15 febrero 2012

Guía técnica para el diseño de sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales (2ª PARTE)


Contactores biológicos rotatorios (RBCs)
Los contactores biológicos rotatorios consisten en una serie de discos de plástico circulares montados en un eje central y distanciados entre 1,5 – 2,5 cm. Normalmente el 40 % de la superficie de los discos está sumergida y rotan en un tanque conteniendo aguas residuales. Los microorganismos fijados rotan en el agua, donde la materia orgánica es adsorbida en el biofilm y fuera de las aguas residuales, donde se obtiene el oxígeno necesario para la conversión de la materia orgánica se obtiene por adsorción del aire. Así, la rotación proporciona aireación y la fuerza de corte que causa la caída del biofilm de la superficie del disco. La velocidad periférica en los discos no será menor que 0,3 m/s.

Los criterios de diseño que podemos utilizar para los RBCs son los siguientes:
  • Carga hidráulica (m3/m2 día):  0,04 – 0,15.
  • Carga orgánica (kg BOD/m2 día:  0,005 –  0,026 y 0,015 –0,060).

Sistemas híbridos

Las condiciones de crecimiento óptimas difieren para cada tipo de microorganismo implicado en tratamiento biológico (nitrificantes, heterótrofos, etc.),  y varios compromisos tienen que hacerse para permitir que todas las bacterias alcancen el grado más alto de actividad posible. El uso de sistemas híbridos puede ayudar a alcanzar ese grado de actividad. Los sistemas híbridos pueden definirse por dos tipos de procesos: (1) reactor de biofilm, usualmente un filtro  de goteo (TF), y un proceso de lodo activado (AS) en serie, y (2) sistema de soporte de biomasa (fijado o móvil) inmerso en un reactor de lodo activado.

PROCESOS DE TRATAMIENTO ANAERÓBICO DE AGUAS RESIDUALES

El término digestión anaeróbica se usa para describir muy diferentes procesos de tratamiento anaeróbicos de residuos. El principio básico común a todos ellos es el hecho de que la degradación biológica de los componentes orgánicos en los residuos se consigue sin necesidad de oxígeno molecular (aire). En la mayoría de los casos, los procesos de digestión anaeróbica son también metanogénicos, es decir, la mayor parte de los átomos de carbono en el material de residuos se reduce a metano (CH4), el producto último del metabolismo biológico en los ambientes anaeróbicos. El valor económico del metano producido por la digestión anaeróbica puede ser una consideración mayor en la selección de la tecnología de tratamiento, ya que permite niveles significativos de recuperación de energía para calentamiento del espacio, iluminación y generación de energía eléctrica.

La factibilidad de la digestión anaeróbica se ha demostrado con muy diferentes tipos de residuos, sin embargo, sólo una proporción relativamente pequeña han mostrado ventajas sobre las tecnologías de tratamiento aeróbico cuando se implementan a escala comercial. Como resultado, el rango de aplicaciones probadas actualmente están restringidas al tratamiento de residuos de alta resistencia que tengan una composición relativamente consistente. Éstas incluyen residuos de procesado de papel y alimentos, lodos de aguas residuales y estiércol de granjas, residuos de cultivos, y varios otros residuos de aguas residuales industriales. La máxima tasa de carga orgánica empleada en estos casos a menudo excede en un orden de magnitud a la de un proceso aeróbico equivalente. Además, muchos contaminantes orgánicos, tales como pesticidas, compuestos halogenados y cocktails químicos complejos presentes en los lixiviados de vertederos nos son particularmente adecuados para la degradación aeróbica pero pueden tratarse fácilmente anaeróbicamente.

Microbiología de la digestión anaeróbica

La producción de metano es el paso final en una cascada de reacciones bioquímicas que tienen lugar dentro de los digestores anaeróbicos. Sin embargo, ningún microorganismo es capaz de llevar a cabo todas estas reacciones independientemente. Consecuentemente, los procesos de tratamiento anaeróbicos son ecosistemas complejos que comprenden diversos microorganismos que trabajan juntos de una forma coordinada para convertir componentes orgánicos en metano y dióxido de carbono. Los primeros conceptos de digestión anaeróbica reconocen que el proceso de transformación implicaría al menos dos etapas, acidificación inicial de la materia orgánica compleja seguida por la formación de gas desde unos intermediarios más simples.

Los procesos que podemos identificar en un digestor anaeróbico son los siguientes:

a)       Hidrólisis de biopolímeros.
b)       Fermentación de aminoácidos y azúcares.
c)       Oxidación anaeróbica de de largas cadenas de ácidos grasos y alcoholes.
d)       Oxidación anaeróbica de productos intermedios tales como ácidos volátiles, excepto acetatos.
e)       Conversión de acetato a metano.
f)        Conversión de hidrógeno a metano.

Ya que ninguno de los pasos anteriores ocurre a través de reacciones químicas espontáneas en grado significativo, los pasos individuales son catalizados por grupos separados de microorganismos, cada uno con su papel específico dentro del proceso total. Tal efecto conjunto de microbios descompone completamente los sustratos orgánicos complejos a través de una serie de metabolismos.

Enriquecimiento

El cultivo por enriquecimiento es la técnica utilizada para realzar la densidad de población de un grupo particular de microorganismos dentro de la población microbiana total de una muestra. Esto se consigue estimulando preferencialmente el crecimiento del grupo objetivo de microorganismos por la manipulación juiciosa de las condiciones fisiológicas durante la fase de enriquecimiento. Los enriquecimientos metanogénicos se realizan usualmente en medios que tienen una composición de nutrientes, valor de pH ambiental, condiciones libres de oxígeno y temperatura, similar a aquellos ambientes metanogénicos naturales.

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