Universidad de OrienteNcleo BolvarEscuela de Ciencias de la TierraDepartamento de Ingeniera IndustrialIngeniera AmbientalSeccin 01

TRATAMIENTOS BIOLGICOS DE LAS AGUAS RESIDUALES: DE CULTIVO FIJO Y DE CULTIVO SUSPENDIDO.

Profesora: Bachilleres Grupo N4:Ana Teresa Romero Jimnez Andrea C.I. 22 814 093 Jimnez Roberto C.I. 22 814 090

Ciudad Bolvar, Julio 2015RESUMEN.El proceso de tratamiento biolgico de las aguas residuales consiste en el control del medio ambiente de los microorganismos de modo que se consigan condiciones de crecimiento ptimas, y sus objetivos son la coagulacin y eliminacin de los slidos coloidales no sedimntales para lograr la reaccin del contenido de materia orgnica.

Las principales aplicaciones de estos procesos son la eliminacin de la materia orgnica carbonosa del agua residual, la nitrificacin, la desnitrificacin, la eliminacin de fsforo, y la estabilizacin de fangos.

Los principales procesos biolgicos aplicados al tratamiento de agua residual se dividen en cuatro grandes grupos: procesos aerobios, donde existe presencia de oxigeno disuelto; anaerobios, donde no existe presencia de oxigeno disuelto y nitratos; anoxicos, donde existe presencia de nitratos; y procesos combinados, que implican la combinacin de los procesos mencionados anteriormente.

Por otro lado, estos grupos pueden realizarse en un proceso de cultivo en suspensin o cultivo fijo. En los procesos de cultivo en suspensin, los microorganismos responsables del proceso se mantienen en suspensin dentro del lquido; mientras que en los procesos de cultivo fijo los microorganismos responsables del proceso estn fijados a un medio inerte.

TRATAMIENTOS BIOLGICOS DE LAS AGUAS RESIDUALES: DE CULTIVO FIJO Y DE CULTIVO SUSPENDIDO.El tratamiento biolgico de las aguas residuales se realiza en reactores diseados especialmente para mantener los microorganismos bajo condiciones controladas, acelerando el proceso natural de descomposicin y neutralizacin de los residuos, antes de que las aguas sean finalmente vertidas a las masas de agua receptoras. En el proceso participan distintas reacciones microbiolgicas para eliminar o transformar diferentes tipos de materia orgnica, nutrientes y muchos otros elementos qumicos tales como el sulfuro y los metales. Estas reacciones pueden ser realizadas bajo condiciones aerobias (presencia de oxigeno disuelto), anoxicas (ausencia de oxigeno disuelto, presencia de nitratos) o anaerobias (ausencia de oxigeno disuelto y nitratos), dependiendo de la va de degradacin empleada. Asimismo, la biomasa empleada en el tratamiento se puede mantener en un proceso de cultivo en suspensin o un proceso de cultivo fijo. Proceso de cultivo en suspensin: son los procesos de tratamiento biolgico en los que los microorganismos responsables del proceso se mantienen en suspensin dentro del lquido.

Proceso de cultivo fijo: son los procesos de tratamiento biolgico en los que los microorganismos responsables del proceso estn fijados a un medio inerte, especialmente diseado.Los tratamientos biolgicos se basan en la utilizacin de microorganismos capaces de asimilar las sustancias en suspensin o disueltas presentes en el agua residual, a fin de incorporarlas al metabolismo celular y de obtener energa para sus funciones vitales y promover el desarrollo somtico. Con un control adecuado de las condiciones ambientales (presencia o ausencia de oxigeno, pH optimo, temperatura y mezcla) es posible conseguir el desarrollo de una biomasa capaz de depurar el agua residual hasta alcanzar el grado de tratamiento deseado. En resumen el tratamiento biolgico se lleva a cabo por la actividad de los microorganismos con el objeto de eliminar slidos coloides no sedimntales y la estabilizacin de la materia orgnica.Los microorganismos se nutren de diversos compuestos que contaminan las aguas generando floculos por agregacin que se separan en forma de lodos o fangos.Las aplicaciones de los tratamientos biolgicos son: Eliminacin de materia orgnica carbonosa del agua residual. Nitrificacin. Desnitrificacion. Eliminacin de fosforo. Estabilizacin de fangos.Los principales procesos biolgicos utilizados en el tratamiento de aguas residuales se resumen en la siguiente tabla:

