Optimización de Procesos Químicos y Biológicos en el Tratamiento de Aguas Residuales y Fangos

Tratamientos de Fangos y Procesos Químicos en EDAR

El tratamiento de fangos es una etapa crucial en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), buscando reducir su volumen, estabilizar la materia orgánica y facilitar su disposición final. A continuación, se detallan los tipos de fangos, los objetivos de su tratamiento y los procesos químicos involucrados.

Tipos de Fangos en una EDAR

• Fangos de Decantación Primaria: Provenientes de la primera etapa de sedimentación.
• Fangos de Decantación Secundaria: Generados en los procesos biológicos.
• Fangos Mixtos: Combinación de los anteriores.

Otros Fangos en EDAR Industriales (EDARI)

En plantas industriales, pueden encontrarse fangos específicos derivados de:

• Separadores de grasas y aceites.
• Procesos de flotación.
• Filtros percoladores.
• Precipitación química.

Objetivos de los Tratamientos de Fangos

Los principales objetivos de la gestión de fangos son:

• Disminución del contenido de agua para reducir el volumen.
• Eliminación o reducción de la materia orgánica biodegradable.
• Transformación a una fase sólida estable para su fácil evacuación de la EDAR.

Tratamientos de Fangos Utilizados

Para alcanzar los objetivos mencionados, se emplean diversas etapas de tratamiento:

Espesado

Proceso que busca reducir el volumen de agua en el fango, concentrándolo. Se realiza mediante:

• Gravedad.
• Flotación.

Estabilización

Tiene como fin reducir la putrescibilidad del fango y eliminar patógenos. Puede ser:

• Biológica (digestión aerobia o anaerobia).
• Química (adición de cal, por ejemplo).

Deshidratación

Proceso para eliminar la mayor cantidad de agua posible del fango, transformándolo en una torta sólida. Métodos comunes incluyen:

• Centrifugación.
• Filtración (filtros prensa, bandas).

Objetivos Específicos de los Tratamientos de Fangos

Objetivos del Espesado

El objetivo primordial es reducir el volumen de agua a tratar en los procesos sucesivos, optimizando el tamaño y coste de las instalaciones posteriores.

Objetivos de la Estabilización

Busca la eliminación de la materia orgánica biodegradable presente en los fangos, de tal forma que no se generen descomposiciones posteriores, malos olores o proliferación de patógenos en su destino final.

Objetivos de la Deshidratación

Consiste en alcanzar una sequedad adecuada en el fango, que se encuentre en fase sólida, lo que permite evacuarlo de la planta depuradora de manera eficiente, generalmente mediante camión, reduciendo los costes de transporte y disposición.

Tipos de Procesos Químicos en el Tratamiento de Aguas Residuales

Los procesos químicos son fundamentales para la eliminación de contaminantes específicos y la mejora de la calidad del agua.

Coagulación-Floculación

Es la reacción química que tiene lugar por la adición de productos (coagulantes y floculantes), produciendo una desestabilización de los coloides presentes en el agua residual mediante la neutralización de sus cargas eléctricas, lo que facilita su aglomeración y posterior sedimentación.

Neutralización

Las aguas residuales pueden contener en su composición ácidos o álcalis que deben ser neutralizados o ajustado su valor de pH a un rango específico antes de cualquier tratamiento biológico o descarga, para proteger los microorganismos y el medio ambiente.

Precipitación

Este proceso implica la adición de reactivos que forman compuestos insolubles con los contaminantes, los cuales precipitan y pueden ser separados. Para una precipitación efectiva, el producto de solubilidad de la sal formada debe ser lo más bajo posible, y los reactivos deben ser de coste reducido y fáciles de conseguir en el mercado.

Redox (Reducción-Oxidación)

Los procesos redox se utilizan para transformar contaminantes en formas menos tóxicas o más fácilmente eliminables mediante la transferencia de electrones. Ejemplos incluyen la oxidación de cianuros o la reducción de cromo hexavalente.

Bioprocesos en Tratamientos de Residuos: Digestión Anaerobia

La digestión anaerobia es un bioproceso clave para el tratamiento de residuos orgánicos y la recuperación de energía.

