Procesos Biologicos en El Tratamiento de Aguas Residuales

8/18/2019 Procesos Biologicos en El Tratamiento de Aguas Residuales

1/32

Instituto tecnológico

de la lagunaTratamiento de

aguas residuales

“tratamientosbiológicos”


2/32

Índice.

1. Introducción.

2. Fundamentos del tratamiento de aguas residuales.

1


3/32

1.- Introducción

A lo largo del tiempo, el hombre ha desarrollado diferentes métodos para

tratar las aguas residuales. De las características del agua residual y la

calidad ue deba tener la descarga del efluente, se dise!an los métodosde tratamiento, en la mayoría de los casos se combinan los procesos de

tratamiento.

"l ob#eti$o principal del tratamiento es ue el efluente producido pueda

ser amigable para el medio ambiente. %arar lograr esto, los

contaminantes ue contiene el agua residual pueden ser eliminados de

diferentes maneras, ya sea por métodos físicos, uímicos o biológicos."ste capítulo est& enfocado en los tratamientos biológicos, así ue

solamente se hablar& de ellos.

"l tratamiento primario '$er Tabla (.() contempla el uso de operaciones

físicas tales como la sedimentación y el desbaste ue permiten la

eliminación de los sólidos sedimentables y flotantes presentes en el agua

residual. "n el tratamiento secundario se reali*an procesos biológicos y

uímicos, los cuales se emplean para eliminar la mayor parte de la

materia org&nica. + por ltimo, en el tratamiento a$an*ado se emplean

combinaciones adicionales de los procesos y operaciones unitarias para

remo$er esencialmente nutrientes, cuya reducción con tratamiento

secundario generalmente no es significati$a

Tabla 1.1TIPOS DE TRT!IE"TO DE #$S RESID$%ES I"D$STRI%ESTIPO DETRT!IE"TO

PR&POSITO "O. DEP%"TS

#STO 'm()s* POR+E"T,E

2


4/32

Primario A#ustar elp- yremo$ermateriales

org&nicosy/oinorg&nicosensuspensióncon tama!oigual omayor a 0.(mm

12 (0.0 36.3

Secundario 3emo$ermaterialesorg&nicoscoloidales ydisueltos

(041 (.(5 54.9

Terciario 3emo$ermaterialesdisueltos ueincluyengases,

sustanciasorg&nicasnaturales ysintéticas,iones ybacterias y$irus

2 (.5 3.0

"o eseciicado 2 (.5 .6

3


5/32

2.- F$"D!E"TOS DE% TRT!IE"TO DE #$S RESID$%ES

Después del tratamiento primario, por medios físicos, se eliminan de un

40 a un 708 de los sólidos en suspensión y se reduce de un 20 a un

408 la D9:. "l tratamiento secundario tiene como ob#eti$o estabili*ar la

materia org&nica presente en el agua residual. %or lo general, los

procesos microbianos empleados son aeróbicos, es decir, los

microorganismos degradan la materia org&nica en presencia de o;ígeno

disuelto. "l tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar

los procesos naturales de eliminación de los residuos. "n presencia de

o;ígeno, las bacterias aeróbicas con$ierten la materia org&nica en

formas estables, como dió;ido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así

como otros materiales org&nicos '$er figura 2.()


6/32

>íntesis celular

>íntesis celular

?igura 2.( %roceso de degradación de materia org&nica en el tratamientode agua.

Dentro de los sistemas de tratamiento biológicos, éstos se pueden

clasificar segn el estado de los microorganismos en culti$os en

suspensión y culti$os fi#os. "ntre los procesos aeróbicos en suspensión

el sistema m&s usado es el de lodos acti$ados. @ste consiste en unasuspensión de microorganismos, $i$os y muertos, acti$ados por o;ígeno

y capaces de estabili*ar la materia org&nica presente en el agua residual.

"n los culti$os fi#os, la masa microbiana no se encuentra libre dentro de

un reactor agitado, sino adherida a una superficie, por donde $a

escurriendo el agua residual.


