Este documento describe conceptos clave relacionados con el balance de masa y la jerarquía ecológica en sistemas de tratamiento de aguas residuales, residuos sólidos y residuos tóxicos. Explica el balance de masa, incluyendo los componentes de entrada y salida, y su importancia para el diseño de equipos. También describe la jerarquía ecológica, incluyendo los niveles de organización, biodiversidad, adaptación, sucesión y el clímax ecológico.

1. Unidad Didáctica 2: APRENDE LOS CONCEPTOS
BÁSICOS DEL CRECIMIENTO MICROBIANO,
BALANCE DE MASA Y JERARQUIA ECOLÓGICA QUE
SE DESARROLLA EN LOS SISTEMAS DE
TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES,
RESIDUOS SÓLIDOS Y RESIDUOS TÓXICOS

2. BALANCE DE MASA EN LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LAS
AGUAS RESIDUALES, RESIDUOS SÓLIDOS Y RESIDUOS TÓXICOS
• Concepto: Balance de masa:
Se define como la contabilidad de las entradas y salidas de masa en un
proceso o en una parte de éste, no es más que la aplicación de la ley de
conservación de la masa, “La materia no se crea ni se destruye solo se
transforma”.
La realización del balance de masa es importante para el calculo del tamaño
de los equipos que se emplean en un proceso y por ende para evaluar sus
costos, así mismo son casi siempre requisito previo para todos los demás
cálculos, además, las habilidades que se adquieren al realizar los balances de
masa se pueden transferir con facilidad a otros tipos de balances.
Principio de
entradas y salidas
de una operación
unitaria

3. •Concepto: Balance de masa:
El balance por elemento o balance elemental es un procedimiento
que se realiza para llevar la contabilidad exacta de la masa o de las
moles de un elemento que entra y sale de un proceso o de una parte
de éste, donde ocurre o no una transformación química; este tipo
de balance es empleado cuando se trata de un análisis elemental de
los componentes presentes en el proceso pero no se puede aplicar
a la reacciones complejas o múltiples.
Componentes
típicos de un
balance de
masa
Entrada + Generación = Salida + Consumo + Acumulación
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Lodos
Lodos

4. • Si a una planta de tratamiento entra 100 toneladas materia no
biodegradable (MNB), saldrán de la planta 100 toneladas de
materia no biodegradable (MNB). La suma de lo que salga a
través de las purgas de arenas, lodos, natas y efluente de agua
tratada; serán 100 toneladas.
• En estas condiciones, el agua tratada seguirá conteniendo los
contaminantes que entraron a la planta. Como estos
contaminantes no fueron removidos, el agua tratada no será
transparente e incolora, cuando no tiene salida de lodos.
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5. • Si a una planta de tratamiento entra 100 toneladas de materia orgánica
disuelta (DBO) y 90 toneladas son utilizadas como alimento por los
microorganismos; entonces de la planta solo saldrán 10 toneladas de
DBO.
• De acuerdo a estudios, se producen 0.73 kilogramos de microorganismos
(SSV) por cada kilogramo de DBO removida; entonces las 90 toneladas de
DBO removidas, se habrán transformado en 65.7 toneladas de
microorganismos (SSV); el resto se transforma en CO2, vapor de agua y
demás productos de la respiración endógena y del metabolismo
microbiano.
MOB 24.3 Tn.
75.7 Tn.
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6. • En el tanque biológico de una planta de tratamiento ingresa 9 lit. de
agua residual obteniéndose 8.78 lit. de agua tratada, generándose
220.7 gr de lodos .
• ¿Cuántos Kg de lodos se generará si se deja ingresar 90 m3 de agua?
• ¿Cuántos Kg. y m3 de agua tratada se obtendrá?
*Solución:
Tanque Biológico
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7. • En el sedimentador o decantador de almacena la cantidad de lodos
generados en el problema anterior, generándose 214.79 gr. De lodos
secos (secado a 110°C) de los 220.7 gr. De lodos que se genera de los
9lit. Que ingresa al tanque biológico.
• ¿Cuántos Kg de lodos secos se genera de los 90 m3 de agua residual?
• ¿Cuántos Kg. y lit. de agua retorna al sistema?
*Solución:
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8. • Para la degradación aerobia de la materia orgánica en las agua
residuales se requiere la presencia de Oxigeno en cantidades
suficientes, por tal motivo es importante conocer la cantidad de
oxigeno que necesitan los microorganismos en el tratamiento, para
ello se utiliza difusores de aire para inyectar oxigeno.
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Difusores superficiales
Difusores profundos

9. • La cantidad de oxigeno debe ser suficiente para poder realizar las
siguientes reacciones:
a. Oxidación de la materia orgánica carbonatada (CHO): En esta
primera etapa los microrganismos van a utilizar esta materia
orgánica para producir energía y generar nuevos elementos
bioquímicos para la reproducción. El consumo del oxigeno en esta
etapa se mide a través de la DBO, siendo el 95 - 98% el consumo de
oxigeno.
b. Respiración endógena: Los microorganismos toman el oxigeno para
poder degradar la materia orgánica presente en el agua residual.
Es la cantidad de oxígeno que se necesita por día para la
supervivencia de los microorganismos (biomasa) contenidos en el
volumen de un reactor biológico. El consumo del oxigeno se mide a
través del OD del material sintetizado.
c. Proceso de nitrificación: Es el proceso de oxidación de los
compuestos nitrogenados presentes en las aguas residuales,
realizándose las siguientes ecuaciones:
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10. • El ión NH4 es oxidado a NO2 con la ayuda de las bacterias del género
Nitrosomona.
• Los NO2 a su vez son oxidados a NO3 con ayuda de las bacterias del
género Nitrobacter.
Para que estas reacciones sean completas se requiere 4.57 mg o gr
de oxigeno por 1 mg o gr de nitrógeno amoniacal (NH4).
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2NH4 + 3O2 2NO2 + 2H2O + 4H
2NO2 + 2O2 2NO3 + 2H2O

