TRATAMIENTO ANAEROBIO – AEROBICO DE LAS AGUAS RESIDUALES

La remoción de materia orgánica constituye uno de los objetivos del tratamiento de las aguas residuales, utilizándose en la mayoría de los casos procesos biológicos.El mecanismo más importante para la remoción de la materia orgánica presente en el agua residual, es el metabolismo bacteriano. El metabolismo consiste en la utilización por parte de las bacterias, de la materia orgánica como fuente de energía y carbono para generar nueva biomasa. Cuando la materia orgánica es metabolizada, parte de ella es trasformada químicamente a productos finales, en un proceso que es acompañado por la liberación de energía llamado “Catabolismo”. Otro proceso denominado “Anabolismo ó Síntesis” ocurre simultáneamente, donde parte de la materia orgánica se transforma en nuevo material celular.

Representación Esquemática del Metabolismo Bacteriano

El anabolismo es un proceso que consume energía y solamente es viable si el catabolismo está ocurriendo para proporcionarle la energía necesaria para la síntesis celular. Por otro lado, el catabolismo solo es posible si existe la presencia de una población bacteriana viva.El catabolismo se divide en dos procesos fundamentalmente diferentes:

- Catabolismo Oxidativo: El catabolismo oxidativo es una reacción redox, donde la materia orgánica es el reductor que es oxidada por un oxidante. En la práctica ese oxidante puede ser el oxígeno, nitrato o sulfato.

- Catabolismo Fermentativo. Se caracteriza por el hecho de no haber presencia de un oxidante: el proceso resulta en un reordenamiento de los electrones de la molécula fermentada de un modo tal que se forman como mínimo dos productos. Generalmente son necesarias varias fermentaciones secuénciales para que se formen productos estabilizados.

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.

Degradación Biológica de la Materia Orgánica

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.

Las lagunas anaerobias suelen tener profundidad entre 2 y 5 m, el parámetro más utilizado para el diseño de lagunas anaerobias es la carga volumétrica que por su alto valor lleva a que sean habituales tiempos de retención con valores comprendidos entre 2-5 días (Romero, 1999).

BALANCE COMPARATIVO DE LOS PROCESOS AEROBIO Y ANAEROBIO

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, escomparando 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 DQOTeórica 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.

TRATAMIENTO AEROBIO:En este tipo de tratamiento se llevan a cabo procesos catabólicos oxidativos. Como el catabolismo oxidativo requiere la presencia de un oxidante de la materia orgánica y normalmente este no está presente en las aguas residuales, él requiere ser introducido artificialmente. La forma más conveniente de introducir un oxidante es por la disolución del oxígeno de la atmósfera, utilizando la aireación mecánica, lo que implica altos costos operacionales del sistema de tratamiento. Adicionalmente la mayor parte de la DQO de la materia orgánica es convertida en lodo, que cuenta con un alto contenido de material vivo que debe ser estabilizado.

DEGRADACIÓN ANAEROBIA DE LA MATERIA ORGÁNICALa degradación anaerobia de la materia orgánica requiere la intervención de diversos grupos de bacterias facultativas y anaerobias estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los productos metabólicos generados por cada grupo.

La digestión anaerobia de la materia orgánica involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación:

1. Hidrólisis: Grupo I: bacterias hidrolíticas2. Acidogénesis: Grupo I: bacterias fermentativas3. Acetogénesis: Grupo II: bacterias acetogénicas4. Metanogénesis: Grupo III: bacterias metanogénicas

BALANCE COMPARATIVO DE LOS PROCESOS DE DEGRADACION AEROBIO Y ANAEROBIO

MICROBIOLOGÍA DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

Grupo I: Bacterias Hidrolíticas – FermentativasLas bacterias que llevan a cabo las reacciones de hidrólisis y acidogénesis son anaerobias facultativas y los géneros más frecuentes que participan son los miembros de la familia Enterobacteriaceae ,

además los géneros Bacillus, Peptostreptococcus, Propionibacterium, Bacteroides, Micrococcus y Clostridium. Las bacterias con actividad proteolítica son en su mayoría especies de los géneros Clostridium, Peptococcus, Bifidobacterium y Staphylococcus. Bacterias como Anaerovibrio lipolytica con actividad lipolítica han sido aislasdas del rumen; igualmente la Butyrovibrio fibrisolvens hidroliza fosfolípidos cuando crece con azúcares fermentables como fuente de carbono.

Grupo II: Bacterias AcetogénicasPara que tenga lugar una eficiente metanogénesis, los productos de fermentación como el propionato y el butirato deben ser oxidados a acetato, CO2 y H2, esta oxidación es llevada a cabo por un grupo denominado “organismos acetógenos productores obligados de hidrógeno (OHPA)”, mediante un proceso conocido como acetogénesis.Aunque la mayoría de este tipo de reacciones consume energía, en ambientesanaerobios donde la energía disponible es baja, el acoplamiento de la actividad de las bacterias OHPA con las bacterias consumidoras de H2

(metanógenos hidrogenofilicos) permite un balance energético favorable. Este último grupo, consume el hidrogeno generado por las OHPA manteniendo una presión parcial de H2 a un nivel adecuado para que termodinámicamente pueda darse la conversión de los AGV a acetato e hidrógeno. Esta asociación se conoce como “relación sintrófica” o “transferencia interespecífica de hidrógeno”. Solamente un limitado número de especies del grupo OHPA han sido aisladas; probablemente existan más, pero aún no son conocidas.Dentro de las especies aisladas se pueden mencionar:

- Syntrophomonas sapovorans- Syntrophobacter wolinii- Syntromonas wolfei- Syntrophospara bryantii- Syntrophus buswellii

Dentro del grupo de acetógenos existe un grupo de bacterias conocidas como“bacterias homoacetogénicas” las cuales son anaerobias obligadas y utilizan el CO2, como aceptor final de electrones, produciendo acetato como producto único de la fermentación anaerobia. Aunque este grupo no es un grupo taxonómico definido, en el se incluyen una variedad de bacterias Gram (+) y Gram (-) formadoras de esporas como : Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum y Acetobacterium wooddi.

Grupo III: Bacterias MetanogénicasLas bacterias metanogénicas pertenecen al grupo actualmente conocido como Archeaea, cuyos miembros presentan características diferentes a las encontradas en Bacteria. Estas características están relacionadas

fundamentalmente con la composición química de algunas estructuras celulares. Las bacterias metanoogénicas son anaerobias estracitas y producen metano como principal producto del metabolismo energético. A pesar de los requerimientos estrictos de anaerobiosis obligada y el metabolismo especializado de este grupo, estas bacterias se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza. La actividad metanogénica es mucho mayor en ecosistemas de aguas dulces y terrestres, la menor actividad detectada en océanos, se debe a la alta concentración de sulfatos, condición que favorece la sulfato reducción en sedimentos marinos (Zinder 1998).Con base en el tipo de sustrato utilizado, las bacterias metanogénicas se subdividen en tres grupos:Grupo 1: utiliza como fuente de energía H2 formato y ciertos alcoholes, el CO2 es

el aceptor final de electrones el cual es reducido a metano.Grupo 2: utiliza una amplia variedad de compuestos que tienen el grupo metilo.

