa adjunto, marcada en rosa fucsia), es la planta principal en la que se realizan la mayor parte de los tratamientos. La Estación de Pretratamiento y Bombeo de Aguas Residuales (EPBAR) de Los Llanos 13 está situada un poco más al norte, “entre la estación de guaguas y el parque marítimo César Manrique” [20] (ver mapa adjunto, marcada en morado). Esta planta, está pensada para realizar un pretratamiento y bombear el agua pretratada a la EDAR Buenos Aires. Figura 6-1: Localización de las estaciones de depuración estudiadas [6] 13 En la documentación se hace referencia a esta planta con diversos nombres: estación de bombeo (EBAR), estación de pretratamiento y bombeo (EPBAR) y estación de tratamiento (ETAR). Además, se la denomina tanto Cabo Llanos como Los Llanos. En este estudio se la denominará EPBAR de Los Llanos. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 28 Figura 6-2: Esquema general del sistema de saneamiento [20] 6.1 Proyectos de construcción y mejora realizados Ambas infraestructuras fueron diseñadas y construidas por el Ministerio de Obras Publicas, Dirección General de Obras Hidráulicas y Servicio Hidráulico de Santa Cruz de Tenerife entre finales de los años sesenta y finales de los años setenta. La EDAR fue recibida por el Ayuntamiento a mediados de los ochenta y puesta en marcha por la empresa EMMASA en septiembre de 1980. Desde su puesta en marcha se han empezado y finalizado dos proyectos de mejora: En el año 1995 se finalizó la primera fase de obras de mejora que consistieron fundamentalmente en: - ampliar el pretratamiento y desodorizado de la EDAR; - mejorar el tratamiento de lodos en la EDAR; - mejorar el desbaste de la EPBAR; - instalar el emisario submarino para la EPBAR. En el año 2000 se finalizó la segunda fase de obras de mejora que comprendió: - tratamiento terciario con desalación en la EDAR para reutilizar el agua en riego de parques y jardines de la ciudad (al servicio del Ayuntamiento), - ampliar el tratamiento de lodos de la misma, - mejorar el sistema de desodorización tanto en la EPBAR como en la EDAR, - instalar un sistema de telecontrol en las dos plantas. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 29 6.2 EPBAR de Los Llanos Según diversos autores [20; 21], la EPBAR de Los Llanos recibe agua de las zonas centro y bajas de Santa Cruz de Tenerife y de las estaciones de bombeo de Mª Jiménez y Cueva Bermeja y ocupa una superficie de 5.700m2. Figura 6-3: vista general aérea de la EPBAR de Los Llanos Como se ha comentado anteriormente, la EPBAR de Los Llanos está diseñada para cumplir dos funciones: realizar un pretratamiento del AR entrante y bombearla a la EDAR de Buenos Aires. El pretratamiento de las aguas sucias es fundamental para que el resto de etapas se puedan realizar correctamente y para que los equipos de los tratamientos posteriores no se desgasten o se obstruyan debido a la presencia de sólidos, grasas o arena. A continuación, se detallarán los elementos de los que dispone la EPBAR. La descripción detallada y completa de todos los elementos que se mencionarán a continuación pueden consultarse en el Anexo I. El AR llega a la EPBAR a través de un colector principal al que se le van sumando los colectores secundarios. Justo antes de la entrada a la EPBAR, se suman a este recorrido tres colectores que llegan a las instalaciones con cotas superiores al resto: “Se estima que estos tres colectores llevan el 50% de los caudales que entran en la EBAR de Cabo Llanos.” [22]. El recorrido de las AARR continúa en la EPBAR en la compuerta general que consiste en un colector y un aliviadero de tormentas con una compuerta mecánica [20]. Se eliminan los residuos sólidos gruesos gracias a una cuchara bivalva de 0,25 m3 en el pozo de gruesos. A continuación, se suceden procesos de desbaste, desengrasado y bombeo. Primero, el agua pasa por dos rejas de gruesos: una convencional de 0,03 m de paso y una de limpieza automática 0,006 m de separación [20; 22]. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 30 Después, con la ayuda de dos tornillos de Arquímedes (de 2.500 m3/h de caudal unitario), se eleva la línea de agua 7,47 m y el AR vuelve a pasar por un proceso de filtrado, esta vez con dos tamices de 0,003m [20; 22]. Los tres colectores mencionados arriba llegan con suficiente altura como para entrar directamente a esta cota (sin necesidad de utilizar los tornillos de Arquímedes). [22] A continuación, pasa por un proceso de desarenado y desengrasado. “El desarenado se realiza en una unidad de 100 m2 de superficie y la extracción de arenas mediante un clasificador con sistema mecánico de vaivén que en la actualidad [2015] no funciona correctamente por el mal diseño del desarenador incrementado por su elevado deterioro.” [22] La EPBAR dispone de un emisario submarino por lo que, finalmente, se bombea el agua desde un depósito de 500m3, o bien a la EDAR de Buenos Aires, o bien al emisario submarino. El diseño de esta instalación estaba pensado para que la totalidad del agua fuera conducida a la EDAR para que termine de ser depurada pasando por el tratamiento primario, secundario y terciario. El emisario debería ser utilizado únicamente en casos de emergencia por un aumento excepcional de los caudales. Para el bombeo a la EDAR se dispone de cuatro bombas de 315 kW, “aunque solo dos funcionan correctamente” (año 2015) [22] dando un caudal de 720 m3/h (o 200 L/s) [20; 22]. Y para el bombeo al emisario se dispone de cuatro bombas de 90 kW y de caudal 1440 m3/h (o 400 L/s). Emisario submarino El emisario tiene una estructura en forma de “Y” como se puede ver en la figura adjunta. Tiene un diámetro de 0,8 m con 960 m de conducción terrestre y 206 de tramo sumergido. Cada ramal del tramo difusor del vertido tiene unos 30 metros de longitud: están compuestos con cinco difusores de diámetro 115,4 mm. Este desagüe está situado a una profundidad de 32 metros. [23] Figura 6-4: Estructura del emisario submarino de Los Llanos. [23] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 31 6.3 EDAR de Buenos Aires Según diversos autores [20; 21], la EDAR de Buenos Aires recibe el agua residual de la zona alta de Santa Cruz de Tenerife, San Cristóbal de La Laguna y El Rosario y ocupa una superficie de 61.436 m2. Está situada a una cota de 100 metros sobre el nivel del mar. La planta dispone de tres líneas de depuración de 30.000 m3/día de capacidad cada una “y consiste en mantener dos líneas en servicio y una línea de reserva (alternándose 1-2 veces al año) para garantizar la