SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

LODOS ACTIVADOS

El lodo activado es una proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados y airados en un tanque denominado aireador, los flóculos biológicos formados en este proceso se sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar del cual son recirculados nuevamente al tanque aireador o de aeración.En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les sirve de alimento para su producción. Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos (aireadores superficiales, sopladores,etc.) Los cuales tienen doble función:

producir mezcla completa y agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle

BacteriasLas bacterias juegan un rol preponderante en el tratamiento biológico. Las bacterias son clasificadas de acuerdo a sus características bioquímicas.

a) Clasificación por su forma de vida

1. De crecimiento suspendido, con existencia de flóculos orgánicos (Lodos Activados).

2. De crecimiento adherido donde el crecimiento bacterial se realiza en un medio de apoyo (piedras, medio artificial PVC). Utilizado en procesos con filtros percoladores.

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b) Clasificación por uso de oxígeno Los organismos aeróbicos existen solo cuando existe una fuente de

oxígeno molecular. Organismos anaeróbicos cuya existencia esta condicionada a la ausencia

de oxígeno. Organismos facultativos tiene la capacidad de sobrevivir con o sin

oxígeno.

LAGUNAS AIREADAS

Laguna que contiene oxígeno donde el agua residual se estabiliza parcialmente mediante la actividad metabólica de bacterias y algas. Las lagunas pequeñas (menores de 0,2 hectareas y 0,9 m de profundidad) pueden mantener condiciones aerobias sin aeración mecánica.Las lagunas aeróbicas se basan en el aporte de oxígeno a partir del crecimiento de fotosintetizadores y permiten obtener efluentes de baja DBO soluble pero de alto contenido de algas, las que debieran ser cosechadas a fin de controlar los cuerpos receptores. No recirculan los lodos como la tecnología de lodos activados.

La tecnología de Lagunas Aireadas corresponde al proceso de transición entre los sistemas naturales y convencionales, ya que operan con oxigenación mecánica, pero su infraestructura es simple del tipo piscinas impermeabilizadas. La aireación generalmente es entregada por equipos de aireación superficial, opera en flujo continuo, sin recirculación de lodos, por esto requieren mayor tiempo de retención que los sistemas convencionales

.

Algunos parámetros a considerar son los siguientes:

Profundidad debe ser tal que no se produzcan regiones sin oxígeno, teniendo sobre todo presente que la turbiedad impide el paso de la luz solar. Se suelen encontrar profundidades de 3 a 7 metros.

Tiempos de retención hidráulicos teóricos (es decir, volumen de la laguna dividido por caudal medio tratado) han de ser de 10 a 40 días, de modo que el terreno requerido para esta tecnología puede ser intolerablemente grande.

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Tasa de carga de este tipo de lagunas cae en el rango de 85 a 170 kg de DBO5 por hectárea y por día.

Las lagunas aireadas, según el perfil de oxígeno disuelto en ellas, se pueden clasificar como:

Aerobias: el oxigeno entregado permite mantener oxigeno disuelto en toda la laguna, y la mezcla es suficiente para mantener los sólidos biológicos en suspensión.

Facultativas: sólo existe oxígeno disuelto en el estrato superior; en profundidad, está ausente. El grado de mezcla no es suficiente para mantener todos los sólidos biológicos en suspensión, de modo que parte de éstos sedimenta en el fondo. Allí se produce la descomposición anaerobia de los sólidos.

FILTRO PERCOLADOR

También llamados biofiltros, es quizá el tipo de reactor más usado en nuestro medio. A pesar de su nombre (filtro percolador) esta unidad no realiza un proceso de filtración propiamente dicho, sino que se trata de una torre de contacto en la que el agua residual escurre, desde arriba, por un lecho fijo en el que la biomasa se encuentra adherida. Es un filtro biológico de lecho fijo que opera bajo condiciones (principalmente) aeróbicas. Se "deja caer" o rocía agua de desecho decantada sobre el filtro. Al migrar el agua por los poros del filtro, la materia orgánica se degrada por la biomasa que cubre el material del filtro.