TRATAMIENTO BIOLOGICO AEROBIO.En el proceso de tratamiento aerobio del agua residual los microorganismos emplean la materia orgnica presente, junto al oxigeno disuelto, para producir el crecimiento de las clulas y CO2 y agua como productos finales.Los procesos principales se llevan a cabo con sistemas de cultivo en suspensin o cultivo fijo.Cultivo en suspensinSe distinguen dos tratamientos:

Fangos activados (lodos activados): el residuo orgnico se introduce en un reactor donde se mantiene un cultivo bacteriano en suspensin, manteniendo un ambiente aerobio mediante el uso de difusores o aireadores mecnicos que facilitan el mezclado.

Lagunas aireadas: el proceso biolgico se realiza en lagunas de grandes extensiones, en contacto con la atmosfera.

Finalmente, ya sea por un tipo de tratamiento u otro, la mezcla de agua y fango se conduce a un tanque de sedimentacin para la separacin del agua residual, y una parte del lodo se recircula para mantener el reactor activo.

La otra fraccin del lodo, correspondiente al crecimiento asociado a un agua residual determinada, se purga del sistema y se le da un tratamiento adecuado.

Cultivo fijoEn este caso, los microorganismos estn fijos en un soporte solido, introduciendo suficiente oxigeno para asegurar que el proceso sea aerobio. Se emplea para eliminar la materia orgnica y para el proceso de conversin de nitrgeno amoniacal en nitrato.

Filtros percoladores: tambin son conocidos como filtros biolgicos y suelen ser lechos fijos de gran dimetro, rellenos con rocas o piezas de plstico o cermica con formas especiales, para desarrollar una gran superficie. Sobre la superficie crece una capa fina de biomasa, sobre la que se dispersa el agua residual a tratar.

Reactores biolgicos rotatorios: consisten en una serie de placas o discos, soportados en un eje y parcialmente sumergidos en una balsa que contiene el agua residual. Sobre la superficie de los discos crece la biopelicula, que, sucesivamente, se moja y entra en contacto con el aire, producindose la degradacin de la materia orgnica.

TRATAMIENTO BIOLOGICO ANAEROBIO.

El tratamiento biolgico anaerobio es un proceso biolgico ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales. Se caracteriza por la produccin del denominado biogs, formado fundamentalmente por metano y dixido de carbono, y susceptible de ser utilizado como combustible para la generacin de energa trmica y/o elctrica.Cultivo en suspensinProceso de descomposicin de materia orgnica e inorgnica en ausencia de oxigeno molecular.

Se aplica para la estabilizacin de fangos concentrados producidos en el tratamiento de agua residual y de determinados residuos. Recientemente se ha demostrado que tambin se puede utilizar para el tratamiento de residuos orgnicos diluidos.

Cultivo fijoLos microorganismos estn fijos en un soporte solido, sin aportacin de aire. Se emplean dos tipos de procesos:

Filtro anaerobio: el agua fluye en sentido ascendente por una columna rellena de medios slidos en el que estn fijas y se desarrollan las bacterias anaerobias.

Lecho expandido: el agua residual se bombea a travs de un lecho de material adecuado, por ejemplo, arena, carbn, conglomerado, en el que se ha desarrollado el cultivo biolgico.

Se espera que el uso de cultivos anaerobios fijos aumente con el tiempo, puesto que la cantidad de fangos que produce es considerablemente inferior a la que se produce en los procesos aerobios y, adems, permite el aprovechamiento del gas metano que se produce por la degradacin de los compuestos orgnicos.

