El tratamiento biológico de las aguas residuales es un proceso clave para la depuración de las aguas residuales industriales y municipales. Utiliza los procesos metabólicos naturales de los microorganismos para eliminar compuestos orgánicos, nutrientes y contaminantes de las aguas residuales. Los procesos biológicos utilizados se basan en la capacidad de bacterias, hongos y otros microorganismos para descomponer sustancias orgánicas y convertirlas en productos finales inocuos como dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O) y biomasa. Esto tiene lugar en condiciones aeróbicas o anaeróbicas, dependiendo del tipo de aguas residuales que se vayan a tratar y del proceso seleccionado.
Índice
Fundamentos técnicos
En la práctica industrial, el tratamiento biológico de las aguas residuales se lleva a cabo en diversos tipos de reactores que optimizan la degradación biológica. Los procesos más comunes son
1. tratamiento biológico aerobio de las aguas residuales
- En un entorno rico en oxígeno, los microorganismos descomponen los compuestos orgánicos en dióxido de carbono, agua y biomasa. Los procesos más comunes son proceso de lodos activadoslos procesos de biopelícula (por ejemplo, los filtros percoladores y los reactores de lecho fijo) y los biorreactores de membrana (MBR).
Proceso de fangos activados:
- En los tanques de lodos activados, las aguas residuales se mezclan con lodos activos que contienen un gran número de microorganismos. Los microorganismos descomponen la carga orgánica mientras se insufla aire u oxígeno para garantizar el suministro de oxígeno necesario.
Foto: Tanque de aireación con desnitrificación y nitrificación para aguas residuales de la industria alimentaria (proceso: ALMA BHU BIO)
Biorreactores de membrana (MBR):
- Una combinación de la tecnología clásica de lodos activados y la filtración por membrana. Estos sistemas ofrecen la ventaja de una eficacia muy alta en la separación de microorganismos y agua purificada, lo que es especialmente importante cuando se reutiliza el agua (reciclaje del agua).
Foto: Biorreactor de membrana compacto de diseño modular(ALMA BIO MBR)
2. tratamiento biológico anaerobio de las aguas residuales
- En el tratamiento anaeróbico, los microorganismos trabajan en ausencia de oxígeno. Este proceso es especialmente adecuado para las aguas residuales con una elevada carga orgánica, por ejemplo las procedentes de la industria alimentaria o la industria química. Los productos de estos procesos incluyen metano, dióxido de carbono y amoníaco. Los procesos anaerobios son energéticamente eficientes, ya que no requieren la introducción de oxígeno y además generan biogás como fuente de energía.
- Un proceso utilizado con frecuencia es el digestor de lodos anaerobios o el reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), en el que las sustancias orgánicas son descompuestas por un lodo anaerobio granulado.
Foto: Tratamiento anaeróbico en el reactor de biogás GMR de ALMA BHU
Pertinencia en la práctica
El tratamiento biológico de aguas residuales es un proceso rentable y respetuoso con el medio ambiente para eliminar materia orgánica, nutrientes (como nitrógeno y fósforo) y contaminantes. Se utiliza en una amplia gama de industrias, entre ellas
- Industria alimentaria y de bebidas: Esta industria produce grandes cantidades de aguas residuales contaminadas orgánicamente que pueden tratarse eficazmente mediante procesos biológicos.
- Industria química: aquí se utiliza el tratamiento biológico para descomponer disolventes orgánicos, tensioactivos y otros compuestos.
- Industria papelera: Esta industria produce aguas residuales con altas concentraciones de sustancias orgánicas y nutrientes que necesitan ser biodegradadas.
Procesos y mecanismos
Degradación orgánica: La degradación de sustancias orgánicas por microorganismos tiene lugar mediante la absorción de los compuestos como nutrientes. Los microorganismos convierten los compuestos orgánicos complejos en moléculas más simples, que luego se descomponen en dióxido de carbono, agua y biomasa.
Eliminación de nitrógeno (nitrificación y desnitrificación):
- Nitrificación: El amonio (NH₄⁺) contenido en las aguas residuales se convierte primero en nitrito (NO₂-) y después en nitrato (NO₃-) en condiciones aerobias por bacterias nitrificantes.
- Desnitrificación: En condiciones anaeróbicas, las bacterias desnitrificantes reducen el nitrato a nitrógeno gaseoso (N₂), que escapa a la atmósfera como gas inocuo.
Eliminación de fósforo: El contenido de fósforo de las aguas residuales puede reducirse mediante la eliminación biológica de fosfatos. Ciertos microorganismos almacenan fósforo en sus células en forma de polifosfatos, que luego se eliminan del sistema en forma de lodos.
Retos y optimización
Aunque el tratamiento biológico de las aguas residuales ofrece muchas ventajas, también hay retos que deben tenerse en cuenta en la práctica industrial:
Altas concentraciones de sustancias tóxicas: Algunas aguas residuales industriales contienen sustancias tóxicas (por ejemplo, metales pesados, fenoles o compuestos clorados) que inhiben la actividad de los microorganismos. En tales casos, deben utilizarse etapas adicionales de pretratamiento, como la precipitación química, la oxidación (por ejemplo, el proceso Fenton) o los procesos de membrana (por ejemplo, la ósmosis inversa), para eliminar o reducir los contaminantes.
Plantas de precipitación y floculación (plantas CP):
- En algunos casos, en combinación con el tratamiento biológico de las aguas residuales, los sistemas químico-físicos (como el ALMA CHEM MCW) se utilizan para eliminar sustancias difíciles de degradar o para mejorar la sedimentación de sólidos.
Foto: Planta CP para la eliminación de sustancias poco biodegradables(ALMA CHEM MCW)
Bioincrustaciones en sistemas de membranas:
- La bioincrustación puede producirse en las plantas de tratamiento biológico que funcionan en combinación con procesos de membrana (por ejemplo, MBR u ósmosis inversa). Se trata de la acumulación de microorganismos y sus productos metabólicos en la membrana, lo que reduce el rendimiento. Un pretratamiento eficaz, como la filtración biológicamente activada ALMA BioFil Compact o la ALMA BHU BAF, puede ayudar a eliminar la materia orgánica residual y minimizar la bioincrustación.
Foto: Filtración biológicamente activada en construcción de hormigón con perlas de arcilla como soporte de crecimiento y material filtrante(ALMA BHU BAF)
Conclusión
El tratamiento biológico de las aguas residuales es una tecnología clave para su depuración en la industria. Utiliza la capacidad natural de los microorganismos para descomponer la materia orgánica y los nutrientes, ofreciendo una solución rentable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Combinando diversos procesos biológicos, químicos y físicos, se puede aumentar aún más la eficacia y adaptarla a los requisitos específicos de cada industria.
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