9.6: Tratamiento de aguas residuales

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Aunque existen muchos tipos de aguas residuales dependiendo de dónde se haya utilizado el agua, el tratamiento de aguas residuales más común se aplica a las aguas residuales consistentes en agua que ha pasado por un sistema municipal de distribución de agua. El contaminante más común de las aguas residuales municipales consiste en materia orgánica biodegradable, abreviada {CH ₂ O}, generalmente material biológico de desechos humanos o biomasa descargada por el desagüe por trituradoras de basura. Cuando esta materia biodegradable entra en las aguas receptoras donde finalmente termina el efluente de aguas residuales, su biodegradación consume oxígeno disuelto como se muestra en la Reacción 9.3.1. Como se señala en la Sección 9.3, se dice que la materia bioquímicamente degradable en el agua ejerce una demanda bioquímica de oxígeno, DBO. El principal objetivo del tratamiento de aguas residuales municipales es la reducción de DBO.

Hay tres categorías principales de tratamiento de aguas residuales: (1) tratamiento primario para eliminar objetos sólidos, arenilla y grasa, (2) tratamiento secundario para reducir DBO y (3) tratamiento terciario para refinar aún más la calidad del agua efluente. El tratamiento primario es esencialmente autoexplicativo y el tratamiento terciario (avanzado) se aborda con más detalle en la Sección 9.6 que analiza el tratamiento de aguas residuales para su reciclaje. A continuación se presenta una breve discusión sobre el tratamiento secundario de aguas residuales.

Normalmente se emplea el tratamiento biológico con microorganismos para eliminar DBO en el tratamiento secundario de aguas residuales. En biorreactores de película fija esto se logra con una película de bacterias y protozoos inmovilizados sobre un soporte para que los microorganismos se expongan alternativamente a aguas residuales y al aire. Una forma en la que esto se hace es con un filtro de goteo que consiste en rocas recubiertas de microorganismos sobre los que se drena el agua residual de una tubería giratoria con orificios a lo largo del borde inferior. Un segundo medio es con discos recubiertos de microorganismos que giran sobre un eje de manera que la mitad de cada disco se sumerge en agua y la otra mitad se expone al aire en un momento dado.

El medio más utilizado para el tratamiento secundario de aguas residuales es el proceso de lodos activados que se muestra en la Figura 9.7. En este proceso, la biomasa se degrada en un tanque que contiene una masa relativamente grande de microorganismos mantenidos suspendidos por el aire bombeado al fondo del tanque. Este aire sirve como fuente continuamente renovada de oxígeno molecular disuelto en el agua. En el tanque de aireación, los microorganismos actúan sobre el material orgánico biodegradable para producir biomasa y dióxido de carbono. Como parte de este proceso, el nitrógeno, el azufre y el fósforo unidos orgánicamente se convierten en especies inorgánicas simples, como NH ₄ ⁺ a partir del nitrógeno orgánico. Las aguas residuales tratadas salen del tanque después de un tiempo de residencia apropiado y van a una cuenca de sedimentación en la que se asienta la masa suspendida que consiste en gran parte de biomasa bacteriana y protozoaria llamada lodo de aguas residuales (ahora a menudo dado el término menos ofensivo de biosólidos) y se descarga el agua tratada. El lodo de aguas residuales sedimentado se bombea luego de nuevo al frente del tanque de aireación para proporcionar una alta población constante de organismos biodegradantes en el tanque. A medida que avanza el proceso, la masa de lodos de aguas residuales aumenta y el exceso se transfiere a un digestor anóxico donde permanece por algún tiempo y genera metano (CH ₄) por fermentación anóxica en ausencia de oxígeno. El metano se utiliza como combustible y se puede emplear para hacer funcionar motores que alimentan la planta. Los lodos gastados se acumulan en el digestor anóxico y requieren su eliminación. El medio “más verde” de eliminación es esparcirlo en tierras de cultivo como fertilizante. A menudo se incinera, lo que requiere cantidades significativas de combustible suplementario debido a que el lodo tiene un contenido de agua tan alto.