TESINA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
REGION XALAPA
“Tratamiento biológico del agua residual: sistemas aerobios de cultivo en
suspensión”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
PRESENTA
Mariel Guzmán Luis
DIRECTOR
M.I. Rabindranarth Romero López
Xalapa Enríquez, Veracruz
2012
AGRADECIEMIENTOS
Agradezco, a mi director y revisores:
M.I. Rabindranarth Romero López
Ing. Eduardo Castillo González
Q.F.B. Flora Angélica Solano Cerdán
Y a todas las personas de la institución Universidad Veracruzana que intervinieron de
alguna manera para la terminación de mi tesina.
ÍNDICE
INTRODUCCION ................................................................................................... 1
CAPITULO I.- GENERALIDADES .......................................................................... 3
1.1.- ANTECEDENTES DEL AGUA POTABLE................................................... 4
1.2. CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL. ............................................. 6
1.2.1. Composición. ......................................................................................... 6
1.2.2. Características bacteriológicas. ............................................................. 7
1.2.3. Principales parámetros. ......................................................................... 9
1.3. JUSTIFICACION. ....................................................................................... 12
1.4. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL. ................................................................. 13
CAPITULO II.- FUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS BIOLOGICOS AEROBIOS
............................................................................................................................. 18
2.1. CINETICA DEL CRECIMIENTO BIOLOGICO. ........................................... 19
2.2. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS. ................................................... 21
CAPITULO III.- SISTEMAS BIOLOGICOS AEROBIOS DE CULTIVO EN
SUSPENSION ..................................................................................................... 25
3.1. ANTECEDENTES HISTORICOS ............................................................... 26
3.1.1. Características del proceso: lodo activo ............................................... 26
3.1.2. Configuraciones del proceso: lodo activo ............................................. 28
3.2. LAGUNAS AIREADAS. .............................................................................. 32
3.3. REACTOR BIOLOGICO SECUENCIAL (SBR). ......................................... 34
3.4. BALSAS DE ESTABILIZACION. ................................................................ 35
CAPITULO IV.- EFICIENCIA DE TRATAMIENTOS ............................................. 37
4.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TRATAMIENTO. ...................... 38
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................ 41
GLOSARIO DE TERMINOS ................................................................................. 43
SIGLAS ................................................................................................................ 45
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 46
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y sus
procedencias.......................................................................................................... 8
Tabla 2.1.-Clasificación general de los microorganismos atendiendo a sus fuentes
de energía y carbono ........................................................................................... 24
Tabla 3.1. Modificación de configuraciones del lodo activo .................................. 28
Tabla 4.1. Comparativo de eficiencias de tratamientos biológicos aerobios de
cultivo en suspensión ........................................................................................... 38
Tabla 4.2. Ventajas y desventajas de tratamientos aerobios de cultivo en
suspensión………………………………………………………………………………..39
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. DBO5 en aguas superficiales en México.…..…………….………….….10
Figura 1.2. DQO en aguas superficiales en México……………...……….……...….11
Figura 1.3. Niveles de nitratos: concentraciones en la desembocadura de los
ríos…………………………………………………………………………………………14
Figura 1.4. Comparación entre aireación convencional, aireación en disminución y
oxígeno puro de sistemas de lodo activo………………………………..…………....16
Figura 2.1.Oxidación aeróbica……………………………….………..……….………21
Figura 3.1.Diagrama de flujo del lodo activo………………………………………….27
Figura 3.2. Comparación entre aireación convencional, aireación en disminución y
oxígeno puro de sistemas de lodo activo……………………………………………..31
Figura 3.3. Regímenes de mezcla de las lagunas aireadas………………………...34
Figura 3.4. Secuencia de funcionamiento típica para un SBR……………………...35
Figura 3.5. Esquema de los procesos importantes en una balsa de estabilización
aerobia…………………………………………………………………………………….36
INTRODUCCION
El agua es crucial para todos los aspectos de la vida, sólo una pequeña parte del agua
en la tierra es adecuada para su uso y extracción. Entre los efectos sobre la vida que el
agua tiene son: primeramente es un elemento crítico para la proliferación de la vida,
permite a los compuestos orgánicos replicar su ADN, interviene en todos los procesos
metabólicos de los seres vivos.
Entrando al siglo XXI, la humanidad sufre de problemas de agua tanto por cantidad
como por calidad, esto gracias al aumento de la población, a la industrialización y a la
deficiente estrategia para el uso del agua y el manejo del agua residual, a tal grado que
hasta el momento, se ven amenazados los ecosistemas acuáticos, los cuales son
elementales para nuestro soporte de vida.
Las bacterias son los microorganismos más importantes en este proceso es por eso
que se hará énfasis en su funcionamiento y necesidades para reproducirse, en orden
de importancia continúan los hongos, los protozoos, rotíferos y las algas.
El tratamiento biológico tiene objetivos específicos, como son
reducir la materia
orgánica del agua residual, en las aguas residuales agrícolas nitrógeno y fósforo, en las
residuales industriales compuestos orgánicos e inorgánicos.
En este trabajo, se describe el tratamiento biológico de agua residual específicamente
los procesos aerobios de cultivo en suspensión, los cuales pertenecen al tratamiento
secundario de aguas residuales y la mayoría trabaja bajo el principio en el que los
microorganismos utilizan la fracción orgánica contenida en el agua residual como
fuente de energía y carbono, de ésta manera se lleva a cabo la oxidación de la materia
orgánica, se sintetizan nuevos microorganismos y se estabiliza el afluente.
Un tema de importancia en el tratamiento biológico, es el control de las características
del medio ambiente en el cual se desarrollan las bacterias, es un elemento decisivo
para su reproducción ya que para el caso de procesos aerobios es imprescindible la
presencia de oxígeno.
En el capítulo I, se relata brevemente generalidades del agua potable y tratamiento a lo
largo de la historia desde los romanos hasta este tiempo, pasando por diversas
