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Es muy conocido el hecho de que uno de los subproductos de la industria alimenticia con más dificultad para el manejo y disposición final es la grasa. La grasa animal es un hidrocarbono complejo con enlaces químicos difíciles de romper, por lo que la acción microbiana tarda un poco más en degradarla en comparación con los residuos orgánicos más comunes como las aguas residuales, los desechos orgánicos o las heces.
En principio las legislaciones ambientales de la mayoría de países prohíben disponer de la grasa directamente a través de los servicios de recolección de basura y mucho menos depositarla en las tuberías de drenaje. Ante tal situación que se puede hacer con la continua acumulación de grasas?
Normalmente los negocios y las industrias capturan y acumulan la grasa en depósitos conocidos como Trampas de Grasa, en los cuales debería el material reposar el tiempo necesario para descomponerse y poder disponer del efluente de manera gradual una vez se ha alcanzado los niveles aceptables de Demanda Bioquímica de Oxígeno y de otros parámetros que determine la regulación ambiental local.
En la práctica se ha encontrado que las trampas de grasa que se construyen son demasiado pequeñas y en poco tiempo colapsan por la acumulación de grasas y es en este momento que se deben tomar medidas de emergencia, las cuales implican la remoción manual de grasa parcialmente descompuesta; acción por demás repulsiva y costosa.
Algunas veces se utilizan productos químicos para transformar químicamente la grasa, pero que causan daños por contaminación en las descargas de aguas negras. Los productos químicos tales como ácidos o álcalis no deben ser utilizados ya que contribuyen a aumentar el problema de contaminación.
Una alternativa para resolver este problema es la utilización de activadores biológicos que pueden ser enzimas o bacterias diseñadas genéticamente para desarrollar con eficiencia el trabajo de descomposición de las grasas. Dado que son procesos naturales, no producen contaminación y los efluentes producidos son de calidad aceptable para ser depositados en los colectores de aguas negras. La calidad del efluente depende del tiempo de retención de la grasa; el uso de bacterias o enzimas acelera la degradación y reduce los tiempos de retención.
Dado que los tiempos de retención pueden ser altos, aun con el uso de activadores biológicos, se hace necesaria muchas veces la extracción manual de la grasa de las pequeñas trampas de grasa existentes en las cocinas de los restaurantes y ser depositadas en una trampa colectora con suficiente capacidad para permitir el tiempo de retención suficiente para degradar completamente la grasa y producir un efluente de calidad aceptable que cumpla las normativas de la regulación ambiental existente.
Para tener el mejor resultado posible con el uso de bacterias o enzimas, se hace necesario que su uso sea permanente para permitir una efectiva colonización y una contínua renovación de las cepas existentes para mantener el nivel de actividad bacteriana requerido.
Mas información sobre Trampas de Grasa
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La agricultura moderna se caracteriza por el por el manejo de grandes poblaciones de plantas o animales con espacios reducidos y altos volúmenes de alimentación. Esto se traduce en montañas de desechos que precisan ser tratados para mejorar su aprovechamiento como abono y evitar un indeseable impacto ambiental negativo.
La mayoría de los desechos son almacenados en fosas o lagunas de retención y bombeados cuando están casi rebalsando y muchas veces en situaciones de emergencia, con el sistema de retención de detritos prácticamente en colapso. Después del bombeo se observa una acumulación de detritos en el fondo con emisión de olores más que desagradables. Ciertamente hay una forma mejor de evitar este momento desagradable.
En condiciones naturales se pueden producir estas 5 consecuencias:
1. Sobrecarga del sistema y polución
2. A falta de agitación (aireación), en el deposito de detritos (excremento), el sistema de torna en un proceso anaeróbico el cual resulta en un proceso mucho mas lento y mas pestilente, donde las placas de detritos precisan ser fragmentadas para posibilitar su bombeo.
3. El tiempo frío reduce la actividad biológica
4. El uso considerable de antibióticos en los alimentos y los productos sanitarios de limpieza colaboran en paralizar la degradación biológica.
5. Si se produce lo mencionado en el literal 4, aumenta el tiempo de retención, habiendo por tanto la necesidad de aumentar el tamaño de los depósitos y consecuentemente los costos.
Ante lo anterior, ¿Cómo es posible hacer frente a tal problema?
Uso de bacterias benéficas para acelerar el proceso de compostaje
El uso de bacterias beneficas o activadores biológicos, además de acelerar el proceso de descomposición de la materia orgánica, se produce una reducción en las cantidades de sólido contenido en los efluentes de los tanques, fosas y lagunas de estabilización y de las lagunas de excremento; esto facilita el bombeo, se controla la concentración de moscas y se reduce la formación de malos olores. Al repoblar el sistema con bacterias benéficas, estas por ser más agresivas, desplazan la proliferación de bacterias patógenas. Un resultado muy importante es la disminución sensible en la DBO en el efluente resultante y se disminuye el impacto ambiental. Otro beneficio colateral es la producción de abono para la agricultura.
El compuesto de bacterias benéfiicas de Enziclean como acelerador de la producción de abonos naturales en el compostaje de residuos orgánicos.
