TECNOLOGÍA PARA EL TECNOLOGÍA PARA EL

TRATAMIENTO DE AGUAS TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALESRESIDUALES

Dra. Rosemary Vela Cardich rvela_pe@yahoo.com

I Seminario InternacionalI Seminario Internacional

“ Desarrollo Sostenible, Gestión y Educación Ambiental”“ Desarrollo Sostenible, Gestión y Educación Ambiental”

Aguas residuales

Son aguas alteradas en su composición por el uso al que han sido sometidas, lo que supone:

pérdida de calidad y

necesidad de tratamiento

Clasificándolas en función de su origen tenemos los siguientes tipos:

domésticas, industriales y agrarias

Características de las Aguas residualesORIGEN CONTENIDO MATERIAS

CONTAMINANTES

Agrarias EstiercolRestos abonosRestos de aditivos

Sólidos macroscópicosMaterias en suspensiónMaterias disueltas

Domésticas Residuos orgánicosProductos de lavado

Grasas y aceitesMateria OrgánicaGérmenes Patógenos

Industriales Muy variableOrgánicoInorgánico Mixto

Materia OrgánicaMetalesSólidos en suspensión

Tecnología anaerobia

El tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales utilizando tecnología anaerobia de alta velocidad se ha desarrollado a escala mundial en los últimos años.

Esta tecnología es atractiva en los países en desarrollo, ya que la energía necesaria para la operación de los sistemas anaerobios es mínima comparada con los sistemas convencionales de tratamiento aerobio.

El gas metano que se genera puede transformarse en energía aprovechable en la planta de tratamiento.

Ventajas del Tratamiento anaerobio

Bajos costos de inversión y operación.

Alta eficiencia de tratamiento

Producción de una fuente de energía que puede servir calentar el agua residual hasta la temperatura de operación.

Necesidad de espacio relativamente pequeño para las instalaciones debido a la aplicación de altas velocidades de carga orgánica.

Baja producción de lodo en exceso.

Desventajas del Tratamiento anaerobio

Algunas posibles desventajas de la tecnología Anaerobia que en ocasiones pueden conducir a la elección de otro tipo de tratamiento, son:

Insuficiente generación de alcalinidad y metano cuando se depuran aguas residuales muy diluidas.

Cinética lenta a bajas temperaturas.

Ciertos compuestos como NH4+, PO4

3- y S2- quedan en disolución. Por este motivo, si es necesario, se tiene que usar un tratamiento posterior.

¿Qué es el tratamiento anaerobio de aguas residuales?

Es el tratamiento biológico del agua residual sin el uso de aire u oxígeno. Se aplica en la eliminación de la contaminación orgánica de las aguas residuales. En el proceso de degradación anaerobia:

ContaminantContaminanteses

OrgánicosOrgánicos

Microorganismos

anaerobios

CO2 + CH4

(Biogás) Materia degrada- da en disolución Nuevos microor-ganismos

Enzimas hidrolíticasBacterias Acetogénicas

Bacterias Fermentativas Bacterias Metanogénicas

agua particulada compleja:

Proteínas, polisacáridos

Aminoácidos, azúcares, péptidos

propionato, butirato

acetato CO2, H2

CH4, CO2

Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra

Degradación anaerobia Es posible por medio de reacciones asociadas al metabolismo de distintos microorganismos.

Balance de DQO en procesos anaerobios

La DQO del agua residual es convertida principalmente a metano y en una menor proporción en nuevos microorganismos.

DQO: es la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar químicamente la contaminación orgánica, y por lo tanto, una medida de su contenido o concentración.

Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra

DQO

en el agua residual CH4

Nuevos microorganismos

90%

10%

Factores que afectan el proceso anaerobio

pH: entre 6.5 - 8.2. En este intervalo los distintos microorganismos tienen buenos niveles de actividad.

Alcalinidad: Debe ser suficiente para mantener el pH dentro del rango óptimo. Se precisan valores de alcalinidad que 1000mg/L.

Temperatura: Influye decisivamente en la actividad de los microorganismos. A nivel industrial, la mayor parte de los reactores operan a temperaturas de 30-37ºC. También se puede trabajar a menores temperaturas. En este caso, el tiempo de tratamiento debe ser mayor.

Factores que afectan el proceso anaerobio

Nutrientes: Para sistemas muy cargados la relación DQO/N/P mínima es 350/7/1. Las bacterias metanogénicas también precisan para estimular su metabolismo de S entre 0.001 y 1.0 mg/L y metales (Fe, Ni, Co, Mg...) a nivel de trazas.

Tóxicos: Según su concentración los mismos elementos indicados antes pueden convertirse en tóxicos o inhibidores.

Iones que provocan la formación de precipitados: altas concentraciones de Ca2+ Y Mg2+, pueden conducir a la anulación de la actividad microbiana.

Aplicaciones de la tecnología anaerobia de alta velocidad

Aguas residuales de:

Industria cervecera y de bebidas

Industria de alimentos

Industria papelera

Destilerías de alcohol e industria de fermentación

Nuevas aplicaciones de la tecnología anaerobia de alta velocidad

Aguas residuales de:

Industria textil

Industria química y petroquímica

En lugares de climas cálidos, pueden utilizarse para el tratamiento de agua residual doméstica.