Algunas de las moléculas son oxidadas a CO2, el cual actúa con aceptor final de

electrones y se reduce directamente a metano;Grupo 3: aunque la mayor parte del metano que se genera en la naturaleza

proviene del rompimiento del acetato, la habilidad de catabolizar este sustrato

esta limitada a los géneros: Methanosarcina y Methanosaeta (Methanotrix). Es

frecuente encontrar en reactores anaerobios, una competencia por el acetato

entre estos dos géneros, sin embargo, las bajas concentraciones de acetato que

usualmente predominan al interior de los reactores favorece el crecimiento de las Methanosaeta.

SULFATO REDUCCIÓNLa sulfato reducción es el proceso durante el cual el sulfato se reduce a sulfuro dehidrógeno, mediante la participación de las bacterias sulfato reductoras (BSR)

Reducción Biológica del Sulfato

Durante la degradación anaerobia de la materia orgánica, puede ocurrir que las BSR utilicen el sulfato como aceptor de electrones, aunque pueden utilizar tambiéncompuestos como el tiosulfato, el tetrationato y el azufre elemental. Los donadores de electrones más utilizados por las BSR son H2, lactato, piruvato entre otros.Las BSR son anaerobios estrictos, ampliamente distribuidas en ambientes acuáticos y terrestres, cumplen un importante papel en las etapas finales de la degradación de la materia orgánica, especialmente en la remoción de los sulfatos presentes en el afluente.Pueden crecer en presencia o ausencia de sulfatos, utilizando vías metabólicasdiferentes; una fermentativa y la otra oxidativa.

Sulfato Reducción en la Degradación de la Materia Orgánica

En presencia de sulfatos las BSR compiten con las bacterias metanogénicas (BM) por sustratos comunes como: formato e hidrógeno, con las bacterias acetogénicas (BA) por componentes como propionato y butirato. Esto no significa que la metanogénesis y la sulfato reducción sean excluyentes, pues pueden ocurrir simultáneamente cuando el metano se genera a partir del metanol y/o aminas metiladas, sustratos por los cuales las BSR tienen poca afinidad. Los reactores anaerobios operan a valores umbrales para el consumo de hidrógeno por la población metanogénica. Sin Embargo, el valor umbral de las BSR es más bajo, por lo que en presencia de sulfato, el hidrógeno es consumido principalmente por las BSR. Esta población tiene ventajas cinéticas

frente a las BM que favorecen su proliferación al interior de los reactores. En reactores anaerobios con alta concentración de sulfato, las BRS también compiten con las BA por sustratos comopropionato y butirato, por lo que la relación sintrófica entre las BM y BA para la oxidación de estos compuestos es superada por las BSR.En ausencia de sulfato, las BSR pueden constituir el 15% del total de la biomasa presente en el reactor anaerobio. Bajo estas condiciones fermentan sustratos como: piruvato, lactato, etanol, fructuosa, propanol y acetato entre otros, y crecen como organismos acetogénicos.En general, durante la degradación anaerobia de la materia orgánica, la sulfatoreducción puede interferir con la metanogenésis, generando problemas como:- Competencia entre las BSR y las BM, por sustratos comunes y la

consecuente disminución en la producción de metano; - Inhibición de varios grupos bacterianos por la presencia de H2S;- Toxicidad generada por el H2S, malos olores y corrosión.

A pesar de los problemas que ocasiona la sulfato reducción al interior de los reactores anaerobios, este proceso puede presentar algunas ventajas: contribuye a mantener un bajo potencial de óxido-reducción en el sistema;

constituye un método biotecnológico para la remoción de sulfato; los complejos Metal-S2- tienen baja solubilidad, propiedad que puede ser utilizada para la precipitación de metales pesados como Co, Ni, Pb, y Zn.

APLICACIONES Y TENDENCIAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

La digestión anaerobia ha sido utilizada ampliamente para estabilizar lodos primarios y secundarios provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas, y en una menor proporción, pero con una tendencia de aumento significativo, es utilizada para el tratamiento de aguas residuales diluidas como es el caso de las aguas residuales domésticas, con bastante éxito en zonas de clima tropical, y aguas residuales concentradas como las industriales (destilerías, cervecerías, refinerias de azúcar, industria lactea, procesamiento de frutas, mataderos, jugos y refrescos, enlatados y conservas, malherías, pulpas y papeleras, alimentos, química, textil, farmacéutica, petroquímica, etc).

La digestión anaerobia no se limita solamente a remover la materia orgánica del agua residual, existen otras aplicaciones tales como:

Sulfato reducción: aplicado para la remoción y recuperación de sulfuros ymetales pesados:Los sulfuros formados biológicamente forman precipitados altamente insolubles con metales pesados tales como cobre o zinc. Si los iones metálicos de estosprecipitados están presentes en una alta concentración, ellos pueden ser recuperados para su reutilización en la industria.Los sulfuros formados biológicamente pueden ser parcialmente reoxidados bajocondiciones microaerófilas por bacterias quimiotróficas (sulfoxidación), a la formainsoluble de azufre elemental. El azufre elemental sedimentado puede ser recolectado para su reutilización industrial. La sulfoxidación puede ser utilizada enpostratamientos de aguas residuales y para limpiar gases.

Desnitrificación: es un proceso anóxico en el cual los nitratos son reducidos anitrógeno gaseoso. Las desnitrificación es utilizada en postratamientos de aguasresiduales para remover nutrientes.

(COD)

Sulfato reducción

Sulfo – Oxidación

(Remoción de azufre)

Remoción de metales pesados

Bioremediación: la digestión anaerobia puede ser utilizada para la biodegradación o biotransformación de contaminantes tóxicos y peligrosos.

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:

VENTAJAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

- Proceso simple y sencillo de operar.- Aplicable en pequeña, mediana y gran escala, para residuos industriales y

domésticos.- Presenta una baja producción de lodos (estabilizados).- Bajo o nulo consumo de energía (eventualmente bombeo).- Son instalaciones compactas que demandan poco espacio.- Constituyen una fuente de energía alternativa (CH4).- Permiten la aplicación de elevadas cargas orgánicas (superiores a 30 kg

DQO/m3.d).- El lodo anaerobio puede permanecer sin alimento mucho tiempo.- El arranque de los reactores es rápido con una apropiada inoculación.

DESVENTAJAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

- Arranque de reactores anaerobios: una característica particular de los microorganismos anaerobios es su baja tasa de crecimiento; por lo tanto, al iniciar el proceso de arranque del reactor se requiere de un periodo de tiempo que dependerá de la calidad y cantidad de inóculo utilizado. Sin embargo, en los casos en que no se cuenta con inóculos adecuados, esta etapa se puede prolongar, incluso hasta condiciones críticas en las que nunca alcanza la estabilidad. Por ello, el arranque de reactores anaerobios requiere contar con herramientas apropiadas para la obtención y evaluación de los inóculos más eficientes.

