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Tratamiento microbiológico de residuos
- 1. TRP Chapter 6.3 1 Tratamiento Microbiológico
- 2. TRP Chapter 6.3 2 Tratamiento biológico de residuos peligrosos - optimiza un proceso natural - es conveniente para residuos orgánicos de baja concentración , ej lodos - requiere un control adecuado de las condiciones del proceso - tiene un coste relativamente bajo, es eficaz y tolerante con los cambios de los residuos - su uso más generalizado es el tratamiento de aguas residuales - puede realizarse in situ o fuera de planta - están siendo desarrollados nuevos usos
- 3. TRP Chapter 6.3 3 REINOS
- 4. TRP Chapter 6.3 4
- 5. TRP Chapter 6.3 5 EUCARIOTAS Ce. Animal
- 6. TRP Chapter 6.3 6 Menos antiguas. Surgieron por endosimbiosis. -Forman org. unicelulares (protistas), y pluricelulares (hongos, vegetales y animales). -Poseen un núcleo diferenciado con membrana nuclear, que contiene mat. Genético. -Se alimentan por endocitosis. -Cantidad elevada de orgánulos diferentes, con funciones determinadas: ribosomas, mitocondrias, cloroplastos, aparato de Golgi, centríolos, lisosomas, etc. -Se reproducen por división celular (mitosis y meiosis) -Solo en las células de los hongos y los vegetales hay pared celular rodeando la membrana celular. Características de Eucariotas
- 7. TRP Chapter 6.3 7 Características de Procariotas -Las células procariotas son las más antiguas -Casi siempre son organismos unicelulares -Carecen de núcleo (el ADN se encuentra disperso en el citoplasma). -Se alimentan por absorción de los nutrientes, no por endocitosis. -El citoplasma no tiene muchos orgánulos celulares, destacando principalmente la existencia de ribosomas. -Se reproducen por fisión binaria. -Algunos tienen pared celular, diferente a la de vegetales y hongos. -El metabolismo es muy variado, pudiendo encontrarse células procariotas en ambientes con unas condiciones extremas de temperatura y acidez.
- 8. TRP Chapter 6.3 8 y nematodes Laguna o reactor aeróbico
- 9. TRP Chapter 6.3 9 Fitoflagelado. protozoos flagelados, membrana celulósica y clorofila. Eucariotas Sarcodina. Ameba. Protozoo. Pseudópodos (citoplasma). pocos organelos y no poseen una forma definidad del cuerpo. Unicel. Eucariotas . Toleran bajo O2 Zooflagelado. Eucariotas. Toleran bajo O2. (Dinoficeas)
- 10. TRP Chapter 6.3 10 EuBacterias y Archaebacterias. Heterótrofas y autótrofas. Procariotas. Cianobacterias. Autótrofas. Procariotas The archaebacteria: halofilas, thermacidofilas, y metanógenas. Metanógenas importantes (estabilizadoras). Halófilas (sal 3.5%, alto Na+ y K+) Autótrofas y halofílicas con vacuola gaseosa. Termoacidófilas, aún sin rol en tratamientos de efluentes.
- 11. TRP Chapter 6.3 11 Ciliados fijos. Protozoo. Binucleados. Organelas. Vorticella Suctoria. Protozoos Con tentáculos. Carnívoros. En lodos activ. Y fangos. Eucariota. Heterótrofo Ciliados libres. Protozoo. Eucariotas. Estabiliza flóculos. Consume Células dispersas. Pega y remueve sólidos finos. Recicla Nutrientes. Durante Floc. Disminuye.
- 12. TRP Chapter 6.3 12 Rotíferos, animales ciliados microscópicos Dieta: algas unicelulares y materia en descomposición. Nematodes Pluricelulares. Horadan en flóculos permitiendo ingre so de oxígeno, nutrientes, y sustrato para bacterias.
