Tratamiento Biológico Aeróbico - Fundamentos

Carrera de Ingeniería Química y en Alimentos FIQ – UNL
Curso Optativo: Gestión Integral de Residuos
Recopilación: Ing. Eduardo Groppelli
Tema: Fundamentos del Tratamiento Aeróbico
TRATAMIENTO BIOLÓGICO AERÓBICO:
Los microorganismos de interés para la depuración biológica de aguas residuales, en orden de
importancia, por la cantidad en que participan son: Bacterias, Hongos, Algas, Protozoos,
Rotíferos, y Crustáceos.
CLASIFICACION GENERAL DE LOS MICRORGANISMOS AEROBICOS
HETEROTROFOS
TIPO
Fuente de Energía
FOTO
HETERÓTROFOS
LUZ SOLAR
‰
•
QUIMIO
HETERÓTROFOS
•
•
•
Fuente de Carbono
Toman la Energía de la Oxidación
de la Materia Orgánica.
Degradación se inicia con la
Utilizan
deshidrogenación de la molécula
de sustrato por las enzimas
Materia Orgánica
celulares,
generando dos
moléculas de Piruvato, con
como fuente de carbono para
liberación de 2 ATP.
síntesis celular
Ciclo de Krebs o
Ciclo del Acido Tricarboxílico,
C6H12O6 Æ 6 CO2 + 6 H2O
con generación de 30 ATP,
(Glucosa)
Cadena Respiratoria,
con generación de 6 ATP
El
hidrógeno
liberado
se
transfiere al aceptor final del ciclo,
que es el oxígeno.
AUTÓTROFOS
TIPO
Fuente de Energía
FOTO
AUTÓTROFOS
LUZ SOLAR
QUIMIO
AUTÓTROFOS
Fuente de Carbono
La liberación de Energía proviene de
una reacción de
óxido-reducción
de un compuesto inorgánico.
Anhidrido Carbónico,
Nitrosomonas
(CO2)
2 NH3 + 3 O2 Æ 2 HNO2 + 2 H2O
como fuente de Carbono
Nitrobacter
2 NO2 + O2 Æ 2 NO3
Utilizan
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BACTERIAS:
Las bacterias son organismos procariotas unicelulares. Su modo habitual de reproducción es
por fisión binaria, aunque algunas se reproducen sexualmente o por gemación.
Formas de Bacterias
Tamaño
( Micrones )
( 10-6 m )
Esféricas
0,50 – 1,00
Clasificación por
Psicrófilas,
Temperatura de
Desarrollo
Intervalo de Temperatura -10°C a 30 °C
Optimo de Temperatura
12 °C a 18 °C
Cilíndricas
Diámetro
0,50 – 1,00
Largo
1,50 – 3,00
Helicoidales
Ancho
0,50 – 5,00
Largo
6,00 – 15,00
Mesófilas
Termófilas
20 °C a 50 °C
25 °C a 40 °C
35 °C a 75 °C
55 °C a 65 °C
El crecimiento óptimo se tiene en un intervalo restringido de condiciones medioambientales.
Las temperaturas debajo de las óptimas tienen un efecto más significativo sobre el crecimiento,
que para valores por sobre el óptimo.
Las velocidades de crecimiento se duplican por cada aumento de 10 °C de temperatura, hasta
alcanzar el óptimo.
El pH del medio constituye un factor clave en el crecimiento de los microorganismos. No toleran
pH menores a 4,00 ni superiores a 9,50. El rango de pH óptimo generalmente está entre: pH: 6,50
y pH:7,50
HONGOS:
Los hongos importantes en ingeniería sanitaria son protistas heterótrofos, No fotosintéticos y
multicelulares. Se pueden reproducir sexual o asexualmente, por escisión (fisión), gemación, o
por formación de esporas.
Los mohos u ”hongos verdaderos” producen unidades microscópicas (hifas), que colectivamente
forman una masa filamentosa, llamada “micelio”.