7/32

/. Tratamientos biológicos

onstituye una serie de importantes procesos de tratamiento ue tienen

en comn la utili*ación de microorganismos 'entre las ue destacan las

bacterias) para lle$ar a cabo la eliminación de componentes indeseablesdel agua, apro$echando la acti$idad metabólica de los mismos sobre

esos componentes.


8/32

aerobias. >u aplicación a aguas residuales puede estar muy

condicionada por la ba#a solubilidad del o;ígeno en el agua. Sistemas anaerobios0 "n este caso el aceptor de electrones

puede ser el :2 o parte de la propia materia org&nica,

obteniéndose como producto de esta reducción el carbono es su

estado m&s reducido, -4. e denominan así los sistemas en los ue la

ausencia de :2 y la presencia de B:E hacen ue este ltimo

elemento sea el aceptor de electrones, transform&ndose, entre

otros, en B2, elemento completamente inerte. %or tanto es posible,

en ciertas condiciones, conseguir una eliminación biológica de

nitratos 'desnitrificación).

Teniendo en cuenta todos estos aspectos, e;iste una gran $ariedad de

formas de operar, dependiendo de las características del agua, así como

de la carga org&nica a tratar.

/.1 Procesos biológicos aerobios

>on muchas las posibilidades de tratamientoC

Cultivos en suspensiónC %roceso de fangos acti$ados 'lodos

acti$ados), y modificaciones en la forma de operarC aireación

prolongada, contactoFestabili*ación, reactor discontinuo secuencial

'>93). Cultivos fijosC


9/32

onsiste en poner en contacto en un medio aerobio, normalmente en una

balsa aireada, el agua residual con flóculos biológicos pre$iamente

formados, en los ue se adsorbe la materia org&nica y donde es

degradada por las bacterias presentes. Gunto con el proceso dedegradación, y para separar los flóculos del agua, se ha de lle$ar a cabo

una sedimentación, donde se reali*a un recirculación de parte de los

fangos, para mantener una ele$ada concentración de microorganismos

en el interior de reactor, adem&s de una purga eui$alente a la cantidad

crecida de organismos. Hn esuema simplificado se muestra en la figura

E.(.(

?igura E.(.( proceso de lodos acti$ados

Dentro de los par&metros b&sicos de funcionamiento, un par&metro muy

importante es el de la aireación.


10/32

:tro par&metro cla$e en el proceso se refiere al par&metro A/=, algunas

$eces denominada I, intensidad de carga. >e refiere a la relación entre la

carga org&nica alimentada y la cantidad de microorganismos disponibles

en el sistema, con unidades gD9:'o DK:) / g>>Ldía. "s unpar&metro de dise!o fundamental, teniendo un $alor óptimo entre 0.EF0.7

para las condiciones m&s con$encionales de funcionamiento.

Adem&s tiene una influencia determinante en la buena sedimentación

posterior.

e

refiere al tiempo medio ue permanecen los fangos 'flóculos,

microorganismos) en el interior del sistema. "sta magnitud suele tener un

$alor de F6 días en condiciones con$encionales de operación.

/.1.2 %odos actiados0 !odiicaciones del roceso b3sico

>on procesos de fangos acti$ados, pero se diferencian en la forma de

operar.

Aireación prolongada. >e suele traba#ar con relaciones A/= m&s

peue!as 'mayores tiempos de residencia), consiguiendo mayores

rendimiento en la degradación de materia org&nica. :tra $enta#a

a!adida es la peue!a generación de fangos de depuradora. "s

interesante su utili*ación, adem&s, cuando se pretendan eliminar

compuestos con nitrógeno simult&neamente con la materia

org&nica. ontacto estabili*aciónC "n el reactor de aireación se suele traba#ar

con menores tiempos de residencia 'sobre una hora) pretendiendo

ue se lle$e a cabo solo la adsorción de la materia org&nica en los

flóculos.