- 13. TRP Chapter 6.3 13 Hongos Celulosa. Bajos nutrientes y pH. Filamentosos. Problemas de estabilizac. en lodos act. Uni y pluricelulares. Saprofíticos (mat. Muerta) Levadura Hongos aeróbicos y facultativos
- 14. TRP Chapter 6.3 14 Ecología Microbiana exitoso tratamiento de aguas residuales Factores bióticos y abióticos: pH En lodos activados: Hongos filamentosos y pocas bacterias Trat. Anaeróbico: Fermentativas sobre Formadoras de metano. Bact. nitrificantes pH Bact. desnitrificantes
- 15. TRP Chapter 6.3 15 Nematodes Bacterias nitrificantes Bact.organotróficas Protozoos Rotíferos Cadena trófica o alimentaria en lodos
- 16. TRP Chapter 6.3 16 Alta presión de hidrógeno inhibe Bact. Acetogénicas. RelacionessimbióticasEN DIGESTORANAERÓBICO Bact. hidrolíticas Efluente Solubiliza
- 17. TRP Chapter 6.3 17 FACTORES BIOTICOS Y ABIOTICOS IMPORTANTES LODOS ACTIVADOS: abióticos: alcalinidad, amonio, oxígeno disuelto, Tiempo de retención Hidráulico (HRT), nutrientes, pH, cantidad y tipo de sustratos, velocidad de reciclo de lodos, Temperatura, residuos tóxicos y turbulencia. Bióticos: bacterias desnitrificantes y nitrificantes organ. Filamentosos, Formadores de flóculos, tiempo de residencia celular medio (MCRT) o edad del lodo, concentración de sólidos suspendidos volátiles (MLVSS), abundancia y dominancia de protozoos. DIGESTOR ANAERÓBICO: abióticos: amonio, alcalinidad, dióxido de carbono, hidrógeno, nitrato, nutrientes, pH, sustrato, sulfato, temperatura, residuos tóxicos y ácidos volátiles. Bióticos: bacterias acetogénicas, fermentativos (formadoras de ácido), hidróliticas, formadoras de metano, tiempo retención sólidos (SRT), bacterias reductoras de azufre, y sólidos suspendidos volátiles (VSS).
- 18. TRP Chapter 6.3 18 Cambios operacionales afectan los nichos Hábitat: Relación entre fact. Bióticos y abióticos Nicho: Rol, función en el ecosistema. Lodos Act.: Bacterias nitrificantes aeróbicas estrictas viven (hábitat) cerca de los Floc (O2 ) y Oxidan (nicho) amonio y nitritos.Bacterias formadoras de Floc aglutinan (nicho) bacterias y remueven sólidos y Metales pesados., también oxidan comp. Org. Solubles (cBOD). Pseudomonas en los floc oxidan cBOD soluble y comp. Fenólicos tóxicos. Más versátil que Alcalígenes (más nichos). Los nichos varían con: períodos anóxicos, composición del agua residual, HRT Por variaciones en la carga hidráulica, velocidad de reciclo de lodos. Digestor Anaerób.: Bacterias solubilizan comp. Orgánicos complejos, reducen (nicho) sulfatos a sulfuros, las metanogénicas remueven dióxido de carbono, Hidrógeno y acetato del medio. Nichos varían con composición de sustrato, nutrientes, temperatura, pH y presión de hidrógeno
- 19. TRP Chapter 6.3 19 COMPETICIÓN: ej. Filamentosos con bacterias Floc. MOTILIDAD Y NUTRICION: Quimiotaxis: Flagelos, pili. Espiroquetas Morfología celular: cocos, bacilos, espiroquetas y vibrios.
- 20. TRP Chapter 6.3 20 Bajo pH afecta: menor actividad enzimática, aumento de sulfuro de hidrógeno Inhibición de nitrificación, interrupción de formación de floc., crecimiento de filamentosos (bact. Y hongos). Alto pH: disminuye act. Enzimática, aumento en producción de amoníaco, Inhibición de nitrificación, interrupción de formación de floc. Temperatura: Psicrófilas, mesófilas y termófilas. (-10 a 65 °C) pH Oxígeno molecular libre: Aerobios obligados: Ej. Nitrificadoras Nitrobacter, filamen. Anaerobios obligados Anaerobios facultativos: Desnitrificantes ej. Bacillus
- 21. TRP Chapter 6.3 21 Concentración de oxígeno necesario en lodos act. Fuente de Carbono Compuestos inorgánicos: autótrofos Compuestos Orgánicos: heterótrofos y organótrofos Fuente de Energía: Comp. Inorgánicos: litótrofos Comp. Orgánicos: heterótrofos u organótrofos Radiación lumínica: fotótrofos. CLASIFICACIÓN
- 22. TRP Chapter 6.3 22 Microorgan. patógenos Coliformes (ej. E. coli). Enterobacterias. Indicador de contamin. Fecal Cocos gram negativos fermentan lactosa a 37 °C producen gas. Giardia sp. Parásitos intestinales. Larvas De moscas y mosquitos Bacterias entéricas y virus.ej. Salmonelosis, hepatitis, Gastroenteritis, shigelosis, etc. Desinfección de aguas con giardias, amebas y otros microorgan. Patógenos.
