Tratamiento Biologico

AGUAS RESIDUALES: Descargas de: •Usos municipales •Industriales •Comerciales •De servicios •Agrícolas •Pecuarios •Domésticos •mezclas

Limites máximos permisibles de descargas de aguas residuales •NOM-001-SEMARNAT-1996 •NOM-002-SEMARNAT-1996 •NOM-003-SEMARNAT-1997

Por lo tanto debe de llevarse a cabo un tratamiento de estas que posibilite la devolución del agua al medio ambiente en condiciones compatibles con el Los sistemas de tratamiento de aguas residuales se valen de fenómenos naturales como: sedimentación, transferencia de gases, filtración, adsorción, intercambio iónico, precipitación química, oxidación química y biológica para remover los contaminantes del agua residual.

•El material orgánico puede ser utilizado como fuente de energía por organismos para transformarlo en compuestos sencillo y de fácil eliminación (CO2, CH4) •Coagulación y eliminación de sólidos disueltos y en suspensión Estabilización de la materia orgánica Organismos aeróbicos y anaeróbicos

Pseudomonas

Bdellovibrio

zoogloea

Sphaerotilus

DEMANDA DE OXIGENO: Refleja el efecto que tendrán los compuestos orgánicos una vez que sean incorporados en los cuerpos de aguas receptores. DEMANDA BIOLOGICA DE OXIGENO (DBO): •Usa microorganismos para oxidar los componentes orgánicos utilizando oxígeno. •Se mide el oxígeno consumido durante un periodo especificado (5,7 o30 días)

DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO •Oxigeno requerido para oxidar químicamente el material orgánico. •Agente oxidante K2Cr2O7, en presencia de H2SO4 y un catalizador de Ag •Tiempo de análisis 2 horas. •Normalmente entrega resultados poco mayores que la DBO

Lleva a cabo los procesos de bioxidación del material orgánico utilizando poca o ninguna energía.

•Lagunas de tratamiento

Sistemas de lodos activados

•Filtros biológicos

Los sistemas de tratamiento naturales más comunes en México son las lagunas de estabilización y los sistemas de lodos activados, en menor grado se Utilizan los humedales construidos

Mecanismo de tratamiento que favorece la acción de microorganismos para reducir la DBO con o sin aporte externo de energía. TIPOS DE LAGUNAS Según las reacciones biológicas -Anaerobias -Facultativas -Aerobias

Según el grado de tratamiento -Primarias -Secundarias -Terciarias o de maduración

Según el método de aireación -Aireación natural

Según las condiciones de descarga -Sin descarga -Con descarga controlada -Con descarga continua

-Aireadas

LAGUNAS AEROBIAS (OXIDACIÓN) -Corto tiempo de retención -Condiciones aerobias en todo el volumen -Reciben menor carga orgánica Poco profundas para lograr la formación de algas Que mejoran el tratamiento

Trabajan con aportación natural de oxígeno, por acción del viento o por la fotosíntesis de las algas.

LAGUNAS FACULTATIVAS •Tienen zonas diferenciadas (aerobia y anaerobia) •Son las más utilizadas en el tratamiento de aguas residuales •Suelen medir de 1 a 2 m de profundidad

LAGUNAS AIREADAS se les suministra oxígeno de forma forzada para aumentar el rendimiento. •Impide el crecimiento excesivo de algas •Aumenta el consumo de oxígeno •Reduce el tiempo de retención •Mayor capacidad de carga

La aireación es una de las partes más importantes en los sistemas aeróbicos. Aireación mecánica: Agitación en la interfase aire-liquido para producir un contacto con la atmósfera Aireación por difusores: Colocados en el fondo del reactor para que la transferencia de oxígeno tenga lugar al ascenso de las burbujas

Sistema de aireación estático sumergido por difusores

SISTEMAS DE AIREACIÓN

Arreglos o diagramas de flujo de sistemas lagunares •Pueden constar de una o varias lagunas; cuando es una, suele ser facultativa. •Se encuentran arreglos de dos o más lagunas facultativas. Facultativa

Anaerobia

Facultativa

Anaerobia

Facultativa

Aerobia de maduración

Facultativa

Aerobia de maduración

Facultativa

Facultativa

Facultativa Facultativa

Puede realizarse en serie o en paralelo

OPERACIÓN EN SERIE •Producen efluentes con poca carga microbiana (bacterias y algas). •Reduce la posibilidad de que dejen •de funcionar por colapso. La carga que recibe la primer laguna es muy grande y genera malos olores

