Principios y microbiología del tratamiento de aguas residuales

Principios y microbiología del tratamiento de aguas residuales

Introducción. Composición de las aguas residuales domésticas. Demanda biológica de oxígeno. Demanda química de oxígeno. Carbono orgánico total. Pasos del tratamiento de aguas residuales. Procesos de lodos activados. Descripción del sistema básico. Microorganismos presentes en los flóculos. Aspectos nutricionales del proceso. Digestión anaerobia de aguas residuales

1.- Introducción.

El tratamiento de aguas residuales se inició en Inglaterra a finales del siglo XIX y principios del XX para controlar los brotes infecciosos en las ciudades. Históricamente, el primer objetivo del tratamiento de aguas era reducir el contenido en materia en suspensión del agua a menos de 30 mgl-1 y la demanda biológica de oxígeno (ver más adelante) a menos de 20 mgl-1. La aguas a tratar pueden ser domésticas (compuestas de aguas negras, restos de alimentos, patógenos y parásitos), y aguas industriales (contaminadas principalmente por compuestos xenobióticos y metales pesados). Los objetivos del tratamiento biológico son tres: (1º) reducir el contenido en materia orgánica de las aguas, (2º) reducir su contenido en nutrientes, y (3º) eliminar los patógenos y parásitos.

2.- Composición de las aguas residuales domésticas.

Están contaminadas con materia orgánica facilmente biodegradable (40-60% de proteínas, 25-50% de carbohidratos y 10% de lípidos, con trazas de otros compuestos). La materia orgánica puede encontrarse como carbono disuelto (Carbono Orgánico Disuelto, COD) o en forma particulada (Carbono Orgánico Particulado, COP). Este último puede separarse del disuelto por decantación o por floculación.

´ Existen tres método principales para medir la cantidad de materia orgánica en el agua: (1º) la medida de la demanda biológica de oxígeno, (2º) la de la cantidad total de carbono y (3º) la de la demanda química de oxígeno. Todos los métodos se basan en la valoración de la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar diferentes fracciones de la materia orgánica presente en el agua.

2.1.- Demanda biológica de oxígeno: (DBO), es la concentración de oxigeno disuelto consumido por los microorganismos, presentes en el agua o añadidos a ella para efectuar la medida de este parámetro, en la oxidación de toda la materia orgánica presente en la muestra de agua. Su valor debe ser inferior a 8 mgl-1. La DBO puede descomponerse en dos factores: (1º) la demanda de oxífgeno para la oxidación realizada por los microorganismos quimioheterotrofos (DOH) y (2º) el oxígeno consumido en las oxidaciones de los quimioautotrofos nitrificantes (bacterias que oxidadoran el NH4 para obtener energía, DON).

La DOH se mide añadiendo la muestra de agua a analizar a una solución tampón que contiene las sales inorgánicas necesarias para el crecimiento de los microorganismos y que está saturada de O2. La muestra se incuba en estas condiciones durante cinco días a 20ºC en la obscuridad. Las concentraciones de oxígeno se miden utilizando un electrodo de oxígeno. Es necesario añadir al experimento un inhibidor de la nitrificación (ver más adelante). El cálculo de la DOH se hace según la fórmula:

COH (mgl-1) = (D1-D5)/P

donde D1 y D5 son las concentraciones de oxígeno en la muestra el primero y el quinto día y P el coeficiente de dilución de la muestra. Para realizar esta medida se necesita una población mixta de microorganismos; si esta no es muy abundante puede suplementarse con un inóculo destinado a la degradación del material orgánico en el tiempo requerido.

El valor de la DOH comprende todas las transformaciones oxidativas de la materia orgánica biodegradable:

comp. orgánicos + O2 + bacterias  biomasa bacteriana + CO2 + NH4 + H2O

biomasa bacteriana + O2 + protozoos  biomasa de protozoos + CO2

El rendimiento de la conversión de la biomasa bacteriana en la de protozoos es de 0,78 mg protozoos / mg bacterias.

La DON es la cantidad de oxígeno consumida por los microorganismos nitrificantes que oxidan el MH4 como fuente de energía. En general, el consumo viene a ser de unos 4.57 gr O2 por gr de NH4 consumido; pero parte deeste nitrógeno no se oxida a NO2- o a NO3- sino que se incorpora a las bacterias, por lo que el factor de corrección para los cáclulos es de 4.33:

DON = (Ndisponible - Nasimilado)x4.33

La DON es la causante de muchos altos valores de demanda de oxígeno en aguas con bajo contenido de materia orgánica: en aguas ricas en NH4 la actividad de las bacterias nitrificantes puede consumir entre el 25 y el 85% del total del oxígeno consumido.

Para distinguir entre la DOH y la DON se emplean inhibidores de la nitrificación que no afectan al consumo heterótrofo de materia orgánica. Un inhibidor de este tipo de la 2-cloro-6(tricloro-metil)-piridina.

2.2.- Demanda química de oxígeno: (DQO) es la cantidad de oxígneo requerida para oxidar completamente la materia orgánica utilizando oxidantes químicos como el dicromato potásico (K2Cr2O7) con ácido sulfúrico.

Los valores de la DQO han de estar en relación con los de la DBO; si la DQO es mucho mayor que la DBO una parte importante de la materia orgánica presente en el agua no será fácilmente biodegradable. Para las aguas domésticas, la DQO es del orgen de 250 a 1000 mgO2 por litro,y la relación DBO/DQO oscila entre 0.4 y 0.8. Las aguas estabilizadas biológicamente tienen una relación DBO/DQO=0.12.

2.3.- Carbono orgánico total: (COT) se mide mediante la oxidación de la materia orgánica mediante calor y oxígeno o mediante oxidantes químicos y se detecta mediante análisis de infrarrojo la producción de CO2. Los valores deben ser comparables con los de

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