fichas bioprocesos

8/16/2019 FICHAS BIOPROCESOS

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Biorreactor de modo discontinuo, por lotes o batch

El crecimiento de microorganismos enbatch se refiere a que lascélulas se cultivan en un recipiente con una concentracióninicial, sin que esta sea alterada por nutrientes adicionales o ellavado, por lo que el volumen permanece constante y solo lascondiciones ambientales del medio (pH, temperatura,velocidad de agitación, etc.) son controladas por el operador. El

proceso finaliza cuando todo el sustrato es consumido por labiomasa. Esta forma de cultivo es simple y se utilizaextensamente tanto en laboratorio como a escala industrial.

Ecuacióndebalancedemasa

En un reactor batch no hay flujo de entrada y de salida, por lotanto los dos primeros términos son cero.

Sustituyendo por términos:

= 0 0

Donde V habla del volumen del reactor, k está asociada a laconstante de remoción de materia orgánica, C refiere a laconcentración de materia orgánica y n de la cinética de laecuación.

Suponiendo una cinética de primer orden (n = 1), se elimina eltérmino del volumen de un lado y otro, quedando la siguienteecuación:

∫

= ∫

Haciendo la integral, se concluye:

ln 0 = = −

Se obtienen de resolver dc/dt= - kC

Si graficamos estas ecuaciones se obtiene:

Ilustración de un biorreactor

Ejemplo de aplicación: Los reactores biológicossecuenciales (SBR - Sequencing Batch Reactor) sonreactores discontinuos en los que el agua residual semezcla con un lodo biológico en un medio aereado. Elproceso combina en un mismo tanque reacción, aeración yclarificación.

Fuentes de Información: Diseño de biorreactores y enzimologíaDiseño de biorreactores y enzimología. (2016). Google Books.


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Biorreactor de modo semicontinuo, por lote alimentado o

fed batch

En un cultivo semicontinuo, losnutrientes son alimentados albiorreactor de forma continua osemicontinua, mientras que no hayefluente en el sistema. Según sea elobjetivo de la operación, la adiciónintermitente mejora la productividadde la fermentación manteniendo baja laconcentración del sustrato. Un procesode este tipo está restringido por lacapacidad volumétrica del reactor.

.

Ejemplo de aplicación:Un fed-batch o un lote alimentadoes un método biotecnológico deproducción basado en laadministración del sustrato limitantedel crecimiento del cultivo. Sueleemplearse para conseguir elevadasconcentraciones celulares en elbiorreactor. Frecuentemente lasolución de alimentación estáaltamente concentrada para, deeste modo, evitar en la medida

posible la dilución del cultivo. Seemplea para evitar el efectoCrabtree, la formación demetabolitos secundarios (acetato enE..coli , etanol en S.cerevisiae, etc.)a elevadas concentraciones desustrato

Ilustración de un biorreactor fed-batch

El punto de partida es la formulación de los balances demateriales para la biomasa, el sustrato y el producto junto conun balance total de materiales que es necesario puesto que elvolumen del reactor cambia con el tiempo. Con la suposiciónque la densidad del líquido es constante, estas ecuaciones son

Dónde:

F es la corriente de entrada, cSA la concentración de sustratoen la alimentación, V es el volumen de la mezcla defermentación, X la concentración de biomasa en la mezcla defermentación y pes la velocidad específica de formación deproducto.

Si por el momento se omite la formación de producto, lasecuaciones de balance de materiales son:

Estas ecuaciones son similares a las de un quimiostato, con una

importante diferencia; el término F /V , análogo a la velocidadde dilución D, cambia con el tiempo, puesto que V aumenta,mientras que Des constante para la operación quimiostática enestado estacionario.

Fuentes de Información: Diseño de biorreactores y enzimología. (2016). Google Books


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Biorreactor de modo continúo

Un cultivo continuo consiste en alimentar nutrientes y retirarproductos continuamente de un biorreactor. Bajo ciertascondiciones el cultivo puede alcanzar un estado estacionario,donde no existe variación con el tiempo del volumen delbiorreactor. De esta manera se puede utilizar para producirsustancias biológicas a condiciones óptimas y para estudios

fisiológicos. Los tipos de biorreactores para cultivo continuoson los de tipo Tanque Completamente Agitado (CSTR), quecomprenden al quimiostato y al turbiostato, y el de tipo TuboFijo con Flujo Tapón (PFR).

Existen diferentes modos de operar fermentadores continuo:

Quimostato (Perfectamente agitado, CSTR, RPA): Si elbiorreactor está bien mezclado, la corriente de producto quesale del bio-reactor posee la misma composición que el líquidopresente en el interior del reactor.

Flujo Pistón: Hay un frente de reacción que avanza a lo largo del

reactor.

Se le llamó Quimostato dado que la composición química ybiológica del medio se mantiene constante, para ello se debecontrolar el volumen del líquido, el pH del medio, el suministrocontinuo de O2 (o aire), en el caso de sistemas aeróbicos, unnivel de agitación adecuado y la temperatura, para uncrecimiento óptimo

El primer experimento se llevó a cabo en 1949 por Monod.

Ecuacióndebalancedemasa

donde re y rs: Densidad de entrada y salida

Supuestos:o Las densidades se mantienen constantes:

re = rso El sistema opera en estado estacionario, entonces

no hay acumulación.

Con esto Fe = Fs = F

Fe y Fs: Flujos Volumétricos de entrada y salidaso,xo y po: Concentración de sustrato, biomasa y producto

a la entrada.s,x y p: Concentración de sustrato, biomasa y producto a la

salida y al interior del fermentador o biorreactor.

Ejemplo de aplicación:

En cultivo continuo muchos metabolitossecundarios son producidos en formaparalela con el crecimiento bacteriano ycon velocidades mayores o iguales a lasobservadas en cultivo batch. Ejemplos sonla producción de shikonina y taxol.

Fuentes de Información: Diseño de biorreactores y enzimología. (2016). Google Books


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Biorreactor de columna de burbujas BCB)

Este tipo de biorreactor carece de un sistema de transmisión mecánica paramezclar el caldo de cultivo, es básicamente un contenedor cilíndrico con uneyector de gas en el fondo. Este gas es expulsado en forma de burbujas yasea hacia una fase diluida o una suspensión solida diluida.

Generalmente 2 modos de operación son válidos en los biorreactores decolumna de burbujeo: el modo continuo y el semi-continuo. En el modocontinuo el gas y la suspensión fluyen simultáneamente hacia la columna y lasuspensión que deja la columna es reciclada hacia el tanque de alimentación,además de que la velocidad superficial del liquido es mantenida siendomenor a la velocidad superficial del gas en por lo menos un entero. En elmodo semi-continuo, la suspensión es estacionaria, es decir que no hayadición constante de líquidos mientras existe el burbujeo constante.

Ilustración de un biorreactorEjemplo de aplicación:

Son especialmente usados en procesos

que involucran reacciones tales comooxidación, cloración, alquilación,polimerización e hidrogenación, en laproducción de combustibles sintéticosa través de un proceso de conversiónde gas, y en reacciones bioquímicastales como fermentación y tratamientode aguas residuales.

A) Columna de burbujas simple. B) Columna de burbujas en

cascada con platos perforados. C) Columna de burbujasempaquetada. D) Columna de burbujas de eje múltiple, y D)Columna de burbujas con mezcladores estáticos.

Biorreactores con mezcla pneumática (columnas deburbujeo): A) Columna de burbujeo; B) Reactor con recirculaciónde gran tamaño; C) Reactor con recirculación externa; D)Reactor con recirculación con pared divisoria; E) Reactor conrecirculación de flujo hacia abajo; F) Columna de burbujeo conplatos perforados; G) Columna de burbujeo con mezcladoresestáticos; H) Reactor con recirculación por etapas; I) Columna deburbujeo pulsante con deflectores

Fuentes de Información: Bioquímica AplicadaBioquímica Aplicada. (2016). Google Books.


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Biorreactor de tanque neumático Airlift)

Los reactores de tipo Airlift toman ventaja de la inyección deuna corriente gaseosa (generalmente aire) para proporcionarel mezclado y una transferencia de sustancias gaseosas conla fase líquida, el diseño específico de los biorreactores

Airlift causan que el líquido circule entre dos zonasinterconectadas conocidas como la zona elevada y la zonadescenso. La zona elevada y la zona de descenso permiten lacirculación del líquido por un separador líquido-gas en la partesuperior. El aire es inyectado por debajo de la zona elevada y laeliminación del gas en el separador genera un gradiente dedensidad entre la zona elevada y la zona de descenso, causandola circulación del líquido. La función del separador de gas esapoyar la liberación eficiente de líquido-gas, las fracciones degas introducidas en la sección bajante dependen del diseño yde las variables operacionales, este tiene un efectosignificativo en el desempeño (rendimiento) del reactor

Hidrodinámica líquido-gas

Las retenciones del gas tienen influencias cruciales en lacirculación del líquido, la transferencia de masa, elvolumen total del reactor, el área de contacto liquido-gas. El volumen de un airlift depende del conjunto máximo deretención de gas que puede ser acomodado dentro del reactor.Propiedades del fluido como: tensión superficial, densidad,viscosidad, fuerza iónica y las variables de diseño como elradio ,Ad/Ar o hL pueden afectar la retención del gas y ladistribución del tamaño de la burbuja. Estas variablesdisminuyen como resultado del incremento de la velocidad de

circulación del líquido. Los valores de la retención de gas paralas zonas elevadas y bajas son importantes porque su diferenciaconstituye la fuerza de majeño (fuerza motriz) para lacirculación del líquido. Esta diferencia está determinada por lageometría del reactor.

a) Esquema del biorreactor mostrando la sección de flujoascendente a través del tubo concéntrico interno, así como lasección de flujo descendente a través del espacio anular entre loscilindros, creándose un patrón de flujo principal en la direcciónaxial. b) Biorreactor airlift con recirculación interna usado para elcultivo sumergido del nematodo entomopatógeno, Steinernemacarpocapsae CABA01.

