Tratamiento Secundario

Limpiar el agua de impurezas cuyo tamaño es menor a las que se pueden captar por decantación y las rejillas. Los sistemas biológicos convierten materia orgánica en sólidos suspendidos los cuales posteriormente se floculan y son removidos por sedimentación gravitacional. En agua residual doméstica el objetivo es la reducción de materia orgánica y eliminación de nitrógeno y fósforo.

Papeles de los Microorganismos

Eliminación de DBO carbonoso, coagulación de sólidos coloidales no sedimentables y estabilización de la materia orgánica.

Necesidades Nutritivas para el Crecimiento Microbiano

1. Una fuente de energía: Se obtiene de la luz o de reacciones químicas de oxidación.
   • Fototrofos: Utilizan luz como energía; pueden ser heterótrofos o autótrofos.
   • Quimiotrofos: Obtienen energía con reacciones químicas; pueden ser heterótrofos o autótrofos.
2. Carbono para la síntesis de materia celular nueva: Materia orgánica y dióxido de carbono son las principales fuentes de carbono celular para los microorganismos.
   • Heterótrofos: Utilizan carbón orgánico.
   • Autótrofos: Obtienen carbono celular a partir de dióxido de carbono (proceso reductivo).
3. Elementos nutrientes (factores de crecimiento):
   • Nutrientes inorgánicos: Nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, magnesio, calcio, hierro, sodio, cloro.
   • Nutrientes de menor importancia: Zn, Mn, Molibdeno, Sn, Cobalto, Co, Ni, Vn, W.

Tipo de Metabolismo Microbiano

• Metabolismo aerobio o respiratorio: Los organismos generan energía mediante el transporte de electrones y enzimas. Solo pueden sobrevivir si existe una fuente de oxígeno molecular (se les llama aerobios obligados).
• Metabolismo anaerobio o fermentativo: No incluye la participación de un aceptor exterior. Generan energía por fermentación y solo pueden existir en ausencia de oxígeno. Anaerobios facultativos generan energía por fermentación y pueden crecer; se clasifican en:
  1. Anaerobios facultativos puros: Pueden cambiar de metabolismo fermentativo a respiratorio.
  2. Anaerobios aerotolerantes: Metabolismo estrictamente fermentativo.

Géneros Microbianos Presentes en Agua Residual

Composición de una bacteria: 80% agua, 20% materia seca (90% orgánico, 10% inorgánico)

Condiciones ambientales: pH 6.5 a 7.5, temperatura en la siguiente tabla

Crecimiento Bacteriano

Las bacterias se pueden reproducir por fisión binaria, sexualmente o germinación. El modelo de crecimiento consta de 4 etapas:

1. Fase de retardo: Representa el tiempo para que los organismos se aclimaten a nuevas condiciones y empiecen a dividirse.
2. Fase de crecimiento exponencial: Las células se dividen a una velocidad la cual es determinada por su tiempo de generación.
3. Fase estacionaria: La población permanece constante debido a que las células agotaron los nutrientes para crecer o se generan nuevas células que se compensan con la muerte de viejas células.
4. Fase de muerte exponencial: Fase de mortalidad excede a aquella en la cual se generan células nuevas.

Crecimiento en Cultivos Mixtos

Un sistema de tratamiento biológico de aguas residuales necesita una comunidad biológica y un medio ambiente controlado. Las condiciones ambientales se controlan con pH, temperatura y adición de nutrientes. Esta condición depende de la tasa de crecimiento.

Proceso Biológico de Tratamiento

Definiciones

• Procesos aerobios: Se llevan a cabo en presencia de oxígeno.
• Procesos anaerobios: Se llevan a cabo en ausencia de oxígeno.
• Desnitrificación anóxica: Proceso en el cual el nitrógeno de los nitratos se transforma biológicamente en nitrógeno o gas en ausencia de oxígeno. También se llama desnitrificación anaerobia.
• Eliminación biológica de nutrientes: Se aplica a la eliminación de nitrógeno y fósforo mediante procesos de tratamiento biológico.
• Procesos facultativos: Procesos biológicos en los que los microorganismos pueden operar en presencia o ausencia de oxígeno (organismos facultativos son aquellos que pueden realizar doble función).
• Eliminación de la DBO carbonosa: Es la conversión biológica de la materia carbonosa del agua residual en tejido celular y diversos productos gaseosos.
• Nitrificación: Es el proceso biológico mediante el cual el amoniaco se transforma primero en nitrito y posteriormente en nitrato.
• Desnitrificación: Proceso biológico en donde el nitrato se convierte en nitrógeno gas y en otros productos gaseosos.
• Sustrato: Término para representar a la materia orgánica o nutrientes que sufren una conversión o que pueden constituir un factor limitante en el proceso de tratamiento biológico.
• Proceso de cultivo en suspensión (lodos): Son procesos de tratamiento biológico en donde los microorganismos responsables de la conversión de la materia orgánica y otros constituyentes del agua residual se mantienen en suspensión dentro del líquido.
• Proceso de cultivo fijo: Proceso de tratamiento biológico en donde los microorganismos responsables se encuentran fijados a un medio inerte, tal como piedras, escorias, material cerámico, plásticos, entre otros.
• Procesos de tratamiento biológico: Aerobio, anaerobio. Este proceso consiste en el control del medio ambiente de los microorganismos para conseguir condiciones óptimas de crecimiento.

Aplicación de Procesos de Tratamiento Biológico

Principales aplicaciones son:

1. Eliminación de la materia orgánica carbonosa del agua residual, normalmente medida como COT.
2. Nitrificación.
3. Desnitrificación.
4. Eliminación de fósforo.
5. Estabilización de lodos.

Procesos de Tratamiento Aerobio de Cultivo en Suspensión

Procesos biológicos utilizados para eliminación de materia carbonosa son:

1. Lodos activados: Se utiliza un cultivo fluidizado o en suspensión de microorganismos bajo condiciones aerobicas en donde el material orgánico existente en el agua residual se emplea como sustrato y de esta manera es removido mediante respiración microbial y síntesis.
2. Lagunas aireadas: Se desarrollan a partir de tanques de estabilización facultativos en los que se instalaron factores de aireación de superficie, para eliminar los olores que se producen al estar sometidos a sobrecargas orgánicas. Se usa como reactor un depósito excavado en algún terreno. El oxígeno se suministra mediante areadores. En una laguna los sólidos se mantienen en suspensión.
3. Reactor de flujo discontinuo secuencial (SBR): Sistema de tratamiento de lodos activados, su funcionamiento se basa en la secuencia de ciclos de llenado, interviene la aireación y la sedimentación-clarificación. En el SBR los procesos se llevan a cabo en el mismo tanque. La descripción del proceso: Son 5 etapas: 1) Llenado: se adiciona el sustrato al reactor. 2) Aireación: Se completan las reacciones que han iniciado desde la fase de llenado. 3) Sedimentación: Permite la separación de sólidos.
4. Digestión aerobia: Método para tratar lodos orgánicos producidos en el curso de las diversas operaciones de tratamiento. Se pueden emplear para el tratamiento de únicamente lodos activados o de filtros percoladores. Mezcla de lodos activados o filtros percoladores y lodo biológico.

El proceso de lodos activados es el más utilizado principalmente en tratamiento secundario de aguas domésticas.

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