culturas que iniciaron grandes obras de ingeniería de agua potable. En éste apartado,
también se aborda de manera general las características físicas, químicas y
bacteriológicas del agua, así como los principales parámetros característicos del agua
residual.
Consecutivamente, en el capítulo II se
encuentra descrito el fundamento teórico
general del tratamiento biológico, reacciones de síntesis y de asimilación de los
microorganismos encargados del proceso.
En el capítulo III, se definen de los principales tratamientos biológicos aerobios y su
forma de llevar a cabo la degradación de materia orgánica.
Finalmente, el capítulo IV, expone una comparación entre los diferentes procesos
descritos anteriormente, así como ventajas y desventajas de cada uno, para terminar
con las conclusiones y recomendaciones de la información recopilada.
2
CAPITULO I.- GENERALIDADES
1.1. - ANTECEDENTES DEL AGUA POTABLE.
Es evidente, que con el paso de los años, el agua está dejando de ser un recurso
renovable, la población va en aumento y por lo tanto la necesidad de agua es
mayor. Con esto, el ser humano al utilizar el agua necesita desecharla, estos
desechos contribuyen a la contaminación de los cuerpos receptores de agua
residual. Es bien sabido que las civilizaciones primitivas solucionaban el problema
de la contaminación por desechos líquidos y sólidos emigrando hacia otros lugares
en donde les fuera posible establecerse. Hoy en día, no es factible esta práctica,
ya que no sólo se debe mitigar la contaminación sino que aparte es necesario y
urgente proteger y conservar las fuentes de agua, aunado a esto, tomar en cuenta
los daños que puede provocar el agua contaminada a la salud.
Antiguamente, diversas civilizaciones primitivas florecieron en zonas favorables
para la agricultura, como es el caso de Mesopotamia que hoy en día se considera
la base de la civilización humana, se asentaban en lugares cerca de los ríos o
lagos con el fin de obtener el agua, grandes ciudades como Londres, París, Tokio
entre otras, deben su crecimiento y riqueza a su asentamiento cerca de alguna vía
de agua. En ocasiones en las que no era posible asentarse cerca de un cuerpo de
agua, el hombre buscó alternativas para su extracción, como es el caso de la
construcción de pozos. Los restos de pozos de extracción de agua más antiguos
datan del siglo XII A.C. y se le atribuyen a los persas. En otros lugares, utilizaban
canales sencillos de árboles huecos para distribuir el agua, posteriormente
evolucionó el tipo de material a utilizar para los canales (Metcalf y Eddy, 1995).
En Roma se aprovechó el agua de escorrentía, subterránea y todas las fuentes
posibles para abastecer a la población, crearon presas para su almacenamiento y
además
crearon grandes acueductos para transportar el agua. Fueron los
primeros en ocuparse del desalojo del agua residual, para purificarla utilizaron los
embalses de aireación, desde esos tiempos se usaba la aireación como método
de tratamiento de aguas (Metcalf y Eddy, 1995).
4
Desde la caída del imperio Romano hasta la edad media, no se habían concretado
sistemas de tratamiento del agua residual, el nivel de calidad del agua era muy
bajo
y esto
provocaba
el
desarrollo
de
enfermedades
generalmente
gastrointestinales en las personas, ya que utilizaban agua contaminada (Metcalf y
Eddy, 1995).
Debido a los problemas de salud y contaminación que provocaba la calidad del
agua, surge la necesidad de crear un sistema de tratamiento del agua residual, en
el año 1806 en París comienza a funcionar una planta de tratamiento, la más
importante en su época, la cual constaba de una sección de sedimentación y
filtración del agua (Metcalf y Eddy, 1995).
No obstante en lugares como Londres, las medidas sanitarias eran escasas, la
población arrojaba las aguas en cualquier lugar de la calle, posteriormente se
dictaminó el uso de albañales para el desalojo, aún con esta medida surgen
graves problemas, ya que el Támesis recibía todas las descargas, y éste a su vez
abastecía a la población, aunado a esto gracias a las deficiencias en las
alcantarillas, el agua era filtrada a los mantos acuíferos, las enfermedades hídricas
iban en aumento (Metcalf y Eddy, 1995).
Aproximadamente en la segunda década del siglo XX, se desarrolló por primera
vez en Gran Bretaña el proceso de lodo activado, el cual comenzó a utilizarse en
las localidades más cercanas y posteriormente en todo el mundo, con esto, se
obtuvo una mejora considerable para el tratamiento de aguas residuales (Metcalf y
Eddy, 1995).
Con el paso de los años, se ha logrado que en los países desarrollados se cuente
con sistemas de tratamiento de agua residual
y desaparezcan enfermedades
hídricas, en los países en vías de desarrollo el proceso es lento, ya que los
sistemas de tratamiento son costosos.
5
En México, en la época porfirista debido a los problemas políticos y económicos
propios de esa época, tanto el abasto de agua como el drenaje, se vieron
considerablemente afectados (IPN, 2008).
Entre 1930 y 1940 se fueron construyendo los primeros colectores para el
desagüe y saneamiento del distrito federal hecho que se extendió por toda la
república. En 1946 nace la Secretaria de Recursos Hidráulicos (SRH) (IPN, 2008).
Es notorio que las culturas antiguas no sólo de México sino también del mundo,
construyeron grandes e importantes obras hasta el día de hoy, de abastecimiento
y distribución de agua, conforme la población aumentó, la demanda de agua y la
explotación de fuentes de suministro también, por ende se elevó la cantidad de
agua residual producto del uso humano, aunado a esto se agregó un volumen de
agua aún mayor que es el proveniente de las industrias.
Afortunadamente, hoy en día existen diversos procesos de tratamiento, que con el
paso del tiempo van evolucionando para obtener una mejor calidad del agua a
menor costo y con impactos ambientales reducidos.
1.2. CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL.
1.2.1. Composición.
En base a diversos estudios efectuados al agua residual doméstica, se encuentra
que cerca del 75% de sólidos suspendidos y del 40%
de sólidos filtrables,
corresponden a materia orgánica. Los principales grupos de sustancias orgánicas
presentes en el agua residual son las proteínas 40%-60%, hidratos de carbono
25%-50%, y grasas y aceites 10%; la concentración de ésta materia orgánica se
determina a través de la DBO5. Éstas sustancias a su vez, se dividen en
nitrogenadas (proteínas, ureas, aminas y aminoácidos) y no nitrogenadas (grasas,
jabones, celulosa) (Metcalf y Eddy, 1995).
6
En lo correspondiente a materia inorgánica, la cual también está o puede estar
presente en el agua residual, se encuentra el fósforo, cloruros, sulfatos,
carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro,
cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc, su presencia ha ido en aumento y
complica la depuración con tratamiento biológico (Metcalf y Eddy,1995)
1.2.2. Características bacteriológicas.
Una de las razones más importantes para tratar las aguas residuales es la
eliminación de todos los agentes patógenos de origen humano presentes en las
excretas con el propósito de cortar el ciclo epidemiológico de transmisión. Estos
son, entre otros:

