Depuracion Residuos Liquidos-EDAR

Microbiología Ambiental UAM
J. L Sanz
18. DEPURACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS. Esquema de una ERAR. Depuración aerobia.
Depuración anaerobia. Etapas. Biogás. Comparación de ambos procesos.
Las aguas residuales generadas por áreas urbanas densamente pobladas, operaciones
agrícolas a gran escala y actividades industriales no pueden ser autopurificados por los
ecosistemas acuáticos locales, conduciendo a su degradación. Lo primero que ocurre es el
agotamiento del oxígeno disuelto, lo que impide la vida de los seres superiores y elimina
muchos microorganismos aerobios con la consiguiente disminución de la capacidad de
autopurificación. En estas condiciones, la materia orgánica sufre procesos de fermentación, los
NO3- y SO42- se reducen a NO2- y SH- (tóxicos y de olor desagradable), dando lugar a aguas
pútridas y sépticas. En estos casos se hace necesario el tratamiento de dichas aguas previo a
su vertido a los cauces naturales.
Esquema de una EDAR/ERAR
La depuración de aguas residuales en una ERAR (estación regeneradora de aguas residuales)
combina una serie de procesos fisico-químicos y biológicos en una sucesión de
operaciones unitarias cuya utilización y secuencia vienen definidas por las características del
agua a tratar y el grado de depuración que se desea conseguir.
Convencionalmente los procesos de una depuradora se agrupan en:
LÍNEA DE AGUAS
Pretratamiento
Tratamiento primario
Tratamiento secundario
Tratamiento terciario
LÍNEA DE FANGOS
Espesamiento
Deshidratación
Evacuación
• Pretratamiento y tratamiento primario: se eliminan fundamentalmente los sólidos y flóculos
en suspensión. Constan de:
• rejas y tamices
• separador de arenas y grasas
• decantador primario
• Tratamiento secundario: elimina la materia orgánica biodegradable disuelta y los restos de
sólidos en suspensión que no fueron eliminados en el primario. Consta de:
• reactor biológico, donde la materia orgánica (MO) se mineraliza
• decantador secundario
• Tratamiento terciario: se deberían eliminar los contaminantes que han pasado las etapas
anteriores (fundamentalmente N y P) y los microorganismos patógenos.
DEPURACIÓN AEROBIA
La oxidación biológica de la MO se resume globalmente por la ecuación:
Materia orgánica + nutrientes + O2 + microorganismos
CO2 + H2O + NH3 + mat. orgánica (ef. <100%) + nuevos microorganismos (Y 40%)
El proceso más utilizado es el denominado de fangos activos. Se trata de un reactor donde
se ponen en contacto el agua residual, la biomasa y el O2 disuelto, con unas condiciones de
agitación que permitan mantener la biomasa en suspensión -en forma de flóculos- asegurando
un buen contacto con el O2 disuelto.
Parte de la biomasa es reintroducida al tanque de aireación, con lo que el proceso es como un
cultivo continuo con reinoculación de microorganismos. El buen funcionamiento del proceso
depende de la rápida y eficiente decantación de la biomasa.
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J. L Sanz
Microbiología de los fangos activos
Las bacterias son los principales componentes de los flóculos originados en el proceso de
fangos activos. Son las responsables de la oxidación de la materia orgánica y de la
transformación de nutrientes, y producen polisacáridos y otros polímeros que ayudan a la
floculación de la biomasa bacteriana. Los principales géneros encontrados en los flóculos son:
• Gram -: Pseudomonas, Comamonas, Flavobacterium, Zooglea, Alcaligenes.
• Gram +: Bacillus, Corynebacterium, Arthrobacter.
• microorganismos filamentosos, tales como bacterias con vaina (Sphaerotilus),
filamentosas ramificadas (Nocardia) y deslizantes (Beggiatoa). Estos organismos pueden
conducir a la flotación del lodo (bulking).