11. *Balance en Residuos Sólidos y Residuos Tóxicos
EL balance de masa es un método para reportar los flujos hacia el interior
(entrada) y el exterior (salida), de recursos, materia prima, energía, productos,
subproductos y residuos que ocurren en un proceso en particular y durante un
cierto período de tiempo.
los balances de materia es el análisis de flujos, el cual permite tener claridad de
cada uno de los pasos que se involucran en el proceso para determinar con más
facilidad la descripción del proceso y los problemas que en este se generen.
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12. BALANCE DE MASA EN LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LAS
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13. Balance de masa en el compostaje
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14. • Es la teoría de organización de la forma y función de los ecosistemas relacionada
al tiempo y espacio, se le conoce como El Principio de los Niveles Integradores,
cuyos niveles presentan sus propias características.
• Es una jerarquía que se desarrolla en el sistema natural y se basa en organizar los
factores bióticos por niveles, incluyendo los factores abióticos, llegando a los
niveles de organización más altos.
• Ecología microbiana, es la ciencia que estudia las interrelaciones de los
microorganismos entre sí y su medio Ambiente, incluyendo todos los factores
inorgánicos (abióticos) y orgánicos (bióticos), de los cuales depende el desarrollo
de un ser vivo, generando los ecosistemas.
JERARQUIA ECOLÓGICA EN LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LAS
AGUAS RESIDUALES, RESIDUOS SÓLIDOS Y RESIDUOS TÓXICOS

15. Ecosistema: Son las relaciones que se da entre los seres
abióticos y bióticos; y suelen ser más estables como un todo
que de manera individual.
Biodiversidad: Es el número de especies en un sitio o dentro
de una comunidad de organismos, pertenezcan o no al mismo
grupo taxonómico.
De la biodiversidad depende la estabilidad de un ecosistema,
como en un sistema de tratamiento a > biodiversidad
microbiana > estabilidad en el proceso > cambios favorables en
el medio.
JERARQUIA ECOLÓGICA EN LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LAS
AGUAS RESIDUALES, RESIDUOS SÓLIDOS Y RESIDUOS TÓXICOS
Componente
Biótico
Componente
Abiótico
Interacción

16. JERARQUIA ECOLÓGICA EN LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LAS
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17. JERARQUIA ECOLÓGICA EN LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LAS
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18. ADAPTACIÓN Y SELECCIÓN
Ambos son parte del desarrollo de los
ecosistemas donde la relación es continua debido
a los constantes cambios que sufre el entorno.
• Selección: Es el proceso que desarrolla el
ambiente o el hombre, quien selecciona a los
seres vivos que se adaptan a nuevas
condiciones, que se desarrollarán obteniendo
una descendencia más competitiva; donde los
rasgos seleccionados se heredan, adecuan y
generan generaciones resistentes y aptas al
entorno.
• Adaptación: Es el proceso donde los seres vivos
seleccionados resisten a los cambios externos y
para adaptarse a ello modifican su estructura
interna, adicionan estructuras, elaboran
sustancias nuevas, desaparecen estructuras u
otras modificaciones. De acuerdo a los factores
ambientales y nutricionales del entorno.
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19. DESARROLLO Y SUCESIÓN
• Son los procesos que se dan para iniciar con las modificaciones
del entorno alterando sus características iniciales, generando
nuevos nutrientes y permitiendo la presencia y desarrollo de
nuevas poblaciones, cambiando de esta manera el entorno y sea
menos inofensivo.
Desarrollo: Esta definido por momentos y se refiere al periodo
o tiempo en el cual se desarrollan o se manifiestan los cambios
del entorno, tanto nutricionales como ambientales, como:
Momento 0, Momento 1, etc.
Sucesión: Es la sustitución de una o más comunidades de
especies por otras, de manera que con el transcurso del tiempo
el ecosistema se va volviendo más complejo, aumentan los
tipos de interacciones, y también suele aumentar la diversidad
de organismos.
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20. DESARROLLO Y SUCESIÓN
Sucesión:
• Esta relacionado con la presencia e incremento de las nuevas
poblaciones que van apareciendo a medida que los factores
ambientales y nutricionales van modificándose.
• Las poblaciones aparecen de acuerdo a su nivel de
organización, de los más simple a lo complejo, como: Sucesión
primaria, Sucesión secundaria. Sucesión terciaria, etc. hasta
lograr la estabilidad del medio.
• El proceso comienza en un hábitat totalmente inhóspito (sin
cambios), sin cambio alguno, además la presencia de materia
orgánica permitirá el desarrollo de comunidades microbianas.
• El proceso se hace mas lento cuando hay poca materia
orgánica disponible.
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21. Climax y Homeostasis
Están relacionadas a las etapas de estabilidad del entorno que se
consigue de manera natural después de varios cambios.
• Climax: Es el estado de equilibrio óptimo que alcanza el medio tras
una serie de selecciones y adaptaciones.
• Homeostasis: Es la capacidad que tiene el sistema para mantenerse
en un equilibrio dinámico por un tiempo prolongado, esto gracias al
control de los factores ambientales y nutricionales.
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Homeostasis
Tiempo
Climax
Actividad Biológica