- Postratamientos: la digestión anaerobia es un proceso eficiente para la remoción de materia orgánica, pero tiene poco efecto sobre la concentración de nutrientes (nitrógeno y fósforo), y sobre la remoción de patógenos es apenas parcial. Dependiendo de la disposición final del efluente y de la legislación local sobre la calidad mínima de vertimientos, puede existir la necesidad de postratamientos para remover la concentración residual de la materia orgánica y de sólidos suspendidos, y para reducir la concentración de nutrientes y patógenos. Los recursos tecnológicos más utilizados incluyen procesos biológicos como Lodos Activados, Filtros Percoladores, Lagunas de Oxidación, Humedales y Plantas Acuáticas; también pueden ser utilizados procesos físicos, químicos o fisicoquímicos como Filtración en Arena, Desinfección y Floculación- Coagulación.

- Producción de Olores: una de las características más llamativas asociada con la tecnología anaerobia es la producción de malos olores, atribuida a la generación de compuestos azufrados como el H2S en el biogás.

- Sensibilidad a bajas temperaturas, al cambio brusco de pH y a la presencia de oxígeno disuelto

- La agresividad de algunos subproductos que demandan atención en la protección de las estructuras (corrosión).

TIPOS DE REACTORES DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

Los reactores anaerobios se clasifican de manera similar a los procesos aerobios:

Existen reactores de biomasa en suspensión y reactores de biomasa adherida. Igualmente existen reactores de baja carga y reactores de alta tasa. Otra manera de clasificarlos es con base en el proceso evolutivo: primera generación, segunda generación y tercera generación

1. Reactores de primera generación: el tiempo de retención celular es igual al TRH, por lo que se requieren TRH muy altos, existe un contacto inadecuado entre la biomasa y la materia orgánica - Lagunas Anaerobias, Tanque Séptico, Tanque Imhoff (ver Figura 9a).

2. Reactores de segunda generación: se caracterizan por el hecho de quetienen mecanismos para retención de los lodos, independizando el tiempo de retención celular del TRH. Los dos mecanismos más aplicados son a) inmovilización del lodo por adhesión a material sólido - Filtros anaerobios de flujo ascendente y descendente; b) separación líquido-sólido del efluente, con el retorno de los Sólidos separados al reactor - UASB, el cual usa un sedimentador interno (ver Figura 9b).

3. Reactores de tercera generación: para optimizar el contacto entre el sustrato y la biomasa, esta se adhirió con partículas de arena , alúmina o plástico, las cuales se expanden - Reactores de lecho fluidizado o expandido (ver Figura 9c).

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR AIREACIÓN EXTENDIDA

El tratamiento permite una reducción del DBO5 y de los sólidos suspendidos superior al 96% y una reducción considerable de nitratos y nitritos en el agua. La calidad del efluente es apta para ser utilizada como fuente de riego, lavado de autos, reciclaje o cualquier otro uso que se le quiera dar.

Desbaste Como método de pre – tratamiento se instala una cesta de desbaste con la finalidad que los objetos de gran tamaño sean retenidos en ella para ser posteriormente eliminados como desechos sólidos.

Reactor Biológico Es la primera unidad de la planta, donde se realiza la biodegradación de la materia orgánica presente en el agua cruda, con la ayuda de sopladores acoplados a su motor eléctrico, que suministra el aire necesario para cumplir los requerimientos de mezcla completa y de la actividad bacteriana en la unidad. Debido al contenido de detergentes presentes en el efluente residual de origen doméstico, la agitación o turbulencia en el tanque de aireación generan espumas, las cuales son controladas utilizando un sistema de rociado de aguas blancas sobre las mismas.

Retorno De Lodos

El lodo sedimentado es extraído a través de una neumo-eyectora tipo Air-Lift para ser descargado hacia el reactor biológico o purgados a los lechos de secado.

Sedimentador

La mezcla de líquido y biomasa formada en el reactor pasa al sedimentador donde ocurre la separación física de los mismos, de manera que la biomasa (lodos biológicos) se deposite en el fondo y el líquido clarificado pase a la siguiente unidad de tratamiento. Las natas, sólidos resuspendidos o flotantes se pueden remover de la superficie del líquido a través de un sistema de desnatación.

Clorador

En esta unidad, el líquido clarificado del sedimenta-dor es dosificado con una solución de hipoclorito de calcio para eliminar los microorganismos patógenos presentes en el mismo. El sistema de dosificación esta conformado por una bomba dosificadora y un tanque.

Lecho de Secado

Aun cuando teóricamente la producción de lodos en exceso en la modalidad de Aireación extendida es muy baja, se considera ésta unidad, cuya función es la de configurar una torta seca de lodo que pueda ser manejada y dispuesta como desecho sólido. El contenido líquido del lodo se elimina por evaporación y filtración a través del lecho de grava y arena. El lixiviado restante es conducido a la cámara de desinfección para su tratamiento.

Ventajas - Proporciona mayor grado de tratamiento que los pozos sépticos. - Son una alternativa para sitios donde los sistemas sépticos no son

adecuados debido a un alto nivel freático. - No produce olores o ruidos molestos. - Control automático del proceso. - Genera agua apta para el riego. - Cumple con las exigencias del Ministerio del Poder Popular para la Salud

en relación a descargas de aguas. - Amplio rango de capacidades.

Mantenimiento de la Planta El mantenimiento de la planta es muy sencillo, limitándose a:

- Limpiar las cestas de desbaste. - Remover sólidos suspendidos en el sedimentador. - Verificar los sistemas de recirculación, cloración y equipos de aireación. - Limpieza de los vertederos, pantallas y canales. - Limpieza de los bordes de tanques. - Verificar niveles de grasa y aceite en equipos. - Remoción de lodos en el lecho de secado.

LAGUNAS AIREADAS

TECNOLOGÍA CONVENCIONAL DE TIPO BIOLÓGICO

Remoción Directa: Compuestos Orgánicos, Nitrógeno, Demanda Bioquímica de oxígeno (DBO5), Demanda Química de Oxígeno (DQO), compuestos refractarios ySólidos Sedimentables y Sólidos Suspendidos Totales.

Remoción indirecta: Coliformes fecales, Color, índice de fenol y Aceites & Grasas. Regulan el pH y la temperatura.

DESCRIPCIONLas lagunas aireadas constituyen un proceso de tratamiento biológico simple.Contemplan el uso de componentes unitarias similares a los procesos convencionales e incorporan elementos mecanizados para la transferencia de Oxígeno. No recirculan los lodos como la tecnología de lodos activados.

TECNOLOGÍALa tecnología de Lagunas Aireadas corresponde al proceso de transición entre los sistemas naturales y convencionales, ya que operan con oxigenación mecánica, pero su infraestructura es simple del tipo piscinas impermeabilizadas. La aireación generalmente es entregada por equipos de aireación superficial, opera en flujo continuo, sin recirculación de lodos, por esto requieren mayor tiempo de retención que los sistemas convencionales. No utiliza sedimentación primaria, puede o no utilizar laguna de sedimentación secundaria. El efluente generalmente se somete a clarificación en lagunas de sedimentación.

Existen al menos tre tipos de lagunas aireadas:• Laguna Aireada a mezcla completa.• Laguna aireada multicelulares.• Laguna Aireadas Facultativa.

