compostaje de biosólidos de la planta de tratamiento de agua residual y municipal acuape, s.a de...
TRANSCRIPT
Universidad Tecnológica de Puebla
Compostaje de biosólidos de la planta de tratamiento de agua residual y municipal Acuape, S.A de C.V”.
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
QUÍMICA ÁREA TECNOLOGÍA AMBIENTAL.PRESENTA:
ROLANDO LAINEZ GUERREROASESORES DE ESTADÍA:
EXTERNO: Q.F.B MIRIAM LAGUNES RODRÍGUEZ.INTERNO: I.Q. MA. DE LOURDES GRETEL DURÁN CASCO
(Agosto, 2014)
1
Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Puebla
ContenidoAGRADECIMIENTOS............................................................................................................................ 7
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................... 8
RESUMEN..................................................................................................................................... 9OBJETIVO PRINCIPAL........................................................................................................................ 9OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................................................................. 9METAS............................................................................................................................................. 9
CAPÍTULO 1......................................................................................................................................... 12
MARCO TEÓRICO............................................................................................................................... 12
ORIGEN DE LOS LODOS DE DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES Y MUNICIPALES...................................................................................................................................... 12
PARÁMETROS DE CALIDAD EN LAS AGUAS RESIDUALES...................................................................15Definición de la DBO.........................................................................................................................15La DBO es la estimación de la cantidad de oxígeno necesaria para estabilizar a la materia orgánica biodegradable presente en el agua residual por acción de una población heterogénea de microorganismos......................................................................................................15Demanda química de oxígeno.........................................................................................................15Carbono orgánico total.....................................................................................................................15pH...........................................................................................................................................................15Materia flotante...................................................................................................................................16Nitrógeno total....................................................................................................................................16Grasas y aceites.................................................................................................................................16Sustancias activas al azul metileno (SAAM)...............................................................................17
OPERACIONES UNITARIAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES....................17
Pre tratamiento de aguas residuales.............................................................................................17Principales etapas del tratamiento preliminar en la planta de tratamiento de Acuape S.A de C.V....................................................................................................................................................17Separación de grandes sólidos (pozo de gruesos)...................................................................17Desbaste o desmenuzadores..........................................................................................................18Rejas (manuales o mecánicas).......................................................................................................18Cribado.................................................................................................................................................19Desarenado..........................................................................................................................................19Flotación...............................................................................................................................................20 Flotación por gravedad: Se acompaña por el denominado “cajón de grasas” o una serie de ellos. Son comunes en industrias muy pequeñas y en talleres de automóviles. El residuo líquido fluye a través de una serie de cámaras y debido a que las partículas de grasa y aceite son más ligeras que el agua, se elevan a la superficie y se recogen mecánicamente. Para una operación satisfactoria se emplean tiempos de retención de 30 minutos....................................20 Flotación al vacío: Consiste en saturar con aire el agua residual en el tanque de aireación y posteriormente provocar vacío parcial en el depósito cubierto. Del líquido se liberan burbujas diminutas que de adhieren a las partículas en suspensión y que se desplazan a la superficie donde se recogen mecánicamente..........................................................................20
2
Electro flotación: Uno de los electrodos colocados en la base del tanque producen unas microburbujas cuando el líquido en el tanque es electrolizado mediante corriente continua. Las partículas o burbujas de oxígeno producidas en el ánodo se elevan y se adhieren a las partículas en suspensión generando una capa en la superficie que pueda ser barrida. El proceso es costoso debido a la reposición de los electrodos........................................................20 Flotación por aire disuelto (FAD): De la unidad se recircula parte del efluente. El caudal recirculado se almacena en un depósito a presión donde se mezcla con aire durante unos minutos hasta que se logra la saturación, posteriormente este efluente recirculado se añade a la unidad FAD donde se mezcla con un caudal bruto de entrada. A medida que la presión tiende a ser la atmosférica, el aire disuelto se desprende de la solución, formando burbujas finas que se elevan hasta la superficie empujando consigo la materia grasa donde se separa.
21
TRATAMIENTO PRIMARIO................................................................................................................. 21
Sedimentación....................................................................................................................................21
TANQUES DE SEDIMENTACIÓN....................................................................................................... 21
A) TANQUE DE SEDIMENTACIÓN TIPO CIRCULAR...........................................................................21B) TANQUE SEDIMENTADOR TIPO RECTANGULAR..........................................................................22COAGULACIÓN............................................................................................................................... 22FLOCULACIÓN................................................................................................................................ 22CARACTERÍSTICAS COLOIDALES......................................................................................................23COAGULANTES............................................................................................................................... 24CARACTERÍSTICAS DE LOS TIPOS DE COAGULANTES........................................................................25
Sulfato de aluminio: Puede estar en forma líquida o sólida. La sólida se presenta en forma de placas compactadas y gránulos de diversos tamaños y polvo. Su concentración se define, en general, por su contenido en alúmina, expresada en Al2O3, es decir, 17% aproximadamente. La densidad aparente del sulfato de aluminio en polvo es del orden de 1.kg/m3. El contenido en alúmina Al2O3 de la forma líquida fluctúa generalmente entre 8 y 8,5%; es decir, 48 a 49% en equivalente polvo o también 630 a 650 g de Al2 (SO4)3 .18 H2O por litro de solución acuosa. El sulfato de aluminio es una sal derivada de una base débil (hidróxido de aluminio) y de un ácido fuerte (ácido sulfúrico), por lo que sus soluciones acuosas son muy ácidas; su pH varía entre 2 y 3,8, según la relación molar sulfato/alúmina. Por esta razón, su almacenamiento debe hacerse en un lugar seco, libre de humedad. Es necesario tener en cuenta esta tendencia ácida para la preparación de las soluciones y los empaques para su distribución, y emplear, por lo general, materiales de plástico.....................25Cloruro férrico FeCl3: Se presenta en forma sólida o líquida; esta última es la más utilizada en el tratamiento del agua. La forma sólida es cristalina, de color pardo, delicuescente, de fórmulateórica FeCl36 H2O. Se funde fácilmente en su agua de cristalización a 34 °C, por lo que es necesario protegerla del calor. La forma líquida comercial tiene un promedio de 40% de FeCl3. Para evitar toda confusión entre los contenidos de producto puro o de producto comercial, es recomendable expresar la dosis de coagulantes en Fe equivalente; es decir, 20,5%para la fórmula sólida y 14% aproximadamente para la solución acuosa comercial. En presencia de hierro, las soluciones acuosas de cloruro férrico se reducen rápidamente a cloruro ferroso FeCl2. Esta reacción explica su gran poder corrosivo frente al acero, y la necesidad de seleccionar adecuadamente el material de los recipientes de almacenamiento, de preparación y de distribución........................................................................................................25
3
Sulfato férrico Fe2 (SO4)3: El sulfato férrico es un polvo blanco verdoso, muy soluble en el agua, su masa volumétrica aparente es 1. Kg/m3. Debido a que en solución acuosa se hidroliza y forma ácido sulfúrico, es necesario prevenir los efectos de su acidez......................26
TRATAMIENTO SECUNDARIO..........................................................................................................26
PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS.................................................................................................26NUTRICIÓN MICROBIANA................................................................................................................. 26TIPOS DE METABOLISMO MICROBIANO.............................................................................................27CRECIMIENTO BACTERIANO.............................................................................................................28
Fases.....................................................................................................................................................28LECHOS BACTERIANOS..................................................................................................................30CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATIVOS: BIODISCOS Y BIOCILINDROS.............................................30FANGOS ACTIVOS........................................................................................................................... 31REACTORES DISCONTINUOS SECUENCIALES (SBR).........................................................................31FILTROS VERDES........................................................................................................................... 32DIGESTIÓN ANAEROBIA..................................................................................................................32REACTOR BIOLÓGICO DE MEMBRANA..............................................................................................32ELECTROCOAGULACIÓN..................................................................................................................33ELECTROOXIDACIÓN....................................................................................................................... 33
TRATAMIENTO TERCIARIO............................................................................................................... 33
ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO...........................................................................................................34Etapa 1: La nitrificación, se reduce la demanda de oxígeno del amoniaco mediante su conservación. No obstante, en este paso, el nitrógeno apenas ha cambiado de forma pero se ha eliminado..........................................................................................................................................34Etapa 2: En el segundo paso, la desnitrificación, el nitrato se convierte en el producto gaseoso que es eliminado..................................................................................................................................34
NITRIFICACIÓN BIOLÓGICA..............................................................................................................34APLICACIÓN DEL PROCESO.............................................................................................................35OXIDACIÓN DEL CARBONO Y NITRIFICACIÓN EN UNA SOLA ETAPA.....................................................35NITRIFICACIÓN EN ETAPAS SEPARADAS...........................................................................................35DESNITRIFICACIÓN BIOLÓGICA........................................................................................................36ELECTRODIÁLISIS........................................................................................................................... 37DESTILACIÓN................................................................................................................................. 37COAGULACIÓN............................................................................................................................... 37ADSORCIÓN................................................................................................................................... 38FILTRACIÓN.................................................................................................................................... 38EXTRACCIÓN POR SOLVENTE..........................................................................................................38INTERCAMBIO IÓNICO...................................................................................................................... 39OXIDACIÓN QUÍMICA....................................................................................................................... 39PRECIPITACIÓN.............................................................................................................................. 39NITRIFICACIÓN – DESNITRIFICACIÓN................................................................................................40
El proceso de Nitrificación...............................................................................................................40EL PROCESO DE DESNITRIFICACIÓN................................................................................................41DESINFECCIÓN............................................................................................................................... 41
TRATAMIENTO DE LODOS................................................................................................................ 42
COMPOSICIÓN DE LOS LODOS.........................................................................................................43TIPOS DE LODOS............................................................................................................................ 43
4
Lodo crudo: El lodo crudo es aquel que no ha sido tratado ni estabilizado y que puede extraerse de las plantas de tratamiento de aguas residuales........................................................44Lodo primario: Es producido durante los procesos de tratamiento primario de las aguas residuales. Eso sucede después de las mamparas y desarenado y consiste en productos no disueltos de las aguas residuales......................................................................................................44Lodo activado: Es la eliminación de toda la materia orgánica disuelta esto tiene lugar en el tratamiento biológico del agua............................................................................................................44Lodo activado de recirculación: El lodo activo de retorno que proviene del tanque de aireación biológica al clarificador final. Los flóculos de lodo activo sedimentan al fondo y pueden separarse del agua limpia residual. La mayoría del lodo que se lleva de nuevo al tanque de aireación se llama lodo activo de retorno.......................................................................44Lodo secundario: Es aquel que sirve para alargar el tiempo de vida del proceso biológico; el exceso debe ser eliminado.................................................................................................................44Lodo terciario: se produce a través de procesos de tratamiento posteriores añadiendo floculantes.............................................................................................................................................44
ESTABILIZACIÓN DEL LODO.............................................................................................................44DIGESTIÓN ANAEROBIA...................................................................................................................45TIPOS DE DIGESTORES ANAEROBIOS...............................................................................................45GAS PRODUCIDO............................................................................................................................ 45DIGESTIÓN AERÓBICA.....................................................................................................................45ESPESADO (CONCENTRACIÓN)........................................................................................................46 ESPESADO POR GRAVEDAD.....................................................................................................46 ESPESADO POR FLOTACIÓN....................................................................................................46 ESPESADO POR CENTRIFUGACIÓN...........................................................................................46 DESINFECCIÓN....................................................................................................................... 46 PASTEURIZACIÓN.................................................................................................................... 47 ALMACENAMIENTO A LARGO PLAZO........................................................................................47
CAPÍTULO 2......................................................................................................................................... 47
EL COMPOSTAJE................................................................................................................................ 47
COMPOSTAJE EN PILA ESTÁTICA AIREADA......................................................................................49FASES DEL COMPOSTAJE................................................................................................................50CONDICIONANTES DEL PROCESO.....................................................................................................51AIREACIÓN..................................................................................................................................... 52
CAPÍTULO 3......................................................................................................................................... 53
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES.....................................................................................................53
DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PLANTA TRATADORA ACUAPE S.A DE C.V............................................54NORMATIVIDAD APLICABLE.............................................................................................................55ACTIVIDADES DESEMPEÑADAS EN EL LABORATORIO PARA EL CONTROL DE PARÁMETROS DE LA PLANTA TRATADORA DE AGUA RESIDUAL ACUAPUE, S.A DE C.V.....................................................56PREPARACIÓN DE MUESTRAS COMPUESTAS.....................................................................................56SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES (SDT)..............................................................................................59DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS SEDIMENTABLES APLICABLES EN LOS REACTORES BIOLÓGICOS...........60DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS POR MÉTODO DE ESPECTROFOTOMETRÍA.............................................61
Procedimiento.....................................................................................................................................62MEDICIÓN DE PH............................................................................................................................ 62
5
Toma de muestras.............................................................................................................................62Procedimiento.....................................................................................................................................62Calibración en dos puntos...............................................................................................................62
DETERMINACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO..........................................................................................63Procedimiento.....................................................................................................................................64Muestreo...............................................................................................................................................64
CAPÍTULO 4......................................................................................................................................... 65
ELABORACIÓN DEL COMPOSTAJE................................................................................................65
EVOLUCIÓN DE LA COMPOSTA.........................................................................................................655. COMPOSTA EN SU PRIMERA FASE................................................................................................66
66Etapa de maduración: Escasean los nutrientes y desciende la actividad bacteriana. En esta etapa predominan los hongos que son los encargados de degradar el material más resistente cuando las temperaturas son moderadas y los sustratos son polímeros complejos..................67
TOMA DE TEMPERATURAS EN DIFERENTES PUNTOS DE LA COMPOSTA SEMANA 1-2...........................68TOMA DE TEMPERATURA EN LOS DISTINTOS PUNTOS DE LA COMPOSTA SEMANA DE 2-3....................70TOMA DE TEMPERATURAS EN LOS DISTINTOS PUNTOS EN LA COMPOSTA SEMANA 3-4.......................71
CAPÍTULO 5......................................................................................................................................... 72
PRUEBA DE LA HORTALIZA PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA COMPOSTA..................72
CRECIMIENTO Y DESARROLLO DE LA HORTALIZA....................................................................73
TIEMPO DE GERMINACIÓN Y CRECIMIENTO DE LA ZANAHORIA Y DE LA CEBOLLA...........73
CONTROL DE CRECIMIENTO DE LA ZANAHORIA.................................................................................74CONTROL DE CRECIMIENTO DE LA CEBOLLA....................................................................................80
SUGERENCIAS.................................................................................................................................... 86
CONCLUSIONES................................................................................................................................. 87
BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................................... 88
6
Agradecimientos
Agradezco a mi Padre, quien me ha apoyado durante esta aventura de estudio que es la Universidad, gracias a él que me ha dado la oportunidad de estudiar, apoyarme en todo momento y aconsejarme cuando ha sido necesario.