Ejemplo de aplicación:Producción de cerveza, el ácido cítrico y la biomasa de la

levadura, bacterias y hongos, para el tratamiento de aguasresiduales y producciones de productos químicos de altovalor (enzimas, antibióticos y proteínas), producciónde biocombustibles a través de aceite de algas o la biomasade algas



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Biorreactor de fibras huecas BRFH)

Los reactores de fibra hueca son losdispositivos más utilizados para inmovilizar yconcentrar cultivos celulares animales. Sudiseño consiste en una batería de fibras hueca

y porosa en su interior, colocadas en paralelo.Las células se concentran y aumenta ladensidad celular, en los intersticios de las fibrashuecas. El medio de cultivo fluye encontrasentido desde el exterior del reactor o através de una carcasa como si fuera unintercambiador de calor de doble tubo. Parasolventar el problema de la escasatransferencia de masa (nutrientes y OD) dentrode la fibra hueca, un diseño novedoso es eltambor rotativo en el cual, el tambor externorota sobre la batería de fibras huecas,generando una circulación constante de masa y

de momentun, aumentando las tazas detransferencia.

Las fibras huecas son membranas tubularescon tamaños de poros que van desde 10 kD a0.3μm, Las células crecen en y alrededor del

área de superficie proporcionada por la red defibras huecas. Cuando introducimos los mediosde cultivo las fibras huecas permiten que eloxígeno y nutrientes sean suministrados a lascélulas mientras que los productos metabólicosde desecho son eliminados.

El proceso aumenta la acumulación de losfactores de crecimiento secretados por célulasnecesarias para el crecimiento óptimo, debidoa la prestación eficiente del sistema de mediosde comunicación y la eliminación de losresiduos los cultivos pueden mantenersedurante 6 meses o más.

Las fibras huecas se pueden hacer de acetatode celulosa con una matriz de pared uniforme,polímeros acrílicos o fibras polisulfonadas configuraciones de pared asimétricas. Estas crisis

huecas tienen una superficie altamente porosade casi 70 um de grosor, en la cual atracanlascélulas por enlaces y un lumen cilindrico deaproximadamente 200 prn.


Ejemplo de aplicación:Los reactores de fibras huecas han sido ampliamente usados para lainmovilización de células microbiales y mamíferas. También se usa la

microencapsulación de célula de plantas mediante microcápsulas demembranas poliméricas (poliestireno, nylon, polilisina-alginato).



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Biorreactor de cama empacada

El empaquetamiento celular es una forma menos drásticade inmovilización que el Biorreactor de fibras huecas; puesésta es parcial. También tiene el objetivo de aumentar laconcentración y la densidad celular; pero al no estarenclaustradas las células, la transferencia de masa esmayor, aunque siempre limitada. Un lecho empacado es

una matriz de soporte sólido que retiene las células, bienpor geometría (dentro de los intersticios o espacios huecosde la matriz), bien por afinidad (paso o adherenciaselectiva). Un biorreactor con este propósito debe contenerun lecho de soporte sólido, sumergido en el medio decultivo. La oxigenación generalmente se realiza en elexterior del lecho, a través del medio de cultivo.

El uso de biorreactores tubulares de cama empacadaenzimas o microorganismos inmovilizados) para algunossistemas biológicos permiten mayor estabilidad térmica.Uso de un mayor volumen celular, más eficiencia en la

extracción de productos y velocidades de flujo mayores.

Ejemplos de operaciones de procesos biológicos conreactores tubulares son: remoción de contaminantes deefluentes industriales, producción de antibióticos y laproducción de etanol

Los reactores catalíticos de cama empacada sonexcepcionalmente ricos en problemas de inestabilidad ybifurcación. Lo cual se puede deber a: multiplicidadisotérmica. Multiplicidad térmica, y multiplicidad debido ala configuración del reactor. El estado estable de sistema

abierto, como el reactor tubular, depende del régimen deflujo, de las velocidades de reacción. y del tamaño delsistema.

El mecanismo por el cual el calor o la masa se dispersan enuna cama empacada a través de la cual un fluido estáfluyendo ha sido objeto de una gran atención. Se hasupuesto que la dispersión de calor y masa en la direcciónaxial y radial es un proceso difusional sobre-impuesto alflujo convectivo. de esta forma el efecto global se describepor un conjunto de ecuaciones diferenciales parcialesparabólicas segunda derivada en el término dispersivo de

calor y de masa).




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Biorreactor de Lecho Fluidizado

La característica distintiva de un biorreactor de lechofluidizado es que el lecho de sólidos o partículas catalíticasestá soportado por un flujo de gas. Este reactor facilita lacarga y la extracción del catalizador, lo cual es una ventajacuando el lecho de sólidos debe ser eliminado y remplazadocon frecuencia. Una alta conversión con un gran flujo esposible con este estilo de reactor.

Estos reactores tienen una excelente transferencia de calor ylas características de mezclado. Los lechos fluidos han sidomuy usados en los procesos químicos, en los que losparámetros como la difusión o transferencia de calor son losprincipales parámetros de diseño.

En comparación con el lecho empacado, un lecho fluidizadotiene ventajas notables, como un mejor control de latemperatura, sin punto caliente en el lecho, distribuciónuniforme del catalizador y una mayor duración del

catalizador. La conveniencia de usar lechos fluidos dependedel logro de una buena mezcla entre los sólidos y el líquido desuspensión.

Casi todas las aplicaciones comerciales importantes detecnología de lecho fluidizado son de sistemas gas-sólidos.

Ejemplo:

Los cultivos de células animales requieren de proximidad mutua yde un soporte sólido (anclaje) para interactuar (comunicacióncélula-célula) y poder metabolizar (producir); esto por cuanto, lascélulas animales, por lo general, no son independientes y debenestar unidas a un sistema (p.ej; hepático) para funcionaradecuadamente.

Para suministrar esa proximidad y el soporte necesario, los diseñosde biorreactores para células animales deben aumentar la densidadcelular (concentrar) de las células en cultivo.

Una forma de hacerlo es incorporar un lecho fluidizado formado porcantidad de microesferas acarreadoras hechas de material cerámicoporoso inerte que, por su tamaño (micrométrico) forman unainterfase con el medio de cultivo (fluido) que permite latransferencia de masa (nutrientes y OD), energía (calor) y

momentun (agitación) entre el medio de cultivo y las células encultivo; lo que es llamado lecho fluidizado.

Los cultivos celulares animales, por la delicada naturaleza de lasmembranas plasmáticas requieren además de oxígeno disuelto (OD)en el medio de cultivo (tamaño de Kolmogorov de los Eddies) y deun régimen de agitación laminar (Re≤2300).

Biorreactor de lecho fluidizado utilizando loofa como soporte. (1)Camas de esponja de loofa, (2) medio de cultivo, (3) difusor de aire,(4) entrada de aire, (5) Entrada de agua, (6) salida de agua



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Biorreactor de Biomasa en Suspensión Lodos Activados)

En este tipo de reactor las células están suspendidas yse pueden mezclar libremente en el fluido, bien seacomo células individuales o en forma de agregados. Laprincipal ventaja es proporcionar un ambiente decultivo uniforme para las células. Una de susprincipales desventajas es el relativo bajo control sobreel tamaño de agregado de las células. Se requiere

cierto grado de agregación (contacto célula-célula) ypuede ser necesaria la diferenciación celular para laproducción de los metabolitos secundarios.

Cuando los agregados formados son grandes, losniveles de nutrientes en el centro de los agregadospueden no ser adecuados para soportar la actividadmetabólica. El tamaño de los agregados puede cambiardurante un cultivo batch, dependiendo del esfuerzo decorte y otros parámetros como la concentración deiones calcio y la concentración de compuestos decarbono

El lodo activado es un proceso de tratamiento por elcual el agua residual y el lodo biológico(microorganismos) son mezclados y aireados en untanque denominado reactor. Los flóculos biológicosformados en este proceso se sedimentan en un tanquede sedimentación, lugar del cual son recirculadosnuevamente al tanque aireador o reactor. En elproceso de lodos activados los microorganismos soncompletamente mezclados con la materia orgánica enel agua residual de manera que ésta les sirve desustrato alimenticio.

Elementos básicos de las instalaciones del proceso de

lodos activados:

Tanque de aireación. Estructura donde eldesagüe y los microorganismos (incluyendoretorno de los lodos activados) son mezclados.

Tanque sedimentador. El desagüe mezcladoprocedente del tanque es sedimentadoseparando los sólidos suspendidos (lodosactivados), obteniéndose un desagüe tratadoclarificado.

Equipo de inyección de oxígeno. Para activar lasbacterias heterotróficas.

Sistema de retorno de lodos. El propósito de estesistema es el de mantener una alta concentraciónde microorganismos en el tanque de aireación.

Una gran parte de sólidos biológicossedimentables son retornados al tanque deaireación.

Exceso de lodos y su disposición. El exceso delodos, debido al crecimiento bacteriano en eltanque de aireación, son eliminados, tratados ydispuestos.

Fuentes de Información: Bioquímica Aplicada Bioquímica Aplicada. (2016). Google Bo


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Biodegradación aeróbica de hidrocarburos

Degradación de hidrocarburos alifáticosen presencia de oxigeno:

Los microorganismos que utilizan hidrocarburos comosustrato deben de tener enzimas denominadas mono-oxigenasas que son dependientes de oxígeno.

Para que los microorganismos puedan degradar alcanosprimero deben de oxidar con oxígeno el último carbono de lamolécula gracias al complejo multienzimático que no hacenmás que incorporar esta molécula de oxígeno. Así se obtieneun hidrocarburo con un grupo alcohol siendo así unamolécula más reactiva. Mediante otras enzimas este grupoalcohol se oxida más hasta grupo aldheído y finalmentecarboxílico. Así se obtiene una molécula similar a un ácidograso y puede ser degradado a acetil-CoA por b-oxidación.

Sin duda la especie con másposibilidades y la más estudiadaen el campo es Pseudomonas.

Degradación de hidrocarburos aromáticosen presencia de oxigeno:

Los microorganismos que utilizan estos compuestoaromáticos como fuente de carbono, en lugar de utilizmonooxigenasas, utilizan vías bioquímicas llamadas víaltas o periféricas que consisten en modificar los diferentanillos aromáticos absorbidos en protocatecuato y catecol

A partir de estas dos moléculas que convergen todos locompuestos, ya se puede llevar a cabo el rompimiento danillo mediante enzimas específicas. Esta segunda fase en degradación seria lo que se conocería como vías bajas.

