DefinicionesEl tratamiento biolgico es la degradacin del residuo orgnico por la accin de los microorganismos. En este sistema se promueve y mantiene una poblacin microbiana (biomasa) que metaboliza un determinado residuo.

BIOTRANSFORMAR O MINERALIZAR

La degradacin altera la estructura molecular de los compuestos orgnicos y el grado de alteracin determina si se ha producido biotransformacin o mineralizacin. El trmino biotransformacin se refiere a la descomposicin de un compuesto orgnico en otro similar. En la mineralizacin se produce la descomposicin total de las molculas orgnicas en dixido de carbono, agua, residuos inorgnicos inertes y se incorpora el resto a las estructuras de los microorganismos.

Slidos Disueltos

La concentracin de los slidos disueltos puede afectar al tratamiento biolgico en medio lquido. Si la concentracin (medida como los Slidos Disueltos Totales, SDT) es muy alta, los microorganismos mueren por ruptura osmtica de su membrana celular. Si la concentracin tiene grandes variaciones, la actividad de la poblacin microbiana disminuye.

Que se puede Tratar Biolgicamente? Se

puede realizar el tratamiento biolgico de casi todos los residuos orgnicos porque, esencialmente, todas las sustancias qumicas orgnicas se degradan si se establecen, mantienen y controlan las poblaciones microbianas apropiadas.

Crecimiento Bacteriano

La curva del crecimiento bacteriano resulta de la representacin grfica de la determinacin peridica del nmero de clulas viables por mililitro que existen en un lquido inoculado con clulas microbianas provenientes de un cultivo que ha crecido previamente hasta la saturacin.

Parte Curva

de

la

Fase

Tasa Crecimiento.

de

A B C D E F

Rezago Aceleracin Exponencial De retraso Estacionaria mxima Declinacin

Cero Creciente Constante Decreciente Cero Negativa (muerte)

Parmetros Microbiolgicos Estos

parmetros se pueden agrupar en las siguientes categoras:Fuentes de energa y sustrato. Procesos enzimticos Biodegradabilidad del sustrato. Inhibicin y toxicidad Poblacin microbiana.

Fuentes de Energa y Sustrato

Todo ser vivo necesita energa y carbono para desarrollarse. El tratamiento biolgico es el resultado directo del metabolismo hetertrofo en el que el residuo orgnico es el sustrato (es decir, el residuo sirve como fuente de carbono y energa para los organismos vivos).

De los diferentes organismos implicados en el tratamiento, los que ms se utilizan son las bacterias hetertrofas. No obstante, los hongos y otras formas superiores de vida son efectivos en aplicaciones concretas, y estos ltimos, como predadores, pueden alterar el resultado del biotratamiento debido a que actan sobre la mezcla de poblacin biolgica que se desarrolla, de forma natural, fuera de las condiciones de laboratorio.

Procesos Enzimticos

Las enzimas son grandes molculas proteicas compuestas principalmente por aminocidos que se pliegan adoptando formas complejas en las que intervienen enlaces peptdicos y puentes de hidrgeno. Su papel en el metabolismo es extremadamente complejo. Esencialmente, disminuyen la energa requerida para activar una reaccin y por tanto aumentan la actividad biolgica.

El tamao de los constituyentes que forman el residuo vara desde una sencilla molcula a diferentes agrupaciones. Para que se produzca la degradacin, el residuo, como sustrato, tiene que entrar primero en contacto con la parte ms externa de la clula bacteriana. Esta accin desencadena una serie de procesos metablicos involucrados en la degradacin de los residuos orgnicos.

Biodegradacin del SustratoLa mayora de las sustancias orgnicas sintticas son biodegradables, haciendo del tratamiento biolgico una alternativa tcnicamente viable. Compuestos concretos han resistido la degradacin (a estos compuestos se les denomina recalcitrantes o refractarios) o su degradacin se produce tan lentamente como para hacer ineficaz el tratamiento biolgico (compuestos persistentes)

Incluso con compuestos recalcitrantes, las continuas investigaciones han tenido con frecuencia xito en identificar algn tipo de microorganismo o grupo de microorganismos capaces de degradarlos. Sin embargo, existen compuestos que han sido sujeto de numerosas investigaciones que todava permanecen clasificados como recalcitrantes o persistentes. Los ejemplos incluyen las TCDD (dioxinas) y los PCB.

Inhibicin y ToxicidadLa mayora de los residuos orgnicos e inorgnicos presentan un efecto progresivo al incrementarse la concentracin. Una sustancia orgnica que es biodegradable a una determinada concentracin se puede volver persistente a concentraciones ms elevadas porque inhibe el crecimiento del cultivo microbiano.

