TRATAMIENTO
SECUNDARIO
DEL AGUA
El
tratamiento secundario de depuración constituye una serie de importantes
procesos de naturaleza biológica de tratamiento de las aguas residuales que tienen en común la utilización de
microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a cabo la
eliminación de materia orgánica biodegradable, tanto coloidal como disuelta,
así como la eliminación de compuestos que contienen elementos nutrientes.
En la mayor
parte de los casos, la materia orgánica constituye la fuente de energía y de
carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Además, también
es necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos esenciales
para el crecimiento, especialmente los compuestos que contengan N y P, y por
último, en el caso de sistema aerobio, la presencia de oxígeno disuelto en el
agua. Este último aspecto será clave a la hora de elegir el proceso biológico
más conveniente.
·
Los procesos aerobios se basan en
la eliminación de los contaminantes orgánicos por su transformación en biomasa
bacteriana, CO2 y H2O.
·
Los procesos anaerobios transforman
la sustancia orgánica en biogás, mezcla de metano y CO2.
Procesos biológicos a saber:
1. Fangos Activos
Fangos
Activos es un proceso aerobio de biomasa suspendida, que requiere un contacto
íntimo entre el agua residual, la biomasa activa y el oxígeno. Consiste en
poner en contacto en un medio aerobio, normalmente en una balsa aireada o en un
tanque de aireación, el agua residual con flóculos biológicos previamente
formados, en los que se adsorbe la materia orgánica y donde es degradada por
las bacterias presentes (se mantiene una determinada concentración de
microorganismos aerobios). Para acelerar los procesos naturales se les
suministra oxígeno disuelto aumentando así la capacidad de tratamiento además
de obtener una mejor calidad del efluente y menor cantidad de fangos.
Se
clasifican en procesos de mezcla completa o flujo pistón.
- Los procesos de mezcla completa se caracterizan por la uniformidad de las características del licor en el tanque de aireación o balsa aireada.
- Los procesos de flujo pistón, sin embargo, mantienen un gradiente de concentración en función de la distancia a la entrada del proceso. En estos procesos no existe mezcla.
El
modelo de mezcla completa puede adoptar las siguientes variantes:
- Aireación prolongada: Consiste en un tanque de aireación, con un sistema de aireación por turbinas, aireadores sumergibles o difusores cerámicos. Éstos mantienen la biomasa en suspensión e introducen el oxígeno necesario.
- Contacto-estabilización: Este proceso se desarrolla en dos tanques. El primero denominado de contacto en el que se mezclan el efluente con el fango recirculado, en el existe aireación y mezcla completa. Después del contacto se produce la sedimentación, recirculando el fango al tanque de estabilización. En el tanque de estabilización se desarrolla la nueva biomasa, que es enviada al tanque de contacto y así iniciar de nuevo el ciclo.
2. Lechos
Bacterianos
Lechos
Bacterianos, también denominados filtros biológicos
o filtros percoladores. Están
basados en los procesos biológicos aerobios. Consiste en poner el agua residual
en contacto con un material inerte o soporte donde se adhieren los
microorganismos. Suelen ser lechos fijos de gran diámetro, rellenos con rocas o
piezas de plástico o cerámica con formas especiales para desarrollar una gran
superficie sobre el que se rocía el agua a tratar.
Sobre
la superficie crece una fina capa de biomasa, sobre la que se dispersa el agua
residual a tratar, que moja en su descenso la superficie. Al mismo tiempo, ha
de quedar espacio suficiente para que circule aire, que asciende de forma
natural.
El
crecimiento de la biomasa provoca que parte de los microorganismos se
desprendan de la superficie, y por lo tanto, seguirá siendo necesaria una
sedimentación posterior para su separación del efluente.
3.
Contactores
Biológicos Rotativos. Biodiscos Y Biocilindros
Los
Contactores Biológicos Rotativos están basados en los procesos biológicos
aerobios. Estos requieren un contacto íntimo entre el agua residual, la biomasa
activa y el oxígeno.
Consisten
en una serie de placas o discos colocados en un eje horizontal que giran
lentamente dentro del tanque que contiene el agua residual, con un 49 % de la
superficie sumergida. Sobre la superficie de los discos se fija la biomasa que
se encuentra alternativamente en contacto con el agua residual y el aire. Esto
posibilita la ingestión de la materia orgánica por parte de los microorganismos
y su posterior degradación en presencia del oxígeno del aire.
Los
biocilindros son una variante de los
biodiscos. Su principal diferencia es la sustitución de los discos por
biocilindros. Éstos están formados por una malle metálica cuyo interior se
rellena de piezas de plástico que sirven de soporte a la biomasa. En estos
sistemas se produce un exceso de biomasa que se desprende del contactor. Esta
se mantiene en suspensión en el tanque gracias al movimiento del material
soporte. Para regular la cantidad de microorganismos presentes en el sistema se
dispone de un clarificador o decantador secundario. En él se produce la
sedimentación del exceso de biomasa.
4. Reactores Discontinuos
Secuenciales. SBR
Los
reactores biológicos secuenciales (SBR) son reactores discontinuos en los que
el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un medio aireado.
