CURSO SOBRE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES E INDUSTRIALES

CURSO SOBRE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES E INDUSTRIALES

INDICE

1. Objetivo.

2. Introducción.

3. Parámetros y características de las aguas residuales.

3.1. Parámetros físicos.

3.2. Parámetros químicos.

3.2.1. Compuestos orgánicos.

3.2.2. Compuestos inorgánicos y características fisicoquímicas.

4. Aspectos biológicos de las aguas residuales.

5. Procesos químicos y fisicoquímicos en sistemas de tratamientos de aguas residuales.

5.1. Precipitación química.

5.2. Clarificación con el uso de agentes químicos.

5.3. Transferencia de gases.

5.4. Adsorción.

5.5. Purificación de aguas.

6. Tratamiento biológico de aguas residuales.

6.1. Perspectiva del tratamiento biológico.

6.2. Fundamentos de microbiología.

6.3. Fisiología celular.

6.4. Crecimiento bacteriano y oxidación biológica.

6.5. Tratamiento fisicoquímico y biológico de aguas.

6.6. Sistemas de tratamiento de aguas residuales.6.6.1 Pretratamiento.6.6.2. Tratamiento primario.6.6.3. Tratamiento secundario.6.6.4. Tratamiento terciario.

7. Referencias Bibliográficas.

8. Sitos de interés en Internet.

6. Tratamiento biológico de aguas residuales.

Los principales objetivos del tratamiento biológico en aguas residuales, es coagular y remover los sólidos coloidales no sedimentables, y estabilizar la materia orgánica. Para las aguas de origen doméstico el objetivo es estabilizar la materia orgánica y los nutrientes como nitrógeno y fósforo; para las aguas residuales agrícolas el objetivo es remover los nutrientes, específicamente nitrógeno y fósforo; para las aguas industriales el objetivo es remover o reducir la cantidad de deshechos orgánicos e inorgánicos que éstas puedan contener. Las aguas residuales de origen industrial, frecuentemente contienen substancias que son tóxicas a los microorganismos que llevan a cabo el proceso biológico de estabilización de la materia orgánica, por lo que de ser así, las plantas que generan estos deshechos deben efectuar un pretratamiento previo de sus aguas de deshecho, tratando de remover estas substancias tóxicas.

Con un control adecuado de todos los factores de tratamiento, especialmente los de carácter biológico, todas las aguas residuales pueden ser tratadas con éxito, por lo tanto, es conveniente para el ingeniero ambiental, conocer y comprender los alcances y límites de los diferentes procesos biológicos de tratamiento, así como de los requerimientos para un control efectivo de los mismos.

6.1. Perspectiva del tratamiento biológico.

Papel de los microorganismos: La remoción de la DBO, la coagulación de sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica, es posible por la acción de una variedad de microorganismos, principalmente bacterias. Los microorganismos utilizan la materia carbonacea disuelta y en suspensión en forma coloidal, para sobrevivir en el ambiente en que se encuentran. Al emplear esta materia carbonacea, una parte de ella la convierten en tejido celular y otra parte es emitida al medio ambiente en forma de gases. Los gases producidos, en su mayor parte, pueden separarse en forma espontanea del agua tratada y el tejido celular formado, se separa también de la masa de agua por sedimentación, por lo que cuando esto ocurre se dice que la materia orgánica ha sido removida del agua tratada.

6.2. Fundamentos de microbiología.

Conceptos básicos: En el pasado, los microorganismos fueron clasificados como del mundo animal o vegetal. En la actualidad se incluye un tercer grupo que es el de protista, y las especies que se incluyen en esta clasificación se les denomina protistas. Aunque son diferentes entre si, tienen en común, la célula como unidad básica de vida para cada una de ellas, independientemente de la complejidad de su estructura.

Estructura celular: En general las células vivas son muy similares. Tienen una pared celular, la cual es una membrana que puede ser rígida o flexible. Si son móviles, tienen un flagelo o apéndices que semejan cabellos. El interior de la celda contiene una suspensión coloidal de proteínas, carbohidratos y otros compuestos sumamente complejos, y es llamado el citoplasma.

Cada célula contiene ácidos nucleicos, el material hereditario que es vital para la reproducción. El área citoplásmica contiene ácido ribonucleico (RNA), cuyo papel principal es la síntesis de proteínas. Dentro de la pared celular, también se encuentra el área del núcleo, el cual es rico en ácido desoxirribonucleico (DNA). El DNA contiene la información para la reproducción de la célula. En algunas células, el núcleo está completamente separado por una película o membrana (células eucarióticas), mientras que en otros casos no hay definición del núcleo (células procarióticas).