A concentraciones incluso ms altas, la sustancia puede ser txica para el cultivo. Estos efectos derivan, presumiblemente, del grado de saturacin del sistema enzimtico que normalmente la degrada. La mayora de los nutrientes inorgnicos que se necesitan para la sntesis del material celular son txicos para estos mismos organismos a concentraciones ms altas.

Poblacin Microbiana

El tratamiento biolgico implica una compleja interaccin entre la mezcla de poblaciones microbianas. La velocidad de crecimiento y la utilizacin de sustratos es, con frecuencia, superior en cultivos mixtos enriquecidos que en un cultivo puro aislado de la mezcla..

En

una mezcla de poblaciones microbianas no slo son importantes aquellos organismos que pueden iniciar procesos catablicos, sino tambin los consumidores secundarios

Parmetros TcnicosAceptor electrnico Humedad Temperatura pH Slidos disueltos Totales Disponibilidad de nutrientes Diseo del Reactor Fuentes Alternativas de Carbono

Aceptor Electrnico

A las reacciones catablicas que implican una transferencia de electrones, desde el residuo a un aceptor electrnico, y los procesos biolgicos por los que esto se produce se le denomina respiracin. Un una respiracin aerobia, las bacterias utilizan oxgeno como aceptor final de electrones de los compuestos orgnicos oxidados.

De forma general, en el caso de la biotransformacin, el oxgeno se incorpora a la molcula orgnica y el hidrgeno se elimina (por ejemplo, oxidacin de un alcohol a un cido). Tras la completa mineralizacin, el oxgeno se reduce a agua y el carbono orgnico se oxida a dixido de carbono. La cantidad de oxgeno requerido por un sistema aerobio se puede calcular estequiometricamente o mediante determinaciones de laboratorio.

Humedad

La biodegradacin necesita humedad por dos razones,1. Para el desarrollo celular, ya que el 75-80

por 100 de su masa es agua. 2. En las especies inmviles, como medio para desplazarse los microorganismos hacia el sustrato, o viceversa.

En los suelos se pueden producir la biodegradacin con niveles de humedad por debajo del de saturacin. Una publicacin sugiere que el nivel ptimo de humedad es solamente de un bar , Singleton y Sainsbury indican que si el contenido de agua en el medio desciende por debajo de una humedad relativa del 92 por 100, la mayora de las bacterias no pueden desarrollarse. De todas formas es aceptado, por lo general, que el mnimo contenido de humedad necesario para tratar suelos contaminados con residuos es de un 40 por 100 de saturacin.

TemperaturaLa temperatura tiene una mayor influencia sobre la velocidad de crecimiento. La actividad celular, especialmente de los sistemas enzimticos, responde al calor, producindose, al ir aumentando la temperatura, un brusco aumento de la velocidad de crecimiento, hasta que se alcanza el ptimo. Un aumento de unos pocos grados por encima del ptimo hace disminuir drsticamente el crecimiento, por inactivacin de los sistemas enzimticos, y reduce la capacidad reproductora. Exposiciones continuas a elevadas temperaturas pueden disolverse los lpidos de la membrana y, como consecuencia, producirse la muerte celular

La masa celular contiene carbono y otros numerosos elementos. El metabolismo requiere de estos elementos como nutrientes adems del carbono orgnico como sustrato. Al nitrgeno y fsforo se les denomina macronutrientes porque se necesita, para la sntesis de las estructuras celulares. Con frecuencia, el nitrgeno y el fsforo no estn en los residuos peligrosos en cantidades suficientes para llevarse a cabo la degradacin de stos por lo que, generalmente, son aadidos en forma de amonia y ortofosfato.

A diferencia de las altas temperaturas, las bajas temperaturas no son, por lo general, letales sino que con el tiempo las clulas pasan a un estado latente. Cuando se desciende por debajo del ptimo, la actividad decrece porque se reduce la actividad enzimtica y se produce la prdida de fluidez de la membrana celular restringindose, por tanto, el transporte de los sustratos

Un repentino descenso a una baja temperatura producir una mayor reduccin de la actividad celular que un descenso gradual a la misma temperatura, ya que este permite a los microorganismos aclimatarse.

Potencial de Hidrgeno (pH)

La actividad enzimtica depende del pH. La cantidad de una determinada enzima en estado catalticamente activo varia en funcin de ste, coincidiendo la mxima cantidad con el ptimo de pH. El crecimiento bacteriano, en consecuencia, tambin depende del pH. La mayora de las bacterias crecen mejor en un estrecho rango prximo a la neutralidad (es decir, en un rango de pH de 6-8). Generalmente, la ausencia de crecimiento se produce por debajo de un pH de 4-5 y por encima de un pH de 9-9-5, no obstante, existen cepas que se desarrollan fuera de estos lmites.