Agradezco también a aquellos amigos míos que me han acompañado durante todo este tiempo, es gracias a ellos que la universidad nunca será aburrida, ellos que me han ayudado cuando más los necesité y sé que cuento con ellos, los conocidos.
Una mención muy especial para la Q.F.B. Miriam Lagunes Martínez, quien fungió como mi asesora externa de estadías y que es gracias a ella que se pudo desarrollar el proyecto; gracias por su tiempo, comprensión y apoyo en cuanto a mi estudio se refiere.
Para finalizar un agradecimiento muy especial para la profesora que siempre me ha apoyado y ayudado en gran parte de mis estudios de Técnico Superior Universitario, la I.Q. María Del Lourdes Gretel Durán Casco, quien además es mi asesora de estadías, profesora muchas gracias por su apoyo y su paciencia.
7
INTRODUCCIÓNLa planta tratadora de agua residual Acuape S.A de C.V., ubicada en el Blvd. Resurrección lote 1B Mza. 12, Col. Parque industrial Puebla 2000, opera considerando los objetivos básicos siguientes:
Evitar la contaminación de un cuerpo receptor. Producir, mediante tratamiento, un efluente cuyas características permitan
su reutilización.
Una planta de tratamiento de agua residual es un conjunto de estructuras y unidades donde se remueven total o parcialmente los contaminantes contenidos en el agua.Para llevar a cabola remoción de estos sólidos y contaminantes se requiere de los siguientes pasos:
Tratamiento preliminar: Consiste en la remoción de basura y arenas por medios físicos o mecánicos para evitar daños en los sistemas de conducción y sistemas posteriores de tratamiento.
Tratamiento primario: Se aplica para la remoción de material suspendido añadiendo agentes químicos para su floculación o coagulación.
Tratamiento secundario: Se utiliza para la remoción de materia orgánica mediante la presencia de microorganismos.
Desinfección: Eliminación de microorganismos patógenos por medio de agentes químicos.
Tratamiento de lodos: Para producir lodo apto para su disposición final, esto es, mediante la reducción del contenido de agua presente, y generando lodo que no se descomponga (lodo estabilizado).
En el último proceso, los biosólidos son lodos de plantas de tratamiento de agua residual que son sometidos a varios procesos para su estabilización,con el objetivo de:
Degradación controlada de sustancias orgánicas y eliminación de olor. Reducción de volumen y peso. Higiene y muerte de organismos patógenos. Mejora las propiedades del lodo de las plantas de tratamiento para su
utilización posterior o disposición final.
La depuración de aguas residuales genera lodos y biosólidos según el nivel de tratamiento; los primeros forman parte del conjunto descriptor de procesos y el término es utilizado antes de que un criterio de uso benéfico haya sido alcanzado; los biosólidos son los lodos que pueden ser empleados benéficamente.
8
El suelo puede ser un buen receptor de residuos orgánicos: tiene la capacidad de transformar algunos de los componentes, o de inmovilizar otros, pero también de transportar; sin embargo, tiene un límite de capacidad, de la que no se puede abusar. El uso indiscriminado de lodos en suelos agrícolas puede llevar a la alteración de sus características, a la contaminación de las aguas subterráneas, de ciertos cultivos o de la cadena trófica.
RESUMEN
El aprovechamiento agrícola de lodos, al igual que el de otros residuos orgánicos, debe realizarse en un marco global de gestión de materia orgánica y fitonutrientes, teniendo muy presente la protección de recursos: suelo, agua y aire.
Objetivo principal.
Utilizar la tecnología del compostaje para el aprovechamiento de los biosólidos generados en la planta Acuape S.A de C.V.
Objetivos específicos.
Evaluar la calidad del compostaje para su aprovechamiento en la mejora del suelo.
Facilitar la gestión de los residuos orgánicos procedentes de distintas actividades, reduciendo su peso y volumen, a la vez que estabilizarlos y generar un producto útil.
Obtención de abono orgánico (compost) que permita el mantenimiento de la fertilidad de los suelos, la producción de cultivos de calidad y la conservación del entorno.
Metas
Alcanzar la calidad del compostaje maduro en un periodo de 2 a 3 meses checando las variables que presenta la composta (pH, temperatura y porcentaje de humedad) utilizando varios métodos e instrumentos de laboratorio.
Demostrar que el compostaje es útil para la sanación del suelo haciendo pruebas de cultivo en jardineras o implementando la siembra de plantas.
9
Definiciones
Para la correcta interpretación del presente documento, es necesario entender varios conceptos primordiales en el contexto del tratamiento de aguas residuales.
Aglutinación:Unión de dos o más cosas con una sustancia hasta que se forme una masa compacta.
Aprovechamiento:Es el uso de los biosólidos como mejoradores o acondicionadores de los suelos por su contenido de materia orgánica y nutrientes, o en cualquier actividad que presente un beneficio.
C/N:La relación Carbono/Nitrógeno es un valor numérico que determina la proporción de Carbono/Nitrógeno que podemos encontrar en un suelo.
Composta: Es el producto que se obtiene de compuestos que forman o formaron parte de seres vivos en un conjunto de productos de origen animal y vegetal; constituye un “grado medio” de descomposición de la materia orgánica.
Compostaje: El compostaje es un proceso de transformación de la materia orgánica para obtener compost, un abono natural.Esta transformación se lleva a cabo sin ningún tipo de mecanismo, ningún motor ni ningún gasto por mantenimiento.
Disposición final:La acción de depositar de manera permanente lodos y biosólidos en sitios autorizados.
Digestión aerobia:Es la transformación bioquímica de la materia orgánica presente en los lodos que es transformada en bióxido de carbono y agua por los microorganismos en presencia de oxígeno.
Estabilización:Son los procesos físicos, químicos o biológicos a los que se someten los lodos para acondicionarlos para su aprovechamiento o disposición final para evitar o reducir sus efectos contaminantes al medio ambiente.
Emulsificación: Emulsionar es el proceso de mezclar dos líquidos que son difíciles de mezclar. Las emulsiones se estabilizan por lo general mediante emulsionantes tales como los tensoactivos, que se mezclan en una de las dos fases antes de emulsionar. Los emulsionantes son una parte de agua (hidrofílico) y una parte de amantes de las grasas (lipófilo).
Eutrofización:Define el enriquecimiento de unecosistemacon nutrientes a un ritmo tal que no puede ser compensado por sus formas de eliminación natural.
10
El uso más extendido se refiere específicamente al aporte más o menos masivo de nutrientes inorgánicos en un ecosistema acuático.
Lodos: Son sólidos con un contenido variable de humedad, provenientes del desazolve de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, de las plantas potabilizadoras y de las plantas de tratamiento de aguas residuales, que no han sido sometidos a procesos de estabilización.
Lixiviado: Líquido proveniente de los lodos y biosólidos, el cual se forma por reacción o percolación y que contiene contaminantes disueltos o en suspensión.
Mejoramiento de suelos: Es la aplicación de los biosólidos en terrenos para mejorar sus características físicas, químicas o microbiológicas.
Patógeno:Microorganismo capaz de causar enfermedades, si está presente en la cantidad suficiente y en condiciones favorables.
Sólidos suspendidos volátiles (ssv): Son sólidos orgánicos totales presentes en los lodos y biosólidos, que se volatilizan cuando éstos se queman a 550°C en presencia de aire en un tiempo determinado.
11
Capítulo 1.
Marco teórico
Origen de los lodos de depuración de las aguas residuales industriales y municipales.En los tratamientos de las aguas residuales se combinan operaciones y procesosunitarios para constituir los llamados tratamientos: primario, secundario y terciario; en las operaciones unitarias predominan los fenómenos físicos, mientras que en los procesos unitarios destacan métodos químicos y biológicos.
El tratamiento primario contempla el uso de operaciones físicas tales como lasedimentación y el desbaste para la eliminación de los sólidos sedimentables y flotantes presentes en el agua residual.
En el tratamiento secundario son procesos biológicos y químicos los que se emplean para eliminar la mayor parte de la materia orgánica.
En el tratamiento terciario se emplean combinaciones adicionales de los procesos y operaciones unitarias con el fin de eliminar otros componentes, tales como el nitrógeno y el fósforo cuya reducción con tratamiento secundario no es significativa.
La evacuación final de los residuos sólidos, semisólidos (fangos) y contaminantes concentrados separados del agua residual mediante los diversos procesos de tratamiento, es un problema complejo y costoso. Actualmente la gestión de estos residuos ha derivado en la reutilización, valorización, incineración y depósito en vertederos autorizados.
El incremento de la producción de fangos como resultado de un mayor número de plantas dotadas de tratamientos secundarios y terciarios, está saturando las actualesvías de evacuación y tratamiento de fangos. Todo esto está derivando en la búsquedade métodos más eficientes para el tratamiento, evacuación y reutilización de fangos tales como el proceso térmico y el compostaje.
12
Tabla.1.Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y su procedencia.
Características Procedencia
Propiedades físicas
Color Aguas residuales, domésticas e industriales, degradación natural de materia orgánica.