Este lecho fijo se compone de piedras o, más recientemente, de piezas plásticas u otro material, sobre las cuales se realiza una aspersión de las aguas residuales, mediante un brazo rotatorio con orificios o boquillas, el cual es movido por un motor o por la misma acción dinámica del agua al golpear con la superficie del lecho. Con el tiempo, se forma una biopelícula (biofilm), llamada también zooglea, sobre este material de soporte; esta biopelícula o lama biológica de microorganismos se encargará de tomar como alimento (adherir y descomponer), la materia orgánica biodegradable presente en las aguas del afluente.

Esta biomasa adherida se encuentra formada, principalmente, por protistas: bacterias (aerobias y facultativas, principalmente), hongos (que predominarán si se trabaja con pH bajos) y protozoos. También se presentan larvas de insectos y caracoles. En la superficie del filtro, por efecto de la luz solar, suelen crecer comunidades de algas que podrían llegar a obstruir parcialmente el filtro.JJHM

SISTEMAS BIOLÓGICOS DE CONTACTO ROTATORIO

El reactor Biológico Rotativo de Contacto (del inglés RBC, Rotating Biological Contactor); también mal llamado “Contactor Biológico Rotativo” (CBR), es un sistema de tratamiento de depuración de aguas que consistente en baterías de discos de diversos materiales colocados en paralelo que se van sumergiendo secuencial y parcialmente (un 40 %) en un depósito por donde circula el agua a tratar. Sobre dicho soporte se adhiere y desarrolla una biomasa activa procedente del agua residual, y la cual realiza el efecto depurador del sistema. A estos sistemas se les conoce habitualmente por Biodiscos.

-Los biodiscos giran a baja velocidad (menor de 5 rpm), alrededor de un eje perpendicular a todos ellos. A estos sistemas se les consideran un sistema de biomasa fija, pues los microorganismos responsables de la depuración trabajan (mayoritariamente) adheridos a los discos que están fabricados en diversos materiales plásticos que los hacen fuertes y ligeros.JJHM

La cantidad de aire captado durante la fase de emersión del rotor, debe ser suficiente para cubrir el consumo por parte de los microorganismos de la biopelícula durante la fase de inmersión y para mantener las condiciones aerobicas en el recinto que alberga el rotor.

HUMEDALES ARTIFICIALES

Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua residual (estanque o cauce) poco profundo, construido por el hombre, en el que se han sembrado plantas acuáticas y que se han contado con los procesos naturales para tratar el agua residual. Los wetlands construidos tienen ventajas respecto de los sistemas de tratamiento alternativos debido a que requieren poca o ninguna energía para operar. Si hay suficiente tierra barata disponible cerca de la instalación de los wetlands de cultivo acuático, puede ser una alternativa de costo efectivo. Los wetlands proporcionan el hábitat para la vida silvestre y son estéticamente, agradables a la vista.Las profundidades típicas de estas extensiones de tierras son menores a 0,60 m donde crecen plantas emergentes como juncos, typha «totora», duck weed «lenteja de agua» que contribuye a la reducción de contaminantes a través de procesos aerobios de degradación.Según el sentido de circulación del agua distinguimos los siguientes tipos principales de humedales:

De flujo horizontalEl agua circula subterráneamente por un lado y sale por el contrario mientras atraviesa el medio filtrante, formado por grava, y las raíces de las plantas, donde las bacterias contribuyen a la degradación de la materia orgánica y a la desnitrificación.

De flujo verticalEl agua entra por la parte superior a pulsos y circula en sentido vertical atravesando el medio filtrante con las raíces de las plantas y la biopelícula bacteriana adherida. Llevan acoplados unos tubos de aireación

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favoreciendo la entrada de oxígeno al medio filtrante y mejorando la degradación de los contaminantes. Requieren menor superficie para su instalación, son más eficaces y eliminan amoníaco (nitrificación).