continuidad del proceso durante las operaciones de mantenimiento y reparaciones” [20]. En esta planta se realizan cuatro etapas de saneamiento: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario. También está equipada para tratar los fangos que se extraen a lo largo del proceso. Esta EDAR está pensada para recoger el AR urbana y tratarla con el objetivo de obtener un vertido con calidad suficiente para el riego agrícola y de golf. El sistema terciario se realiza en parte en la misma estación (ampliación realizada en el año 2000 por el Ayuntamiento para el uso del agua regenerada en riegos de parques y jardines) pero también lo realiza la Entidad Pública Empresarial Local Balsas de Tenerife (EPEL BALTEN o, simplemente, BALTEN) en unas instalaciones anexas a la EDAR para reutilizar en agua en regadíos agrícolas fuera del casco urbano. La descripción detallada y completa de todos los elementos que se mencionarán a continuación pueden consultarse en el Anexo I. Figura 6-5: vista general aérea de la EDAR de Buenos Aires [22] Pretratamiento Como se ha comentado anteriormente, el pretratamiento es fundamental para eliminar los sólidos de grandes dimensiones y poder así evitar problemas técnicos en el resto de etapas. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 32 En primer lugar, se encuentra un pozo de gruesos de 40 m3 [22] equipado con una cuchara bivalva y una reja de gruesos con una luz de 0,1m. Esta instalación dispone también de un caudalímetro. A continuación, hay un sistema de desbaste diseñado con una reja de gruesos de 0,05m, un tamizado de finos de 0,003m y también un sistema de desengrasado y desarenado con dos desarenadores y un equipo de desodorización de carbón activo. Después, el agua se vierte en una cámara diseñada para que el agua se reparta en las dos líneas de servicio. También hay una entrada de los fangos en exceso en este depósito. A partir de aquí, comienza el tratamiento primario. [20] Tratamiento Primario Para el tratamiento primario, se dispone de tres decantadores de 38m de diámetro y 3 m de altura (dos en servicio y uno en reserva) equipados con un sistema de recirculación para los fangos. El volumen unitario es de 3.438 m3. Se retienen aproximadamente un 58%-60% de los SS y un 35%-40% de la DBO5. Se dispone de un sistema de recogida de fangos en todos los decantadores. [20; 22] Tratamiento Secundario El tratamiento secundario consiste primero en tres cubas de aireación rectangulares de 4.320 m3 de capacidad unitaria. Están equipadas con 16 turbinas de eje vertical. A continuación, se dispone de tres clarificadores circulares de diámetro 46 m y 3 m de altura (volumen unitario 4.986 m3). Equipados también con el correspondiente sistema de recirculación de fangos. [20; 22] Una vez finalizado el tratamiento secundario, el agua tiene dos posibles caminos, según sea su destino final: o bien es circulada a Baltén o bien pasa a recibir un tratamiento terciario. Tratamiento Terciario Para el tratamiento terciario, se utiliza polihidroxicloruro de aluminio (PHCl) como coagulante y hipoclorito sódico (NaClO) para desinfectar el agua con una cloración. Para más información sobre estos métodos de desinfección, consultar: [24; 25] También se dispone de una cuba de contacto y de un sistema de filtración en doble etapa de diferentes tamaños eficaces que consiste en diferentes filtros de arena de gravedad autolimpiables. Como complementarios, la EDAR dispone de cuatro filtros de arena y antracita cerrados a presión, dos depósitos de 2.000m3 uno para almacenar agua filtrada y otro para agua desmineralizada, un equipo de electrodiálisis reversible, un equipo de microfiltración y, por último, un sistema de mezcla de agua de ambos depósitos. [20] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 33 Con esta última etapa de saneamiento, se obtiene agua con una calidad suficiente para utilizarla para la limpieza y el riego de parques y jardines de Santa Cruz de Tenerife. Tratamiento de lodos Durante las etapas de saneamiento de las AARR urbanas se van generando residuos, principalmente en forma de lodo. La EDAR tiene un sistema de tratamiento de estos fangos formado por las siguientes etapas: tamizado, espesado, digestión anaeróbica, deshidratación mecánica. Esquema general de la EDAR Buenos Aires Figura 6-6: Esquema general de la EDAR Buenos Aires Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 40 Decantación secundaria En el caso de la decantación secundaria, se calculan los mismos parámetros que la primaria, pero se añade también el cálculo de la carga de sólidos 18 . Decantación secundaria Parámetros Límite teórico aconsejado Valor adoptado 2013 media máximo Carga hidráulica superficial para: Caudal medio (m3/m2 · h) 0,80 > 0,79 0,20 0,37 Caudal punta (m3/ m2 · h) 1,50 > 1,41 0,36 0,66 Carga de sólidos para: Caudal medio (m3/ m2 · h) 3,30 > 2,36 0,40 0,73 Caudal punta (m3/ m2 · h) 6,61 > 4,24 0,73 1,32 Tiempo de retención hidráulico para: Caudal medio (horas) 6,00 < 3,82 14,82 8,20 Caudal punta (horas) 3,00 < 2,12 8,23 4,55 Tabla 7-6: Resultados del informe de la capacidad de la EDAR: decantación secundaria [26] La decantación secundaria presenta valores de dimensionamiento satisfactorios, aunque la calidad del efluente del tratamiento secundario no es satisfactoria debido a la cantidad de problemas acumulados durante todo el proceso de depuración. Además, analizando primero la decantación secundaria en las condiciones de diseño, se constatan los siguientes problemas: - La altura en vertedero (3 m) es inferior a la recomendable para este tipo de instalaciones (> 3,5 m). Este estudio calcula que debería ser de 4,1m (por eso los TRH son inferiores a los recomendados). - Los decantadores secundarios son por gravedad que no son los más adecuados para unidades de 46 m de diámetro (sería más recomendable utilizar los de succión). - Las tuberías de extracción de fangos tienen una asimetría respecto al bombeo de recirculación, y “perjudican notablemente la recirculación de la unidad más alejada del bombeo”. - El sistema de turbinas que insuflan oxígeno, junto a la diferencia hidráulica respecto a las balsas, puede generar disgregación de los flóculos formados en las balsas y dificultar su sedimentabilidad. En las condiciones medias, aunque las condiciones hidráulicas son excelentes, los factores que se acaban de mencionar dificultan el funcionamiento de los decantadores. Por ejemplo, el decantador por gravedad dificulta la evacuación del lodo biológico (que es excesivamente liviano) “lo que limita la concentración del mismo y, por consiguiente, el valor máximo de los MLSS en el proceso biológico”. 