Olor Agua residual en descomposición, residuos industriales.
Sólidos Agua de suministro, aguas residuales domésticas e industriales; erosión del suelo, infiltraciones y conexiones incontroladas.
Temperatura Aguas residuales domésticas e industriales.
Constituyentes químicos orgánicos
Carbohidratos Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Grasas animales, aceites y grasas Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Pesticidas Residuos agrícolas.
Fenoles Vertidos industriales.
Proteínas Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Compuestos orgánicos volátiles Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Constituyentes químicos inorgánicos
13
Características Procedencia
Alcalinidad Aguas residuales domésticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea.
Cloruros Aguas residuales domésticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea.
Metales pesados Vertidos industriales.
Nitrógeno Residuos agrícolas y aguas residuales domésticas.
pH Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Fósforo Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales; aguas de escorrentía.
Azufre Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales.
Gases
Sulfato de hidrógeno Descomposición de residuos orgánicos.
Metano Descomposición de residuos orgánicos.
Oxígeno Aguas de suministro; infiltración
14
Parámetros de calidad en las aguas residuales
Entre los parámetros de calidad que se tienen que considerar en las aguas residuales están los contaminantes orgánicos que éstas presentan que contemplan como elemento principal al carbono, así mismo, uno de los parámetros representativos de los compuestos orgánicos es la demando bioquímica de oxígeno (DBO), que es un parámetro indicador del contenido de materia orgánica biodegradable presente en el agua de desecho.
Definición de la DBO.La DBO es la estimación de la cantidad de oxígeno necesaria para estabilizar a la materia orgánica biodegradable presente en el agua residual por acción de una población heterogénea de microorganismos.
La DBO se determina a 20°C y por un periodo de incubación de 21 días. DBO5 representa del 60 al 80% de la DBO que se podría determinar en 21
días.
Al quinto día el oxígeno debe ser del 60 al 80% solo eso garantiza las mediciones exactas.LaDBO puede verse afectada por: pH, temperatura, tóxicos (Cr, Pb, Cu), insecticidas, grasas y aceites. Por lo tanto, es necesario que los microorganismos se adapten a los desechos tóxicos.
Demanda química de oxígeno.Es un parámetro que también mide la cantidad de oxígeno requerido por la fracción orgánica de una muestra de agua residual que es susceptible a oxidarse por efecto de permanganatos o dicromatos. La DQO mide la cantidad de materia degradable más la no-biodegradable.
Carbono orgánico totalEs un método que se utiliza para medir el nivel de contaminación en la descarga de agua residual. Se determina a través de un proceso de combustión en todo el carbono es transformado en CO2.
pHLa determinación de pH, se realiza de manera electromagnética a temperatura específica y proporciona un valor característico con el nivel de acidez intrínseca de la disolución examinada. El agua residual, con concentraciones de Ion hidrógeno inadecuadas presentan dificultades para el tratamiento de procesos biológicos. El valor de pH es un parámetro regulado por límites máximos permisibles en descargas de aguas residuales al alcantarillado o cuerpos receptores.
15
Materia flotanteLa materia flotante es todo aquel material que queda retenido en una malla entre 2.8 mm y 3.3 mm de abertura. La determinación de la materia flotante en agua residual y aguas residuales tratadas, es de importancia para el control y tratamiento de descargas. La materia debe estar ausente en el agua residual tratada.
Nitrógeno totalEs la suma de nitrógenos amoniacal y orgánico presente en la muestra.Su exceso en las aguas es causa de eutrofización. Las moléculas de nitrógeno se encuentran principalmente en el aire, agua y suelos. El nitrógeno es emitido extensamente por las industrias, incrementando los suministros de nitritos y nitratos en el suelo y agua.
La adicción de nitrógeno enlazado al ambiente tiene varios efectos, si la concentración se excede de los 70 mg/L. Para empezar, puede cambiar la composición de las especies debido a su aceptabilidad de ciertos organismos a las consecuencias de los compuestos de hidrógeno. Luego la mayoría del nitrito puede tener varios efectos en la salud humana, así como también en la de los animales.
Grasas y aceitesLas grasas y aceites son compuestos orgánicos constituidos principalmente por ácidos grasos de origen animal y vegetal, así como los hidrocarburos de petróleo. Las principales fuentes aportadoras de grasas y aceites son: los usos domésticos, los talleres automotrices y los motores de lanchas y barcos, la industria del petróleo y la industria doméstica.
La determinación de grasas y aceites no mide una sustancia específica, sino un grupo de sustancias susceptibles a disolverse en hexano, incluyendo ácidos grasos, jabones, grasas, ceras, hidrocarburos, aceites y cualquier otra sustancia extraíble con hexano. En la calidad del agua residual municipal, se considera que la concentración de grasas es baja cuando es de 50 mg/l y se considera alta o elevada cuando es de 150mg/l o mayor.
El hecho que sea menos densas que el agua e inmiscibles en ella, hace que se difundan por la superficie de modo que pequeñas cantidades de grasas y aceites puedan cubrir grandes superficies de agua. Además de producir un impacto estético, reducen la re-oxigenación través de la interface aire-agua, disminuyendo el oxígeno disuelto y absorbiendo la radiación solar, afectando así la actividad fotosintética y en consecuencia, la producción interna de oxígeno disuelto.
16
Encarecen los tratamientos de depuración y algunos aceites, especialmente los minerales suelen ser tóxicos.
Sustancias activas al azul metileno (SAAM)Es la adsorción en carbón activado, donde los tenso- activos entran en las aguas limpias y residuales, principalmente por la descarga de residuos acuosos del lavado doméstico e industrial de ropa y otras operaciones de limpieza. Un tenso-activo combina en una sola molécula, a un grupo de hidrófobo con uno hidrófilo. Dichas moléculas tienden a congregarse en las interfaces, entre el medio acuoso y las otras fases del sistema, como aire, líquidos oleosos y partículas, impartiendo por tanto propiedades tales como: formación de espuma, emulsificación y suspensión de partículas.
La mayoría de los tensoactivos de las aguas residuales domésticas se combinan con cantidades proporcionales de las partículas adsorbidas. En las aguas la concentración de tensoactivos suele ser inferior a 0.1 mg/L pero si ésta fuera mayor de 0.5 mg/L se corre mayor riesgo de una mayor cantidad de detergentes que puede causar espuma, toxicidad para la vida acuática y el crecimiento desmesurado de la flora por el aporte de fosfatos.
Operaciones unitarias para el tratamiento de aguas residuales
Pre tratamiento de aguas residuales.El objetivo del pre- tratamiento es acondicionar las aguasa residuales por medios físicos o mecánicos para evitar daños en los sistemas de conducción y sistemas posteriores de tratamiento.
Principales etapas del tratamiento preliminar en la planta de tratamiento de Acuape S.A de C.V
Separación de grandes sólidos (pozo de gruesos).
Rejas.
Desbaste.
Cribado.
Desarenado.
Separación de grandes sólidos (pozo de gruesos)Cuando se prevé la existencia de sólidos de gran tamaño o de una gran cantidad de arenas en el agua cruda, se debe incluir al principio de la instalación, un sistema de separación de estos sólidos. Este consiste en un pozo situado en la entrada del colector de la planta, de tronco piramidal invertido y paredes muy
17
inclinadas, con el fin de concentrar los sólidos y las arenas decantadas en una zona específica donde se puedan extraer de una forma eficaz.
Este pozo tiene una reja instalada que no es más que una serie de vigas de acero colocadas verticalmente en la boca de entrada de la planta que impiden la entrada de troncos o de materiales demasiado grandes que romperían o taparían la entrada del caudal de la instalación. La extracción de los residuos se realiza generalmente con cucharas de accionamiento electrónico.
Desbaste o desmenuzadores.El objetivo del desmenuzado, desbastado y triturado es reducir el tamaño de los sólidos para que así puedan ser removidos en operaciones de tratamiento subsecuentes, tales como clarificación primaria, donde ambos, sólidos flotantes y sedimentables son removidos. El desfibrado puede llevarse a cabo mediante desmenuzadores o desbastadores y los sólidos son sometidos a esta operación mediante el empleo de rejillas o cribas, mientras aquellos triturados más pequeños son retornados a la corriente.
El triturador consiste en un cilindro ranurado, el cual se encuentra rotando a través del cual pasa el agua residual, los sólidos muy grandes al pasar por estas ranuras son cortados mediante cuchillas al rotar el cilindro, esto hasta que puedan pasar por la abertura predeterminada.
Esta operación consiste en hacer pasar el agua residual a través de una reja. De esta forma, el desbaste se clasifica según la separación entre los barrotes de la reja en:
Desbaste fino: Con separación libre entre barrotes de 10-25 mm. Desbaste grueso: Con separación libre entre barrotes de 50-100 mm. En
cuanto a los barrotes,éstos deben tener espesores mínimos según la reja de gruesos, de 12-25 mm.
Reja de finos: Entre 6 y 12 mm.
Rejas (manuales o mecánicas)Se emplean en el agua residual municipal y en algunas veces en aguas de desecho industrial, su función es eliminar todo sólido mayor tal como trozos de madera, material plástico, trapos etc. En un principio, la limpieza de éstas se realizaba en forma manual, en la actualidad esta se efectúa en forma mecánica y los desechos son colocados en recipientes adecuados para su confinamiento o incineración.
18
En aquellas en que la limpieza se realizaba en forma manual, el espaciamiento entre barras oscila entre 22 y 50 mm (1 a 2 plg), están montadas formando un ángulo que va de 30 a 75° con respecto a la horizontal, predominando el rango de 30 a 45°.
Para aquellas en la cual la limpieza es mecánica el espaciamiento oscila entre 25 y 38 mm (1 a 1.5 plg) y el ángulo formado con la horizontal va de 45 a 90°, predominando 60°. El periodo del tiempo de limpieza es controlado mediante relevadores o bien por acción de un flotador que activa el motor de limpieza.
CribadoSu principal objetivo es la separación de material suspendido de gran tamaño. El tamaño del material separado puede ser muy variable. La separación del material se realiza al hacer pasar la corriente de agua a través de una estructura tipo coladera que consiste en un elemento tipo malla mecánica que desarrolla un tamizado. Posee una abertura que se encuentra entre 9.5 a 12.7 mm, se emplea para eliminar materiales pequeños.
El cribado es una operación indispensable en una planta de tratamiento para la protección del equipo de bombeo.
DesarenadoLas arenas están formadas de arena inorgánica o partículas de gravilla del tamaño de alrededor de 1 mm, que proceden del lavado de carreteras y aceras y que van a parar al alcantarillado. Estas arenas no suelen existir en aguas residuales de procesos industriales pero son parte de los sistemas municipales donde se combinan las propias aguas residuales con el agua de lluvia.
La remoción de arena usualmente se aplica a aguas de desecho municipal para eliminar barro y/o arena, la cual puede causar daño a bombas, acumularse en los tanques de aireación, clarificadores y digestores o por otro lado taponar tuberías.
La eliminación de la arena de lleva a cabo mediante:
Cámara de sedimentación longitudinal. En estas cámaras, barro y arena sedimentan a una velocidad horizontal suficiente para impedir que sedimenten sólidos orgánicos (0.23-0.30 m/s), esta velocidad es controlada mediante una presa o derramadero.
El flujo manejado va desde 1,833.4 a 2,037 m3/ día, a este régimen de flujo se remuevan partículas de arena de cuarzo de 0.2 mm de diámetro y permitiendo que los sólidos orgánicos permanezcan en suspensión. La arena es removida mediante rastrillos mecánicos y depositados en las cámaras longitudinales en
19
donde la cámara de sedimentación cuenta con dos de éstos, uno de ellos es limpiado de forma mecánica.
Tanque desarenador aireado. En éste, el barro y la arena se sedimentan, mientras que el sólido orgánico tiende a flotar. El fondo es inclinado, semejante al de una tolva, donde la arena es removida por medios mecánicos o aire y conducida posteriormente a rellenos sanitarios.