Reactores anaerobios de alta velocidad

Operar con altas concentraciones de biomasa.

Aplicar cortos tiempos hidráulicos de residencia.

Trabajar con altas velocidades de conversión.

Estos reactores trabajan con elevados tiempos de retención de biomasa activa.

Esto permite

Dado que los microorganismos involucrados poseen una baja velocidad de crecimiento, la retención de biomasa activa es la clave para una buena operación.

Reactor de Contacto anaerobioLa retención de la biomasa se realiza por sedimentación externa y recirculación.El reactor se mantiene agitado.Eficacia = reducción de DQO del 90-95% para aguas residuales altamente biodegradables con DQO entre 2000 y 10000 mgDQO/L.Adecuado para tratar aguas residuales con sólidos de lenta digestión.

Reactor de Contacto anaerobioLos parámetros de operación son:- Veloc. de carga orgánica= 2000-10000mgDQO/L.d- Tiempo hidráulico de residencia = 1-5 d- Concentración de biomasa = 4000–6000 mg SSV/L

Limitación: opera a velocidades de carga orgánica inferiores a las que se pueden alcanzar con otros

reactores anaerobios.

Reactor UASB (Reactor de flujo ascendente en manto de lodos)

Sistema desarrollado en los años 70 en Holanda, por el Dr. Gatze Lettinga. Actualmente es el más utilizado para el tratamiento de aguas residuales industriales.En Brasil y Colombia se vienen desarrollando múltiples trabajos de investigación utilizando este tipo de sistema.

En este tipo de reactor, la biomasa es retenida en el reactor gracias a la formación de gránulos bacterianos con buenas características de sedimentación.

Reactor UASB

Influente

Efluente

Campana

Biogás

Burbujas de gas

Gránulos de lodo

Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra

de gas

Sedimen-tador

Manto de lodo

Separador gas/líquid/sólido

La correcta distribución del influentesu velocidad ascensional constante; yel gas producido

favorecen

la mezcla del sistemala granulación de la biomasa; yel contacto de la biomasa con el agua residual

Gránulos de lodo anaerobioSon agregados de microorganismos.Tienen diámetros de 0.5 a 2 mm.Presentan altas velocidades de sedimentación (30-80m/h).La etapa de arranque del reactor es crítica para conseguir gránulos adecuados. En esta etapa se su-

Fuente: Papelera Roermond, Holanda.

giere operar aplicando fuertes diluciones al influente, además de trabajar a una velocidad ascensional constante.

Reactor UASB

Trata principalmente aguas residuales con DQO mayores que 2500 mg/L, con bajas concentraciones de sólidos suspendidos.

Los parámetros típicos de operación son:-Veloc. de carga orgánica= 5000-15000mgDQO/L.d-Tiempo hidráulico de residencia = 2-0,2 d-Concentración de biomasa=30000–40000mg SSV/L-Velocidad ascensional = 0.5 – 1,3 m/h

Eficacia = si bien ésta depende mucho del tipo de agua residual que se trata, en general las eficiencias con respecto a la DQO biodegradable está generalmente entre 80 y más de 90%.

Reactor de lecho fluidizadoLa biomasa activa crece adherida a finas partículas de materiales inertes que actúan como soporte.La fluidización de las biopartículas se consigue aplicando una velocidad muy alta al flujo de recircu-

soporte

Influente

Recirculación

Efluente

Bio-película

Biogás

Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra

lación del efluente.Este proceso se adapta bien al tratamiento de aguas residuales diluidas hasta muy concentradas.Pueden tratarse satisfactoriamente aguas residuales con tóxicos.

Reactor de lecho fluidizadoLos parámetros de operación típicos son: -Veloc. de carga orgánica=10000-40000mgDQO/L.d-Tiempo hidráulico de residencia = 2-10 horas-Concentración de biomasa=10000–40000mg SSV/LLa principal des-ventaja para su uso a gran escala es su alto consumo de energía en la recirculación.

Ventajas y desventajas de los reactores UASB

VentajasVentajas DesventajasDesventajas

Elevada capacidad de tratamiento

Proceso de granulación delicado.

Bajo tiempo hidráulico de residencia

Puesta en marcha puede requerir lodo granular

Alta eficacia de eliminación de DQO

Útil para aguas con pocos sólidos suspendidos

Bajo requerimiento energé-tico

Excesivas cantidades de calcio inhiben la granulación

No necesita soporte

Fácil construcción

Gran experiencia práctica

Ventajas y desventajas de los reactores de lecho fluidizado

VentajasVentajas DesventajasDesventajas

Muy alta capacidad de tratamiento

Alto consumo energético

Muy bajo tiempo hidráulico de residencia

Dificultad para controlar la expansión del lecho

Aplicable a diferentes aguas residuales

Elevado nivel de sólidos suspendidos en el efluente

Aplicable a aguas con sólidos

Poca experiencia a escala industrial

Aplicable a aguas con tóxicos

Elevado coste de relleno