11/32

como muestra la figura E.(.2, y donde la concentración de fangos

es mucho m&s ele$ada ue en el primer reactor. "s interesante

esta opción cuando buena parte de la materia org&nica a degradar

se encuentra como materia en suspensión.

?igura E.(.2 %roceso biológico de contactoFestabili*ación.

3eactores discontinuos secuenciales '>93)C Todas las operaciones

'aireación y sedimentación) se lle$an a cabo en el mismo euipo,

incluyendo una etapa de llenado y terminando con la e$acuación del

agua tratada. "s una opción muy $&lida para situaciones en las ue se

dispone de poco espacio, como ocurre en muchas industrias. >on$ers&tiles en cuanto a las condiciones de operación y habitualmente se

utili*an columnas de burbu#eo como reactores.

/.2 Procesos biológicos anaerobios

10


12/32

"l tratamiento anaerobio es un proceso biológico ampliamente utili*ado

en el tratamiento de aguas residuales. uando éstas tienen una alta

carga org&nica, se presenta como nica alternati$a frente al ue sería un

costoso tratamiento aerobio, debido al suministro de o;ígeno. "ltratamiento anaerobio se caracteri*a por la producción del denominado

“biogas”, formado fundamentalmente por metano '70F608) y dió;ido de

carbono '40F208) y susceptible de ser utili*ado como combustible para

la generación de energía térmica y/o eléctrica. Adem&s, solo una

peue!a parte de la DK: tratada 'F(08) se utili*a para formar nue$as

bacterias, frente al 0F108 de un proceso aerobio. >in embargo, la

lentitud del proceso anaerobio obliga a traba#ar con altos tiempos de

residencia, por lo ue es necesario dise!ar reactores o digestores con

una alta concentración de microorganismos.

3ealmente, es un comple#o proceso en el ue inter$ienen $arios grupos

de bacterias, tanto anaerobias estrictas como facultati$as, en el ue, a

tra$és de una serie de etapas y en ausencia de o;ígeno, se desemboca

fundamentalmente en la formación de metano y dió;ido de carbono.ada etapa del proceso, ue se describen a continuación, la lle$an a

cabo grupos distintos de bacterias, ue han de estar en perfecto

euilibrio.

4idrólisisC


13/32

Formación de 3cidos 'acidog5nesis* 6 acetato 'acetog5nesis*0


14/32

Actualmente est& ampliamente aceptado ue la degradación de la

materia org&nica sigue una distribución como la detallada, y ue se

muestra resumida en la figura E.2

Tabla E.2 "suema de la ruta de degradación anaerobia.

"ntre las $enta#as m&s significati$as del tratamiento anaerobio frente al

aerobio cabe destacar la alta eficacia de los sistemas, incluso en aguas

residuales de alta carga, el ba#o consumo de energía, peue!a

producción de fangos y por tanto, peue!o reuerimiento de nutrientes,

así como su eficacia ante alteraciones importantes de carga y posibilidad

de grandes periodos de parada sin alteración importante en la población

bacteriana. >in embargo, como des$enta#as caben destacar la ba#a

efecti$idad en la eliminación de nutrientes y patógenos, generación de

13


15/32

malos olores y la necesidad de un postFtratamiento, generalmente

aerobio, para alcan*ar los ni$eles de depuración demandados, así como

los generalmente largos periodos de puesta en marcha.

