TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES: AEROBIO, ANAEROBIO, ANOXICO
1. INTRODUCCIÓN
Los
tratamientos biológicos de aguas residuales constituyen una serie de
importantes procesos de tratamiento que tienen en común la utilización de
microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a
cabo la eliminación de componentes indeseables del agua, aprovechando la
actividad metabólica de los mismos sobre esos componentes.
Sistemas de tratamiento
biológico:
Los objetivos del tratamiento
biológico son los siguientes : Reducción del contenido en materia
orgánica.
Reducción de nutrientes,
cuales fomentan el crecimiento de algas (eutrofización)
Erradicación de patógenos y
parásitos.
Este tratamiento tiene tipos de
sistemas:
- Sistemas aerobios
- Sistemas anaerobios
- Sistemas anóxicos
2. TRATAMIENTO AEROBIO
Este tratamiento utiliza la capacidad de determinados microorganismos (mayormente son bacterias) de asimilar la materia orgánica y los nutrientes disueltos en el agua residual a tratar para su propio crecimiento, llevando a cabo la eliminación de componentes solubles en el agua. La materia orgánica soluble es asimilada por los microorganismos como fuente de carbono. Tras esta operación se separa por decantación la biomasa generada. Para el crecimiento de los microorganismos es necesario, aparte de la materia orgánica, la presencia de nitrógeno y fósforo en el efluente. Si su concentración no es suficiente, se deberán aportar al tratamiento.
VENTAJAS
- Reduce los patógenos presentes en el agua residual.
- El sobrenadante que se consigue por este tratamiento contiene menor DBO ( menor que 100 mg/h)que por el tratamiento anaerobio.
- Por medio de lodos, estos tienen una extraordinaria característica de deshidratante.
- Se puede utilizar un mauor número de tipos de bacterias.
DESVENTAJAS
- Coste elevado por el uso de sistemas de aireación.
- Se tiene sobrenadantes con alta concentración de sólidos.
- Se necesita muchos parámetros para que los resultados sean óptimos ( pH, temperatura, % materia orgánica,etc.).
3. TRATAMIENTO ANAEROBIO
Es un proceso de transformación de la materia orgánica ( no
hay presencia de un oxidante en el proceso) la capacidad de transferencia de
electrones de la materia orgánica permanece intacta en el metano producido. En
vista de que no hay oxidación, se tiene que la demanda química de oxígeno
( DQO) teórica del metano equivale a la mayor parte de la DQO de la
materia orgánica digerida (90 a 97%), una mínima parte de la DQO es convertida
en lodo (3 a 10%).
El tratamiento anaerobio se utiliza tanto paras aguas residuales como para la digestión de lodos. Los productos finales de la degradación anaerobia son gases, principalmente metano, dióxido de carbono, pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno, mercaptanos e hidrógeno. (Ramalho,1996)
El tratamiento anaerobio se utiliza tanto paras aguas residuales como para la digestión de lodos. Los productos finales de la degradación anaerobia son gases, principalmente metano, dióxido de carbono, pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno, mercaptanos e hidrógeno. (Ramalho,1996)
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| Fuente: Biodisol |
El proceso comprende dos etapas:
- Fermentación ácida
- Fermentación metánica
Los compuestos orgánicos complejos del agua residual (proteínas, grasas e hidratos de carbono) primero se hidrolizan para convertirse en moléculas menores, las cuales se bioxidan, convirtiéndose principalmente en ácidos orgánicos de cadena corta, tales como acético, propiónico y butílico. Las bacterias facultativas y anaerobias son responsables de estas reacciones.
En esta etapa no se produce una reducción importante de la DQO, ya que principalmente lo que ocurre es la conversión las moléculas orgánicas complejas en ácidos orgánicos de de cadena corta que demandan oxígeno.
