A sistema de biofiltración es una instalación técnica para la depuración biológica del agua y las aguas residuales en la que se utilizan microorganismos en medios de crecimiento especiales (materiales filtrantes) para descomponer compuestos orgánicos y otros contaminantes. Las plantas de biofiltración se basan en procesos bioquímicos en los que los microorganismos utilizan los contaminantes como fuente de alimento y los convierten en productos finales inocuos, como dióxido de carbono (CO₂), nitrógeno (N₂) y agua. Estas plantas desempeñan un papel crucial en el tratamiento de aguas industriales y de aguas residuales, sobre todo cuando se trata de eliminar del agua la contaminación orgánica residual, los compuestos nitrogenados y otros contaminantes solubles.

Antecedentes técnicos y funcionalidad

El funcionamiento de un sistema de biofiltración se basa en la colonización de los materiales filtrantes con microorganismos que se asientan formando una biopelícula. El agua a tratar se canaliza a través del medio filtrante sobre el que se sitúan los microorganismos. Éstos utilizan las sustancias orgánicas del agua como sustrato, las descomponen y purifican el agua. La biopelícula asegura la adsorción y degradación de los contaminantes. Este proceso puede tener lugar tanto en condiciones aeróbicas (con oxígeno) como anóxicas (sin oxígeno), en función de los compuestos objetivo que deban eliminarse.

Los procesos biológicos típicos de los sistemas de biofiltración incluyen

1. Eliminación del carbono: Los microorganismos descomponen las sustancias orgánicas, como los hidrocarburos y los azúcares, y las convierten en dióxido de carbono y agua.

2. Nitrificación y desnitrificación: Estos procesos se utilizan para eliminar los compuestos de nitrógeno de las aguas residuales. Durante la nitrificación, el amonio (NH₄⁺) se convierte en nitrato (NO₃-), mientras que la desnitrificación reduce el nitrato a nitrógeno molecular (N₂), que escapa en forma de gas.

La biofiltración suele utilizarse como pretratamiento de otras tecnologías como ósmosis inversa o como etapa final en el tratamiento del agua para minimizar la contaminación residual antes de su vertido al medio ambiente o su reutilización.

Construcción de un sistema de biofiltración

Un sistema de biofiltración típico consta de varios componentes que trabajan juntos para garantizar una purificación eficaz del agua:

1. Tanque reactor: El reactor es la pieza central del sistema y contiene el material filtrante que sirve de soporte para la biopelícula. Estos materiales portadores pueden consistir en medios sintéticos como gránulos de plástico, arena, tierra de diatomeas o perlas de arcilla especialmente preparadas que ofrecen una elevada superficie específica.

2. Sistema de aireación (para sistemas de biofiltración aeróbica): En las plantas que funcionan en condiciones aeróbicas, se requiere un sistema de aireación para suministrar a los microorganismos el oxígeno que necesitan. Esto suele realizarse mediante sistemas de burbujas o ventiladores.

3. Distribución del agua: La distribución uniforme del agua sobre el medio filtrante es crucial para el rendimiento del sistema. Esta distribución suele realizarse mediante sistemas de boquillas que distribuyen continuamente el agua residual por el lecho filtrante.

4. Sistema de control y regulación: Los parámetros de funcionamiento, como el caudal, la aireación y el valor de pH, se supervisan y regulan mediante un sistema de control automatizado para garantizar unas condiciones óptimas para los microorganismos.

Aplicaciones de los sistemas de biofiltración en la industria

Los sistemas de biofiltración se utilizan en diversas industrias para eliminar las impurezas orgánicas e inorgánicas del agua. Las áreas típicas de aplicación son

1. Industria alimentaria: los sistemas de biofiltración se utilizan para reducir la carga orgánica de las aguas residuales procedentes del procesado de alimentos, sobre todo en los condensados de vapor de las centrales lecheras u otros procesos de producción. Estas aguas residuales contienen grandes cantidades de sustancias orgánicas disueltas que pueden degradarse eficazmente mediante biofiltración.

2. Reciclaje del agua (Water ReUse): En la producción de agua de proceso, los sistemas de biofiltración se utilizan para tratar los flujos de aguas residuales de modo que puedan reintroducirse en el ciclo como agua de proceso o agua de refrigeración. En este caso, la biofiltración se utiliza a menudo como pretratamiento de los sistemas de ósmosis inversa para minimizar la contaminación orgánica residual y proteger así las membranas de la bioincrustación.

3. Plantas municipales de tratamiento de aguas residuales: En las plantas municipales de tratamiento de aguas residuales, la biofiltración se utiliza para la eliminación adicional de nitrógeno. Mediante el control selectivo de las zonas aerobias y anóxicas, se puede llevar a cabo tanto la nitrificación como la desnitrificación en una sola planta.

4. Industria química: los sistemas de biofiltración se utilizan aquí para eliminar disolventes orgánicos y otros compuestos orgánicos poco degradables de las aguas residuales. La biofiltración puede ayudar a minimizar la carga residual tras el postratamiento químico-físico después del postratamiento químico-físico.