SISTEMAS AEROBIOS Y ANAEROBIOS

Presentado por:Anguiano Violeta

Carrillo Torres Juan Ulises Nunez Fernandez Z. Nayzeth

Renteria Garcia C. Horacio

Tijuana B.C. Febrero 2012.

Profesor: Ing. Ramon Quinones

Materia: Tratamiento de aguas

Sistemas aerobios

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PRETRATAMIENTO Se retiran sólidos y gruesos de gran tamaño, así como las arenas y grasas

TRATAMIENTO PRIMARIO Se eliminan sólidos en suspensión fácilmente sedimentables y algo de materia orgánica.

TRATAMIENTO SECUENDARIO

La M.O. que queda disuelta y en suspension asi como el resto de las particulas sólidas que no se han eliminado en los tratamientos anteriores, son eliminadas mediante los denominados “Procesos Biológicos de Depuración Aerobia”

PROCESOS BIOLÓGICOS DE DEPURACIÓN AEROBIA

Realizados por determinado grupo de microorganismos (principalmente bacterias y protozoos) que en presencia de Oxígeno, actúan sobre la M.O. e inorgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual, transformándola en gases y materia celular, que puede separarse fácilmente mediante sedimentación.

La unión de materia orgánica, bacterias y sustancias minerales forma los flóculos y el conjunto de flóculos es lo que todos conocemos como fango biológico.

Sistemas aerobios

…OBJETIVOS

•Transformación de la M.O.• Coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables.

En el caso de algunas aguas residuales urbanas:

•La eliminación de N2 y de P.•Disminución de los microorganismos patógenos y fecales que habitan el agua residual.

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El mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia orgánica contaminante del agua residual “Oxidación biológica”

PROCESOS DE OXIDACIÓN BIOLÓGICA

De esta forma, estos microorganismos se alimentan de dicha M.O. en presencia de oxígeno y nutrientes, de acuerdo con la siguiente reacción:

M.O. + Microorganismos + Nutrientes + O2 Prod Finales + Nuevos microorg. + Energía

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Para que lo anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos de reacciones fundamentales totalmente acopladas: de síntesis o asimilación y de respiración endógena u oxidación.

Reacciones de síntesis o asimilaciónConsisten en la incorporación del alimento (materia orgánica y nutrientes) al interior de los microorganismos. Estos microorganismos al obtener suficiente alimento no engordan, sino que forman nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente. Parte de este alimento es utilizado como fuente de Energía. La reacción que ocurre es la siguiente:

CHNO (materia orgánica) + O2 + Bacterias + Energía C5H7NO2 (sustancias del interior bacteriano)

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Reacciones de oxidación y Respiración endógena

Los microorganismos al igual que nosotros, necesitan de Energía para poder realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.), dicha energía la obtienen transformando la materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de sustancias de reserva en gases, agua y nuevos productos de acuerdo con la siguiente reacción:

C5H7NO2 (material celular) + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Energía

Después de un tiempo de contacto suficiente entre la M.O. del agua residual y los microorganismos (bacterias), la M.O. del medio disminuye considerablemente transformándose en nuevas células, gases y otros productos.

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FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA OXIDACIÓN BIOLÓGICA

Temperatura:

A medida que aumenta la Temperatura, aumenta la velocidad con que los microorganismos degradan la materia orgánica, pero a partir de los 37°C, dichos organismos mueren.

Sistemas aerobios

Factores que intervienen en la oxidación biológica

Los factores principales que hay que tener en cuenta para que se produzcan las reacciones biológicas y por tanto, la depuración del agua residual son:Las características del sustratolas características físico-químicas del agua residual, determinan el mejor o peor desarrollo de los microorganismos en este sistema, existiendo compuestos contaminantes que son degradables biológicamente y otros que no lo son.

Los nutrientes

El interior celular, aparte de C, H y O, elementos característicos de la materia orgánica, contiene otros elementos como son el N, P, S, Ca, Mg e.t.c., denominados nutrientes y que a pesar de que muchos de ellos se encuentran en el organismo sólo en pequeñas cantidades, son fundamentales para el desarrollo de la síntesis biológica.Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan por cada 1000 gr. de C, 43 de N y 6 de P, y que en las aguas residuales urbanas existen por cada 1000 gr. de C, 200 gr. de N y 16 gr. de P.

‘’’Aportación de Oxígeno: ‘‘‘

Como hemos visto, para el desarrollo de las reacciones biológicas es necesario un medio aerobio, es decir, con oxígeno suficiente que permita el desarrollo y la respiración de los microorganismos aerobios.

‘’’Temperatura: ‘‘‘ A medida que aumenta la Temperatura, aumenta la velocidad con que los microorganismos degradan la materia orgánica, pero a partir de los 37oC, dichos organismos mueren. Nuestras temperaturas son ideales para el desarrollo óptimo de los procesos de depuración biológica.

‘’’Salinidad: ‘‘‘ El contenido en sales disueltas no suele ser problemático para el desarrollo bacteriano en el proceso de fangos activos hasta concentraciones de 3 a 4 gr/l. En los procesos de cultivos fijos (lechos bacterianos), la influencia es aún menor, no afectando valores que no superen los 15 gr/l. Sin embargo, existen multitud de grupos bacterianos capaces de vivir en aguas saladas, de forma que si a tu sistema de depuración le das tiempo de adaptación, pueden desarrollarse bastante bien dichos grupos microbianos a concentraciones salinas superiores.