Las levaduras son hongos que no tiene la capacidad de formar micelio, razón por la cual son
unicelulares.
La mayoría de los hongos son aerobios estrictos. Pueden crecer con muy poca humedad.
El pH óptimo para la mayoría de las especies es 5,60. El intervalo de tolerancia de pH, se sitúa
entre 2,00 y 9,00.
Los hongos tienen baja demanda de nitrógeno, solo la mitad del requerimiento de las bacterias.
La capacidad de los hongos en sobrevivir en condiciones de pH bajos, y escasa disponibilidad de
nitrógeno, los convierte en organismos de gran importancia en el tratamiento de efluentes de
origen industrial.
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PROTOZOOS:
Son protistas móviles microscópicos, y por lo general, unicelulares. La mayoría de los protozoos
son heterótrofos aerobios, aunque algunos son anaerobios.
Son de mayor tamaño que las bacterias, y se suelen alimentar de estas.
De hecho, al consumir bacterias y materia orgánica, los protozoos actúan como “verdaderos
purificadores” en los procesos biológicos de tratamiento de efluentes.
ROTIFEROS:
Es un animal aerobio, heterótrofo y multicelular. Su nombre procede de que disponen de dos
juegos de pestañas giratorias sobre la cabeza, que emplean para la captura de alimentos y para
moverse.
Los rotíferos son muy eficaces en la eliminación de bacterias dispersas y floculadas,
así como de pequeñas partículas de materia orgánica.
Su presencia en el proceso de tratamiento, indica que la purificación biológica será muy eficiente.
ALGAS:
Son protistas unicelulares o multicelulares, autótrofas y fotosintéticas. En lagunas de
estabilización, generan oxígeno por fotosíntesis, elemento vital para la ecología del medio
ambiente acuático.
Para que una laguna de oxidación aeróbica o facultativa funcione adecuadamente, la presencia de
algas es necesaria para suministrar el oxígeno a las bacterias heterótrofas aerobias. Se presenta
una relación simbiótica entre algas y bacterias.
Pero, un excesivo crecimiento de algas en los cursos receptores, puede generar un problema, que
determine la eliminación de nitrógeno y fósforo del líquido residual en tratamiento.
FENÓMENO DE FLOCULACION BIOLOGICA:
Diversos autores han presentado distintos argumentos relacionados con el fenómeno de
“floculación biológica”:
Mc. Kinney, Roos E., (1962) “Microbiology for Sanitary Engineers”
Mc. Graw Hill Books Co. – New York – U.S.A.
La habilidad de los microorganismos de flocular en tanques de aireación, fué presentada como
función del nivel de energía del sistema.
Las células son consideradas como coloides hidrofílicos, cargadas negativamente, y la dispersión
es debida a las fuerzas electrostáticas repulsivas entre ellas.
Para altos valores de la relación F/M (Alimento/Macroorganismos), la remoción de sustrato
orgánico se produce a la máxima velocidad posible, lo mismo ocurre con el crecimiento de los
microorganismos, (fase de crecimiento logarítmico). En estas condiciones, el nivel de energía es
suficientemente alto como para mantener a todos los microorganismos dispersos.
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Cuando la relación F/M se reduce, y comienza a llegar a niveles en que el crecimiento de los
microorganismos está limitado por la disponibilidad del sustrato (fase de crecimiento a velocidad
decreciente), parte de los microorganismos comienzan a morir y los flóculos empiezan a formarse.
Si los microorganismos se mantienen en constante agitación en el tanque de aireación, chocan
unos con otros y el nivel de energía de algunos no es suficiente alto para superar las fuerzas de
atracción entre las células.
En la fase endógena, las bacterias pasan a metabolizar predominantemente las reservas de
alimento que tenían dentro de sus propias células, con una consecuente disminución del nivel de
energía. Conforme el nivel de energía decae, la tasa de formación de “flóculos” crece
rápidamente.