En los flóculos también aparecen bacterias nitrificantes (Nitrosomonas, Nitrobacter) que
convierten NH4+ a NO3- y bacterias fotótrofas, especialmente bacterias rojas no del S
(Rhodospirillaceae).
Las Zooglea producen exopolisacáridos, formando típicas proyecciones con aspecto de dedos.
No son muy abundantes, pero parece que contribuyen de manera importante a la formación de
los flóculos.
Los protozoos son depredadores naturales de bacterias, contribuyendo indirectamente a la
formación del flóculo, a clarificar el efluente y a la eliminación de patógenos. La composición
de diferentes especies es un buen indicador del funcionamiento del proceso.
Otros procesos biológicos aerobios son (por orden creciente de complejidad):
- filtro verde
- humedales construidos
- lechos de turba
- balsas de estabilización
- lagunas aireadas
- biodiscos
- filtros percoladores.
DEPURACIÓN ANAEROBIA
La degradación anaerobia de la materia orgánica se resume en la siguiente ecuación:
Materia orgánica + nutrientes + microorganismos
CH4 + CO2 + NH3 + H2S + mat. orgánica (ef. <90%) + nuevos microorganismos (Y 10%)
La mezcla de gases (aprox. 2/3 de CH4 y 1/3 de CO2) se denomina biogás, y puede ser
utilizado como un combustible semejante al gas natural.
Para que el proceso de DA transcurra de forma equilibrada es de importancia capital que las
diferentes conversiones biológicas que tienen lugar permanezcan bien acopladas durante el
proceso, evitándose la acumulación de cualquier intermediario.
Esta conversión tiene lugar en varias etapas que podemos dividir en:
1.
Hidrólisis de los biopolímeros: proteínas, lípidos y carbohidratos;
2.
Fermentación de azúcares y aminoácidos a H2, ácidos grasos de cadena corta (AGV) y
alcoholes;
3.
Oxidación anaerobia de ácidos grasos de cadena larga y alcoholes a AGV e H2;
4.
Oxidación anaerobia de intermediarios, principalmente AGV a acetato e H2;
5.
Conversión del acetato en CH4 (metanogénesis acetoclástica);
6.
Reducción del CO2 mediante el H2 a CH4 (metanogénesis hidrogenotrófica).
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Un gran número de bacterias anaerobias (estrictas y facultativas) se encuentran involucradas
en la transformación de los substratos orgánicos complejos en CH4 y CO2. Los substratos
necesarios para unos microorganismos son producidos como consecuencia de la acción de
otros, por lo que frecuentemente se encuentran asociados formando biopelículas, flóculos o
gránulos, operando de manera sinérgica y sintrófica. Los principales géneros involucrados en
el proceso son:
• Hidrólisis: predominan bacterias Gram+ incluidas en los géneros Clostridium y
Staphyloccocus, y Bacteroides Gram-.
• Metabolismo intermediario:
• Fermentación: predominan bacterias Gram + del ácido láctico y relacionadas:
Lactobacillus, Streptoccocus, Staphylococcus, Microccocus; Gram -: Escherichia,
Salmonella, Veillonela y reductoras de sulfato.
• ß-oxidación: Clostridium, Syntrophomonas
• Acetogénesis: sintrofobacterias tales como Syntrophobacter wolinii y S. wolfei
• Reducción de sulfato: Desulfovibrio, Desulfomonas y Desulfotomaculum
• Metanogénesis:
• Hidrogenotrófica: Methanobacterium, Metanobrevibacter, Methanospirillum
• Hidrogenoclástica: Methanosarcina y Methanosaeta (antesMethanotrix)
Ejercicio: hacer una tabla comparativa de la depuración aerobia vs. anaerobia, destacando
ventajas e inconvenientes de cada una de ella (v.g.: carga orgánica tratada, eficiencia,
consumo energético, espacio ocupado, costes de mantenimiento, exceso de biomasa,
arrancado de la planta, toxicidad, impacto ambiental, etc.).