‘’’Tóxicos o inhibidores: ‘‘‘• Existen una serie de sustancias orgánicas e

inorgánicas que, a ciertas concentraciones, inhiben o impiden los procesos biológicos. Este tipo de sustancias, entre las que se encuentran los metales pesados, ejercen un efecto perjudicial sobre los microorganismos encargados de depurar el agua y por tanto, no deben de entrar en las plantas depuradoras con el agua residual, o si entran deben de hacerlo en concentraciones muy bajas.

EL PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS• El proceso de fangos activados es un sistema de

tratamiento de las aguas residuales en el que se mantiene un cultivo biológico formado por diversos tipos de microorganismos y el agua residual a tratar. Los microorganismos se alimentarán de las sustancias que lleva el agua residual para generar mas microorganismos y en el proceso se forman unas partículas fácilmente decantables que se denominan flóculos y que en conjunto constituyen los denominados fangos activos o biológicos.

Sistemas anaerobios

no

Organismos anaerobios

ferment

aciones

Respiraciones anaerobias

Los organismos anaerobios o anaeróbicos son los que no utilizan oxígeno (O2) en su metabolismo, más exactamente que el aceptor final de electrones es otra sustancia diferente del oxígeno. Si el aceptor de electrones es una molécula orgánica (piruvato, acetaldehído, etc.) se trata de metabolismo fermentativo; si el aceptor final es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (sulfato, carbonato, etc.) se trata de respiración anaeróbica.

Respiración Anaeróbica

La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno. En el proceso anaeróbico no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.

Aceptor Producto final Microorganismo

Nitrato Nitritos, óxidos de nitrógeno y N2 Pseudomonas, Bacillus

Sulfato Sulfuros Desulfovibrio, Clostridium

Azufre Sulfuros Thermoplasma

CO2 Metano Methanococcus, Methanosarcina, Methanopyrus

Fe3+ Fe2+ Shewanella, Geobacter, Geospirillum, Geo Vibrio

Mn4+ Mn2+ Shewanella putrefaciens

Selenato Selenito

Arsenato Arsenito Desulfotomaculum

Fumarato Succinato Wolinella succinogenes, Desulfovibrio, E. coli

DMSO DMS Campylobacter, Escherichia

TMAO TMA

Clorobenzoato Benzoato Desulfomonile

FERMENTACION La mayoría de los organismos anaerobios utilizan la fermentación para obtener energía química. Existen diferentes tipos de fermentación en función de la ruta metabólica utilizada. Así, se denomina fermentación alcohólica a aquella en la que se genera etanol, fermentación láctica a la que genera ácido láctico, fermentación ácido-mixta a la produce Aerobio: Aerobio: Organismo que solo puede vivir en un medio con oxígeno, utilizando el mecanismo de respiración aerobio.

DIGESTIÓN ANAEROBIA

La Digestión Anaerobia es el proceso fermentativo que ocurre en el tratamiento anaerobio de las aguas residuales. El proceso se caracteriza por la conversión de la materia orgánica a metano y de CO2, en ausencia de oxígeno y con la interacción de diferentes poblaciones bacterianas

• La digestión anaerobia es un proceso que se produce en ambientes naturales como los pantanos, en zonas anegadas para el cultivo de arroz, en los sedimentos de lagos y mares, en las zonas anóxicas del suelo, en fuentes de aguas termales sulfurosas y en el tracto digestivo de los rumiantes

• Balance: En el campo del tratamiento de las aguas residuales, la contaminación orgánica es evaluada a través de la DQO (demanda química de oxígeno), la cual mide básicamente la concentración de materia orgánica. La forma de apreciar lo que ocurre con la materia orgánica en el tratamiento anaerobio de aguas residuales, es comparando su balance de DQO con el del tratamiento aerobio

Tratamiento Anaerobio

• La digestión anaerobia es un proceso de transformación y no de destrucción de la materia orgánica, como 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 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%). En las reacciones bioquímicas que ocurren en la digestión anaerobia, solo una pequeña parte de la energía libre es liberada, mientras que la mayor parte de esa energía permanece como energía química en el metano producido.

SULFATO REDUCCIÓN

• La sulfato reducción es el proceso durante el cual el sulfato se reduce a sulfuro de hidrógeno, mediante la participación de las bacterias sulfato reductoras (BSR)

APLICACIÓN DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

• Sulfato reducción: aplicado para la remoción y recuperación de sulfuros y metales pesados:

Desnitrificación• Es un proceso anóxico en el cual los nitratos

son reducidos a nitrógeno gaseoso.• Las desnitrificación es utilizada en

postratamientos de aguas residuales para remover nutrientes.

Bioremediación

• La digestión anaerobia puede ser utilizada para la biodegradación o biotransformación de contaminantes tóxicos. Comunidades de microorganismos en ambientes anaerobios, puede causar la oxidación de contaminantes a productos estables (CO2) o pueden causar la biotransformación de contaminantes a sustancias menos tóxicas.

• La bioremediación anaerobia puede ser utilizada en el tratamiento de efluentes industriales que contienen sustancias tóxicas, como es el caso de la industria del plástico, cuyas aguas residuales contienen altas concentraciones de terepthalato: