Microorganismos en la Depuración Biológica de Aguas Residuales

Microorganismos Principales en la Depuración Biológica

Bacterias

Procariotas (sin membrana nuclear). Tipos:

• Esféricas (cocos): 0,5-1 μm de diámetro
• Cilíndricas (bacilos): 0,5-1 μm de ancho y 1,5-3 μm de longitud
• Helicoidales (espirilos): 0,5-5 μm de ancho y 6-15 μm de longitud

Protozoos

Móviles y en general unicelulares. La mayoría heterótrofos aerobios (también hay anaerobios). Mayores que las bacterias (10 a 300 μm). Se alimentan de ellas. Al consumir bacterias y materia orgánica actúan como purificadores de los efluentes.

Rotíferos

Aerobios, heterótrofos, multicelulares. Tamaño: 100 a 1000 μm. Muy eficaces en la eliminación de bacterias dispersas y floculadas y partículas pequeñas de materia orgánica. Su presencia indica procesos aerobios muy eficientes.

Hongos

Heterótrofos, multicelulares. Normalmente aerobios estrictos. Crecen con poca humedad y toleran pH en límites muy amplios (2 a 9). Baja demanda de nitrógeno (mitad de las bacterias), son importantes en el tratamiento de aguas residuales de origen industrial.

Algas

Unicelulares o multicelulares. Autótrofas y fotosintéticas. Importancia en lagunaje (lagunas aerobias o facultativas): Suministran oxígeno a las bacterias heterótrofas aerobias.

Desarrollo Bacteriano: Factores Condicionantes en Procesos Biológicos Aerobios

pH admisible

Entre 6 y 9,5. Límites adecuados entre 6,5 y 7,5.

Alcalinidad

La pérdida de alcalinidad en la nitrificación puede bajar el pH e inhibir el crecimiento de las bacterias nitrificantes.

Oxígeno

Indispensable por ser procesos aerobios. Más decisivo para la nitrificación.

NTK y Fósforo

Necesarios para el crecimiento de las bacterias.

Esquema del Proceso

O₂, Mat. Org. (C_yH_xO_yN_z), Nutrientes: N y P, Mat. Org. --> Reac. Bioq.

--> Nuevas células, Productos Finales: CO₂+H₂O+NH₃, Mat. org. no biodegradable, Mat. inorg., Comp. inorg. oxidados (PO₄^3-, SO₄^2-, NO₃^-)

Decantación Secundaria

Flóculo Ideal

IVF: 80-150 ml/g. Efluente de baja turbidez.

Pin Floc

IVF < 80 ml/g, efluente con turbidez y típico en procesos con alta edad del fango y sistemas de aireación > 80 ml/g.

Flóculo en Situación de Bulking

IVF > 150 ml/g, bajísima turbidez si se retienen los fangos y puede aparecer en sistemas de alta edad del fango o mezcla total.

Espesamiento

Concentración de los fangos antes de su conducción a vertedero o a la digestión. El volumen de fango a transportar resulta así mucho menor. Y mezcla y homogeneización de los fangos procedentes de distintos decantadores.

Espesamiento por Gravedad

Espesamiento mecánico: un disco filtrante separa el fango floculado del filtrado, obtenemos sequedades de hasta el 6% MS.

Espesamiento por Flotación

Parámetros

Afinidad del Aire a la Partícula

Preciso que la adhesión de las partículas a las burbujas de aire sea mayor que la que tienen con el agua.

Densidad de la Partícula

La flotación es más fácil con densidades parecidas a las del agua.

Diámetro de la Partícula

Cuanto mayor diámetro, es necesario más aire adherido.

Formación de Microburbujas

1. Presurización de un flujo de agua: puede ser presurización directa total o parcial (se presuriza caudal de fangos) o presurización indirecta (se presuriza agua clarificada).
2. Disolución de aire en dicho flujo, sobresaturándolo.
3. Despresurización a presión atmosférica, el exceso disuelto se libera en forma de microburbujas.

Equipos de un Sistema de Presurización

• Bomba de presurización: uniformidad de presión.
• Depósito de presurización: depósito donde se produce la disolución del aire comprimido y del agua o fango a presurizar.
• Sistemas de inyección de aire: se regula mediante presostato a la presión deseada en el depósito de presurización.
• Válvulas reductoras de presión: crean pérdida de carga en la corriente de agua presurizada, para crear microburbujas sin crear turbulencias.
• Tanque de flotación: rectangular o circular. Es el más utilizado en estaciones depuradoras de aguas residuales.

Deshidratación

Eras de Secado

Paredes y fondo impermeables. Drenaje de fondo recoge el líquido drenado para su incorporación a la línea de agua depurada. Pueden ser cubiertas en zonas de lluvia. Problema fundamental es la extracción de fangos, que debe ser manual --> muchas horas.