- 23. TRP Chapter 6.3 23 Desinfección de efluentes la efectividad de la desinfección depende del tiempo de exposición y de la toxicidad del desinfectante La cinética de muerte de microorganismos se ve influenciada por una mezcla pobre, por la resistencia de las células, la oxidación, complejación, dispersión y el tiempo de retención en el tanque de desinfección del desinfectante: dN/dt= - K N donde: dN/dt= variación de la población de microorganismos k = constante de muerte de microorganismos N = número de microorganismos sobrevivientes por unidad de volumen a un dado tiempo Esta ecuación integrada da por resultado K t= ln ( Ni / Nf) Ni = número inicial de organismos Nf = número final de organismos t = tiempo
- 24. TRP Chapter 6.3 24 Las prácticas de desinfección más comunmente utilizadas son la cloración y subsiguiente decloración, la radiación ultravioleta, la ozonización, las membranas, la hidrocloración y otros métodos que utilizan cloruro de bromo y dióxido de cloro. Aplicación (2 a 8 mg/L en barros act.) después de los tratamientos terciarios de filtración o coagulación, floculación, decantación y filtración. La disolución de cloro gaseoso en agua produce una mezcla de ácido hipocloroso y ácido clorhídrico : Cl2+H2O <---> HClO+ HCl El ácido hipocloroso a su vez se pude disociar dependiendo del pH de la solución de acuerdo a la siguiente reacción: HClO + H2O <---> H3O ++ ClO - La disociación del HClO crece con el crecimiento del pH de 6.0 a 8.5 (a 20 °C y un pH de 7,8 predomina el ión hipoclorito). A pH entre 4.0 y 6.0 predomina la especie sin disociar (ácido hipocloroso).
- 25. TRP Chapter 6.3 25 HClO por su pequeño tamaño molecular y su neutralidad eléctrica penetra membranas inactiva enzimas HClO y ClO- remanente se define como cloro libre activo. El cloro también reacciona como oxidante con otros componentes del agua como compuestos amoniacales (forma cloraminas), sulfitos, nitritos, sales ferrosas, sales de manganeso (II) , sulfuro de hidrógeno, materia orgánica . La reacción con estos componentes del agua aumentan la dosis a aplicar. Operadores: Usar máscaras y guantes Demanda de cloro: cantidad que se agrega, menos la cantidad que hay después del período de reacción seleccionado (20 minutos). La cantidad de cloro que permanece después del período de Reacción es el cloro residual. El cloro residual como compuestos clorados de materia orgánica y amoníaco se conoce como cloro residual combinado. Dosis de cloro: bacteriológico se realizan ensayos con distintos tiempos de contacto para diversos indicadores biológicos (coliformes, más resistentes que patógenos).
- 26. TRP Chapter 6.3 26 El tiempo de contacto en general es de 30 a 60 minutos a caudales medios y hasta de 15 minutos en caudales máximos. El tiempo de contacto se calcula mediante la siguiente relación: Tiempo de contacto ( minutos) =VCC /Q VCC = volumende la cámara de contacto (m3) Q = caudal de la planta (m3/ minutos) La dosis de cloro residual óptima libre o combinada es la justamente suficiente para producir un efluente con un conteo de bacterias dentro de los límites aceptables. Potencial de óxido reducción Este método se basa en la medición por electrodos sensibles al cloro. Titulación: más antiguo.
- 27. TRP Chapter 6.3 27 Utilización del tratamiento microbiológico Tratamiento biológico de residuos orgánicos: - optimiza un proceso natural - usa microorganismos omnipresentes (ej bacterias, hongos) - requiere un control de la temperatura y un equilibrio nutritivo - puede ser aerobio o anaerobio En el tratamiento de residuos peligrosos se utiliza para: - residuos orgánicos con pequeñas concentraciones de contaminantes ej. lodos
- 28. TRP Chapter 6.3 28 Factores que influyen en el tratamiento biológico Adecuación del residuo: - composición - forma física - pH - El tratamiento biológico es únicamente apropiado para los residuos orgánicos con toxicidad relativamente baja - No es un 100 % eficaz en la eliminación del material orgánico
- 29. TRP Chapter 6.3 29 Condiciones del proceso Los procesos de tratamiento biológico requieren un control de : - la temperatura - la humedad - el pH - nivel de ventilación - inhibidores, como los metales - nutrientes
- 30. TRP Chapter 6.3 30 Ventajas del tratamiento biológico de residuos En condiciones apropiadas- es decir: de temperatura, humedad y pH - el tratamiento biológico es: - Eficaz - Tolerante a cambios en la composición del residuo - estos cambios pueden causar un período corto de inactividad, pero no parar el proceso
- 31. TRP Chapter 6.3 31 Alcance del uso del tratamiento • El tratamiento de aguas residuales constituye la aplicación más común de tratamiento biológico ej para industrias de fabricación y reciclaje de papel, la industria alimenticia, curtidurías y la industria farmacéutica y para los lixiviados en vertederos También para: • Bio-remediación in situ del suelo contaminado • Tratamiento en fase de mezcla • Tratamiento del suelo • Co- compostaje
- 32. TRP Chapter 6.3 32 Tratamiento in situ vs tratamiento fuera de la planta • Para los residuos peligrosos, la mayoría de los procesos adecuados son de tratamiento in situ • Para las aguas residuales, tratamiento central - pero requiere la pre- segregación de efluentes tóxicos
- 33. TRP Chapter 6.3 33 Proceso típico de tratamiento de aguas residuales Pre-tratamiento ej tratamiento físico/químico, separación de sólidos Tratamiento Tratamiento biológico ej aerobio/anaerobio en suspensión/unido discontinuo/continuo Post-tratamiento ej filtración, absorción Descarga de efluente limpio BIOREACTOR
- 34. TRP Chapter 6.3 34 Tratamiento de aguas residuales - Ejemplo 1: lechos de filtro bacterial • Medios fijos • Proceso estable • Adecuado para amplias descargas de efluente • Conveniente para efluentes con altas cargas orgánicas ej la industria conservera, industria del azúcar
