UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL REGION XALAPA “Tratamiento biológico del agua residual: sistemas aerobios de cultivo en suspensión” TESINA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL PRESENTA Mariel Guzmán Luis DIRECTOR M.I. Rabindranarth Romero López Xalapa Enríquez, Veracruz 2012 AGRADECIEMIENTOS Agradezco, a mi director y revisores: M.I. Rabindranarth Romero López Ing. Eduardo Castillo González Q.F.B. Flora Angélica Solano Cerdán Y a todas las personas de la institución Universidad Veracruzana que intervinieron de alguna manera para la terminación de mi tesina. ÍNDICE INTRODUCCION ................................................................................................... 1 CAPITULO I.- GENERALIDADES .......................................................................... 3 1.1.- ANTECEDENTES DEL AGUA POTABLE................................................... 4 1.2. CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL. ............................................. 6 1.2.1. Composición. ......................................................................................... 6 1.2.2. Características bacteriológicas. ............................................................. 7 1.2.3. Principales parámetros. ......................................................................... 9 1.3. JUSTIFICACION. ....................................................................................... 12 1.4. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL. ................................................................. 13 CAPITULO II.- FUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS BIOLOGICOS AEROBIOS ............................................................................................................................. 18 2.1. CINETICA DEL CRECIMIENTO BIOLOGICO. ........................................... 19 2.2. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS. ................................................... 21 CAPITULO III.- SISTEMAS BIOLOGICOS AEROBIOS DE CULTIVO EN SUSPENSION ..................................................................................................... 25 3.1. ANTECEDENTES HISTORICOS ............................................................... 26 3.1.1. Características del proceso: lodo activo ............................................... 26 3.1.2. Configuraciones del proceso: lodo activo ............................................. 28 3.2. LAGUNAS AIREADAS. .............................................................................. 32 3.3. REACTOR BIOLOGICO SECUENCIAL (SBR). ......................................... 34 3.4. BALSAS DE ESTABILIZACION. ................................................................ 35 CAPITULO IV.- EFICIENCIA DE TRATAMIENTOS ............................................. 37 4.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TRATAMIENTO. ...................... 38 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................ 41 GLOSARIO DE TERMINOS ................................................................................. 43 SIGLAS ................................................................................................................ 45 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 46 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y sus procedencias.......................................................................................................... 8 Tabla 2.1.-Clasificación general de los microorganismos atendiendo a sus fuentes de energía y carbono ........................................................................................... 24 Tabla 3.1. Modificación de configuraciones del lodo activo .................................. 28 Tabla 4.1. Comparativo de eficiencias de tratamientos biológicos aerobios de cultivo en suspensión ........................................................................................... 38 Tabla 4.2. Ventajas y desventajas de tratamientos aerobios de cultivo en suspensión………………………………………………………………………………..39 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1. DBO5 en aguas superficiales en México.…..…………….………….….10 Figura 1.2. DQO en aguas superficiales en México……………...……….……...….11 Figura 1.3. Niveles de nitratos: concentraciones en la desembocadura de los ríos…………………………………………………………………………………………14 Figura 1.4. Comparación entre aireación convencional, aireación en disminución y oxígeno puro de sistemas de lodo activo………………………………..…………....16 Figura 2.1.Oxidación aeróbica……………………………….………..……….………21 Figura 3.1.Diagrama de flujo del lodo activo………………………………………….27 Figura 3.2. Comparación entre aireación convencional, aireación en disminución y oxígeno puro de sistemas de lodo activo……………………………………………..31 Figura 3.3. Regímenes de mezcla de las lagunas aireadas………………………...34 Figura 3.4. Secuencia de funcionamiento típica para un SBR……………………...35 Figura 3.5. Esquema de los procesos importantes en una balsa de estabilización aerobia…………………………………………………………………………………….36 INTRODUCCION El agua es crucial para todos los aspectos de la vida, sólo una pequeña parte del agua en la tierra es adecuada para su uso y extracción. Entre los efectos sobre la vida que el agua tiene son: primeramente es un elemento crítico para la proliferación de la vida, permite a los compuestos orgánicos replicar su ADN, interviene en todos los procesos metabólicos de los seres vivos. Entrando al siglo XXI, la humanidad sufre de problemas de agua tanto por cantidad como por calidad, esto gracias al aumento de la población, a la industrialización y a la deficiente estrategia para el uso del agua y el manejo del agua residual, a tal grado que hasta el momento, se ven amenazados los ecosistemas acuáticos, los cuales son elementales para nuestro soporte de vida. Las bacterias son los microorganismos más importantes en este proceso es por eso que se hará énfasis en su funcionamiento y necesidades para reproducirse, en orden de importancia continúan los hongos, los protozoos, rotíferos y las algas. El tratamiento biológico tiene objetivos específicos, como son reducir la materia orgánica del agua residual, en las aguas residuales agrícolas nitrógeno y fósforo, en las residuales industriales compuestos orgánicos e inorgánicos. En este trabajo, se describe el tratamiento biológico de agua residual específicamente los procesos aerobios de cultivo en suspensión, los cuales pertenecen al tratamiento secundario de aguas residuales y la mayoría trabaja bajo el principio en el que los microorganismos utilizan la fracción orgánica contenida en el agua residual como fuente de energía y carbono, de ésta manera se lleva a cabo la oxidación de la materia orgánica, se sintetizan nuevos microorganismos y se estabiliza el afluente. Un tema de importancia en el tratamiento biológico, es el control de las características del medio ambiente en el cual se desarrollan las bacterias, es un elemento decisivo para su reproducción ya que para el caso de procesos aerobios es imprescindible la presencia de oxígeno. En el capítulo I, se relata brevemente generalidades del agua potable y tratamiento a lo largo de la historia desde los romanos hasta este tiempo, pasando por diversas culturas que iniciaron grandes obras de ingeniería de agua potable. En éste apartado, también se aborda de manera general las características físicas, químicas y bacteriológicas del agua, así como los principales parámetros característicos del agua residual. Consecutivamente, en el capítulo II se encuentra descrito el fundamento teórico general del tratamiento biológico, reacciones de síntesis y de asimilación de los microorganismos encargados del proceso. En el capítulo III, se definen de los principales tratamientos biológicos aerobios y su forma de llevar a cabo la degradación de materia orgánica. Finalmente, el capítulo IV, expone una comparación entre los diferentes procesos descritos anteriormente, así como ventajas y desventajas de cada uno, para terminar con las conclusiones y recomendaciones de la información recopilada. 