1. Aguas Residuales (AR)
Las aguas residuales son una combinación de líquidos o aguas portadoras de residuos, de composición variada, provenientes de diversas fuentes como residencias, comercios, industrias, actividades agrícolas, a las cuales pueden añadirse aguas subterráneas, superficiales y pluviales.(1)
Son consideradas contaminadas debido a la presencia de desechos orgánicos e inorgánicos resultantes de las actividades humanas y requieren de tratamientos para su disposición segura en cuerpos de agua o su reutilización. En consecuencia, la gestión adecuada de las aguas residuales es esencial para proteger el ambiente y la salud pública.(1)
La composición de las AR varía en función de los usos que se le dan al agua, lo que depende de las condiciones climáticas, sociales y económicas(2). En general las características fisicoquímicas y bacteriológicas de estas aguas son las siguientes:(3)
- Materia orgánica. Residuos vegetales, animales, grasas, aceites, entre otros.
- Sólidos. En suspensión (partículas grandes que no se disuelven, como arena o plásticos) o sólidos disueltos (sustancias que se disuelven en el agua, como metales pesados).
- Nutrientes. Nitrógeno y fósforo, que pueden causar eutrofización si no se eliminan adecuadamente.
- Gases. Metano, oxígeno, sulfuro, de hidrógeno, entre otros.
- Contaminantes prioritarios. Compuestos orgánicos tóxicos, metales pesados, entre otros.
- Patógenos. Bacterias, virus y otros, organismos que pueden causar enfermedades.
- pH. Tienden a la acidez o la neutralidad debido a la presencia de detergentes y otros productos químicos.
Es importante conocer las características del agua residual para:(3)
- Diseñar procesos de tratamiento adecuados y así eliminar los contaminantes y cumplir con las normativas ambientales
- Evaluar la calidad del agua tratada para asegurar que sea apta para su reutilización o vertido al ambiente
- Identificar los riesgos y tomar medidas de prevención y control que protejan la salud humana y al ambiente.
La selección del proceso de tratamiento de aguas residuales es una tarea compleja que involucra criterios técnico-económicos, contexto socioeconómico local y sostenibilidad de la propuesta, ya que se deben evaluar, entre otros, los siguientes factores:(2)
- requisitos para el tratamiento
- costos de implantación y operación
- minimización de la demanda energética y de insumos externos
- reducción la producción de residuos y recuperación de los subproductos generados (agua de reúso, lodo y biogás)
- Integración de la planta de tratamiento de AR a una comunidad y aceptación social
Los métodos de tratamiento contemplan operaciones y procesos unitarios, comose describen a continuación:(2)
Operaciones unitarias, se asocian a principios físicos. Son tratamientos primarios: desbaste, cribado, sedimentación primaria, flotación y filtración
Procesos unitarios, involucran reacciones químicas o biológicas. Incluyen:
- Tratamiento Primarios: coagulación-floculación,
- Tratamientos Secundarios: lodos activados, lechos percoladores, sedimentador secundario, digestión anaerobia, lagunas de estabilización
- Tratamientos Terciarios: nitrificación-denitrificación biológica, remoción de fósforo, filtración con arena y con carbón activado, desinfección, humedales artificiales (ver artículo en https://www.fii.gob.ve/humedales-construidos-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales/)
- Tratamientos Cuaternarios: ósmosis inversa, procesos avanzados de oxidación (ozonización u ozonización, catalítica, oxidación fotocatalítica, oxidación electroquímica y la radiación ionizante)
2. Radiación ionizante y tratamiento de aguas residuales
La radiación ionizante (ver artículo https://www.fii.gob.ve/introduccion-a-la-radiacion-y-su-aplicacion-en-la-vida-diaria/) se define como un tipo de energía liberada por los átomos en forma de ondas electromagnéticas (rayos gamma o rayos X) o partículas (alfa y beta o neutrones). Al interactuar con la materia, tiene suficiente energía para arrancar electrones de los átomos, generando iones y rompe los enlaces atómicos que mantienen unidas a las moléculas.(3)
En consecuencia, el agua residual (AR) puede descomponerse en presencia de la radiación ionizante a través de la radiólisis del agua. Al exponer el AR a radiación de alta energía, como rayos gamma, rayos X o haces de electrones, las moléculas de agua se ionizan y excitan formando especies químicas altamente reactivas como radicales libres, electrones hidratados e iones. Estas especies pueden interactuar con los contaminantes presentes en el AR (orgánicos o inorgánicos), y contribuir a su degradación o eliminación. De forma resumida, el proceso de radiólisis se puede representar(3) como lo indica la Figura 1.
Los radicales libres generados por efecto de la radiación ionizante, pueden oxidar y degradar compuestos orgánicos complejos, como pesticidas, fármacos y productos químicos industriales, transformándolos en compuestos menos tóxicos o en productos finales inofensivos. También puede reducir iones metálicos a formas metálicas o a estados de oxidación inferiores, facilitando su eliminación por métodos como la filtración. Además la radiólisis puede romper enlaces químicos en moléculas orgánicas complejas, haciéndolas más susceptibles a la biodegradación por bacterias.
El tratamiento de aguas residuales con radiación ionizante presenta algunas ventajas: puede tratar una amplia gama de contaminantes; genera menos subproductos tóxicos que otros métodos de tratamiento; y puede aplicarse directamente al agua residual, lo que reduce la necesidad de transportar residuos.