- 35. TRP Chapter 6.3 35 Tratamiento de aguas residuales - Ejemplo 2: lodo activado Extensamente usado ej refinerías, fábricas de conservas, productos farmacéuticos Conveniente para aguas residuales, residuos peligrosos acuosos con < 1 % de sólidos en suspensión - La bacteria se agrega a los coágulos en flotación - La recirculación asegura una carga bacterial constante - Proceso flexible pero más sensible que los lechos de filtro bacterial - El bioreactor necesita una mezcla eficaz y un alto nivel de oxígeno disuelto - Efluente más limpio que en otros procesos biológicos - Requiere mucha energía
- 36. TRP Chapter 6.3 36 Tratamiento de aguas residuales - Ejemplo 3: lagunas • Cuencas de agua profundas e impermeables usadas para la degradación de los componentes del efluente • Dependen de la acción de la bacteria, algas o vegetación acuática • Proceso de bajo coste • Conveniente para aguas residuales con contenido orgánico bajo • No conveniente para residuos con componentes principalmente químicos • A menudo usado como etapa de pretratamiento
- 37. TRP Chapter 6.3 37 Tratamiento de fase de mezcla Utilizado para residuos sólidos, lodos o suelos contaminados Se necesita mezclar bien para: - homogeneizar la masa - descomponer las partículas sólidas - oxigenar - aumentar el contacto con los microorganismos Degrada los residuos más rápidamente, necesita menos suelo que el tratamiento de fase sólida Empleo potencial con corrientes de residuos adicionales ej residuos de conservación de madera, residuos de refinería de petróleo
- 38. TRP Chapter 6.3 38 Tratamiento del suelo - fase sólida • Implica la descarga uniforme de residuos en un suelo preparado, a un ritmo controlado • Tiene como objetivo la degradación de los componentes orgánicos • Elimina otros componentes de residuos ej sólidos suspendidos, metales pesados • Proceso de tratamiento puro- el suelo NO es conveniente para el cultivo Conveniente para: • lodos oleosos y aceites residuales • lodos orgánicos y líquidos • extensamente usado en EE. UU por la industria del petróleo • también adecuado para tratar residuos provenientes del tratamiento de la madera ej conservantes como creosote, pentaclorofenol
- 39. TRP Chapter 6.3 39 Co-compostaje - fase sólida Mezcla de residuos peligrosos con sólidos biodegradables que actúan como: - ingredientes para carga - para crear espacios vacíos para el paso de aire - fuente termal - por descomposición biológica Por lo general, requiere dos materiales diferentes como: - un buen ingrediente para carga ej las virutas de madera son una fuente termal insuficiente - una buena fuente termal ej la melaza seca es un ingrediente para carga insuficiente El proceso se produce: - en hileras , adecuadas para garantizar una aireación adecuada - en montones estáticos donde el aire es forzado o absorbido a través del material - en naves que ofrecen un mayor control sobre el procedimiento / contención de VOC Usado para: - suelos contaminados con alquitrán de hulla - para sedimentos y suelos contaminados con TNT
- 40. TRP Chapter 6.3 40 Bio- remediación in situ • Permite el tratamiento sin excavación y la extracción del material contaminado • Un proceso aerobio • Estimula la biodegradación natural • Bajo la influencia de factores hidrogeológicos • Puede reducir la contaminación a niveles aceptables en un tiempo relativamente corto ej 1-2 años
- 41. TRP Chapter 6.3 41 Amontonamiento del suelo - fase sólida • Combina el tratamiento del suelo y el compostaje en caballones • Eficaz para tratar volúmenes grandes de suelo contaminado y otros residuos con concentración baja de orgánicos • Útil cuando el área de suelo disponible es restringida
- 42. TRP Chapter 6.3 42 Usos emergentes de tratamiento biológico •Para muchos tipos de residuos, el tratamiento biológico se encuentra todavía en una etapa de desarrollo inicial •Se están desarrollando y probando nuevos usos, por ejemplo, • para tratar corrientes de residuos peligrosos adicionales • para integrar procesos biológicos con tratamiento físico-químico
Notas del editor
- Diapositiva 2 Utillización del tratamiento biológico Los procesos de tratamiento biológico usan los procesos naturales de los organismos vivos omnipresentes. Durante la biodegradación, la actividad microbiana 'recicla' moléculas orgánicas. Este proceso continuo es fundamental para el tratamiento biológico. Los procesos de tratamiento biológico son ampliamente conocidos y extensamente utilizados para residuos orgánicos, pero principalmente para los no peligrosos. Sin embargo, se usan para algunos residuos orgánicos peligrosos, en particular, para aquéllos con bajas concentraciones peligrosas. En asociación con los residuos sólidos, la acción biológica ocurre de forma natural en los vertederos y procesos de compostaje y este proceso natural es impulsado y optimizado en las instalaciones de tratamiento biológico mediante el control de la temperatura, el suministro nutritivo y el pH. Diferentes acciones microbianas tienen lugar en condiciones aerobias (o ricas en oxígeno) y anaerobias (o con escaso oxígeno), siendo estas últimas un modo común de tratar el lodo de las aguas residuales y los fangos de animales en todo el mundo. La degradación aerobia se puede presentar a temperaturas y gamas de humedad más elevadas que los procesos anaerobios, debido a la bacteria del metano. Los procesos aerobios pueden ser sistemas abiertos o contenidos y los sistemas aerobios en contenedores son cada vez más utilizados para residuos sólidos; sin embargo, el tratamiento anaerobio es generalmente utilizado para residuos líquidos y se realiza en contenedores sellados o en lagunas cubiertas. Muchas industrias con corrientes de residuos orgánicos usan técnicas de digestión anaerobias como una etapa de pretratamiento, para reducir gastos de eliminación de lodos (mediante la reducción de sólidos volátiles) y controlar los olores, con la ventaja adicional - en algunos casos - de obtención de metano, que puede ser usado para cubrir las necesidades de energía locales.