2 CAPITULO I.- GENERALIDADES 1.1. - ANTECEDENTES DEL AGUA POTABLE. Es evidente, que con el paso de los años, el agua está dejando de ser un recurso renovable, la población va en aumento y por lo tanto la necesidad de agua es mayor. Con esto, el ser humano al utilizar el agua necesita desecharla, estos desechos contribuyen a la contaminación de los cuerpos receptores de agua residual. Es bien sabido que las civilizaciones primitivas solucionaban el problema de la contaminación por desechos líquidos y sólidos emigrando hacia otros lugares en donde les fuera posible establecerse. Hoy en día, no es factible esta práctica, ya que no sólo se debe mitigar la contaminación sino que aparte es necesario y urgente proteger y conservar las fuentes de agua, aunado a esto, tomar en cuenta los daños que puede provocar el agua contaminada a la salud. Antiguamente, diversas civilizaciones primitivas florecieron en zonas favorables para la agricultura, como es el caso de Mesopotamia que hoy en día se considera la base de la civilización humana, se asentaban en lugares cerca de los ríos o lagos con el fin de obtener el agua, grandes ciudades como Londres, París, Tokio entre otras, deben su crecimiento y riqueza a su asentamiento cerca de alguna vía de agua. En ocasiones en las que no era posible asentarse cerca de un cuerpo de agua, el hombre buscó alternativas para su extracción, como es el caso de la construcción de pozos. Los restos de pozos de extracción de agua más antiguos datan del siglo XII A.C. y se le atribuyen a los persas. En otros lugares, utilizaban canales sencillos de árboles huecos para distribuir el agua, posteriormente evolucionó el tipo de material a utilizar para los canales (Metcalf y Eddy, 1995). En Roma se aprovechó el agua de escorrentía, subterránea y todas las fuentes posibles para abastecer a la población, crearon presas para su almacenamiento y además crearon grandes acueductos para transportar el agua. Fueron los primeros en ocuparse del desalojo del agua residual, para purificarla utilizaron los embalses de aireación, desde esos tiempos se usaba la aireación como método de tratamiento de aguas (Metcalf y Eddy, 1995). 4 Desde la caída del imperio Romano hasta la edad media, no se habían concretado sistemas de tratamiento del agua residual, el nivel de calidad del agua era muy bajo y esto provocaba el desarrollo de enfermedades generalmente gastrointestinales en las personas, ya que utilizaban agua contaminada (Metcalf y Eddy, 1995). Debido a los problemas de salud y contaminación que provocaba la calidad del agua, surge la necesidad de crear un sistema de tratamiento del agua residual, en el año 1806 en París comienza a funcionar una planta de tratamiento, la más importante en su época, la cual constaba de una sección de sedimentación y filtración del agua (Metcalf y Eddy, 1995). No obstante en lugares como Londres, las medidas sanitarias eran escasas, la población arrojaba las aguas en cualquier lugar de la calle, posteriormente se dictaminó el uso de albañales para el desalojo, aún con esta medida surgen graves problemas, ya que el Támesis recibía todas las descargas, y éste a su vez abastecía a la población, aunado a esto gracias a las deficiencias en las alcantarillas, el agua era filtrada a los mantos acuíferos, las enfermedades hídricas iban en aumento (Metcalf y Eddy, 1995). Aproximadamente en la segunda década del siglo XX, se desarrolló por primera vez en Gran Bretaña el proceso de lodo activado, el cual comenzó a utilizarse en las localidades más cercanas y posteriormente en todo el mundo, con esto, se obtuvo una mejora considerable para el tratamiento de aguas residuales (Metcalf y Eddy, 1995). Con el paso de los años, se ha logrado que en los países desarrollados se cuente con sistemas de tratamiento de agua residual y desaparezcan enfermedades hídricas, en los países en vías de desarrollo el proceso es lento, ya que los sistemas de tratamiento son costosos. 5 En México, en la época porfirista debido a los problemas políticos y económicos propios de esa época, tanto el abasto de agua como el drenaje, se vieron considerablemente afectados (IPN, 2008). Entre 1930 y 1940 se fueron construyendo los primeros colectores para el desagüe y saneamiento del distrito federal hecho que se extendió por toda la república. En 1946 nace la Secretaria de Recursos Hidráulicos (SRH) (IPN, 2008). Es notorio que las culturas antiguas no sólo de México sino también del mundo, construyeron grandes e importantes obras hasta el día de hoy, de abastecimiento y distribución de agua, conforme la población aumentó, la demanda de agua y la explotación de fuentes de suministro también, por ende se elevó la cantidad de agua residual producto del uso humano, aunado a esto se agregó un volumen de agua aún mayor que es el proveniente de las industrias. Afortunadamente, hoy en día existen diversos procesos de tratamiento, que con el paso del tiempo van evolucionando para obtener una mejor calidad del agua a menor costo y con impactos ambientales reducidos. 1.2. CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL. 1.2.1. Composición. En base a diversos estudios efectuados al agua residual doméstica, se encuentra que cerca del 75% de sólidos suspendidos y del 40% de sólidos filtrables, corresponden a materia orgánica. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua residual son las proteínas 40%-60%, hidratos de carbono 25%-50%, y grasas y aceites 10%; la concentración de ésta materia orgánica se determina a través de la DBO5. Éstas sustancias a su vez, se dividen en nitrogenadas (proteínas, ureas, aminas y aminoácidos) y no nitrogenadas (grasas, jabones, celulosa) (Metcalf y Eddy, 1995). 