En estas cámaras, la velocidad de la masa del agua, es la que controla la densidad de las partículas removidas; si la velocidad es excesiva la arena pesada saldrá por el efluente, por el contrario, si esta velocidad es insuficiente, los sólidos orgánicos ligeros van a salir mezclados junto con la arena.
La arena, para su disposición final puede ser removida mediante aire, tornillo sin-fin, banda de cangilones, elevadores inclinados, etc.
FlotaciónLa flotación es un proceso unitario de separación basado en hacer flotar las partículas sólidas en una fase líquida. En las plantas municipales, los sólidos son grasas y aceites, aunque en muchas de estas plantas sus cantidades son insignificantes por lo que la flotación no es un proceso unitario esencial. En las plantas industriales, los sólidos pueden ser productos oleaginosos residuales.
La flotación se emplea cuando las partículas en suspensión tienen velocidades de sedimentación tan bajas que no se pueden eliminar en tanques decantadores.
En los procesos de flotación se contemplan:
Flotación por gravedad: Se acompaña por el denominado “cajón de grasas” o una serie de ellos. Son comunes en industrias muy pequeñas y en talleres de automóviles. El residuo líquido fluye a través de una serie de cámaras y debido a que las partículas de grasa y aceite son más ligeras que el agua, se elevan a la superficie y se recogen mecánicamente. Para una operación satisfactoria se emplean tiempos de retención de 30 minutos.
Flotación al vacío: Consiste en saturar con aire el agua residual en el tanque de aireación y posteriormente provocar vacío parcial en el depósito cubierto. Del líquido se liberan burbujas diminutas que de adhieren a las partículas en suspensión y que se desplazan a la superficie donde se recogen mecánicamente.
Electro flotación: Uno de los electrodos colocados en la base del tanque producen unas microburbujas cuando el líquido en el tanque es electrolizado mediante corriente continua. Las partículas o burbujas de oxígeno producidas en el ánodo se elevan y se adhieren a las partículas en
20
suspensión generando una capa en la superficie que pueda ser barrida. El proceso es costoso debido a la reposición de los electrodos.
Flotación por aire disuelto (FAD):De la unidad se recircula parte del efluente. El caudal recirculado se almacena en un depósito a presión donde se mezcla con aire durante unos minutos hasta que se logra la saturación, posteriormente este efluente recirculado se añade a la unidad FAD donde se mezcla con un caudal bruto de entrada. A medida que la presión tiende a ser la atmosférica, el aire disuelto se desprende de la solución, formando burbujas finas que se elevan hasta la superficie empujando consigo la materia grasa donde se separa.
Tratamiento primarioEl primer tratamiento es importante que sufren las aguas residuales, después de las precedente fases preliminares, es generalmente por medio físico y/o químico.
SedimentaciónLa sedimentación de los sólidos suspendidos en un tanque adecuado en el que se mantienen las aguas por un lapso de 0.5 a 3 horas o más, es suficiente para permitir que del 40% al 65% de los sólidos finamente divididos, se depositen en el fondo del tanque, del cual se extraen por medio de colectores mecánicos en forma de lodos. La sedimentación primaria es una operación unitaria diseñada para concentrar y remover solidos suspendidos orgánicos del agua residual. Cuando se considera que el nivel primario era suficiente como único tratamiento, la sedimentación es la operación unitaria más importante de una planta.
Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan materiales orgánicos que son retirados pasa su eliminación.La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial, incorporando procesos llamados coagulación y floculación química al tanque de sedimentación.
Tanques de sedimentaciónA) Tanque de sedimentación tipo circular
Los tanques de sedimentación circulares, cuentan con un brazo desnatador que está unido a la rastra de lodos. A diferencia de los tanques rectangulares, cuyo flujo es horizontal, en los tanques circulares es del tipo radial. El agua a tratar se introduce por el centro o por la periferia del tanque. El sistema de alimentación central es el más usado, no obstante ambas configuraciones producen buenos
21
resultados. El dispositivo de remoción de espumas separadas se dispone junto con el material retenido en el cribado, la arena y el lodo digerido.
B) Tanque sedimentador tipo rectangular
En los tanques rectangulares, la espuma se retira utilizando unas rastras que, de manera alternada después de recorrer el tanque por el fondo, regresan a su punto de partida recorriendo la superficie del agua, esto se aprovecha para remover la espuma. El material flotante se desplaza de esta manera hasta un sitio donde se colecta, ubicado a cierta distancia hacia atrás del vertedor del efluente y allí es retirado al pasar sobre un vertedor de espuma o por medio de una rastra transversal.
Tanto los tanques rectangulares como en los circulares se requiere la construcción de una mampara entre el dispositivo de remoción de espuma y el vertedor del efluente y los acondicionamientos, necesarios para la remoción de espuma.
Coagulación
Consiste en la adición de agentes químicos al agua residual, los cuales se combinan con los sólidos coloidales no sedimentables y sólidos de sedimentación lenta, de esta manera se producen flóculos, los cuales son removidos posteriormente en la mayoría de los casos por sedimentación. Los productos más utilizados son: el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o los poli electrolitos.
Floculación
Es la agitación lenta o suave para llevar acabo el agregado de partículas desestabilizadas conduciendo a una sedimentación flocular rápida.
En el tratamiento de aguas, el principal uso de la coagulación y la floculación es para aglomerar sólidos antes de la sedimentación y filtración rápida de la arena. Enel tratamiento de aguas residuales municipales, ambos coagulación y floculación son utilizados para aglomerar sólidos en el tratamiento fisicoquímico del caudal bruto y efluentes primarios y secundarios.
Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión.
22
Características coloidales
Las dispersiones coloidales se clasifican de acuerdo en la fase dispersa y al medio de dispersión, en el caso del tratamiento de aguas residuales consideran:
Sólidos dispersados en líquidos (soles), esto es, materia orgánica (microbios) y materia inorgánica (arcilla). La característica principal de estos sólidos es que no sedimentan bajo la acción de la gravedad.
Líquidos dispersos (emulsiones) como ejemplo de estos tenemos aceite y agua.
Tabla 2. Tipos de tratamiento primario
ConceptoSedimentación
simple
Tipo de tratamiento/ sedimentación con
sustancias químicas
Flotación con aire disuelto
(FAD)
Sustancias añadidas Ninguna Coagulantes y floculantes
Sulfato de amonio
Cloruro férrico Polímeros
catiónicos
Aire a alta presión
Coagulantes y floculantes
Remoción de contaminantes
Sólidos suspendidos40-60% 70-90% 70-90%
Grasas y aceites60-80% Mayor que 90%
Mayor que 90%
Fósforo 20-40% 50-60% 50-60%
Materia orgánica (DBO5) Despreciable Mayor que 90% No hay datos
Tiempo de retención 2-3 horas 2-3 horas Menor a 30 minutos
23
Las partículas coloidales poseen una gran área por unidad de volumen, por lo que tienden a adsorber sustancias tal como moléculas de agua e iones que se hallan en su entorno; también desarrollan o tienen una carga relativa.
De acuerdo a su afinidad por el agua, los sólidos coloidales, pueden ser clasificados en:
Hidrofílicos: Exhiben una marcada afinidad por el agua, en éstos, el agua absorbida retarda la floculación y frecuentemente requiere un tratamiento especial para alcanzar la floculación efectiva.
Hidrofóbicos: No posee afinidad por el medio líquido y carece de estabilidad en presencia de electrolitos.
Coagulantes
Los coagulantes, más usados en el tratamiento de aguas residuales son:
Sulfato de aluminio y Sales de hierro.
Estas últimas tienen ventaja sobre la primera debido a que cubren un amplio rango de pH, aunque la selección de un coagulante requiere de pruebas en laboratorio o planta piloto para los estudios de coagulación.
24
Características de los tipos de coagulantes
Sulfato de aluminio:Puede estar en forma líquida o sólida. La sólida se presenta en forma de placas compactadas y gránulos de diversos tamaños y polvo. Su concentración se define, en general, por su contenido en alúmina, expresada en Al2O3, es decir, 17% aproximadamente. La densidad aparente del sulfato de aluminio en polvo es del orden de 1.kg/m3. El contenido en alúmina Al2O3 de la forma líquida fluctúa generalmente entre 8 y 8,5%; es decir, 48 a 49% en equivalente polvo o también 630 a 650 g de Al2 (SO4)3 .18 H2O por litro de solución acuosa. El sulfato de aluminio es una sal derivada de una base débil (hidróxido de aluminio) y de un ácido fuerte (ácido sulfúrico), por lo que sus soluciones acuosas son muy ácidas; su pH varía entre 2 y 3,8, según la relación molar sulfato/alúmina. Por esta razón, su almacenamiento debe hacerse en un lugar seco, libre de humedad. Es necesario tener en cuenta esta tendencia ácida para la preparación de las soluciones y los empaques para su distribución, y emplear, por lo general, materiales de plástico.
Cloruro férrico FeCl3:Se presenta en forma sólida o líquida; esta última es la más utilizada en eltratamiento del agua.La forma sólida es cristalina, de color pardo, delicuescente, de fórmulateórica FeCl36 H2O. Se funde fácilmente en su agua de cristalización a 34 °C, por lo que es necesario protegerla del calor.La forma líquida comercial tiene un promedio de 40% de FeCl3. Para evitartoda confusión entre los contenidos de producto puro o de producto comercial, esrecomendable expresar la dosis de coagulantes en Fe equivalente; es decir, 20,5%para la fórmula sólida y 14% aproximadamente para la solución acuosa comercial.En presencia de hierro, las soluciones acuosas de cloruro férrico se reducenrápidamente a cloruro ferroso FeCl2. Esta reacción explica su gran poder corrosivofrente al acero, y la necesidad de seleccionar adecuadamente el material de losrecipientes de almacenamiento, de preparación y de distribución.
Sulfato ferroso FeSO47 H2O: El sulfato ferroso usado en el tratamiento de agua es un polvo de color verde muy soluble y tiene una masa volumétrica aparente próxima a 900 kg/m3. Su contenido en hierro es de aproximadamente 19%. Por su naturaleza ácida, el pH de una solución al 10% es de 2,8 aproximadamente. Por esta razón, para su almacenamiento y preparación se usa material plástico. Si se usan sulfato ferroso y cloro para el tratamiento del agua, pueden dosificarse por separado o bien, oxidarse previamente la solución de sulfato ferroso con cloro. Se obtiene entonces una mezcla de sulfato y cloruro férrico, a la que se conoce comercialmente con el nombre de cloro-sulfato férrico.
25
Sulfato férrico Fe2 (SO4)3:El sulfato férrico es un polvo blanco verdoso, muy soluble en el agua, su masa volumétrica aparente es 1. Kg/m3. Debido a que en solución acuosa se hidroliza y forma ácido sulfúrico, es necesario prevenir los efectos de su acidez.
Tratamiento secundarioEl objetivo de este tratamiento es remover compuestos orgánicos coloidales y solubles por acción de microorganismos. Los sistemas de tratamiento biológico convierten a la materia orgánica biodegradable en sólidos suspendidos, los cuales posteriormente pueden flocularse y ser removidos por sedimentación gravitacional, ya que estos sólidos tienden a ser absorbidos en flóculos microbiales.
En el caso de agua residual doméstica, el principal objetivo es la reducción de la materia orgánica presente y en muchos casos, la eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo.
En el caso de aguas residuales industriales, el principal objetivo es la reducción de la concentración de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos. El procedimiento secundario más habitual es un proceso biológico en el que se facilita que las bacterias aerobias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primerio, a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activados (microorganismos).
Papel de los microorganismos
La eliminación de la DBO carbonosa, la coagulación de los sólidos coloidales no sedimentables, y la estabilización de la materia orgánica se consiguen biológicamente gracias a la acción de una variedad de microorganismos principalmente bacterias, los cuales se convierten en materia orgánica carbonosa coloidal disuelta en diferentes gases y tejido celular.
Nutrición microbiana
Para obtener energía y elaborar nuevos componentes celulares, los organismos tienen que disponer de materias primas o nutrientes.
