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El tratamiento biológico de agua residual

El tratamiento biológico de agua residual

Los objetivos que persigue un tratamiento biológico de agua residual son la coagulación y la eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica mediante la presencia de microorganismos, que son los responsables de convertir esta materia orgánica coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular.

Los microorganismos más frecuentes que pueden desarrollarse en el biorreactor son, según su importancia en los procesos de tratamiento biológico:

  1. Bacterias.
  2. Hongos.
  3. Algas.
  4. Protozoos.
  5. Rotíferos.
  6. Crustáceos.
  7. Virus.

En el momento en que las aguas residuales empiezan a ser tratadas en una ED, pasan por un pretratamiento en el que se retiran los sólidos y gruesos de gran tamaño, así como las arenas y grasas. A continuación, el agua pasa al denominado tratamiento primario, donde se eliminan sólidos en suspensión fácilmente sedimentables y algo de materia orgánica.

La materia orgánica que queda disuelta y en suspensión, así como el resto de las partículas sólidas que no se han eliminado en los tratamientos anteriores son eliminadas mediante los denominados procesos biológicos de depuración aerobia, que constituyen los tratamientos secundarios en la línea de aguas.

Podemos definir los procesos biológicos de depuración aerobia como aquellos realizados por determinado grupo de microorganismos (principalmente, bacterias y protozoos) que, en presencia de oxígeno, actúan sobre la materia orgánica e inorgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual, transformándola en gases y materia celular, que puede separarse fácilmente mediante sedimentación.

La unión de materia orgánica, bacterias y sustancias minerales forma los flóculos y el conjunto de flóculos es lo que todos conocemos como fango biológico.

Los objetivos que persigue este tipo de tratamiento son la transformación de la materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables. En el caso de algunas aguas residuales urbanas, también se persigue la eliminación de nitrógeno y de fósforo. Por último, conseguimos además la disminución de los microorganismos patógenos y fecales que habitan el agua residual.

Básicamente, existen dos tipos de tratamientos biológicos aerobios:

  1. Procesos de cultivo en suspensión (fangos activados).
  2. Procesos de cultivo fijo (lechos bacterianos).

Nos vamos a centrar en cómo suceden los mecanismos de depuración biológica aerobia y, más concretamente, en el proceso de fangos activos.

La oxidación biológica es el mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia orgánica contaminante del agua residual.

De esta forma, estos microorganismos se alimentan de dicha materia orgánica en presencia de oxígeno y nutrientes, de acuerdo con la siguiente reacción:

Materia Orgánica + Microorganismos + Nutrientes + O2 ⇒ Productos Finales + Nuevos Microorganismos + Energía

Para que lo anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos de reacciones fundamentales totalmente acopladas:

  1. Reacciones de síntesis o asimilación. Consisten en la incorporación del alimento (materia orgánica y nutrientes) al interior de los microorganismos. Estos microorganismos, al obtener suficiente alimento, no engordan, sino que forman nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente. Parte de este alimento es utilizado como fuente de energía. La reacción que ocurre es: CHNO (Materia Orgánica) + O2 + Bacterias + Energía ⇒ C5H7NO2 (Sustancias Del Interior Bacteriano)
  2. Reacciones de oxidación y respiración endógena. Los microorganismos, al igual que nosotros, necesitan de energía para poder realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.). Dicha energía la obtienen transformando la materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de sustancias de reserva en gases, agua y nuevos productos de acuerdo con la siguiente reacción: C5H7NO2 (Material Celular) + 5O2 ⇒ 5CO2 + 2H2O + NH3 + Energía

Después de un tiempo de contacto suficiente entre la materia orgánica del agua residual y los microorganismos (bacterias), la materia orgánica del medio disminuye considerablemente, transformándose en nuevas células, gases y otros productos. Este nuevo cultivo microbiano seguirá actuando sobre el agua residual.

A todo este conjunto de reacciones se les denomina de oxidación biológica, porque los microorganismos necesitan de oxígeno para realizarlas.

Los microorganismos se ven obligados a la respiración endógena y a metabolizar el material del citoplasma de sus colegas y sus propias reservas (lisis), de esta forma, aumentan la tasa de formación del flóculo biológico.

Los factores principales que hay que tener en cuenta para que se produzcan las reacciones biológicas y, por tanto, las depuraciones del agua residual son:

  1. Las características del sustrato. Las características fisicoquímicas del agua residual determinan el mejor o peor desarrollo de los microorganismos en este sistema, existiendo compuestos contaminantes que son degradables biológicamente y otros que no lo son.
  2. Los nutrientes. El interior celular, aparte de C, H y O, elementos característicos de la materia orgánica, contiene otros elementos como son el N, P, S, Ca, Mg etc., denominados nutrientes y que, a pesar de que muchos de ellos se encuentran en el organismo solo en pequeñas cantidades, son fundamentales para el desarrollo de la síntesis biológica.

Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan por cada 1000 g de C, 43 de N y 6 de P, y que, en las aguas residuales urbanas, existen por cada 1000 g de C, 200 g de N y 16 g de P.

Si comparamos 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.

Es interesante comentar que, en el caso de determinadas aguas con vertidos industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas, siendo necesario dosificar N y P en el agua para que pueda darse el desarrollo bacteriano y exista depuración biológica.

  1. Aportación de oxígeno. Para el desarrollo de las reacciones biológicas, es necesario un medio aerobio, es decir, con oxígeno suficiente que permita el desarrollo y la respiración de los microorganismos aerobios.
  2. Temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad con que los microorganismos degradan la materia orgánica, pero a partir de los 37 ºC, dichos organismos mueren. Nuestras temperaturas son ideales para el desarrollo óptimo de los procesos de depuración biológica.
  3. Salinidad. El contenido en sales disueltas no suele ser problemático para el desarrollo bacteriano en el proceso de fangos activos hasta concentraciones de 3 a 4 g/l. En los procesos de cultivos fijos (lechos bacterianos), la influencia es aún menor, no afectando valores que no superen los 15 g/l. Sin embargo, existen multitud de grupos bacterianos capaces de vivir en aguas saladas, de forma que, si a tu sistema de depuración le das tiempo de adaptación, pueden desarrollarse bien dichos grupos microbianos a concentraciones salinas superiores. En este sentido, la EDAR de El Rompido, que funciona mediante tratamiento biológico por fangos activos, tiene un rendimiento excelente con aguas residuales de elevada salinidad.
  4. Tóxicos o inhibidores. Existen una serie de sustancias orgánicas e inorgánicas que, a ciertas concentraciones, inhiben o impiden los procesos biológicos. Este tipo de sustancias, entre las que se encuentran los metales pesados, ejercen un efecto perjudicial sobre los microorganismos encargados de depurar el agua y, por tanto, no deben entrar en las plantas depuradoras con el agua residual o, si entran, deben hacerlo en concentraciones muy bajas.

Todos estos factores son de gran importancia, y deben de ser controlados si queremos obtener un rendimiento eficaz de depuración por parte de los microorganismos encargados de degradar la materia orgánica del agua residual.

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