TRATAMIENTO BIOLOGICO ANOXICO.Los procesos anxicos de cultivos en suspensin y fijos se utilizan para la eliminacin del nitrgeno en forma de nitratos, por transformacin biolgica en nitrgeno gas. Este proceso se conoce con el nombre de desnitrificacin y se realiza en condiciones anoxicas. La desnitrificacin puede realizarse en cultivos de suspensin y fijos, as como en sistemas independientes con fuente exterior de carbono y en sistemas combinados de oxidacin del carbono y nitrificacin-desnitrificacin. Proceso de desnitrificacin en cultivo suspendido y cultivo fijo: cuando se utiliza el cultivo suspendido, la desnitrificacin es similar al sistema de fangos activados. Las burbujas de gas nitrgeno se fijan a los slidos biolgicos y, en consecuencia, es necesaria la liberacin de este gas; se puede realizar por aireacin de los canales que conectan el reactor biolgico con los depsitos de sedimentacin o bien independientemente en un tanque en el que se aireen los slidos durante breves periodos de tiempo.La desnitrificacin en cultivo fijo se puede realizar en reactores de lecho compacto o de lecho fluidizado; los reactores de lecho compacto estn cubiertos y rellenos de gas nitrgeno, eliminando la necesidad de tener que sumergir el cultivo para mantener las condiciones anxicas. Tanto en los procesos de cultivo en suspension como fijos es necesaria la introduccion de materia organica (generalmente metanol), para la eliminacion de nitratos. La cantidad de carbono organico aadido debe ser cuidadosamente controlada.Igual que en todos los procesos biologicos, despues del tratamiento de desnitrificacin, se debe proceder a una sedimentacion de los solidos biologicos.Los procesos de sistemas independientes se utilizan mayoritariamente cuando el nitrogeno en las aguas residuales se tiene practicamente en forma de ion nitrato.

NUEVAS TECNOLOGAS ASOCIADAS A LOS TRATAMIENTOS BIOLGICOS DE LAS AGUAS RESIDUALES.La biotecnologa ya es, hoy en da, la tecnologa por excelencia para el tratamiento de las aguas residuales: el tratamiento biolgico puede procesar distintos efluentes de manera ms eficaz que con mtodos qumicos o fsicos, y se adecua especialmente bien al tratamiento de las aguas residuales contaminadas por los agentes orgnicos ms comunes. De hecho, ya hace ms de 100 aos que se utiliz por primera vez la biotecnologa para el tratamiento de las aguas residuales. Desde entonces se han inventado procesos aerobios y anaerobios. El tratamiento aerobio ha pasado a ser la tecnologa ms comnmente utilizada para los desechos de clorados y sustancias txicas. El principal objetivo del tratamiento del agua sola ser reducir la materia orgnica en general, pero hoy en da, con la importancia que ha cobrado la depuracin de agentes contaminantes industriales, se estn desarrollando procesos biolgicos para eliminar agentes contaminantes concretos. De las nuevas biotecnologas de tratamiento anaerobio de aguas residuales, el reactor anaerobio de flujo ascendente, UASB, es el ms utilizado en el mundo tanto para aguas residuales urbanas como industriales. Su caracterstica principal, retener biomasa sin necesidad de un soporte, gracias a la formacin de granos o flculos lo hace ms econmico y le da ventajas tcnicas sobre otros tipos de reactores avanzados.Consiste en un tanque donde el agua es introducida por la parte inferior del reactor dentro del lecho de lodo, donde la mayor parte del residuo es convertido en metano y CO2.Una caracterstica importante es la recuperacin de gas sin interferir con la sedimentacin de los microorganismos y su cada a la capa de lodos. El gas formado produce suficiente agitacin como para mantener las pelculas del lecho de lodos en movimiento y conseguir la mezcla total del lecho

CASO REAL DONDE SE EJEMPLIFICA EL PROCESO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS.