18 Carga de sólidos: parámetro que permite medir si toda la masa de sólidos que entra por el afluente del decantador es capaz de sedimentar o no. Se fija un valor máximo, que en este caso es 3,30 para caudal medio y 6,61 para caudal punta. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 41 En las condiciones máximas, como cabe esperar, estos problemas se ven acentuados. Conclusiones Tras analizar el funcionamiento de la estación depuradora de Buenos Aires, las conclusiones de este estudio [26] sobre su capacidad son las siguientes: 1Las concentraciones de contaminantes con las que se diseñó la EDAR Buenos Aires son muy inferiores a las concentraciones reales de las AARR de los municipios a los que da servicio esta estación. 2Los caudales que recibe esta estación son muy inferiores a los que se esperaban por lo que no se supera la capacidad hidráulica de la que dispone. No obstante, hay algunas deficiencias en la concepción de las instalaciones que disminuyen la capacidad de rendimiento de algunos de los procesos. Hay una falta de un reparto hidráulico adecuado a la entrada de los decantadores primarios, de las balsas biológicas y de los decantadores secundarios. 3La estación se encuentra al límite de su capacidad en cuanto al proceso de las cargas contaminantes si se tiene presente que: a. En este estudio no se han contabilizado los retornos internos de la EDAR y que incrementarían las cargas de contaminantes que se han tenido en cuenta. b. Los equipos de aporte de aire en los reactores biológicos han superado su vida útil por lo que su capacidad y su fiabilidad es limitada. c. La tipología de los decantadores secundarios (gravedad) es inadecuada en relación al tamaño del mismo (convendría utilizar clarificadores con succión)) lo que impide mantener concentraciones de biomasa elevadas en los reactores (MLSS). d. La asimetría de las tuberías de extracción de fangos de los decantadores secundarios, frente al bombeo de recirculación, prioriza el funcionamiento de dos unidades en detrimento de la tercera (la más alejada del bombeo). 4Con las cargas medias reales estudiadas, se puede asegurar que la EDAR cumple con la Directiva 91/271 CEE en cuanto a su rendimiento. 5Con las cargas máximas no se puede asegurar que la EDAR cumpla con esta normativa y necesitaría recurrir al tratamiento terciario realizado por BALTEN para que cumplir los requisitos de calidad. 6No se aconseja aumentar el caudal de entrada de estas instalaciones porque con la capacidad de depuración de la EDAR existe el riesgo de incumplir la Directiva mencionada incluso en las condiciones de cargas medias actuales. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 42 7.2 Funcionamiento de la EPBAR Los Llanos Destino del agua pretratada La EPBAR Los Llanos fue diseñada para realizar un pretratamiento de las AARR para luego bombearlas a la EDAR donde completarían el resto de etapas de la depuración. El mal funcionamiento de la EDAR, descrito arriba, ha hecho que, en muchas ocasiones, la estación depuradora Buenos Aires no pueda aceptar los caudales provenientes de la EPBAR. Esto se ve reflejado en los caudales de salida de la EPBAR puesto que, la mayor parte de los caudales deberían ser bombeados a la EDAR y una pequeña minoría se bombearían al emisario (uso excepcional en caso de aumento inesperado de caudales debido, por ejemplo, a grandes lluvias). En la realidad, ocurre lo contrario. En las siguientes gráficas se pueden observar los caudales de entrada a la EPBAR y la proporción que se bombea al emisario o a la EDAR. Las figuras son de elaboración propia, utilizando una base de datos de los caudales diarios entre 2004 y 2007 (Figura 7-1 y Figura 7-2). Estos caudales son de los años 2004, 2005, 2006 y 2007 porque son los años de los que se disponía la información completa. Teniendo en cuenta la totalidad de la documentación estudiada para comprender el caso, es correcto suponer que las conclusiones del mal funcionamiento de la EDAR extraídas del estudio anterior (año 2015), son extrapolables a los años 2004 a 2007: si se miran las características de los caudales de entrada de la EDAR desde los primeros años de funcionamiento, ya se pueden ver las discrepancias comentadas arriba entre los caudales y las cargas de contaminante utilizadas para el diseño de la estación y los valores reales. En la EDAR Buenos Aires, la cantidad de agua de entrada siempre ha sido inferior a la prevista y las cargas de contaminantes siempre han sido muy superiores a las previstas en el diseño. Figura 7-1: caudales anuales de entrada y salida de la EPBAR Los Llanos entre 2004 y 2007 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 43 Figura 7-2: caudales diarios de entrada y salida de la EPBAR Los Llanos entre 2004 y 2007 Como se puede observar, la cantidad de agua bombeada a la EDAR es mínima y la mayor parte del efluente se bombea al emisario cuando debería ser al revés. A partir del año 2006 se dejan de bombear AARR pretratadas a la EDAR y pasa a bombearse la totalidad del agua pretratada directamente al emisario submarino. El funcionamiento de la EPBAR no es el que se había pensado en el momento del diseño del sistema. Dificultades para calcular los porcentajes de reducción de los contaminantes Según la autorización del emisario, para poder verter agua pretratada a través del mismo, ésta debe haber recibido las siguientes reducciones de contaminantes: - 20% de los SS - 10% de la DBO - 10% de E. coli Para saber si se cumple la normativa y para saber si la estación funciona correctamente, resultaría interesante conocer mejor las características del influente y del efluente para saber cuáles son las propiedades del agua antes y después de su paso por las distintas etapas del pretratamiento. Se han realizado muchos análisis del agua residual de esta estación tomando muestras del agua de entrada y del agua de salida. En la mayoría de ocasiones, al estudiar estas muestras, las conclusiones que se pueden sacar sobre la calidad del pretratamiento son problemáticas ya que, muchas veces, los porcentajes de reducción son negativos y no positivos, como cabría esperar (es decir, los niveles de contaminación aumentarían al pasar por la EPBAR). En la siguiente tabla se presentan los resultados de los muestreos mensuales más recientes disponibles del agua de entrada (muestra tomada en un pozo de registro justo a la entrada del pretratamiento) y de salida (en un pozo de compensación a unos 200 m de la salida del bombeo) en la EPBAR Los Llanos (año 2015): Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 44 ENTRADA EPBAR SALIDA EPBAR Fecha muestras SS (mg/L) DBO5 (mg O2/L) E.coli (ufc/100mL) SS (mg/L) DBO5 (mg O2/L) E.coli (ufc/100mL) 15/01/15 400 660 2,6 · 104 452 720 2,7 · 104 10/02/15 347 620 4,8 · 107 367 780 5,9 · 107 09/03/15 772 660 8,8 · 106 471 620 1,0 · 107 06/04/15 820 680 2,9 · 107 704 750 2,2 · 107 07/05/15 365 700 4,4 · 107 475 780 4,2 · 107 09/06/15 648 720 3,1 · 107 671 600 3,8 · 107 08/07/15 460 620 1,4 · 108 282 520 8,9 · 107 05/08/15 427 640 7,8 · 107 365 560 8,1 · 107 07/09/15 506 540 2,2 · 107 718 580 2,1 · 107 07/10/15 550 800 2,1 · 10 7 479 740 2,3 · 107 11/11/15 519 760 3,0 · 107 658 750 5,0 · 107 10/12/15 433 740 3,5 · 107 290 620 3,9 · 107 MEDIA 521 678 4,1 · 107 494 668 4,0 · 107 Tabla 7-7: Resultados de los análisis de distintos parámetros de calidad de agua para muestras del agua de entrada y salida de la EPBAR Los Llanos (año 2015) Con los valores medios se obtienen los siguientes porcentajes de reducción: - SS: 5,04 % - DBO5: 1,47 % - E. coli: 2,63 % Estos valores son anormalmente bajos para el tipo de tratamiento efectuado. La dificultad de cuantificar la reducción de contaminantes que realiza la EPBAR se ha repetido continuamente en los últimos años y en ningún estudio (que se haya podido consultar durante el trascurso de este estudio) han podido calcularse correctamente. En julio del 2015, se realiza un estudio [27] para explicar este problema: Entre el punto de muestro de aguas brutas a la entrada de la estación y el punto de muestreo a la salida, hay varios volúmenes que afectan al comportamiento de las concentraciones: - Las distintas etapas del pretratamiento tienen lugar en un volumen de unos 100 m3 y se puede considerar que el régimen hidráulico dentro del mismo es de mezcla completa 19 . - El depósito de aspiración de las bombas tiene un voúlmen útil de unos 250 m3 y puede considerarse como un tanque de mezcla completa. - El tramo de unos 200 m desde la sala de bombas hasta el pozo de equilibrio donde se toman las muestras del efluente de la EPBAR, suponen un volumen adicional de otros 150 m3 y se puede considerar como un volumen de flujo pistón 20 . 19 Tanque de mezcla completa: https://sites.google.com/site/bioingenieriauv15/unidad-2-biorreactores-y-suaplicacion/2-2-reactor-de-flujo-de-mezcla-completa-rfmc 20 Volumen de flujo pistón: https://sites.google.com/site/bioingenieriauv15/unidad-2-biorreactores-y-suaplicacion/2-3-reactor-de-flujo-piston Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 45 Un flujo pistón puro sólo introduce un retardo en el perfil de concentraciones, no las altera, por lo que se estudia solo el efecto de los volúmenes del pretratamiento y del depósito de aspiración de las bombas. En un tanque de mezcla completa, el balance de masa para una sustancia determinada conduce a la siguiente ecuación diferencial lineal: 𝑑𝐶(𝑡)= − 𝑄(𝑡)· (𝐶(𝑡)− 𝐶1(𝑡)) 𝑉𝑑𝑡 Donde: 𝑄(𝑡) = Caudal, se considera igual el caudal de entrada que el de salida 𝐶1(𝑡) = Concentración de la sustancia en el agua de entrada en el tanque 𝐶(𝑡) = Concentración de la sustancia en el tanque, igual a la concentración del agua de salida 𝑉 = Volumen del tanque Para resolver esta EDO, se considera una concentración y un caudal de entrada con comportamiento de rampa descendiente de una hora de duración y que supongan una reducción del 33% de los valores iniciales. Como datos de inicio de la rampa se ha considerado: Q = 1500 m3/h y C = 1200 mg/L. Las ecuaciones se integran numéricamente con un paso temporal de un minuto para construir las gráficas siguientes (expresadas en minutos): Figura 7-3: concentración entrada pretratamiento y salida del bombeo con entrada en rampa negativa (-33% en 1h) [27] En la Figura 7-3, se puede ver cómo la concentración de salida del bombeo presenta un retraso respecto a la concentración de entrada al pretratamiento. Esto, afectará necesariamente al muestreo. Figura 7-4 : porcentaje de variación entre entrada y salida del bombeo con entrada en rampa negativa (-33% en 1h) [27] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 46 En la Figura 7-4, se representa la forma que tiene esta variación entre la concentración de entrada y salida (debida al retraso visto arriba) y cómo afecta a esta discrepancia añadir un desfase entre la recogida de la muestra en la entrada y la salida. Las discrepancias llegan a un máximo de 12,7% en caso de que los muestreos sean simultáneos. Las discrepancias se mantienen en un orden del 10% si se desfasan un tiempo del orden del TRH del pretratamiento y del bombeo (10-15 min). Si se muestrea el efluente tal y como se ha estado haciendo estos años, aguas abajo del bombeo, las muestras puntuales tomadas introducen errores excesivos (incluso si se espera entre la toma de muestra de entrada y salida un tiempo igual al TRH del sistema). En conclusión, hay una gran dificultad para realizar el cálculo de los porcentajes de reducción, (que deberían ser del orden del 10 - 20 % según la normativa) realizando un muestreo puntual de las aguas brutas y las aguas pretratadas, debido al desfase existente entre las concentraciones de entrada y salida de la estación. Además, añade que, en el tanque de aspiración, en momentos de caudal bajo, se puede producir una cierta sedimentación de partículas que, cuando se vuelven a poner en marcha las bombas, hace que la concentración de contaminantes sea artificialmente alta. Se diseñó y se llevó a cabo un nuevo protocolo de muestreo teniendo presentes las conclusiones de este estudio, pero, de nuevo, los análisis no permitían sacar conclusiones robustas. Los caudales con los que trabaja la EPBAR son bastante irregulares a lo largo del día (comprensible tratándose de AARR domésticas). Las bombas se van parando y volviendo a poner en marcha. En una de las campañas de muestreo, se recogen los caudales a cada hora durante 10 días y se presentan en el estudio en forma de tabla [28]. Con esta información, se ha elaborado la siguiente gráfica: Figura 7-5: Caudales diarios de la EPBAR Los Llanos por horas (entre 08/03/2016 y 18/03/2016) Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 47 No obstante, se observa en esta gráfica que los caudales se mantienen bastante constantes entre las 13:00 y las 22:00, pero los muestreos suelen hacerse por la mañana (entre las 8:00 y las 11:00). ¿Si se hiciera un muestreo en estas horas del día (entre las 13:00 y las 22:00) con un desfase temporal igual al TRH, entre la toma de la muestra de la entrada y la toma de la muestra de la salida del pretratamiento, se podrían obtener mejores resultados? ¿Se podría evitar de esta manera el problema del aumento artificial de los indicadores debido al arrastre de los sedimentos acumulados en el tanque de aspiración? 