A nivel génico, los genes que intervienen en las vías baja

suelen encontrarse a nivel cromosómico. Sin embargo logenes que intervienen en las vías altas debido a su gravariedad, suelen codificarse en plásmidos, aumentando ala probabilidad de adquirir nuevas vías por transferencgénica horizontal.

Fuentes de Información: Manual sobre la contaminación ocasionada por hidrocarburManual sobre la contaminación ocasionada por hidrocarburos. (2016). Google Boo


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Biodegradación anaeróbica de hidrocarburos

El hecho que en todos los ambientes donde loshidrocarburos naturales se forman el oxígeno no estápresente, ha hecho pensar a la comunidad científica que loshidrocarburos no podrían ser degradadosanaeróbicamente. Pero a finales de 1980s se descubrieronalgunos microorganismos que si tenían cierta actividad

degradadora bajo condiciones totalmente extrictas.

Este conocimiento es tan reciente que aún no se comentanni en los libros de textos más especializados en el tema nisiquiera la posibilidad. Actualmente se está trabajandomucho en este insólito campo por la importancia que tieney las aplicaciones potenciales que pueda tener en labiorremediación.

Hay que tener en cuenta que en la mayoría de los lugarcontaminados donde se quiere aplicar estas técnicas dbiorremediación hay condiciones anoxigénicas o de seguidse consume el oxígeno. Lo que se hacía hasta ahora en estsituaciones es insuflar aire en estos ambientes mediante unbomba para favorecer la degradación aeróbic

Evidentemente esta técnica hace encarecer el proceaparte que a veces la difusión de oxigeno no puede sposible.Los pocos estudios realizados hasta ahora han desvelado qulos mecanismos de degradación en estas condiciones sototalmente diferentes a los utilizados en presencia doxigeno excepto la b-oxidación que también se da econdiciones anóxicas. En general se dan procesos dreducción o condensación con otras moléculas para activprimero los compuestos.

.En todas las reacciones enquimiótrofos , una parte delhidrocarburo se oxida paraconservación de la energía(catabolismo ) y otra parte seasimila en la masa celular . En laoxidación aeróbica dehidrocarburos de cadena larga(superior derecha), el oxígeno

no es sólo el aceptor terminalde electrones, sino que tambiénes necesario para la activacióndel sustrato (reaccionesoxigenasa).

Las vías anaeróbicas implicannuevos mecanismos deactivación de hidrocarburos quedifieren completamente de losmecanismos aeróbicos. Lasflechas indican la activación dehidrocarburos dentados

Fuentes de Información: Manual sobre la contaminación ocasionada por hidrocarbuManual sobre la contaminación ocasionada por hidrocarburos. (2016). Google Boo


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Biodegradación aeróbica de compuestos alifáticos halogenados

Muchos compuestos xenobióticos habituales enoperaciones industriales, actividades urbanas o enexplotaciones agrícolas, son persistentes en el medioambiente y pueden llegar a causar graves problemasde contaminación. Ejemplos son:

o

Pesticidas organoclorados, organofosfatados,nitrofenólicos y nitrocresólicos

o Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (PAH)o Hidrocarburos Alifáticos Clorados (CAH)o Hidrocarburos Aromáticos Cloradoso Hidrocarburos Aromáticos Nitrados

Las razones de su persistencia son:

Químicas: sustituyentes extraños (Cl o otroshalógenos), enlaces inusuales (carbonoscuaternarios), anillos aromáticos muy condensados o

excesivos tamaños moleculares (plásticos).

Físicas: insolubilidad.

Biologicas (Celulares): carencia de permeasasespecíficas, toxicidad, etc.

COMETABOLISMO

Los microorganismos han sido siempre conocidos por tener la habilidad transformar moléculas orgánicas en productos orgánicos que se acumulan un medio de cultivo. Estas conversiones han dado lugar a una prominenmicrobiología industrial por la importancia de los productos que se h

generado, especialmente agentes farmacéuticos. La primera evidencia dtransformaciones análogas con elementos químicos importantes, desde punto de vista ambiental, surgió de un estudio de ácidos alifáticos clorurados.

La transformación de un compuesto orgánico por un microorganismo que incapaz de usar el substrato como fuente de energía o como un elemennutritivo esencial, se denomina cometabolismo. Esto da lugar a poblacionactivas que obtienen beneficios no nutricionales de los substratos qcometabolizan.

Hay que destacar dos tipos de reacciones que se dan en cultivos puros bacterias:

En uno, el compuesto cometabolizado es transformado sólo en presencia de segundo substrato, que realmente será el compuesto que da lugar crecimiento. Para heterótrofos, el substrato que aporta energía es orgánicPara autótrofos, es inorgánico.

En la otra reacción, el compuesto esta metabolizado incluso en ausencia de segundo substrato.

Los organismos que llevan a cabo estas reacciones cometabólicas en laboratorson Pseudomonas, Acinetobacter, Nocardia, Bacillus, Mycococcu Achromobacter, etc. Existe un gran número de conversiones, reaccionesproductos asociados con el cometabolismo.

SINTROFÍA

El sintrofismo es la asociación en la que el crecimiento de un organismdepende de la mejora con los factores de crecimiento, nutrientes o substrataportados por otro organismo que vive cerca. A veces, ambos se beneficiaEste tipo de mutualismo se denomina también alimentación cruzada fenómeno del satelitismo.

Un ejemplo clásico de dicha sintrofía es la que muestran EnterococcusfaecaliEscherichiacoli . Ninguno de los dos organismos por separado puede convertirarginina en putrescina. E. faecalis es capaz de transformar la arginina

ornitina, que E. coli utiliza para producir putrescina; E. coli puede usar arginina y producir agmatina, pero no puede obtener putrescina sin ayuda. Uvez que se ha producido la putrescina, E.coli y E.faecalis pueden usarla

Fuentes de Información: Principios de ecotoxicología Principios de ecotoxicología.(2016). Google Books.


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Biodegradación aeróbica de compuestos aromáticos halogenados

Los solventes halogenados son degradados en condicionesaeróbicas y anaeróbicas. La dehalogenación reductiva deun halógeno a la vez, puede ser utilizada como fuenteúnica de carbono. Las dehalogenasas reductoras usan ladecloracion reductiva, mientras las alquil succinatosintetasas usan la adición de fumarato

Los hidrocarburos saturados y todos los hidrocarburos aromáticos, incluido el benceno, tienen un proceso de biodegradaciónanaeróbica que tiene que pasar por una activación inicial que puede ser carboxilación, metilación, hidroxilación o adición de fumaratodonde la ruta mas utilizada es la adición de fumarato.

a-d) adición de fumarato, e) hidroxilación, f) carboxilación (Widdel & Rabus, 2001). A estos mecanismos ha de agregarse la metilación (CH3)

Los procesos posteriores dependen del organismo que realice la biodegradación del hidrocarburo específico, requiere de mecanismosenzimáticos específicos, muchos de los cuales no se han dilucidado completamente.

Por su parte, la presencia de los grupos nitro en el anillo de los compuestos nitroaromáticos dificulta el ataque oxidativo y favorece elmecanismo reductivo. La presencia de dos o más grupos nitro determina una mayor resistencia a la oxidación.

Dos procesos se pueden llevar a cabo, bien sea la reducción del anillo mediante la adición de iones hidruros, o bien a la reducción de

grupo nitro para obtener los derivados: nitroso, hidroxilamino o amino. El nitrito o el amonio liberado del anillo aromático por víasdegradativas pueden ser utilizados como fuente de nitrógeno para el crecimiento bacteriano

Fuentes de Información: Principios de ecotoxicologíaPrincipios de ecotoxicología. (2016). Google Books


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Sistemas de Lagunas

Una laguna de estabilización es, básicamente, una excavación enel suelo donde el agua residual se almacena para s u tratamientopor medio de la actividad bacteriana con acciones simbióticas delas algas y otros organismos.

Cuando el agua residual es descargada en una laguna deestabilización se realiza en forma espontánea un proceso de

autopurificación o estabilización natural, en el que tienen lugarfenómenos de tipo físico, químico y biológico. los aspectosfundamentales del proceso de tratamiento del agua que se llevaa cabo en las lagunas de estabilización son:

o Es un proceso natural de autodepuracióno La estabilización de materia orgánica se realiza mediante la

acción simbiótica de bacterias, algas, y otros organismossuperiores.

o Se presentan, procesos físicos de remoción de materiasuspendida.

o Se efectúan cambios químicos en la calidad del agua que,

entre otros aspectos, mantienen las condiciones adecuadaspara que los organismos puedan realizar la estabilización,transformación, y remoción de contaminantes orgánicosbiodegradables y, en algunos casos, nutrientes.

o Se establecen cadenas tróficas y redes de competencia quepermiten la eliminación de gran cantidad demicroorganismos patógenos que se encuentran presentesen las aguas, residuales. Por lo tanto, las lagunas deestabilización se consideran y se pueden proyectarse comoun método de tratamiento de la materia orgánica y deremoción de los patógenos presentes en el agua residual.

Lagunas de estabilización anaerobias

Las lagunas anaerobias son profundas y mantienen condicionesanóxicas y anaerobias en todo el espesor de la, misma. Esto esparcialmente cierto ya que en un pequeño estrato superficial seencuentra oxígeno disuelto (menos de 50 cm) dependiendo de la

acción del viento, la temperatura y la carga orgánica. En general,la zona superior tiene una influencia insignificante en la dinámicamicrobiana del medio acuático. Con el tiempo se forman nataspor arriba del agua residual lo cual evita la presencia de las algasdebido a la ausencia de luz solar e impide la difusión de oxigenodel aire.

Normalmente, el efluente de estas lagunas es descargado a otraunidad para complementar el proceso de tratamiento y oxigenarel efluente. La estabilización de la materia orgánica se realizamediante un proceso combinado de sedimentación y deconversión biológica de los desechos orgánicos en gases (CH4,

CO2 y H2S) y nuevas células.