Los nutrientes son sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía y en consecuencia son necesarios para el crecimiento microbiano.
También se encuentra que algunos factores ambientales como la temperatura, nivel de oxígeno, concentración osmótica del medio es crítico para el crecimiento adecuado de los microorganismos.
26
Entre las condiciones principales que se necesita controlar en los microorganismos para poder reproducirse y funcionar correctamente, se encuentran las siguientes:
Una fuente de energía. La energía necesaria para la síntesis celular se obtiene de la luz o bien, de las reacciones químicas de oxidación. Los microorganismos capaces de utilizar la luz como una fuente de energía reciben el nombre de fotógrafos. Los organismos que obtienen energía a partir de reacciones químicas se les denomina como organismos quimiótrofos.
Carbono para la síntesis de materia celular nueva. La materia orgánica y el dióxido de carbono son dos de las principales fuentes de carbono para los microorganismos para la transformación de tejido se denominan heterótrofos, organismos que obtienen carbono celular a partir del dióxido de carbono reciben el nombre de organismos autótrofos.
Elementos nutrientes (factores de crecimiento). Los nutrientes pueden condicionar y limitar en mayor medida el carbono y la energía, la síntesis celular y el crecimiento bacteriano. Los principales nutrientes inorgánicos que son necesarios para los microorganismos son: N,S,P,K,Mg,Ca,Fe,Na,Cl. Algunos microorganismos como precursores o constituyentes para la síntesis de la materia orgánica que no se pueden obtener a partir de otras fuentes de carbono, se dividen en aminoácidos, purinas y pirimidinas y vitaminas.
Tipos de metabolismo microbiano
Los distintos tipos de metabolismo microbiano se pueden clasificar según tres criterios distintos:
La forma en la que el organismo obtiene el carbono para la construcción de la masa celular:
Autótrofo. El carbono se obtiene del dióxido de carbono (CO2). Heterótrofo. El carbono se obtiene de compuestos orgánicos (glucosa, por
ejemplo). Mixótrofo. El carbono se obtiene tanto de compuestos orgánicos como
fijando el dióxido de carbono.
La forma en la que el organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservación de la energía o en las reacciones biosintéticas:
Litótrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos inorgánicos.
27
Organótrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos orgánicos.
La forma en la que el organismo obtiene la energía para vivir y crecer:
Quimiótrofo. La energía se obtiene de compuestos químicos externos. Fotótrofo. La energía se obtiene de la luz.
En la práctica, estos términos se combinan casi libremente. Los ejemplos típicos son como sigue:
Los quimiolitoautótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y el carbono de la fijación del dióxido de carbono. Ejemplos: bacterias nitrificantes, bacterias oxidantes del azufre, bacterias oxidantes del hierro, bacterias oxidantes del hidrógeno.
Los fotolitoautótrofos obtienen energía de la luz y el carbono de la fijación del dióxido de carbono, usando compuestos inorgánicos como equivalentes reductores.
Los quimiolitoheterótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, pero no pueden fijar el dióxido de carbono.
Los quimioorganoheterótrofos obtienen energía, carbono y equivalentes reductores para las reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos.
Los fotoorganótrofos obtienen energía de la luz y el carbono y los equivalentes reductores para las reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Algunas especies son terminantemente heterótrofas, pero muchas otras pueden también fijar el dióxido de carbono y son mixótrofas.
Crecimiento bacteriano
El crecimiento bacteriano es la división de una bacteria en dos células hijas en un proceso llamado fisión binaria. Previniendo que no se produzca ningún caso de mutación, las células hijas resultantes serán genéticamente idénticas a la célula original.
FasesA. Durante la fase de adaptación, las bacterias se adaptan a las condiciones
de crecimiento. Es el período en el que las bacterias individuales están madurando y no tienen aún la posibilidad de dividirse. Durante la fase de adaptación del ciclo de crecimiento de las bacterias, se produce la síntesis de ARN, enzimas y otras moléculas. Así que en esta fase los microorganismos no están latentes.
B. La fase exponencial es un período caracterizado por la duplicación celular. El número de nuevas bacterias que aparecen por unidad de tiempo es proporcional a la población actual. Si el crecimiento no se limita, la
28
duplicación continuará a un ritmo constante, por lo tanto el número de células de la población se duplica con cada período de tiempo consecutivo. Para este tipo de crecimiento exponencial, la representación gráfica del logaritmo del número de células frente al tiempo genera una línea recta. La pendiente de la recta depende de la base del logaritmo utilizada, y dependiendo de esa base, en la literatura se han asignado diferentes nombres a la pendiente y se han aplicado diferentes fórmulas para su estudio. También afectan a la pendiente las condiciones de crecimiento, que afecta a la frecuencia de los eventos de división celular y a la probabilidad de que ambas células hijas sobrevivan. Bajo condiciones controladas, las cianobacterias pueden duplicar su población cuatro veces al día. El crecimiento exponencial no puede continuar indefinidamente, sin embargo, porque el medio llega pronto al agotamiento de nutrientes mientras se acumulan los desechos.
C. Durante la fase estacionaria, la tasa de crecimiento disminuye como consecuencia del agotamiento de nutrientes y la acumulación de productos tóxicos. Esta fase se alcanza cuando las bacterias empiezan a agotar los recursos que están disponibles para ellas. Esta fase se caracteriza por un valor constante del número de bacterias a medida que la tasa de crecimiento de las bacterias se iguala con la tasa de muerte bacteriana.
D. En la fase de declive o muerte, las bacterias se quedan sin nutrientes y mueren.
Este modelo de crecimiento del cultivo básico en lotes se mantiene y pone su énfasis en los aspectos de la proliferación de bacterias que pueden diferir de las del crecimiento de la macrofauna. Se hace hincapié en clonalidad, división asexual binaria, el breve tiempo de desarrollo en relación con la replicación en sí, la tasa de mortalidad aparentemente baja, la necesidad de pasar de un estado inactivo a un estado reproductivo y, por último, la tendencia de cepas adaptadas de laboratorio para agotar sus nutrientes.
En la mayor parte de los casos, la materia orgánica constituye la fuente de energía y de carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Además, también es necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos esenciales para el crecimiento, especialmente los compuestos que contengan N y P, y por último, en el caso de sistema aerobio, la presencia de oxígeno disuelto en el agua. Este último aspecto será clave a la hora de elegir el proceso biológico más conveniente.
Los procesos aerobios se basan en la eliminación de los contaminantes orgánicos por su transformación en biomasa bacteriana, CO2 y H2O.Los procesos anaerobios transforman la sustancia orgánica en biogás, mezcla de metano y CO2.
29
Lechos Bacterianos
Lechos Bacterianos, también denominados filtros biológicos o filtros percoladores. Están basados en los procesos biológicos aerobios. Consiste en poner el agua residual en contacto con un material inerte o soporte donde se adhieren los microorganismos. Suelen ser lechos fijos de gran diámetro, rellenos con rocas o piezas de plástico o cerámica con formas especiales para desarrollar una gran superficie sobre el que se rocía el agua a tratar. Sobre la superficie crece una fina capa de biomasa, sobre la que se dispersa el agua residual a tratar, que moja en su descenso la superficie. Al mismo tiempo, ha de quedar espacio suficiente para que circule aire, que asciende de forma natural.
El crecimiento de la biomasa provoca que parte de los microorganismos se desprendan de la superficie, y por lo tanto, seguirá siendo necesaria una sedimentación posterior para su separación del efluente.
Contactores Biológicos Rotativos: Biodiscos y Biocilindros.
Los Contactores Biológicos Rotativos están basados en los procesos biológicos aerobios. Estos requieren un contacto íntimo entre el agua residual, la biomasa activa y el oxígeno.
Consisten en una serie de placas o discos colocados en un eje horizontal que giran lentamente dentro del tanque que contiene el agua residual, con un 49 % de la superficie sumergida. Sobre la superficie de los discos se fija la biomasa que se encuentra alternativamente en contacto con el agua residual y el aire. Esto posibilita la ingestión de la materia orgánica por parte de los microorganismos y su posterior degradación en presencia del oxígeno del aire.
Los biocilindros son una variante de los biodiscos. Su principal diferencia es la sustitución de los discos por biocilindros. Éstos están formados por una malle metálica cuyo interior se rellena de piezas de plástico que sirven de soporte a la biomasa. En estos sistemas se produce un exceso de biomasa que se desprende del contactor. Esta se mantiene en suspensión en el tanque gracias al movimiento del material soporte. Para regular la cantidad de microorganismos presentes en el sistema se dispone de un clarificador o decantador secundario. En él se produce la sedimentación del exceso de biomasa.
30
Fangos activos
Fangos Activos es un proceso aerobio de biomasa suspendida, que requiere un contacto íntimo entre el agua residual, la biomasa activa y el oxígeno. Consiste en poner en contacto en un medio aerobio, normalmente en una balsa aireada o en un tanque de aireación, el agua residual con flóculos biológicos previamente formados, en los que se adsorben la materia orgánica y donde es degradada por las bacterias presentes (se mantiene una determinada concentración de microorganismos aerobios). Para acelerar los procesos naturales se les suministra oxígeno disuelto aumentando así la capacidad de tratamiento además de obtener una mejor calidad del efluente y menor cantidad de fangos.
Se clasifican en procesos de mezcla completa o flujo pistón.
Los procesos de mezcla completa se caracterizan por la uniformidad de las características del licor en el tanque de aireación o balsa aireada.
Los procesos de flujo pistón, sin embargo, mantienen un gradiente de concentración en función de la distancia a la entrada del proceso. En estos procesos no existe mezcla.
El modelo de mezcla completa puede adoptar las siguientes variantes:
Aireación prolongada: Consiste en un tanque de aireación, con un sistema de aireación por turbinas, aireadores sumergibles o difusores cerámicos. Éstos mantienen la biomasa en suspensión e introducen el oxígeno necesario. Estos procesos se caracterizan por su baja carga másica y baja producción de fangos. Además, su utilización es interesante cuando se pretendan eliminar compuestos con nitrógeno simultáneamente con la materia orgánica.
Reactores Discontinuos Secuenciales (SBR)
Los reactores biológicos secuenciales (SBR) son reactores discontinuos en los que el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un medio aireado.
Los procesos unitarios que intervienen son idénticos a los de un proceso convencional de fangos activados. En ambos sistemas intervienen la aireación y la sedimentación. No obstante, existe entre ambos una importante diferencia. En las plantas convencionales, los procesos se llevan a cabo simultáneamente en tanques separados, mientras que en los SBR, los procesos tienen lugar secuencialmente en el mismo tanque. El empleo de un único tanque reduce sustancialmente el espacio y la inversión necesarios.
31
Filtros Verdes
Los Filtros Verdes se basan en la propiedad que tiene el suelo de depurar física y biológicamente las aguas que le son aplicadas en forma de riego. Los procesos principales que se desarrollan en el suelo son: filtrado físico, biológico, adsorción y precipitación, intercambio iónico y asimilación de nutrientes y oligoelementos. Los cultivos más empleados son los capaces de asimilar grandes cantidades de agua y nutrientes.
Digestión Anaerobia.
Es un proceso de biomasa suspendida. Se utiliza especialmente cuando las aguas residuales tienen una gran carga contaminante.
Consiste en la descomposición de la materia orgánica, que genera como producto final un gas de alto contenido energético, llamado biogás, formado fundamentalmente por metano (60-80%), dióxido de carbono (40-20%) y trazas de otros elementos como sulfuro de hidrogeno. Este biogás es susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica.
El proceso de digestión anaerobia se realiza en tanques completamente cerrados en los que intervienen varios tipos de microrganismos. Entre los más importantes y específicos de este proceso están por un lado las bacterias productoras de ácidos y por otro las bacterias productoras de metano.