Remocin Directa: Demanda Bioqumica de Oxgeno (DQO), Nitrgeno, Fsforo, Slidos Suspendidos Totales y Slidos Sedimentables.

Remocin Indirecta: Regula pH, temperatura y en algunos casos adems remueve Coliformes fecales, color e ndice de fenol.

Descripcin: Tratamiento biolgico de cultivo suspendido, donde el residuo se estabiliza biolgicamente en un reactor bajo condiciones aerbicas. Durante el crecimiento y mezcla los organismos floculan formando una masa activa denominada lodos activados. El ambiente aerbico se logra mediante el uso de aireacin por medio de difusores o sistemas mecnicos.

Aplicacin: Tratamiento de Aguas Servidas Domiciliarias en poblaciones medianas y grandes. Algunos ejemplos de aplicacin segn cdigos CIIU:

900040Servicios de evacuacin de riles y aguas servidas.

900050Servicios de tratamiento de riles y aguas servidas.

900090Otras actividades de manejo de desperdicios.

Ejemplos destacados:

Southside Wastewater Treatment Plant, Dallas, Texas, USA. Esta planta de tratamiento fue construida en 1955 con una capacidad de generar 3 MGD (millones de galones por da) de agua tratada. En la actualidad la planta es capaz de tratar 16 MDG.

Luggage Point Wastewater Treatment Plant in Brisbane, Australia

En Chile la planta de tratamiento El Trebal y La Farfana de Aguas Andinas.

Vista area de plantas de tratamiento de aguas servidas con la tecnologa de lodos activados

CONCLUSION.Los tratamientos biolgicos de aguas residuales constituyen una serie de importantes procesos que tienen en comn la utilizacin de microorganismos para llevar a cabo la eliminacin de componentes indeseables del agua, aprovechando la actividad metablica de los mismos sobre esos componentes. La aplicacin tradicional consiste en la eliminacin de materia orgnica biodegradable, tanto soluble como coloidal, as como la eliminacin de compuestos que contienen elementos nutrientes. En la mayor parte de los casos, la materia orgnica constituye la fuente de energa y de carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Adems, tambin es necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos esenciales para el crecimiento.En el metabolismo bacteriano juega un papel fundamental el elemento aceptor de electrones en los procesos de oxidacin de la materia orgnica. Este aspecto, adems, tiene una importante incidencia en las posibilidades de aplicacin al tratamiento de aguas. Atendiendo a cual es dicho aceptor de electrones distinguimos tres casos: Sistemas aerobios: La presencia de O2 hace que este elemento sea el aceptor de electrones, por lo que se obtienen unos rendimientos energticos elevados, provocando una importante generacin de fangos, debido al alto crecimiento de las bacterias aerobias. Su aplicacin a aguas residuales puede estar muy condicionada por la baja solubilidad del oxgeno en el agua. Sistemas anaerobios: En este caso el aceptor de electrones puede ser el CO2 o parte de la propia materia orgnica, obtenindose como producto de esta reduccin el carbono en su estado ms reducido, CH4. La utilizacin de este sistema, tendra como ventaja importante, la obtencin de un gas combustible. Sistemas anxicos: Se denominan as los sistemas en los que la ausencia de O2 y la presencia de NO3 hacen que este ltimo elemento sea el aceptor de electrones, transformndose, entre otros, en N2, elemento completamente inerte. Por tanto es posible, en ciertas condiciones, conseguir una eliminacin biolgica de nitratos (desnitrificacin).Teniendo en cuenta todos estos aspectos, existe una gran variedad de formas de operar, dependiendo de las caractersticas del agua, as como de la carga orgnica a tratar.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

FONFRIA, Ramon; RIBAS, Joan de Pablo. Ingenieria Ambiental: Contaminacion y Tratamiento. Coleccin Productica. Marcombo S.A.

Manual para la formacin en medio ambiente. Editorial Lex Nova S.A. Espaa.

Innovacin y Cualificaciones S.L., Target Asesores S.L. Experto en gestin medioambiental. IC Editorial.

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