En las lagunas anaerobias, la degradación se realiza a través delas bacterias formadoras de ácidos orgánicos y de bacteriasmetanogénicas. Las primeras, convierten los compuestosorgánicos complejos en moléculas sencillas. Estos productos dedegradación ácida son sustrato para las bacteriasmetanogénicas, que convierten el material a metano y dióxidode carbono. En las lagunas anaerobias, por su dimensión no escomún recuperar el metan o como fuente energética.El desazolve es más frecuente en este tipo de lagunas(comparado con las facultativas), por ello, se diseñan paralimpiarlas cada 2 a 4 años de operación.

Lagunas de estabilización facultativas

Una laguna facultativa se caracteriza por presentar tres zonasbien definidas. La zona superficial, donde las bacterias y algascoexisten simbióticamente como en las lagunas aerobias. La zonadel fondo, de carácter anaerobio, donde los sólidos se acumulany son descompuestos, fermentativamente. Y por último una zonaintermedia, parcialmente aerobia y parcialmente anaerobia,donde la descomposición de la materia orgánica se realizamediante bacterias aerobias, anaerobias y facultativas

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas residualesTratamiento de aguas residuales. (2016). Google Books.


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Proceso de Lodos activados

El lodo activado es un proceso de tratamiento porel cual el agua residual y el lodo biológico(microorganismos) son mezclados y aireados en untanque denominado reactor.

Los flóculos biológicos formados en este proceso sesedimentan en un tanque de sedimentación, lugardel cual son recirculados nuevamente al tanqueaireador o reactor.

En el proceso de lodos activados losmicroorganismos son completamente mezcladoscon la materia orgánica en el agua residual demanera que ésta les sirve de sustrato alimenticio.

Es importante indicar que la mezcla o agitación seefectúa por medios mecánicos superficiales osopladores sumergidos, los cuales tiene doblefunción 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. Estructuradonde el desagüe y losmicroorganismos (incluyendo retornode los lodos activados) son mezclados.

Tanque sedimentador. El desagüemezclado procedente del tanque essedimentado separando los sólidos

suspendidos (lodos activados),obteniéndose un desagüe tratadoclarificado.

Equipo de inyección de oxígeno. Paraactivar las bacterias heterotróficas.

Sistema de retorno de lodos. Elpropósito de este sistema es el demantener una alta concentración demicroorganismos en el tanque deaireación.

Una gran parte de sólidos biológicossedimentables son retornados al

tanque de aireación. Exceso de lodos y su disposición. El

exceso de lodos, debido alcrecimiento bacteriano en el tanquede aireación, son eliminados, tratadosy dispuestos.

Operación básica

1)Pre-tratamiento/ajustede

aguasresiduales

En algunos casos las aguasresiduales deben seracondicionadas antes depasar al proceso de lodosactivados, esto es debido aque ciertos elementosinhiben el proceso biológico.Algunos de estos casos son:

o Sustancias dañinas a laactivación microbiana, talcomo la presencia de cloro.

o Grandes cantidades sólidos.Se utilizan cribas o rejas enun tanque de sedimentaciónprimaria para los sólidosfácilmente sedimentables

o Aguas residuales con valoresanormales de pH. Se deberealizar un proceso deneutralización el cual esindispensable para eldesarrollo bacteriano.

o

Desagües con grandesfluctuaciones de caudal ycalidad de las aguasresiduales incluyendoconcentración de DBO. Sehomogeniza las aguas en untanque de igualación

2) Remoción de DBO en un Tanque de

Aireación

Las aguas residuales crudas mezcladas conel lodo activado retornado del tanquesedimentador final es aireado hasta obtene2 mg/l de oxígeno disuelto o más. En esteproceso, una parte de materia orgánicacontenida en los desagües es mineralizada ygasificada y la otra parte es asimilada comonuevas bacterias.

3) Separación sólido – líquido en elTanque

deSedimentación

Los lodos activados deben ser separados delicor mezclado provenientes del tanque deaireación. Este proceso se realiza en etanque de sedimentación, concentrándolospor gravedad. La finalidad de este procesoes conseguir un efluente clarificado con unmínimo de sólidos suspendidos y asegurar eretorno del lodo.

Descarga del exceso de lodos

Para mantener la concentración de los lodos

activados en el licor mezclado a undeterminado valor, una parte de los lodosson eliminados del sistema a lechos desecado o espesadores con filtros mecánicos(filtros prensa, de cinta etc.) paraposteriormente disponer el lodo seco comoresiduo sólido.

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas residualeTratamiento de aguas residuales. (2016). Google Books


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Proceso de Filtros Percoladores

Un filtro percolador es una cama de grava oun medio plástico sobre el cual se rocían lasaguas negras pretratadas. En este sistema defiltro percolador, los microorganismos seapegan al medio del lecho y forman una capabiológica sobre éste. A medida que las aguasnegras se percolan por el medio, los

microorganismos digieren y eliminan loscontaminantes del agua.

El filtro percolador era una tecnologíacomúnmente usada para tratar las aguasnegras municipales antes de que las ciudadesempezaran a usar el sistema de aireación delodo activado.

Cada sistema de filtro percolador tiene varios componentes:

✓ Un tanque séptico, que elimina los sólidos que se asientan yflotan de las aguas negras.

✓ Un tanque de dosificación/ clarificador. Es un tanque dehormigón o de fibra de vidrio que permite que los materialesbiológicos se sedimenten del agua. También tiene una bomba paradosificar el agua por encima del filtro.

✓ Un filtro percolador. Es un tanque con algún tipo medio, ya seade grava o de material plástico. Las aguas negras se distribuyensobre el medio y fluyen hacia abajo a través de la superficie delmedio en una capa fina. Luego, sale por abajo del tanque y fluyehacia el tanque de dosificación/ clarificador.

✓ Un sistema de aplicación al suelo. Distribuye el agua tratada pordebajo de la superficie del suelo.

Aunque los filtros percoladores son una tecnología sencilla paramejorar la calidad de las aguas negras, algunos fabricantes losvenden ya armados. Las compañías instaladoras diseñan yconstruyen la mayoría de los filtros percoladores.

Tratamiento

Las aguas negras que se dosifican a unfiltro percolador deben recibirpretratamiento, tal como el que se da enun tanque séptico. Los sólidos y las grasas

deben eliminarse antes de rociar las aguasnegras sobre el filtro percolador.

Si no se sacan estos materiales, puedencubrir la capa fina de microorganismosque crecen en el medio y matarlos.

Un filtro percolador puede reducir:

✓ La demanda bioquímica de oxígeno(DBO5), que es la medición de la cantidaddel oxígeno disuelto que necesitan losmicroorganismos para descomponer lamateria orgánica. El nivel alto indica agua

de mala calidad; un nivel bajo indica aguade buena calidad. El sacar los sólidosdisueltos de las aguas negras permite bajarel nivel de DBO5.

✓ Los patógenos, u organismos quecausan enfermedades.

✓ Los coliformes fecales, o bacteria de losdesechos humanos o animales.

Los microorganismos sacan los nutrientesy materiales disueltos de las aguas negrasalmacenándolos como alimento. A medidaque crece la materia biológica, se vuelvedemasiado grande para permanecer atada

al medio y se suelta. Esta es transportadacon el agua de regreso hacia el tanque dedosificación/clarificador. Allí se acumulaen el fondo, formando una capa de lodo.

En algunos sistemas, una bomba de lodomanda este material al tanque sépticodonde se puede descomponer más.

Fuentes de Información: Bruce Lesikar y Juan Enciso Promotores Especialistas en Ingeniería Agrícola El Sistema Universitario Texas A&M


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Proceso de Discos Biológicos Rotatorios

En estas condiciones, el esfuerzo cortanteproducido por la rotación del soporte en eseno del líquido es suficiente para producir undesprendimiento. Se origina así un lodo quequeda en suspensión y que generalmente seextrae mediante clarificadores secundarios

El exceso de biomasa y la materia ensuspensión biofloculada abandonan la unidadde biodiscos de manera conjunta con el aguatratada y, una vez desprendida la porción depelícula bacteriana, comienza en ese lugar ecrecimiento de nueva biomasa, este proceso seproduce de forma constante a lo largo detiempo, el reactor autorregula el espesor de labiopelícula de forma natural.

Los Biodiscos son procesos biológicos aerobios de biomasa fija. Consiste en unaserie de discos (madera, polietileno corrugado, poliestireno corrugado y PVC) quesuelen tener 3 m de diámetro y 1,5 mm de espesor y que giran en torno a un eje

horizontal (aprox. 8 m de longitud, con 7.5 m ocupados por los discos), situadosdentro de un recipiente lleno de agua residual.

Los discos giran lentamente (1 - 4 rpm), manteniendo un 40 % de su superficiesumergida, están separados unos de otros entre 20-25 mm. Sobre el soporte sedesarrolla gradualmente una película de biomasa bacteriana, que emplea comosustrato para su metabolismo la materia orgánica soluble presente en el aguaresidual.

Cuando la superficie del disco se encuentra en contacto con el aire, la biomasaadherida al disco toma el oxígeno necesario para que durante el período deinmersión se produzca la degradación de la materia orgánica presente en el aguaresidual. Se estima que el 95 % de la biomasa activa presente en el sistema se hallaadherida, y el resto se encuentra en suspensión.

La tipología de biofilms que se desarrolla esacorde al sustrato que llega, consiguiéndose asun progresivo aumento en el grado dedepuración.

Por último, el continuo crecimiento de labiomasa y la elevada concentración de sólidosen el sistema no hacen necesaria larecirculación de fangos, salvo que las cargasorgánicas sean mayores de 20 kg DBO5/m3 día.

La unidad de biodiscos actúa como un reactotipo flujo pistón, es decir, una partícula defluido atraviesa el reactor y lo abandona en lamisma secuencia que se introduce en él. Esteproceso trabaja de manera satisfactoria atemperaturas entre 12ºC y 32ºC y a pHs entre6.5 y 8.5.

La agitación producida por el giro del soporte dentro del líquido es suficiente paraevitar la sedimentación de los lodos en el reactor.

El espesor de la película bacteriana activa oscila entre 0,2 mm (paraconcentraciones bajas de sustrato), y 3 mm (para concentraciones elevadas). Elcrecimiento bacteriano de la película continúa hasta que su espesor es tal que vedificultada la difusión de oxígeno hasta las capas bacterianas más profundas y estasentran en fase de respiración endógena, produciéndose fermentaciones y burbujeogaseoso.