Coliformes totales

Coliformes fecales

Salmonellas

Virus
Estos agentes patógenos son los principales causantes de enfermedades
gastrointestinales como la gastroenteritis, fiebre tifoidea, cólera, entre otros
padecimientos por los que hasta el día de hoy en naciones que no cuentan con los
recursos necesarios para tratar el agua, muere un número considerable de
personas (Tebutt, 2008).
A continuación se presenta una tabla con las características del agua residual, así
como su procedencia, se puede observar que la mayor parte de contaminantes del
agua, proviene del uso doméstico, seguido del uso industrial:
7
Tabla 1.1. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y sus procedencias
Características
Procedencia
Color
Aguas residuales domesticas e industriales, degradación natural de
la materia orgánica.
Olor
Agua residual en descomposición, residuos industriales.
Sólidos
Agua de suministro, aguas residuales domesticas e industriales,
erosión del suelo e infiltración.
Temperatura
Aguas residuales domesticas e industriales
Carbohidratos
Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Grasas animales, aceites,
Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
grasa
Pesticidas
Residuos agrícolas
Fenoles
Vertidos industriales
Proteínas
Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Compuestos
orgánicos Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
volátiles
Alcalinidad, cloruros
Aguas residuales domésticas, agua de suministro, infiltración de
agua subterránea.
Metales pesados
Vertidos industriales
Nitrógeno
Residuos agrícolas y aguas residuales domésticas.
pH , fosforo
Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Azufre
Agua de suministro; aguas residuales domésticas, comerciales e
industriales.
Sulfuro de hidrogeno
Descomposición de residuos domésticos
Metano
Descomposición de residuos domésticos
Oxigeno
Agua de suministro; infiltración de agua superficial.
Animales y plantas
Cursos de agua y plantas de tratamiento
Eubacterias
y
Arqueo Aguas residuales domésticas, infiltración de agua superficial, plantas
bacterias
de tratamiento.
Virus
Aguas residuales domésticas.
Parásitos
Aguas residuales domésticas e industriales
Fuente: (Metcalf y Eddy, 1995)
8
1.2.3. Principales parámetros.
Según la NOM-001-ECOL-1996, los parámetros característicos a medir del agua
residual antes del tratamiento son:

Temperatura

pH

Sólidos sedimentables

Demanda química de oxígeno (DQO)

Oxígeno disuelto (OD)

Demanda biológico de oxígeno (DBO)

Temperatura
La temperatura es de gran importancia, ya que éste parámetro, determina el
desarrollo de la vida acuática en los cuerpos receptores y algunos usos útiles que
se le puede dar al agua, por ejemplo puede afectar a las especies piscícolas.
Además, el oxígeno es más soluble en agua fría que en agua caliente.
Generalmente las aguas residuales tienen una temperatura más elevada que el
agua de suministro ya que en las casas y otros establecimientos se suministra
agua caliente (Rittman y Mc Carty, 2001).
El método para medir la temperatura es sencillo, se utiliza un termómetro de
precisión, del cual debe tomarse lectura después de introducirlo por aprox. 10 min.
En caso de no poder hacerse directamente, puede efectuarse tomando un
volumen de agua considerable (Rittman y Mc Carty, 2001).

pH
El pH mide la alcalinidad y acidez del agua, es un parámetro importante para la
existencia de la vida biológica, controla la actividad biológica y normalmente se
restringe a una escala bastante estrecha de pH de entre 6 y 8, las aguas muy
ácidas o muy alcalinas son corrosivas o presentan dificultades en su tratamiento,
se mide con un potenciómetro (Tebutt, 2008).
9

Sólidos sedimentables
Son aquellos sólidos que sedimentan cuando el agua se mantiene en reposo,
constituyen una medida aproximada de la cantidad de lodo que se obtendrá en la
decantación primaria del agua residual y se determinan volumétricamente
mediante el uso del cono Imhoff (Metcalf y Eddy, 1995).

Demanda biológica de oxígeno
La demanda biológica de oxígeno (DBO), es un parámetro que mide la cantidad
de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que
contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el
grado de contaminación, normalmente se mide transcurridos cinco días de
reacción (DBO5), y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro
(mgO2/l) (Metcalf y Eddy, 1995).
Figura 1.1.- DBO5 en aguas superficiales en México
Fuente: SEMARNAT. Informe de la situación del medio ambiente en México 2008.
10

Oxígeno disuelto
La presencia del oxígeno disuelto en el agua es una condicionante fundamental
para el desarrollo de la vida acuática, vegetal y animal, evitando la
descomposición anaerobia de la materia orgánica. La baja solubilidad del oxígeno
es el principal factor que limita la capacidad de purificación de las aguas naturales,
éste se mide con un oxímetro (Metcalf y Eddy, 1995).