6 En lo correspondiente a materia inorgánica, la cual también está o puede estar presente en el agua residual, se encuentra el fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc, su presencia ha ido en aumento y complica la depuración con tratamiento biológico (Metcalf y Eddy,1995) 1.2.2. Características bacteriológicas. Una de las razones más importantes para tratar las aguas residuales es la eliminación de todos los agentes patógenos de origen humano presentes en las excretas con el propósito de cortar el ciclo epidemiológico de transmisión. Estos son, entre otros: Coliformes totales Coliformes fecales Salmonellas Virus Estos agentes patógenos son los principales causantes de enfermedades gastrointestinales como la gastroenteritis, fiebre tifoidea, cólera, entre otros padecimientos por los que hasta el día de hoy en naciones que no cuentan con los recursos necesarios para tratar el agua, muere un número considerable de personas (Tebutt, 2008). A continuación se presenta una tabla con las características del agua residual, así como su procedencia, se puede observar que la mayor parte de contaminantes del agua, proviene del uso doméstico, seguido del uso industrial: 7 Tabla 1.1. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y sus procedencias Características Procedencia Color Aguas residuales domesticas e industriales, degradación natural de la materia orgánica. Olor Agua residual en descomposición, residuos industriales. Sólidos Agua de suministro, aguas residuales domesticas e industriales, erosión del suelo e infiltración. Temperatura Aguas residuales domesticas e industriales Carbohidratos Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales. Grasas animales, aceites, Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales. grasa Pesticidas Residuos agrícolas Fenoles Vertidos industriales Proteínas Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales. Compuestos orgánicos Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales. volátiles Alcalinidad, cloruros Aguas residuales domésticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea. Metales pesados Vertidos industriales Nitrógeno Residuos agrícolas y aguas residuales domésticas. pH , fosforo Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales. Azufre Agua de suministro; aguas residuales domésticas, comerciales e industriales. Sulfuro de hidrogeno Descomposición de residuos domésticos Metano Descomposición de residuos domésticos Oxigeno Agua de suministro; infiltración de agua superficial. Animales y plantas Cursos de agua y plantas de tratamiento Eubacterias y Arqueo Aguas residuales domésticas, infiltración de agua superficial, plantas bacterias de tratamiento. Virus Aguas residuales domésticas. Parásitos Aguas residuales domésticas e industriales Fuente: (Metcalf y Eddy, 1995) 8 1.2.3. Principales parámetros. Según la NOM-001-ECOL-1996, los parámetros característicos a medir del agua residual antes del tratamiento son: Temperatura pH Sólidos sedimentables Demanda química de oxígeno (DQO) Oxígeno disuelto (OD) Demanda biológico de oxígeno (DBO) Temperatura La temperatura es de gran importancia, ya que éste parámetro, determina el desarrollo de la vida acuática en los cuerpos receptores y algunos usos útiles que se le puede dar al agua, por ejemplo puede afectar a las especies piscícolas. Además, el oxígeno es más soluble en agua fría que en agua caliente. Generalmente las aguas residuales tienen una temperatura más elevada que el agua de suministro ya que en las casas y otros establecimientos se suministra agua caliente (Rittman y Mc Carty, 2001). El método para medir la temperatura es sencillo, se utiliza un termómetro de precisión, del cual debe tomarse lectura después de introducirlo por aprox. 10 min. En caso de no poder hacerse directamente, puede efectuarse tomando un volumen de agua considerable (Rittman y Mc Carty, 2001). pH El pH mide la alcalinidad y acidez del agua, es un parámetro importante para la existencia de la vida biológica, controla la actividad biológica y normalmente se restringe a una escala bastante estrecha de pH de entre 6 y 8, las aguas muy ácidas o muy alcalinas son corrosivas o presentan dificultades en su tratamiento, se mide con un potenciómetro (Tebutt, 2008). 9 Sólidos sedimentables Son aquellos sólidos que sedimentan cuando el agua se mantiene en reposo, constituyen una medida aproximada de la cantidad de lodo que se obtendrá en la decantación primaria del agua residual y se determinan volumétricamente mediante el uso del cono Imhoff (Metcalf y Eddy, 1995). Demanda biológica de oxígeno La demanda biológica de oxígeno (DBO), es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el grado de contaminación, normalmente se mide transcurridos cinco días de reacción (DBO5), y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mgO2/l) (Metcalf y Eddy, 1995). Figura 1.1.- DBO5 en aguas superficiales en México Fuente: SEMARNAT. Informe de la situación del medio ambiente en México 2008. 10 Oxígeno disuelto La presencia del oxígeno disuelto en el agua es una condicionante fundamental para el desarrollo de la vida acuática, vegetal y animal, evitando la descomposición anaerobia de la materia orgánica. La baja solubilidad del oxígeno es el principal factor que limita la capacidad de purificación de las aguas naturales, éste se mide con un oxímetro (Metcalf y Eddy, 1995). Demanda química de oxígeno La demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro que mide la cantidad de materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos que hay en una muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mg O2/l) (Metcalf y Eddy, 1995). Figura 1.2.- DQO en aguas superficiales en México Fuente: SEMARNAT. Informe de la situación del medio ambiente en México 2008. 11 1.3. JUSTIFICACION. La importancia de ésta investigación recae en la necesidad que existe actualmente en distintas zonas del país y también a nivel mundial, de tratar el agua producto del uso humano, llámese doméstico, industrial o agrícola. Dentro de las diversas ramas de la ingeniería civil, el tratamiento de aguas residuales es un tema bastante amplio que abarca los procesos físicos, biológicos y químicos necesarios para tratar el agua, en éste caso, sólo se desarrollará el aspecto biológico a través del cual los organismos microscópicos efectúan la degradación de materia orgánica e inorgánica contenida en el agua, producto del uso humano. Conjuntamente, todos los procesos biológicos empleados para tratar el agua residual están basados en procesos o fenómenos que ocurren en la naturaleza, por lo que resulta interesante su estudio. Este trabajo pretende servir de guía para aquellos lectores con interés referente a los tratamientos biológicos aerobios de cultivo en suspensión para depuración de aguas residuales, ya que contiene información objetiva para poder comprender la definición, funcionamiento y ventajas de cada sistema incluido en ésta tesina. La información contenida es de carácter general suficiente para entender el fundamento y operación de un sistema de tratamiento biológico aerobio de cultivo en suspensión, es útil cuando es necesario indagar sobre éste tema en específico. 12 1.4. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL. El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien nocivo. Debido a la importancia que tiene el agua en la vida del hombre, si está contaminada, se convierte en un medio con gran potencial para transmitir una amplia variedad de enfermedades raras, lo que se debe esencialmente a la limitada presencia de sistemas eficientes de abastecimiento de agua y saneamiento adecuado. Como resultado, las enfermedades hídricas en estas áreas alcanzan cifras escalofriantes (Tebutt ,2008). En una encuesta reciente de la Organización Mundial de la Salud (OMS) destacan los siguientes hechos: - Cada día mueren aproximadamente 30,000 personas por causa de enfermedades hídricas. En los países en vías de desarrollo, el 80 % de todas las enfermedades son de origen hídrico. Una cuarta parte de los niños que nacen en los países en vías de desarrollo mueren antes de cumplir los cinco años, la gran mayoría por enfermedades hídricas (Tebutt, 2008). - En cualquier momento es probable que 400 millones de personas sufran de gastroenteritis, 200 millones por esquistosomiasis, 160 millones por paludismo y 30 millones de oncocercosis. Todas estas enfermedades pueden estar relacionadas con el agua, aunque también son importantes otros factores ambientales (Tebutt, 2008). La siguiente figura, muestra la situación global del problema de eutrofización, la cual es provocada por un aumento de nitrógeno y fósforo principalmente, provenientes del uso agrícola, industria, etc. Aunado a la falta de agua en el mundo, la eutrofización afecta a la diversidad biológica de los cuerpos de agua: 13 Figura 1.3. Niveles de nitratos: concentraciones en la desembocadura de los ríos Fuente: Unesco, “Water quality for ecosystems and human health”. 2008. 14 La asamblea general de las Naciones Unidas aprobó el 28 de julio de 2010 en el sexagésimo cuarto periodo de sesiones, una resolución que reconoce al agua potable y al saneamiento básico como derecho humano esencial para el pleno disfrute de la vida y de todos los derechos humanos. (ONU, 2010.) La resolución fue adoptada a iniciativa de Bolivia, tras 15 años de debates, con el voto favorable de 122 países y 44 abstenciones, la asamblea de Naciones Unidas de mostró “profundamente preocupada porque aproximadamente 884 millones de personas carecen de acceso al agua potable y más de 2,600 millones de personas no tienen acceso al saneamiento básico, y alarmada porque cada año fallecen aproximadamente 1.5 millones de niños menores de 5 años y se pierden 443 millones de días lectivos a consecuencia de enfermedades relacionadas con el agua y el saneamiento” la adopción de esta resolución estuvo precedida de una activa campaña liderada por el presidente del estado plurinacional de Bolivia Evo Morales Ayma. (ONU, 2010.) La población mundial ha pasado de 2,630 millones en 1950 a 6,671 millones en 2008. En el lapso de 1950 a 2010, la población urbana ha pasado de 733 millones a 3,505 millones. Es en los asentamientos humanos donde se concentra el uso del agua no agrícola y donde se contraen la mayoría de las enfermedades relacionadas con el agua. (ONU, 2010.) De acuerdo a las cifras presentadas en el párrafo anterior, y a pesar de los trabajos y buenas intenciones de las principales organizaciones mundiales por mejorar la situación ambiental, para este caso, el agua, aún existen muchos lugares en distintos países en donde el recurso escasea y por supuesto el tratamiento del agua residual es casi nulo, es entonces cuando se propagan enfermedades hídricas que en muchos casos causa la muerte. La siguiente figura muestra a nivel mundial el número de muertes por enfermedades relacionadas con el agua, así como el grado de eutrofización global: 15 Figura 1.4. Problema de agua residual en distintas regiones Fuente: UNEP-UN-HABITAT, 2010. 16 Actualmente, el agua representa un problema a nivel global, al grado de que no sólo afecta la salud humana, sino que también destruye la vida ecológica en los ecosistemas existentes de los cuerpos receptores de agua y al mismo tiempo el agua subterránea también se ve afectada por infiltraciones de agua contaminada, tal como lo muestra la figura anterior. 17 CAPITULO II.- FUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS BIOLOGICOS AEROBIOS El proceso de tratamiento biológico aerobio consiste en el control del medio ambiente de los microorganismos, de modo que se consigan condiciones de crecimiento óptimo en presencia de oxígeno (Metcalf y Eddy, 1995). 2.1. CINETICA DEL CRECIMIENTO BIOLOGICO. Existen 2 reacciones fundamentales en los procesos biológicos de eliminación de materia orgánica: 1.- El crecimiento celular 2.- La degradación de la materia orgánica En los procesos aerobios es de suma importancia conocer las necesidades de oxígeno, para lo cual se realiza un cálculo de DQO al sistema. Dentro de esto, es indispensable tomar en cuenta factores que afectan el proceso como son: temperatura, pH, nutrientes, tóxicos que puedan impedir el proceso, etc., del control de éstos elementos dependerá el éxito del sistema (Ferrer y Seco, 2008). Continuamente, el tiempo que deben permanecer los organismos en el sistema es elemental para su reproducción, éste concepto está relacionado con la velocidad de crecimiento y a su vez con la velocidad de consumo del sustrato. (IDEM). Teniendo en cuenta que los microorganismos se reproducen por fisión binaria, la velocidad de crecimiento se puede expresar: rx =µX rX= velocidad de crecimiento de los microorganismos, mg L -1 t-1 µ= velocidad de crecimiento específico, t-1 X= concentración de biomasa activa, mg L -1 La relación de la tasa de crecimiento (µ) con la concentración de sustrato, queda expresada mediante la ecuación de Monod: 19 S KS+S µ=µm µm = velocidad máxima específica de crecimiento, t-1 S= concentración Ks= constante del sustrato limitante del crecimiento, mg L-1 de semisaturación La ecuación resultante para la velocidad de crecimiento queda expresada: rx= µmXS Ks+S La velocidad de utilización del sustrato está relacionada con la velocidad de crecimiento de los microorganismos, se expresa: rs=- 1 rx Y rs= velocidad de utilización del sustrato, mg L-1 t-1 Y= coeficiente de producción máxima, definido como la relación entre la masa de células producida y la masa de sustrato consumido. Sustituyendo la ecuación de velocidad de crecimiento en la anterior: rs= -µm XS Y(Ks +S) Esta ecuación se conoce como ecuación de Lawrence y Mc. Carty El siguiente esquema muestra de manera resumida el proceso de oxidación biológica aerobia: 20 Figura 2.1. Oxidación aeróbica Nuevas células Materia orgánica + bacterias + O2 CO2 + NH3 + H2O Fuente: (Tebbutt, 2002) Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan por cada 1000 gr. de C, 43 de N y 6 de P, y que en las aguas residuales urbanas existen por cada 1000 gr. de C, 200 gr. de N y 16 gr. de P.Haciendo una comparación de lo que necesitan los microorganismos para sobrevivir, con las cantidades existentes de dichos elementos en el agua residual, podemos concluir que a título general dichos microorganismos pueden desarrollarse en el agua residual perfectamente (http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Procesos_biol %C3%B3gicos_aerobios#2._FUNDAMENTOS_DE_LOS_PROCESOS_BIOL.C3.93G ICOS_AEROBIOS, 2011) Es importante comentar que en el caso de determinadas aguas con vertidos industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas, siendo necesario a veces dosificar nitrógeno (N) y fósforo (P) en el agua, para que pueda darse el desarrollo bacteriano y exista depuración biológica. 2.2. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS. Desde el punto de vista de la depuración de agua residual, existe una clasificación de organismos importante para llevar a cabo el sistema de tratamiento biológico. Estos sistemas, dependen de la acción de los microorganismos y para que ellos se desarrollen es necesario que cumplan con sus necesidades de energía y obtención de poder reductor, lo cual es suministrado por el sustrato de preferencia con alto contenido de DQO (Ferrer y Seco, 2008). 21 En función de su obtención de fuente energía y carbono, los organismos pueden ser: (Ferrer y Seco, 2008). a) Autótrofos, son capaces de sintetizar materia orgánica a partir del dióxido de carbono. b) Heterótrofos, organismos que necesitan de la materia orgánica para su desarrollo y mantenimiento. De acuerdo a su función los microorganismos se clasifican en: Bacterias: pueden ser tanto autótrofas como heterótrofas, son los organismos más importantes en el tratamiento biológico aerobio por su alto poder de eliminación de materia orgánica. A continuación se mencionan algunas de sus características más importantes: (IDEM). - Constituyen generalmente el 95% de la biomasa en los lodos activados (IDEM). - Dan lugar a la formación de flóculos, lo cual facilita posteriormente la sedimentación (IDEM). Protozoos: organismos heterótrofos, siendo la mayoría aerobios, ellos viven libremente en la naturaleza, y algunas especies son parásitas que habitan en organismos que van desde las algas hasta seres humanos (IDEM). -Constituyen aproximadamente el 5% de la biomasa en lodos activados, en el que se han encontrado cerca de 200 especies (IDEM). - Su alimentación es diversa, como pueden ser bacterias, otros organismos o materia disuelta (IDEM). -Contribuyen a la eliminación de coliformes y patógenos, así como también a la floculación de biomasa (IDEM). 22 Hongos: la mayoría son aerobios su tolerancia a pH bajo es alta, los requisitos de nitrógeno a comparación de las bacterias son bajos. (IDEM). - En el cultivo en suspensión no compiten con las bacterias. (IDEM). -Bajo condiciones por ejemplo, de pH bajo y déficit de nitrógeno, proliferan y esto perjudica el sistema de fangos activados ya que dificultan la sedimentación, son más frecuentes en sistemas de cultivo fijo. (IDEM). -Algas: su naturaleza es fotosintética, son organismos autótrofos importantes en el tratamiento biológico, algunas son capaces de utilizar nitrógeno atmosférico. (IDEM). - Sirven de fuente de oxígeno a otros organismos en la depuración de aguas. (IDEM). - Debido a su condición autótrofa, no reducen la materia orgánica, sino que la aumentan ya que la sintetiza a partir de fuentes minerales de carbono presentes. (IDEM). Rotíferos y nematodos: organismos aerobios heterótrofos, compuestos por órganos ciliados que les permite el movimiento y captura de alimento. Debido a que ocupan la cima de la pirámide trófica en fangos activados, son predadores del resto de los organismos presentes. (IDEM). En la Tabla 2.1 se resume la clasificación de los microorganismos en base a las fuentes de energía y carbono celular: 23 Tabla 2.1.-Clasificación general de los microorganismos atendiendo a sus fuentes de energía y carbono CLASIFICACIÓN FUENTE DE ENERGÍA FUENTE DE CARBONO ATÓTROFOS Foto autótrofos Quimio autótrofos Luz Reacción de oxidación-reducción inorgánica CO2 CO2 HETERÓTROFOS Quimio heterótrofos Foto heterótrofos Reacción de oxidación reducción orgánica Luz Carbono orgánico Carbono orgánico Fuente: (Metcalf y Eddy, 1995) Además del carbono, otros nutrientes necesarios para los microorganismos son: nitrógeno (N),azufre (S),fósforo (P), potasio (K), hierro (Fe), sodio (Na), y cloro (Cl), mientras que entre los nutrientes de menor importancia se hallan el zinc (Zn), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se), cobalto (Co), cobre (Cu), vanadio (V) y volframio (W) (Metcalf y Eddy, 1995). Las condiciones ambientales de temperatura y pH tienen un papel importante en la supervivencia y crecimiento de las bacterias. A pesar de que las bacterias pueden sobrevivir en un intervalo bastante amplio de valores de la temperatura y del pH, el crecimiento óptimo se suele producir en un intervalo muy restringido de valores de éstos 2 parámetros. Las temperaturas por debajo de la óptima tienen efectos más importantes sobre el crecimiento bacteriano que las superiores a aquélla: se ha podido comprobar que las tasas de crecimiento se doblan por cada aumento de 10° C de la temperatura hasta alcanzar el valor óptimo (Tebutt, 2008). 24 CAPITULO III. - SISTEMAS BIOLOGICOS AEROBIOS DE CULTIVO EN SUSPENSION Todos los sistemas biológicos aerobios de cultivo en suspensión trabajan bajo el mismo principio. Inicialmente apareció el lodo activo y posteriormente surgieron variantes del mismo proceso, los cuales se mencionan a posteriormente. 3.1. ANTECEDENTES HISTORICOS En 1914 E. Arden y W. T. Lockett descubrieron en Inglaterra el proceso de lodo activo. Observaron que la aireación de las aguas residuales conducía a la formación de flóculos de partículas en suspensión, descubrieron que el tiempo para eliminar contaminantes orgánicos se reducía de días a horas cuando esos flóculos de partículas se hacían permanecer en el sistema. Se refirieron a las partículas en suspensión, más específicamente al lodo que resultaba de la recogida de las partículas del tanque de sedimentación, como “activo” y así nació el proceso de lodo activo (Rittman y Mc Carty, 2001). 3.1.1. Características del proceso: lodo activo Es un proceso estrictamente aerobio, con el cual se consigue un gran tiempo de retención celular a través de la recirculación de lodo, el aporte de oxígeno es por razón de medios mecánicos. Consiste en colocar en un reactor (tanque de aireación) el agua residual con flóculos formados por microorganismos, en los que se adsorbe la materia orgánica y se degrada por las bacterias presentes. Posteriormente, para separar los flóculos del agua, se procede a una sedimentación para efectuar la recirculación de lodos al sistema, además de un sistema de purga de lodos, que es correspondiente a la cantidad crecida de microorganismos (Rodríguez, 2006). El siguiente esquema representa un diagrama de flujo para el tratamiento de lodo activo convencional: 26 Figura 3.1. Diagrama de flujo del lodo activo Fuente: (Rodríguez, 2006). Parámetros importantes para el funcionamiento del sistema Oxígeno: es de vital importancia, ya que los organismos necesitan obtenerlo para poder sobrevivir y multiplicarse, debido a que el oxígeno es poco soluble en el agua residual, es necesario suministrarlo mediante aireadores superficiales o difusores, por lo cual, el costo de operación del sistema se eleva (Rodríguez, 2006). Relación carga orgánica/microorganismos: es la relación que existe entre la materia orgánica contenida en el agua y la cantidad de microorganismos que se encuentran en la misma, de esto depende en gran medida una buena sedimentación (IDEM). Edad celular o tiempo de permanencia en el sistema de los microorganismos es otro parámetro de igual importancia que los anteriores, ya que interviene en el rendimiento del sistema, generalmente se considera un valor para un sistema de funcionamiento convencional de 5-8 días (IDEM). 