APLICACIÓN

• Industria de celulosa y papel• Aguas servidas de poblaciones pequeñas y medianas• Industrias faenadoras de animales

Algunos ejemplos de aplicación según códigos CIIU:

EFICIENCIA

Altamente eficientes en remoción de bacterias, parásitos y virus, si los tiempos de retención son altos (> 20 días).

VENTAJAS:• Eliminación eficiente de: DBO5, Sólidos Suspendidos Totales y patógenos.• Fácil control de la operación.• Bajos requerimientos de mantención.• No requiere clarificación previa.• Genera Lodos parcialmente estabilizados.

• Generan un efluente de alta calidad, con baja inversión y bajos costos operativos (un orden de magnitud menor que convencional).

• Soporta efluentes discontinuos.

DESVENTAJAS:• Generación de lodos secundarios, al igual que los sistemas convencionales.• Pueden generar olores.• Mayor requerimiento de espacio que los sistemas convencionales de lodos

activados.• Requiere de aireación artificial, lo que implica un gasto energético.

CONDICIONES OPERATIVAS

- (*) Temperatura de operación ideal para el mejor desempeño de la tecnología es entre 35-37°C.

- (**) No es recomendable que el caudal máximo de operación supere los 1000 L/s, si lo supera es probable que se requiera contar con grandes espacios para su implementación.

- (***)Vida útil referida a los equipos y motores con un adecuado manejo de mantención

RECOMENDACIONES

- Se recomienda su uso para tratamiento de aguas servidas en poblaciones pequeñas y medianas, por su sencillez, bajos costos y efectividad.

- Se aconseja un adecuado manejo de los lodos y de los posibles olores generados.

EJEMPLO DESTACABLE

Planta Internacional de Tratamiento de Aguas Residuales de Ambos Nogales. El tratamiento es secundario a base de “Lagunas Estabilizadoras de Aireación”. Cuenta dos trenes de tratamiento con una capacidad de tratamiento de 750 L/s y un tiempo de retención de 1 a 2 días.

Vistas aéreas de plantas de tratamiento de aguas servidas de Ambos Nogales, con la tecnología de lagunas Aireadas.

LAGUNAS OXIDADAS

Entre las técnicas de bajo costo en el campo del tratamiento de aguas residuales, los sistemas lagunares son los que han encontrado mayor aplicación. Las primeras lagunas de estabilización fueron en realidad embalses construidos como sistemas reguladores de agua para riego. Se almacenaban los excedentes de agua residual utilizada en riegos directos, sin tratamiento previo. En el curso de este almacenamiento se observó que la calidad del agua mejoraba sustancialmente, por lo que empezó a estudiarse la posibilidad de utilizar las lagunas como método de tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización son el método más simple de tratamiento de aguas residuales que existe. Están constituidos por excavaciones poco profundas cercadas por taludes de tierra. Generalmente tiene forma rectangular o cuadrada. Las lagunas tienen como objetivos:

1. Remover de las aguas residuales la materia orgánica que ocasiona la contaminación.

2. Eliminar microorganismos patógenos que representan un grave peligro para la salud.

3. Utilizar su efluente para reutilización, con otras finalidades, como agricultura.

La eficiencia de la depuración del agua residual en lagunas de estabilización depende ampliamente de las condiciones climáticas de la zona, temperatura, radiación solar, frecuencia y fuerza de los vientos locales, y factores que afectan directamente a la biología del sistema.

Las lagunas de estabilización operan con concentraciones reducidas de biomasa que ejerce su acción a lo largo de periodos prolongados. La eliminación de la materia orgánica en las lagunas de estabilización es el resultado de una serie compleja de procesos físicos, químicos y biológicos, entre los cuales se pueden destacar dos grandes grupos.

• Sedimentación de los sólidos en suspensión, que suelen representar una parte importante (40-60 % como DBO5 ) de la materia orgánica contenida en el agua

residual, produciendo una eliminación del 75-80 % de la DBO5 del efluente

(Romero, 1999). • Transformaciones biológicas que determinan la oxidación de la materia orgánica

contenida en el agua residual.

Los procesos biológicos más importantes que tienen lugar en una laguna son: 1. Oxidación de la materia orgánica por bacterias aerobias. La respiración

bacteriana provoca la degradación de la DBO5 del agua residual hasta CO2 y

H2O produciendo energía y nuevas células.

2. Producción fotosintética de oxígeno. La fotosíntesis algal produce, a partir de CO2, nuevas algas, y O2, que es utilizado en la respiración bacteriana.

Proceso de extraccion de residuos solidos en camaras de rejas

Cámara de Rejas

El Ril de aguas Frías ingresa en una primera etapa a una Cámara de Rejas, esto asegura el normal funcionamiento del sistema de tratamiento, ya que el residuo industrial líquido será filtrado, evitándose así el paso a los procesos posteriores de sólidos que pudiesen ocasionar problemas de operación u obstrucción de los acueductos y equipos que son parte de dicho sistema, esto ya que los sólidos son retenidos en los tamices de la cámara.

Pretratamiento Cámara de Rejas

a. Objetivo General

El primer paso en la depuración del agua residual ha de consistir, lógicamente, en una eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos, cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total y el eficiente funcionamiento de las máquinas, equipos e instalaciones de la estación depuradora.

Consta el pretratamiento de los siguientes procesos:

• Aliviadero de agua en exceso, para evitar sobrecargas hidráulicas en el proceso. (Visto en el apartado 2.3.)

• Desbaste, para eliminación de las sustancias de tamaño excesivamente grueso.

• Tamizado, para eliminación de partículas en suspensión.

• Trituración de los elementos retenidos en el desbaste (sistema útil cuando se quiere evitar la problemática de las rejillas y extracción de subproductos).

• Desarenado, para eliminación de arenas y sustancias sólidas densas en suspensión.

• Desengrasado, para eliminación de los distintos tipos de grasas y aceites presentes en el agua residual, así como de elementos flotantes.

b. Rejillas De Desbaste

El desbaste se realiza por medio de rejillas (rejas, mallas o cribas), y tiene como objeto retener y separar los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión, que arrastra consigo el agua residual.

Se consigue así:

• Eludir posteriores depósitos.

• Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general.

• Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el funcionamiento de las unidades posteriores (desarenador, medidor de caudal, decantadores, etc.).

• Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores.

Puede decirse que, salvo excepciones, la instalación de rejillas de desbaste es indispensable en cualquier depuradora, retirando al máximo las impurezas del agua para su eliminación directa, compactadas o no, en vertederos de residuos sólidos, o por incineración.

La elección del tipo de rejas a colocar es una de las principales decisiones a tomar en el diseño de toda estación depuradora. Cuanto menor sea el tamaño de la depuradora, tanto más fiables deberán ser todos los equipos mecánicos.

Las rejillas pueden clasificarse, con arreglo a distintos criterios, en:

• Horizontales, verticales, inclinadas y curvas.

• Finas, medias y gruesas.

• Fijas o móviles.

• De limpieza automática, semiautomática o manual.