Los activadores biológicos o compuestos de bacterias beneficas como Enziclean se utilizan para iniciar y acelerar el proceso de descomposición de la materia orgánica. Las bacterias que actúan en este proceso incluyen a las bacterias mesófilas y termófilas. Las primeras se refieren a los organismos que actúan a temperaturas entre 35 y 40 ºC , las cuales son las temperaturas prevalecientes al inicio del proceso de compostaje. Al continuar el proceso, la temperatura se eleva gradualmente hasta un punto donde el mecanismo microbiológico asume su plenitud a temperaturas superiores a los 40 ºC ; este es el rango de acción para las bacterias conocidas como termófilas. Enziclean es un compuesto de bacterias que posee poblaciones de ambas especies: termófilas y mesófilas.
El compostaje es un proceso básicamente aeróbico. En procesos aeróbicos, el oxígeno atmosférico esta todavía presente en la masa obtenida en el compostaje, aunque no se encuentra homogéneamente distribuido. En otras palabras, ocurre una competencia por el oxigeno entre varios microorganismo presentes en el masa. Por esta razón es deseable que los organismos introducidos en una situación de compostaje satisfagan las condiciones de sobrevivencia e inclusive de que se reproduzcan en ausencia del oxigeno. Por esta razón, Enziclean también incluye bacterias conocidas como facultativas, las cuales son capaces de adaptarse a condiciones tanto aeróbicas como anaeróbicas.
La velocidad de reacción y calidad de humus producido depende de la calidad del sustrato (presencia de macro y micronutrientes) y de otras condiciones críticas como pH y temperatura; asimismo, de la calidad de bacterias involucradas en el proceso de descomposición del sustrato. Es aquí donde Enziclean muestra sus mayores beneficios con la alta producción de enzimas hidrolíticas.
Los materiales usados en el sustrato pueden ser divididos de forma simplificada en tres tipos.
1. Ricos en Nitrógeno. Desperdicios de proteína animal residuos de pieles, sangre, vísceras, detritos vegetales, excremento, lodo de fosa séptica o cualquier detrito que contenga más de 14% en proteína.
2. Rico en carbohidratos. Azúcar, cereales, grano, plantas de frutas y legumbres.
3. Ricos en Celulosa: paja de arroz, paja de avena, follajes, plantas de papel, plantas de campo, lascas de madera dura, madera suave muy vieja, aserrín (cuando fueren usado detritos de madera evitar los de pino y otras maderas resinosas).
Modo de preparar el material orgánico para compostaje
Todo el material debe ser molido o picado tan fino como sea posible, de forma que aumente el área de contacto con las bacterias. Una mezcla de los tipos de materiales en partes iguales hace un compuesto con cualidades ideales. Para obtener resultados aun mejores se puede adicionar unos 10 kilos de carbonato de calcio y de 5 a 20 kilos de fosfato mineral para cada 100 kilos de mezcla orgánica. Nunca use cal pues esto podría paralizar el proceso. Se crea una pasta húmeda con estos productos para así obtener una buena mezcla homogenizada. Humedezca sin hacer grumos. Si queda muy húmeda, adicione más material de tipo 3 para absorber el exceso.
La humedad ideal es cuando una porción de la mezcla se logre sostener logrando un bolo compacto que cree un montículo naturalmente. El exceso de agua causa un mayor riesgo de una indeseable condición acida.
Método de compostaje:
Existen varios métodos, todos están basados en el principio fundamental de aireamiento del material junto con un adecuado grado de humedad.
En el siguiente video se muestra un proceso de compostaje fácil de realizar
Método recomendado
Método del apilado. La materia deberá ser apilada en una pila de unos 1.5 metros de largo y ancho por 1.0 m de altura bajo un comprimido conveniente.
Para aplicar el Enziclean, se prepara una pasta líquida en una proporción de 1 kg de enziclean para cada 1000 kg de material para el compostaje. Distribuya sobre la pila y mezcle bien. Para un compostaje mas rápido se deberá repetir la aplicación cada 48 horas por 10 días.
Es importante cubrir el compostaje para protegerlo de los rayos del sol y la lluvia.
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Después de realizadas las medidas preventivas en el manejo ambiental de la granja, se puede optar por la construcción de un biodigestor como una alternativa de manejo de las excretas porcinas y de generación energética.
Produccion de Biogas
Consiste en generar energía con materiales orgánicos y agua, dejándolos por un período de semanas o meses, los cuales, en condiciones ambientales y químicas favorables, produce un proceso de descomposición donde se desarrollan las bacterias encargadas de consumir la materia orgánica, hasta producir grandes burbujas que obligan la acumulación de gases, que buscan su salida hacia la superficie.
Objetivo del Biodigestor
Es producir gas y darle utilidad a las excretas líquidas y sólidas mediante la transformación de las aguas contaminantes en biofertilizantes con nutrientes para los cultivos y pastos.
En las granjas porcícolas la porcinaza es un material contaminante al cual puede dársele un valor agregado, sometiendo los residuos líquidos y sólidos, a una fermentación anaerobia en un Biodigestor
El Biodigestor sirve para la generación de biogás para unas 7 a 9 horas, el cual es utilizado como combustible en la preparación de alimentos, la calefacción de lechones y para remplazar el 25% del combustible Diesel en plantas generadoras de energía.