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

La tecnología de lagunas de estabilización es uno de los métodos naturales más importantes para el tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización son fundamentalmente reservorios artificiales que comprenden una o varias series de lagunas anaerobias, facultativas y de maduración. El tratamiento primario se lleva a cabo en la laguna anaerobia, la cual se diseña principalmente para la remoción de materia orgánica suspendida (SST) y parte de la fracción soluble de materia orgánica (DBO5). La etapa secundaria en la laguna facultativa remueve la mayoría de la fracción remanente de la DBO5 soluble por medio de la actividad coordinada de algas y bacterias heterotróficas. El principal objetivo de la etapa terciaria en lagunas de maduración es la remoción de patógenos y nutrientes (principalmente Nitrógeno). Las lagunas de estabilización constituyen la tecnología de tratamiento de aguas residuales más costo-efectiva para la remoción de microorganismos patógenos por medio de mecanismos de desinfección natural.Las lagunas de estabilización son particularmente adecuadas para países tropicales y subtropicales dado que la intensidad del brillo solar y la temperatura ambiente son factores clave para la eficiencia de los procesos de degradación.

Las lagunas de estabilización son los sistemas de tratamiento biológico de líquidos residuales más sencillos de operar y mantener. Consisten en estanques, generalmente excavados parcialmente en el terreno, con un área superficial y volumen suficientes para proveer los extensos tiempos de tratamiento (~ meses) que requieren para degradar la materia orgánica mediante procesos de “autodepuración”. Los tiempos de tratamiento son del orden de meses,

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constituyendo esto, una de sus principales desventajas, al tratarse de procesos de degradación totalmente naturales.

Fundamentalmente son tres los tipos de lagunas existentes: Anaerobias, Facultativas y de Maduración.

Lagunas anaerobias Estas son las unidades más pequeñas de la serie. Por lo general tienen una profundidad de 2-5 m y reciben cargas orgánicas volumétricas mayores a 100 g DBO5/m3 d. Estas altas cargas orgánicas producen condiciones anaerobias estrictas (oxigeno disuelto ausente) en todo el volumen de la laguna. En términos generales, las lagunas anaerobias funcionan como tanques sépticos abiertos y trabajan extremadamente bien en climas calientes. Una laguna anaerobia bien diseñada puede alcanzar remociones de DBO5 alrededor del 60% a temperaturas de 20 °C. Un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día es suficiente para aguas residuales con una DBO5 de hasta 300 mg/l y temperaturas superiores a 20 °C. En este tipo de lagunas, el material orgánico suspendido sedimenta en el fondo del recipiente y se descompone anaeróbicamente formando inicialmente ácidos orgánicos y posteriormente la digestión en condiciones de anaerobiosis conduce a la descomposición de dichos ácidos volátiles orgánicos a bióxido de carbono y metano principalmente. Este tipo de lagunas produce olores fétidos, por lo que un tratamiento de este tipo solo es conveniente en lugares alejados de núcleos de población.

lagunas facultativas Las lagunas facultativas son aquellas que poseen una zona aerobia y una zona anaerobia, situadas respectivamente en superficie y fondo. Por tanto, en estas lagunas podemos encontrar cualquier tipo de microorganismo, desde anaerobios estrictos en el fango del fondo hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. Sin embargo, los seres vivos más adaptados al medio serán los microorganismos facultativos, que

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pueden sobrevivir en las condiciones cambiantes de oxígeno disuelto tipicas de estas lagunas a lo largo del día y del año. Además de las bacterias y protozoos, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de algas, que son las principales suministradoras de oxígeno disuelto.

