TRATAMIENTOS AEROBICOS EN AGUAS RESIDUALES

1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
PRIMERA ACTIVIDAD : ENSAYO CRITICO
ASIGNATURA: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
PROFESORA: Dra. Luz Arcelia García Serrano.
ALUMNO: Alfredo Martínez Cruz.
TRATAMIENTOS BIOLOGICOS EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES (TIPO AEROBICO):
Introducción.
A medida que las poblaciones aumentan se incrementan los problemas de contaminación
-incluyéndose la contaminación del agua-. Las plantas de tratamiento de aguas residuales
forman parte importante en la estrategia para resolver este problema, entendiéndose por
agua residual a un tipo de agua contaminada con sustancias fecales y orina procedentes
de desechos orgánicos humanos o animales. El objetivo principal del tratamiento en estas
Plantas es que el efluente producido pueda ser amigable con el medio ambiente y para
lograr su objetivo los contaminantes que contiene el agua residual pueden ser eliminados
mediante de 3 métodos diferentes:
-Métodos físicos (Tratamiento primario).
-Métodos biológicos (Tratamientos secundarios).
-Métodos químicos. (Tratamientos terciarios).
Según datos de la CONAGUA (Subdirección General Técnica, 2007) México tiene los
siguientes datos por tipo de tratamiento de aguas residuales industriales (2006):
TIPO DE TRATAMIENTO:
No. De Plantas.
Gasto (m3/s)
%
Primario
725
10.05
36.3
Secundario
1047
15.19
54.9
Terciario o Avanzado
25
1.59
3.0
No especificado.
25
1.59
5.8
1

2. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
En el tratamiento primario contempla el uso de operaciones físicas (sedimentación y
desbaste –uso de sistemas de barras, alambres o varillas-) buscándose la eliminación de
sólidos sedimentables (partículas mayores a 10 micras y que puedan sedimentar) y
material flotante. En el tratamiento secundario se realizan procesos biológicos y químicos
para eliminar la mayor parte de la materia orgánica. En el tratamiento terciario se emplean
combinaciones adicionales de procesos y operaciones unitarias para remover
esencialmente nutrientes, gases, iones, bacterias y/o virus.
Los tratamientos biológicos en México.
Después de que el tratamiento primario elimina de un 40 a un 60 % de sólidos en
suspensión y reduce de un 20 a 40 % la DBO5 el objetivo de los tratamientos secundarios
es estabilizar la materia orgánica presente en el agua residual. El tratamiento secundario
supone el hecho de emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de residuos
pudiéndose manejar así procesos aeróbicos y anaeróbicos (según exista o no presencia
de oxígeno disuelto en el agua residual), la producción de materia orgánica es el resultado
indirecto de los procesos secundarios y debe eliminarse antes de descargar el agua tratada.
En México se manejan principalmente 3
tratamientos secundarios: filtros biológicos,
lagunas de estabilización y lodos activados.
1
RESIDUOS
1
(CO2, CH4, H2S. Etc.)
Producción de energía (1)
Síntesis celular (2)
MATERIA
MICROORGANISMOS
ORGANICA
VIVOS.
2
MICROORGANISMOS
VIVOS.
2
MICROORGANISMOS
MUERTOS.
Procesos de Degradación de la materia orgánica en el tratamiento de agua.
2

3. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
Filtros Biológicos.
En estos sistemas el agua residual está en contacto con los microorganismos inmovilizados
en una superficie, con este mecanismo se busca promover un cambio fisiológico para lograr
la producción de determinados metabolitos –moléculas
producida durante el metabolismo- así los organismos se
organizan en forma de colonias adheridas a la superficie.
El sistema más común de este tipo son los filtros
empacados (ver figura). Un arreglo común es una
Venti
las
estructura vertical de varios metros de alto –biotorres-, el
empaque de los filtros se hace con piedras trituradas
garantizándose así una superficie dura y químicamente resistente. Dos valores importantes
a considerar en estos sistemas son la porosidad –espacio disponible para el agua- y el
área superficial -cantidad del medio que se encuentra disponible para el crecimiento de la
biopelicula (microorganismos agregados a la superficie)-.
Lagunas de estabilización.
Son el sistema de tratamiento más común en el país (622 plantas) pero solo equivalen al
18.6 % de agua tratada en el país (por detrás de los lodos activados) debido al periodo largo
de tratamiento y a que manejan un caudal pequeño; tiene un bajo costo y su operación es
sencilla, son capaces de reducir materia orgánica además de nitrógeno, fosforo, metales
pesados y organismos patógenos; la desventaja de este sistema es que necesita un área
muy grande y pueden producirse olores si hay una sobrecarga. Existen 3 tipos diferentes:
-Lagunas aeróbicas: Soportan cargas
orgánicas
bajas,
contienen
oxígeno
disuelto en todo momento y en todo el
volumen del líquido. También se conocen
como
lagunas
de
oxidación,
como
ventajas tienen ausencia de olores y logra
3

4. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
las mineralizaciones de los compuestos biodegradables; como desventaja tiene alta tasa
de síntesis celular (producción alta de lodos o fangos) y requiere de energía eléctrica para
la oxigenación y mezcla.
-Lagunas facultativas: Operan con
una carga orgánica media, en las
capas superiores hay un proceso
aeróbico y en las inferiores uno
anaeróbico; en el estrato intermedio
con
la
presencia
facultativas
se
de
crea
bacterias
un
estrato
particular llamado zona facultativa. No
hay
recirculación
de
sólidos
suspendidos. Es un sistema sencillo de tratamiento en el que se da un crecimiento de algas
en el sistema suministrándose así el oxígeno fotosintético. Como desventaja existe la
necesidad de remover las algas para controlar el aumento en la concentración de sólidos
en suspensión.
-Lagunas anaeróbicas.: Reciben altas
cargas
orgánicas
condiciones
que
anaeróbicas
producen
estrictas
(oxígeno disuelto ausente) funcionan
como tanques sépticos abiertos y
trabajan extremadamente bien en
climas calientes. Se utilizan como
primera fase del tratamiento de aguas
residuales urbanas o industriales con
alto contenido de materia orgánica biodegradable, se busca la reducción de sólidos y de
materia orgánica del agua residual no tanto la obtención de un efluente de calidad.
4

5. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
Lodos activados.
Es el sistema que mayor volumen de agua residual trata en México (41.6 %) es un proceso
muy usado porque es sencillo consiste en un tanque de aireación, un tanque sedimentador,
un tanque para almacenar los lodos y una recirculación de lodos. El agua entra a un
sedimentador primario –sedimentación por gravedad de sólidos suspendidos-, después al
agua pasa a un tanque aireador donde el lodo activado que contiene los microorganismos
es mezclado con la materia orgánica
del agua residual la que le sirve de
alimento para su producción -los cuales
en su conjunto se conoce como licor
mezclado-. El tanque es aireado por
medio
mecánico
lográndose
la
homogeneidad de la mezcla y la
incorporación de oxígeno. Después del
tanque de aireación se pasa la mezcla a un sedimentador secundario donde los lodos son
llevados al fondo por gravedad y son transportados a un tanque de almacenamiento de
lodos de ahí una parte se recircula al tanque aireador y el sobrante es secado para ocupar
menor volumen y darle algún uso posterior –abono-.El agua tratada sale del sedimentador
secundario en su parte superior.
Los factores que afectan el proceso de lodos activados son:
-Concentración de agua residual (DBO5): La materia orgánica es la fuente del alimento de
los microorganismos. Si la carga de DBO5 se incrementa habrá demasiado alimento
generando un rápido crecimiento con un lodo “joven” con crecimiento disperso y pobre
sedimentación obteniéndose así un efluente con alto DBO5. Por otra parte si la carga
orgánica de influente disminuye repentinamente entonces no habrá suficiente alimento
disminuyéndose la tasa de crecimiento de los microorganismos por la que la sedimentación
no arrastrará el material fino coloidal y el efluente tendrá una alta concentración de solidos
suspendidos. Los valores promedio de DBO para aguas municipales después del
tratamiento primario y secundario son:
5

6. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
Punto de muestreo.
DBO5 (mg/lt)
Influente.
110-400
Efluente primario
50-100
Efluente secundario.
30-15
Nutrientes: Generalmente están presentes en el agua residual de origen municipal, son
nitrógeno (los microorganismos lo necesitan para producir protoplasma) y fosforo
(necesario para la generación de enzimas y romper así los compuestos orgánicos).
-Tiempo de retención: Las bacterias –microorganismos- deben de tener el tiempo suficiente
para asimilar la materia orgánica. Un corto tiempo de retención no removerá toda la materia
orgánica y el DBO5 será alto.
pH: El rango óptimo para el proceso es 6.5 a 8.5. Un rango inferior generaría muchos
hongos y un rango más alto generaría precipitación de fosforo disminuyendo la eficiencia
del proceso.
Métodos y técnicas de control del proceso de lodos activados:
Para mantener un nivel adecuado del efluente del sistema de tratamiento y tener una
operación efectiva se debe mantener un número adecuado de microorganismos, mantener
buenas propiedades de sedimentación, suministrar el aire adecuado al proceso y remover
el lodo del sedimentador en tiempo y cantidad adecuada. El control del proceso consiste en
saber qué hacer con el lodo de recirculación o bien el lodo de desecho. Para poder decidir
cómo llevar a cabo este control se usa alguno de los siguientes métodos:
-Mantener en forma constante el número de sólidos suspendidos en el sistema. La materia
suspendida en el licor mezclado está compuesta de sólidos volátiles u orgánicos (SSVLM)
y sólidos inorgánicos o fijos (SSFLM).Se estima que de los sólidos suspendidos totales
(SST) un 70 a 80 % son volátiles y el resto son fijos.
6

7. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y ESTUDIOS SOBRE
MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO.
-Relación Alimento/Microorganismos (F/M): Se debe de determinar la mejor relación F/M
para la que funcione mejor la planta. M se mide como SSVLM y F (Food) como DBO 5. El
rango típico es de 0.1 a 0.5.
-Tiempo medio de Retención Celular o edad del lodo (TMRC): Se refiere al tiempo que en
promedio de microorganismos permanece en el proceso de tratamiento. Es la cantidad de
sólidos en el sistema dividida entre la cantidad de sólidos que salen cada día. La relación
F/M y el TMRC están relacionadas cambiando una se controla la otra. El rango típico de
TMRC es de 5-15 días.
-Prueba de sedimentabilidad (IVL -Índice Volumétrico de Lodos-): Es el volumen del lodo
sedimentado (ml) en una probeta de un litro después de 30 min dividido por la SSTLM y
este resultado multiplicado por 1000.El rango del IVL es de 80-150.
Usando uno o más de los métodos ya expuestos es posible mantener en forma adecuada
la operación del sistema de lodos activados lográndose así buenos resultados en el
tratamiento.
7