Un soporte de crecimiento es un sustrato o material sólido que sirve de superficie de colonización para los microorganismos en los procesos biológicos de tratamiento de aguas y aguas residuales. Los soportes de crecimiento se utilizan principalmente en sistemas de reactores basados en biopelículas, como los filtros percoladores, los reactores de lecho fijo, los reactores de lecho fluidizado o los biorreactores de membrana (MBR). Proporcionan a los microorganismos la superficie necesaria para colonizar en forma de biopelículas y descomponer las impurezas orgánicas del agua. La elección y el diseño de los soportes de crecimiento influyen directamente en la eficacia del tratamiento biológico, ya que aumentan la superficie y optimizan la actividad de los microorganismos.
Índice
Antecedentes técnicos y tipos de sustratos de cultivo
Los sustratos de cultivo se fabrican con diversos materiales resistentes a la corrosión, químicamente estables y estructuralmente adecuados para un funcionamiento a largo plazo en sistemas acuíferos. Los materiales más comunes son
Plásticos: el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el cloruro de polivinilo (PVC) y otros termoplásticos similares se utilizan ampliamente debido a su durabilidad y baja densidad. Ofrecen una elevada superficie específica para el crecimiento de microorganismos y también son resistentes a los productos químicos utilizados con frecuencia en las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Cerámica: Los medios de crecimiento cerámicos se utilizan a menudo en aplicaciones en las que se requiere una estabilidad química o una resistencia a la temperatura especialmente elevadas. Su estructura porosa proporciona una gran superficie y favorece la formación de biopelículas más gruesas.
Materiales naturales: En sistemas más antiguos o especializados, también pueden utilizarse materiales naturales como la piedra de lava o piedras porosas. Estos también tienen una superficie rugosa que ofrece a los microorganismos oportunidades para adherirse.
El diseño de los soportes de crecimiento influye significativamente en la eficacia de la formación de biopelículas. Existen varios diseños personalizados para aplicaciones específicas:
Portadores de lecho fijo: En los reactores de lecho fijo (por ejemplo, los filtros percoladores), los portadores de crecimiento se disponen de forma estática en un lecho del reactor. Las aguas residuales fluyen por encima o a través del lecho, haciendo que los microorganismos colonicen la superficie y lleven a cabo la degradación biológica.
Soportes móviles: En los reactores de lecho fluidizado, los soportes de crecimiento se mezclan en el flujo de agua y se mantienen en movimiento. Este tipo de medio de crecimiento ofrece una mayor superficie por unidad de volumen y permite un suministro continuo de oxígeno a los microorganismos, lo que acelera el proceso de degradación.
Materiales portadores estructurados: los portadores de crecimiento pueden tener diversas formas geométricas para maximizar la superficie específica. Entre ellos se incluyen anillos, tubos y estructuras de panal, que aumentan el área de colonización de las biopelículas y mejoran el flujo de líquido.
Ámbitos de aplicación de los sustratos de cultivo
Los medios de crecimiento se utilizan en una gran variedad de reactores biológicos, especialmente en el tratamiento biológico de aguas residuales y el tratamiento del agua. Las aplicaciones más comunes incluyen
Filtro percolador: En los sistemas de filtro percolador (también conocidos como sistemas de percolación), las aguas residuales fluyen sobre un lecho fijo lleno de soportes de crecimiento. Los microorganismos colonizados en los soportes descomponen las sustancias orgánicas de las aguas residuales a medida que éstas percolan por el filtro percolador. Este proceso se utiliza a menudo para tratar aguas residuales municipales y es especialmente adecuado para aguas residuales con una carga orgánica de media a alta.
Reactores de lecho fijo: En los reactores de lecho fijo, los portadores de crecimiento se disponen de forma estacionaria en un lecho de reactor a través del cual se canaliza el agua residual. Estos reactores se utilizan a menudo en la industria para el tratamiento de aguas de proceso o de aguas residuales muy contaminadas. Ofrecen la ventaja de una alta concentración de biomasa y un flujo de agua controlado.
Reactores de lecho fluidizado: En los reactores de lecho fluidizado, los portadores de crecimiento están situados en un flujo de fluido que los mantiene en movimiento. Esta configuración proporciona una aireación continua de los microorganismos y evita que el reactor se obstruya. Los reactores de lecho fluidizado se utilizan a menudo en el tratamiento de aguas residuales industriales, sobre todo para la eliminación de nitrógeno (desnitrificación) o el tratamiento de aguas residuales con una elevada carga orgánica.
Biorreactores de membrana (MBR): En las plantas MBR, la combinación de medios de crecimiento y filtración por membrana se utiliza tanto para descomponer la materia orgánica como para garantizar una separación clara de la biomasa y el agua purificada. En este caso, los medios de crecimiento aseguran un alto nivel de actividad microbiológica, mientras que las membranas garantizan la retención de sólidos.
