Tratamiento de Aguas Residuales y Desechos Organicos


Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales por Lodos Activados
junio 2, 2008, 3:40 am
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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.



TRATAMIENTO BIOLOGICO DE AGUAS RESIDUALES
mayo 30, 2008, 5:04 pm
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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 disciplinLaguna de oxidacionas 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.




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