Demanda química de oxígeno
La demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro que mide la cantidad de
materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos que hay en una
muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en
miligramos de oxígeno diatómico por litro (mg O2/l) (Metcalf y Eddy, 1995).
Figura 1.2.- DQO en aguas superficiales en México
Fuente: SEMARNAT. Informe de la situación del medio ambiente en México 2008.
11
1.3. JUSTIFICACION.
La importancia de ésta investigación recae en la necesidad que existe actualmente
en distintas zonas del país y también a nivel mundial, de tratar el agua producto
del uso humano, llámese doméstico, industrial o agrícola.
Dentro de las diversas ramas de la ingeniería civil, el tratamiento de aguas
residuales es un tema bastante amplio que abarca los procesos físicos, biológicos
y químicos necesarios para tratar el agua, en éste caso, sólo se desarrollará el
aspecto biológico a través del cual los organismos microscópicos efectúan la
degradación de materia orgánica e inorgánica contenida en el agua, producto del
uso humano.
Conjuntamente, todos los procesos biológicos empleados para tratar el agua
residual están basados en procesos o fenómenos que ocurren en la naturaleza,
por lo que resulta interesante su estudio.
Este trabajo pretende servir de guía para aquellos lectores con interés referente a
los tratamientos biológicos aerobios de cultivo en suspensión para depuración de
aguas residuales, ya que contiene información objetiva para poder comprender la
definición, funcionamiento y ventajas de cada sistema incluido en ésta tesina.
La información contenida es de carácter general suficiente para entender el
fundamento y operación de un sistema de tratamiento biológico aerobio de cultivo
en suspensión, es útil cuando es necesario
indagar sobre éste tema en
específico.
12
1.4. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL.
El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan
contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien
nocivo.
Debido a la importancia que tiene el agua en la vida del hombre, si está
contaminada, se convierte en un medio con gran potencial para transmitir una
amplia variedad de
enfermedades raras, lo que se debe esencialmente a la
limitada presencia de sistemas eficientes de abastecimiento de agua y
saneamiento adecuado. Como resultado, las enfermedades hídricas en estas
áreas alcanzan cifras escalofriantes (Tebutt ,2008).
En una encuesta reciente de la Organización Mundial de la Salud (OMS) destacan
los siguientes hechos:
-
Cada día mueren aproximadamente 30,000 personas por causa de
enfermedades hídricas. En los países en vías de desarrollo, el 80 % de
todas las enfermedades son de origen hídrico. Una cuarta parte de los
niños que nacen en los países en vías de desarrollo mueren antes de
cumplir los cinco años, la gran mayoría por enfermedades hídricas (Tebutt,
2008).
-
En cualquier momento es probable que 400 millones de personas sufran de
gastroenteritis, 200 millones por esquistosomiasis, 160 millones por
paludismo y 30 millones de oncocercosis. Todas estas enfermedades
pueden estar relacionadas con el agua, aunque también son importantes
otros factores ambientales (Tebutt, 2008).
La siguiente figura, muestra la situación global del problema de eutrofización, la
cual es provocada por un aumento de nitrógeno y fósforo principalmente,
provenientes del uso agrícola, industria, etc. Aunado a la falta de agua en el
mundo, la eutrofización afecta a la diversidad biológica de los cuerpos de agua:
13
Figura 1.3. Niveles de nitratos: concentraciones en la desembocadura de los ríos
Fuente: Unesco, “Water quality for ecosystems and human health”. 2008.
14
La asamblea general de las Naciones Unidas aprobó el 28 de julio de 2010 en el
sexagésimo cuarto periodo de sesiones, una resolución que reconoce al agua
potable y al saneamiento básico como derecho humano esencial para el pleno
disfrute de la vida y de todos los derechos humanos. (ONU, 2010.)
La resolución fue adoptada a iniciativa de Bolivia, tras 15 años de debates, con el
voto favorable de 122 países y 44 abstenciones, la asamblea de Naciones Unidas
de mostró “profundamente preocupada porque aproximadamente 884 millones de
personas carecen de acceso al agua potable y más de 2,600 millones de personas
no tienen acceso al saneamiento básico, y alarmada porque cada año fallecen
aproximadamente 1.5 millones de niños menores de 5 años y se pierden 443
millones de días lectivos a consecuencia de enfermedades relacionadas con el
agua y el saneamiento” la adopción de esta resolución estuvo precedida de una
activa campaña liderada por el presidente del estado plurinacional de Bolivia Evo
Morales Ayma. (ONU, 2010.)
La población mundial ha pasado de 2,630 millones en 1950 a 6,671 millones en
2008. En el lapso de 1950 a 2010, la población urbana ha pasado de 733 millones
a 3,505 millones. Es en los asentamientos humanos donde se concentra el uso del
agua no agrícola y donde se contraen la mayoría de las enfermedades
relacionadas con el agua. (ONU, 2010.)
De acuerdo a las cifras presentadas en el párrafo anterior, y a pesar de los
trabajos y buenas intenciones de las principales organizaciones mundiales por
mejorar la situación ambiental, para este caso, el agua, aún existen muchos
lugares en distintos países en donde el recurso escasea y por supuesto el
tratamiento del agua residual es casi nulo, es entonces cuando se propagan
enfermedades hídricas que en muchos casos causa la muerte.
La siguiente figura muestra a nivel mundial el número de muertes por
enfermedades relacionadas con el agua, así como el grado de eutrofización
global:
15
Figura 1.4. Problema de agua residual en distintas regiones
Fuente: UNEP-UN-HABITAT, 2010.
16
Actualmente, el agua representa un problema a nivel global, al grado de que no
sólo afecta la salud humana, sino que también destruye la vida ecológica en los
ecosistemas existentes de los cuerpos receptores de agua y al mismo tiempo el
agua subterránea también se ve afectada por infiltraciones de agua contaminada,
tal como lo muestra la figura anterior.
17
CAPITULO II.- FUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS BIOLOGICOS AEROBIOS
El proceso de tratamiento biológico aerobio consiste en el control del medio
ambiente de los microorganismos, de modo que se consigan condiciones de
crecimiento óptimo en presencia de oxígeno (Metcalf y Eddy, 1995).
2.1. CINETICA DEL CRECIMIENTO BIOLOGICO.
Existen 2 reacciones fundamentales en los procesos biológicos de eliminación de
materia orgánica:
1.- El crecimiento celular
2.- La degradación de la materia orgánica
En los procesos aerobios es de suma importancia conocer las necesidades de
oxígeno, para lo cual se realiza un cálculo de DQO al sistema. Dentro de esto, es
indispensable tomar en cuenta factores que afectan el proceso como son:
temperatura, pH, nutrientes, tóxicos que puedan impedir el proceso, etc., del control
de éstos elementos dependerá el éxito del sistema (Ferrer y Seco, 2008).
Continuamente, el tiempo que deben permanecer los organismos en el sistema es
elemental para su reproducción, éste concepto está relacionado con la velocidad de
crecimiento y a su vez con la velocidad de consumo del sustrato. (IDEM).
Teniendo en cuenta que los microorganismos se reproducen por fisión binaria, la
velocidad de crecimiento se puede expresar:
rx =µX
rX= velocidad de crecimiento de los microorganismos, mg L -1 t-1
µ= velocidad de crecimiento específico, t-1
X= concentración de biomasa activa, mg L -1
La relación de la tasa de crecimiento (µ) con la concentración de sustrato, queda
expresada mediante la ecuación de Monod:
19
S
KS+S
µ=µm
µm = velocidad máxima específica de crecimiento, t-1
S= concentración
Ks= constante
del sustrato limitante del crecimiento, mg L-1
de semisaturación
La ecuación resultante para la velocidad de crecimiento queda expresada:
rx= µmXS
Ks+S
La velocidad de utilización del sustrato está relacionada con la velocidad de