- Diapositiva 3 Factores que influyen en el tratamiento biológico Hay una serie de factores que influencian la opción de tratamiento biológico de residuos. Entre ellos, la adecuación de los residuos es el más importante: sólo los residuos orgánicos pueden ser tratados. La forma del residuo es también relevante: por ejemplo, los procesos biológicos no pueden ser usados para residuos secos como polvos, sin añadir humedad que sirva de base a la actividad microbiana. Los residuos deben tener un pH entre pH 5-10. Un factor clave que influye en la adecuada selección de un método de tratamiento biológico, es la capacidad para garantizar el contacto compatible entre los componentes orgánicos de los residuos y la población microbiana. Es casi siempre posible encontrar una bacteria u otros microbios que se adecúen a un determinado tipo de residuo, pero podría tratarse de bacterias especiales y no una de las omnipresentes, requiriéndose la contención de dicha bacteria. Por ejemplo, es posible seleccionar una flora bacteriana capaz de sobrevivir en el efluente de las curtidurías, que son ricas en sales de azufre y cromo, tóxicos notorios para la mayoría de las bacterias. La bacteria especialmente identificada es capaz de limpiar los efluentes con eficacia, algo que es imposible en el caso de una bacteria omnipresente. El tratamiento biológico no es conveniente para todos los residuos, sólo para los residuos orgánicos con una toxicidad relativamente baja. El proceso nunca puede resultar el 100 % eficaz en la eliminación de la materia orgánica. El número de bacterias activas depende de las sustancias nutritivas y, cuando los niveles nutritivos disminuyen, el número de bacterias también se reduce. Por consiguiente, una eficiencia del 95 %, es generalmente considerada como el límite máximo para un proceso de tratamiento biológico.
- Diapositiva 4 Condiciones del proceso Los procesos de tratamiento biológico deben ser llevados a cabo dentro del intervalo correcto de temperatura, con un apropiado nivel de humedad, acidez o alcalinidad y con el adecuado nivel de ventilación. - Límites de temperatura - para que una determinada bacteria pueda sobrevivir, la temperatura debe estar dentro de un intervalo apropiado. Estos intervalos se denominan generalmente gamas mesófilas (30-40 Cº) y termófilas (45-55 Cº). - Una humedad mínima es siempre necesaria, pero otros aspectos, como la ventilación, influencian el nivel de humedad necesario. En el tratamiento de aguas residuales, que es la aplicación más común del tratamiento biológico, los niveles de humedad mínimos no constituyen una preocupación - La capacidad de las diferente especies microbianas para descomponer los residuos orgánicos, depende en gran parte del pH del medio. Los metanógenos operan entre pH 6 y pH 8. Cuando existe un riesgo de cambio de acidez, es aconsejable medir y controlar el pH con regularidad. - Los procesos aerobios sólo pueden darse en presencia de oxígeno libre, generalmente el oxígeno del aire. Para la descomposición anaerobia, el oxígeno es un inhibidor. La bacteria más común inhibida por el oxígeno es el agente patógeno del tétanos, de ahí la razón por la cual las heridas deben ser siempre aireadas. - Los procesos biológicos pueden ser afectados desfavorablemente por la presencia de inhibidores como metales ( cobre, plata) o sustancias químicas como los pesticidas que pueden resultar tóxicos para la bacteria.
