El proceso más utilizado y conocido en el tratamiento biológico de aguas es el proceso de lodos activados. El tratamiento biológico de las aguas residuales consiste en eliminar los contaminantes del agua mediante el uso de una gran variedad de microorganismo (bacterias, hongos, levaduras, protozoarios, nematodos). Es decir, la eliminación de la materia orgánica soluble e insoluble, así como el nitrógeno y fósforo, la coagulación de los sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica son llevadas a cabo eficientemente por la acción biológica. La aireación de aguas residuales es una parte integral de la mayoría de los sistemas biológicos de tratamiento de aguas residuales.

En el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales, la aireación es parte del paso conocido como proceso de tratamiento secundario. El proceso de lodos activados es la opción más común en el tratamiento secundario. La aireación tiene un doble objetivo, al suministrar oxígeno a los microorganismos (respiración exógena y endógena) y proporcionar la mezcla para que los microorganismos estén suspendidos y en contacto con la materia orgánica presente en el agua residual. Con el objetivo de reducir el uso de elementos químicos, la aireación es la mejor alternativa natural para tratar aguas residuales, además tiene mayor eficiencia de remoción de contaminantes orgánicos y elimina también los malos olores habituales en ellas.

Los lodos activados se fundamentan en la utilización de un reactor aeróbico, en el cual se proporciona aire, mantenido a los microorganismos en suspensión, principalmente bacterias heterótrofas facultativas, que crecen naturalmente en el agua residual y se agrupan formando flóculos que a su vez forman una masa microbiana activa llamada “lodo activado”, descomponiendo y metabolizando la materia orgánica disuelta y particulada presente en el agua, la cual contiene carbono, convirtiéndola en productos más simples (dióxido de carbono y agua) y nuevas bacterias.

La mezcla de los lodos activos y del agua residual se denomina “licor de mezcla”. Los microorganismos presentes en el licor de mezcla necesitan oxígeno para oxidar los contaminantes presentes en el agua residual y permitir que se produzca la biodegradación. El oxígeno promueve y acelera el crecimiento microbiano, por lo que la restauración de éste es importante ya que el agua debe tener suficiente oxígeno para sostener la vida de los microrganismos. Sin la presencia de suficiente oxígeno, las bacterias no pueden biodegradar la materia orgánica entrante en un período de tiempo razonable. Y la biodegradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno es un proceso biológico muy lento.

Es por ello indispensable que la concentración de oxígeno disuelto en el reactor aerobio debe ser la adecuada. Muchas plantas de tratamiento de agua residuales operan fuera de su capacidad diseñada, lo que resulta en una menor eficiencia, desgaste excesivo del equipo y costos. Para asegurar que el oxígeno es suficiente para llevar a cabo el proceso de lodos activos, la concentración de oxígeno disuelto siempre ha de ser mayor a cero. Si la concentración de oxígeno disuelto en el reactor aerobio es baja, la velocidad de consumo de contaminantes también será baja.

En general, la concentración mínima de oxígeno disuelto en el tanque de aireación se debe mantener en 1.0–2.0 mg O2/L, aunque en algunos casos (sistemas con nitrificación) puede estar entre 2–4 mg O2/L. Los valores superiores a 4 mg O2/L apenas mejoran la operación, pero aumentan considerablemente los costos de operación. Además, en cuanto a las dimensiones de los tanques de aireación, se tiene que cuanto más tenga de profundidad, mayor es la transferencia de oxígeno debido a que la burbuja tiene mayor tiempo de ascendencia.

La determinación de los requerimientos de oxígeno en el reactor aeróbico, se expresa en la siguiente ecuación:

Donde:

A su vez los caudales de aire a suministrar en los reactores aeróbicos, dependen principalmente de la tasa de transferencia (SOTE), requerimientos de oxígeno y condiciones del lugar, representado en la siguiente ecuación:

Donde:

En una planta de tratamiento de aguas residuales, los sistemas de aireación son responsables de aproximadamente desde el 50 al 70% del uso de energía, siendo un porcentaje significativo en los costos operativos. Por lo que el objetivo es buscar formas de maximizar la eficiencia y minimizar el consumo de energía. En ese sentido se debe fomentar las estrategias y tecnologías que brinden una mayor eficiencia energética.