crecimiento de los microorganismos, se expresa:
rs=- 1 rx
Y
rs= velocidad de utilización del sustrato, mg L-1 t-1
Y= coeficiente de producción máxima, definido como la relación entre la masa de
células producida y la masa de sustrato consumido.
Sustituyendo la ecuación de velocidad de crecimiento en la anterior:
rs=
-µm XS
Y(Ks +S)
Esta ecuación se conoce como ecuación de Lawrence y Mc. Carty
El siguiente esquema muestra de manera resumida el proceso de oxidación biológica
aerobia:
20
Figura 2.1. Oxidación aeróbica
Nuevas células
Materia orgánica + bacterias + O2
CO2 + NH3 + H2O
Fuente: (Tebbutt, 2002)
Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan
por cada 1000 gr. de C, 43 de N y 6 de P, y que en las aguas residuales urbanas
existen por cada 1000 gr. de C, 200 gr. de N y 16 gr. de P.Haciendo una
comparación de
lo que necesitan los microorganismos para sobrevivir, con las
cantidades existentes de dichos elementos en el agua residual, podemos concluir
que a título general dichos microorganismos pueden desarrollarse en el agua
residual
perfectamente
(http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Procesos_biol
%C3%B3gicos_aerobios#2._FUNDAMENTOS_DE_LOS_PROCESOS_BIOL.C3.93G
ICOS_AEROBIOS, 2011)
Es importante comentar que en el caso de determinadas aguas con vertidos
industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas, siendo
necesario a veces dosificar nitrógeno (N) y fósforo (P) en el agua, para que pueda
darse el desarrollo bacteriano y exista depuración biológica.
2.2. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS.
Desde el punto de vista de la depuración de agua residual, existe una clasificación de
organismos importante para llevar a cabo el sistema de tratamiento biológico. Estos
sistemas, dependen de la acción de los microorganismos y para que ellos se
desarrollen es necesario que cumplan con sus necesidades de energía y obtención
de poder reductor, lo cual es suministrado por el sustrato de preferencia con alto
contenido de DQO (Ferrer y Seco, 2008).
21
En función de su obtención de fuente energía y carbono, los organismos pueden ser:
(Ferrer y Seco, 2008).
a) Autótrofos, son capaces de sintetizar materia orgánica a partir del
dióxido de carbono.
b) Heterótrofos, organismos que necesitan de la materia orgánica para su
desarrollo y mantenimiento.
De acuerdo a su función los microorganismos se clasifican en:
Bacterias: pueden ser tanto autótrofas como heterótrofas, son los organismos más
importantes en el tratamiento biológico aerobio por su alto poder de eliminación de
materia orgánica. A continuación se mencionan algunas de sus características más
importantes: (IDEM).
- Constituyen generalmente el 95% de la biomasa en los lodos activados (IDEM).
- Dan lugar a la formación de flóculos, lo cual facilita posteriormente la sedimentación
(IDEM).
Protozoos: organismos heterótrofos, siendo la mayoría aerobios, ellos viven
libremente en la naturaleza, y algunas especies son parásitas que habitan en
organismos que van desde las algas hasta seres humanos (IDEM).
-Constituyen aproximadamente el 5% de la biomasa en lodos activados, en el que se
han encontrado cerca de 200 especies (IDEM).
- Su alimentación es diversa, como pueden ser bacterias, otros organismos o materia
disuelta (IDEM).
-Contribuyen a la eliminación de coliformes y patógenos, así como también a la
floculación de biomasa (IDEM).
22
Hongos: la mayoría son aerobios su tolerancia a pH bajo es alta, los requisitos de
nitrógeno a comparación de las bacterias son bajos. (IDEM).
- En el cultivo en suspensión no compiten con las bacterias. (IDEM).
-Bajo condiciones por ejemplo, de pH bajo y déficit de nitrógeno, proliferan y esto
perjudica el sistema de fangos activados ya que dificultan la sedimentación, son más
frecuentes en sistemas de cultivo fijo. (IDEM).
-Algas: su naturaleza es fotosintética, son organismos autótrofos importantes en el
tratamiento biológico, algunas son capaces de utilizar nitrógeno atmosférico. (IDEM).
- Sirven de fuente de oxígeno a otros organismos en la depuración de aguas. (IDEM).
- Debido a su condición autótrofa, no reducen la materia orgánica, sino que la
aumentan ya que la sintetiza a partir de fuentes minerales de carbono presentes.
(IDEM).
Rotíferos y nematodos: organismos aerobios heterótrofos, compuestos por órganos
ciliados que les permite el movimiento y captura de alimento. Debido a que ocupan la
cima de la pirámide trófica en fangos activados, son predadores del resto de los
organismos presentes. (IDEM).
En la Tabla 2.1 se resume la clasificación de los microorganismos en base a las
fuentes de energía y carbono celular:
23
Tabla 2.1.-Clasificación general de los microorganismos atendiendo a sus fuentes de energía y
carbono
CLASIFICACIÓN
FUENTE DE ENERGÍA
FUENTE DE CARBONO
ATÓTROFOS
Foto autótrofos
Quimio autótrofos
Luz
Reacción de oxidación-reducción inorgánica
CO2
CO2
HETERÓTROFOS
Quimio heterótrofos
Foto heterótrofos
Reacción de oxidación reducción orgánica
Luz
Carbono orgánico
Carbono orgánico
Fuente: (Metcalf y Eddy, 1995)
Además del carbono, otros nutrientes necesarios para los microorganismos son:
nitrógeno (N),azufre (S),fósforo (P), potasio (K), hierro (Fe), sodio (Na), y cloro (Cl),
mientras que entre los nutrientes de menor importancia se hallan el zinc (Zn),
manganeso (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se), cobalto (Co), cobre (Cu), vanadio (V)
y volframio (W) (Metcalf y Eddy, 1995).
Las condiciones ambientales de temperatura y pH tienen un papel importante en la
supervivencia y crecimiento de las bacterias. A pesar de que las bacterias pueden
sobrevivir en un intervalo bastante amplio de valores de la temperatura y del pH, el
crecimiento óptimo se suele producir en un intervalo muy restringido de valores de
éstos 2 parámetros. Las temperaturas por debajo de la óptima tienen efectos más
importantes sobre el crecimiento bacteriano que las superiores a aquélla: se ha
podido comprobar que las tasas de crecimiento se doblan por cada aumento de 10°
C de la temperatura hasta alcanzar el valor óptimo (Tebutt, 2008).
24
CAPITULO III. - SISTEMAS BIOLOGICOS AEROBIOS DE CULTIVO EN
SUSPENSION
Todos los sistemas biológicos aerobios de cultivo en suspensión trabajan bajo el
mismo principio. Inicialmente apareció el lodo activo y posteriormente surgieron
variantes del mismo proceso, los cuales se mencionan a posteriormente.
3.1. ANTECEDENTES HISTORICOS
En 1914 E. Arden y W. T. Lockett descubrieron en Inglaterra el proceso de lodo
activo. Observaron que la aireación de las aguas residuales conducía a la formación
de flóculos de partículas en suspensión, descubrieron que el tiempo para eliminar
contaminantes orgánicos se reducía de días a horas cuando esos flóculos de
partículas se hacían permanecer en el sistema. Se refirieron a las partículas en
suspensión, más específicamente al lodo que resultaba de la recogida de las
partículas del tanque de sedimentación, como “activo” y así nació el proceso de lodo
activo (Rittman y Mc Carty, 2001).
3.1.1. Características del proceso: lodo activo
Es un proceso estrictamente aerobio, con el cual se consigue un gran tiempo de
retención celular a través de la recirculación de lodo, el aporte de oxígeno es por
razón de medios mecánicos. Consiste en colocar en un reactor (tanque de aireación)
el agua residual con flóculos formados por microorganismos, en los que se adsorbe
la materia orgánica y se degrada por las bacterias presentes. Posteriormente, para
separar los flóculos del agua, se procede a una sedimentación para efectuar la
recirculación de lodos al sistema, además de un sistema de purga de lodos, que es
correspondiente a la cantidad crecida de microorganismos (Rodríguez, 2006).
El siguiente esquema representa un diagrama de flujo para el tratamiento de lodo
activo convencional:
26
Figura 3.1. Diagrama de flujo del lodo activo
Fuente: (Rodríguez, 2006).
Parámetros importantes para el funcionamiento del sistema