Las bacterias productoras de ácidos transforman la materia orgánica compleja, en productos intermedios. Las bacterias productoras de metano actúan sobre dichos productos intermedios transformándolos en gases y subproductos estabilizados. El proceso que se origina es lento y requiere condiciones determinadas. La primera fase del proceso se denomina fase ácida, con pH por debajo de 6,8; la segunda fase se denomina metánica, la cual aumenta el pH a valores de 7,4; estas bacterias son muy sensibles a los valores de pH y se inhiben con valores inferiores a 6.
Reactor biológico de membrana
El Reactor Biológico de Membrana (MBR), se compone de dos partes integradas en una sola: por un lado, el reactor biológico responsable de la depuración biológica y por otro, la separación física de la biomasa y el agua mediante un sistema de filtración directa con membranas. El sistema tiene una mayor capacidad para eliminar DQO coloidal, ya que al no atravesar la membrana tiene un tiempo de contacto mucho mayor con la biomasa.
32
Además, en los sistemas MBR se deriva de las elevadas concentraciones de biomasa con las que se trabaja en el reactor biológico gracias a la presencia de una barrera física (membrana) que no deja escapar las bacterias, lo que permite un control perfecto sobre la edad del fango y los parámetros principales de operación del sistema.
Electrocoagulación
La electrocoagulación es un proceso electroquímico mediante el cual se degrada la materia orgánica contaminante de un agua residual.
El proceso consiste en someter al vertido a corriente eléctrica haciendo que se desestabilicen los contaminantes suspendidos o disueltos en el agua. Tras esta reacción, los contaminantes precipitan formando un fango, que se puede eliminar mediante decantación o flotación con sistemas convencionales. Las características de este sistema lo hacen efectivo para múltiples sectores industriales. Así, ha sido utilizado para depuración de aguas industriales en fundición, vinazas, curtidos, etc.
Electrooxidación
El proceso de oxidación electroquímica, consiste en la aplicación de una determinada densidad de corriente, los electrodos utilizados dependen del objetivo a conseguir en cada prueba electroquímica. Cyclus ID propone el uso de oxidantes compatibles con el medioambiente con procesos catalíticos de alta eficiencia. La versatilidad del equipo de electrooxidación, permite diversificar la naturaleza tanto del oxidante como del electrodo sin la necesidad de paradas ni de cambio de equipo.
Tratamiento terciarioEs la eliminación de nutrientes en el agua residual,es importante para controlar el vertido de nitrógeno o fósforo debido a su potencial impacto en la calidad de las aguas receptoras.
Las opciones de eliminación de nutrientes como también sus métodos, son las siguientes
Eliminación de nitrógeno sin eliminar el fósforo. Eliminación conjunta de nitrógeno y fósforo. Eliminación del fósforo con o sin nitrógeno. Eliminación del fosforo todo el año con eliminación estacional de nitrógeno. Ósmosis Inversa. Electrodiálisis. Destilación.
33
Coagulación. Adsorción. Filtración. Extracción por solvente. Intercambio iónico. Oxidación química. Precipitación. Nitrificación – Desnitrificación.
Eliminación de nitrógeno
El nitrógeno puede estar presente en múltiples formas y son numerosas las transformaciones que puede sufrir en los diferentes procesos de tratamiento. Los dos mecanismos principales que intervienen en este proceso son la asimilación y nitrificación-desnitrificacion.Debido a que el nitrógeno es un nutriente, los microbios presentes en los procesos de tratamiento tendrán que ser similar el nitrógeno amoniacal. Una parte de ese nitrógeno amoniacal retornará al agua residual con la lisis y muerte de las células en el proceso de nitrificación-desnitrificacion, la eliminación del nitrógeno se consigue en dos etapas de conservación:
Etapa 1: La nitrificación, se reduce la demanda de oxígeno del amoniaco mediante su conservación. No obstante, en este paso, el nitrógeno apenas ha cambiado de forma pero se ha eliminado.
Etapa 2: En el segundo paso, la desnitrificación, el nitrato se convierte en el producto gaseoso que es eliminado.
Nitrificación biológica
Es necesario tener presente que la transformación de nitrógeno amoniacal en nitrógeno en forma de nitrato no supone la eliminación del nitrógeno, aunque sí permite eliminar su demanda de oxígeno. Las bacterias nitrificantes son muy sensibles a gran cantidad de sustancias inhibidoras, que pueden llegar a impedir el crecimiento y su actividad. Pueden resultar inhibidoras altas concentraciones de amoníaco y de ácido nitroso, siendo también importante el efecto del pH. La cuantificación de esta influencia es difícil de establecer. Para que se produzca la nitrificación, es fundamental que existan concentraciones de oxígeno disuelto (OD) por encima de 1 mg/l. Si el nivel de OD es inferior a este valor, el oxígeno se convierte en el nutriente limitante del proceso, y puede producirse el cese o la ralentización de la nitrificación.
34
Aplicación del proceso
La nitrificación se puede realizar tanto en procesos de cultivo en suspensión como en procesos de cultivo fijo.Cuando la nitrificación se produce en un proceso de cultivo en suspensión, existe la posibilidad realizarse en el mismo reactor empleado para el tratamiento biológico o en un reactor independiente situado a continuación del proceso de fangos activados convencional. La oxidación del amoníaco a nitrato se puede llevar a cabo con aire o con oxígeno puro.
Al igual que en el caso de los reactores de cultivos en suspensión, la nitrificación se puede conseguir en el reactor de cultivo fijo empleado para la eliminación de materia carbonada, o en un reactor independiente.
Oxidación del carbono y nitrificación en una sola etapa
Los procesos de cultivo en suspensión más empleados para realizar la nitrificación son el de flujo en pistón convencional, mezcla completa, aireación prolongada, y numerosas variantes de canales de oxidación.
Para que se produzca la nitrificación, lo único que se precisa es mantener las condiciones adecuadas para el crecimiento de los organismos nitrificantes. Por ejemplo, en la mayoría de los climas cálidos, se puede conseguir una mayor nitrificación incrementando el tiempo de retención celular y el aporte de aire.
Para los procesos combinados de oxidación de carbono y nitrificación se suelen emplear los filtros percoladores y los biodiscos, ambos sistemas de película fija. Al igual que en el caso de los procesos de cultivo en suspensión, la nitrificación se puede conseguir o mejorar en los procesos de cultivo fijo ajustando los parámetros de funcionamiento. Normalmente, la nitrificación se puede conseguir reduciendo la carga aplicada.
Nitrificación en etapas separadas
Para la nitrificación en etapas separadas se emplean tanto procesos de cultivo en suspensión como de película fija. La nitrificación en un reactor independiente permite una mayor flexibilidad y fiabilidad del proceso, y cada uno de los procesos (oxidación del carbono y nitrificación) se pueden llevar a cabo independientemente con el fin de obtener un rendimiento óptimo. La materia orgánica biodegradable se elimina en la etapa de oxidación del carbono, por lo que este sistema elimina los problemas de toxicidad para las bacterias nitrificantes. Es importante conocer el grado de eliminación de carbono orgánico en la etapa de oxidación ya que afectará a la elección y explotación del proceso de nitrificación. En lo reactores de película fija puede ser ventajoso niveles bajos de carbono en el afluente al proceso de nitrificación, ya que se consigue la eliminación de las necesidades de
35
clarificación posterior a la nitrificación. En cambio, en reactores de cultivo en suspensión, niveles bajos de carbono en el afluente pueden romper el equilibrio entre los sólidos perdidos en la decantación y los sólidos sintetizados en el reactor. A menudo, esta falta de equilibrio obliga a una purga constante o al aumento de la DBO en el afluente al reactor de nitrificación para mantener el contenido de sólidos biológicos en el sistema.
Desnitrificación Biológica
Se conoce con el nombre de desnitrificación al proceso por el cual el nitrato se convierte en nitrógeno gas. Este proceso se consigue bajo condiciones anóxicas (sin oxígeno). La conversión del nitrógeno, en forma de nitratos, a formas más rápidamente eliminables se puede llevar a cabo gracias a la acción de diversos géneros de bacterias.
Estas bacterias heterótrofas son capaces de la reducción del nitrato, que es un proceso de dos etapas. El primer paso consiste en la conversión de nitrato en nitrito, y a continuación se producen óxido nitroso y nitrógeno gas.
La presencia de oxígeno disuelto en el proceso suprime el sistema enzimático necesario para el desarrollo de la desnitrificación. La alcalinidad se produce durante la conversión de nitrato en nitrógeno gas, lo cual provoca un aumento del pH. El pH óptimo se sitúa entre 7 y 8, con diferentes valores óptimos que dependen de las diferentes poblaciones bacterianas posibles. La temperatura afecta a la tasa de eliminación del nitrato y a la de crecimiento microbiano. Los organismos son sensibles a los cambios de temperatura.
Los procesos de desnitrificación se pueden clasificar teniendo en cuenta si los cultivos son fijos o en suspensión. La desnitrificación con cultivos en suspensión se suele llevar a cabo en sistemas de fangos activados de flujo en pistón. Las bacterias anaerobias obtienen la energía para el crecimiento a partir de la conversión de nitrato en nitrógeno gas, pero necesitan una fuente de carbono para la síntesis celular.Es necesario disponer de una fuente externa de carbono ya que los efluentes nitrificados suelen presentar concentraciones bajas de materia carbonosa. En algunos sistemas se emplea el agua residual cruda como fuente.
La desnitrificación con cultivo fijo se lleva a cabo en un reactor en columna que contiene piedras o alguno de los diversos materiales sintéticos sobre los que crecen las bacterias. El arrastre de sólidos con el efluente produce un efecto de purga de aquéllos. Al igual que sucedía con la desnitrificación de cultivos en suspensión, también suele ser necesaria alguna fuente externa de carbono. La mayoría de las aplicaciones de este proceso adoptan el sistema de flujo descendente, aunque también se emplean técnicas de lecho expandido.
36
Ósmosis Inversa
Es una tecnología de membranaen la cual el solvente (agua) es transferido a través de una membrana densa diseñada para retener sales y solutos de bajo peso molecular. La OI elimina prácticamente todas las sales y los solutos de bajo peso molecular. Se considera una eliminación prácticamente total de las sales disueltas y total de los sólidos en suspensión. Debido a esto, las membranas de OI son la elección adecuada cuando se necesita agua muy pura o de bebida, especialmente si la fuente es agua salobre o agua de mar.
Electrodiálisis
La electrodiálisis separa las moléculas o iones en un campo eléctrico debido a la diferencia de carga y de velocidad de transporte a través de la membrana. Las membranas tienen lugares cargados y poros bastante estrechos (1-2 nm). En la célula de electrodiálisis se sitúa un cierto número de membranas de intercambio catiónico y aniónico entre un ánodo y un cátodo de forma que cuando se aplica la corriente eléctrica los iones con carga positiva migran a través de la membrana de intercambio catiónico y viceversa.
Destilación
La destilación es la colección de vapor de agua, después de hervir las aguas residuales. Con un retiro correctamente diseñado del sistema de contaminantes orgánicos e inorgánicos y de impurezas biológicas puede ser obtenido, porque la mayoría de los contaminantes no se vaporizan. El agua pasará al condensador y los contaminantes permanecerán en la unidad de evaporación.
Coagulación
La Coagulación y Floculación son dos procesos dentro de la etapa de clarificación del agua. Ambos procesos se pueden resumir como una etapa en la cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas flocs tal que su peso específico supere a la del agua y puedan precipitar. La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas. La floculación tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del líquido para que las partículas hagan contacto. Esto implica la formación de puentes químicos entre 4 partículas de modo que se forme una malla de coágulos, la cual sería tridimensional y porosa. Así se formaría, mediante el crecimiento de partículas coaguladas, un floc suficientemente grande y pesado como para sedimentar.
37
Adsorción
La adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua. En este proceso el carbón activo es el sólido. El carbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una adsorción ideal. El carbón activo viene en dos variaciones: Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular (GAC).