Lagunas de Secado

Lagunas utilizadas para eliminar los fangos, profundidad = 2-2,4 m. 1 año para obtener contenido de agua 80%. Ciclo: 1 año llenándose, 18 meses de secado y 6 meses de reserva. Solo se utilizan como depósitos de reserva cuando los fangos se destinan a abonado de tierras.

Filtros Banda

Variables que influyen en el rendimiento: características del fango, método de acondicionamiento del fango, presión aplicada por las bandas, porosidad y anchura de bandas y velocidad de giro de las bandas.

Filtro Prensa

Ventajas: elevada concentración de sólidos en la torta y baja concentración de sólidos en el escurrido.

Inconvenientes: funcionamiento discontinuo, alto coste de equipos y mano de obra cualificada, equipos ocupan gran superficie.

Digestión Aerobia

Descomposición biológica de la materia orgánica presente en los fangos en presencia de oxígeno.

Ventajas

• Buena reducción de sólidos volátiles.
• Reducción de concentraciones de DBO₅ del sobrenadante.
• Minimización del problema de olores en el producto digerido.
• Obtención de un producto con gran valor desde el punto de vista agrícola.

Inconvenientes

• El fango así estabilizado es más difícil de deshidratar.
• Elevados costes de mantenimiento por gasto energético.

Sistemas de Aireación

Sistemas de Difusión

Ventajas: transferencia de oxígeno se controla fácilmente, las espumas en el tanque no afectan a la capacidad de oxigenación y se incrementa la temperatura del digestor.

Inconvenientes: requiere adecuado mantenimiento por la posibilidad de atascamiento de los difusores.

Aireadores Superficiales

Ventajas: bajo mantenimiento y elevada capacidad de transferencia.

Inconvenientes: menor control sobre la oxigenación, rendimiento puede verse afectado por espumas y flotantes y posibles problemas en tiempos y zonas frías.

Aireadores Sumergidos

Ventajas: buen control de la oxigenación, capacidad de oxigenación no se ve afectada por espumas, insensible a la variación de nivel y no hay problemas de hielo en invierno.

Inconveniente: coste suele ser más elevado que en caso de las turbinas.

Digestión Anaerobia

Temperatura

Digestión termofílica (mayor velocidad) que mesofílica. Ventajas: menor volumen, mejor deshidratación y mayor destrucción de bacterias. Inconvenientes: mayores necesidades energéticas, peor calidad del sobrenadante y menor estabilidad del proceso.

Tipos de Procesos

Sin enriquecimiento de biomasa

• Digestión en etapa única con mezcla completa.
• Digestión en etapa doble.
• Digestión en dos fases.

Con enriquecimiento de biomasa

• Fijación de biomasa mediante instalación en el interior de los digestores de material soporte fijo.
• Fijación de biomasa mediante relleno del reactor con materiales soporte flotante.
• Recirculación de parte de la biomasa ya formada una vez extraída del digestor.

Etapa Única con Mezcla Completa

El fango se mezcla íntimamente mediante recirculación de gas, mezcladores mecánicos, bombeo o mezcladores con tubos de aspiración y se calienta para optimizar la velocidad de digestión. Parámetros: proceso en etapa única, temperatura = 35°C, mezcla completa de todo el fango varias veces al día, alimentación con fango crudo espesado.

Sistemas de Agitación

• Inyección de gas: recogen el gas producido en el digestor, lo comprimen y lo descargan a través de una serie de difusores en el fondo del tanque.
• Agitación mecánica: mediante turbinas o agitadores de baja velocidad cuyos elementos giratorios desplazan el fango mezclado.
• Bombeo mecánico: consisten en bombas de hélice o centrífugas, consiguiéndose el mezclado mediante la circulación de fango.

Sistemas de Inyección de Gas

• No confinados: se diseñan para recoger el gas en la parte superior de los digestores, comprimirlo y descargarlo a través de una serie de lanzas ancladas en la zona superior. Consiguen el mezclado liberando burbujas de gas que ascienden arrastrando el fango.
• Confinados: el gas se recoge en la parte superior de los digestores, se comprime y se descarga a través de conductos confinados. Tipos: sistemas de bomba de emulsión de gas y sistemas de émbolo de gas.

Calefacción del Digestor

Las necesidades de calor vienen dadas por: aumentar la temperatura del fango alimentado, compensar las pérdidas de calor que se producen a través de las paredes, fondo y cubierta del digestor y compensar las pérdidas en conducciones que comunican la fuente de calor con el tanque de digestión.

Seguridad

Para que ocurra una explosión deben concurrir: gas, aire, fuente de calor.

Conclusión

Toda línea de gas debe evitar contacto entre aire y gas.

Gasómetros

Almacenamiento en el propio digestor, de campana flotante, membrana lastrada y membrana flexible.