Foto: Biorreactor de membrana compacto de diseño modular(ALMA BIO MBR)
5. sistemas de biofiltración
ALMA BHU BAF y ALMA BioFil Compact son sistemas innovadores de biofiltración de ALMAWATECH que utilizan perlas de arcilla especialmente desarrolladas como portadores de crecimiento. Estas perlas de arcilla se caracterizan por una alta superficie específica, que proporciona un hábitat para los microorganismos aerobios y anóxicos. Estos sistemas son especialmente adecuados para eliminar los contaminantes orgánicos residuales y los nutrientes de las corrientes de agua, garantizando así un alto rendimiento de depuración.
a) ALMA BHU BAF (Filtración Biológicamente Activada):
- En este sistema, las microesferas de arcilla especialmente preparadas proporcionan a los microorganismos un entorno estable para la formación de biopelículas. El sistema promueve la actividad biológica aeróbica y anóxica simultáneamente, lo que permite una eliminación eficaz de nutrientes (especialmente nitrógeno y fósforo) y la descomposición de la materia orgánica. El flujo continuo de agua a través de las perlas de arcilla evita la obstrucción y favorece un flujo eficaz, lo que permite que el sistema funcione de forma fiable incluso con cargas de agua elevadas.
- Más información sobre nuestra filtración biológicamente activada para caudales de agua de hasta 1.000 m³/h: ALMA BHU BAF
Foto: Tanque de reacción vacío de nuestro proceso ALMA BHU BAF en el que se pueden reconocer los cuerpos de crecimiento (perlas de arcilla).
b) ALMA BioFil Compact
- Este sistema compacto está especialmente diseñado para caudales de aguas residuales más pequeños, de hasta 50 m³/h, y también utiliza las perlas de arcilla altamente desarrolladas como soporte de crecimiento. Es especialmente adecuado como paso previo al tratamiento de los sistemas de ósmosis inversa, ya que reduce la bioincrustación al eliminar eficazmente la materia orgánica residual y los nutrientes. Esto contribuye a prolongar la vida útil de las membranas y a mejorar la estabilidad operativa de los sistemas aguas abajo.
- Más información sobre nuestra biofiltración compacta: ALMA BioFil Compact
Las perlas de arcilla de estos sistemas permiten una colonización microbiológica intensiva, ya que ofrecen una estructura tridimensional con numerosos poros y cavidades. Esta estructura favorece tanto los procesos aeróbicos para la eliminación de sustancias orgánicas como los procesos anóxicos, que son importantes para la desnitrificación. Como resultado, se consigue una depuración biológica completa, lo que es relevante para muchas aplicaciones industriales, como la industria alimentaria, las centrales lecheras y otros sectores con un uso intensivo de agua.
Foto: Diseño en 3D de nuestro sistema ALMA BioFil Compact
Ventajas y retos
Ventajas:
Mayor superficie específica: Los medios de crecimiento ofrecen a los microorganismos una mayor superficie de colonización en comparación con los sistemas de suspensión, como el proceso de fangos activados. Esto permite colonizar una mayor biomasa en el reactor, lo que conduce a una biodegradación más eficiente.
Procesos más estables: Como los microorganismos se adhieren firmemente al medio de crecimiento, estos sistemas son más estables frente a fluctuaciones en la carga de las aguas residuales o en la hidráulica del sistema. Los sistemas basados en biopelículas suelen ser más resistentes a las sustancias tóxicas o a los picos repentinos de carga de las aguas residuales.
Diseño compacto de la planta: La utilización de portadores de crecimiento permite reducir el volumen de los reactores, ya que se consigue una mayor concentración de biomasa por unidad de volumen. Esto resulta especialmente ventajoso en aplicaciones en las que el espacio es limitado, por ejemplo al modernizar plantas existentes.
Desafíos:
Crecimiento de biopelícula y obstrucción: Si la biopelícula de los medios de cultivo se vuelve demasiado gruesa, puede provocar obstrucciones y restringir la circulación del fluido. Por lo tanto, es necesario realizar un mantenimiento y una limpieza periódicos de los medios de cultivo para garantizar la funcionalidad del sistema.
Descarga de lodos: En algunos reactores, la biomasa puede eliminarse (descarga de lodos), especialmente si la carga del sistema es demasiado alta o las condiciones hidráulicas no son óptimas. Esto puede perjudicar el rendimiento de la limpieza y requiere un ajuste de los parámetros de funcionamiento.
Ejemplos prácticos y relevancia
Los medios de crecimiento se utilizan en muchas aplicaciones industriales, sobre todo en el tratamiento de aguas residuales muy contaminadas, como las de la industria alimentaria, la industria papelera y la industria química. Un ejemplo concreto es el uso de medios de crecimiento en la desnitrificación y nitrificación, donde contribuyen a la eliminación de compuestos nitrogenados de las corrientes de aguas residuales.
ALMAWATECH ofrece sistemas biológicos especiales basados en la utilización de medios de crecimiento, como la serie ALMA BHU BioFil. Estos sistemas de filtración bioactivados utilizan medios de crecimiento para reducir eficazmente las cargas orgánicas residuales en grandes flujos de agua, lo que favorece el pretratamiento para sistemas de ósmosis inversa (resumen de productos de sistemas de ósmosis inversa) y otros procesos de reciclaje. El uso de soportes de crecimiento ayuda a minimizar la bioincrustación y a mejorar la calidad del agua, lo que se traduce en un funcionamiento más estable y económico a largo plazo.
Conclusión
Los medios de crecimiento son un elemento esencial en los reactores basados en biopelículas y desempeñan un papel fundamental en el tratamiento biológico de las aguas residuales y el agua. Permiten una colonización eficaz por parte de los microorganismos y contribuyen a la estabilidad y el rendimiento de los sistemas biológicos. Gracias a su diseño versátil y a la elección de sus materiales, pueden adaptarse a una amplia gama de requisitos industriales. Cada vez son más importantes en ámbitos en los que se requiere un alto rendimiento de depuración en un espacio limitado.