Oxígeno: es de vital importancia, ya que los organismos necesitan
obtenerlo para poder sobrevivir y multiplicarse, debido a que el oxígeno es
poco soluble en el agua residual, es necesario suministrarlo mediante
aireadores superficiales o difusores, por lo cual, el costo de operación del
sistema se eleva (Rodríguez, 2006).

Relación carga orgánica/microorganismos: es la relación que existe entre la
materia orgánica contenida en el agua y la cantidad de microorganismos
que se encuentran en la misma, de esto depende en gran medida una
buena sedimentación (IDEM).

Edad
celular
o
tiempo
de
permanencia
en
el
sistema
de
los
microorganismos es otro parámetro de igual importancia que los anteriores,
ya que interviene en el rendimiento del sistema, generalmente se considera
un valor para un sistema de funcionamiento convencional de 5-8 días
(IDEM).
27
3.1.2. Configuraciones del proceso: lodo activo
Muchas modificaciones en base al proceso del lodo activo han evolucionado
desde su descubrimiento, estas modificaciones surgen de los esfuerzos de tanteo
para solucionar problemas que surgieron a lo largo del tiempo (Rittman y Mc
Carty, 2001).
A continuación, se muestra una tabla indicando las configuraciones más
ampliamente
utilizadas
actualmente
en
la
práctica.
Para
el
caso
de
configuraciones físicas, el lodo activo con selector es una adaptación mas
reciente.
Tabla 3.1. Modificación de configuraciones del lodo activo
a).- Modificaciones basadas en la configuración física
1.- Flujo en pistón
2.- Aireación en pasos
3.-Mezcla completa
4.-Estabilización por contacto
5.-Lodo activo con selector
b).- Modificaciones basadas en la adición o distribución de oxígeno
1.-Aireación convencional
2.-Aireación en disminución
3.-Oxígeno puro
c).- Modificaciones basadas en la carga orgánica (DBO)
1.-Convencional
2.-Aireación modificada
3.-De alto rendimiento
4.-Aireación intensiva
Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001).
28
a) Configuraciones físicas
1.-Flujo en pistón: el concepto original o convencional de lodo activo supone
tanques de aireación estrechos en los que el agua residual entra por uno de los
extremos y sale por el opuesto. Con ello se da un considerable carácter de flujo en
pistón (Rittman y Mc Carty, 2001).
2.-Aireacion en pasos: fue desarrollada para evitar concentraciones altas en
cualquier punto distribuyendo el afluente en pasos a lo largo del reactor. (IDEM).
3.-Mezcla completa: el proceso de tratamiento de lodo activo de mezcla completa
también llamado CSTR, es un procedimiento que permite distribuir de manera
uniforme el agua residual por todo el sistema. La masa reaccionante se mantiene
pareja debido a los agitadores contenidos en el reactor, permitiendo que se genere
una mezcla homogénea en todo el reactor (IDEM).
4.-Estabilizacion por contacto: este proceso permite conseguir un elevado
rendimiento de tratamiento en un volumen total de reactor considerablemente
reducido. El agua residual se mezcla con lodo activo de retorno en un reactor
contactor que tiene un tiempo de retención relativamente corto, del orden de 15 a
60 min. (IDEM).
5.-Lodo activo con selector: debido a que en ocasiones en sistema de lodo activo
falla por apelmazamiento de lodo, una innovación reciente es la del selector. Su
función es la de cambiar o escoger la ecología del sistema de lodo activo hacia
organismos con buenas características de sedimentación (IDEM).
29
b) Modificaciones en el suministro de oxígeno
1.-Aireacion convencional: la aireación convencional se refiere a la forma original
de distribuir el oxígeno sobre el tanque de lodo activo, el oxigeno se distribuye
uniformemente sobre el tanque de aireación (Rittman y Mc Carty, 2001).
2.-Aireación en disminución: la aireación en disminución es un método simple y
claro para solucionar el problema básico con la aireación convencional: el aporte
de oxígeno es elevado en la entrada del tanque de flujo en pistón y bajo en el
extremo de la salida (IDEM).
3.-Oxigeno Puro: La ventaja del oxigeno puro se pone de manifiesto ya que la
fuerza impulsora de la transferencia de materia se incrementa por lo menos cinco
veces, debido a que la presión parcial del oxigeno en el aire es solo un quinto de
la del oxígeno puro (IDEM).
La figura 3.2 muestra un esquema de las diferentes modificaciones al suministro
de oxígeno para el sistema de lodo activo.
30
Figura 3.2. Comparación entre aireación convencional, aireación en disminución y oxígeno puro de
sistemas de lodo activo.
Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001).
La figura anterior muestra un esquema de los tipos de aireación en donde la
convencional consiste en
proveer aire
mediante aireadores superficiales o
difusores de aire al sistema de manera uniforme. En el caso de la aireación en
disminución, es diferente, ya que el suministro de aire se efectúa en mayor
cantidad a la entrada del reactor y conforme el afluente se acerca a la salida del
mismo, el suministro de aire disminuye, en el caso del oxigeno puro, el proceso se
efectúa con oxigeno de alta pureza en donde el reactor permanece cerrado.
31
C) Modificaciones de carga orgánica
1.-Carga convencional: elimina sólidos en suspensión y DBO5 en un 85 % o más
en el caso más común como el de agua residual municipal (Rittman y Mc Carty,
2001).
2.-Aireación modificada: fue diseñada para requerimientos de eliminación de DBO5
y sólidos en suspensión no tan estrictos, del orden de 65 al 75%, el período de
aireación es reducido entre 1.5 a 2 h. (IDEM).
3.-De alto rendimiento: se efectúa con la finalidad de disminuir el volumen del
tanque de aireación, se intentó aumentar la carga orgánica, al mismo tiempo que
se mantenían los elevados rendimientos de eliminación requerido, lógicamente,
con una carga alta, la tasa de contribución de oxígeno por unidad de volumen de
aireación de tanque crece proporcionalmente (IDEM).
4.-Aireación intensiva: surgió inicialmente de la necesidad de tratar fiablemente
aguas residuales a bajos volúmenes cuando no se disponía permanentemente de
operarios experimentados. Es aplicable principalmente a hoteles, pequeñas
industrias o centros comerciales. El tiempo de retención de la aireación intensiva
es de aproximadamente 24 hrs. (IDEM).
3.2. LAGUNAS AIREADAS.
Una laguna aireada es un estanque en el que se trata agua residual que atraviesa
de forma continua. El oxigeno es generalmente suministrado por aireadores
superficiales (Ramalho, 2003).
Las lagunas aireadas tienen una profundidad de 1 a 4m, su funcionamiento es
similar al de lodos activos, solo que el método de las lagunas es más sencillo que
los lodos. Debido a que no tiene recirculación de lodos, requiere de un mayor
tiempo de retención. Su infraestructura es simple del tipo de membranas
32
geosintéticas o piscinas impermeabilizadas, con el fin de evitar infiltraciones
(IDEM).
La concentración de sólidos está comprendida entre 80 y 200 mg/l, cantidad
menor a la que se utiliza en las unidades de lodo activo convencionales (20003000 mg/l) (IDEM).
Existe una clasificación de lagunas aireadas, la cual se hizo de acuerdo a su nivel
de turbulencia:

Lagunas de mezcla completa: el nivel de oxígeno suministrado es suficiente
para mantener la materia solida en suspensión y el oxígeno adecuado para
el volumen de agua (IDEM).