Ventajas del Biodigestor
- En el biodigestor permanecen las cantidades de Nitrógeno, Fósforo y Potasio, como nutrientes benéficos para el suelo.
- Se eliminan los malos olores, las moscas y los parásitos, asimismo se diminuyen las malezas en los cultivos.
- Se mejora la capacidad de retención de humedad y la generación de microorganismos que son provechosos para el suelo.
Desventajas del Biodigestor
La aplicación del líquido efluente del Biodigestor (fertilizante) en suelos permeables (arcillosos) produce mucha pérdida por lixiviación de algunos de sus componentes, causando problemas de contaminación
En zonas cálidas la aplicación al suelo del residuo líquido saliente del biodigestor, produce pérdida de Nitrógeno por evaporación
Tabla de Temperaturas para la Producción de Biogas
Temperatura
de la Zona en °C Tiempo de Retención en Días
35 10
30 13
24 15
18 20
15 25
Haga click aqui para ver una serie de videos sobre el proceso de construcción de un biodigestor tipo salchicha
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Uno de los mayores problemas asociados a la producción porcina es el manejo de los desechos producidos por los cerdos, dado que son fuente de malos olores y de contaminación al medio ambiente si no son tratados adecuadamente. La mayor parte de países ha establecido estrictas regulaciones para prevenir daños a los ecosistemas y molestias a las comunidades cercanas a las granjas porcinas.
Naturaleza de los desechos producidos
En los desechos se encuentran bacterias nocivas, tales como E. coli y otras asociadas a la presencia de contaminación. En condiciones naturales estas bacterias producen gas sulfhídrico, 2 aminoácidos azufrados (cistina y metionina); el sulfureto que contiene tianina, y los ácidos biótico y lipoico. El amoníaco es el producido por el estiércol durante la conversión de nitrógeno de urea en nitrato, siendo su proceso urea-amoníaco-nitrito-nitrato.
Esa reacción es lenta siendo inhibida por la temperatura, pH y otras condiciones químicas que se encuentran en los desechos. Cuando la urea se convierte en amoníaco, más pronto que la conversión que la urea en nitrato, el exceso de amoníaco es liberado al aire. La presencia de altas concentraciones de amoníaco causa irritación en animales y humanos así como malos olores que son detectados a gran distancia del punto de contaminación.
Uso de bacterias benéficas para acelerar el proceso de degradación de los desechos porcinos
Últimamente se han usado con gran éxito bacterias activadoras del proceso de descomposición de los residuos orgánicos. Uno de tales productos biológicos es el conocido comercialmente como Enziclean, que es una combinación de bacterias aeróbicas, anaeróbicas y facultativas que compiten contra las bacterias no deseables.
Con la inoculación de las bacterias benéficas de Enziclean, se produce una competencia por los sustratos, provocando la exclusión de las bacterias no deseables para los animales tales como Escherichia coli, y al mismo tiempo se produce un sinergismo con las bacterias naturales.
Por ese proceso de exclusión competitiva, se produce una drástica eliminación de las bacterias generadoras de gas sulfhídrico proveniente de la descomposición de la flora natural. La incorporación de las bacterias benéficas de Enziclean, permite acelerar el ciclo del nitrógeno o sea la transformación del amoníaco de la urea en nitrato, impidiendo de esa manera la liberación de amoníaco.
Ese proceso efectuado redunda en una notoria disminución de gases al medio ambiente, que pudieran ser irritantes al ser respirados o que pudieran desarrollar daños respiratorios. Por tanto la eliminación o reducción de amoníaco es uno de los dos beneficios más inmediatos que podemos esperar con la bio-remediación.
En un ambiente saludable los animales estarán menos estresados, se alimentarán mejor y por lo tanto, tendrán un desenvolvimiento mayor, mejorando de forma considerable su salud y peso.
Al implementar un programa regular desde las vertientes hasta la disposición final del efluente, todo el proceso se beneficiará, puesto que las bacterias se moverán en todos los medios rompiendo las estructuras orgánicas que actúan como matriz de grandes concentraciones de sólidos.
Los problemas de acumulación de desechos en las fosas, estercoleros, y su transporte a su destino final, representan inconvenientes para los operarios, tales como: acumulación de sólidos en drenajes, mal funcionamiento de bombas, e insuficiente actividad de degradación en los estercoleros. El uso de bacterias benéficas activadoras de los procesos de degradación biológica acelera la licuefacción de los desechos y la eliminación de subproductos dañinos al medio ambiente.
En condiciones ambientales propicias (temperatura, pH, nutrientes, etc.) se producirá, una acelerada reproducción de bacterias que comenzaran a degradar los desechos orgánicos. Se notará en los primeros días una gran reducción de los olores y una intensa actividad de burbujas en los estercoleros, que indican una producción de CO2 desde el fondo hasta la superficie, siendo esta una prueba de que se inicio una actividad metabólica sostenible.