Tenney M.W., Stumm W., (1965) “Chemical Floculation of Microrganisms in Biochemical
Waste Treatment” – Journal W.P.C.F., Vol N°37 – pp. 1370-1388.
Observaron que: La “biofloculación” depende de la fase de crecimiento.
Los microorganismos se mantienen dispersos, durante la fase de crecimiento logarítmico.
La “floculación” aparace conforme disminuye la disponibilidad de alimento y limita cada vez más la
reproducción de los microorganismos.
Estos autores sugieren que las propiedades superficiales de los microorganismos se modifican,
conforme se alteran sus condiciones fisiológicas desde la fase de crecimiento logarítmico hacia la
fase de respiración endógena.
Pero tienen dudas de que la formación de flóculo se debiera simplemente por la reducción de la
densidad de carga y por la disminución de la repulsión electrostática (potencial zeta).
Los polímeros, tales como polisacáridos y poliaminoácidos son excretados o expuestos en la
superficie de las células, predominantemente durante la fase de crecimiento a velocidad
declinante o en la fase de respiración endógena.
Estos autores suponen que estos polímeros proporcionan la floculación de una manera similar a la
de los polielectrolitos sintéticos. La propuesta, de estos autores, se basó en experiencias
desarrolladas en laborarorio.
Crabtree K., Mc Coye E., Boyle W.C., Rohlich G.A. (1968) “ A Mechanism of Floc Formation
by Zooglea Ramigera”- J.W.C.P.F. – Vol N° 38 - N°12.
Presentan estudios que indicaban la presencia de ácido poli-β-hidroxibutírico (PBH) como
responsable de la biofloculación.
Peter G., Wuhrmann K., (1970) “Contribution to the Problem of Biofluculation in the
Activated Sluge Process” – Proc. 5th Int. Conference Water Pollution Research – San
Fransisco – Vol 1 , part II – Pergamon Press – Oxford 1971.
Sugieren la acción de polielectrolitos naturales, tales como ácidos húmicos en el gel excretado por
las células, también como responsables de la biofloculación.
Del Valle F.B., Chian E.S.K., (1974) “Kinetics of Formation of Humic Substances in Activated
Slugde Systems and their Effect on Flocculation” – Biotechnology-Bioengineering – Vol. N°
16 , p 739.
También sugieren que la formación de ácidos húmicos, de alto peso molecular, puede ocurrir
luego de la remoción de la fuente de carbono que se encuentra prontamente disponible.
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Tema: Fundamentos del Tratamiento Aeróbico
Foster C.F., Lewin D.C. – (1972) “Polymer Interactions at Activated Slugde Surfaces” –
Effluent and Water Treatment Journal N°12, pp 520-523.
Observaron gran influencia de la cantidad de nitrógeno amoniacal y fosfato soluble en la cuba de
aireación, sobre la sedimentabilidad de los barros activados.
Basados en resultados experimentales, sugieren alguna forma de acción desfloculadora es
causada por algún componente de la pared celular microbiana, el cual es sintetizado bajo
condiciones favorables de nutrición. Pero, es metabolizado o insuficientemente sintetizado
cuando existe deficiencia nutricional.
La conclusión de estos autores, es que la floculación biológica depende parcialmente, y tal vez
totalmente, de los componentes de la superficie de las partículas del barro. Estos componentes
son controlados por la concentración de nutrientes disponibles en el barro, alteran el potencial
zeta de las partículas y por lo tanto el grado de dispersión del barro.
Heukelekian H., Weisberg E. (1956) “Bound Water and Activated Sludge Bulking” – Journal
W.P.C.F. – N° 28 – p 558.
Observaron que la cantidad de agua absorbida en los flóculos con defectuosa característica de
sedimentación es mayor, en comparación con aquellos flóculos que sedimentan bien.