Los
procesos unitarios que intervienen son idénticos a los de un proceso convencional
de fangos activados. En ambos sistemas intervienen la aireación y la
sedimentación. No, existe entre ambos una importante diferencia. En las plantas
convencionales, los procesos se llevan a cabo simultáneamente en tanques
separados, mientras que en los SBR, los procesos tienen lugar secuencialmente
en el mismo tanque. El empleo de un único tanque reduce sustancialmente el
espacio y la inversión necesarios.
5. Filtros Verdes
Los
Filtros Verdes se basan en la propiedad que tiene el suelo de depurar física y
biológicamente las aguas que le son aplicadas en forma de riego. Los procesos
principales que se desarrollan en el suelo son: filtrado físico, biológicos,
adsorción y precipitación, intercambio iónico y asimilación de nutrientes y
oligoelementos.
Los
cultivos más empleados son los capaces de asimilar grandes cantidades de agua y
nutrientes.
6. Digestión
Anaerobia
La
Digestión Anaerobia es un proceso anaerobio de biomasa suspendida. Se utiliza
especialmente cuando las aguas residuales tienen una gran carga contaminante.
Consiste
en la descomposición de la materia orgánica, que genera como producto final un
gas de alto contenido energético, llamado biogás, formado fundamentalmente por
metano (60-80%), dióxido de carbono (40-20%) y trazas de otros elementos como
sulfuro de hidrogeno. Este biogàs es susceptible de ser utilizado como
combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica.
El
proceso de digestión anaerobia se realiza en tanques completamente cerrados en
los que intervienen varios tipos de microrganismos. Entre los más importantes y
específicos de este proceso están por un lado las bacterias productoras de
ácidos y por otro las bacterias productoras de metano.
Las
bacterias productoras de ácidos transforman la materia orgánica compleja, en
productos intermedios. Las bacterias productoras de metano actúan sobre dichos
productos intermedios transformándolos en gases y subproductos estabilizados.
El proceso que se origina es lento y requiere unas condiciones determinadas. La
primera fase del proceso se denomina fase ácida, con pH por debajo de 6,8, la
segunda fase se denomina metánica, la cual aumenta el pH a valores de 7,4,
estas bacterias son muy sensibles a los valores de pH y se inhiben con valores
inferiores a 6.
7. Reactor
Biológico de Membrana. MBR
El
Reactor Biológico de Membrana (MBR), se compone de dos partes integradas en una
sola: por un lado, el reactor biológico responsable de la depuración biológica
y por otro, la separación física de la biomasa y el agua mediante un sistema de
filtración directa con membranas. El sistema tiene una mayor capacidad para
eliminar DQO coloidal, ya que al no atravesar la membrana tiene un tiempo de
contacto mucho mayor con la biomasa.
Además,
en los sistemas MBR se deriva de las elevadas concentraciones de biomasa con
las que se trabaja en el reactor biológico gracias a la presencia de una
barrera física (membrana) que no deja escapar las bacterias, lo que permite un
control perfecto sobre la edad del fango y los parámetros principales de operación
del sistema.
8. Electrocoagulación
La
electrocoagulación es un proceso electroquímico mediante el cual se degrada la
materia orgánica contaminante de un agua residual.
El
proceso consiste en someter al vertido a corriente eléctrica haciendo que se
desestabilicen los contaminantes suspendidos o disueltos en el agua. Tras esta
reacción, los contaminantes precipitan formando un fango, que se puede eliminar
mediante decantación o flotación con sistemas convencionales.
Las
características de este sistema lo hace efectivo para múltiples sectores
industriales.
Así,
ha sido utilizado para depuración de aguas de orujeras, fundición, vinazas,
curtidos etc…
9. Electrooxidación
Electrooxidación,
el proceso de oxidación electroquímica, consiste en la aplicación de una determinada
densidad de corriente, los electrodos utilizados dependen del objetivo a
conseguir en cada prueba electroquímica.
Cyclus
ID propone el uso de oxidantes compatibles con el medioambiente con procesos
catalíticos de alta eficiencia.
La
versatilidad del equipo de electrooxidación, permite diversificar la naturaleza
tanto del oxidante como del electrodo sin la necesidad de paradas ni de cambio
de equipo.
TRATAMIENTO
CON LODOS ACTIVADOS
El
tratamiento con lodos activados es un proceso biológico de tratamiento de aguas residuales
ampliamente utilizado para el tratamiento secundario de aguas residuales
domésticas e industriales, particularmente en corrientes de desechos con alto
contenido de materia orgánica o biodegradable.
La
mezcla resultante es aireada de forma tal que los microorganismos puedan
descomponer los materiales orgánicos presentes en el agua, dióxido de carbono y
otros componentes. Luego de la descomposición, los residuos remanentes pueden
ser fácilmente sedimentados en el agua.
Generalmente,
el agua a ser tratada pasa inicialmente por una etapa de tamizado y/o
sedimentación primaria. Las sustancias suspendidas, tales como los aceites,
pueden ser eliminados durante esta etapa.