27 3.1.2. Configuraciones del proceso: lodo activo Muchas modificaciones en base al proceso del lodo activo han evolucionado desde su descubrimiento, estas modificaciones surgen de los esfuerzos de tanteo para solucionar problemas que surgieron a lo largo del tiempo (Rittman y Mc Carty, 2001). A continuación, se muestra una tabla indicando las configuraciones más ampliamente utilizadas actualmente en la práctica. Para el caso de configuraciones físicas, el lodo activo con selector es una adaptación mas reciente. Tabla 3.1. Modificación de configuraciones del lodo activo a).- Modificaciones basadas en la configuración física 1.- Flujo en pistón 2.- Aireación en pasos 3.-Mezcla completa 4.-Estabilización por contacto 5.-Lodo activo con selector b).- Modificaciones basadas en la adición o distribución de oxígeno 1.-Aireación convencional 2.-Aireación en disminución 3.-Oxígeno puro c).- Modificaciones basadas en la carga orgánica (DBO) 1.-Convencional 2.-Aireación modificada 3.-De alto rendimiento 4.-Aireación intensiva Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001). 28 a) Configuraciones físicas 1.-Flujo en pistón: el concepto original o convencional de lodo activo supone tanques de aireación estrechos en los que el agua residual entra por uno de los extremos y sale por el opuesto. Con ello se da un considerable carácter de flujo en pistón (Rittman y Mc Carty, 2001). 2.-Aireacion en pasos: fue desarrollada para evitar concentraciones altas en cualquier punto distribuyendo el afluente en pasos a lo largo del reactor. (IDEM). 3.-Mezcla completa: el proceso de tratamiento de lodo activo de mezcla completa también llamado CSTR, es un procedimiento que permite distribuir de manera uniforme el agua residual por todo el sistema. La masa reaccionante se mantiene pareja debido a los agitadores contenidos en el reactor, permitiendo que se genere una mezcla homogénea en todo el reactor (IDEM). 4.-Estabilizacion por contacto: este proceso permite conseguir un elevado rendimiento de tratamiento en un volumen total de reactor considerablemente reducido. El agua residual se mezcla con lodo activo de retorno en un reactor contactor que tiene un tiempo de retención relativamente corto, del orden de 15 a 60 min. (IDEM). 5.-Lodo activo con selector: debido a que en ocasiones en sistema de lodo activo falla por apelmazamiento de lodo, una innovación reciente es la del selector. Su función es la de cambiar o escoger la ecología del sistema de lodo activo hacia organismos con buenas características de sedimentación (IDEM). 29 b) Modificaciones en el suministro de oxígeno 1.-Aireacion convencional: la aireación convencional se refiere a la forma original de distribuir el oxígeno sobre el tanque de lodo activo, el oxigeno se distribuye uniformemente sobre el tanque de aireación (Rittman y Mc Carty, 2001). 2.-Aireación en disminución: la aireación en disminución es un método simple y claro para solucionar el problema básico con la aireación convencional: el aporte de oxígeno es elevado en la entrada del tanque de flujo en pistón y bajo en el extremo de la salida (IDEM). 3.-Oxigeno Puro: La ventaja del oxigeno puro se pone de manifiesto ya que la fuerza impulsora de la transferencia de materia se incrementa por lo menos cinco veces, debido a que la presión parcial del oxigeno en el aire es solo un quinto de la del oxígeno puro (IDEM). La figura 3.2 muestra un esquema de las diferentes modificaciones al suministro de oxígeno para el sistema de lodo activo. 30 Figura 3.2. Comparación entre aireación convencional, aireación en disminución y oxígeno puro de sistemas de lodo activo. Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001). La figura anterior muestra un esquema de los tipos de aireación en donde la convencional consiste en proveer aire mediante aireadores superficiales o difusores de aire al sistema de manera uniforme. En el caso de la aireación en disminución, es diferente, ya que el suministro de aire se efectúa en mayor cantidad a la entrada del reactor y conforme el afluente se acerca a la salida del mismo, el suministro de aire disminuye, en el caso del oxigeno puro, el proceso se efectúa con oxigeno de alta pureza en donde el reactor permanece cerrado. 31 C) Modificaciones de carga orgánica 1.-Carga convencional: elimina sólidos en suspensión y DBO5 en un 85 % o más en el caso más común como el de agua residual municipal (Rittman y Mc Carty, 2001). 2.-Aireación modificada: fue diseñada para requerimientos de eliminación de DBO5 y sólidos en suspensión no tan estrictos, del orden de 65 al 75%, el período de aireación es reducido entre 1.5 a 2 h. (IDEM). 3.-De alto rendimiento: se efectúa con la finalidad de disminuir el volumen del tanque de aireación, se intentó aumentar la carga orgánica, al mismo tiempo que se mantenían los elevados rendimientos de eliminación requerido, lógicamente, con una carga alta, la tasa de contribución de oxígeno por unidad de volumen de aireación de tanque crece proporcionalmente (IDEM). 4.-Aireación intensiva: surgió inicialmente de la necesidad de tratar fiablemente aguas residuales a bajos volúmenes cuando no se disponía permanentemente de operarios experimentados. Es aplicable principalmente a hoteles, pequeñas industrias o centros comerciales. El tiempo de retención de la aireación intensiva es de aproximadamente 24 hrs. (IDEM). 3.2. LAGUNAS AIREADAS. Una laguna aireada es un estanque en el que se trata agua residual que atraviesa de forma continua. El oxigeno es generalmente suministrado por aireadores superficiales (Ramalho, 2003). Las lagunas aireadas tienen una profundidad de 1 a 4m, su funcionamiento es similar al de lodos activos, solo que el método de las lagunas es más sencillo que los lodos. Debido a que no tiene recirculación de lodos, requiere de un mayor tiempo de retención. Su infraestructura es simple del tipo de membranas 32 geosintéticas o piscinas impermeabilizadas, con el fin de evitar infiltraciones (IDEM). La concentración de sólidos está comprendida entre 80 y 200 mg/l, cantidad menor a la que se utiliza en las unidades de lodo activo convencionales (20003000 mg/l) (IDEM). Existe una clasificación de lagunas aireadas, la cual se hizo de acuerdo a su nivel de turbulencia: Lagunas de mezcla completa: el nivel de oxígeno suministrado es suficiente para mantener la materia solida en suspensión y el oxígeno adecuado para el volumen de agua (IDEM). Lagunas facultativas: en este caso, el nivel de oxigeno es insuficiente para mantener la materia solida en suspensión, por lo que los sólidos, se decantan en el fondo descomponiéndose de manera anaerobia. Solo se suministra el oxigeno necesario para la mezcla (IDEM). Tanto en lagunas facultativas como de mezcla completa, no se da el crecimiento de algas debido a la turbiedad y turbulencia del sistema (IDEM). Entonces, para elegir un adecuado régimen de mezcla será necesario evaluar el impacto económico, ya que las lagunas de mezcla completa requieren de mayor potencia y en el caso de las lagunas facultativas el terreno requerido es mayor (IDEM). En la siguiente figura se puede observar, la