PROCESOS BIOLOGICOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El proceso de tratamiento biológico consiste en el control del medio ambiente de los microorganismos de modo que se consigan condiciones de crecimiento óptimas.

Las principales aplicaciones de estos procesos son: la eliminación de la materia orgánica carbonosa del agua residual, medida como DBO, COT o DQO; la nitrificación; la denitrificación; la eliminación de fósforo; y la estabilización de fangos.

Los principales procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual se dividen en cinco grandes grupos:

• Procesos aerobios: procesos de fangos activados, lagunas aireadas, digestión aerobia, filtros percoladores, filtros de desbaste, sistemas biológicos rotativos de contacto o biodiscos (RBC).

• Procesos anóxicos: Desnitrificación con cultivo en suspensión, y la desnitrificación de película fija.

• Procesos anaerobios: Digestión anaerobia, proceso anaerobio de contacto (UASB), filtro anaerobio, y lecho expandido.

• Procesos anaerobios, anóxicos o aerobios combinados: Proceso de una o varias etapas.

• Procesos en estanques o lagunajes: Lagunas aerobias, lagunas facultativas, lagunas anaerobias y lagunas de maduración o terciarias.

PROCESOS DE FANGOS ACTIVADOS:

En este proceso se produce una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un residuo por vía aerobia.

En el tratamiento biológico de aguas residuales mediante el proceso de fangos activados el residuo orgánico se introduce en un reactor, donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de licor mezclado. En el reactor, el cultivo bacteriano lleva a cabo la conversión en concordancia general con la estequiometría de las ecuaciones de "oxidación y síntesis" y "respiración endógena". (En dichas ecuaciones, COHNS representa la materia orgánica del agua residual.)

En este proceso las bacterias son los microorganismos más impor tantes, ya que son los causantes de la descomposición de la materia orgánica del afluente; aunque también intervienen otros microorganismos como los protozoos y rotíferos que ejercen una acción de refino de los efluentes.

LAGUNAS AIREADAS:

Las lagunas aireadas, se desarrollaron a partir de lagunas de estabilización facultativas, en las que se instalaron aireadores de superficie para eliminar los olores que se producían al estar sometidos a sobrecargas orgánicas.

Este proceso es esencialmente el mismo que el de fangos activados de aireación prolongada convencional, excepto que se usa como reactor un depósito excavado en el terreno y el oxígeno se suministra mediante difusores o aireadores superficiales. La microbiología es similar a la de fangos activados. En estas lagunas es posible llevar a cabo el proceso de nitrificación, tanto de forma estacional como continua; y el grado de nitrificación depende del diseño y funcionamiento del sistema y de la temperatura del agua residual.

DIGESTION AEROBIA:

Los digestores aerobios se pueden emplear para el tratamiento de fangos activados o filtros percoladores, mezclas de fangos activados o de filtros percoladores con fangos primarios, o fango biológico en exceso de plantas de tratamiento de fangos activados sin sedimentación primaria. También se puede agregar que se usan dos t ipos de digestores aerobios, el convencional y el de oxígeno puro. Los factores a tener en cuenta en el análisis de los digestores aerobios incluyen el tiempo de detención hidráulica, los criterios de carga, las necesidades de oxígeno, las necesidades energéticas para el mezclado, las condiciones ambientales, y el funcionamiento y explotación del proceso.

FILTROS PERCOLADORES:

El filtro percolador moderno consiste en un lecho formado por un medio filtrante al que se adhieren los microorganismos, y a través del cual percola el agua residual, fenómeno por el cual recibe nombre el proceso. El medio filtrante suele estar formado por piedras (su diámetro oscila entre 2,5 y 10 cm), o diferentes materiales plásticos de relleno. La profundidad del lecho varia en cada diseño entre 0,9 y 2,5 m, con una profundidad media de 1,8 m. Los de medio filtrante de piedra suelen ser circulares y los de material plástico pueden ser circulares, cuadrados, o de otras formas y con profundidades entre 4 y 12 m.

La comunidad biológica está compuesta principalmente de bacterias facultativas, nitrificantes, aerobias, anaerobias, hongos, algas y protozoos.

Los principales factores a tener en cuenta a la hora de predecir el adecuado funcionamiento son las cargas orgánicas e hidráulicas y el grado de tratamiento.

FILTROS DE DESBASTE

Son filtros de alta carga que se proyectan para trabajar con cargas orgánicas superiores a 1,6 kg/m3 y cargas hidráulicas elevadas, superiores a 187 m3/m2. Se utilizan como pretratamiento del

agua residual antes del tratamiento secundario y usa medios plásticos. Se emplean principalmente para reducir la carga orgánica aplicada a los procesos posteriores y para obtener una nitrificación estacional. Tienen tendencia al uso de medios sintéticos, con profundidades entre 3,7 y 12 m. Su funcionamiento depende de la temperatura, y necesitan tasas altas de recirculación por las cargas hidráulicas elevadas. La actividad biológica es similar a la de un filtro percolador.