Lagunas facultativas: en este caso, el nivel de oxigeno es insuficiente para
mantener la materia solida en suspensión, por lo que los sólidos, se
decantan en el fondo descomponiéndose de manera anaerobia. Solo se
suministra el oxigeno necesario para la mezcla (IDEM).
Tanto en lagunas facultativas como de mezcla completa, no se da el crecimiento
de algas debido a la turbiedad y turbulencia del sistema (IDEM).
Entonces, para elegir un adecuado régimen de mezcla será necesario evaluar el
impacto económico, ya que las lagunas de mezcla completa requieren de mayor
potencia y en el caso de las lagunas facultativas el terreno requerido es mayor
(IDEM).
En la siguiente figura se puede observar, la diferencia entre laguna de mezcla
completa y laguna facultativa en la primera, la mezcla en toda la laguna
permanece homogénea, mientras que en la facultativa una parte permanece sin
oxigeno:
33
Figura 3.3. Regímenes de mezcla de las lagunas aireadas
Fuente: (Ramalho, 2003)
3.3. REACTOR BIOLOGICO SECUENCIAL (SBR).
Son sistemas de lodos activados, su funcionamiento está basado como su nombre
lo dice en una secuencia de ciclos de llenado y vaciado, también requiere de
aireación y sedimentación, pero existe una gran diferencia entre el sistema de
lodos activos convencional y el reactor biológico secuencial, ya que mientras el
método convencional se efectúa en tanques separados, éste se lleva a cabo
secuencialmente en un mismo tanque (Rittman y Mc Carty, 2001).
El sistema consta de 5 etapas, la figura 3.4 muestra el procedimiento que se lleva
a cabo en el reactor biológico secuencial, la primera fase consta del llenado del
reactor con el agua a tratar, para posteriormente aplicar oxígeno mediante
aireadores y así reducir la DBO. En la clarificación se suspende el suministro de
aire para permitir que sedimenten los sólidos y de ésta manera retirar el agua
limpia mediante decantación, finalmente el lodo es evacuado para continuar con
su proceso de degradación.
34
Figura 3.4. Secuencia de funcionamiento típica para un SBR
Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001).
3.4. BALSAS DE ESTABILIZACION.
La diferencia más notoria que tienen las balsas de estabilización con el lodo activo
y lagunas aireadas, es que en las balsas de estabilización no se requiere de
equipo de aireación, ya que la producción de oxígeno la efectúan las algas por
medio de la fotosíntesis y se aprovecha el oxígeno natural superficial de la balsa.
Este oxígeno producido por al algas es consumido por las bacterias para realizar
35
la degradación aerobia de la materia orgánica. Algunos de los productos de esta
degradación son: dióxido de carbono (CO2), amoniaco (NH3), fosfatos (PO4), los
cuales a su vez son utilizados por las algas (Rittman y Mc Carty, 2001).
El funcionamiento del sistema, es sencillo, solo que en el día es cuando mayor
oxígeno se obtiene, ya que las algas para efectuar la fotosíntesis requieren luz
solar, mientras por el día se genera el oxígeno, por la noche este es consumido
por las bacterias (IDEM).
Durante la noche, la liberación de dióxido de carbono hace disminuir el pH.
Asimismo, durante el día, el amoniaco resultante de la degradación de los
compuestos orgánicos nitrogenados contribuye al aumento del pH. En
consecuencia las balsas de estabilización de aguas residuales pueden ser ácidas
durante la noche y básicas durante del día. Estas variaciones extremas del pH
pueden afectar el sistema. Por lo que las balsas de estabilización son factibles
cuando no se requiere una calidad de efluente estricta (Ramalho, 2003)
Figura 3.5. Esquema de los procesos importantes en una balsa de estabilización aerobia
Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001).
La figura anterior muestra el proceso bajo el cual trabajan las algas de manera
cíclica junto con las bacterias, se sustentan mutuamente para lograr degradar la
materia orgánica.
36
CAPITULO IV.- EFICIENCIA DE TRATAMIENTOS
4.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TRATAMIENTO.
Existen diferencias entre los procesos de tratamientos biológicos aerobios aquí
presentados, aunque algunos son similares cada uno tiene una eficiencia
dependiendo de los requerimientos de calidad del efluente y de las condiciones
bajo las que se efectúa el proceso.
Tabla 4.1. Comparativo de eficiencias de tratamientos biológicos aerobios de cultivo en suspensión
Sistema de
Requerimiento
Requerimiento
Manejo
Costos
Eficacia del
tratamiento
de Área
de equipo
y
de
Tratamiento(Eliminación
cantidad
inversión
de DBO5)
de lodos
Lodo Activo
extensa
aireador
alta
altos
alta (90%-95%)
Lagunas
extensa
aireador
baja
altos
media a alta (90%)
reducida
aireador
nula
bajos
alta (90%-95%)
reducida
No requiere de
nula
bajos
Aireadas
Reactor
Biológico
Secuencial
(SBR)
Balsas de
estabilización
baja a media
equipo.
Requiere luz
solar
Fuente: Elaboración Propia
El lodo activo elimina cantidades de DBO altas y genera una gran cantidad de
lodos, los cuales son tratados y una parte reutilizados por lo que los costos de
inversión son elevados, y en condiciones casi iguales trabajan las lagunas
aireadas, solo que en estas no existe recirculación de lodos y el tiempo de
retención es mayor que en el lodo activo. Las balsas de estabilización tienen
38
menor eficiencia pero es un sistema sencillo de operación, mientras que los SBR
destacan por una buena eficiencia pero requieren un conocimiento técnico para
operar (Rittman y Mc Carty, 2001).
Tabla 4.2. Ventajas y desventajas de tratamientos aerobios de cultivo en suspensión
LODO ACTIVO
Ventajas
Desventajas
Purga de lodos
Para desarrollar el proceso es necesario el uso
de métodos mecánicos.
Elimina grandes cantidades de DBO
Genera altas cantidades de lodos
Recirculación de lodos
Operación compleja a comparación de los otros
tratamientos.
Tiempo de retención mínimo
Altos costos de operación.
LAGUNAS AIREADAS
Ventajas
Desventajas
Bajo costo de capital de aireadores, ya que la
Generación de lodos secundarios
energía necesaria es menor que la de los lodos.
Fácil de operar
Los
efluentes
no
pueden
descargarse
directamente sobre agua.
Eliminación eficiente de DBO5 y organismos
Pueden generar olores
patógenos.
Vulnerable a perdida de calor por evaporación y
enfriamiento advectivo.
El
descenso
de
temperatura
afecta
considerablemente el proceso.
39
BALSAS DE ESTABILIZACION
Ventajas
Desventajas
Bajo costo
Requieren gran superficie de terreno
Sencillez de funcionamiento
DBO alta, por lo que su uso es para
requerimientos poco exigentes.
Reducción de metales pesados
Pueden crear olores con sobre carga
El oxigeno está presente en toda la balsa
Eliminan poca o ninguna COD
No requiere de aireadores para suministro de
Funcionan con presencia de luz solar
oxígeno.
REACTOR DE FLUJO DISCONTINUO SECUENCIAL (SBR)
Ventajas
Desventajas
Bajo requerimiento de espacio
Es necesario conocer los fenómenos que
ocurren en el sistema.
Menor tiempo de control requerido
Sistema de operación sofisticado.
Automatizado control de operación
Descarga potencial de lodos.
Versatilidad en el tratamiento de otros tipos de