Por razones de mantenimiento y explotación es recomendable evitar la colocación de rejas de limpieza manual. Hoy en día ya existen en el mercado para dimensiones de 500 habitantes equivalentes, rejas provistas de sistema automático de limpieza y extracción de residuos a un contenedor que dan excelentes resultados. El automatismo del sistema limpiador puede ser regulado.

• Con intervalo de tiempo fijo.

• Con intervalo de tiempo modificado con arreglo al grado de obstrucción de la rejilla.

Sí se recomienda no obstante la colocación de una reja de seguridad manual (separación entre barrotes 100 mm) para que en caso de fallo del sistema de limpieza automática de la reja, no se produzcan inundaciones.

Aunque no existe un criterio único para la delimitación de los tipos de rejillas finas medias o gruesas, se pueden considerar como rejillas finas aquellas en que la separación libre de aberturas es inferior a 1,5 cm.

La distancia entre barras, en las llamadas rejillas de separación media, oscila entre 1,5 y 5,0 cm. Son las más empleadas en la actualidad, puesto que retienen la mayor parte de las sustancias arrastradas que no pueden eliminarse por sedimentación.

Para el desbaste grueso del efluente se emplean rejas de abertura entre 5,0 y 10 cm cuya limpieza se suele realizar manualmente. Se colocan en la llegada del colector a la estación depuradora, sirviendo como pretratamiento respecto a la rejilla media colocada a continuación.

El parámetro de control fundamental en la comprobación de rejillas es la velocidad de paso del agua entre los barrotes.

Se recomiendan las siguientes velocidades de paso a caudal medio:

Vr(Qm) > 0,6m/s.

Vr (Qm) < 1,0 m/s (con limpieza a favor de corriente).

Vr (Qm) < 1,2 m/s (con limpieza en contracorriente).

El volumen de materias sólidas retenidas en las rejas y sus características quedan reflejadas en las tablas que vienen a continuación

VOLUMEN DE MATERIAS RETENIDAS EN REJILLAS

CARACTERÍSTICAS DE LAS MATERIAS RETENIDAS EN REJILLAS

El destino de los residuos retenidos en las rejillas puede ser:

Incorporación al sistema público de recogida de basuras sólo en pequeñas instalaciones Enterramiento sólo en pequeñas instalaciones zanjas de 1 m de profundidad capas de residuos de 20 cm de espesor mineralización en 5 años Incineración secado previo problemas importantes

Calculado el ancho del canal de entrada a la planta en función del caudal de diseño, para evitar un aumento de la velocidad de paso como consecuencia de la colocación de unas rejillas (con la consecuente reducción de la sección de paso) será necesario el establecer un sobreancho del canal en el punto de colocación de las rejas.

El ancho del canal en la zona de rejillas puede calcularse por la fórmula siguiente:

b=((c/s) - 1) • (s+a)+s

donde:

a: ancho de los barrotes de la rejilla (mm)

b: ancho del canal en la zona de rejilla (mm)

c: ancho del canal de entrada (mm)

s: separación útil entre barrotes (mm)

Pérdida de carga en rejillas

Debe preverse un porcentaje de atascamiento del 10 al 40% y, en redes unitarias, posibles obstrucciones por aporte elevado de sedimentos durante el comienzo de las lluvias.

Las pérdidas de carga pueden determinarse según el gráfico de la figura anterior.

4. PROYECTOS REALIZADOS

Desde mediados de 1995 se han desarrollado diversos proyectos, tanto para la descontaminación de aguas servidas como para Riles, estos se enumeran a continuación.

Proyectos Realizados Por La Fundación Para La Transferencia Tecnológica

Proyecto Aguas Servidas

PROYECTOS MODALIDAD ESTUDIOSDBO5 mg/l Numero

de Usuarios

MandanteEntrada Salida

1994 Planta de Tratamiento de Aguas Servidas CEXAS.300 < 30

700 personas

EMOS

1995 Población Arboledas, comuna de Peumo, VI Región.300 < 30

200 personas

I.M. de Peumo

1997 Localidad de El Melón, 12.000 personas, Nogales, V Región. 300 < 30

12.000 personas

I.M. de Nogales

1997 Loteo Inmobiliario Mirador del Valle, Colina, R.M.300 < 30

850 personas

Mirador del Valle

1998 Empresas Carozzi S.A., división Agrozzi, Planta Teno.300 < 30

1.200 Trabaja

Empresas Carozzi

1999 Colegio Campus Claret, Temuco.300 < 30

4.000 alumnos

Colegio C Claret

1999 Población San Marcelo, comuna de Vilcún, IX Región. 300 < 30

300 personas

Constructora F Moreno

1999 Poblaciones P. Nolasco y Raiandoba, VII región.300 < 30

150 personas

I.M. de Maule

2000 Condominio Inmobiliaria Collahuasi del Lago Villarrica, IX Región. 300 < 30

600 personas

I. Collahuasi del Lago

2001 Loteo Hacienda Chacabuco.300 < 30

120 personas

SICLA

2001 Población Mina Caracoles, I.M. Rinconada de Los Andes

300 < 30200 personas

Constructora QMP

Proyectos Tratamiento de Riles

AÑOPROYECTOS MODALIDAD ESTUDIOS

DBO5 mg/l Caudal

m3 / díaMandante

Entrada Salida

1997 Chilolac. Ancud X Región 2.000 < 35 150 Coop. Chilolac

1998 Empresas Carozzi S.A., Planta Nos. R.M2.000 < 100

300 Empresas Carozzi

1998 Empresas Carozzi S.A., división Agrozzi, Planta Teno. 1.100 < 200

12.000 Empresas Carozzi

1999 Planta de Tratamiento de Riles Frigocol Ltda. (matadero y frigorífico), Lihueimo, VI Región.

2.000 < 300 90 Frigocol Ltda.

1999 Planta de Tratamiento de Riles Piloto, Viña Undurraga S.A. 10.000 < 300

20 Viña Undurraga

2002 Productos Ambrosoli, Planta Reñaca.20.000 < 2.000

150 Empresas Carozzi

Proyectos Realizados Por A.V.F. Ingeniería y Construcciones, con la asesoría de la Fundación Para la Transferencia tecnológica

PROYECTOS AGUAS SERVIDAS DBO5 mg/lNumero de Usuarios

Mandante

2001 Campamento minero Disputada de Las Condes (proyecto y Construcción)

300 < 30120 personas

Constructora COSAPI

2002 Colegio Pocillas, Pocillas, Cauquenes. (proyecto y construcción)

300 < 30120 alumnos

Comuna de Cauquenes

2002 Colegio Viña Tagua Tagua, San Vicente de Tagua Tagua. (proyecto y construcción)

300 < 30150 alumnos

Muni San Vicente

2002 Diseño de planta de tratamiento sin generación de Lodos en Localidad de Cancura X Región, (estudio)

300 < 302500 personas

Municipalidad de Osorno

2002 Colegio Ester Uribe, La posada, Cauquenes. (Estudio y Construcción)

300 < 30120 alumnos

Comuna de Cauquenes

2003 Empresa Proacer S.A. (Estudio y Construcción) 300 < 30300 Personas

Proacer S.A.