En el siguiente cuadro se muestran datos recolectados en una aplicación típica de Enziclean en una porqueriza:
|
Ensayo |
unidades |
inicio |
3º mes |
|
Sulfuros |
mg/L |
2.10 |
0.63 |
| DBO 5/20 |
mg/L |
12,750 |
715 |
|
DQO |
mg/L |
20,130 |
2,207 |
|
Escherichia coli |
col/100 ml |
1,432 |
173 |
|
Coliformes (NMP) |
col/100 ml |
11,564 |
554 |
En las lagunas donde el tiempo de retención es adecuado, esta actividad biológica controlada formará costras superficiales o una capa anaeróbica de lodo en el fondo. Estos son signos de una mejora sustancial de las cualidades del efluente. Este efluente puede posteriormente ser utilizado para la irrigación agrícola y se logra un incremento de la vida útil de la laguna.
Podemos concluir que el uso de bacterias benéficas para el tratamiento de desechos orgánicos es lucrativo, pues se obtiene:
- Adecuada eliminación de los desechos orgánicos, produciendo efluentes que cumplen los parámetros de las legislaciones ambientales en la mayoría de países;
- Reducción de la contaminación en los cuerpos de agua;
- Mejora la rentabilidad y cualidades de las crías de animales;
- Lucro con el uso o venta del abono producido;
- Reducción de los costos de remedios y desinfectantes.
El tratamiento tiene inicio en las porquerizas, poniéndose en un tanque de agua la proporción de 1 gr. (un gramo) de Enziclean por animal, dejándolo en reposo por aproximadamente una hora.Esparcir esa mezcla por toda el área de los corrales (no es necesario retirar a los animales). Se debe guardar un poco de la mezcla para verterlo sobre los canales recolectores de desechos o directamente en los recolectores de estiércol o fosa séptica.
Esta operación deberá ser efectuada al inicio semanalmente. De acuerdo con las condiciones y resultados obtenidos, se puede aumentar gradualmente el tiempo entre aplicaciones.
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En primer lugar, la grasa residual o de desecho, normalmente es de origen animal y se produce en los lugares donde se procesan alimentos tales como plantas de procesamiento de alimentos y restaurantes. Normalmente la grasa se retiene en lo que se conoce como Trampas de Grasa, para posteriormente disponer debidamente de la misma.
Cómo operan las Trampas de Grasa?
Las trampas de grasa son un sistema totalmente diseñado y construido para separar las grasas y aceites de las aguas residuales. Dichas grasas y aceites así separados quedan atrapados dentro de un tanque de acero inoxidable dejando pasar por el sistema el agua clarificada que va a la alcantarilla. Se puede emplear las trampas en aplicaciones muy variadas, que van desde las operaciones en restaurantes y de procesado de alimentos hasta numerosos y diferentes tipos de aplicaciones industriales.
El proceso de separación y limpieza
A medida que el agua del drenaje, que contiene grasa y aceites, entra en el sistema, las grasas y aceites mas livianos se separan inmediatamente y quedan suspendidas sobre el agua. El agua limpia, más pesada, sale por debajo del deflector de la salida.
Los coladores separan todos los restos de alimentos o desechos sólidos que contiene el agua de drenaje que entra la trampa y los detienen en el área de retención de sólidos.
Descripción General de las Trampas
Como muchos encargados y gerentes de establecimientos de servicios de alimentos ya saben, la acumulación de grasa dentro de la instalación de cañerías de desagüe, es una seria causa de problemas de obstrucción de dichos sistemas. Estos problemas hacen peligrar las operaciones normales, a la vez que originan riesgos sanitarios y de seguridad en tales establecimientos, además de violar la normativa vigente de residuos industriales líquidos.
Con la instalación apropiada de un sistema para la remoción de grasa y aceites, este problema puede quedar eliminado. Esto redunda en menos “tiempo de detención” en aquellas áreas destinadas a preparación de alimentos que en el pasado se han visto regularmente afectadas por este tipo de problema. El empleo del sistema garantiza que las costosas sobrecargas del alcantarillado, junto con las consiguientes multas, cesan o quedan eliminadas mediante la eficaz separación y remoción de la grasa y del aceite que se recuperan. Esta grasa se puede vender directamente a alguna empresa local dedicada al servicio de reconversión o reciclado para fabricar jabones.
La grasa y los aceites colectados son retirados desde el tanque de acumulación, por lo menos una vez al día. Por su compacto tamaño las trampas de grasa pueden instalarse donde se originan los problemas relacionados con la grasa.
Las grasas son de difícil descomposición bacteriana y solo productos especializados pueden ser utilizados para el tratamiento de la misma. Uno de tales productos es el compuesto especial de Enziclean para tratamiento de grasa.
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Los residuos orgánicos de las granjas de aves se presentan en la forma de excrementos. Pueden ser líquidos y sólidos y recogerse de distintas formas; si se recoge junto a la cama (vegetales, paja, aserrín, etc.) se tendrá estiércol sólido, mientras que si se hace mediante lavado, como se tiende a hacer ahora, lo que se obtendrá es un residuo líquido denominado purín.
Con una estimación de 150 gramos de residuos por gallina/día, se obtiene una cantidad considerable de este particular residuo al año. El verdadero problema nace cuando estos residuos se generan en un pequeño espacio (una granja de producción intensiva) que se encuentra relativamente cerca de algún núcleo poblacional.