- Diapositiva 5 Ventajas del tratamiento biológico de residuos Una ventaja principal del tratamiento biológico consiste en que, una vez que las condiciones necesarias previas de temperatura, humedad y gama de pH conveniente han sido cumplidas, el tratamiento biológico de residuos es muy tolerante a cambios en la composición del residuo y el proceso es continuo y eficaz. Con un método de tratamiento químico, las medidas deben ser aplicadas con alta precisión, pero los organismos vivos del tratamiento biológico son capaces de regular su actividad según la composición del medio. Las intervenciones para mantener la eficiencia de la planta podrían implicar simplemente , por ejemplo, ajustar un nuevo tiempo en bomba de circulación. Los cambios en la composición de la materia prima (ej la dilución o la presencia de nuevas sustancias biodegradables) pueden causar un período de inactividad, generalmente corto, pero no parar el proceso.
- Diapositiva 6 Alcance del uso del tratamiento El tratamiento de aguas residuales es la aplicación más utilizada del tratamiento biológico en la gestión de residuos, principalmente para aguas residuales municipales, pero también para aguas residuales industriales de una serie de industrias como industria papelera, alimenticia, curtidora y farmacéutica. Después del tratamiento del efluente, las aguas residuales de industrias agrícolas y alimenticias dejan generalmente residuos sólidos (lodos) que deben ser procesados en el futuro para transformarlos en fertilizantes, o tratarlos antes de ser depositados en los vertederos autorizados donde no existe ningún tratamiento para los fertilizantes. La lixiviación en vertederos es otra aplicación frecuente de los métodos de tratamiento biológico de las aguas residuales. Las diapositivas 8-12 tratan el tratamiento de aguas residuales. El tratamiento en fase de mezcla está siendo probado para utilizarlo con residuos más peligrosos. (Observar la diapositiva 13) El tratamiento del suelo - la mezcla de los residuos con suelos superficiales y la utilización de procesos naturales para degradar e inmovilizar los componentes de residuos - también es usado. (Consultar la diapositiva 14) Otra técnica es el co-compostaje de pequeñas cantidades de residuos peligrosos con otros residuos orgánicos sólidos. (Mirar la diapositiva 15) La bio-remediación in situ es utilizada para tratar el suelo contaminado cuando existe contaminación orgánica. La contaminación más común del suelo es causada por los hidrocarburos y los procesos biológicos constituyen a menudo el método más fácil y más barato de tratamiento, aunque puedan implicar períodos largos. (Observar la diapositiva 16)
- Diapositiva 7 Tratamiento in situ vs tratamiento fuera de la planta Como se ha comentado anteriormente, la selección de tecnología también implica decisiones sobre el tratamiento in situ o fuera de planta. En el caso de los métodos de tratamiento biológico para residuos peligrosos, la mayor parte de los procesos son apropiados para su tratamiento in situ. Las aguas residuales son generalmente trasladadas a una instalación central de tratamiento, pero esto requerirá alguna segregación previa de los componentes tóxicos en los efluentes para asegurar que no interfieren con los procesos biológicos. Allí donde existen una serie de industrias similares ubicadas en un mismo lugar, ej en un polígono industrial construído para servir a una determinada necesidad y donde se agrupan industrias de acabado de metales, curtidoras o fábricas químicas, la provisión de instalaciones de tratamiento de efluente comunes - físico-químico o biológico - resulta lo más sensato.
- Diapositiva 8 Proceso típico de tratamiento de aguas residuales La diapositiva expone las etapas de un proceso típico de tratamiento de aguas residuales. Los procesos de pretratamiento dependen del tipo de tratamiento biológico que se adopte, así como del material residual que está siendo tratado. El bioreactor usado en la etapa de tratamiento puede ser una nave amplia, montículos de tierra o, en el caso de remediación del suelo in situ o tratamiento del suelo, puede ser el mismo suelo. Las etapas de post-tratamiento pueden requerir la filtración o la sedimentación antes de que el efluente que ha sido limpiado pueda ser descargado, además de la deshidratación del lodo, la solidificación o la incineración.
- Diapositiva 10 Tratamiento de aguas residuales - Ejemplo 1: lechos de filtro bacterial Los lechos de filtro bacterial utilizan la bacteria cultivada en los medios fijos, que en la mayoría de los casos están formados por elementos naturales como la grava o membranas plásticas. El agua residual que está siendo siendo tratada es traspasadas en chorritos por estos elementos. El efluente limpio puede ser 'reciclado' a través del lecho para diluir la carga y mantener la humedad del lecho. Se trata de un proceso estable que no es sensible a pequeños cambios de la materia prima. Esta técnica en particular, es adecuada para ser utilizada con efluentes que contienen altas cargas orgánicas como aquellos de las industrias agro-alimenticias (ej la industria de agro-alimentos o la industria del azúcar).