Generalmente,

la ausencia de crecimiento se produce por debajo de un pH de 4-5 y por encima de un pH de 9-9-5, no obstante, existen cepas que se desarrollan fuera de estos lmites.

La actividad microbiana puede alterar el pH externo. As, por ejemplo, la fermentacin anaerobia que transforma los residuos orgnicos en cidos orgnicos, disminuye el pH; la nitrificacin provoca tambin el descenso del pH, as como el dixido de carbono producido en la degradacin aerobia.

la descomposicin de los compuestos organonitrogenados eleva el pH al liberar NH4. Si ninguno de estos efectos son controlados, el pH alterado puede inhibir, o incluso matar, la poblacin microbiana Finalmente,

Nutrientes

La masa celular contiene carbono y otros numerosos elementos. El metabolismo requiere de estos elementos como nutrientes adems del carbono orgnico como sustrato. Al nitrgeno y fsforo se les denomina macronutrientes porque se necesita, para la sntesis de las estructuras celulares.

La frmula emprica para la porcin orgnica del protoplasma bacteriano, dada anteriormente como C60H87O23N12P, proporciona una base para calcular, a partir de un residuo, la cantidad terica necesaria de nitrgeno y fsforo para la sintesis de masa celular. La proporcin de COT:N:P en las reacciones anablicas es, por tanto, 100:23:4,3. Por lo general, los tcnicos medioambientales utilizan una regla emprica, basada en la experiencia, para la relacin COT:N:P de 20:5:1.

Diseo y funcionamiento del Reactor

El diseo del reactor, donde se produce la biodegradacin, tien un importante efector sobre la eficacia y la economa del tratamiento. Los parmetros mas importantes son la homogeneizacin, el rgimen de mezcla, el tiempo de retencin de la biomasa y el tiempo de retencin hidrulica.

Mediante

el control de estos parmetro, la biodegradacin se puede incrementar y, por tanto, reducir a los niveles requeridos la concentracin de los contaminantes. La optimizacin de estas variables reducir costes econmicos e incrementara la fiabilidad del sistema.

Homogeneizacin del flujo

Las descripciones tericas de los sistemas de tratamiento biolgico suponen, en general, condiciones estables. La realidad es diferente, como lo evidencian los numerosos ejemplos en los que la naturaleza y concentracin de los contaminantes de agua subterrnea cuando est experimentando la recuperacin y los fangos eliminados de una laguna inactiva.

La poblacin microbiolgica se ajusta a estas variaciones en un proceso conocido como aclimatacin. La aclimatacin necesita su tiempo, por lo que las cargas de choque pueden afectar a la biomasa. Adems, como se expuso anteriormente, las altas concentraciones son responsables de efectos txicos e inhibitorios.

Tanque de Equilibrio

ProblemaDeterminar el Volumen necesario para almacenar el agua residual si se tiene un bombeo continuo.Hora Q MGD Hora Q MGD Hora Q MGD Hora Q MGD 0 0.22 7 0.745 13 0.535 20 1.06 1 0.16 8 0.815 14 0.48 21 0.83 2 0.135 9 0.8 15 0.46 22 0.525 3 0.135 10 0.75 16 0.475 23 0.325 4 0.165 11 0.68 17 0.555 5 0.28 12 0.605 18 0.825 19 1.075 6 0.525

Flujo Horario1.2 1

0.8

0.6

0.4

0.2

0 0 5 10 15 20 25

Volumen Acumulado600000 500000

400000

300000

200000

100000

0 0 5 10 15 20 25

Tabla de CalculosHora0-1

Q MGD0.22

Q(Gpm)

V (galones) DeficitV-Vsalida

Deficit acumulado

0.22*10^6/ Qgpm*60 24/60

Mayor + Vol salida S V/24 Mayor -

Cual seria el volumen del Tanque de equilibrio si el bombeo se da en dos espacio de tiempo de 8-12 y de 4-8 de la noche.

600000

500000

400000

300000

200000

100000

0 0 5 10 15 20 25

600000

500000

400000

300000

200000

100000

0 0 -100000 5 10 15 20 25

Para llevar a cabo el diseo de una planta de tratamiento de tipo lodos activados mezcla completa con el programa desarrollado, donde se incluye el clculo del reactor y el sedimentador secundario, se requiere de la siguiente informacin: Datos de alimentacin inicial y calidad del efluente: Caudal de diseo (Q) Demanda Bioqumica de Oxgeno del afluente (DBOa) Demanda Bioqumica de Oxgeno del efluente (DBOe) Concentracin de Slidos Suspendidos Voltiles en el efluente del reactor (X). Concentracin de Slidos Suspendidos Voltiles en la lnea de recirculacin (Xr)