Sin embargo, entre las desventajas de su utilización podemos destacar: es una tecnología costosa, especialmente para grandes volúmenes de agua; la manipulación de fuentes de radiación requiere medidas de seguridad estrictas; el diseño y la operación de sistemas de irradiación pueden ser complejos y requieren de personal especializado.(4)
| donde, | OH−= ion hidróxido |
| H2O= molécula de agua | ·OH= radical oxidrilo o hidroxilo |
| eaq−= electrón acuoso | ·H= radical hidrógeno |
| H3O+= ión hidronio | H2= hidrógeno molecular |
| H2O2= peróxido de hidrógeno | ·HO2= radical hidroperoxidol |
Figura 1. Proceso de Radiólisis del Agua. Fuente (3)
3. Aplicación de la radiación ionizante en el tratamiento de AR
A continuación se mencionan algunos casos exitosos, en las que se aplicó la tecnología de la radiación en las aguas residuales.
a) India. Tratamiento de lodos de AR.(5)Sabharwal et al. (2005) del Centro de Investigación Atómica Bhabha (BARC) en asociación con Krishi Vigyana Kendram, llevaron realizaron de manera exitosa la higienización por radiación de lodos de aguas residuales municipales utilizando irradiador Gamma. La dosis de radiación absorbida fue de alrededor de 3 kGy eliminando el 99,99% de las bacterias patógenas. También observaron que en el proceso se produce estiércol de alto valor y fácil manejo. Por otro lado los residuos de los isótopos que utilizan radiación Gamma deben realizarse con cuidado
b) Brasil. Efluentes Industriales.(5) Duarte et al. (2002) irradiaron, en una planta piloto de haz de electrones (EB), elfuentes provenientes de un complejo industrial. Se utilizó un EB de 1,5 MeV de energía y 37 kW de potencia, que demostró ser eficiente para la oxidación de cloroformo, dicloroetano, metil isobutil cetona, tolueno, xileno y fenol. También obtuvieron que 20 kGy era una dosis de radiación óptima para reducir el 90% del compuesto orgánico presente en el agua residual industrial.
c) Portugal. AR de Mataderos.(5) Melo et al. (2008) realizaron un estudio preliminar sobre el uso de radiación gamma en aguas residuales de mataderos. Tras la irradiación a una dosis de 0,9 kGy observaron una disminución de la Demanda Química de Oxígeno(DQO), de la Demanda Bioquímica e Oxígeno (DBO) y del color del agua.
d) Corea del Sur. AR Municipales.(6) En la ciudad de Jeongeup, durante el período 2007 – 2011, en la planta de tratamiento de aguas residuales municipales instaló un EB móvil de 0,6 MeV de energía, y 20 kW de potencia, capaz de tratar 150 ton/día de efluente (Figura 2). Con el tratamiento se logró la desinfección de microorganismos patógenos, una reducción significativa de sustancias químicas orgánicas recalcitrantes y reducción de la toxicidad biológica. Además, se realizaron estudios relacionadas con: Descomposición radiolítica de sustancias químicas orgánicas recalcitrantes, Condiciones óptimas de irradiación, Mejora de la eficiencia de eliminación mediante captadores de radicales, Toxicidad biológica del subproducto tras la irradiación, Desinfección de diversos microorganismos patógenos.
Al realizar estas investigaciones se concluyó que: El tratamiento con radiación fue eficaz en la eliminación de compuestos orgánicos refractarios, como PPCP, EDC, carcinógenos y microorganismos patógenos. Además, la evaluación biológica de la toxicidad y la posibilidad de mutación de los compuestos obtenidos como subproductos resultó menos inocua que en otros procesos de tratamiento convencionales. También la aplicación de la radiación en el aguas residual evidenció ahorros de inversión y operación en PTAR
Figura 2. Unidad Móvil de Haz de Electrones empleada en el tratamiento de aguas residuales domésticas de Jeongeup (Corea ,2007-2011). Fuente (6)
4. BIBLIOGRAFÍA
1. J.Metcalf & Eddy, Inc., Tchobanoglous, G., Burton, F. L., & Stensel, H. D. (1996). Ingeniería de Aguas Residuales: Tratamiento, Vertido y reutilización. Volumen 1. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México
2. Carlos Augusto de Lemos, Chernicharo y Thiago Bressani Ribeiro (2023). Tratamiento de Aguas Residuales Municipales. Banco Intermaricano de Desarrollo. División de Agua y Saneamiento. En: https://publications.iadb.org/publications/spanish/document/Tratamiento-de-aguas-residuales-municipales.pdf
3. María Verónica Vogt. (2025). Introducción a las Aguas Residuales y su tratamiento. Radiación Ionizante y Plantas de Irradiación. Curso de Capacitación Regional Virtual sobre la Aplicación de la Radiación Ionizante para el Tratamiento de Agua y Aguas Residuales. Proyecto RLA 10-23 de la OIEA (ARCAL CXCI)
4. Le Caër, Sophie (2011). Radiólisis del agua: influencia de las superficies de óxido en la producción de H2 bajo radiación ionizante. Agua 3: 235-253. En: https://www.mdpi.com/2073-4441/3/1/235
5. Kaizar Hossain, Y. Avasn Maruthi, N. Lakshmana Das, K. P. Rawat y K. S. S. Sarma. (2018) Irradiation of wastewater with electron beam is a key to sustainable smart/green cities: a review. Applied Water Science 8:6. En: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s13201-018-0645-6.pdf?
6. Seungho Yu (2025). Application of Radiation Technology on Wastewater Treatment. Conferencia de Capacitación realizada en la Reunión Regional sobre Tratamiento Radiológico de Aguas contaminadas y residuales. Proyecto RLA 10-23 de la OIEA (ARCAL CXCI).