- Diapositiva 11 Tratamiento de aguas residuales - Ejemplo 2: lodo activado Este tratamiento es conveniente para aguas residuales municipales y residuos peligrosos acuosos con menos del 1 % de sólidos en suspensión. Durante el proceso, los microorganismos suspendidos son continuamente reciclados por un bioreactor. El proceso de reciclaje permite que los microorganismos se adapten a la composición de las aguas residuales entrantes. La bacteria se desarrolla libremente en la masa líquida y se reune en coágulos, que flotan de acuerdo con las corrientes de aireación de la cuenca. Se utilizan varias técnicas para asegurar la presencia elevada de oxígeno, que resulta indispensable para el desarrollo de la masa bacterial. Este proceso es muy flexible, ya que la carga puede ser controlada dependiendo de la situación (el día, la noche, horas punta, estaciones, etc.), pero esto requiere aparatos regulatorios y de control y es, por lo tanto, más complejo que los lechos de filtro bacterial. Numerosas variaciones de esta técnica son usadas en todo el mundo y con frecuencia se utilizan en refinerías, fábricas de conservas y plantas farmacéuticas. Los residuos pueden ser tratados satisfactoriamente, siempre y cuando la mezcla sea eficaz y se mantenga un nivel alto de oxígeno disuelto en todas partes del bioreactor. El proceso produce un efluente relativamente más limpio que el de otros procesos biológicos, pero requiere una cantidad considerable de energía.
- Diapositiva 12 Tratamiento de aguas residuales - Ejemplo 3: Lagunas La lagunación describe el proceso de descargar efluentes en cuencas de agua profundas e impermeables para permitir que se produzca la degradación. Pueden requerir aireación artificial para profundidades que sobrepasan un metro. Este tipo de contención es usado para aguas residuales con contenido orgánico bajo. La limpieza de los efluentes se produce como consecuencia de la acción bacteriana, las algas o la vegetación acuática. El tiempo de residencia es generalmente de varias semanas. Este proceso se emplea a menudo como un paso de pretratamiento. Es barato pero requiere una área amplia y no es conveniente para residuos que contienen componentes principalmente químicos. Además, cuando la laguna no está suficientemente aireada, existe el riesgo de convertirse en anaerobia, lo que origina problemas de olor.
- Diapositiva 13 Tratamiento de fase de mezcla En este proceso de tratamiento, los residuos (que pueden ser sólidos, lodos o suelos contaminados) son suspendidos con agua o aguas residuales en un reactor para formar una mezcla. La agitación de la mezcla homogeniza su consistencia, descompone las partículas sólidas, oxigena y aumenta el contacto entre los residuos orgánicos y los microorganismos. El proceso de tratamiento puede ser discontinuo o continuo. Este método de tratamiento fue usado en un principio para tratar viejas lagunas y ahora está siendo ampliado a los sistemas de reactor. La mezcla y la suspensión de partículas son las partes críticas del proceso. Mantener concentraciones grandes, por ej de lodo en suspensión, requiere mezcladores de gran energía. El diseño del mezclador y el reactor, son probablemente los aspectos más cruciales de este método de tratamiento. El tratamiento de fase de mezcla degrada los residuos a mayor velocidad y requiere menor área de suelo que el tratamiento de fase sólida. Está siendo desarrollado para su empleo con una serie de tipos de residuos, incluyendo residuos de conservación de la madera con altas concentraciones de aceite de creosote y PAHS, lodos de refinería de petróleo.
- Diapositiva 14 Tratamiento del suelo - fase sólida El tratamiento del suelo implica la descarga uniforme de residuos en un suelo preparado y a un ritmo controlado, mezclándolos con la superficie del suelo y utilizando los sistemas naturales, físicos, químicos y biológicos existentes en el suelo para degradar e inmovilizar los componentes de los residuos. A veces, los residuos pueden ser inyectados justo debajo de la superficie. El equipo preparado se utiliza entonces para incorporar los residuos en el suelo, maximizando el contacto entre los residuos, los microbios innatos y cualquier aditivo químico como sustancias nutritivas, así como para proporcionar la aireación necesaria. El suelo contiene por naturaleza una amplia y diversa comunidad microbiana, que puede degradar los residuos orgánicos. El tratamiento del suelo también elimina otros componentes de residuos aparte de los orgánicos: - Los sólidos en suspensión son eliminados colocándolos y filtrándolos en el suelo - Los metales pesados son eliminados de la solución por absorción en partículas del suelo y también por precipitación e intercambio de iones en el suelo. Debería tenerse en cuenta que cualquier metal pesado u otros contaminantes inorgánicos de los residuos no son degradados, sino simplemente inmovilizados en el suelo. Por lo tanto, el suelo puede resultar 'contaminado' y cualquier post-utilización tendrá que ser controlada. El tratamiento del suelo puede ser utilizado para lodos oleosos y aceites residuales, así como para lodos orgánicos y líquidos. El tratamiento del suelo para residuos peligrosos es extensamente usado por la industria del petróleo de EE. UU, para tratar lodos y otros residuos generados por refinerías. También es usado para tratar residuos provenientes del tratamiento de la madera, como por ejemplo lo que se utiliza para conservar la madera: el creosote y el pentaclorofenol. (Ref : LaGrega, MD et al Gestión de residuos peligrosos - consultar las Fuentes de información adicional). El tratamiento del suelo se denomina a veces 'cultivo del suelo'. Sin embargo, en el caso de los residuos peligrosos, el proceso es usado sólo para el tratamiento de residuos y no existe posibilidad alguna de utilizar el suelo con objetivos agrícolas - así el término ’cultivo del suelo' NO ha sido nombrado aquí para evitar cualquier posible concepto erróneo. El tratamiento del suelo aquí descrito, NO es el mismo que el del esparcimiento de lodos provenientes del tratamiento de aguas residuales municipales no contaminadas en suelo de cultivo, tratamiento que todavía se practica (bajo estrictos controles) en numerosos países.