Filtración
Esta tecnología se utiliza principalmente para remover sólidos suspendidos de los suministros de agua. Estos sólidos pueden consistir de suciedad, cieno u otras partículas que puedan interferir con el uso intencionado del agua o una tecnología de tratamiento corriente abajo. Las tecnologías de filtración incluyen:
Filtros de lecho: Consisten de un tanque que contiene elementos granulares tales como arena, antracita, granate, etc., que captura los sólidos suspendidos y los retiene hasta que son eliminados y retrolavados. Los filtros de lecho son típicamente capaces de remover sólidos suspendidos de hasta 10 a 20 micras de tamaño.
Filtros de cartucho:Funcionan de igual forma que los filtros de lecho, los filtros de cartucho son ‘inserciones’ reemplazables (por lo general de forma cilíndrica) que se insertan en portafiltros y se reemplazan una vez que han capturado sólidos suspendidos y esto lleva a la disminución de presión a través del portafiltros, llega a ser inaceptable (usualmente por encima de 10 psig). Ofrecidos en varios diseños y tasas de remoción (hasta llegar al rango de las submicras), proveen una excelente gama de opciones para los ingenieros de diseño con experiencia.
Filtros de bolsa:Estos son similares a los filtros de cartucho, excepto que el elemento es fabricado en una bolsa a través de la cual fluye el agua. Aunque no se encuentran disponibles en tamaños de micras tan pequeños como los de los filtros de cartucho, los filtros de bolsa son por lo general mejor ‘ajustados’ que los filtros de lecho.
Extracción por solvente
El proceso de extracción por solventes (o extracción líquido-líquido) es una técnica de separación, la cual involucra transferencia de masa entre dos fases inmiscibles. El metal es transferido de una fase acuosa a una fase orgánica o viceversa. Este tipo de técnicas se aplica ampliamente en procesos metalúrgicos de cobre, debido a su bajo costo y reducido impacto ambiental. Básicamente, el proceso de
38
extracción por solventes se usa para purificar y concentrar metales. Solo se requiere que el metal específico sea transferido selectivamente desde una fase acuosa a una orgánica.
Intercambio iónico
El intercambio iónico es un proceso donde un ion es sustituido o intercambiado por otro de la misma carga, este proceso es utilizado tanto para la extracción de disolventes sólidos en el agua como para tratar la dureza de la misma, al reemplazar el calcio y el magnesio contenidos en el agua por otro ión, usualmente sodio. Generalmente la capacidad de los materiales de intercambio iónico está en el rango cerca de 15 a 1000 kg /m³ la regeneración es realizada usando de 80 a 160 kg de cloruro de sodio por metro cúbico de resina en una solución que puede ir del 5 al 20 % a una velocidad de flujo cercana a 40 l/min por cada m2.
Para ese tratamiento el agua debe estar esencialmente libre de turbidez y materia particular o la resina podría funcionar como un filtro y llegar a taparse. El otro consiste en el uso de membranas microporosas compuestas por acetato de celulosa con una capa con abertura microscópica que dejan pasar las moléculas de agua pero no la de los sólidos.
Oxidación química
Es un procedimiento alterno a la adsorción en tratamiento de agua potable y sistemas de tratamiento de aguas residuales. Las moléculas orgánicas complejas con estructuras con detergente fenólicos pueden ser oxidadas dentro de un simple compartimiento con oxidantes como ozono y cloro. La ventaja de este proceso incluye la eliminación de compuestos de amonio y la oxidación de substancias inorgánicas (fierro y manganeso) existe la desventaja de que el cloro puede formar aloformos con algunos compuestos orgánicos.
Precipitación
El tratamiento puede realizarse a través de varios procesos:
Hasta hace poco, el tratamiento convencional de efluentes de curtiembres aplicaba una primera etapa de tratamiento en la que se precipitaba la totalidad de los efluentes utilizando sales de hierro. En este proceso el sulfuro se precipita como sulfuro de hierro. Al mismo tiempo, se precipita el cromo y las proteínas. El agua que sale de la sedimentación queda clarificada, mientras que la DQO y DBO5 se reducen en un 50 y 60%, respectivamente.
No obstante, este proceso genera una cantidad enorme de Iodos que son muy propensos a la putrefacción y están altamente contaminados por compuestos de
39
cromo (unos 10 a 50 g por kg de materia seca). Además, la experiencia ha demostrado que no se puede lograr una deshidratación eficaz de estos Iodos, lo que, por lo tanto, encarece su eliminación y causa problemas en el lugar de la disposición. Precisamente por las grandes cantidades de Iodos producidas y por problemas que generan, es que este proceso suele utilizarse cada vez menos hoy en día.
Nitrificación – Desnitrificación
Son procesos llevados a cabo por determinados grupos de microorganismos bacterianos que se utilizan en aquellas plantas de tratamiento de aguas residuales, donde aparte de la eliminación de la materia orgánica se persigue la eliminación de nitrógeno.
El proceso de NitrificaciónEs el proceso en el que el nitrógeno orgánico y amoniacal se oxida, transformándose primero en nitrito y, posteriormente en nitrato. Estas reacciones las llevan a cabo bacterias Las nitrificaciones muy especializadas, diferentes de aquellas que se encargan de degradar la materia orgánica del medio. Este tipo de bacterias, se reproducen más lentamente y son muy sensibles a los cambios de su medio habitual.
A su vez, necesitan de un aporte de Oxígeno suplementario para que sean capaces de desarrollar las reacciones anteriormente mencionadas, de esta forma en las cubas de aireación de fangos activados necesitan de un nivel de oxígeno de al menos 2 mg/l. El proceso de Desnitrificación: La desnitrificación consiste en el paso de los nitratos a nitrógeno atmosférico, por la acción de un grupo de bacterias llamadas desnitrificantes. Dicha forma de nitrógeno tenderá a salir a la atmósfera, consiguiéndose así, la eliminación de nitrógeno en el agua.
Para que las bacterias desnitrificantes actúen, es necesario que el agua tenga bastante carga de materia orgánica, una fuente de nitratos elevada, con muy poco oxígeno libre y un pH situado entre 7 y 8. El oxígeno asociado a los nitratos es la única fuente de oxígeno necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales. De esta forma los niveles de oxígeno libre en el medio donde actúan deben de ser inferiores a los 0,2 mg/l. El tiempo mínimo de contacto entre el agua y las bacterias desnitrificantes debe de ser suficiente para que se produzcan las reacciones deseadas, estimándose un tiempo mínimo de 1,5 horas a caudal medio.
40
El proceso de Desnitrificación
Es un proceso metabólico que usa el nitrato como aceptor terminal de electrones en condiciones anóxicas (ausencia de oxígeno) principalmente. El proceso de reducción de nitratos hasta nitrógeno gas ocurre en etapas sucesivas, catalizadas por sistemas enzimáticos diferentes, apareciendo como productos intermedios nitritos, óxido nítrico y óxido nitroso. La realizan exclusivamente ciertos microorganismos, entre los que destacan Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus, Rhizobium, Thiosphaera, entre otros.
Desinfección
El más importante requerimiento individual del agua es que debe estar libre de cualquier microorganismo que puede transmitir enfermedades al consumidor. Sin embargo, no se puede asegurar que el agua sea bacteriológicamente segura por lo que se necesita una desinfección final.
En casos en los que se dispone de otros métodos de tratamiento, se puede recurrir a la desinfección como único tratamiento, contra la contaminación bacteriana. La desinfección del agua conduce a la destrucción, o desactivación completa de los microorganismos dañinos presentes. Esta se realiza por medios físicos o químicos. Los siguientes factores influyen en la desinfección del agua.
Tipo y número de los gérmenes a ser destruidos o inactivos. El tipo y concentración del desinfectante usado. La temperatura del agua. El tiempo de contacto; al menos 30 minutos de contacto con el
desinfectante. La naturaleza del agua a ser desinfectada. El pH del agua. Buena mezcla entre el desinfectante y toda el agua a desinfectar.
41
Tabla 3. Métodos de desinfección
Métodos químicos
Comentarios Ejemplos
Cloro y sus derivados
Los más empleados, tiene efecto residual Compuestos de cloro, cloro gaseoso, dióxido de cloro
Bromo y derivados
Ocasionalmente se emplea Bromo, óxidos de bromo
Yodo y derivados
Raras veces empleado Yodo, hipoyodatos, yodatos
Peróxido de hidrógeno
Es una opción a la desinfección con cloro Peróxido de hidrógeno
Sales metálicas Se emplean para desinfectar alimentos, raras veces para desinfección de agua
Cobre, plata
Ácidos y Álcalis Se emplean en procesos tales como proceso cal/soda y en reciclado de aguas
Cal, hidróxido de sodio, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico
Ozono Después de la cloración es el método de desinfección más frecuentemente empleado
Gasozono generado in situ
Métodos Físicos
Comentarios
Radiación Ultravioleta
Producida por lámparas que emiten radiación con una frecuencia de 254 nm
Calor Sistema muy empleado en procesos de pasteurización o en desinfección casera
Tratamiento de lodos
Los objetivos del tratamiento son:
La estabilización, para conseguir la degradación controlada de sustancias orgánicas y eliminación de olor.
Higiene y muerte de microorganismos patógenos. Mejora las propiedades del lodo de las plantas de tratamiento para la
utilización posterior o disposición final.
Composición de los lodos
La composición de los lodos generados en el tratamiento de aguas residuales
domésticas e industriales se muestra en la tabla que sigue, observándose que sus
características varían en función del proceso que les da origen.
42
Tabla 4.
ParámetrosLodos
primarios
Lodos secundarios
(mezcla)
Lodos
digeridos
pH 5.5-6.5 6.5-7.5 6.8-7-6
Contenido de agua (%) 92-96 97.5-98 94-97
SSV (%SS) 70-80 80-90 55-65
Grasas (%SS) 12-14 3-5 4-12
Proteínas (%SS) 4-14 20-30 10-20
Carbohidratos (%SS) 8-10 6-8 5-8
Nitrógeno (%SS) 2-5 1-6 3-7
Fósforo (%SS) 0.5-1.5 1.5-2.5 0.5-1.5
Bacterias patógenas
(NMP/100ml)103-105 100-1000 10-100
Metales pesados (%SS)
(Zn, Cu, Pb)0.2-2 0.2-2 0.2-2
SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles, NMP: Número Más Probable, SS: Sólidos Suspendidos.
Tipos de lodos.
En el tratamiento de aguas residuales se producen distintos tipos de lodos dentro de cada uno de los procesos individuales, siendo éstos los siguientes:
43
Lodo crudo:El lodo crudo es aquel que no ha sido tratado ni estabilizado y que puede extraerse de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Lodo primario: Es producido durante los procesos de tratamiento primario de las aguas residuales. Eso sucede después de las mamparas y desarenado y consiste en productos no disueltos de las aguas residuales.
Lodo activado: Es la eliminación de toda la materia orgánica disuelta esto tiene lugar en el tratamiento biológico del agua.
Lodo activado de recirculación:El lodo activo de retorno que proviene del tanque de aireación biológica al clarificador final. Los flóculos de lodo activo sedimentan al fondo y pueden separarse del agua limpia residual. La mayoría del lodo que se lleva de nuevo al tanque de aireación se llama lodo activo de retorno.
Lodo secundario:Es aquel que sirve para alargar el tiempo de vida del proceso biológico; el exceso debe ser eliminado.
Lodo terciario:se produce a través de procesos de tratamiento posteriores añadiendo floculantes.
Estos tipos de lodos pueden ser empleados benéficamente después de ser sometidos a procesos de estabilización. Los lodos y los biosólidos tienen alto potencial de aprovechamiento agrícola debido a que mejoran los niveles de materia orgánica, de macro y micronutrientes entre los métodos para la estabilización de lodos para optimizar el uso agrícola se aplica para la elaboración de la composta, que es un proceso aerobio para estabilizar la materia orgánica de los lodos que reduce significativamente la concentración de bacterias y huevos de helminto generando así un producto con altos niveles de nutrientes para el mejoramiento del suelo.