diferencia entre laguna de mezcla completa y laguna facultativa en la primera, la mezcla en toda la laguna permanece homogénea, mientras que en la facultativa una parte permanece sin oxigeno: 33 Figura 3.3. Regímenes de mezcla de las lagunas aireadas Fuente: (Ramalho, 2003) 3.3. REACTOR BIOLOGICO SECUENCIAL (SBR). Son sistemas de lodos activados, su funcionamiento está basado como su nombre lo dice en una secuencia de ciclos de llenado y vaciado, también requiere de aireación y sedimentación, pero existe una gran diferencia entre el sistema de lodos activos convencional y el reactor biológico secuencial, ya que mientras el método convencional se efectúa en tanques separados, éste se lleva a cabo secuencialmente en un mismo tanque (Rittman y Mc Carty, 2001). El sistema consta de 5 etapas, la figura 3.4 muestra el procedimiento que se lleva a cabo en el reactor biológico secuencial, la primera fase consta del llenado del reactor con el agua a tratar, para posteriormente aplicar oxígeno mediante aireadores y así reducir la DBO. En la clarificación se suspende el suministro de aire para permitir que sedimenten los sólidos y de ésta manera retirar el agua limpia mediante decantación, finalmente el lodo es evacuado para continuar con su proceso de degradación. 34 Figura 3.4. Secuencia de funcionamiento típica para un SBR Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001). 3.4. BALSAS DE ESTABILIZACION. La diferencia más notoria que tienen las balsas de estabilización con el lodo activo y lagunas aireadas, es que en las balsas de estabilización no se requiere de equipo de aireación, ya que la producción de oxígeno la efectúan las algas por medio de la fotosíntesis y se aprovecha el oxígeno natural superficial de la balsa. Este oxígeno producido por al algas es consumido por las bacterias para realizar 35 la degradación aerobia de la materia orgánica. Algunos de los productos de esta degradación son: dióxido de carbono (CO2), amoniaco (NH3), fosfatos (PO4), los cuales a su vez son utilizados por las algas (Rittman y Mc Carty, 2001). El funcionamiento del sistema, es sencillo, solo que en el día es cuando mayor oxígeno se obtiene, ya que las algas para efectuar la fotosíntesis requieren luz solar, mientras por el día se genera el oxígeno, por la noche este es consumido por las bacterias (IDEM). Durante la noche, la liberación de dióxido de carbono hace disminuir el pH. Asimismo, durante el día, el amoniaco resultante de la degradación de los compuestos orgánicos nitrogenados contribuye al aumento del pH. En consecuencia las balsas de estabilización de aguas residuales pueden ser ácidas durante la noche y básicas durante del día. Estas variaciones extremas del pH pueden afectar el sistema. Por lo que las balsas de estabilización son factibles cuando no se requiere una calidad de efluente estricta (Ramalho, 2003) Figura 3.5. Esquema de los procesos importantes en una balsa de estabilización aerobia Fuente: (Rittman y Mc Carty, 2001). La figura anterior muestra el proceso bajo el cual trabajan las algas de manera cíclica junto con las bacterias, se sustentan mutuamente para lograr degradar la materia orgánica. 36 CAPITULO IV.- EFICIENCIA DE TRATAMIENTOS 4.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TRATAMIENTO. Existen diferencias entre los procesos de tratamientos biológicos aerobios aquí presentados, aunque algunos son similares cada uno tiene una eficiencia dependiendo de los requerimientos de calidad del efluente y de las condiciones bajo las que se efectúa el proceso. Tabla 4.1. Comparativo de eficiencias de tratamientos biológicos aerobios de cultivo en suspensión Sistema de Requerimiento Requerimiento Manejo Costos Eficacia del tratamiento de Área de equipo y de Tratamiento(Eliminación cantidad inversión de DBO5) de lodos Lodo Activo extensa aireador alta altos alta (90%-95%) Lagunas extensa aireador baja altos media a alta (90%) reducida aireador nula bajos alta (90%-95%) reducida No requiere de nula bajos Aireadas Reactor Biológico Secuencial (SBR) Balsas de estabilización baja a media equipo. Requiere luz solar Fuente: Elaboración Propia El lodo activo elimina cantidades de DBO altas y genera una gran cantidad de lodos, los cuales son tratados y una parte reutilizados por lo que los costos de inversión son elevados, y en condiciones casi iguales trabajan las lagunas aireadas, solo que en estas no existe recirculación de lodos y el tiempo de retención es mayor que en el lodo activo. Las balsas de estabilización tienen 38 menor eficiencia pero es un sistema sencillo de operación, mientras que los SBR destacan por una buena eficiencia pero requieren un conocimiento técnico para operar (Rittman y Mc Carty, 2001). Tabla 4.2. Ventajas y desventajas de tratamientos aerobios de cultivo en suspensión LODO ACTIVO Ventajas Desventajas Purga de lodos Para desarrollar el proceso es necesario el uso de métodos mecánicos. Elimina grandes cantidades de DBO Genera altas cantidades de lodos Recirculación de lodos Operación compleja a comparación de los otros tratamientos. Tiempo de retención mínimo Altos costos de operación. LAGUNAS AIREADAS Ventajas Desventajas Bajo costo de capital de aireadores, ya que la Generación de lodos secundarios energía necesaria es menor que la de los lodos. Fácil de operar Los efluentes no pueden descargarse directamente sobre agua. Eliminación eficiente de DBO5 y organismos Pueden generar olores patógenos. Vulnerable a perdida de calor por evaporación y enfriamiento advectivo. El descenso de temperatura afecta considerablemente el proceso. 39 BALSAS DE ESTABILIZACION Ventajas Desventajas Bajo costo Requieren gran superficie de terreno Sencillez de funcionamiento DBO alta, por lo que su uso es para requerimientos poco exigentes. Reducción de metales pesados Pueden crear olores con sobre carga El oxigeno está presente en toda la balsa Eliminan poca o ninguna COD No requiere de aireadores para suministro de Funcionan con presencia de luz solar oxígeno. REACTOR DE FLUJO DISCONTINUO SECUENCIAL (SBR) Ventajas Desventajas Bajo requerimiento de espacio Es necesario conocer los fenómenos que ocurren en el sistema. Menor tiempo de control requerido Sistema de operación sofisticado. Automatizado control de operación Descarga potencial de lodos. Versatilidad en el tratamiento de otros tipos de Nivel más alto de mantenimiento. aguas residuales con altas cantidades de nitrógeno y fósforo. Alto rendimiento de eliminación de orgánica. materia Taponamiento potencial de aireadores en alguna etapa de operación. Fuente: Elaboración Propia 40 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Con base en la información contenida en el presente trabajo, existe una diferencia mínima en cuanto a funcionamiento de los tratamientos biológicos aerobios, ya que todos son variantes del lodo activo. Existen diferencias en cuanto a eliminación de materia orgánica, así como también en la forma de operación y requerimientos de cada sistema. Un punto importante, es que sólo el lodo activo necesita de una recirculación de lodos, y esto a su vez lo hace más complejo e implica mayor consumo de energía, por ende los costos se elevan, ya