Los distintos tipos de gallinaza dependen del sistema de recogida de los excrementos:
1. En pozo. Se trata de la forma más antigua, en la cual los excrementos caen a unos canales o vías de recogida y desde ahí se transportan hacia un gran pozo de almacenaje situado en un extremo de la explotación. Cuando el pozo está lleno se vacía su contenido, habiendo permanecido los residuos ese tiempo en condiciones anaerobias. El subproducto se obtiene con una humedad del 75-80%.
2. En cintas. Este método, más moderno, consiste en recoger la gallinaza en unas cintas transportadoras que se moverá cuando el avicultor lo desee. Si el residuo permanece mucho tiempo dentro de la granja los niveles de amoníaco pueden ser muy elevados. La humedad del producto obtenido es algo menor (65-75%) debido al proceso de secado que experimenta de forma natural.
3. En cintas con sistema de desecado. Es como el anterior pero haciéndolo pasar por un conducto por el que se pasa una corriente de aire. Así se obtiene la gallinaza en forma de bolas, más manejable (humedad del 45-50%).
4. En cubas. Se suele utilizar este sistema para menores producciones. Una vez el residuo se halla en las cubas estas son almacenadas en un lugar de específico de la explotación esperando su destino final.
Respecto a la composición de la gallinaza, es una tarea realmente complicada debido a la variabilidad con la que se pueden presentar los residuos de excrementos de animales. En primer lugar influirá el tipo de animal, pero además lo hará el tipo de alimentación del mismo, así como su edad, el clima, etc. Gran parte del nitrógeno, fósforo y potasio que son ingeridos por los animales estarán presenten en sus residuos. Para el porcino estos valores son del 76%, 83% y 86% respectivamente. De esta forma se hace referencia a la capacidad digestiva del animal, ya que en caso de aparecer el 100% del elemento en el residuo se podrá asumir que nada es retenido y, por tanto, asimilado. En la gallinaza este hecho es agudo. Los valores para el N, P y K son de alrededor de 81%, 88% y 95% respectivamente, lo que indica claramente el pobre rendimiento digestivo de estos animales.
El mayor problema es, sin duda, el olor. La gallinaza fresca contiene una serie de compuestos (tales como el SH2 y algunos compuestos orgánicos) que causan un verdadero perjuicio a las personas que habitan en las proximidades.
En adición, están los problemas que los residuos de gallinaza causan al medio ambiente. Estos efectos se dividen en tres tipos: los causados a la atmósfera, los causados a los suelos y finalmente, los causados a las aguas:
- Problemas causados a la atmósfera: malos olores, gases asfixiantes, gases irritantes, desnitrificación, aerosoles.
- Problemas causados al suelo: variación de pH, efectos depresivos, salinidad, metales pesados, patógenos, exceso de nitratos y nitritos, retención de agua.
- Causados a las aguas: lixiviación, carga orgánica, eutrofización, patógenos y restos fecales.
Al plantearse la posibilidad de diseñar un proceso que permita eliminar la problemática de la gallinaza a partir de la generación de un bien como puede ser el compost (apreciado fertilizante orgánico) se debe tener claro que no se persigue un beneficio, sino evitar un perjuicio. El compost final no es más que un subproducto (real y con valor) de un proceso cuyo objetivo es eliminar un residuo. Por eso, en ningún momento se puede pretender que el balance económico resulte positivo o, si se pretende, se debe incluir la cantidad que se deja de perder como consecuencia de evitarse toda esa serie de problemas que han sido relatados, que siempre en última instancia tendrían un coste económico.
Uso de bacterias benéficas para acelerar la descomposición de la gallinaza
Existe mucha evidencia empírica para utilización de bacterias benéficas para acelerar el proceso de descomposición de la gallinaza, sobre todo para el control de los malos olores. Enziclean es un compuesto de bacterias altamente agresivas que se ha utilizado con resultados exitosos para el control de los malos olores, particularmente en granjas con sistemas deficientes de manejo de los desechos orgánicos.
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El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso se sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar del cual son recirculados nuevamente al tanque aireador o reactor.
En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les sirve de sustrato alimenticio. Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los cuales tiene doble función 1) producir mezcla completa y 2) agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle.
Elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos activados:
- Tanque de aireación. Estructura donde el desagüe y los microorganismos (incluyendo retorno de los lodos activados) son mezclados.
- Tanque sedimentador. El desagüe mezclado procedente del tanque es sedimentado separando los sólidos suspendidos (lodos activados), obteniéndose un desagüe tratado clarificado.
- Equipo de inyección de oxígeno. Para activar las bacterias heterotróficas.
- Sistema de retorno de lodos. El propósito de este sistema es el de mantener una alta concentración de microorganismos en el tanque de aireación.
- Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables son retornados al tanque de aireación.
- Exceso de lodos y su disposición. El exceso de lodos, debido al crecimiento bacteriano en el tanque de aireación, son eliminados, tratados y dispuestos.