/./ Procesos biológicos de eliminación de nutrientes

3.3.1 Tratamiento biológico de compuestos con nitrógeno


16/32

Figura /./.1

>in embargo, es muy comn la presencia de materia org&nica con

materia nitrogenada en aguas residuales, no solo en aguas residuales

urbanas, y la tendencia es la eliminación con#unta de ambos

contaminantes. "n este caso no se puede seguir la secuencia

mencionadaC "n el primer reactor de nitrificación la materia org&nica

inacti$aría las bacterias nitrificantes, y en el segundo se necesitaría

materia org&nica. %ara e$itar estos problemas, es necesario iniciar el

proceso con un reactor anó;ico, donde la materia org&nica del agua

residual acta como fuente de carbono, pero sería necesario recircular

parte del efluente del segundo reactor de nitrificaciónC en este reactor se

producir&n nitratos, y sería un reactor aerobio. Hn esuema simplificado

se muestra en la figura E.E.2

15


17/32

Figura /./.1.2

"l proceso es seme#ante al de fangos acti$ados, pero para ue se

alcance la nitrificación y desnitrificación es necesario traba#ar con

relaciones A/= por deba#o de 0.( diasF(, como ocurre en procesos de

aireación prolongada. :tra forma de lle$ar a cabo la eliminación con#unta

de compuestos con nitrógeno y materia org&nica utili*ando un nico

reactor es en los denominados “canales de o;idación”, en los ue tanto el

punto de alimentación del agua residual como el de aireación han de

tener unas posiciones estratégicas, como se indica en la figura E.E.E

Figura /./.1./ canales de oidación

16


18/32

/./.2 Eliminación Biológica del Fósforo

Aunue la eliminación del fósforo 'en forma de fosfato) ha sido

tradicionalmente por precipitación con a2M, se han desarrollado

métodos para su eliminación biológica, m&s all& de lo ue supone lasimple asimilación por parte de los organismos para integrarlo en su

crecimiento celular. Toda$ía no est& perfectamente descrita la acción de

los microorganismos, entre los ue son especialmente acti$os los

Acinetobacter .

in embargo, si posteriormente son

sometidos a un sistema aerobio, consumen con “a$ide*” fósforo,

momento en el ue se sedimentan y separan. >on muchos los procesos

ue se han desarrollado, tanto para la eliminación con#unta de % y

materia org&nica 'procesos %ho>trip, 9ardenpho, etc.), como para

también la materia nitrogenada 'A2:, 9ardenpho modificado) "n todosellos el reactor suele ser un balsa alargada, compartimentada de forma

ue en cada *ona se somete a la masa microbiana al ambiente

adecuado 'anaerobio, anó;ico, aerobio)."n la figura E.E.2.( se muestra la

secuencia en el proceso 9ardenpho modificado, para la eliminación

con#unta de materia org&nica, y compuestos con B y %.

1$


19/32

?igura E.E.2.( %roceso biológico 9ardenpho modificado

/.2 FI%TROS 9IO%I+OS

"stos sistemas emplean reactores en los cuales el agua residual est& en

contacto con los microorganismos inmo$ili*ados en una superficie. "l

&rea superficial de la bioFpelícula es un comple#o de agregación de

microorganismos marcado por la e;creción de una matri* adhesi$a

protectora. istema de 9iodiscos

1%


20/32

"l sistema m&s comn de este tipo son los filtros empacados. Hna forma

comn de estos es con un arreglo $ertical de $arios metros de alto

conocidos como bioFtorres '?igura E.(.2).


21/32

/.2 %#$"S DE EST9I%I:+I&"

on muy

empleadas ya ue dichas plantas tienen un ba#o costo y su operación es

bastante sencilla. Bo sólo son capaces de lograr buena reducción de

D9:, sino ue también pueden ser usadas para el retiro de nitrógeno y

fósforo, reducción de metales pesados y compuestos org&nicos tó;icos, y

destrucción de patógenos.

"ste tratamiento tiene algunas des$enta#as pues se necesita un &rea

muy grande para la laguna y si se sobrecarga la laguna, despide olores

haciendo ue no se puedan colocar cerca de comunidades o centros

urbanos. Dentro de las lagunas de estabili*ación, e;isten tres tipos

diferentesC

• Lagunas aeróbicas 'estanues terciarios), son lagunas ue

soportan cargas org&nicas ba#as, tienen una me*cla adecuada

para pre$enir estratificación5 y contienen o;ígeno disuelto en todo

instante y en todo $olumen del líuido

• Lagunas facultativas, operan con una carga org&nica media. "n

las capas superiores hay un proceso aeróbico. "n las capas

inferiores se tiene un proceso anaeróbico, donde se produce

simult&neamente fermentación &cida y met&nica.