OPERACIÓN EN PARALELO •Puede alimentarse una mayor carga orgánica •Permite la limpieza de una de ellas sin detener •el tratamiento •El tratamiento puede disminuir su eficiencia

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE LAGUNAS DE TRATAMIENTO •Procedimiento natural, de bajo Impacto •Bajos costos de instalación y de energía •Facilidad de explotación y mantenimiento •Amplio margen de fluctuación en carga y caudales •Reducción de microorganismos patógenos

•Necesidad de grandes extensiones de terreno •Acumulación de materia flotante •Rendimientos moderados de reducción de sólidos •Perdida de agua por evaporación en lugares cálidos

Los contaminantes principales que remueven son: • Materia en suspensión orgánica o inorgánica • Materia orgánica disuelta biodegradable (DBO soluble). • Cuando se utilizan lagunas aerobias de alta tasa, las algas producidas se cosechan, hay remoción de nutrientes (nitrógeno y fósforo).

Tipo de laguna

Contaminante removido

Eficiencia de remoción %

Anaerobia

Materia orgánica medida como DBO5

50 - 85

Facultativa

Materia orgánica medida como DBO5

80 - 95

Aerobia de baja tasa

Materia orgánica medida como DBO5

80 - 95

Aerobia de alta tasa

Materia orgánica medida como DBO5 Nitrógeno

80 - 95 40 - 80

Aerobia de maduración

Materia orgánica medida como DBO5 Coliformes

60 - 80 99.95

Remoción de helmintos y de virus

La remoción de los helmintos puede alcanzar niveles muy altos, cercanos al 100%, con tiempo de retención suficiente. El nivel de remoción de virus es menor, aumenta con el tiempo de retención hidráulico.

Filtros Biológicos Los sistemas de tratamiento biológico basados en microorganismos inmovilizados en matrices inertes se caracterizan por tener una gran concentración de biomasa y son muy simples de operar. Su eficiencia depende de una buena distribución del material orgánico, del estado de la masa microbiana y de la circulación de aire a través del lecho. Generalmente, el aire circula por convección, debido a las diferencias de temperatura que se generan debido a las reacciones bioquímicas exotérmicas.

Filtro Biológico

Parámetros de diseño ¾

Para cálculos preliminares, se usan criterios de diseño puramente empíricos:

¾

La carga de DBO no debe exceder 1,2 (kg DBO m3 /día) La carga hidráulica (incluyendo la recirculación) debe ser menor de 30 (m3m 2/día1) La recirculación debería ser tal que la DBO que entra (incluyendo la recirculación) no sea más de 3 veces que la DBO alimentada. El volumen del filtro se determina dividiendo el total de DBO diario por 1,2 (kg DBO m3 /día1) o menos. El área puede ser calculada dividiendo el flujo volumétrico de efluente a tratar, por la carga hidráulica de diseño.

¾ ¾ ¾ ¾

Sistema de Lodos Activados

¾

El sistema de lodos activados es un sistema de tratamiento biológico de mayor velocidad de degradación, debido a que se mantiene una alta concentración de biomasa en el reactor.

¾

El sistema consta de dos etapas básicas:

¾

Birreactor aireado: Donde la biomasa natural (lodos activados) degrada/metaboliza los componentes orgánicos; se forman flóculos.

¾

Sedimentados: Donde los flóculos (lodos) son separados del líquido clarificado y parcialmente reciclados al biorreactor.

Componentes del Sistema de Lodos Activados

Características Generales de los Lodos Activados  Las aguas residuales se ponen en contacto con una población de microorganismos en un biorreactor.  Los microorganismos consumen el material orgánico disuelto y suspendido. El efluente del reactor se alimenta a un sedimentador, donde se obtiene el efluente final clarificado, mientras que los flóculos microbianos (lodos) son concentrados y reciclados parcialmente al biorreactor  En el reactor, la materia orgánica disuelta se elimina rápidamente, debido a adsorción en los flóculos y aglomeración del material orgánico suspendido.  La degradación metabólica del material orgánico tiene lugar más lentamente, por acción de los microorganismos presentes. En este proceso, parte del material orgánico se oxida a CO2 (mineralización) y parte se convierte en nueva masa celular (asimilación).  Parte de la masa microbiana muere y se descompone regenerando el material orgánico disuelto. Los lodos desechados representan la cantidad neta de biomasa producida por asimilación.