Energía y fuentes de carbón: Para que un organismo funcione adecuadamente debe tener una fuente de energía y carbón para la síntesis de nuevo material celular; otros elementos inorgánicos como nitrógeno y fósforo, además de elementos traza como: azufre, calcio, sodio, potasio y magnesio, también son indispensables para este proceso.

Las dos principales frentes de carbón para los microorganismos son: el dióxido de carbono y la materia orgánica. Si un organismo deriva su carbono celular a partir del dióxido de carbono se le llama autotrofico; si éste emplea carbono orgánico es llamado heterotrofico.

También se requiere energía para la síntesis de nuevo material celular. Para los organismos autotroficos, la energía del sol, tal como ocurre en la fotosíntesis, o por la energía desprendida en una reacción de oxidación/reducción. Si la energía es proporcionada por el sol, el organismo es llamado autotrofico fotosintético. Si la energía es proporcionada por una reacción inorgánica de oxidación/reducción, es llamado autotrofico quimosintético. Para los organismos heterotroficos, la energía necesaria para la síntesis celular es proporcionada por la oxidación o fermentación de la materia orgánica.

Metabolismo aeróbico y anaeróbico: Los organismos también pueden ser clasificados de acuerdo a su capacidad para utilizar el oxígeno. Los organismos aeróbicos solo pueden existir en presencia de oxígeno molecular. Los organismos anaeróbicos únicamente pueden existir en medios donde no existe oxígeno libre. Los organismos facultativos se adaptan a ambas condiciones y pueden sobrevivir en ausencia o presencia de oxígeno.

Microorganismos importantes: En ingeniería de tratamiento de aguas residuales, es muy importante estar familiarizado con las características de los diferentes microorganismos, por su gran importancia en la biología del proceso. Estos microorganismos se clasifican de la siguiente manera:

(l)baterías,

(2)hongos,

(3)algas,

(4)protozoarios,

(5) rotiferos,

(6) crustáceos,

(7)virus.

Cada uno de ellos se detallan mas ampliamente a continuación:

FIGURA 5. Aprovechamiento de la energía de los alimentos por los seres vivos.

Bacterias: Las bacterias son protistas unicelulares. Utilizan la materia orgánica disuelta como alimento, y en general pueden ser encontradas en cualesquier medio en el que exista alimento disponible. Su modo de reproducción es por fisión binaría, aunque algunas especies se reproducen sexualmente o por germinación. Existen miles de clasificaciones de bacterias pero todas caen dentro de tres clasificaciones generales con relación a su forma: esféricas, cilíndricas y helicoidales. Son muy variables en tamaño, y su rango está de los 0.5 a los 15 m.

El material de la bacteria constituye un 80% agua y un 20% material seco. De este material seco el 90% es material orgánico y el 10% restante es material inorgánico. Una formula química propuesta para la parte orgánica de la bacteria es C60,H87O23N12P. La parte inorgánica constituye: fósforo, azufre, sodio, calcio, magnesio, potasio y fierro, en ese orden de composición decreciente. En ausencia de alguno o algunos de estos elementos la bacteria está limitada en su crecimiento o no sobrevive.

La temperatura y el pH juegan un papel vital en el medio ambiente en que se encuentra la bacteria, lo cual también es sumamente importante para otras especies microscópicas. Se ha observado que la actividad de la bacteria se duplica por cada l0°C de incremento en la temperatura hasta que se alcanza un límite de temperatura en el cual la bacteria ya no sobrevive. De acuerdo al rango de temperatura en el cual la bacteria tiene su máximo desarrollo, las bacterias pueden ser clasificada como: mesofilicas y termofílicas. Su clasificación está dé acuerdo a la siguiente tabla:

Temperatura °C

Tipo Rango Temp. Óptima Críofilica -2-30 12-18 Mesofilica 20-45 25-40

Termofilica 45-75 55--65

El pH de la solución también es determinante en el desarrollo y crecimiento de los microorganismos. La mayoría de los microorganismos pueden tolerar ambientes de pH mayor a 9.5 o menor a 4.0, pero el rango óptimo de pH para que las bacterias funcionen apropiadamente es de 6.5 a 7.5.

Metabólicamente las bacterias pueden ser clasificadas como heterotroficas o autotroficas. Las autrofobas más comunes son las quimosintéticas, y son muy pocas las que pueden llevar a cabo la fotosíntesis.

En tratamiento de aguas,

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