7.3 Diagnóstico de la situación En el Apartado 7.1 se ha podido analizar el funcionamiento de la EDAR y se ha comprobado que esta planta tiene varios problemas de diseño. Aunque existen pequeñas modificaciones que se deberían tener en cuenta para la mejora del sistema (como renovar los difusores de aire o modificar las tuberías de extracción de fangos) que son cambios menos sustanciales, igualmente importantes, la magnitud del problema radica en los errores en la concepción de esta estación. Las concentraciones de contaminantes de diseño que se tuvieron presentes en el proyecto ejecutado son muy inferiores (del orden de 2,5 veces inferiores) a las cargas de contaminantes reales de las AARR de la ciudad. Además, los caudales generados por el municipio al que da servicio esta estación son muy inferiores a los que se tuvieron en cuenta para su construcción. Por otro lado, la estación de Los Llanos se construyó vinculada a la EDAR para realizar un pretratamiento: para que el sistema funcione correctamente, la EPBAR tiene que poder enviar el agua pretratada a la EDAR. No obstante, esta última, al estar funcionando al límite de su capacidad, lleva años sin poder aceptar estos caudales. Por este motivo, la EPBAR bombea la totalidad de los caudales de agua pretratada al emisario submarino. La autorización de vertido del emisario exige unos porcentajes de reducción de contaminantes que no se han podido verificar nunca: el análisis de las muestras puntuales de las aguas brutas y de las aguas pretratadas no permiten sacar conclusiones fiables. Sea como fuere, los vertidos del emisario incumplen las normativas vigentes sobre vertidos de AARR domésticas ya que, únicamente con un pretratamiento, no se pueden garantizar unas reducciones de las concentraciones de contaminantes según la Directiva 91/271 CEE (Tabla II-1 del Anexo II). Como esta situación es inevitable porque la EDAR funciona al límite de sus capacidades, se redacta una autorización especial en el año 2019 (2018/15475; VM-089) para este vertido mientras no se amplíe la capacidad de la EDAR Buenos Aires. Si se observa el sistema desde fuera, sin entrar a analizar lo que está ocurriendo, puede parecer que la estación que está funcionando mal es la EPBAR Los Llanos ya que es la Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 48 que está realizado un vertido más peligroso al medio ambiente. Por ejemplo, la Unión Europea dispone de una plataforma online donde se puede conocer de forma sencilla y rápida el funcionamiento de las estaciones de depuración de AARR europeas (European Comission urban waste water website). En esta página web 21 , en el caso de Santa Cruz de Tenerife, la estación que aparece como “not compliant” es decir, que no cumple las normativas, es la EPBAR de Los Llanos. Como se acaba de comentar, es verdad la estación que no está cumpliendo las normativas es la EPBAR (vertidos del emisario), pero, en realidad, en la estación en la que se debe poner el foco porque no está bien diseñada es la EDAR. Las especialistas llevan años viendo esta situación con preocupación. Por este motivo, se han presentado proyectos de mejora y ampliación de la EDAR que se analizarán en el siguiente apartado. 21 Enlace: https://uwwtd.eu/Spain/agglomeration/es5380380130726/2016#msg-2 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 49 Proyecto de ampliación y mejora En el apartado anterior se ha analizado cuáles son las deficiencias del tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Santa Cruz de Tenerife. Como se ha visto, el sistema lleva presentando deficiencias desde hace años. Desde su construcción en los años setenta, se han realizado dos obras de mejora de los tratamientos de las plantas (en los años 1995 y 2000) para adecuarlas, en su justa medida, a la actualización de las normativas, para renovar algunos equipos que se habían deteriorado o para hacer algunas modificaciones puntuales de los tratamientos (detallado en el apartado 6.1). Ninguna de estas obras permitió ampliar la capacidad de tratamiento de la EDAR para adaptarla a las cargas de contaminantes elevadas que recibe y que no se tuvieron presentes en el diseño inicial. En los últimos treinta años, los proyectos de remodelación para aumentar la capacidad de la EDAR (que, como se ha visto, está funcionando al límite de su capacidad desde hace años) se han quedado siempre en papel mojado debido a la falta de financiación. En junio del 2015, se redacta un nuevo proyecto de remodelación y ampliación de la EDAR de Buenos Aires que, finalmente, sale adelante. Dispone de un presupuesto base de licitación de 32.488.000 € Según el diario El Día 22 las obras de este proyecto debían comenzar en marzo del 2020 y estaba previsto que duraran 24 meses más 6 de prueba. Pero, según una noticia del Diario de Avisos 23 , el estallido de la pandemia del Covid-19 paralizó las obras unos meses entre febrero y junio del 2020. En este apartado se detallarán las obras de ampliación y mejora, se describirán las alternativas propuestas y se presentará la opción finalmente adoptada. 22 Acceso a la noticia de El Día: https://www.eldia.es/santa-cruz-de-tenerife/2020/03/11/ampliacion-depuradorasanta-cruz-comenzara-22444602.html 23 Acceso a la noticia de Diario de Avisos: https://diariodeavisos.elespanol.com/2020/07/santa-cruz-urge-alcabildo-para-que-la-obra-de-la-depuradora-se-declare-de-interes-supramunicipal/ Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 56 Tratamiento secundario: modificaciones del sistema existente (25.000 m3/día) La calidad del agua de salida de este tratamiento debe cumplir la Directiva 91/271 CEE, que limita las concentraciones: DQO < 125 mg/L DBO5 < 25 mg/L SS < 35 mg/L Alternativa 1: mantener la instalación de tratamiento biológico actual <3 En esta primera alternativa, se considera mantener el tratamiento biológico existente, pero adoptar algunos cambios para que su efluente cumpla con los niveles de calidad exigidos. Se tendrían unas balsas biológicas con un volumen total de 12.960 m3 distribuido en tres líneas con aeración por turbinas. Considerando las cargas y los caudales de entrada, y trabajando con 0,33 kg DBO5·kg MLSS-1·día-1, con una