20


22/32

?igura 2.2.(


23/32

2./ %ODOS +TI;DOS

"l tratamiento por medio de lodos acti$ados es el ue mayor $olumen de

agua trata en =é;ico, eui$ale al 4(.78 de las plantas del país. "s uno

de los procesos m&s usados porue su funcionamiento es bastantesencillo, consiste simplemente en un tanue de aireación, un tanue

sedimentador, un tanue para almacenar los lodos y una recirculación de

lodos.

"l proceso consiste en ue el agua residual entre a un sedimentador

primario o desarenador donde la mayoría de las arenas o sólidos

suspendidos, sean sedimentados por gra$edad. Después se pasa el

agua a un tanue aireador, ue es el cora*ón del proceso, donde el lodo

acti$ado ue contiene microorganismos son completamente me*clados

con la materia org&nica en el agua residual de manera ue ésta les sir$e

de alimento para su producción.


24/32

?igura 2.E.( >istema de lodos acti$ados

"l agua tratada ue sale del sedimentador secundario, est& lista parausarse segn las necesidades.

2.7 4$!ED%ES +O!O %TER"TI; DE 9,O +OSTO

Hna alternati$a de tratamiento ue est& siendo poco a poco m&s

conocida por sus ba#os costos de instalación y operación, son los

denominados humedales artificiales. "ste tipo de sistemas es usado en

un 0.7 por ciento del total de las plantas de tratamiento instaladas en el

2007 en =é;ico. %ara entender un poco de este tema, se escogió una de

las mltiples definiciones de humedal, sin duda la adoptada por la

on$ención sobre los -umedales '3amsar, Ir&n, (51() en su artículo (

es la ue tiene una mayor aceptación a ni$el científico y legal.

“A los efectos de la presente Convención son humedales las extensiones

de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de aguas,

sean éstas de régimen natural o artificial, permanentes o temporales,

23


25/32

estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas, incluidas las

extensiones de agua marina cuya profundidad en marea baja no exceda

de seis metros!

"l artículo 2 completa esta definición al precisar la delimitación territorial

y ecológica de los humedales costeros.

podr"n comprender sus #onas ribere$as o costeras adyacentes, as%

como las islas o extensiones de agua marina de una profundidad

superior a los seis metros en marea baja, cuando se encuentren dentro

del humedal!

?igura 2.4.( funcionamiento de un humedal.

24


26/32

omo se obser$a en la ?igura 2.4.( y de manera m&s clara, los

humedales son ecosistemas naturales ue pueden ayudar a remo$er

contaminantes de manera física, uímica o biológica.


27/32

mantener las operaciones principales del tratamiento y para utili*ar

escasamente euipo mec&nico. Oracias a estos componentes naturales

los humedales artificiales tienen un ba#o costo de operación y

mantenimiento, también usan mucho menos energía ue los tratamientoscon$encionales. abe resaltar ue generan menos lodos y pro$een un

h&bitat para ciertas especies, sin embargo este tratamiento tiene un

hori*onte peue!o, debido a ue sólo se puede utili*ar para peue!as

comunidades 'no mayores a las 20000 habitantes), residencias,

peue!os negocios o &reas de descanso, porue de otra manera la

e;tensión de terreno ue se reueriría sería considerable.

) y >istemas de ?lu#o

>ubsuperficial '>?>).

istemas de ?lu#o


28/32

tra$és de los tallos y las raíces de las plantas ue se han sembrado en el

humedal, para ue al tener contacto, se cree una biopelícula donde los

microorganismos ue se ueden funcionaran para limpiar el agua

residual .istemas de ?lu#o ?>), los efluentes 'agricultura

o la minería de escorrentía, desecho de procesamiento de carnes, aguasresiduales de alcantarillado o desagPes plu$iales, o cualuier tipo de

agua a ser tratada) fluyen a tra$és de un filtro de gra$as, arenas o

cualuier otro medio permeable, donde las plantas son sembradas. "stos

sistemas son utili*ados para reempla*ar fosas sépticas debido a ue el

agua residual se mantiene deba#o de la superficie gracias al filtro,

e$itando problemas de mosuitos y de olor. "l lecho de gra$a tendr&

mayores tasas de reacción y por lo tanto puede tener un &rea menor.