En ECODENA México nuestras plantas de tratamiento de aguas residuales están diseñadas bajo el proceso de lodos activados, calculando los requerimientos de oxígeno adecuados y con ello poder tener una calidad de agua a la salida de nuestras plantas, con el cumplimiento de las NOM 001, 002 y 003 de SEMARNAT. Además, contamos con soplante de aire de muy bajo consumo energético y difusores de aire de burbuja fina que generan mayor transferencia de oxígeno, debido al menor tiempo de ascensión de la burbuja y mayor contacto en el agua. Comunicate con nosotros y con gusto te apoyamos en tu proyecto.

El filtro percolador o también conocido como biofiltro, es un proceso muy utilizado en el tratamiento de aguas residuales, se encarga de poner en contacto estas aguas con biomasa adherida a un medio de soporte fijo generando un lecho de oxidación biológica.

Su objetivo es el reducir la carga orgánica presente en el agua residual, vertiendo la misma sobre un lecho de material natural o artificial.

Medios filtrantes típicos para filtros percoladores

Existen dos tipos de medios filtrantes, el primero es aquel formado por piedra partida o rodada, es decir medio natural y el segundo es aquel formado por material artificial como el plástico, este es más utilizado para aguas de gran carga orgánica.

Las principales propiedades o características de los medios filtrantes son el área superficial especifica y el porcentaje de espacios vacíos. A mayor área superficial específica, mayor cantidad de masa biológica por unidad de volumen. El incremento de espacios vacíos permite mayor carga hidráulica y mejora la transferencia de oxígeno, la mejora en el proceso por estos conceptos se obtiene al utilizar medios plásticos con mayores valores de los parámetros mencionados.

Los medios de soporte plásticos se están utilizando en los nuevos diseños y/o en la rehabilitación de filtros percoladores de piedra. En Ecodena México con nuestra experiencia de más de 20 años en tratamiento de aguas residuales, ofrecemos nuestro exclusivo material plástico ECO ESFERA y ECO FILL para filtros percoladores de carga alta (esquema 1), el uso de este material impide el problema de las frecuentes obstrucciones que se pueden evidenciar en sistema con piedras, gravas o materiales similares.

Con nuestro sistema de fabricación, mediante moldeado de inyección nos permitimos ofrecer una elevada resistencia mecánica. Utilizando nuestros cuerpos de relleno, pueden realizarse filtros percoladores de hasta 5-6 metros de altura, sin ningún riesgo de aplastamiento. Por otro lado, manejamos módulos lamelares PACK LAM específicamente para filtros percoladores de baja carga (esquema 1), aumentando de forma notable su rendimiento, respecto a materiales convencionales.  Además, la densidad y peso de estos materiales permiten aligerar notablemente la estructura de contención de los filtros.

PACK LAM

Esquema 1. Medios filtrantes para filtros percoladores, ECODENA MÉXICO

Tipos de filtros percoladores

Alta carga

Los lechos de alta carga se diseñan para cargas orgánicas de 0.4 hasta 4.8 kgDBO₅/m³*día e hidráulicas de 10 a 36 m³/m²*día, incluyendo la recirculación. Están diseñados para recibir aguas residuales continuamente.

Esta elevada carga produce desprendimiento erosivo continuo de biopelícula. 

Muy alta carga

Las principales diferencias entre lechos de alta carga y muy alta carga son mayores cargas hidráulicas y una mayor altura de lecho. Algunos lechos de muy alta carga están diseñadas para manejar cargas hidráulicas de más de 162 m³/m²*día.

Ventajas de los filtros percoladores

• Mayores cargas orgánicas y mejor eficiencia de nitrificación.
• Comparando con la piedra, el medio plástico tiene de 2 a 3 veces la superficie específica, lo cual provee en esa misma proporción, más área para la fijación de la biomasa.
• Mejora el flujo de aire y la capacidad de carga hidráulica.
• Disminuye la tendencia de obstrucción del sistema con biomasas y reduce olores asociados a las zonas anaeróbicas provocadas por el asolvamiento.