Componentes del Sistema de Lodos Activados

Balance de materia ¾

El volumen de reactor y el tiempo de residencia requeridos para completar la degradación biológica de los contaminantes orgánicos se estiman a partir de un balance de masa y de la cinética del proceso. En general, el balance de masa para el componente k en el biorreactor considera los siguientes términos:

Parámetros Operacionales para Lodos Activados ¾ Nivel

de carga de la planta ¾ Tiempo de residencia hidráulico. ¾ Concentración de lodos. ¾ Tiempo de residencia de los lodos.

Parámetros operacionales del sistema ¾

Nivel de Carga de la Planta : Se refiere a la cantidad de material orgánico que se carga al reactor.

¾

Tiempo de Residencia Hidráulico: El tiempo de residencia del líquido (V/F) debe ser suficiente para permitir un tiempo de contacto adecuado entre el material orgánico disuelto y los microorganismos. Los sistemas convencionales presentan tiempos de residencia hidráulicos entre 6 y 10 horas.

¾

Concentración de lodos: Se refiere a la masa de lodos por unidad de volumen de reactor.

¾

Tiempo de residencia de los lodos, tr (edad de los lodos): La característica esencial de los lodos activados es la recirculación de lodos concentrados al reactor. Por lo tanto, el tr es uno de los parámetros más importantes de la operación.

Tiempos de residencia (tr) ¾

Lagunas Facultativas: Tiempo de Residencia: 10-25 días Remoción de DBO5: 60-75%

¾

Filtros Biológicos: Tiempo de Residencia: 0.4 - 2 días Remoción de DBO5: 60-85% ¾

Lagunas de Aireación: Tiempo de Residencia: 3 - 7 días Remoción de DBO5: 70-97%

¾

Lodos Activados: Tiempo de Residencia: 0.3 - 2 días Remoción de DBO5: 70-97%

¾

Digestión Anaerobia: Tiempo de Residencia: 0.5 - 3 días Remoción de DBO5: 30-90%

Variantes del sistema de lodos activados convencional ¾ Aireación

por pasos ¾ Aireación piramidal ¾ Estabilización por Contacto ¾ Lodos activados con oxìgeno puro ¾ Zanjas de oxidación

Aireación por pasos ¾

¾

En un sistema de lodos activados convencional, la tasa de oxidación es máxima en el extremo de entrada del tanque en ocasiones es difícil mantener condiciones aerobias con una distribución uniforme de aire. Esta variación permite disminuir este problema. Se introduce el material orgánico en incrementos o pasos, en lugar de hacerlo en la cabecera. La adición del efluente de esta forma propicia una remoción uniforme de la DBO a través del tanque

Aireación Piramidal ¾

El abastecimiento de aire se reduce progresivamente a lo largo del del tanque de modo que, no obstante que que se usa el mismo volumen de aire que en el sistema convencional, se concentra más aire en la entrada del tanque para hacer frente a la alta demanda que ahì se presenta, esto es, se agrega aire en proporciona la DBO ejercida.

Estabilización por contacto ¾

Es apropiado para sistemas completamente mezclados (donde se generan problemas de sedimentabilidad).

¾

El influente de agua residual se mezcla y airea con lodos activados de retorno solo durante 30-60 min. (estabilización por contacto ). Los microorganismos absorben los contaminantes orgánicos pero no los estabilizan.

¾

Después del periodo de contacto, el licormezclado entra a el sedimentador secundario y el lodo activado se sedimenta; el agua residual clarificada fluye sobre el vertedor del efluente.

¾

El lodo sedimentado se bombea hacia el interior de otro tanque denominado de reaireación o estabilización.

¾

El contenido del tanque de estabilizaciòn es aireado durante 2-3 horas permitiendo a los microrganismos descomponer el material orgànico absorbido.

¾

La concentraciòn de los sòlidos en los tanques en el tanque de contacto es de aproximadamente 2000 mg/L

Estabilización por contacto

Lodos Activados con Oxígeno Puro ¾

Ofrece mayor capacidad de tratamiento. Un ejemplo de esta variación del proceso de lodos activados en México es la planta Dulces Nombres en el Estado de Nuevo León.

Planta Dulces Nombres

Bibliografía ¾

Woodard & Curran, “Industrial Waste Treatment Handbook”, second edition, ElSevier

¾

Ramahlo R.S., “Tratamiento de Aguas Residuales”, Editorial Reverté SA, Barcelona (1991).

¾

Vásquez González Alba B. , Cesar Valdez Enrique, “ Ingeniería de los sistemas de tratamiento y disposición de aguas residuales, Fundación ICA, 2003

¾

C.A. Zaror Z., “Introducción a la Ingeniería Ambiental para la industrial de procesos”