Tratamiento biológico de aguas residuales

Introducción: La importancia del tratamiento biológico de aguas residuales

El tratamiento biológico de aguas residuales se considera el método más eficaz y económico para eliminar contaminantes orgánicos de las aguas residuales. Estos métodos utilizan  procesos naturales de descomposición microbiana para eliminar entre el 85 y el 95 por ciento de la materia orgánica de las aguas residuales . Actualmente, más del 70%  de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas del mundo utilizan métodos biológicos como núcleo del sistema de tratamiento.

Principios básicos del tratamiento biológico

Mecanismo principal de descomposición

1. Descomposición aeróbica : realizada por bacterias aeróbicas en condiciones aeróbicas.

2. Descomposición anaeróbica : realizada por bacterias anaeróbicas en ausencia de oxígeno.

3. Descomposición facultativa : realizada por bacterias facultativas en condiciones intermedias.

Ecuación general para la biodegradación

Materia orgánica + microorganismos + nutrientes + oxígeno (aeróbico) 
→ nuevas células + CO₂ + H₂O + energía

Métodos aeróbicos de tratamiento de aguas residuales

1. Lodos activados

característica :

• Eficiencia de eliminación de DBO: 85-95%

• Tiempo de retención hidráulica: 4-8 horas

• MLSS: 1500-4000 mg/L

Ventajas :
alta flexibilidad,
control de proceso simple y
puede eliminar nitrógeno y fósforo.

2. Reactor de biopelícula

tipo :

• Disco giratorio (RBC)

• Filtro percolador

• Reactor de lecho móvil (MBBR)

Ventajas :
menor necesidad de espacio,
mayor resistencia a las cargas de choque orgánicas,
menor producción de lodos.

3. Laguna Inflable

característica :

• Profundidad: 2-5 metros

• Duración de la estancia: 3-10 días

• Oxígeno disuelto: 2-5 mg/L

solicitud :

• Pequeñas comunidades

• Industria alimentaria

• Purificación secundaria

Métodos anaeróbicos de tratamiento de aguas residuales

1.  Reactor UASB

característica :

• Carga orgánica: 5-15 kg DQO/m³.día

• Temperatura óptima: 35-37℃

• Tasa de eliminación de DQO: 70-90%

Ventajas :
Producción de biogás,
bajo requerimiento energético,
baja producción de lodos.

2. Filtro anaeróbico

característica :

• Carga orgánica: 3-10 kg DQO/m³.día

• Duración: 12-36 horas

• Eficiencia de eliminación: 60-80%

3.  Sistema ABR

Ventajas :
resistencia a la carga de impacto
, bajo costo de mantenimiento,
estructura simple.

Enfoques de combinación e innovación

1.  Sistema MBR

característica :

• MLSS: 8000-12000 mg/L

• Flujo de membrana: 10-25 LMH

• Excelente calidad del agua

2.  Proceso SBR

Ventajas :
operación flexible,
menos espacio requerido,
mejor control de la nitrificación.

3. Sistema IFAS

característica :

• Combinación de lodos activados y biofilm

• Alta eficiencia de retención de nitrógeno

• Resistencia a la carga orgánica variable

Factores que influyen en el rendimiento de los sistemas biológicos

1. Parámetros de aguas residuales :

   • Relación DBO/N/P (100/5/1)

   • Concentración de sustancias tóxicas

   • Temperatura de las aguas residuales

2. Parámetros de trabajo :

   • Tiempo de retención celular (SRT)

   • Concentración de oxígeno disuelto

   • pH ambiental

3. Parámetros de diseño :

   • Carga orgánica volumétrica

   • Tiempo de retención hidráulica

   • Tipo de sistema híbrido

Comparación de métodos aeróbicos y anaeróbicos

Aplicaciones industriales de los métodos biológicos

1. Industria alimentaria y láctea :

   • Eliminar grasas y proteínas

   • Alta tasa de reducción de carga orgánica

2. Industria química :

   • Descomposición de compuestos orgánicos sintéticos

   • Tratamiento complejo de aguas residuales

3. Industria papelera :

   • degradación de la lignina

   • Reducir el color de las aguas residuales

4. Industria farmacéutica :

   • Eliminando los antibióticos

   • Análisis de ingrediente activo

Desafíos y soluciones del bioprocesamiento

1. Carga de choque orgánica

Solución :

• Uso del tanque de equilibrio

• Control inteligente de aireación

• Sistema de alerta temprana

2. Sustancias tóxicas

Solución :

• Pretratamiento físico y químico

• Adaptación gradual de los microorganismos

• Utilizando biorreactores especiales

3. Cambios de temperatura

Solución :

• Sistema de control de temperatura

• Utilice variedades resistentes

• Aislamiento de tanques

Las últimas innovaciones en bioprocesamiento

1.  Mejorar la actividad microbiana mediante nanopartículas

2. Optimización inteligente  del sistema de aireación

3. Desarrollo de un biorreactor  de membrana de alto rendimiento

4. Aplicación de la  biotecnología en la producción de cepas específicas

5. Sistema de energía cero  con recuperación de energía

en conclusión

Los métodos de tratamiento biológico de aguas residuales  aprovechan el poder de la naturaleza para brindar soluciones sostenibles y económicas a los desafíos del tratamiento de aguas residuales. Estos sistemas  son diversos en diseño y flexibles en su funcionamiento y pueden satisfacer las diversas necesidades de diferentes industrias.

La selección del método correcto depende de las características de las aguas residuales, el espacio disponible y los estándares de producción. Con los recientes avances en biotecnología y control de procesos , estos sistemas se están volviendo cada vez más eficientes, lo que pinta un futuro brillante para la industria del tratamiento de aguas residuales.