En el tratamiento de agua residual y específicamente en el tratamiento aerobio, el segundo papel más importante es el oxígeno, ya que, sin el mismo, nuestras queridas bacterias no podrían subsistir y mucho menos, terminar el arduo trabajo de oxidar la materia orgánica presente.

Dentro del mercado podemos encontrar distintas maneras de brindarle ese oxígeno a nuestras bacterias, pero todos coinciden en un mismo principio de producción: burbuja fina o gruesa, y bueno, ¿Qué diferencia hay?

Está diferencia consiste en el tamaño de la burbuja, mientras las finas tienen un tamaño de entre 1 a 3 mm, las gruesas lo hacen desde los 4 a 50 mm, tal varianza rige la capacidad de transmitir oxígeno a nuestros microorganismos.

¿Y entonces, cuál debo usar?

Si bien elegir el sistema adecuado para nuestro tratamiento es un tanto complejo, la elección de nuestros componentes es indeciso cuando no se cuenta con las bases principales, sin embargo, te comparto algunas ventajas y desventajas a la hora de elegir el tipo de burbuja a utilizar; considera también que es muy importante conocer las necesidades de tu tratamiento para hacer la elección correcta.

Burbuja fina

VENTAJAS:

• Tienen la capacidad de brindar mayor transferencia de oxígeno.
• El tamaño de la burbuja permite mayor concentración de oxígeno en el medio.
• Bajos costos energéticos, ya que, al obtener mayor tiempo de transferencia de contacto, los requerimientos en aireación disminuyen.
• El tiempo de permanencia en la columna de agua es mayor al ser más tardío el ascenso de la burbuja a la superficie.
• Mantenimiento fácil y sencillo al momento de recambio.

DESVENTAJAS:

• Requieren tareas de mantenimiento constante para evitar la obturación de los poros y disminución en la transferencia de oxígeno.
• Mayor potencia de aireación en casos de masa acumulada.

PRINCIPALES APLICACIONES:

• Ideales en el tratamiento de lodos activados.
• oxigenación en lagos, estanques y balsas.

Burbuja gruesa

VENTAJAS:

• Mayor caudal en comparación con los de burbuja fina, lo que se traduce en menor uso de difusores.
• Su tamaño de burbuja permite lograr mezclas más homogéneas.
• Su aplicación en el mezclado de sólidos gruesos es ideal.
• Mantenimiento menor en comparación de los de burbuja fina.
• Menor probabilidad de obturación.

DESVENTAJAS:

• Menor capacidad de transferencia de oxígeno.
• Bajo tiempo de residencia en la columna de aire y, por ende, su ascensión a la superficie es más rápida.
• Su aplicación va dirigida al mezclado y bombeo más que a la transferencia de oxígeno.

PRINCIPALES APLICACIONES:

• Tanques de mezcla.
• Tratamientos primarios.

Ahora ya conoces algunas características a considerar a la hora de seleccionar el tipo de difusión.

“Humedales artificiales de vertido cero”

Sistema de tratamiento de aguas residuales que aprovecha la capacidad de evaporación del sol y evapotranspiración de algunas plantas acuáticas para absorber el agua residual y degradar las sustancias orgánicas que contiene, transpirando la humedad en exceso en forma de vapor de agua por medio de la superficie de sus hojas.

Su instalación resulta particularmente interesante en aquellos casos donde no es posible el vertido del agua tratada y en zonas de clima seco y escasa pluviometría, es donde la evapotranspiración ofrece sus mejores rendimientos.

¿En qué se diferencia con la fitodepuración?

La principal diferencia es que, mientras en la fitodepuración se suele verter el agua tratada, en los sistemas de evapotranspiración, se realiza una recirculación del agua y de esta forma se puede conseguir una completa evaporación del agua tratada, gracias al poder de evaporación de las plantas y del sol.