Operación básica
1) Pre-tratamiento/ajuste de aguas residuales
En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de pasar al proceso de lodos activados, esto es debido a que ciertos elementos inhiben el proceso biológico. Algunos de estos casos son:
- Sustancias dañinas a la activación microbiana, tal como la presencia de cloro.
- Grandes cantidades sólidos. Se utilizan cribas o rejas en un tanque de sedimentación primaria para los sólidos fácilmente sedimentables
- Aguas residuales con valores anormales de pH. Se debe realizar un proceso de neutralización el cual es indispensable para el desarrollo bacteriano.
- Desagües con grandes fluctuaciones de caudal y calidad de las aguas residuales incluyendo concentración de DBO. Se homogeniza las aguas en un tanque de igualación
2) Remoción de DBO en un Tanque de Aireación
Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque sedimentador final es aireado hasta obtener 2 mg/l de oxígeno disuelto o más. En este proceso, una parte de materia orgánica contenida en los desagües es mineralizada y gasificada y la otra parte es asimilada como nuevas bacterias.
3) Separación sólido – líquido en el Tanque de Sedimentación
Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del tanque de aireación. Este proceso se realiza en el tanque de sedimentación, concentrándolos por gravedad. La finalidad de este proceso es conseguir un efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos y asegurar el retorno del lodo.
Descarga del exceso de lodos
Con la finalidad de mantener la concentración de los lodos activados en el licor mezclado a un determinado valor, una parte de los lodos son eliminados del sistema a lechos de secado o espesadores con filtros mecánicos (filtros prensa, de cinta etc.) para posteriormente disponer el lodo seco como residuo sólido.
Un aspecto importante del proceso de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados es el uso flóculos biológicos en los lodos activados compuestos de bacterias heterotróficas y son el elemento principal para la purificación. El proceso de tratamiento tiene dos importantes características:
1) Eficiente remoción de materia orgánica.
2) Eficiente separación de sólidos.
Rol de las bacterias
Las bacterias juegan un rol preponderante en el tratamiento biológico. Las bacterias son clasificadas de acuerdo a sus características bioquímicas:
a) Clasificación por fuente de energía y carbón:
Clasificacion por fuente de energia
Fotosintéticas
Quimiosintéticas
Reacción Oxidación-Reducción Inorgánica
Clasificacion por fuente de carbon
Reacción Oxidación-Reducción Orgánica
Carbón Orgánico
b) Clasificación por su forma de vida
1 – De crecimiento suspendido, con existencia de flóculos orgánicos (Lodos Activados).
2 – De crecimiento adherido donde el crecimiento bacterial se realiza en un medio de apoyo (piedras o cualquier otro medio artificial). Se utilizan en procesos con filtros percoladores.
c) Clasificación por uso de oxígeno
Organismos aeróbicos. Existen solo cuando existe una fuente de oxígeno molecular.
Organismos anaeróbicos. Su existencia esta condicionada a la ausencia de oxígeno.
Organismos facultativos. Tiene la capacidad de sobrevivir con o sin oxígeno.
Uso de bacterias benéficas
Existen compuestos bacterianos comerciales que se utilizan para acelerar el proceso de degradación biológica. Uno de estos productos es el que se conoce comercialmente como Enziclean, que es una mezcla de bacterias aeróbicas anaeróbicas y facultativas seleccionadas por su gran actividad y agresividad, compitiendo favorablemente contra las bacterias patógenas que se encuentran en las aguas residuales.
Otros Microorganismos
Estos son animales, plantas y protistas, en su conjunto comparados con las bacterias casi no contribuyen en el proceso de purificación, pero dado que por su tamaño son más fácilmente identificables, nos sirven como organismos indicadores en el control y manejo del proceso de lodos activados.
Básicamente la remoción de la materia orgánica en las aguas residuales es producida por dos procesos:
1. Mineralización (gasificación) por acción de las bacterias heterotróficas y por la biosíntesis o crecimiento de las bacterias.
2. La síntesis biológica. Se manifiesta como la adsorción de las sustancias procedentes del agua residual metabolizadas y manifestadas como nuevos microorganismos.
Descripción de algunas variaciones del proceso de lodos activados
Estabilización por contacto. En este sistema el agua residual y el lodo activado es mezclado brevemente (20-30 minutos), tiempo necesario para que los microorganismos adsorban los contaminantes orgánicos en solución, pero no el necesario para que ellos asimilen la materia orgánica. El licor mezclado es sedimentado y derivado a otro tanque de aireación por un periodo de 2 a 3 horas para luego ser mezclado con el efluente que ingresa al primer tanque de aireación.
Aireación por etapas. Esta modificación consiste en que el flujo de agua residual es introducido al tanque aireador por varios puntos. En los puntos de alimentación se esparce la demanda de oxígeno en el aireador resultando una mayor eficiencia de uso del oxígeno.
Aireación extendida. Su diagrama de flujo es esencialmente el mismo que un sistema de mezcla completa excepto que no tiene sedimentador primario. El tiempo de retención hidráulico varía de 18 a 36 horas. Este periodo de aireación permite que las aguas residuales y lodo sean parcialmente digeridos en el tanque aireador, permitiendo su disposición sin ser necesaria una gran capacidad de digestión. Una variación del sistema de aireación extendida es la llamada zanja de oxidación.