- Diapositiva 15 Co-compostaje- fase sólida Los residuos peligrosos no contienen, generalmente, concentraciones de orgánicos lo suficientemente altas como para realizar el compostaje por sí solos. La mezcla de tales residuos con sólidos sumamente biodegradables que actúan como ingrediente de carga (creando espacios vacíos para el paso de aire) y fuente termal (de su descomposición biológica) permite que se produzca el compostaje . Generalmente, buenos ingredientes de carga, ej virutas de madera, no constituyen una buena fuente termal, y de la misma forma, fuentes termales adecuadas, ej la melaza seca, son ingredientes de carga insuficientes. Por lo tanto, generalmente se requieren dos materiales diferentes. El material inerte usado como ingrediente de carga puede ser reciclado. El compostaje puede realizarse en caballones - hileras largas - que deben voltearse para asegurar la aireación adecuada, en montones estáticos, donde el aire es forzado o absorbido por el material, o en naves, donde el control del procedimiento es automatizado. El compostaje ha sido probado en suelos contaminados con alquitrán de hulla y también en sedimentos y suelos contaminados con TNT. (Ref : LaGrega et al Gestión de residuos peligrosos - consultar las Fuentes de información adicional)
- Diapositiva 16 Bio- remediación in situ La bio-remediación in situ implica el tratamiento de aguas subterráneas contaminadas y de contaminantes que surgen por debajo de la superficie, sin excavar el suelo que se encuentra por encima o trasladar el material contaminado a otra planta para su tratamiento. Hasta el momento, la mayor parte de los experimentos de bio- remediación in situ se han llevado a cabo para tratar hidrocarburos simples de petróleo, por ejemplo, cuando un tanque de almacenaje sufre un escape en el suelo circundante. La bio- remediación in situ provoca los procesos de degradación natural aerobia a nivel subsuperficial, mediante la estimulación y el manejo de las comunidades microbiológicas. Puesto que la subsuperficie generalmente absorbe fácilmente los nutrientes, la bio- remediación in situ se basa en la introducción de oxígeno y sustancias nutritivas en el área de subsuperficie contaminada. Por lo general, esto se realiza retirando las aguas subterráneas, a las que se añade el oxígeno y las sustancias nutritivas antes de ser inyectadas de nuevo. El agua inyectada estimula el crecimiento de microorganismos que a su vez degradan los contaminantes. Dependiendo del tipo y el grado de contaminación, la bio- remediación in situ permite niveles aceptables dentro de un período de tiempo relativamente corto, por ejemplo de 1 a 2 años. Como consecuencia de la participación de flujos de aguas subterráneas, la bio- remediación in situ requiere el conocimiento de diversas disciplinas, incluyendo tanto la hidrogeología como la microbiología.
- Diapositiva 17 Amontonamiento del suelo - fase sólida Implica el almacenaje del suelo contaminado en montones grandes, generalmente sobre un sistema de tubos y cilindros impermeables. Los montones pueden tener varios metros de altura y , si fuera necesario, pueden ser cubiertos. El sistema de tuberías atrae el aire a través de los montones causando un vacío, o bien introduce aire por el montón. Los cilindros impermeables permiten la recogida y tratamiento de cualquier lixiviado. Este método tiene semejanzas tanto con el tratamiento del suelo como con el compostaje en caballones, pero tiene mayor similitud con el compostaje en montones estáticos aireados y la única diferencia reside en el tamaño de los montones. Sin embargo, el proceso de degradación en montones de suelo es más lento que el de tratamiento del suelo.
- Diapositiva 18 Usos emergentes de tratamiento biológico El empleo de métodos biológicos para tratar residuos peligrosos es relativamente reciente y no está muy extendido. Hay muchos tipos de residuos para los cuales el tratamiento biológico se encuentra todavía en una etapa inicial de desarrollo. En un futuro próximo, probablemente se encontrarán disponibles los nuevos usos que están siendo probados y desarrollados para tratar corrientes de residuos peligrosos adicionales. Al igual que se dispondrá de modos de integrar los procesos biológicos con métodos de tratamiento físico-químico para mejorar los resultados generales de tratamiento.