Fuentes de Información: Cabrera, P. (2016). Tecnologías blandas (2): Contactores Biológicos Rotativos (CBR) o Biodiscos. - TecDepur. Tecdepur.com


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Proceso de Filtro Sumergido Aerobio FSA)

Un filtro sumergido es un sistema de tratamientoaerobio el cual hace uso de un soporte inerte yresistente (empaque) sumergido en el agua paraque, en cuya superficie, los microorganismos(biomasa fija), responsables de la degradación de

la materia orgánica contenida en el agua residual,se desarrollen.

o La biomasa de microorganismos adheridaestabiliza la materia orgánica conforme el aguaresidual entra en contacto con ella.

o La biopelicula posee la capacidad de remociónde nitrógeno debido a que favorecen elcrecimiento de largo tiempo de generacióncomo las bacterias nitrificantes.

o Se puede realizar un amplio espectro de

remoción de contaminantes debido a laexistencia de más especies de organismoscomparada con los procesos de biomasasuspendida.

o La capacidad de tratamiento por unidad devolumen es más grande que en los procesos debiomasa suspendida.

o Eficiencia de operación estables

o Supera los problemas de secado de

biopeliculas parcialmente sumergidasoperando en climas calientes (filtrospercoladores).

o Debido a la presencia de microorganismosadheridos y en suspensión, existe una buenainteracción sustrato – microorganismos.

o La aireación difundida proporciona suficienteoxigeno que mantiene la biomasa en unacondición aerobia y promueve la transferenciade oxígeno, especialmente con aireación deburbuja fina.

Un filtro sumergido se puede concebir como una combinación de un sistema de

biomasa fija con uno de biomasa en suspensión (lodos activados), esto debido aque en el empaque se encuentran adheridos los microorganismos y en losespacios no ocupados por el empaque existen bacterias en suspensión. En ecaso de los microorganismos adheridos al medio, el tiempo de residencia celular(TRC) es mayor que el tiempo de residencia hidráulico (TRH), permitiendo asque existan microorganismos de mayor tiempo de generación, lo cual da poresultado la posibilidad de un más amplio espectro de remoción decontaminantes.

Fuentes de Información: Anon (2016). Ibtech.com.mx.


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Fosas Sépticas

Las fosas sépticas son dispositivosherméticamente cerrados y estancos,enterrados normalmente (aunque tambiénexiste la posibilidad de que estos no loestén) en los cuales decanta la materiasedimentable presente en las aguas

residuales. La fracción orgánica de estamateria sedimentada experimentareacciones de degradación anaerobia,mineralizándose paulatinamente. El aguaque se trata en estos sistemas esprincipalmente de tipo doméstica.

Las fosas sépticas pueden tener uno ovarios compartimentos dispuestos en serie,las más completas tienen 3compartimentos, aunque también las hayde dos compartimentos, siendo esta última

configuración la más común. En el primerose decantan las materias densas (lodos) y lamateria ligera formando una espumaflotante. Luego el agua clarificada pasa porunos orificios a media altura al siguientecompartimento donde se produce el mismoproceso pero en menos cuantía.

En las fosas se produce digestión anaerobiade los lodos, parte se licúan o volatilizan yotra parte se depositan siendo necesaria suretirada periódica (purga). La velocidad delproceso de digestión aumenta con la

temperatura, hasta un máximo de 35 oC. Alproducirse esta digestión de los lodos seproduce una reducción del volumen delodo, permitiendo que el funcionamientode estas sea durante periodos de tiempomás largos. El porcentaje de eliminación delos sólidos por sedimentación variarásegún:

Las burbujas de gases (metano y sulfuro dehidrógeno) que se producen en ladegradación anaerobia de los lodos

decantados, obstaculizan la normalsedimentación de los sólidos presentes enlas aguas residuales influentes. Es por ello,por lo que se dispone de varioscompartimentos, en los que las partículasmás ligeras encuentran condiciones desedimentación más favorables.

Tiempo de retención

Frecuencia de limpieza de los tanquessépticos (extracción de lodos)Dispositivos de entrada y salida

Se utilizan fosas sépticas para caudalesmenores de 40 m3/día (200 hab-equivalentes). En todos los casos lacapacidad útil mínima de los tanques esde 4500 litros más el 75% de efluentediario de aguas residuales, y el tiempo dedetención mínimo admisible es de 12horas aproximadamente.

Para lograr un correcto funcionamiento ysolucionar cualquier tipo de problemas setienen que tener en cuenta las siguientesconsideraciones:

El contenido de Nitrógeno Amoniacal nodebe sobrepasar los 200 mg / l

El volumen de agua necesaria para ladilución en las fosas sépticas debe sersuperior a 40 litros / habitante al día

Es conveniente que las aguasprovenientes de cocinas sean conducidasde forma previa a la cámara de retenciónde grasas

No deben incorporarse residuos sólidos a

vertido sobre fosas sépticasNo es aconsejable el vertido de aguas delavado que puedan contener fuertesconcentraciones de detergentes o lejías.

Esta técnica se usan como tratamientoprevio, sustituyendo en muchas ocasionesal desbaste o tamizado, justo antes de lossistemas de filtrado (filtro de turba, filtrode arena, zanjas filtrantes, etc.) paraconseguir eliminar una mayor cantidad desólidos en suspensión de las aguasresiduales y para retrasar la colmataciónde los sistemas de filtrado posteriores.

Estas técnicas rara vez se usan comotratamiento unitario. Su uso es muyrecomendable para tratar aguasresiduales de pequeños municipios ocomunidades rurales.

Fuentes de Información: Cabrera, P. (2016). Tecnologías blandas (12): Fosas sépticas. - TecDepur. Tecdepur.com


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Tanques Imhoff

El diseño de los tanques imhoff dependerá fundamentalmentedel tiempo de retención hidráulico (3 horas) y de la velocidadascensional. Los rendimientos de eliminación de algunoscontaminantes son los siguientes: sólidos en suspensión entre 3782% y DBO5 entre un 25-60%.

Esta técnica se usan como tratamiento previo, sustituyendo enmuchas ocasiones al desbaste o tamizado, justo antes de lossistemas de filtrado (filtro de turba, filtro de arena, zanjasfiltrantes, etc.) para conseguir eliminar una mayor cantidad desólidos en suspensión de las aguas residuales y para retrasar lacolmatación de los sistemas de filtrado posteriores. Estas técnicasrara vez se usan como tratamiento unitario. Su uso es muyrecomendable para tratar aguas residuales de pequeñosmunicipios (poblaciones inferiores a 500 habitantes) ocomunidades rurales.

Ventajas

No descargan lodo en el líquido efluente.El lodo se seca y se evacua con más facilidad que el procedentede los tanques sépticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95%de humedad.

Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, nonecesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una cribagruesa y la separación de las arenas.No precisan instalación de ningún equipo mecánico y permitencaudales un poco más altos (100 m3/día) que las fosas sépticas.

Posibilidad de reaprovechamiento del gas metano, para generarelectricidad.

Se pueden usar los lodos para hacer compost.

Contribuye a la digestión del lodo, mejor que un tanque séptico,produciendo un líquido residual de mejores características

Inconvenientes

Son estructuras profundas (> 6m).

Generación de grasas y flotantes.

Necesidad del tratamiento de sus afluentes posterior (filtro dearenas, zanjas filtrantes, etc.), ya que al ser un tratamientoanaerobio y contiene probablemente un elevado número deagentes patógenos los cuales son una fuente de infección y deproblemas sanitarios no se debe usarse para regar cultivos ndescargarse en canales sino debe de ser tratada por untratamiento secundario.

El tanque de decantación-digestión o los tanque Imhoff es undepósito único en el que se distinguen 3 compartimentos,pueden tener forma circular o rectangular, siendo esta última lamás común. Las zonas en las que se divide son:

1. Cámara de sedimentación o decantación: se sitúa en la partesuperior del depósito y se produce la separación solido-liquido, precipitando las partículas pesadas al fondo. Esteprimer compartimento tiene forma cónica con una pendientede un 12% con una pequeña apertura en el fondo, pasandopor gravedad los fangos al compartimento inferior.

2. Cámara de digestión de lodos: es la parte de mayor dimensióndel depósito donde se realiza la digestión anaerobia de loslodos, se sitúa en la parte inferior del depósito.

3. Área de ventilación y cámara de natas: es el compartimento

del depósito donde se irá acumulando las grasas y residuos demenor densidad.

La configuración de la apertura que comunica ambas zonas

impide el paso de gases (metano y sulfuro de hidrógeno) ypartículas de fango de la zona de digestión a la de decantación,de esta forma se evita que los gases que se generan en ladigestión afecten a la sedimentación de los sólidos ensuspensión. Estos fangos se retiran cada 6 meses. Por tanto losgases producidos en la digestión y sólidos suspendidos serándesviados hacia la cámara de natas o área de ventilación, desdeesta cámara se recogen y se expulsan a la atmósfera.

Fuentes de Información: Cabrera, P. (2016). Tecnologías blandas. Tanques Imhof


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Digestión Anaerobia

La digestión anaerobia es el proceso fermentativo que ocurre en el tratamientoanaerobio de las aguas residuales. El proceso se caracteriza por la conversión dela materia orgánica a metano y de CO2.

Es un proceso de transformación y no de destrucción de la materia orgánica,como no hay presencia de un oxidante en el proceso, la capacidad detransferencia de electrones de la materia orgánica permanece intacta en el

metano producido. En vista de que no hay oxidación, se tiene que la DQO teóricadel metano equivale a la mayor parte de la DQO de la materia orgánica digerida(90 a 97%), una mínima parte de la DQO es convertida en lodo (3 a 10%). En lasreacciones bioquímicas que ocurren en la digestión anaerobia, solo una pequeñaparte de la energía libre es liberada, mientras que la mayor parte de esa energíapermanece como energía química en el metano producido.

Bacterias Hidrolíticas Fermentativas

Las bacterias que llevan a cabo las reacciones dehidrólisis y acidogénesis son anaerobias facultativasy los géneros más frecuentes que participan son losmiembros de la familia Enterobacteriaceae,además los géneros Bacillus, Peptostreptococcus,Propionibacterium, Bacteroides, Micrococcus yClostridium.