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Las aguas negras
La naturaleza procesa la contaminación mediante procesos cíclicos (geoquímicos), pero actualmente le resultan insuficientes para procesar tanto la contaminación que es generada por las actividades del hombre como la propia.
En todos los grandes centros urbanos del planeta Tierra se generan grandes cantidades de aguas negras como consecuencia del desarrollo de las actividades humanas, por lo que las principales fuentes de aguas negras son la industria, la ganadería, la agricultura y las actividades domésticas que se incrementan con el crecimiento de la población humana.
Por otra parte, en la mayoría de los países los sistemas de aguas negras domésticas es el mismo para recibir las aguas pluviales lo cual provoca mayores problemas de contaminación porque acelera la distribución de aguas negras a lugares no previstos para ello.
Las aguas negras son generadas por las actividades humanas y sólo en países desarrollados son tratadas parte de ellas para eliminarles los componentes considerados peligrosos y para reducir la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) antes de ser arrojados a las fuentes naturales. Sin embargo, en casi todos los países todavía las industrias arrojan las aguas de desecho a los desagües sin ningún tratamiento previo y en la mayoría de los países subdesarrollados son pocas las industrias que les dan algún tratamiento antes de ser desechadas, lo que a nivel global hace que el problema de la generación de las aguas negras aumente a medida que crece la población, la industria y las demás actividades humanas.
Los contaminantes biodegradables de las aguas negras pueden ser degradados mediante procesos naturales o en sistemas de tratamientos hechos por el hombre, en los que acelera el proceso de descomposición de la materia orgánica con microorganismos.
Se le llama tratamiento primario de aguas negras al proceso que se usa para eliminar los sólidos de las aguas contaminadas; secundario, al que se usa para reducir la cantidad de materia orgánica por la acción de bacterias (disminuir la demanda bioquímica de oxígeno) y terciario, al proceso que se usa para eliminar los productos químicos como fosfatos, nitratos, plaguicidas, sales, materia orgánica persistente, entre otros.
Entre las disciplin
as que participan en los proceso de tratamientos de aguas contaminadas se encuentran: ingenierías y ciencias exactas (ingeniería química, ingeniería civil, ingeniería mecánica y eléctrica, química y física), ciencias de la vida (biología, biología marina, microbiología, bacteriología), ciencias de la tierra (geología, hidrología, oceanografía) y, ciencias sociales y económicas (leyes, sociología, ciencias políticas, relaciones públicas, economía y administración).
Tratamiento primario de las aguas negras
Entre las operaciones que se utilizan en los tratamientos primarios de aguas contaminadas están: la filtración, la sedimentación, la flotación, la separación de grasas y aceites y la neutralización.
El tratamiento primario de las aguas negras es un proceso mecánico que utiliza cribas para separar los desechos de mayor tamaño como palos, piedras y trapos. Las aguas negras de las alcantarillas llegan a la cámara de dispersión en donde se encuentran las cribas, de donde pasan las aguas negras al tanque de sedimentación. De aquí los sedimentos pasan a un tanque digestor y luego al lecho secador, para luego ser utilizados como fertilizante en las tierras de cultivo o a un relleno sanitario o son arrojados al mar. Del tanque de sedimentación, el agua es conducida a un tanque de desinfección con cloro 
(para matarle las bacterias) y una vez que cumpla con los límites de depuración sea arrojada a un lago, un río o al mar.
Otra manera de hacer el tratamiento primario a las aguas negras conocidas también como aguas crudas de albañal, consiste en hacerla pasar a través de una criba de barras para separar los objetos de mayor tamaño. Algunas plantas de tratamiento de aguas negras tienen trituradores para los objetos grandes con el objeto de que no obstruyan esta etapa del tratamiento. Luego pasan las aguas a un tanque de sedimentación donde fluye lentamente para que sedimenten las piedras, arena y otros objetos pesados. De éste tanque las aguas negras pasan a otro grande llamado de asentamiento, en donde se sedimentan los sólidos en suspensión (quedan como lodos en el fondo del tanque) y, los aceites y las grasas flotan en forma de nata o espuma.
Después de este proceso, en algunos casos, el agua que queda entre el lodo y la nata se escurre o libera al ambiente o se le da un tratamiento con cloro (proceso de cloración) para matarle las bacterias antes de ser arrojadas al ambiente o se hace pasar al tratamiento secundario.
El tratamiento primario de las aguas negras elimina alrededor del 60% de los sólidos en suspensión y el 35% de los materiales orgánicos (35% de la demanda bioquímica de oxígeno).
Solamente en los países desarrollados se trata cerca del 30% de las aguas negras domésticas mediante el tratamiento primario y cerca del 60% se somete al tratamiento secundario ya que éste cuesta aproximadamente el doble de lo que cuesta el tratamiento primario.
Tratamiento secundario de las aguas negras
Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento secundario de las aguas contaminadas están el proceso de lodos activados, la aireación u oxidación total, filtración por goteo y el tratamiento anaeróbico.