Nivel más alto de mantenimiento.
aguas residuales con altas cantidades de
nitrógeno y fósforo.
Alto rendimiento de eliminación de
orgánica.
materia
Taponamiento
potencial
de
aireadores en
alguna etapa de operación.
Fuente: Elaboración Propia
40
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Con base en la información contenida en el presente trabajo, existe una diferencia
mínima en cuanto a funcionamiento de los tratamientos biológicos aerobios, ya que
todos son variantes del lodo activo. Existen diferencias en cuanto a eliminación de
materia orgánica, así como también en la forma de operación y requerimientos de
cada sistema.
Un punto importante, es que sólo el lodo activo necesita de una recirculación de
lodos, y esto a su vez lo hace más complejo e implica mayor consumo de energía,
por ende los costos se elevan, ya que es necesario el uso de bombas y aireadores,
al ser de costo elevado, sólo es viable llevarlo a cabo en zonas que cuenten con la
infraestructura suficiente.
Para el caso de los países en desarrollo ,se pueden aplicar sistemas menos
complejos que requieren menor inversión y son efectivos como las balsas de
estabilización, que no requieren de un equipo costoso para suministro de oxígeno,
sólo conocer los principios teóricos y la experiencia del funcionamiento del sistema.
Por ejemplo, las balsas de estabilización, cuyo funcionamiento, en base a los
requerimientos de los microorganismos fototróficos, sería más eficiente en zonas
calurosas en donde generalmente se cuenta con la luz intensa del sol, elemento
clave para que ciertos organismos como las algas, lleven a cabo la fotosíntesis, con
esto, se deduce que el sistema de balsas de estabilización no es adecuado para
ciertos climas con temperaturas bajas y poca presencia de luz solar.
Si se estudia cada uno de los procesos aerobios de tratamiento descritos en el
capítulo III, se deduce que cada uno de ellos tiene tanto sus ventajas como sus
desventajas, por lo que dependiendo del requerimiento de calidad del efluente, el
capital con el que se cuenta, las condiciones climáticas, etc., se elegirá el tratamiento
adecuado.
41
Un SBR está constituido por una tecnología mejorada de la convencional manejada
en el lodo activo, ya que es más eficiente en cuanto a costo y remoción de
contaminantes. Se utiliza un solo reactor que opera en forma discontinua secuencial,
se aplica a las aguas residuales domésticas, industria del petróleo y agricultura. Por
la tecnología de este tratamiento es necesario tener personal técnico capacitado, ya
que se maneja de modo automático. Usados principalmente en Estados Unidos y
Canadá.
Las lagunas aireadas tienen la característica de ser un sistema que se encuentra en
un punto medio entre un sistema convencional de lodo activo y un sistema natural ya
que la infraestructura es de tipo simple, además son adecuadas para tratamientos de
aguas residuales domésticas de pequeñas y medianas poblaciones. Es efectivo para
remover parásitos, virus y bacterias.
En el caso de las balsas de estabilización, su característica importante radica en que
no se necesita suministrar oxígeno mediante aireadores, sino que el sistema trabaja
con algas para proporcionar el oxígeno necesario, trabajan mediante una relación
cíclica entre algas y bacterias, por lo que es de vital importancia la existencia de luz
solar para el funcionamiento del tratamiento, aplica para calidad de efluente final
poco estricta.
42
GLOSARIO DE TERMINOS
Autótrofo.- Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sus
metabolitos esenciales a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo
procede del griego y significa que se alimenta por sí mismo.
Coagular.- Trasformación de una sustancia orgánica líquida en una masa sólida o
semisólida de consistencia más o menos blanda y gelatinosa.
Coliformes fecales.- Grupo bacteriano presentes en los intestinos de los mamíferos y
los Suelos, que representan una indicación de la contaminación fecal del agua.
Coliformes totales.- Son bacterias que no son de origen fecal
Esquistosomiasis.-
es
una
enfermedad
parasitaria
producida
por
gusanos
platelmintos de la clase trematodos del género Schistosoma (castellanizado
esquistosoma). Es relativamente común en los países en vías de desarrollo.
Forum.- era el foro de la ciudad de Roma, es decir, la zona central en torno a la que
se desarrolló la antigua ciudad y en la que tenían lugar el comercio, los negocios, la
prostitución, la religión y la administración de justicia.
Heterótrofo.- Los organismos heterótrofos, en contraste con los organismos
autótrofos, son aquellos que obtienen energía a partir de otros organismos, bien
autótrofos o bien heterótrofos como ellos. Entre los organismo heterótrofos se
encuentra multitud de bacterias y los animales.
Nitritos.- Los nitritos son sales o esteres del ácido nitroso (HNO2). En la naturaleza
los nitritos se forman por oxidación biológica de las aminas y del amoniaco, o por
reducción del nitrato en condiciones anaeróbicas.
43
Oncocercosis.-La oncocercosis es una enfermedad parasitaria crónica causada por
un gusanonematodo llamado Onchocerca volvulus y transmitida por varias especies
de moscas negras.
Organismos
fotótrofos.-
Los
fotoautótrofos
o
fotótrofos
son
organismos
(especialmente plantas) que efectúan fotosíntesis para obtener energía. Los
organismos fotoautótrofos utilizan la energía de la luz solar para fijar el dióxido de
carbono
(CO2);
éste
es
combinado
con
agua
(H2O)
formando
PGAL
(fosfogliceraldehido).
Organismos
quimiótrofos.-
son
aquellos
capaces
de
utilizar
compuestos
inorgánicosreducidos como substratos para el metabolismo respiratorio. Es una
facultad exclusiva de las bacterias conocida con el nombre de quimiosíntesis.
Ósmosis inversa.- Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a través de una
membrana semi-permeable, desde una solución más concentrada en sales disueltas
u otros contaminantes a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de
presión.
Paludismo.- El paludismo es una enfermedad infecciosa (parasitaria), dada por un
protozoario.
Partículas coloidales.- El nombre de coloide proviene de la raíz griega kolas que
significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales
propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos.
44
SIGLAS
ADN
Ácido desoxirribonucleico
Ca
Calcio
Cl
Cloro
Co
Cobalto
CSTR
Reactor de mezcla completa
Cu
Cobre
DBO
Demanda biológica de oxígeno
DBO5
Demanda biológica de oxígeno en 5 días
DQO
Demanda química de oxígeno
Fe
Hierro
IPN
Instituto Politécnico Nacional
Mg
Magnesio
N
Nitrógeno
Na
Sodio
Ni
Níquel
OMS.
Organización Mundial de la Salud
pH
Potencial de hidrógeno
SBR
Reactor biológico secuencial
SDT
Sólidos totales disueltos
SEMARNAT Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales
SRH
Secretaría de Recursos Hidráulicos
SST
Sólidos totales suspendidos
ST
Sólidos totales
TOC
Carbono orgánico total
UNESCO
United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization
Vanadio
45
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