Las bacterias con actividad proteolítica son en sumayoría especies de los géneros Clostridium,Peptococcus,Bifidobacterium y Staphylococcus.

Bacterias Acetogénicas

Para que tenga lugar una eficiente metanogénesis,los productos de fermentación como el propionato

y el butirato deben ser oxidados a acetato, CO2 y H2, esta oxidación es llevadacabo por un grupo denominado “organismos acetógenos productores obligad

de hidrógeno (OHPA)”, mediante un proceso conocido como acetogénes

Syntrophomonassapovorans,

Dentro del grupo de acetógenos existe un grupo de bacterias conocidas como“bacterias homoacetogénicas” las cuales son anaerobias obligadas y utilizan el

CO2, como aceptor final de electrones, produciendo acetato como producto únide la fermentación anaerobia. Ejemplos son: Clostridiumaceticum,Clostridium formicoaceticum y Acetobacteriumwooddi Bacterias Metanogénicas

Las bacterias metanogénicas pertenecen al grupo actualmente conocido comoArcheaea, cuyos miembros presentan características diferentes a las encontradaen Bacteria. Las bacterias metanoogénicas son anaerobias estrictas y producenmetano como principal producto del metabolismo energético.

Fuentes de Información: JENNY ALEXANDRA RODRÍGUEZ V. ING. SANITARIA Msc. Profesora Asociada de la Universidad el Valle. Cali - Colom


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Digestor Anaerobio de Alta Tasa

La digestión anaerobia es un proceso microbiológico complejoque se realiza en ausencia de oxígeno, donde la materia orgánicaes transformada a biomasa y compuestos orgánicos, la mayoríade ellos volátiles. Aunque es un proceso natural, sólo en losúltimos veinticinco años ha llegado a ser una tecnología

competitiva en comparación con otras alternativas. Esto ha sidoposible gracias a la implementación de sistemas que separan eltiempo de retención hidráulico ( TRH ), del tiempo de retencióncelular ( TRC ) los cuales han sido denomin dos reactores de altatasa. Durante este proceso también se obtiene un gascombustible (Biogas) y lodos con propiedades adecuadas paraser usados como bioabonos.

Características generales:

o No posee material inerte como soporte para la biomasa.o La inmovilización de los microorganismos ocurre por auto

adensamiento (formación de flóculos o gránulos densos

suspendidos, que se disponen en capas de lodo a partir delfondo del reactor).

o El flujo es ascendente y pasa a través del lecho de lododenso.

o La estabilización de la M. Orgánica ocurre en todas las zonasdel reactor.

o En la parte superior se ubica un sedimentador para evitar lasalida de partículas de lodo con el efluente.

o Debajo del sedimentador existe un dispositivo de separaciónde los gases.

o Retención de grandes cantidades de biomasa, elevadaactividad, incluso con la aplicación de bajos tiempos de

retención hidráulica, se consigue mantener un elevadotiempo de retención de sólidos a pesar de la aplicación dealtas cargas hidráulicas al sistema. El resultado es laobtención de reactores compactos, con volúmenes bastanteinferiores a los digestores anaerobios convencionales y conuna grado de estabilización de lodo.

Los digestores de alta tasa, se caracterizan por un mezclado almedio de la reacción, ya sea mediante agitación mecánica, porrecirculación de gas o de líquido o una combinación de ambos.Esta variante de recirculación cuenta con un calentamiento quelleva a una temperatura a rangos mesófilos o termófilos.

Frecuentemente se une con otro tanque o laguna, del mismovolumen con objeto de separar los lodos digeridos evacuados en

el efluente del primer reactor. En los digestores de alta tasa, lascargas van de 1.6 a 3.2 kgSSV/dm3 , con tiempos de retenciónhidráulico de 10 a 20 días.

El digestor anaerobio de alta tasa convencional es adecuado paraaltas concentraciones de material particulado. Además presentauna disminución a taponamientos, aunque el materialparticulado se puede sedimentar y acumular, ocasionandovolúmenes muertos dentro del digestor y cortos circuitoshidráulicos.

Tiene un efecto diluyente sobre compuestos tóxicos y amortigua

las cargas máximas imprevistas, además que homogeniza latemperatura, el pH y el sustrato. El mezclado para este tipo dereactor, se puede realizar con agitador o recirculación de gascomprimido, en forma continua o intermitente.

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas industrialesTratamiento de aguas industriales. (2016). Google Books.


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Reactor de Contacto Anaerobio

La primera mejora del proceso anaerobio consistió enla separación del Tiempo de Retención de solidos(TRS) del Tiempo de Retención Hidráulico (TRH).Separando el TRS del TRH, el volumen del digestor sereduce y la densidad de carga orgánica o la velocidadde carga orgánica a tratar se incrementa. Por lo tanto,

aguas residuales relativamente cargadas, pueden sertratadas a bajos TRHs, pero manteniendo el TRSrequerido para el desarrollo de bacteriasmetanogénicas.

En este sentido, el primer proceso anaerobio queseparó el TRS del TRH fue la digestión de contactoanaerobia, similar en su configuración al sistema defangos activados.

Este proceso comprende la alimentación continua deun reactor de mezcla completa seguido de unclarificador o separador sólido/líquido. Parte del lodo

digerido y sedimentado se recircula al digestor, dondese mezcla con el influente no digerido.

La reinoculación de una biomasa bien aclimatadapermite mantener óptimas condiciones defuncionamiento del proceso, sobre todo en aguasresiduales industriales. Estas a diferencia de laurbanas, no contienen generalmente un altaproporción de microorganismos.

En este proceso la operación esencial es la separaciónsólido/líquido, lo cual ofrece serios problemas, dadas

las características de este tipo de lodos, y el continuodesprendimiento de burbujas de gas que dificultaenormemente el proceso de separación, por lo quehay que recurrir previamente a sistemas dedesgasificación.

El uso de la técnica de stripping o el enfriamiento delinfluente digerido en su camino hacia el clarificadorpuede disminuir este problema. Una reducción en latemperatura de 35 a 15 ºC detiene la producción degas en el clarificador y favorece la floculación de lossólidos. Esto último también puede conseguirsemediante el uso de coagulantes, tales como el

hidróxido sódico seguido de cloruro férrico. Tambiénse utilizan membranas de ultrafiltración paraconseguir una alta retención celular.

Los parámetro típicos de operación de este proceso son:

o Densidad de carga orgánica (Kg DQO/m3/d): 2 - 10.o Concentración en el interior (g SSV/l): 5 - 10.o Concentración en el efluente (g SS/l): 0,5 - 20.o Tiempo de retención hidráulico (d): 1 - 5.o

Tiempo de arranque (d): 20 - 60.

VENTAJAS

- Arranque rápido con inóculo adecuado. - Se puede incorporar carbónactivado en polvo para tratar aguas con compuestos inhibidores (losadsorben). - Soporta agua con sólidos suspendidos (estabiliza la fraccióndegradable). - Puede admitir aguas con compuestos que formanprecipitados. - Soportasobrecargas orgánicas (mejorque otros reactores).

DESVENTAJAS

- Costos energéticos asociadosal mezclado y recirculación. -Operación relativamentedelicada. - Limite para recibircargas orgánicas (6 kg DQO/m3 d). - Grandes TRH, entoncesgrandes volúmenes dereactor. - Alta dependencia dela difícil sedimentación dellodo anaerobio

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas industrialeTratamiento de aguas industriales. (2016). Google Books


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Filtro Anaerobio

El filtro anaerobio de flujo ascendente o FAFA, es uncomponente ocasional de plantas de tratamiento. Lafunción del filtro, también llamado reactor anaerobiotiene por finalidad reducir la carga contaminante de lasaguas servidas. El agua servida es alimentada al filtro através del fondo, construido de forma que permita

distribuir el flujo en forma uniforme en toda la seccióndel filtro. El agua a ser tratada se hace pasar a travésde un cuerpo poroso (piedra), llevándola al contactocon una fina biopelícula de microorganismos adheridosa la superficie, o floculados, donde se realiza elproceso de degradación anaerobia.

Los filtros anaerobios generalmente operan, con unarazonable eficiencia de remoción de cargacontaminante, en el rango mesófilo de temperaturas,es decir, entre 25 y 38 °C

Esta tecnología consiste en un tanque de

sedimentación (o fosa séptica) seguido de una o máscámaras de filtración. Los materiales comúnmenteusados para el filtro incluyen grava, piedras quebradas,carboncillo, o piezas de plástico formadasespecialmente. El tamaño típico de los materiales delfiltro varían entre 12 y 55 mm de diámetro.Idealmente, el material proporcionará entre 90 y 300m2 de superficie por 1 m3 de volumen del reactor. Alproporcionar una gran superficie para la masabacteriana, hay un mayor contacto entre la materiaorgánica y la biomasa activa que la degradaefectivamente.

El Filtro Anaeróbico puede ser operado ya sea con flujoascendente o descendente. Se recomienda el modo deflujo ascendente porque hay un menor riesgo de quela biomasa fijada sea arrastrada. El nivel de agua debecubrir el material del filtro por lo menos 0.3 m paragarantizar un régimen de flujo regular.

Los estudios han demostrado que el TRH es elparámetro de diseño más importante que afecta eldesempeño del filtro. Lo normal y recomendable es unTRH de entre 0.5 y 1.5 días.

Se ha demostrado que lo adecuado es una tasa decarga superficial máxima (p.ej. flujo por área) de 2.8m/d. La eliminación de sólidos suspendidos y de DBOpuede ser llegar hasta entre 85% a 90% peronornalmente está dentro de 50% y 80%. La eliminaciónde Nitrógeno es limitada y normalmente no excede del50% en lo que se refiere a nitrógeno total (NT).

AdecuaciónEsta tecnología es fácilmente adaptable y se puede aplicar a nivel vivienda opara un vecindario pequeño.

Se puede diseñar un Filtro Anaeróbico para una sola vivienda o para ungrupo de viviendas que usan una considerable cantidad de agua para lavadode ropa, baño y retretes de tanque. Sólo es apropiada si el uso de agua eselevado ya que ello garantiza que el suministro de agua es constante.