SISTEMAS BIOLÓGICOS ROTATIVOS DE CONTACTO O BIODISCOS (RCB)

Un biodisco consiste en una serie de discos circulares de poliestireno o cloruro de polivinilo, situados sobre un eje, a corta distancia unos de otros; los discos están parcialmente sumergidos en el agua residual y giran lentamente en el seno de la misma.

Los biodiscos se pueden utilizar como tratamiento secundario, y también para la nitrificación y desnitrificación estacionales o permanentes. Son fiables debido a la gran cantidad de biomasa presente.

Los problemas operacionales que presentan los sistemas de biodiscos están relacionados con la rotura del medio, fallos en los cojinetes de apoyo, y problemas de olores.

DESNITRIFICACION CON CULTIVO EN SUSPENSION Y PELICULA FIJA

La desnitrificación es la segunda etapa de la eliminación del nitrógeno mediante el proceso de nitrificación-desnitrificación. Es el proceso por el cual el nitrato se convierte en nitrógeno gas. Este proceso se consigue bajo condiciones anóxicas (sin oxígeno).

La conversión del nitrógeno, en forma de nitratos, a formas más rápidamente eliminables se puede llevar a cabo gracias a la acción de diversos géneros de bacterias. De entre ellas, se pueden destacar: Achromobacter, Aerobacter, Alcalibacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas y Spirillum. Estas bacterias heterótrofas son capaces de la reducción del nitrato, que es un proceso de dos etapas. El primer paso consiste en la conversión de nitrato en nitrito, y a continuación se producen óxido nitroso y nitrógeno gas.

La presencia de oxígeno disuelto en el proceso suprime el sistema enzimático necesario para el desarrollo de la desnitrificación. La alcalinidad se produce durante la conversión de nitrato en nitrógeno gas, lo cual provoca un aumento del pH. El pH óptimo se sitúa entre 7 y 8, con diferentes valores óptimos que dependen de las diferentes poblaciones bacterianas posibles. La temperatura afecta a la tasa de eliminación del nitrato y a la de crecimiento microbiano. Los organismos son sensibles a los cambios de temperatura.

os procesos de desnitrificación se pueden clasificar teniendo en cuenta si los cultivos son fijos o en suspensión. La desnitrificación con cultivos en suspensión se suele llevar a cabo en sistemas de fangos activados de flujo en pistón. Las bacterias anaerobias obtienen la energía para el crecimiento a partir de la conversión de nitrato en nitrógeno gas, pero necesitan una fuente de carbono para la síntesis celular.

Es necesario disponer de una fuente externa de carbono ya que los efluentes nitrificados suelen presentar concentraciones bajas de materia carbonosa. En algunos sistemas se emplea el agua residual cruda como fuente.

La desnitrificación con cultivo fijo se lleva a cabo en un reactor en columna que contiene piedras o alguno de los diversos materiales sintéticos sobre los que crecen las bacterias. El arrastre de sólidos con el efluente produce un efecto de purga de aquéllos. Al igual que sucedía con la desnitrificación de cultivos en suspensión, también suele ser necesaria alguna fuente externa de carbono. La mayoría de las aplicaciones de este proceso adoptan el sistema de flujo descendente, aunque también se emplean técnicas de lecho expandido.

DIGESTION ANAEROBIA

La digestión anaerobia es uno de los procesos más antiguos usados en la estabilización de fangos. En el se produce la descomposición de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. En este proceso la materia contenida en la mezcla de fangos primarios y biológicos se convierte biológicamente, bajo condiciones anaerobias, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Este proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado, de forma continua e intermitente, y permanecen en su interior durante períodos de tiempo variables.

Los dos tipos de digestores más empleados son: los de baja carga, los cuales no se suelen calentar, ni mezclar el contenido del digestor, con tiempos de retención entre 30 y 60 días; y los de alta carga, en los que el contenido se calienta completamente, con tiempos de detención hidráulica de 15 días o menos. Las ventajas de estos con respecto a los aerobios vienen condicionadas por el lento crecimiento de las bacterias formadoras de metano.

PROCESO ANAEROBIO DE MANTO DE FANGO DE FLUJO ASCENDENTE (UASB)

En este proceso el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte inferior del reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de fango constituido por gránulos o partículas formadas biológicamente. El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y las partículas. Los gases producidos en condiciones anaerobias (CH4, CO2) provocan una circulación interior que colabora en la formación y mantenimiento de gránulos, y parte del gas generado dentro del fango se adhiere a las partículas biológicas. En el DQO de entrada está entre 5 000 y 15 000 mg/ L, el tiempo de detención hidráulica entre 4 y 12 h, la carga orgánica entre 4,00 y 12,00 gDQO/ L.d, y la eliminación de DQO entre 75 y 85 %.