que es necesario el uso de bombas y aireadores, al ser de costo elevado, sólo es viable llevarlo a cabo en zonas que cuenten con la infraestructura suficiente. Para el caso de los países en desarrollo ,se pueden aplicar sistemas menos complejos que requieren menor inversión y son efectivos como las balsas de estabilización, que no requieren de un equipo costoso para suministro de oxígeno, sólo conocer los principios teóricos y la experiencia del funcionamiento del sistema. Por ejemplo, las balsas de estabilización, cuyo funcionamiento, en base a los requerimientos de los microorganismos fototróficos, sería más eficiente en zonas calurosas en donde generalmente se cuenta con la luz intensa del sol, elemento clave para que ciertos organismos como las algas, lleven a cabo la fotosíntesis, con esto, se deduce que el sistema de balsas de estabilización no es adecuado para ciertos climas con temperaturas bajas y poca presencia de luz solar. Si se estudia cada uno de los procesos aerobios de tratamiento descritos en el capítulo III, se deduce que cada uno de ellos tiene tanto sus ventajas como sus desventajas, por lo que dependiendo del requerimiento de calidad del efluente, el capital con el que se cuenta, las condiciones climáticas, etc., se elegirá el tratamiento adecuado. 41 Un SBR está constituido por una tecnología mejorada de la convencional manejada en el lodo activo, ya que es más eficiente en cuanto a costo y remoción de contaminantes. Se utiliza un solo reactor que opera en forma discontinua secuencial, se aplica a las aguas residuales domésticas, industria del petróleo y agricultura. Por la tecnología de este tratamiento es necesario tener personal técnico capacitado, ya que se maneja de modo automático. Usados principalmente en Estados Unidos y Canadá. Las lagunas aireadas tienen la característica de ser un sistema que se encuentra en un punto medio entre un sistema convencional de lodo activo y un sistema natural ya que la infraestructura es de tipo simple, además son adecuadas para tratamientos de aguas residuales domésticas de pequeñas y medianas poblaciones. Es efectivo para remover parásitos, virus y bacterias. En el caso de las balsas de estabilización, su característica importante radica en que no se necesita suministrar oxígeno mediante aireadores, sino que el sistema trabaja con algas para proporcionar el oxígeno necesario, trabajan mediante una relación cíclica entre algas y bacterias, por lo que es de vital importancia la existencia de luz solar para el funcionamiento del tratamiento, aplica para calidad de efluente final poco estricta. 42 GLOSARIO DE TERMINOS Autótrofo.- Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sus metabolitos esenciales a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo procede del griego y significa que se alimenta por sí mismo. Coagular.- Trasformación de una sustancia orgánica líquida en una masa sólida o semisólida de consistencia más o menos blanda y gelatinosa. Coliformes fecales.- Grupo bacteriano presentes en los intestinos de los mamíferos y los Suelos, que representan una indicación de la contaminación fecal del agua. Coliformes totales.- Son bacterias que no son de origen fecal Esquistosomiasis.- es una enfermedad parasitaria producida por gusanos platelmintos de la clase trematodos del género Schistosoma (castellanizado esquistosoma). Es relativamente común en los países en vías de desarrollo. Forum.- era el foro de la ciudad de Roma, es decir, la zona central en torno a la que se desarrolló la antigua ciudad y en la que tenían lugar el comercio, los negocios, la prostitución, la religión y la administración de justicia. Heterótrofo.- Los organismos heterótrofos, en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que obtienen energía a partir de otros organismos, bien autótrofos o bien heterótrofos como ellos. Entre los organismo heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y los animales. Nitritos.- Los nitritos son sales o esteres del ácido nitroso (HNO2). En la naturaleza los nitritos se forman por oxidación biológica de las aminas y del amoniaco, o por reducción del nitrato en condiciones anaeróbicas. 43 Oncocercosis.-La oncocercosis es una enfermedad parasitaria crónica causada por un gusanonematodo llamado Onchocerca volvulus y transmitida por varias especies de moscas negras. Organismos fotótrofos.- Los fotoautótrofos o fotótrofos son organismos (especialmente plantas) que efectúan fotosíntesis para obtener energía. Los organismos fotoautótrofos utilizan la energía de la luz solar para fijar el dióxido de carbono (CO2); éste es combinado con agua (H2O) formando PGAL (fosfogliceraldehido). Organismos quimiótrofos.- son aquellos capaces de utilizar compuestos inorgánicosreducidos como substratos para el metabolismo respiratorio. Es una facultad exclusiva de las bacterias conocida con el nombre de quimiosíntesis. Ósmosis inversa.- Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a través de una membrana semi-permeable, desde una solución más concentrada en sales disueltas u otros contaminantes a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión. Paludismo.- El paludismo es una enfermedad infecciosa (parasitaria), dada por un protozoario. Partículas coloidales.- El nombre de coloide proviene de la raíz griega kolas que significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos. 44 SIGLAS ADN Ácido desoxirribonucleico Ca Calcio Cl Cloro Co Cobalto CSTR Reactor de mezcla completa Cu Cobre DBO Demanda biológica de oxígeno DBO5 Demanda biológica de oxígeno en 5 días DQO Demanda química de oxígeno Fe Hierro IPN Instituto Politécnico Nacional Mg Magnesio N Nitrógeno Na Sodio Ni Níquel OMS. Organización Mundial de la Salud pH Potencial de hidrógeno SBR Reactor biológico secuencial SDT Sólidos totales disueltos SEMARNAT Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales SRH Secretaría de Recursos Hidráulicos SST Sólidos totales suspendidos ST Sólidos totales TOC Carbono orgánico total UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization Vanadio 45 BIBLIOGRAFIA Colegio de Ingenieros Civiles, (2008). La Construcción de un País. Historia de la Ingeniería Civil Mexicana. México, D.F. Ferrer Polo José, Seco Torrecillas Aurora, (2008).Tratamientos Biológicos de Aguas residuales. México. Alfaomega Ingeniería de Aguas Residuales. Procesos Biológicos Aerobios. Consultado el 30 de mayo del 2011 hhttp://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Proces os_biol%C3%B3gicos_aerobios#2._FUNDAMENTOS_DE_LOS_PROCESOS _BIOL.C3.93GICOS_AEROBIOS Metcalf y Eddy, (1995).Ingeniería de Aguas Residuales Vol. Madrid, España. McGraw-Hill OMS. Agua, Saneamiento y Salud. http://www.who.int/water_sanitation_health/diseases/burden/es/index.html ONU, (2006). 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos en el Mundo. El Agua, una Responsabilidad Compartida.p.88-90. ONU, (2010) Sexagésimo cuarto período de sesiones. Consultado el 5 de agosto del 2011. http://www.europarl.europa.eu/meetdocs/2009_2014/documents/droi/dv/201/2 01101/20110124_302garesolution64-292_es.pdf Rafael Poch, (2006). 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