Aunue el &rea reuerida sea menor ue la de un sistema ?J>, la

$iabilidad económica del sistema depender& del costo de conseguir y

poner el material granular en el lecho.

2$


29/32

?igura 2.4.E >istemas de ?lu#o >ubsuperficial '>?>)

"s improbable ue un sistema >?> sea económicamente competiti$o

desde el punto de $ista de costos, frente a uno ?J> para peue!as

comunidades y caudales, pero esto siempre depender& de los costos dela tierra, el tipo de impermeabili*ación ue se reuiera y el tipo y

disponibilidad del material granular empleado. "n general, los

componentes principales de los humedales son las plantas, los suelos y

los microorganismos.


30/32

agua residual, permite la transferencia de o;ígeno a la columna de agua

y controla el crecimiento de algas al limitar la penetración de la lu* solar.

Al tener un alto grado de humedad y una abundante $egetación, el

humedal aduiere un ele$ado potencial de autodepuración. asi no se

generan lodos, porue todos sólidos se minerali*an, no se generan

olores, no presentan problemas de moscas y la biomasa $egetal acta

como aislante del sedimento, lo ue asegura una intensa acti$idad

microbiana en todas las estaciones del a!o.

> y nitrógeno 'rendimientossuperiores al 608), así como ni$eles significati$os de metales, tra*as

org&nicas y patógenos. Bo ocurre lo mismo con la eliminación de fósforo

ue es mínima en estos sistemas '


31/32

TABLA 2.4.1 CUADRO COMPARATIVO DE TIPOS DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALESTIPO DE TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJASFiltros Biolói!osBio"is!os • &'tas ecie!cias de

re"oci!, $5* +%5*s'idos e!suse!si! -"icroorga!is"os95* + 99*

• Eue!te

arcia'"e!te!itricado

• Eue!te ara reuso

agr/co'a• Me!os

reueri"ie!to deeuioe'ectro"ec!ico

• &'tos costos or

ora ci#i',euia"ie!to -oeraci!

• Ma-or caacitaci!

ara oeradores• roducci! de 'odos

i!esta'es

L#$%#s "&&st#'ili(#!ió% • ao costo or ora

ci#i'• ao costo de

oeraci! -"a!te!i"ie!to

• Caacitaci! !u'a

de oeradores

• Reuiere gra!des

ete!sio!es deterre!o

• uede desedir

o'ores i!desea'es• ecesita! de so' -

te"eraturasco!sta!tes arate!er u! "eordese"e7o

Lo"os A!ti)#"os• &'tas ecie!cias de

re"oci! %5* +95*s'idos e!suse!si! -"icroorga!is"os

9%*+99.5*• 8odos arcia'"e!te

estai'iados• Eue!te

arcia'"e!te!itricado

• :ci' de estai'iar

dura!te arra!ue

• &'tos costos or

ora ci#i' -euia"ie!to

• &'to costo de

oeraci! -

"a!te!i"ie!to• Ma-or caacitaci!

ara oeradores• Reuiere u! rea de

desito ara 'os'odos residua'es

30


32/32

• Me!or

reueri"ie!to deterre!o

*$+&"#l&s• Re"ue#e ;asta $0

de * de s'idos -acterias

• MU, BAJO COSTODE OBRA CIVIL

• MU, BAJOSCOSTOS DEOPERACI-N ,MANTENIMIENTO

• &u! est! e! estado

eeri"e!ta'• Reuiere u!a

re"oci! eridicade eceso de"ateria' #egeta'

• Es uti'iado "eor

e! reas do!de so!diso!i'es 'a!tas

Procesos Biologicos en El Tratamiento de Aguas Residuales

Documents

Transcript of Procesos Biologicos en El Tratamiento de Aguas Residuales