FERMENTACIÓN METÁNICA
En esta etapa, los microorganismos metanogénicos que son estrictamente anaerobios convierten los ácidos de cadenas largas a metano, dióxido de carbono y ácidos orgánicos de cadenas cortas. Posteriormente, las moléculas ácidas se rompen repetidamente de la siguiente forma: |
| Fuente: RAMALHO |
VENTAJAS
- Baja producción de lodos
activados
- Necesita de poco espacio al igual que poco
equipo mecánico.
- No es tan costosa como el tratamiento
aeróbico.
- Su emisión de olores, aerosoles y
patógenos es baja respecto a otros métodos.
- Producción de gas metano.
DESVENTAJAS
- Posee menor eficiencia
- Mayor sensibilidad a compuestos tóxicos
- Producción de sulfuro de hidrógeno (H2S)
- El biogas producido debe tener aproximadamente esta concentración en su composición
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| Fuente: Agrowaste- Digestión Anaerobia |
COMPARACIÓN ENTRE LOS TRATAMIENTOS AEROBIOS Y ANAEROBIOS
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| Fuente: Condorchem Envitech |
4. TRATAMIENTO ANÓXICO
Se denominan así los sistemas en los que el aceptor final de electrones no es el oxigeno ni tampoco la materia orgánica. En condiciones anóxicas el aceptor final de electrones suelen ser los nitratos, los sulfatos, el hidrógeno, etc. Cuando el aceptor final de electrones es el nitrato, como resultado del proceso metabólico, el nitrógeno de la molécula de nitrato es transformado en nitrógeno gas. Así pues, este metabolismo permite la eliminación biológica del nitrógeno del agua residual (desnitrificación).
En el pasado, el proceso de conversión se solía identificar como la desnitrificación anaerobia. Sin embargo, las principales vías bioquímicas no son anaerobias, sino modificaciones de las vías aerobias; es por esta razón por la que se ha creído conveniente emplear el término anóxico en lugar de anaerobio. 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 todas ellas, se pueden destacar: Achromobacter, Acrobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibavterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas y Spirillum. Estas bacterias son heterótrofas capaces de la reducción disimilatoria 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 nítrico, óxido nitroso y nitrógeno gas. Las reacciones de reducción del nitrógeno son las siguientes:
En los sistemas de desnitrificación, el parámetro crítico es la concentración de oxigeno disuelto. La presencia de OD suprime el sistema enzimático necesario para el desarrollo del proceso de 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.
En el pasado, el proceso de conversión se solía identificar como la desnitrificación anaerobia. Sin embargo, las principales vías bioquímicas no son anaerobias, sino modificaciones de las vías aerobias; es por esta razón por la que se ha creído conveniente emplear el término anóxico en lugar de anaerobio. 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 todas ellas, se pueden destacar: Achromobacter, Acrobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibavterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas y Spirillum. Estas bacterias son heterótrofas capaces de la reducción disimilatoria 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 nítrico, óxido nitroso y nitrógeno gas. Las reacciones de reducción del nitrógeno son las siguientes:
En los sistemas de desnitrificación, el parámetro crítico es la concentración de oxigeno disuelto. La presencia de OD suprime el sistema enzimático necesario para el desarrollo del proceso de 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.
Los 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 (por ejemplo a continuación de cualquier proceso que
convierta el amoníaco y el nitrógeno orgánico en nitratos [nitrificación]). La
desnitrificación con cultivo fijo (película fija) 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.
VENTAJAS
- La principal ventaja de este proceso es la aparición de la desnitrificación acoplada a la oxidación de compuestos reducidos del azufre, combinando la eliminación simultánea de dos tipos de contaminantes, los nitratos y los compuestos reducidos del azufre.
- Se generan gases que pueden ser captados en cámaras de combustión para mantener la temperatura ideal que el sistema requiere.
- Elimina la materia orgánica sin necsidad de aportar oxigeno
DESVENTAJAS
- Las bacterias empleadas en este tratamiento son sensibles a cambio de temperatura.