2003 Empresa Electroandina, II Región, (Estudio y Construcción)

300 < 30200 Personas

Electroandina S.A.

2003 Parque Municipal de Maipú, R.M. (Estudio y Construcción)

300 < 302.500 Personas

Muni Maipu

2004 Parque Bosque de Santiago, R.M. Estudio. 300 < 30150 Personas

Bosque de Santiago

2004 Celco S.A., planta de tratamiento de aguas servidas, campamento Lierecillo, Constitución VII Región

300 < 30100 Personas

Forestal Celco S.A.

2004 Villorrio 19 de Febrero, Quillota V Región 300 < 30800 Personas

Constructora Ingal

Ejec Colegio Viñales, planta de tratamiento de aguas servidas, Constitución, VII Región

300 < 30500 Alumnos

Colegio Viñales.

Ejec. Proyectos Refugio Arturo Prat, Antártica de Chile300 < 30

100

personas

Fuerza

Area de Chile

Ejec. Población San Ramón, Temuco, IX Región 300 < 302000 personas

Constructora Tritesa

Proyectos Tratamiento de Riles

AÑOPROYECTOS INDUSTRIALES DBO5 mg/l

Caudal

m3 / díaMandante

2001 Pesquera Pacific Star, Planta de Harina de Pescado X Región, Castro, Sistema Físico Químico (proyecto) 800 * < 50 * 200

Constructora Capemar

2002 Frigorífico Osorno, X Región (Proyecto y Construcción)

4.000 < 300 480Frigorífico Osorno

2002 Cecinas Llanquihue, X Región, (Proyecto) 2.500 < 100 180Cecinas Llanquihue

2002 Sociedad Agrícola y Lechera de Loncoleche S.A., Osorno, X Región, (proyecto Piloto)

3.300 < 300 300Loncoleche S.A.

2002 Pesquera Fjord Seafood, Planta de Procesadora de Salmones, X Región, Proyecto Piloto

2.000 < 35 120Fjord Seafood

2002 Levaduras Collico, Valdivia X Región. Proyecto Piloto 20.000 < 300 50 Levaduras

Collico

2002 Impresos y Cartonajes S.A. planta Físico Química y Biológica (Proyecto y Construcción)

1.800 < 250 70Impresos y Cartonajes

2003 Lácteos Puerto Varas, planta piloto, X Región 2.000 < 300 15 Soalva

2003 Viña Promaipo, planta de tratamiento de Riles, Región Metropolitana

1500 < 35 50 Promaipo

2003 Sociedad Agrícola y Lechera de Loncoleche S.A., Osorno, X Región, proyecto Final

3.300 < 300 2.000Loncoleche S.A.

2004 Cecinas Bavaria S.A. planta de tratamiento de Riles, R.M. 3000 < 35 800

Cecinas

Bavaria

Ejec. Matadero y Frigorífico de Sur, planta de tratamiento de Riles, Osorno, X Región

4.000 < 300 400 Mafrisur

Ejec. Frigorífico Temuco, planta de tratamiento de Riles, IX Región

4.000 < 300 400Frigorífico Temuco

Ejec. Pacific Star, planta de tratamiento de Riles, Patagua, X Región

1500 < 35 200Pesquera Pacific Star

Ejec. Agrícola Don Pollo, R. M, Planta de tratamiento de Riles.

3.200 < 100 2.500 Don Pollo

Ejec. Agrícola Don Cerdo, Planta de tratamiento de Riles, R.M.

10.000 < 35 100 Don Cerdo

PROYECTO REALIZADOS EN MEXICO

PROYECTOS AGUAS SERVIDAS DBO5 mg/lNumero de Usuarios

Mandante

2004 Parque Colinia Chapalita, Leon Guanajuato, México 300 < 30

120

personas

Ecovida

2004 Fraccionamiento San Juan de los Durán, Municipio 300 < 30 1.500 Ecovida

del Silao, Guanajuato Mexico personas

Desaceitado-desengrasado

El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás

materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los

procesos de tratamiento posteriores.

El desaceitado consiste en una separación líquido-líquido, mientras que el

desengrase es una separación sólido-líquido. En ambos casos se eliminan

mediante insuflación de aire, para desemulsionar las grasas y mejorar la

flotabilidad.

Se podría hacer esta separación en los decantadores primarios al ir

provistos éstos de unas rasquetas superficiales de barrido, pero cuando el

volumen de grasa es importante, estas rasquetas son insuficientes y la

recogida es deficitaria.

Si se hacen desengrasado y desarenado juntos en un mismo recinto, es

necesario crear una zona de tranguilización donde las grasas flotan y se

acumulan en la superficie, evacuándose por vertedero o por barrido

superficial, y las arenas sedimentan en el fondo y son eliminadas por uno de

los métodos que desarrollamos en el apartado anterior. En este caso, las

dimensiones del desarenador son diferentes, siendo los parámetros

principales:

Carga Hidráulica menor o igual a 35 m3/m2/h a Q máx.

Tiempo de Retención 10-15 min a Q medio

Caudal de aire introducido 0,5-2,0 m3/h/m3 de desengrasador

Los desengrasadores separados del desarenado son aconsejables cuando

se busca una mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos

tipos de industrias: Petroquímicas y refinerías de petróleo producen gran

cantidad de aceites, los mataderos producen gran cantidad de grasas, etc.

Para este caso, el desengrasador se calcula para recibir una Carga

Hidráulica menor o igual a 20 m3/m2/h.

Las grasas y flotantes extraídos de los desengrasadores unidos a los

flotantes extraídos en la decantación primaria suelen tratarse

posteriormente en un concentrador de grasas donde se desprenden de su

contenido en agua. Podríamos deshacernos de las grasas y espumas en

una digestión anaerobia junto a los fangos ya que son en su mayor parte

residuos orgánicos. Pero esto no es recomendable, ya que presenta el

inconveniente de favorecer la formación de costras en el digestor.

Las grasas concentradas se almacenan en contenedores especiales y

posteriormente pasan a vertedero. También se podrían incinerar en caso de

existiese en la planta un horno de incineración de fangos o para tratamiento

de fangos.

Las tareas a realizar son:

Mantener en perfecto estado las rasquetas de limpieza superficial, y en

caso de deterioro, sustituirlas.

Vigilar el nivel de los contenedores de grasas para su vaciado.

Mantenimiento normal de los equipos según fabricante.

Podríamos decir que esta es la zona con mas riesgo de resbalón por la gran

cantidad de grasas que puede haber depositado en el suelo y barandillas.

Sedimentación

Muchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa a través de grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comúnmente llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques son lo suficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material flotante como la grasa y plásticos pueden levantarse

hacia la superficie y desnatarse. El propósito principal de la etapa primaria es producir generalmente un líquido homogéneo capaz de ser tratado biológicamente y unos fangos o lodos que puede ser tratado separadamente. Los tanques primarios de establecimiento se equipan generalmente con raspadores conducidos mecánicamente que llevan continuamente los fangos recogido hacia una tolva en la base del tanque donde mediante una bomba puede llevar a éste hacia otras etapas del tratamiento. En la figura 1.6 se muestra la sedimentación.

Figura 1.6 Tratamiento primario.

Fuente: www.tecnun.e/Hipertexto/11CAgu/11-10Pro.jpg

ANTECEDENTES

1.5.1.2 Tratamiento secundario

El tratamiento secundario es designado para substancialmente degradar el contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de la basura humana, basura de comida, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales e industriales trata el licor de las aguas residuales usando procesos biológicos aeróbicos. Para que sea efectivo el proceso biótico, requiere oxígeno y un substrato en el cual vivir. Hay un número de maneras en la cual esto está hecho. En todos estos métodos, las bacterias y los protozoarios consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo: azúcares, grasas, moléculas de carbón orgánico, etc.) y unen muchas de las pocas fracciones solubles en partículas de flóculo. Los sistemas de tratamiento secundario son clasificados

como película fija o crecimiento suspendido. En los sistemas fijos de película (como los filtros de roca) la biomasa crece en el medio y el agua residual pasa a través de él. En el sistema de crecimiento suspendido –como fangos activos- la biomasa está bien combinada con las aguas residuales. Típicamente, los sistemas fijos de película requieren superficies más pequeñas que para un sistema suspendido equivalente del crecimiento, sin embargo, los sistemas de crecimiento suspendido son más capaces ante choques en el cargamento biológico y provee cantidades más altas del retiro para el DBO y los sólidos suspendidos que sistemas fijados de película.

Filtros de desbaste

Los filtros de desbaste son utilizados para tratar particularmente cargas orgánicas fuertes o variables, típicamente industriales, para permitirles ser tratados por procesos de tratamiento secundario. Son filtros típicamente altos, filtros circulares llenados con un filtro abierto sintético en el cual las aguas residuales son aplicadas en una cantidad relativamente alta. El diseño de los filtros permite una alta descarga hidráulica y un alto flujo de aire. En instalaciones más grandes, el aire es forzado a través del medio usando sopladores. El líquido resultante está usualmente con el rango normal para los procesos convencionales de tratamiento.

ANTECEDENTES

21

Fangos activos

Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en última instancia a gas nitrógeno.

Camas filtrantes (camas de oxidación)

Se utiliza la capa filtrante de goteo utilizando plantas más viejas y plantas receptoras de cargas más variables, las camas filtrantes son utilizadas donde el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coke (carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos). Tales medios deben tener altas superficies para soportar los biofilms que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central.

El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacteria, protozoarios y hongos se forman en la superficie media y se comen o reducen los contenidos orgánicos. Este biofilm es alimentado a menudo por insectos y gusanos.

Placas rotativas y espirales

En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biótico que proporciona el substrato requerido.

Reactor biológico de cama móvil

El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos

ANTECEDENTES

para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:

Mantener una alta densidad de población de biomasa.

Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración del licor mezclado de sólidos.

Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos. Filtros aireados biológicos

Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. La reducción del

carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en un sólo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica.

BAF es también operado en flujo alto o flujo bajo dependiendo del diseño especificado por el fabricante.

Reactores biológicos de la membrana

MBR es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es directamente proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos activos. El coste de construcción y operación de MBR es usualmente más alto que el de un tratamiento de aguas residuales convencional de esta clase de filtros

ANTECEDENTES

23

Sedimentación secundaria

El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos biológicos del material de filtro y producir agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida. En la figura 1.7 se muestra el tratamiento secundario.

Figura 1.7 Tratamiento secundario.

Fuente: www.tecnun.e/Hipertexto/11CAgu/11-10Pro.jpg

1.5.1.3 Tratamiento terciario

El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.

Filtración

La filtración de arena remueve gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbón activado sobrante de la filtración remueve las toxinas residuales.

ANTECEDENTES

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Lagunaje

El tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y fomenta la mejora biológica de almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de los procesos de autodepuración que somete un río o un lago al agua residual de forma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y la colonización por los macrophytes nativos, especialmente cañas, se dan a menudo. Los invertebrados de alimentación del filtro pequeño tales como Daphnia y especies de Rotifera asisten grandemente al tratamiento removiendo partículas finas. El sistema de lagunaje es barato y fácil de mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz para depurar las aguas de grandes núcleos. En la figura 1.8 se muestra el lagunaje.

Figura 1.8 Esquema de una depuradora por lagunaje.

Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_de_aguas_

residualesTratamiento_biol.C3.B3gico

Tierras húmedas construidas

Las tierras húmedas construidas incluyen camas de caña y un rango similar de metodologías similares que proporcionan un alto grado de mejora biológica aerobia y pueden ser utilizados a menudo en lugar del tratamiento secundario para las comunidades pequeñas, también para la fitorremediación.

ANTECEDENTES

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Remoción de nutrientes

Las aguas residuales poseen nutrientes pueden también contener altos niveles de nutrientes (nitrógeno y fósforo) que eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o eso puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o crecimiento de algas). Las malas hierbas y las algas pueden parecer ser una edición estética, pero las algas pueden producir las toxinas, y su muerte y consumo por las bacterias (decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar los pescados y a otra vida acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo muchos peces sensibles a la limpieza del agua. La retirada del nitrógeno o del fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o biológica.

La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como Nitrobacter y Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato es convertido al gas nitrógeno (desnitrificación), que se lanza a la atmósfera. Estas conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la formación adecuada de comunidades biológicas. Los filtros de arena, las lagunas y las camas de lámina se pueden utilizar para reducir el nitrógeno. Algunas veces, la conversión del amoníaco tóxico al nitrato solamente se refiere a veces como tratamiento terciario.

La retirada del fósforo se puede efectuar biológicamente en un proceso llamado retiro biológico realzado del fósforo. En este proceso específicamente bacteriano, llamadas Polyphosphate que acumula organismos, se enriquecen y acumulan selectivamente grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Cuando la biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, los biosólidos bacterianos tienen un alto valor del fertilizante. La retirada del fósforo se puede alcanzar también, generalmente por la precipitación química con las sales del hierro (por ejemplo: cloruro férrico) o del

ANTECEDENTES

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aluminio (por ejemplo: alumbre). El fango químico que resulta, sin embargo, es difícil de operar, y el uso de productos químicos en el proceso del tratamiento es costoso. Aunque esto hace la operación difícil y amenudo sucia, la eliminación química del fósforo requiere una huella significativamente más pequeña del equipo que la de retiro biológico y es más fácil de operar.

Desinfección

El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfección que es utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyen el ozono, la clorina, o la luz UV. La Cloramina, que se utiliza para el agua potable, no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia.

La desinfección con cloro sigue siendo la forma más común de desinfección de las aguas residuales en México debido a su bajo historial de costo y del largo plazo de la eficacia. Una desventaja es que la desinfección con cloro del material orgánico residual puede generar compuestos orgánicamente clorados que pueden ser carcinógenos o dañinos al ambiente. La clorina o las "cloraminas" residuales puede también ser capaces de tratar el material con cloro orgánico en el ambiente acuático natural.