FILTRO ANAEROBIO

El filtro anaerobio es una columna rellena de diversos tipos de medios sólidos que se utiliza para el tratamiento de la materia orgánica carbonosa contenida en el agua residual. El agua a tratar fluye en sentido ascendente entrando en contacto con el medio sobre el que se desarrollan y fijan las

bacterias anaerobias. Este filtro puede conseguir tiempos medios de retención celular de alrededorde los 100 días, con bajos tiempos de detención hidráulica. Pueden emplearse para el tratamiento de residuos de baja concentración a temperatura ambiente.

PROCESO DE LECHO EXPANDIDO

En este proceso, el agua residual a tratar se bombea a través de un lecho de material adecuado (arena, carbón, conglomerado expandido) en el que se ha desarrollado un cultivo biológico. El efluente se recircula para diluir el agua entrante y mantener un caudal adecuado que asegure que el medio se halle expandido. Una de las ventajas de este método es la recuperación de metano, un gas, de gran utilidad.

TRATAMIENTOS POR ESTANQUES O LAGUNAJES

Los sistemas de lagunaje se utilizan para estabilizar aguas residuales o desechos orgánicos, lo que de forma casual o no, es tan antigua como la naturaleza misma, los cuales no se empezaron a usar hasta la segunda mitad del siglo XX.

Una laguna de estabilización es una estructura simple para embalsar agua, de poca profundidad (entre 1 y 4 m), con períodos de retención (entre 1 y 40 días), y de fácil construcción con respecto a otros sistemas de tratamiento.

Los sistemas de lagunaje se pueden clasificar con relación a la presencia de oxígeno en: aerobios, facultativos, anaerobios y de maduración o terciarios.

LAGUNAS AEROBIAS

En su forma más simple, son grandes depósitos excavados en el terreno, de poca profundidad, que se emplean en el tratamiento de agua residual por medio de procesos naturales, que incluyen el uso de bacterias y algas; presentan condiciones aerobias en toda su profundidad. De este tipo de lagunas existen dos tipos, una que su objetivo es maximizar la producción de algas, con profundidad entre 15 y 50 cm; y otra que su objetivo es maximizar la cantidad de oxígeno producido, con profundidad de hasta 1,5 m. La eficacia de estas lagunas en la eliminación de DBO5 es alta, por encima del 95 %.

LAGUNAS FACULTATIVAS

En estas lagunas la estabilización se lleva a cabo mediante una combinación de bacterias facultativas, anaerobias y aerobias. En dichas lagunas existen tres zonas; una zona superficial en la que existen bacterias aerobias y algas en una relación simbiótica; una zona, intermedia, que es parcialmente aerobia y anaerobia en la que la descomposición de los residuos orgánicos la llevan a cabo las bacterias facultativas; y una zona, inferior anaerobia en la que se descomponen

activamente los sólidos acumulados por la acción de las bacterias anaerobias. Estas lagunas se alimentan con agua residual procedente de un proceso previo de desbaste o con el efluente de un tratamiento primario.

LAGUNAS ANAEROBIAS

Se utilizan para el tratamiento de agua residual de alto contenido orgánico, que también contenga una alta concentración de sólidos. Son generalmente profundas, excavadas en el terreno y dotadas de un sistema de conducciones de entrada y salida adecuadas. Los residuos a tratar sedimentan en el fondo de la misma, y el efluente parcialmente clarificado se vierte a otro proceso posterior.

Estas lagunas son anaerobias en toda su profundidad, excepto en una estrecha franja cercana a la superficie. Tienen una eficacia en eliminación de DBO5 superior al 70 %, aunque a veces se logran de hasta un 85 %.

LAGUNAS DE MADURACION O TERCIARIAS

Son diseñadas para mejorar la calidad de los efluentes secundarios y para la nitrificación estacional. Su funcionamiento implica la respiración endógena de los sólidos biológicos residuales y la conversión del amoníaco en ni t rato mediante el suminist ro de oxígeno por reaireación superficial y por la presencia de algas. Se han propuesto para ellas tiempos de detención de 18 a 20 d como el mínimo necesario para conseguir la respiración endógena completa de los sólidos residuales. Y para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas deben ser bastantes bajas.

BIBLIOGRAFIA:

http://www.bvsde.paho.org/bvsaar/fulltext/residuales.pdf http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/tratam3/nutrientes/

desnitri.htm