- Necesidad de control a causa de la gran cantidad de variables que intervienen en él: composición de materia suspendida, diferentes poblaciones bacterianas, temperatura, etc.
- Se requiere de un sistema de regulación de temperatura el cual puede ser muy costoso
- Proceso sensible a la presencia de tóxicos e inhibidos como el oxígeno disuelto, los cuales perjudican el proceso de desnitrificación.
5. CONCLUSIONES
No existe un tratamiento que sea el ideal, este
se debe adecuar a las características de
las aguas residuales. Además, se debe tener en cuenta la relación
costo/beneficio. Por tal razón, es esencial el conocer y entender las diferentes opciones
para seleccionar la más adecuada de acuerdo con los objetivos del tratamiento.
Estos
tratamientos han mejorado gracias a la
tecnología, pero esto no quiere decir que
sin analizar la adaptación
necesaria a una nueva realidad ha creado problemas notables, como el bajo nivel
de saneamiento y del tratamiento de las aguas residuales
6. GLOSARIO
- DQO: es
la cantidad de oxígeno (mg/l) consumido en la oxidación de las sustancias
reductoras que están en un agua. Se emplean oxidantes químicos, el más usado
es el dicromato potásico (K2Cr2O7 )
- DBO:
Se refiere a a la cantidad de oxígeno ( mg/l) que se necesita
para descomponer la materia orgánica presente, mediante acción de
los microorganismos aerobios presentes en el agua.
- Desnitrificación:
es la conversión de
nitratos (NO3) en gas nitrógeno inerte (N2).
- Materia
orgánica: son compuestos conformados normalmente por combinaciones de
carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de
nitrógeno. Además, puede estar presentes otros elementos cono azufre,
fósforo o hierro. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes
en el agua residual son las proteínas, 40-60%, hidratos de carbono,
25-50%, y grasas y aceites, 10%.
- Sobrenadante: Se refiere al líquido que queda sobre el sedimento o precipitado después del proceso de sedimentación. Este es el estrato más liquido que se produce en un digestor de lodos.
- DQO: es
la cantidad de oxígeno (mg/l) consumido en la oxidación de las sustancias
reductoras que están en un agua. Se emplean oxidantes químicos, el más usado
es el dicromato potásico (K2Cr2O7 )
7. BIBLIOGRAFÍA
PTAR-Uniminuto. (s.f.). Tratamiento biológico de aguas residuales. Recuperado de https://sites.google.com/site/ptaruniminuto/tratamiento-biologico-de-aguas-residuales
Rodríguez, J. (s.f). Tratamiento anaerobio de aguas residuales. Recuperado de https://sites.google.com/site/ptaruniminuto/tratamiento-biologico-de-aguas-residuales
Condorchem envitech (s.f.). Sistemas con reactores aeróbicos para tratar aguas residuales. recuperado de https://blog.condorchem.com/sistemas-con-reactores-aerobicos-para-tratar-aguas-residuales/
Informe de vigilancia tecnológica. (s. f.). Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales.
Fluence New Team. (2016). ¿ Qué es la desnitrificación? Recuperado de https://www.fluencecorp.com/es/que-es-la-desnitrificacion/
Hanna Struments. (s.f.). Demanda química de oxígeno y materia orgánica. Recuperado de http://www.hannaarg.com/pdf/002DQO_nota_tecnica.pdf
Aguamarket.(s.f.). Sobrenandante. Recuperado de http://www.aguamarket.com/diccionario/terminos.asp?Id=1857
Torres, P. (2012). Perspectivas del tratamiento anaerobio de aguas residuales domésticas en países en desarrollo. Recuperado de http://www.scielo.org.co/pdf/eia/n18/n18a10.pdf
Aguamarket.(s.f.). Sobrenandante. Recuperado de http://www.aguamarket.com/diccionario/terminos.asp?Id=1857
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