Además, porque la clorina residual es tóxica para especies acuáticas, el efluente tratado debe ser químicamente desclorinado, agregándose complejidad y costo del tratamiento

ANTECEDENTES

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La luz ultravioleta (UV) se está convirtiendo en el medio más común de la desinfección en el Reino Unido debido a las preocupaciones por los impactos de la clorina en el tratamiento de aguas residuales y en la clorinación orgánica en aguas receptoras. La

radiación UV se utiliza para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Las desventajas dominantes de la desinfección UV son la necesidad del mantenimiento y del reemplazo frecuentes de la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado para asegurarse de que los microorganismos objetivo no están blindados de la radiación UV (es decir, cualquier sólido presente en el efluente tratado puede proteger microorganismos contra la luz UV).

El ozono O3 es generado pasando el O2 del oxígeno con un potencial de alto voltaje resultando un tercer átomo de oxígeno y que forma O3. El ozono es muy inestable y reactivo y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de tal manera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades.

El ozono se considera ser más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina que tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un lanzamiento accidental), el ozono es colocado según lo necesitado.

La ozonización también produce pocos subproductos de la desinfección que la desinfección con cloro. Una desventaja de la desinfección del ozono es el alto costo del equipo de la generación del ozono y que la cualificación de los operadores deben ser elevada. En la figura 1.9 se muestra el tratamiento terciario por osmosis inversa.

ANTECEDENTES

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Figura 1.9 tratamiento terciario por osmosis inversa.

Fuente: www.uach.cl/rrpp/online/img_galerias/1051.jpg

Desinfección

La finalidad de la desinfección es la reducción substancial del numero de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente.

La efectividad del la desinfección dependerá de:

1. Calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.),

2. Del tipo de desinfección que es utilizada,

3. La dosis de desinfectante (concentración y tiempo),

4. Otras variables ambientales.

Dentro de la desinfección hay varios métodos comunes que son:

• La Cloramina: no se suele utilizar como tratamiento de aguas residuales sino para el tratamiento de agua potable. Es debido a su persistencia. Adema la clorina

residual es toxica para especies acuáticas, lo cual debe ser tratado químicamente el efluente desclorinando y produciendo un alto coste y complejidad al tratamiento.

• La desinfección con cloro: Es un sistema de bajo coste y de largo plazo de eficacia, por lo que lo hace muy extendido para pequeños núcleos. Como inconveniente, genera compuestos orgánicamente clorados que pueden ser dañino al medioambiente y cancerígenos.

• La luz ultravioleta (UV) Es el medio que se está extendiendo por los problemas que ocasionan los métodos anteriores. La radicación de UV se utiliza para dañar para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Como inconveniente tiene: necesidad de mantenimiento y del remplazo recuente de la lámpara y la necesidad de que el fluido que llegue a la luz no contenga sólidos que puedan proteger a los microorganismos de la luz UV

• El ozono O3 es generado pasando el O2 del oxígeno con un potencial de alto voltaje resultando un tercer átomo de oxígeno y que forma O3. El ozono es muy inestable y reactivo y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de tal manera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades. El ozono se considera ser más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina que tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un lanzamiento accidental), el ozono es colocado según lo necesitado. La ozonización Anexo 1: Tratamiento de aguas residuales

también produce pocos subproductos de la desinfección que la desinfección con cloro. Una desventaja de la desinfección del ozono es el alto costo del equipo de la generación del ozono y que las habilidades de los operadores deben ser demasiadas.

BIBLIOGRAFÍADÍAZ-BÁEZ, M.; Espitia, S. y Molina, F. (2002) Digestión Anaerobia una Aproximación ala Tecnología. UNIBIBLIOS. Bogotá, ColombiaGIBSON, G. (1990) “Physiological and ecology of the sulfate-reducing bacteria”. A

review. Journal Applied Bacteriology, 69:769-797McCARTY, L. (1982) “One hundred years of anaerobic treatment”. En: proceedings ofthe second international symposium on anaerobic digestion, Federal Republic ofGermany on sep. 6 – 11. Elsevier Biomedical press, Amsterdam.MADIGAN, M.; Mertinko, J. y parker, J. (1997) Biology of Microorganisms. Prentice Hall.New Jersey, USAvan HAANDEL, A. y Lettinga G. (1994) Tratamento Anaeróbio de Esgotos. EditoraEPGRAF. Campina Grande, Brasilwww.uasb.govZINDER, S. (1998) Chapter 5. Methanogens. En: Burlage, R.S. et al, Techniques inMicrobial Ecology. Oxford University Press. New York. 113-135ZEHNDER, A. (1988) Biology of Anaerobic Microorganisms. John Wiley and Sons. IncZINDER, S. y Koch, M. (1984) “Non-acetoclastic methanogenesis from acetate: acetateoxidation by a thermophilic syntrophic co cultura”, Arch. Microbiology, 138: 263-272nMayores antecedentes en Anexo N°1, sección 1.29

Baird C., Química Ambiental, 2001, Editorial Reverté, S.A., España. Crites R. Tchobanoglous G., Tratamiento de Aguas Residuales en Pequeñas Poblaciones, 2004, Editorial Mc Graw Hill, Colombia. Glynn H, Heinke W. G, Ingeniería Ambiental, 1996, Editorial Pearson, México. Hilleboe H. E., Manual de Tratamiento de Aguas, 1998, Editorial Limusa, México. Hilleboe H. E., Manual de Tratamiento de Aguas Negras, 2004, Editorial Limusa, México.Mackenzie L. D, Masten J. S., Ingeniería y Ciencias Ambientales, 2005, Editorial Mc Graw Hill, México.Maskew F. G, Charles G. J., Alexander O. D., Abastecimiento de Aguas y Remosión de Aguas Residuales, 1998, Editorial Limusa, México. Maskew F. G., Charles G. J., Alexander O. D., Purificación de aguas y Tratamiento y Remosión de Aguas Residuales, 2000, Editorial Limusa, México. Mihelcic, Fundamentos de Ingeniería Ambiental, 2001, Editorial Limusa, México.Ramalho R. S., Tratamiento de Aguas Residuales, 1996, Editorial Reverté, España.Rolim M. S., Sistema de Lagunas de Estabilización, 2000, Editorial Mc Graw Hill, Colombia.Romero R. J. A., Calidad del Agua, 2002, Editorial Escuela Colombiana de

Ingeniería, Colombia.Sans F. R., Rinas J. P, Ingeniería Ambiental, Contaminación y Tratamientos, 1999, Editorial Alfaomega Marcombo, México.Sawyer N. C., Mc Carty L. P., Parfin F. Gene, Química para Ingeniería Ambiental, 2001, Editorial Mc Graw Hill, Colombia.Seoanez C. M., Aguas Residuales: Tratamiento por Humedales Artificiales, 1999, Ediciones Mundiprensa, España.Seoanez C. M., Aguas Urbanas, Tratamientos Naturales de Bajo Costo y Aprovechamiento, 1999, Ediciones Mundiprensa, España. .Seoanez C. M., Ingeniería del Medio Ambiente, 1999, Ediciones Mundiprensa, España. Winkler M.A., Tratamiento biológico de aguas de desecho, 1998, Editorial Limusa, México.