La
aireación es una de las primeras etapas en el proceso actual. Los
aireadores no sólo mezclan los lodos
y el efluente en forma conjunta, permitiendo a los microorganismos a que entren
en contacto con el agua a ser tratada, sino que además brindan el tan necesario
oxígeno, que es un elemento crítico para el éxito del tratamiento. Las
bacterias utilizan el oxígeno para descomponer los materiales orgánicos y
suspendidos.
LAGUNAS
DE ESTABILIZACIÓN
Son
estanques conformados perimetralmente por diques de tierra, con profundidades
menores a 5 m. Y períodos de permanencia hidráulica de 1 – 40 días, divididos
en compartimientos que tienen distintas finalidades.
Objetivos:
• Reducir e
inactivar organismos patógenos presentes en líquidos residuales
• Disminuir
la DBO o DQO del líquido
• Permitir
el reuso del líquido para agricultura.
La laguna de
estabilización puede reducir considerablemente los agentes patógenos, lo que no
se cumple con los procedimientos de tratamiento normales salvo que se
desinfecte el efluente previamente.
Ventajas:
• En las
lagunas con grandes períodos de retención hidráulicos, generalmente se eliminan
los huevos y quistes de losparásitos intestinales, lo que no ocurre con
tratamiento convencionales, aún con desinfección.
• Pueden
tratar gran variedad de aguas residuales domésticas, industriales y agrícolas
cuando la carga de las mismas es biodegradable.
Inconvenientes:
• En
comparación a la cantidad de experiencias efectuadas, hay pocos modelos
matemáticos y formulacioes de proyecto.
• En unestro
país no se han desarrollado investigaciones para obtener parámetros racionales
de diseño.
• Se
requiere disponer de terrenos aptos para la ejecución de la laguna.
• Deben
estar alejados de la zona poblada, lo que obliga a proyectar emisarios de gran
longitud.
• Cuando el
efluente contiene algas y en el cuerpo receptor hay pocos nutrientes, las algas
vegetan y tienen una pequeña demanda (DBO) que no es objetable. En cambio si no
hay luz solar suficiente se mueren y sedimentan produciendo demanda de oxígeno
por respiración endógena.
• En cursos
sin agua permanente como ocurre en zonas secas no es aconsejable la aplicación
de lagunas, ya que las algas del efluente pueden producir olores al
descomponerse.
Clasificación
de las lagunas de estabilización
• Aeróbicas:
Soportan cargas orgánicas bajas y contienen oxígeno disuelto en todo instante y
en todo volúmen del líquido
•
Anaeróbicas: Se proyectan para altas cargas orgánicas y no
contienen oxígeno disuelto. El proceso es semejante al de un digestor
anaeróbico sin mezcla.
•
Facultativas: Operan con una carga orgánica media. En las capas
superiores hay un proceso aeróbico. En las capas inferiores se tiene un proceso
anaeróbico, donde se produce simultáneamente fermentación ácida y metánica.
• De
maduración: Se utilizan como una segunda etapa de tratamiento
a continuación de lagunas facultativas. Se diseñan para disminuir el número de
organismos patógenos, ya que las bacterias y virus mueren en un tiempo
razonable, mientras que los quistes y huevos de parásitos intestinales
requieren más tempo. Tembién reducen la población de algas. Hay pequeña
remoción de la DBO.
• Aereadas
facultativas: Son una extensión de las lagunas facultativas
convencionales. Tienen como función suministrar oxígeno al proceso, cuando la
actividad de las algas se reduce durante la noche. Esta acción provoca la
disminución de la zona anaeróbica e incrementa la aeróbica provocando la
concentración de algas en toda la masa líquida.
• Aereadas
de mezcla completa: Tienen un nivel de potencia instalados
(aereadores) suficientemente alto para suministrar todo el oxígeno requerido y
además para mantener en suspensión los sólidos. Es una variante de aereación prolongada
sin recirculación. Tiene mayor permanencia hidráulica.
• Lagunas de
sedimentación: Son empleadas para clarificar el efluente de las
lagunas aereadas aeróbicas. En ellas se produce el almacenamiento y digestión
de los lodos sedimentados.
Función de
las algas en las lagunas de estabilización:
Son
organismos capaces de sintetizar materia orgánica compleja. Contienen pigmentos
fotosintéticos denominados clorofila, mediante la cual producen oxígeno
absorbiendo energía de la luz solar y convirtiéndola en calor y energía
química.
Procesos que
se desarrollan en las lagunas de estabilización:
La materia
orgánica que ingresa en la laguna de estabilización se halla en estado de
sólidos sedimentables y sólidos en suspensión, éstos a su vez en estado
coloidal y diluidos. Los sólidos sedimentables y coloidales floculados,
sedimentan en el fondo de la laguna y particularmente en la zona de ingreso. En
cambio, el resto de la materia orgánica permanece en la masa líquida. Los
sólidos biodegradables depositados son estabilizados por las bacterias
formadoras de ácidos y de metano que en condiciones anaeróbicas producen gases
que escapan a la atmósfera, y compuestos solubles en la masa líquida. Las
bacterias, especialmente las facultativas, estabilizan la fracción no
sedimentables de la materia orgánica presente en el efluente y la solubilizada
del lodo sedimentado.