Procesos Anaerobios: Usos y Justificación

Usos

Los procesos anaerobios son especialmente adecuados para el tratamiento de aguas residuales con cargas elevadas de Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y para la estabilización de fangos.

Justificación

La justificación para su uso en aguas con alta DBO radica en que los procesos aerobios para estas cargas conllevarían a consumos energéticos y, en consecuencia, gastos de explotación e instalación muy elevados. La digestión anaerobia ofrece una alternativa más eficiente energéticamente y con potencial de recuperación de energía.

Objetivos de la Digestión Anaerobia

Los principales objetivos de este bioproceso son:

• Eliminación de la materia orgánica biodegradable presente en los residuos.
• Obtención de energía en forma de biogás (principalmente metano) para calefacción del propio proceso o para generación de electricidad.

Fundamentos de la Digestión Anaerobia

La digestión anaerobia es un proceso microbiológico complejo que ocurre en varias etapas secuenciales:

Etapas de la Digestión Anaerobia

• Hidrólisis: Los compuestos orgánicos complejos (proteínas, carbohidratos, lípidos) en estado sólido o particulado son descompuestos en moléculas más pequeñas y solubles por enzimas extracelulares.
• Acidogénesis: Las moléculas solubles son transformadas por bacterias acidogénicas en ácidos grasos volátiles (AGV), alcoholes, CO₂ e H₂.
• Acetogénesis: Los productos de la acidogénesis (excepto el ácido acético) son convertidos en ácido acético, CO₂ e H₂ por bacterias acetogénicas.
• Metanogénesis: Las bacterias metanogénicas producen metano (CH₄) a partir de ácido acético (vía acetoclástica) y de CO₂ e H₂ (vía hidrogenotrófica).

Factores que Afectan al Proceso Anaerobio

El rendimiento y la estabilidad de la digestión anaerobia dependen de varios factores:

• Temperatura: Influye en la actividad microbiana (mesofílica o termofílica).
• Tiempo de Retención Hidráulica (TRH): Tiempo que el líquido permanece en el digestor.
• Carga de Sólidos Suspendidos Volátiles (VSS): Cantidad de materia orgánica alimentada al digestor.
• Generación de Gas: Indicador de la actividad metanogénica.
• pH: Rango óptimo para las bacterias metanogénicas (generalmente entre 6.8 y 7.2).
• Presencia de Compuestos Tóxicos Inhibidores: Sustancias que pueden afectar negativamente la actividad microbiana (ej. amonio, sulfuros, metales pesados).

Tipos de Digestores Anaerobios

Existen diversos diseños de digestores, cada uno con características y aplicaciones específicas:

• Digestores de Flujo Pistón: Su gran ventaja es su sencillez y operatividad, aunque con rendimientos bajos. Se usan comúnmente para el tratamiento de residuos ganaderos.
• Digestores de Mezcla Completa: Son los más sencillos de todos y se utilizan a gran escala para fangos y residuos líquidos.
• Digestores de Contacto Anaerobio: Permiten una separación y recirculación de la biomasa.
• Digestores de Lecho de Lodos (UASB, EGSB): Caracterizados por un lecho de lodos granular de alta actividad.
• Filtros Anaerobios o de Lecho Fijo: La biomasa se adhiere a un material de soporte, y el tiempo de retención celular es superior al tiempo de residencia hidráulica.
• Digestores de Lecho Expandido o Fluidizado: Utilizan un material de soporte pequeño y ligero que se mantiene en suspensión.

Normas Generales de Diseño y Equipos en Procesos Anaerobios

Equipos Utilizados en los Procesos Anaerobios

Los sistemas de digestión anaerobia requieren de varios componentes clave:

• Digestores: Recipientes donde ocurre el proceso.
• Sistemas de Agitación: Pueden ser mecánicos, por recirculación del gas o por recirculación del agua, para asegurar el contacto entre sustrato y microorganismos.
• Sistemas de Recuperación Energética de Gases: Para captar, almacenar y utilizar el biogás producido.

Otras Normas Generales de Diseño

El diseño de plantas de digestión anaerobia debe considerar aspectos como la seguridad, la eficiencia energética, la minimización de olores y la integración con otros procesos de la EDAR.