concentración en la cuba de 3,0 kg/m3, se tendría una edad del fango de 5,26 días (a 24ºC). Utilizando la normativa alemana (ATV) A 131, se determina que se necesita una edad del fango de, como mínimo, 2,9 días a 24ºC, para garantizar el proceso de nitrificación-desnitrificación. Esto no es obligatorio, pero sí es recomendable para la reutilización posterior de esta agua depurada. Según esta normativa, con el diseño propuesto, se garantizaría nitrificacióndesnitrificación. Con el diseño existente de las balsas, para configurar una posible zona anóxica 28 , se deja una de las celdas de entrada sin que la turbina de esa celda funcione. La aeración del resto de celdas se realiza por medio de 18 turbinas de 42 kW de potencia unitaria. De acuerdo con el dimensionamiento propuesto para esta alternativa, la eliminación de la DBO5 soluble es aceptable pero la concentración DBO5 particulada será alta (como lo es en la actualidad). Con la zona anóxica propuesta (del 16,71%), la desnitrificación será incompleta lo que puede acarrear problemas de desnitrificación espontánea descontrolada en los decantadores secundarios (que implica una subida a la superficie de los lodos). 28 Se denomina agua anóxica (o zona anóxica) a aquella en la cual el oxígeno disuelto (OD) está agotado. [https://es.wikipedia.org/wiki/Aguas_an%C3%B3xicas] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 57 Volumen total por línea (m3) 4.320 Número de líneas 3 Altura del agua (m) 3,2 Volumen total 12.960 Fracción de anoxia 16,71% Tabla 8-1: distribución de los reactores biológicos convencionales ALTERNATIVA 1 [22] Si se funciona con tres decantadores secundarios (2+1), la velocidad ascensional a caudal medio es de 0,21 m/hora y la máxima de 0,44 m/hora. Si uno de los tres clarificadores quedara fuera de servicio, y se trabajara solo con un decantador (1+1), las velocidades serian de 0,31 m/hora y 0,66 m/hora respectivamente. Son velocidades muy bajas que pueden paliar el funcionamiento de las balsas biológicas. Alternativa 2: construir una nueva instalación para el tratamiento biológico Esta alternativa contempla la posibilidad de construir un nuevo tratamiento de reactores. Para ello, se eliminaría uno de los tres clarificadores. Si se considera una carga másica de 0,444 kg DBO5 · kg MLSS-1· día-1 y una concentración en la cuba de 3,16 kg/m3, se obtiene una edad del fango de 3,58 días a 24ºC. Según la normativa alemana, la edad del fango necesaria para garantizar nitrificacióndesnitrificación es de 2,9 días por lo que con este diseño se garantiza nitrificacióndesnitrificación. Las distribuciones de los reactores son: Volumen total por línea (m3) 4.596 Número de líneas 2 Volumen total zona óxica (m3) 6.336 Volumen total zona anóxica (m3) 2.856 Volumen total (m3) 9.192 Fracción de anoxia 31,1% Tabla 8-2: distribución de los reactores biológicos ALTERNATIVA 2 [22] El oxígeno se distribuiría mediante 1.530 difusores por línea con dos soplantes (+1 de reserva compartido con el MBR), con caudal de 6.300 m3/hora. La sala de soplantes se compartiría con la del MBR y estaría aislada e insonorizada. Se requiere una concentración de 3,16 g/L en el licor mezcla de los reactores. Para ello, se recirculan los fangos desde los decantadores secundarios utilizando bombas de caudal unitario 750 m3/hora (144% del caudal de entrada). Se necesita también hacer una recirculación interna en los clarificadores para la desnitrificación utilizando 2+1 bombas sumergibles de 1.950 m3/hora (374% del caudal de entrada). Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 58 Se instalan 1+1 bombas para el bombeo de lodos a la instalación de espesamiento mecánico. En esta alternativa se dispondría entonces de dos clarificadores funcionando con una velocidad ascensional a caudal medio de 0,31 m/hora y a caudal máximo de 0,66 m/hora. Si uno de los dos quedara fuera de servicio las velocidades ascensionales serían: a caudal medio 0,62 m/hora y 1,32 m/hora respectivamente. Estas condiciones son satisfactorias y, con un tratamiento biológico en los reactores que funcione correctamente, se pueden asegurar las calidades mínimas exigidas. Discusión y justificación de la alternativa adoptada En la primera alternativa resulta difícil asegurar que se pueden cumplir los requisitos de calidad exigidos en la Directiva mencionada. Aunque las obras a realizar serían menos complejas y, por lo tanto, más baratas, se debe tener en cuenta también que esta primera alternativa saldría más cara energéticamente (se necesitan 630 kW para la aeración cuando en la alternativa 2 se necesitan 320 kW). Se adopta la alternativa 2 para el tratamiento biológico convencional. En la , los reactores biológicos nuevos están marcados: _X_. Adicionalmente, los reactores biológicos antiguos se mantienen para utilizarlos como tanques de tormentas. Tratamiento secundario: MBR (30.000 m3/día) El sistema MBR (membrane biorreactor) es un tipo de tratamiento que, de forma simplificada consiste en: un reactor biológico por fangos activados (que podría ser igual al convencional) pero, en lugar de separar los flóculos del agua depurada por sedimentación, se separan gracias a una filtración por membrana. Una membrana es un material que permite el paso de ciertos elementos físicos o químicos más fácilmente que otros. Se denomina permeado a los elementos a los que se permite el paso a través de la membrana y retenido o concentrado al que se rechaza el paso. Figura 8-4: Esquema del funcionamiento de una membrana Además, otra característica ventajosa de este sistema es que, la biomasa retenida en la membrana está mucho más concentrada y requiere menos tratamientos posteriores de espesado y secado de fangos. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 59 Figura 8-5: Comparación entre un sistema de tratamiento por fangos activados convencional y MBR [29] Todas estas características permiten que la calidad del efluente sea mucho mayor a la del efluente del tratamiento convencional y, además, que el espacio necesario para el tratamiento secundario se reduzca considerablemente. [30] Para la EDAR de Buenos Aires, esta tecnología ofrece grandes beneficios para obtener los 30.000 m3/día de agua con calidad 2.1 del RD 1620/2007. Para su construcción, se propone realizar las siguientes obras: - K_: nueva arqueta de distribución a las dos líneas (MBR y convencional). - L_: tubería de distribución equipada con una compuerta reguladora y un caudalímetro para mantener el caudal de entrada al MBR constante. - M_: tamizado de ultrafinos (paso de 1mm) - N_: nuevo reactor biológico con la siguiente distribución Volumen total por línea (m3) 5.491 Número de líneas 2 Volumen total zona óxica (m3) 7.526 Volumen total zona anoxia (m3) 3.456 Volumen total (m3) 10.982 Fracción de anoxia 31,47% Tabla 8-3: distribución reactores biológicos del tratamiento con MBR Con estas características del reactor biológico de esta línea de depuración, y con una concentración de 7,5 g/L, la edad del fango será de 11 días a 24ºC según la normativa alemana A-131. Para garantizar las altas concentraciones (MLSS) del licor mezcla, se planifica hacer una recirculación del 400% de los fangos desde las membranas (_P_) por medio de dos bombas (+1 en reserva) con un caudal unitario de 1.250 m3/hora. - O_: construcción de un nuevo edificio para aire de las líneas de MBR y de tratamiento convencional. En el reactor del MBR se distribuirá el oxígeno para las reacciones de oxidación utilizando difusores de burbuja fina. Se han propuesto poner 2.160 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 60 difusores por línea con 4 soplantes (+1 en reserva) con caudales unitarios de 6.300 m3/hora. - P_: construcción nuevo edificio para la ultrafiltración con membranas. Se dispondrá de cinco trenes de membranas, cada uno compuesto por seis casetes y 48 módulos de filtración por casete. El agua tratada se extraerá mediante succión con la ayuda de bombas una por tren +1 de reserva, es decir, 6 bombas (caudal unitario 410 m3/hora). Para la limpieza de las membranas se realizará un retrolavado de corta duración (se invierte el sentido del flujo para forzar el paso del agua filtrada por las membranas y así limpiarlas) utilizando bombas centrífugas. También se lavarán con aire regularmente ya que es un procedimiento corto que se pude hacer con regularidad. Por otro lado, mensualmente, se realizará una operación de lavado químico con ácido cítrico e hipoclorito sódico (se han previsto los dosificadores). A la salida del tratamiento con membranas, se pone un sistema de desinfección por luz UV 29 en tubería dispuesto en cinco líneas con un caudal máximo por línea de 410 m3/hora. Se añade también un depósito de agua ultrafiltrada de 263 m3. - Distribución del efluente a través de dos colectores: Q_: enviando el agua tratada al depósito de agua reutilizada (BALTÉN) R _: o bien, a los depósitos de agua filtrada del tratamiento terciario de la EDAR para el riego de parques y jardines de la ciudad. Figura 8-6: plano del proyecto de remodelación y ampliación de la EDAR Buenos Aires [22] 29 El tratamiento UVA se podría considerar tratamiento terciario. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 61 Esquemas resumen Junto con los planos de la memoria de este anteproyecto, se presentan dos esquemas de funcionamiento (actual y propuesto) de la EDAR que ayudan a comprender mejor los cambios propuestos. Escenario actual Figura 8-7: esquema de funcionamiento actual de la EDAR [22] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 62 Escenario propuesto por el anteproyecto de remodelación y ampliación Figura 8-8: esquema de funcionamiento de la EDAR remodelada según el anteproyecto [22] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 63 Planificación temporal Se inició el trabajo en el mes de febrero de 2021. La primera tarea era definir el tema, la estructura y el alcance del trabajo. Después, se especificaron el resto de tareas a realizar y se calculó aproximadamente cuánto tiempo se iba a necesitar para completar cada una. Con esta información, se pudo completar el diagrama de Gantt presentado en la Tabla 9-1. Este tipo de diagramas permiten hacer una previsión y facilitan el acceso a la siguiente información: - Las distintas tareas que se deben realizar - La fecha de inicio y fin de cada tarea. - La duración estimada de cada tarea. - El solapamiento de distintas tareas y la duración de dicho solapamiento. - La fecha de inicio y la fecha final del proyecto. En la columna izquierda, se presentan las tareas a realizar. Se ha decidido utilizar una unidad de tiempo de semanas. Se han ordenado las tareas de manera a responder, en orden, a las preguntas: ¿Qué hay en las plantas de depuración? ¿Cómo funcionan? ¿Qué se está haciendo para mejorar el sistema? La presente memoria se ha ido redactando a medida que se ha completado el trabajo. En el diagrama también se han marcado las evaluaciones y las fechas de entrega. Tabla 9-1: Diagrama de Gantt de la previsión temporal del proyecto Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 64 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 65 Estudio ambiental Durante todo el trabajo, el impacto ambiental ha sido una pieza fundamental para el análisis y el estudio del caso. La depuración de aguas residuales urbanas radica, en sí, en una necesidad de cuidar el medio ambiente para evitar los vertidos de aguas brutas a medios que necesitan una salud ecológica para su supervivencia. Además, en el caso de Canarias, y de Tenerife en particular, se han sobreexplotado los recursos naturales de agua dulce (aguas subterráneas) y la instalación de sistemas de regeneración o desalación de agua son vitales para recuperar la buena salud ambiental de los acuíferos. Santa Cruz de Tenerife es la ciudad más poblada de la isla y, por ende, la que debe tratar más aguas residuales domésticas. Aunque la construcción del sistema de depuración en los años setenta es una buena iniciativa y muestra un claro compromiso medioambiental, el diseño de la principal estación fue erróneo. Esto ha llevado a realizar un vertido constante de aguas pretratadas, que no cumple con la normativa de vertidos, a través del emisario submarino de la estación de Los Llanos. En el Plan Hidrológico de Tenerife presentado en el apartado 4.2 de este estudio, se hace una buena explicación de cuáles son las consecuencias de realizar este tipo de vertidos: “Las fuentes puntuales de contaminación, es decir, los vertidos que se realizan directamente en las propias masas de agua costeras, ejercen una presión inmediata sobre el medio acuático […] La liberación al medio de aguas residuales de origen urbano es un factor de disminución potencial de la calidad del agua y, por lo tanto, de deterioro de las masas costeras. […] De manera simplificada puede señalarse que los vertidos urbanos incorporan principalmente materia orgánica y detergentes, además de una gran variedad de microorganismos (bacterias, hongos, larvas, etc.) derivados de las actividades antrópicas. Entre las incidencias más