El tratamiento de efluentes domésticos es un proceso bioquímico realizado por microorganismos en entornos aerobios y anaerobios, afectando la eficiencia del tratamiento. Se producen tres tipos básicos de transformaciones bioquímicas: eliminación de materia orgánica soluble, digestión de materia orgánica insoluble y transformación de materia inorgánica. Los sistemas de tratamiento aerobios y anaerobios están diseñados para romper y estabilizar la materia orgánica, optimizando la reducción de la demanda bioquímica de oxígeno y la eliminación de nitrógeno.

2. El tratamiento de efluentes domésticos es en gran parte una operación
bioquímica, donde las transformaciones químicas de estas se llevan a cabo por
los microorganismos vivos. Diferentes ambientes favorecen el crecimiento de
las diferentes poblaciones de microorganismos afectando a su vez a la
eficiencia, a los productos finales y a la realización del tratamiento de los
efluentes domésticos. Los sistemas de tratamiento de efluentes domésticos, ya
sean sistemas sépticos convencionales o tecnologías de tratamiento
avanzadas, intentan crear ambientes bioquímicos específicos para controlar el
proceso de tratamiento de estas aguas.

3. Tres tipos básicos de transformaciones bioquímicas se producen cuando se
tratan a los efluentes domésticos. La primera es la eliminación de materia
orgánica soluble. Este se compone de compuestos de carbono disueltos tales
como detergentes, grasas, y desechos del cuerpo, que constituyen la mayor
parte del contenido de DBO (demanda bioquímica de oxígeno) del agua
residual. La segunda es la digestión y la estabilización de la materia orgánica
insoluble. Estos son los sólidos residuales, tales como los desechos del cuerpo
y partículas de alimentos, que componen el resto de la DBO. La tercera es la
transformación de la materia inorgánica soluble, tales como el nitrógeno y el
fósforo.

4. Los dos principales entornos bioquímicos en las que el tratamiento de efluentes
domésticos se lleva a cabo se denominan entornos aerobios y anaerobios. Un
entorno aerobio es uno en el que el oxígeno disuelto está disponible en
cantidad suficiente para que el crecimiento y la respiración de los
microorganismos no esté limitado por la falta de oxígeno. Un entorno
anaerobio es uno en el que el oxígeno disuelto, o bien no está presente o su
concentración es lo suficientemente bajo para limitar el metabolismo aerobio. El
entorno bioquímico tiene un profundo efecto sobre la ecología de la población
microbiana que trata los efluentes domésticos. Las condiciones aerobias
tienden a apoyar las cadenas alimentarias enteras de bacterias hasta rotíferos y
protozoos. Estos microbios “rompen” la materia orgánica usando muchas rutas
metabólicas basadas en la respiración aerobia con dióxido de carbono como
producto final principal. Las condiciones anaerobias favorecen principalmente el
crecimiento de poblaciones bacterianas y producen una variedad diferentes de
productos finales.

5. Digestión anaeróbica de efluentes domésticos
Los sólidos en los efluentes domésticos contienen grandes cantidades de
materia orgánica disponible que producirían un rápido crecimiento de
microorganismos si se trata aeróbicamente. La descomposición anaerobia es
capaz de degradar este material orgánico mientras produce mucha menos
(aproximadamente una décima parte) biomasa que un proceso de tratamiento
aerobio. La función principal de la digestión anaerobia es estabilizar la materia
orgánica insoluble y convertir la mayor cantidad de estos sólidos en productos
finales, tales como líquidos y gases (incluyendo metano). Es por esta razón que
el tratamiento de efluentes domésticos en un tanque séptico convencional está
diseñado para ser un proceso anaerobio.

6. La materia orgánica tratada anaeróbicamente no se descompone en dióxido de
carbono; los productos finales son los ácidos y alcoholes de bajo peso
molecular. Estos se pueden convertir adicionalmente de manera anaerobia a
metano o, si son enviados a un entorno (tal como un campo de lixiviación)
donde las bacterias aerobias están presentes. La digestión anaerobia de
materia orgánica es también un proceso mucho más lento.
Como se discutió anteriormente, un ambiente anaerobio también es necesario
para la desnitrificación, ya que las bacterias que llevan a cabo este proceso
requieren condiciones anaerobias para reducir el nitrato a gas nitrógeno.
Muchas de las tecnologías de eliminación de nitrógeno están diseñadas para
proporcionar una cámara de tratamiento anaerobio como parte del proceso de
tratamiento.

7. Tratamiento aerobio de efluentes domésticos
Como su nombre lo indica, este proceso utiliza bacterias aerobias para
descomponer las efluentes domésticos. La ventaja principal de este tratamiento
es su capacidad para digerir rápida y completamente los efluentes, reduciendo
así los niveles de la DBO. La mayoría de las tecnologías de tratamiento
alternativas utilizan alguna forma de tratamiento aerobio de efluentes. Este
proceso se utiliza principalmente para reducir la DBO y, en los sistemas que
eliminan nitrógeno, para nitrificar los residuos de modo que más tarde puedan
ser desnitrificados. Debido a que la DBO en efluentes domésticos sin tratar es
generalmente alta, y el oxígeno disponible se consume rápidamente por estas,
la mayoría de unidades de tratamiento aerobio están diseñadas para suministrar
oxígeno suplementario para mantener el proceso de tratamiento aerobio.

8. Algunas unidades, usan aireación extendida para digerir de manera más
completa los sólidos de los efluentes domésticos. La mayoría de unidades de
tratamiento aerobio proporcionan algún tipo de medio artificial como una
superficie en la que las bacterias de digestión de efluentes domésticos pueden
crecer. Una variedad de diseños básicos se puede usar para este propósito.

9. Estos sistemas de cultivo están diseñados de manera que los efluentes
domésticos puedan fluir sobre películas microbianas unidas a las superficies en
la unidad de tratamiento. El área de superficie para el crecimiento de la
biopelícula se incrementa mediante la colocación de algún tipo de medios
artificiales, tales como cubos de espuma o diversas formas de plástico
contorneados con áreas de superficie altas, en la cámara de tratamiento. Este
medio artificial puede “sentarse” en la cámara de tratamiento con el efluente
circulando a través de ella, usualmente con aire suplementario suministrado
para que el tratamiento se mantenga aerobio. Estos diseños son conocidos
como filtros de goteo y son uno de los tipos más comunes de unidades de
tratamiento in-situ de cultivos. Los filtros de arena intermitentes y de
recirculación, mientras estén situados en cámaras separadas, también pueden
ser considerados una forma de filtro de goteo.

10. Aquí la arena se utiliza como un medio para el crecimiento bacteriano. Debido a
que los sistemas de cultivo son generalmente aerobios, se desarrolla una
comunidad compleja de microorganismos, incluyendo bacterias, hongos,
protozoos y rotíferos aerobios. Estos sistemas son capaces de la eliminación
eficaz de la DBO. Al ser aerobios, apoyan el crecimiento de bacterias
nitrificantes y pueden utilizarse para la nitrificación de efluentes domésticos,
primer paso en la eliminación de nitrógeno.

11. Otros sistemas aerobios utilizan cultivos suspendidos de microorganismos para
tratar aeróbicamente los efluentes. Este tipo de tratamiento asume que una
población residente de bacterias está presente en los sólidos y lodos de la
unidad de tratamiento; una mezcla vigorosa de los efluentes domésticos en el
compartimiento de tratamiento hace que estas bacterias permanezcan en
suspensión y puedan así digerir aeróbicamente los efluentes. Este principio se
utiliza en muchas de las grandes plantas de tratamiento de efluentes
domésticos municipales.

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