El tratamiento secundario de aguas negras es un proceso biológico que utiliza bacterias aerobias como un primer paso para remover hasta cerca del 90 % de los desechos biodegradables que requieren oxígeno. Después de la sedimentación, el agua pasa a un tanque de aireación en donde se lleva a 
cabo el proceso de degradación de la materia orgánica y posteriormente pasa a un segundo tanque de sedimentación, de ahí al tanque de desinfección por cloro y después se descarga para su reutilización.
El tratamiento secundario más común para el tratamiento de aguas negras es el de los lodos activados. Las aguas negras que provienen del tratamiento primario pasan a un tanque de aireación en donde se hace inyecta aire a presión o se produce un efecto de agitación mecánica desde el fondo del tanque, con el propósito de brindar un rápido crecimiento de las bacterias aeróbicas y otros microorganismos. Las bacterias aeróbicas utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de las aguas negras.
Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para que sea degradado. Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo, incinerado, llevado a un relleno sanitario o arrojado al mar.
Otras plantas de tratamiento de aguas negras utilizan un dispositivo llamado filtro percolador en lugar del proceso de lodos activados. En este método, las aguas negras a las que les han sido eliminados los sólidos grandes, son rociadas sobre un lecho de piedras de aproximadamente 1.80 metros de profundidad. A medida que el agua se filtra entre las piedras entra en contacto con las bacterias que descomponen a los contaminantes orgánicos. A su vez, las bacterias son consumidas por otros organismos presentes en el filtro. Del tanque de aireación o del filtro percolador se hace pasar el agua a otro tanque para que sedimenten los lodos activados. El lodo sedimentado en este tanque se pasa de nuevo al tanque de aireación mezclándolo con las aguas negras que se están recibiendo o se separa, se trata y luego se tira o se entierra.
Una planta aeróbica de tratamiento de aguas negras produce grandes cantidades de lodos que se necesitan eliminar como desechos sólidos. El proceso de eliminación de sólidos de las aguas negras no consiste en quitarlos y tirarlos, sino que se requiere tratarlos antes de tirarlos y su eliminación es complicada y costosa.
Algunas plantas de tratamiento de aguas negras utilizan filtros trampa, en donde las bacterias aerobias llevan a cabo el proceso de degradación de la materia orgánica cuando las aguas escurren a través de un lecho grande lleno de piedra triturada cubierta de bacterias aerobias y de protozoarios.
Tratamiento de aguas en plantas anaeróbicas
El proceso de degradación de los residuos orgánicos también se puede producir en condiciones anaeróbicas. En este caso, las bacterias que descomponen la materia orgánica no utilizan oxígeno y se producen reacciones químicas diferentes. La desventaja de la descomposición anaeróbica es la producción de gases como el metano y compuestos sulfurosos que producen malos olores, por lo cual el control de estos gases es un proceso de atención particular. La ventaja principal del tratamiento anaeróbico es que no utiliza energía externa para mover componentes mecánicos como los aireadores utilizados en la plantas aeróbicas.
Uso de bacterias benéficas para tratamiento de aguas residuales
Normalmente las plantas de tratamiento ya sean aeróbicas o anaeróbicas, utilizan la flora natural para realizar los procesos de degradación de la materia orgánica. Sin embargo, este proceso se puede acelerar o potenciar utilizando bacterias creadas mediante la bio-ingeniería. Uno de tales productos es el compuesto de bacterias llamado Enziclean, que es una mezcla de bacterias aeróbicas, anaerobias y facultativas; es decir, que trabajan en ambientes tanto aerobios como anaerobios. La calidad biológica de estas bacterias es tal, que inclusive pueden sustituir completamente la necesidad de una planta de tratamiento en pequeñas industrias o granjas o en tratamientos domésticos.
Limitaciones del tratamiento biológico
Como los tratamientos primario y secundario de aguas negras no eliminan a los nitratos ni a los fosfatos, éstos contribuyen a acelerar el proceso de eutroficación de los lagos, de las corrientes fluviales de movimiento lento y de las aguas costeras.
Los tratamientos primario y secundario de las aguas negras tampoco eliminan productos químicos persistentes como los plaguicidas, ni los radioisótopos de vida media grande, los ambientalistas los consideran insuficientes, limitados e imperfectos, por lo que exigen que se debe hacer un mejor tratamiento de las aguas negras y de los desechos industriales, así como evitar una sobrecarga.
Entre el tratamiento primario y secundario de las aguas negras eliminan cerca del 90% de los sólidos en suspensión y cerca del 90 % de la materia orgánica (90% de la demanda bioquímica de oxígeno). Una parte de los sólidos eliminados en este tratamiento se utiliza para la elaboración de fertilizantes pero la mayor parte de ellos se usa de relleno de terrenos o se tira al mar.
En Estados Unidos, el tratamiento primario y secundario combinados deben ser utilizados en todas las comunidades que cuenten con plantas de tratamiento de aguas de desecho. Sin embargo, este procedimiento deja todavía en el agua tratada entre un 3 y un 5 % en peso de los desechos que requieren oxígeno, 3% de los sólidos en suspensión, 50% del nitrógeno (principalmente en forma de nitrato), 70% del fósforo (principalmente en forma de fosfatos) y 30% de la mayoría de los compuestos de metales tóxicos y de productos químicos orgánicos.