El Filtro Anaeróbico no opera a toda su capacidad de seis a nueve mesesdespués de la instalación debido al largo tiempo de arranque requerido pola biomasa para estabilizarse. Por lo tanto, la tecnología de Filtro Anaeróbicono debe ser usada cuando es inmediata la necesidad de una tecnología detratamiento. Una vez trabajando a toda su capacidad, es una tecnologíaestable que requiere poca atención. El Filtro Anaeróbico debe sehermético, aun así no debe ser construido en áreas de nivel freático alto odonde hay inundaciones frecuentes.

Dependiendo de la disponibilidad de terreno y el gradiente hidráulico dedrenaje (si es el caso), el Filtro Anaeróbico puede ser construido sobre obajo tierra. Puede ser insta- lado en todo tipo de clima aunque su eficienciase reduce en climas más fríos.

MantenimientoSe deben agregar bacterias activas para iniciar el Filtro Anaeróbico. Lasbacterias activas pueden provenir de los lodos de una fosa séptica rociadosen el material del filtro. Se debe incrementar el flujo con el tiempo, y el filtrodebe trabajar a máxima capacidad de seis a nueve meses.

Con el tiempo los sólidos taparán los poros del filtro. Asimismo, la masacreciente de bacterias será demasiado gruesa y se romperá y tapará losporos. Se requiere un tanque de sedimentación antes del filtro para evitaque la mayoría de los sólidos entren en la unidad. El taponamiento parciaaumenta la capacidad del filtro para retener sólidos. El filtro debe selimpiado cuando baje su eficiencia. Los filtros se limpian haciendo funcionarel sistema en modo inverso para desbloquear la biomasa acumulada y laspartículas. También se puede extraer y limpiar el filtro

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas industrialeTratamiento de aguas industriales. (2016). Google Books


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Reactor Anaerobio de Lecho de Lodos con Flujo Ascendente

La abreviación U.A.S.B. se define como Upflow Anaerobic Sludge Blankett oReactor Anaerobio de Manto de Lodos de Flujo Ascendente. Esta tecnologíaproveniente de Bélgica y Holanda, es aplicada especialmente al tratamientode aguas residuales con alto contenido de materia orgánica.

El reactor anaerobio de flujo ascendente y manto de lodo describe un reactorde biopelícula fija sin medio de empaque o soporte, con una cámara de

digestión que tiene flujo ascendente y a cierta altura se desarrolla un mantode lodos anaerobios que es altamente activa y en el cual se da laestabilización de la materia orgánica del afluente hasta CH4 y CO2.

La operación de los reactores UASB se basa en la actividad autorregulada dediferentes grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y sedesarrollan en forma interactiva, formando un lodo biológicamente activo enel reactor. Dichos grupos bacterianos establecen entre sí relacionessimbióticas de alta eficiencia metabólica bajo la forma de gránulos cuyadensidad les permite sedimentar en el digestor. La biomasa permanece en elreactor sin necesidad de soporte adicional.

En la figura se muestra un esquema general de unode estos reactores, donde se distinguen 4zonas:La zona 1 se llama lecho del lodo.La zona 2 se llama la manta de lodo.La zona 3 es la zona de bajo nivel de turbulencia.La pieza 4 del diagrama sirve como sedimentador

Velocidad del flujo ascendente.Para aguas residuales más débiles, la velocidad permitida y la altura delreactor, determinará el volumen del reactor UASB y para para aguasresiduales más fuertes, la velocidad será determinada por la cargavolumétrica de DQO.

Volumen del reactor y dimensiones.Deben considerase la carga orgánica, la velocidad superficial y el volumenefectivo de tratamiento para determinar el volumen requerido del reactor ysus dimensiones. El volumen efectivo de tratamiento es el volumen ocupadopor el manto de lodo y de biomasa activa. Un volumen adicional existe entreel volumen efectivo y la unidad de recolección de gas donde se produce unacierta separación adicional de sólidos y la biomasa se diluye.

Características físicas.Las principales características físicas que requieren una cuidadosaconsideración son: la alimentación de entrada, la separación y recolección degas (Los diseños de separación de entrada y el gas son únicos para el RAFA) yla retirada del efluente, para proveer una distribución uniforme y evitar elacanalamiento y formación de zonas muertas. Estos dos aspectos son muyimportantes sobre todo cuando se tratan aguas residuales débiles, ya que sepuede tener menor producción de gas y mezcla del manto de lodos

Un número de tuberías de alimentación se colocan para dirigir el flujo adiferentes áreas en la parte baja del reactor. El acceso, debe proveer tuberías

para la limpieza en caso de taponamiento.

Recuperación de Gas y separación de sólidosEl separador de gas/ sólidos (GSS) está diseñado para recolectar el biogás,previniendo el lavado de sólidos, fomentando la separación de partículas degases y sólidos, para permitir que los sólidos se deslicen hacia atrás en la zonade manto de lodos, y ayudar a mejorar la eliminación de sólidos en elefluente. Una serie de pantallas en forma de V invertida se utiliza junto avertederos de efluentes para lograr los objetivos mencionados

Debido a la formación de flóculos de lodosgranulados, la concentración en la zona más difusa,en la parte superior del manto de lodos del RAFA esde 5 a 40 g / L. En la la parte inferior del reactor, laconcentración de sólidos puede variar de 50 a 100g/ L. Las partículas de lodo granulado tienen unrango de tamaño de 1.0 a 3.0 mm.

La granulación es muy efectiva en aguas residualescon alto contenido de carbohidratos o azúcares,pero no tanto con las aguas residuales con grancontenido de proteínas, las cuales tiene comoresultando flóculos más suaves difíciles desedimentar.

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas industrialesTratamiento de aguas industriales. (2016). Google Books.


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Reactores de Lecho Expandido o Fluidificado

Técnicamente, un reactor FEB es una estructura cilíndrica,empaquetada hasta un 10% del volumen del reactor con unsoporte inerte de pequeño tamaño lo que permite laacumulación de elevadas concentraciones de biomasa queforman películas alrededor de dichas partículas. La expansión dellecho tiene lugar gracias al flujo vertical generado por un elevadogrado de recirculación. La velocidad ascensional es tal que ellecho se expande hasta un punto en el que la fuerza gravitacionalde descenso es igual a la de fricción por arrastre.

Sistemas anaerobios de alta tasa o modernos para eltratamiento de aguas residuales.

La mayor parte de las ventajas atribuibles a este sistema derivande la elevada concentración de biomasa activa sobre laspartículas de soporte y las elevadas tasas de recirculación, lo quehace al digestor menos sensible a componentes tóxicos delinfluente. De ahí el interés de su uso en el tratamiento de aguasresiduales industriales de diversos tipos

Tiene un medio granular que es mantenido en suspensión, comoresultado de la resistencia friccional del flujo ascendente delagua residual. El medio granular usado inicialmente era arena,más tarde se demostró que los medios con una resistencia másbaja (antracita, plásticos de alta densidad) son más adecuados,porque permiten una reducción en la velocidad del líquido,disminuyéndose así los costos de bombeo. El reactor de lechoexpandido es similar al de lecho fluidizado, pero la velocidad dellíquido en el primero es insuficiente para provocar la fluidizacióndel lecho granular, el lecho se expande de 10 a 20%.

En este tipo de reactores, la formación de biomasa puedealcanzar los 30 kg/m3.

La cantidad de material de soporte añadido es alrededor del 10%de volumen del digestor y el diámetro de las partículas es de 0,3a 3,0 mm.

La velocidad vertical necesaria es de 2 - 10 m/h y es generadapor una elevada recirculación del efluente. La expansión dellecho es sostenida hasta un nivel en el que cada partícula

mantienen una posición fija en el lecho.

Los parámetros típicos de operación de este proceso son:o Densidad de carga orgánica (Kg DQO/m3/d): 5 - 50.o Concentración en el interior (g SSV/l): 10 - 30.o Concentración en el efluente (g SS/l): 0 - 5.o Tiempo de retención hidráulico (h): 1 - 10.o Tiempo de arranque (d): 30 - 70.

Fuentes de Información: (c) 2001, 2004 Miliarium Aureum, S.L


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Humedales Artificiales

Los humedales artificiales son sistemas de fitodepuraciónde aguas residuales, que consisten en el desarrollo de uncultivo de macrófitas enraizadas sobre un lecho de gravaimpermeabilizado. La acción de las macrófitas hace posibleuna serie de complejas interacciones físicas, químicas ybiológicas a través de las cuales el agua residual afluente esdepurada progresiva y lentamente. El tratamiento de aguasresiduales para depuración se lo realiza mediante sistemasque tienen tres partes principales: recogida, tratamiento yevacuación al lugar de restitución

Los humedales construidos se han utilizado para tratar unaamplia gama de aguas residuales:o Aguas domésticas y urbanas.o Aguas industriales, incluyendo fabricación de papel,

productos químicos y farmacéuticos, cosméticos,

alimentación, refinerías y mataderos entre otros.o Aguas de drenaje de extracciones mineras.o Aguas de escorrentía superficial agrícola y urbana.o Tratamiento de fangos de depuradoras

convencionales, mediante deposición superficial enhumedales de flujo subsuperficial donde sedeshidratan y mineralizan

Estos sistemas purifican el agua mediante remoción delmaterial orgánico (DBO), oxidando el amonio, reduciendolos nitratos y removiendo fósforo. Los mecanismos soncomplejos e involucran oxidación bacteriana, filtración,sedimentación y precipitación química

Los humedales eliminan contaminantes mediante varios procesos incluyen sedimentación, degradación microbiana, acción de las plaabsorción, reacciones químicas y volatilización. Reemplazan astratamiento secundario e inclusive, bajo ciertas condiciones, al terciaprimario de las aguas residuales.

El funcionamiento de los humedales artificiales se fundamenta en principios básicos: la actividad bioquímica de microorganismos, el apde oxígeno a través de los vegetales durante el día y el apoyo físico dlecho inerte que sirve como soporte para el enraizamientode los vegetales, además de servir como material filtrante. En conjuestos elementos eliminan materiales disueltos y suspendidos en el aresidual y biodegradan materia orgánica hasta mineralizarla y fornuevos organismos

Los humedales tienen tres funciones básicas que les confieren atrapotencial para el tratamiento de aguas residuales: fijan físicamentecontaminantes en la superficie del suelo y la materia orgánica, utiliztransforman los elementos por medio de los microorganismos y lo

niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energpoco mantenimiento.