significativas que este tipo de vertidos genera sobre el medio receptor cabe destacar el enriquecimiento en los niveles de carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P) que experimentan los sedimentos situados en la zona de influencia de la pluma de dispersión, con estímulo de la actividad microbiana y de invertebrados y el consiguiente incremento de la demanda de oxígeno, lo que comporta en último término cambios en la estructura de las comunidades biológicas. A ello se une los efectos derivados de la presencia de detergentes, con incidencia sobre los organismos debido al ataque que experimenta la doble capa lipídica de las membranas celulares, o aquellos otros asociados a la generación de espumas, con formación de una película en superficie, más o menos impermeable, que imposibilita la penetración del oxígeno atmosférico al agua.” [10] Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 72 las cámaras de aspiración cuando las bombas están paradas, también puede confundir los resultados porque, cuando arranca el bombeo, las concentraciones de sólidos aparecen más elevadas de lo que son en realidad debido al arrastre de partículas. Si se observa el sistema desde fuera, sin entrar a analizar lo que está ocurriendo, puede parecer que la estación que está funcionando mal es la EPBAR Los Llanos ya que es la que está realizado un vertido más peligroso al medio ambiente. Por ejemplo, la Unión Europea dispone de una plataforma online donde se puede conocer de forma sencilla y rápida el funcionamiento de las estaciones de depuración de AARR europeas (European Comission urban waste water website). En esta página web 30 , en el caso de Santa Cruz de Tenerife, la estación que aparece como “not compliant” es decir, que no cumple las normativas, es la EPBAR de Los Llanos. Como se acaba de comentar, es verdad la estación que no está cumpliendo las normativas es la EPBAR (vertidos del emisario), pero, en realidad, en la estación en la que se debe poner el foco porque no está bien diseñada es la EDAR. ¿Qué propuestas de mejora se han presentado? En el año 2015, se presenta un proyecto de mejora y ampliación de la EDAR en el que se prevén modificaciones en la EPBAR para mejorar el pretratamiento, una renovación de las tuberías que conectan Los Llanos con Buenos Aires, y una ampliación de la capacidad de la EDAR. En esta última se modifica el tratamiento secundario construyendo un tratamiento con biorreactores de membrana (de 30.000 m3/día) y se remodela el tratamiento secundario convencional (de 25.000 m3/día). El proyecto de ampliación y remodelación de las estaciones depuradoras parece ofrecer buenas soluciones a la problemática del sistema: En el caso de las obras propuestas para la EPBAR, las mejoras parecen ser muy convenientes ya que se renuevan equipos que estaban deteriorados, se flexibiliza el bombeo y se modifican los caudales de entrada aprovechando las distintas cotas de llegada. De esta manera, se conseguirá mejorar los rendimientos de la planta a la vez que se reduce el consumo energético. En el caso de la EDAR, se solucionan los problemas que entorpecían el funcionamiento correcto de la planta modificando el pretratamiento y solventado los fallos del tratamiento secundario. No obstante, en el estudio sobre la capacidad de la EDAR, se mencionaba que el tratamiento primario necesitaba un sistema de distribución hidráulico a la entrada de los decantadores. Esto no se ha tenido presente en este nuevo diseño. Los grandes esfuerzos dedicados a paliar los efectos de la alimentación irregular de los decantadores primarios pueden persistir tras las obras. El proyecto de ampliación se puso en marcha en febrero/marzo de 2020 con un presupuesto de licitación final de unos 20 millones de euros. Está previsto que las obras duren 30 meses, aunque debido a la pandemia de Covid-19, se retrasaron las obras unos meses. 30 Enlace: https://uwwtd.eu/Spain/agglomeration/es5380380130726/2016#msg-2 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 73 Las carencias que ha presentado el sistema en los últimos años tienen consecuencias graves sobre el medioambiente, ya que se han realizado vertidos de aguas que no cumplían con las normativas de la Unión Europea. Esto, además de degradar el ecosistema marino y la calidad ecológica del agua, tiene costes económicos. Por un lado, sanciones por incumplimiento de normativas europeas sobre vertidos. España ha llegado a ser multada por tribunales europeos por incumplimientos de estas normativas con 12 millones de euros en 2018 por casos similares en todo el territorio. En particular, el Ayuntamiento de Santa Cruz pagó 75.000 euros de multas por vertidos no autorizados. Por otro lado, la degradación de la calidad del agua costera puede tener un impacto muy negativo sobre el turismo, pilar fundamental para la economía de Canarias y de la ciudad. El turismo aportó casi 2.000 millones de euros a la ciudad en 2019. Afortunadamente, parece que el impacto medioambiental que provoca el vertido a través del emisario queda bastante reducido a la zona del vertido. Una vez finalizadas las obras se debería diseñar y financiar un proyecto de regeneración del ecosistema del medio marino afectado. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 74 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 75 Agradecimientos Quiero mostrar mi más sincero agradecimiento a mi director, Miguel A. Bretones, por la confianza y la oportunidad de trabajar con él durante estos meses. A mi ponente, Jordi Bou, por el tiempo dedicado. A mis padres, a mi hermana y a mis amigas por la paciencia y los cuidados. Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 76 Análisis y diagnóstico del sistema de tratamiento de aguas residuales de Santa Cruz de Tenerife 77 Bibliografía [1] Arnaldos, Josep, et al. Tecnologia del Medi Ambient i Sostenibilitat. Departament d'Enginyeria Química, Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona. Barcelona : s.n., 2013-2014. Transparències. [2] Comunidades Europeas. Directiva del Consejo, de 21 de mayo de 1991, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas. Diario Oficial Comunidades Europeas nº 135. [En línea] [Citado el: 25 de marzo de 2021.] pág. 40 a 52. https://www.boe.es/doue/1991/135/L00040-00052.pdf. DOUE-L-1991-80646. [3] Colaboladores de Wikipedia. Wikipedia, La enciclopedia libre. Coliformes totales/ Invasión de las islas Canarias/ Valor añadido bruto/ Sólidos en Suspensión/ Materia orgánica. 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