1.6: Descripción general del tratamiento biológico

Resultados de aprendizaje

• Describir diferentes métodos para tratar biológicamente las aguas residuales
• Examinar qué contaminantes objetivo están siendo eliminados por los diferentes procesos biológicos
• Comparar y contrastar diferentes procesos biológicos y el tipo de bacterias y condiciones ambientales necesarias

Organismos aeróbicos, anaerobios y facultativos

Las bacterias aeróbicas requieren un ambiente que tenga oxígeno disuelto libre. Las bacterias usan ese oxígeno para la respiración para vivir. Se alimentan de la materia orgánica y otros nutrientes en las aguas residuales. A medida que las bacterias consumen estos materiales, se eliminan de las aguas residuales, haciéndolas menos contaminadas. El subproducto de la descomposición aeróbica de la materia orgánica es el dióxido de carbono (\(\ce{CO2}\)).

Las bacterias anaerobias requieren un ambiente que no tenga oxígeno libre o combinado. El oxígeno libre es cuando hay exceso de oxígeno disuelto en el agua y está disponible como O2. El oxígeno combinado es cuando la molécula de oxígeno está unida a otro elemento. Ejemplos comunes de oxígeno combinado en aguas residuales es el nitrato (NO3). En condiciones anaeróbicas, no hay absolutamente ningún oxígeno disponible para la bacteria para la respiración. Las bacterias anaerobias tienen medios de respiración más sofisticados al usar otras reacciones químicas en lugar de usar oxígeno directamente. Sin embargo, al igual que las bacterias aeróbicas, cuando las bacterias anaerobias deshacen los químicos en las aguas residuales para la respiración y se alimentan de otros orgánicos, posteriormente eliminan los contaminantes de las aguas residuales. El subproducto de la descomposición anaeróbica es el gas metano.

Las bacterias facultativas tienen la capacidad de prosperar en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Si bien prefieren las condiciones aeróbicas, tienen la capacidad de adaptarse cuando no hay oxígeno disponible y sobrevivir en condiciones anaeróbicas.

Estanques de Estabilización

Los estanques de estabilización son una forma sencilla de reducir la cantidad de material orgánico en las aguas residuales y requieren un bajo mantenimiento. Sin embargo, requieren mucha tierra y se utilizan principalmente para comunidades rurales más pequeñas. El concepto de estanques es bastante sencillo. Tienes un gran estanque lleno de aguas residuales. El tamaño del estanque permite un tiempo de detención muy largo. El estanque crea un ecosistema para que las bacterias prosperen y esas bacterias descomponen la materia orgánica. Dado que el tiempo de detención es muy largo, normalmente 45 días o más, los sólidos también se asentarán en el fondo y serán retirados del efluente. Eventualmente, los sólidos tendrán que ser removidos pero un estanque bien operado puede pasar algunas décadas antes de que sea necesario hacerlo.

Como se discutió anteriormente existen varios tipos diferentes de estanques dependiendo de qué tipo de bacteria se espera que prevalezcan. Los estanques aeróbicos utilizan bacterias aeróbicas y requieren oxígeno. Estos estanques suelen ser más superficiales, alrededor de 2 pies a 5 pies, ya que el oxígeno es proporcionado por la atmósfera y las algas que se producen en la superficie del estanque. Los estanques tienen una relación compleja entre la cantidad de oxígeno disuelto disponible para las bacterias. Esto es impulsado por la luz solar durante un periodo de 24 horas y la fotosíntesis. La fotosíntesis es donde plantas como las algas utilizan la luz solar y el dióxido de carbono (CO2) para prosperar. Durante el día, cuando hay mucha luz solar, las algas utilizarán el CO2 en el agua y producirán oxígeno. Esto hará que el pH en el estanque disminuya y que la concentración de oxígeno disuelto aumente. Esto es algo bueno porque, en un estanque aeróbico, las bacterias necesitan oxígeno para vivir y descomponer los desechos orgánicos. Durante la noche cuando se pone el sol, sucede lo contrario. Sin luz solar, la fotosíntesis se reduce y las algas utilizarán el oxígeno y producirán CO2. Esto hace que el pH aumente y el oxígeno disuelto disminuya. Debido a que la luz solar es un factor importante en el rendimiento del estanque, también habrá variaciones estacionales además de las fluctuaciones diarias. Durante el invierno, cuando el sol no es tan prevalente, se reducirá la cantidad de oxígeno producido a través de las algas y la fotosíntesis. Si se requiere más oxígeno del que se puede producir de forma natural, se puede proporcionar por medios mecánicos. Se pueden instalar aireadores de superficie y un sistema de mezcla. Sin embargo, los sistemas mecánicos en estos estanques aireados requerirán más mantenimiento. También requerirán más electricidad para hacer funcionar el equipo de aireación.

Los estanques anaeróbicos utilizan bacterias anaerobias que no requieren oxígeno. Para crear este ambiente en un sistema de estanques, se incrementa la profundidad. Por lo general, las profundidades pueden variar de 6 pies a 16 pies. A estas mayores profundidades, el oxígeno de la atmósfera es incapaz de penetrar en el agua, y se crea un ambiente sin oxígeno, ideal para que las bacterias anaeróbicas prosperen. En este tipo de estanques, las bacterias están descomponiendo los sólidos y orgánicos más complejos que se encuentran en las aguas residuales. Puede proporcionar suficiente remoción de nitrógeno, fósforo y BOD5. Los sólidos se estabilizan, se descomponen y se recolectan como lodos en el fondo del estanque. Al igual que los estanques aeróbicos, estos sólidos eventualmente necesitarán ser removidos.

Los estanques facultativos son una mezcla de estanques aeróbicos y anaeróbicos. Su profundidad es del orden de 3 pies a 8 pies. Recordemos, que las bacterias facultativas pueden cambiar de vivir en condiciones anaeróbicas a condiciones aeróbicas. Esto puede ser útil durante las variaciones estacionales donde hay poco oxígeno disponible. Las bacterias facultativas pueden entonces enfocarse en descomponer los orgánicos por descomposición anaeróbica. Cuando haya suficiente oxígeno disponible, cambiarán los mecanismos y descompondrán la materia orgánica por descomposición aeróbica.

Rendimiento del estanque

Para mejorar el rendimiento de los estanques, es muy común tener múltiples tipos de estanques en serie. Los estanques anaeróbicos pueden manejar una mayor carga de DBO5 influente, por lo que serían el primer estanque. Entonces seguiría un estanque facultativo, donde se logra una mayor reducción de DBO5. Por último sería un estanque aeróbico que reduciría los desechos orgánicos y eliminaría los organismos patógenos.

El rendimiento del estanque va a depender de la carga de desechos orgánicos y del tiempo de detención. Por lo general, un máximo de 30 libras de cuerpo 5/día/acre es la velocidad de carga deseada. Sin embargo, los estanques son capaces de manejar las fluctuaciones si se exceden las tasas de carga por períodos cortos de tiempo. Las aguas residuales deben permanecer en el estanque el tiempo suficiente para que las bacterias puedan entrar en contacto con la materia orgánica y consumirla. Los estanques anaeróbicos mantendrán un tiempo de detención de 1 a 7 días. Los estanques facultativos tienen un tiempo de detención de 5 a 30 días y los estanques aeróbicos suelen ser de 30 días o más.