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas residualesTratamiento de aguas residuales. (2016). Google Books.


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Tratamiento biológico de lodos: Espesamiento: gravedad, mesa, discos.

Tratamiento de lodos

Mediante el espesamiento de los lodos se consigue unareducción del volumen de aproximadamente un 30 – 80 % antesde cualquier otro tratamiento. En plantas de tratamiento de

menor tamaño, con alimentación regular de lodo, elespesamiento tiene lugar generalmente directamente en eltanque de almacenamiento de los lodos. El lodo es comprimidoen la base del tanque mediante gravedad, mientras en la partesuperior se produce una capa de agua que se extrae y recirculanuevamente.

En las plantas de tratamiento de mayor tamaño, existen tanquesespeciales de espesamiento de lodos. Estos tanques estánequipados con rodillos de rotación vertical, que crea microcanales en el lodo para un mejor escurrido. La importancia delas maquinas de espesamiento tiene lugar en aquellos lodos no

estabilizados, que pueden pudrirse durante el almacenamiento.

Espesamiento por gravedad

Se obtiene a partir de la utilización de sedimentadores provistoscon barredoras de lodos para obtener un lodo más concentradoque el aplicado. Son criterios de diseño los que se presentan en la

tabla siguiente

Cuando el lodo proviene de lodos activados, se recomiendamezclarlo con lodo primario. Las siguientes precauciones debentenerse en cuenta, cuando se haga espesamiento por gravedad delodos activados:

Si la temperatura del A.R. > 20 °C, se debe usar espesamientopor gravedad cuando la edad del lodo es mayor a 20 días

Mantener el lodo en el espesador por un término menos a 18horas para disminuir efectos indeseables en la actividadbiológica

El diámetro del tanque debe ser menor a 12 m Otros criterios de diseño son: Forma circular Profundidad de 2 – 5 m Diámetro 3 a 30 m, previene problemas de gasificación y

flotación por incremento del tiempo de retención y actividad

anóxica resultante Pendiente de fondo 12.5 a 25% (Centraliza los lodos hacia e

fondo del espesador, permitir menor tiempo de retenciónmaximiza la profundidad del lodo sobre la tubería deextracción)

Tiempo de retención entre 2 y 4 dias

Para la succión de lodos: Velocidad de flujo 1 a 2 m/s Velocidad de la barredora de lodo: 0.08 – 0.10 m/s

Tipo de

lodo

Carga másica

superficial

kg/m2 -d

Carga de

rebose –

m/d

Dosis de

coagulante

mg/L FeCl3

Dosis de

coagulante

mg/L CaO Primarios 100 - 150 16 - 32

1 – 6 5 – 12 Secundarios 20 - 50 2 – 8

Espesamiento por flotación

Es utilizado principalmente para lodos proveniente de sistemasde lodos activados y filtros percoladores. Consiste en laseparación de sólidos del líquido mediante la introducción deaire en forma de burbujas finas dentro de la fase líquida. “Lasburbujas se adhieren a los sólidos y el empuje combinado delgas y el sólido hace que suban a la superficie del líquido dondeson removidos”.

En el proceso, se da una recirculación del caudal afluente,presurizado entre 280 y 480 kN/m2 (40 – 70 psi). El aireintroducido se combina con el caudal recirculado. La tubería derecirculación se calcula para producir una velocidad de flujo de2 a 3 m/s, siendo el material utilizado acero al carbón calibre 40

– 80.

Fuentes de Información: Datos tomados de (Romero R., J., 2005)


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Estabilización: Adición de cal, Digestión aeróbica y anaeróbica), producción de composta

La estabilización tiene como objetivos, el reducir losmicroorganismos patógenos presentes en los fangos de E.D.A.R.,eliminar los olores desagradables y eliminar la capacidad deputrefacción.

DIGESTIÓN AEROBIA

Consiste en la degradación biológica de la materia orgánicapresente en el agua residual gracias a la actividad microbiológicaen condiciones aerobias. Los fangos en el reactor debenmantenerse en concentraciones cercanas a 25 g/l y la reducciónde la materia volátil debe ser como mínimo del 40%.

El tiempo de retención hidráulico se calcula según la fórmula:

t (días) = volumen reactor (m3)/caudal de entrada (m3/día)

La carga de sólidos volátiles por m3 de digestor se denominacarga de trabajo y según aumenta la carga de trabajo, disminuye

la reducción de sólidos volátiles.

En este tipo de digestión hay que tener en cuenta la cantidad deoxígeno que tenemos que suministrar al digestor, ya que lacantidad de oxigeno consumida determina la cantidad de sólidosvolátiles destruidos. Se estima que se necesitan 2 kg de oxígenopor kg de materia volátil destruida más 1,8 kg de oxígeno porcada kg de DBO5 del fango primario.

DIGESTIÓN ANAEROBIA

La digestión anaerobia es la degradación de la materia orgánicade los fangos en condiciones de anoxia. Las reacciones que seproducen en esta degradación liberan energía además de liberaral medio metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

Este tipo de digestión trascurre en diferentes fases:

Fase de hidrolítica: En esta etapa se rompen los enlaces de lasgrandes moléculas gracias a las enzimas que excretan lasbacterias hidrolíticas.

Fase Ácida: En esta fase actúan bacterias facultativas quetransforman los compuestos orgánicos presentes en el fango enácidos orgánicos de bajo peso molecular, esto produce al

finalizar esta etapa el pH descienda.

Fase Acetogénica: Esta fase la realizan las bacterias acetogénicas,las cuales sueltan acetatos y CO2 al medio.

Fase Metanogénica: Etapa realizada gracias a las bacteriasmetanogénicas, las cuales forman metano (CH4) y dióxido decarbono (CO2). Estas bacterias tienen un crecimiento lentoprovocando que su metabolismo sea limitante en el proceso deltratamiento de los fangos mediante digestión anaerobia.

ESTABILIZACIÓN QUÍMICA

Oxidación con cloroEs la oxidación química del fango mediante la aplicación de unadosis elevada de cloro. Se realizan en reactores cerrados ynecesita un periodo de retención bastante corto.

Estabilización con calSe añade cal al fango en dosis tales para mantener el pH 12durante el tiempo suficiente como para asegurar la eliminación oreducción de organismos patógenos presentes en los fangos.

Este tipo de estabilización se suele usar:

Como sistema complementario de estabilización durante losperiodos en que las instalaciones de otros sistemas (como ladigestión o la incineración) están fuera de servicio.

Como sistema complementario a los procesos de digestión

cuando hay una cantidad de fangos mayor a la cantidad previstaen el diseño de las instalaciones.

En plantas de pequeño tamaño donde una inversión y laconsiguiente explotación de las instalaciones de otro sistema deestabilización no resulten rentables.

COMPOSTAJE

El compostaje es un sistema de transformación microbiológicaaerobia controlada de la fracción orgánica de residuos de distintanaturaleza, por ejemplo residuos de lodos activados. Un amplioconjunto de microorganismos transforman los materialesorgánicos en un producto húmico que puede usarse comoimportante regenerador o enmendante orgánico de suelos,disminuyendo el volumen de estos residuos y el contenido enpatógenos siempre que el proceso esté bien controlado.

Fuentes de Información: Tratamiento de aguas residuales Tratamiento de aguas residuales. (2016). Google Books.


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Deshidratado: Lecho secado, filtro de banda, decantadores centrífugos, Filtros de prensa

Mediante el secado de los lodos se consigue reducir el peso delos lodos. El secado se crea mediante la evaporación del aguaque existe en los lodos.

El secado de los lodos es producido generalmente medianteprocedimientos basados en contacto, convención o radiación.

No es necesario el suministro de grandes cantidades de aireporque el calor suministrado por contacto entre el productoque se descarga y las paredes calientes es suficiente. Solo serequiere una cantidad de flujo de gas mínima para laevacuación del vapor. Esto tiene como ventaja que el gasto deaire de salida es bajo.

Métodos de deshidratación de lodos

Lechos de secado

El proceso de lechos de secado es uno de los procesos con

mayor antigüedad, lo cual lo hace práctico y sencillo en surealización. En este proceso se usan lechos rectangulares depoca profundidad, que a su vez posean fondos porosos. En laparte superior se coloca una red de drenaje subterráneo paraposteriormente separar las áreas convencionales con paredesbajas; el lodo pasa a los lechos hasta que alcanza unaprofundidad de entre 125 a 250 mm.

La pasta que se obtiene se seca, provocando que se agriete ypermita una evaporación mayor para liberar el agua de lluviade la superficie. La deshidratación se logra gracias al drenaje delas capas inferiores y a la evaporación de la superficie bajo laacción del sol y el viento.

Filtrado de presión

El filtrado de presión es un proceso discontinuo, el cualconsiste en bombear el lodo acondicionado con presióncreciente en cámaras revestidas con telas de fieltro. Lascámaras se encargan de retener los sólidos permitiendo que ellíquido escape por los canales de las placas metálicas de apoyo.

Conforme se escapa el líquido, la pasta adyacente a la telaopera como un filtro adicional para el resto del lodo y la pastase deshidrata hacia el centro.

Filtrado al vacio

El filtrado al vacio es un proceso, en el cual un tambor giratoriosegmentado cubierto con tela de fieltro sumerge por partes enlodo acondicionado. Acorde va girando el tambor y la capa delodo emerge del tanque, el aire sale ayudando a ladeshidratación. Posteriormente, un raspador extrae la pasta delodo.

Centrifugación

El proceso de centrifugación es de tipo de carcasa sólida, por lo cuconsiste en alimentar el lodo acondicionado al centro de una carcaque gira rápidamente.

Los sólidos son arrojados a la orilla exterior donde son removidos pun raspador-transportador.

Filtros para deshidratación de lodos

El líquido de los lodos del agua residual, es altamente contaminanpor lo cual se debe regresar a la planta principal de tratamiento pasu estabilización. Para conseguir grados de sequedad completosmayores, hay que someter el lodo a una filtración.

Los sistemas de filtración más empleados son los filtros prensa y lfiltros banda.

Filtros prensa

Los fil

fichas bioprocesos

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