Estas lagunas pueden ser de dos tipos: laguna facultativas primarias que reciben aguas residuales crudas y laguna facultativas secundarias que reciben aguas sedimentadas de la etapa primaria (usualmente el efluente de una laguna anaerobia). Las lagunas facultativas son diseñadas para remoción de DBO5 con base en una baja carga orgánica superficial que permita el desarrollo de una población algal activa. De esta forma, las algas generan el oxígeno requerido por las bacterias heterotróficas para remover la DBO5 soluble. Una población saludable de algas le confiere un color verde oscuro a la columna de agua. Las lagunas facultativas pueden tornarse ocasionalmente rojas o rosadas debido a la presencia de bacterias fotosintéticas púrpuras oxidantes del sulfuro. Este cambio en la ecología de las lagunas facultativas ocurre debido a ligeras sobrecargas. De esta forma, el cambio de coloración en lagunas facultativas es un buen indicador cualitativo del funcionamiento del proceso de degradación.

Lagunas de maduraciónEstas lagunas reciben el efluente de lagunas facultativas y su tamaño y número depende de la calidad bacteriológica requerida en el efluente final. Las lagunas de maduración son unidades poco profundas (1.0-1.5 m) y presentan menos estratificación vertical al tiempo que exhiben una buena oxigenación a través del día en todo su volumen. La población de algas es mucho más diversa en las lagunas de maduración comparada con las lagunas facultativas. Por lo tanto, la diversidad algal incrementa de laguna en laguna a lo largo de la serie. Los principales mecanismos de remoción de patógenos y de coliformes fecales en particular son gobernados por la actividad algal en sinergia con la foto-oxidación.Por otro lado, las lagunas de maduración sólo alcanzan una pequeña remoción de DBO5 pero su contribución a la remoción de nitrógeno y fósforo es más significativa.

Las lagunas de maduración son también llamadas aerobias o de oxidación al operar con bajas cargas orgánicas y darse condiciones propicias para la

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penetración de la radiación solar, predominan las condiciones de suficiencia de oxígeno y, en consecuencia, habitan microorganismos aerobios. los tiempos de retención alcanzan los 5 días, como mínimo.

TANQUES SÉPTICOS

El sistema es adecuado para viviendas con conexiones domiciliarias de agua y cuando el suelo es permeable y no sujeto a inundaciones para recibir los efluentes o aguas residuales. Las aguas residuales están compuestas por las aguas grises y las aguas negras. Las aguas grises, también conocidas como aguas servidas, son las aguas provenientes de duchas, lavatorios y sifones de recolección de aguas de lavado que generalmente son jabonosas. Las aguas negras son aquellas aguas provenientes de los inodoros o aguas con excretas.

Las unidades sanitarias están conformadas por duchas, lavaderos e inodoro. Cuando se instalan esas unidades, las aguas residuales generadas deben ser tratadas antes de la disposición al ambiente. El tratamiento de las aguas residuales puede ser en pozos sépticos para unidades unifamiliares o multifamiliares; y la disposición final de los efluentes ya tratados, puede realizarse en zanjas de infiltración o pozos absorbentes.

Los pozos sépticos quitan materia sólida por decantación, al detener agua residual en el tanque, lo que permite que se decanten los sedimentos y que flote la capa de impurezas. Para que esta separación ocurra, el agua residual debe detenerse en el tanque un mínimo de 24 horas.

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BIODIGESTOR CLARIFICADOR

Este sistema es una variante de los pozos sépticos que considera la construcción de un módulo sanitario, con un biodigestor pre-fabricado y zanja de infiltración para el tratamiento de las aguas residuales producidas.

Las aguas residuales generadas son conducidas a un biodigestor con capacidad de 600 litros y posteriormente transferidas a una zanja de infiltración. El biodigestor es un equipo de tratamiento de aguas residuales, autolimpiable, que no necesita instrumentos para la extracción de lodos sino solo abrir una válvula para extraerlos cada 18 a 24 meses. Las aguas residuales tratadas en el biodigestor van a zanjas de infiltración, pozos absorbentes o se pueden reusar para pequeños sembríos.

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