Principales ventajas de la evapotranspiración

• Soporta fuertes variaciones de carga hidráulica y orgánica
• Ausencia de olores, insectos y ruidos molestos
• Puede tratar lixiviados de distintas procedencias
• Posibilidad de tratar diferentes tipos de aguas
• Ausencia de vertido (con excepción de los periodos de fuertes lluvias)
• Óptima integración en cualquier entorno
• Mínimo mantenimiento
• No necesita autorización de vertido

Las aguas residuales, tal como lo vimos en el blog ¿Qué son las aguas residuales? Son todas aquellas aguas que resultan después de haber sido utilizadas en entornos domésticos o industriales, es decir, que por efecto del ser humano han sido alteradas o contaminadas y dentro de estas podemos encontrar las aguas negras y las aguas grises.

Aguas grises

Las aguas grises son denominadas de esta manera gracias al color que obtienen después de que el agua potable fue usada en diferentes actividades como lavado de manos, regaderas, lavadoras y en general todas aquellas que tuvieron un uso ligero y suelen ser generalmente jabonosas.

Las aguas grises se descomponen más rápido que otros tipos de aguas y presentan menores concentraciones de Nitrógeno y Fósforo, como característica principal, las aguas grises no tienen mal olor inmediatamente después de ser descargadas. Estas suelen ser aguas que con un tratamiento sencillo pueden ser reutilizadas fácilmente en descargas de inodoro o riego de áreas verdes.

Las aguas negras son todas aquellas que presentan carga orgánica alta, es decir, materias fecales u orina, esto es lo que la deferencia de las aguas grises y por supuesto presentan mayores agentes contaminantes, es por eso que deben ser tratadas antes de ser vertidas a cualquier cuerpo de agua para de esta manera evitar la contaminación de los mismos.  Para su tratamiento en ocasiones suelen mezclarse con las aguas grises para pasar por un proceso de depuración en conjunto.

Existen diferentes procesos para el tratamiento de ambos tipos de aguas. El tratamiento de aguas residuales es un proceso que limpia y permite su reincorporación a los mantos acuíferos. En Ecodena México contamos con equipos diseñados especialmente a las necesidades de cada cliente y con el debido cumplimiento de las normas aplicables ya sea para descargas de agua en cuerpos de agua, en alcantarillado público o incluso en ciertos tipos de reúso.

¿Cuáles son los elementos básicos de un separador de hidrocarburos?

Las partes básicas de un separador de hidrocarburos son las siguientes:

• Depósito: Es un tanque que contendrá todos los elementos del sistema.
• Tubería de entrada: Es el acceso de la mezcla que contiene hidrocarburos.
• Tubería de salida: Permite la descarga de agua ya tratada.
• Desarenador: Es el primer compartimento del depósito, donde sedimentas sólidos de diferente granulometría.
• Filtro coalescente: Aglutina las partículas oleosas formando gotas de mayor tamaño.

Además, existen separadores de hidrocarburos con otros componentes, como los siguientes:

1. Skimmer: Es una tubería de salida automática de hidrocarburos, nos permite recoger los aceites más fácilmente.
2. Obturador automático: Es un dispositivo que evita la salida de hidrocarburos del sistema.
3. By pass: Se emplea cuando el caudal a tratar es muy variable, sobre todo en situaciones donde existirá entrada de agua pluvial.
4. Sonda detectora de nivel de hidrocarburos: Es un elemento que indica el grosor de la capa de hidrocarburos formada. Es útil para saber en qué momento dar mantenimiento al equipo (retirar hidrocarburos).

¿Cómo funciona un separador de hidrocarburos?

¿Cuáles son los diferentes tipos de separadores de hidrocarburos?

La normativa UNE EN 858 diferencia dos tipos de separadores de hidrocarburos:

• Clase I:  Pensados para vertidos de menos de 5 mg/l de hidrocarburos. En esta categoría se incluyen los separadores de hidrocarburos con filtro coalescente y obturador.
• Clase II: Pensados para vertidos de menos de 100 mg/l de hidrocarburos.

¿En qué sitios debo usar un separador de hidrocarburos?

Es recomendable colocarlos en sitios donde se puedan arrastrar sustancias oleaginosas (aceites minerales). Se instalan antes de cualquier vertido de estas aguas a cualquier medio receptor. Es un elemento muy importante, ya que, evita la contaminación del medio con aguas cargadas de hidrocarburos.

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