Estabilización del lodo
La estabilización de los lodos tiene el objetivo de: reducir la presencia de patógenos; eliminar los olores desagradables; y, reducir o eliminar su potencial de putrefacción.
Los medios de estabilización más eficaces para alcanzar estos objetivos son: la reducción biológica del contenido de materia volátil; la oxidación química de la materia volátil; la adicción de agentes químicos para hacer que el lodo no sea adecuado para la supervivencia de microorganismos; y la aplicación de calor para la desinfección o esterilización del lodo. Las técnicas más utilizadas para la
44
estabilización de los lodos son: la digestión aerobia, digestión anaerobia, estabilización con cal, el tratamiento térmico y, el compostaje.
Digestión anaerobia
Este proceso de estabilización de lodos se basa en la degradación de la materia orgánica, en ausencia de oxígeno molecular. Es uno de los procesos más antiguos. La materia orgánica contenida en la mezcla de lodos primarios y secundarios, se convierte, principalmente, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2).
El proceso se desarrolla en un reactor completamente cerrado, donde se introducen los lodos, ya sea en forma continua o intermitente, permaneciendo dentro del reactor por tiempos considerables. El lodo estabilizado, extraído del reactor tiene una concentración reducida de materia orgánica y agentes patógenos vivos.
Tipos de digestores anaerobios
Los digestores utilizados se clasifican en reactores de baja carga y reactores de alta carga. En los digestores de baja carga, la mezcla de lodos no se calienta ni se mezcla su contenido, los tiempos de retención varían entre 30 y 60 días.
Los digestores de alta carga, al contrario disponen de dispositivos para calentar y mezclar el lodo contenido en el digestor. Los procesos para la mezcla de los lodos pueden ser mediante la recirculación de los gases, mezcladores mecánicos, bombeo o mezcladores con tubos de aspiración. El tiempo de retención para este tipo de digestores es generalmente menor a 15 días. Los dos procesos pueden combinarse en lo que se denomina proceso de doble etapa.
Gas producido
El gas producido en la digestión anaerobia de las aguas residuales domésticas contiene entre el 65 y 70% de metano y entre el 25 y 30% de dióxido de carbono, en mucha menor cantidad nitrógeno, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y otros.
El gas de digestión que tiene un poder calórico de aproximadamente 22,400 kJ/m³, (el gas natural tiene un poder calórico de 37,300 kJ/m³), puede ser utilizado como combustible.
Digestión aeróbica
La digestión aeróbica se utiliza generalmente para plantas con una capacidad relativamente baja. Las principales ventajas de la digestión aeróbica son: se consiguen menores concentraciones de DBO en el líquido sobrenadante: la
45
inversión inicial suele ser menor; se obtiene un producto final biológicamente estable, sin olores. Las desventajas pueden ser importantes, entre ellas: un mayor costo energético asociado al suministro del oxígeno necesario; las características del lodo digerido no son las mejores, para aplicarle la deshidratación mecánica. Se debe recordar también que la digestión anaeróbica también es muy delicada en cuanto a operación se refiere.
Espesado (concentración)
La función del espesado es la de aumentar la fracción sólida de los lodos, para reducir el costo de los tratamientos posteriores, reduciendo los volúmenes a ser procesados. Las técnicas usadas para el espesamiento son: por sedimentación o por gravedad, por flotación, y centrifugado.
Espesado por gravedad
El espesado por gravedad se efectúa en un tanque similar a un sedimentador, generalmente se construyen de forma redonda. Este procedimiento es más efectivo tratándose de lodo extraído del tratamiento primario. El lodo se deposita en el fondo desde donde se retira y se bombea a los digestores.
Espesado por flotación
Entre los varios procesos que se conocen para espesar el lodo por flotación el más utilizado es el que introduciendo una solución líquida a la que se ha introducido aire disuelto a presión. Cuando se reduce la presión del líquido, al introducir en el tanque de flotación, se crean pequeñas burbujas de aire que adhiriéndose al lodo lo hace flotar, donde es recogido con un desnatador. Este procedimiento es efectivo para el tratamiento de cultivo biológico en suspensión.
Espesado por centrifugación
Se utiliza para espesar y deshidratar, principalmente a los lodos activos.
Desinfección
Con el incremento de las exigencias de carácter ambiental, la normativa de calidad de lodos para ser devueltos al ambiente se ha ido incrementando, de la misma forma se han ido incrementando las exigencias en el monitoreo de la calidad de los lodos, tanto en su estado líquido como cuando están ya secos. Como consecuencia se han incrementado también las exigencias de desinfección de los lodos, como la última etapa del tratamiento, para eliminar los patógenos. Los medios más adecuados para desinfectar los lodos son: la pasteurización y el almacenamiento a largo plazo.
46
Pasteurización
La pasteurización se emplea principalmente en países donde la normativa establece explícitamente este procedimiento de desinfección de los lodos que se esparcen durante el período de crecimiento de las plantas, o sea, e primavera y verano. Presumiblemente el número de países que establezcan estos requisitos se irá incrementando en el futuro. Los equipos actualmente utilizados para la pasteurización de los lodos hacen inviable este procedimiento en países en desarrollo.
Almacenamiento a largo plazo
Generalmente el lodo líquido se puede almacenar en lagunas excavadas en el suelo, a la espera de condiciones propicias para ser aplicado al suelo, siempre que la composición química lo permita, o en estructuras diseñadas para su secado.
El lodo almacenado en lagunas aumenta su concentración, siempre y cuando la evaporación sea mayor que la precipitación, o, caso contrario, esté adecuadamente protegido. Los tiempos de retención en las lagunas excavadas, puede variar desde los 60 días, cuando la temperatura media es de 20°C, hasta 120 días, cuando la temperatura media es de 4°C.
Capítulo 2.
El CompostajeEl compostaje es una forma de tratamiento de residuos orgánicos sólidos o semisólidos, mediante el cual el residuo se descompone biológicamente bajo condiciones controladas de humedad, aireación, temperatura, composición química, porosidad, etc. El producto final del proceso, el compost, es un material estable, parecido al humus, que puede ser manipulado, almacenado y utilizado sin afectar adversamente al medio ambiente o al hombre y que en cambio mejora las propiedades del suelo, por ejemplo: mejora la estructura y aumenta la capacidad de retención de humedad del suelo; puede reducir los patógenos y aumentar la resistencia a plagas de los cultivos; el compost contiene nutrientes como nitrógeno y fósforo y algunos elementos traza (bajas concentraciones de metales como hierro, cobre etc.) necesarios para las plantas.
Existen múltiples definiciones del compostaje entre las cuales están las siguientes:
Proceso biológico controlado de transformación y valorización de substratos orgánicos en un producto estabilizado, higienizado, parecido a tierra vegetal y rico en sustancias húmicas.
47
H2O
Calor CO2
Descomposición biológica y estabilización de substratos orgánicos en las condiciones que permiten el desarrollo de temperaturas termófilas, resultado de una generación de energía calorífica de origen biológico, de la que se obtiene un producto final suficientemente estable para el almacenamiento, la utilización en los suelos sin impactos negativos sobre el entorno.
Técnica de estabilización y tratamiento de biodegradables, dirigida con prioridad a los sólidos y semisólidos; destruye, por temperatura, gérmenes y parásitos vectores de enfermedades y semillas de malas hiervas.
Es un proceso basado en una actividad biológica gracias a que una fase sólida orgánica:
a. Sirve de soporte físico y de matriz de intercambio de gases.b. Facilita los nutrientes orgánicos e inorgánicos y el agua.c. Aporta microorganismos endógenos.d. Recoge los residuos metabólicos generados y actúa como aislante
térmico. Compostar (transformación biológica de los residuos en condiciones
controladas) es gestionar los residuos orgánicos de una manera respetuosa con el entorno, involucrando y responsabilizando a la sociedad que los produce y dando al compost el destino adecuado.
48
Materia orgánica
Nutrientes
Minerales
agua
Microorganismos
Materia orgánica
Humus
minerales
Microrganismos
Composta que se utiliza como Cobertura de las pila
Material de compostaje Material abultante para distribuir
Compostaje en Pila Estática Aireada
El compostaje en pila estática aireada consiste en la disposición del material a compostar en pilas, o pequeñas montañas alargadas. El aire es proporcionado por ventiladores que pueden trabajar a succión o a descarga; en la parte inferior de la pila se colocan tuberías agujereadas a través de las cuales se recoge o descarga el aire. Se denomina al proceso estático pues una vez realizado el montaje no se altera, mientras que en otro sistema, conocido como pila estática con aireación por volteo no se utilizan los ventiladores y la aireación se proporciona por volteos mecánicos del material.
Figura 1. Esquema del compostaje en pila aireada
Altura de la pila puede
ser aproximadamente de 50
a 80 cm
El ancho puede variar de los 35 a 40 cm
Con este sistema usualmente se composta un material con alto contenido de humedad, como lodos de aguas residuales, por lo que se mezcla con la materia orgánica. A medida que transcurre el tiempo, cambios ocurren en el sistema, la materia orgánica es degradada biológicamente por microorganismos aerobios, agua contenida en el material de la composta se evapora al ambiente y la temperatura de la pila cambia.
49
Tabla 5. Parámetros para digestión aerobia
Parámetro Unidades Valor Notas
Edad de los lodos Días 15-20
Carga de ssv (kg/día) m3 1.6-4.8 - - -
Requerimientos de oxígeno
DBO5 en el lodo primario
Kg/O2 kg/ DBO5 1.6 – 1.9Destrucción del
30%-50%
ssv en lodo secundario
Kg/O2 kg/ssv 2.3Destrucción del
30%-50%
Fases del compostaje
El compostaje se desarrolla en dos fases (descomposición y maduración) que deben diferenciarse, claramente y tenerse en cuenta en el diseño de una planta por sencilla que sea, estableciendo, para cada una de ellas, dinámicas de control adecuadas.
La fase de descomposición depende totalmente del tipo de material a tratar y de las características del sistema a aplicar y este puede dividirse en tres etapas: una inicial: mesofílica, durante la cual diversas familias de microorganismos inician la descomposición de los compuestos fácilmente degradables, provocando un incremento de la temperatura y en la que el pH desciende debido a la formación de ácidos orgánicos. La etapa termofílica en la que van apareciendo los microorganismos termofílicos y en la que la temperatura supera los 40ºC. Si se alcanza los 60ºC los hongos se inactivan y la descomposición es llevada a cabo por actinomicetos y bacterias formadoras de esporas. Las sustancias fácilmente degradables, como azúcares, grasa, almidón y proteínas, son rápidamente consumidos y la mayoría de patógenos humanos y vegetales son destruidos; el pH se va alcalinizando al liberar amoníaco las proteínas; a su vez, la celulosa y ligninas son parcialmente alteradas. En la tercera etapa, la temperatura empieza a disminuir, hongos termofílicos reinvaden el material a compostar y la celulosa y hemicelulosa siguen sufriendo cierta transformación. Estas tres etapas duran de unas pocas semanas a varios meses dependiendo del material a compostar y de las condiciones de trabajo. La fase de descomposición es la más exigente del proceso y el no realizarla en condiciones adecuadas condiciona la continuación
50
del proceso, la aparición de problemas de lixiviados y malos olores, además de influir en la calidad del producto final.
La maduración depende del tipo de material que se ha tratado, pero su duración y las condiciones en que se deba llevar a cabo dependerán mucho del destino final del producto (en particular en el caso de fabricación de substratos) y como se hayan desarrollado las etapas anteriores. Requiere de pocas semanas a varios meses; en ella se genera mucho menos calor y el pH se mantiene ligeramente alcalino. En esta fase los microorganismos mesófilos, al igual que diversos tipos de microfauna colonizan el compost medio maduro. Se genera una intensa competición por los alimentos, formación de antibióticos y aparición de antagonismos; obteniéndose al final un producto, más o menos estable, según la duración de la última fase.
Condicionantes del proceso
Los lodos tienen una composición y unas características físicas poco adecuadas para el compostaje (exceso de agua y de nitrógeno; muy pastoso). Deben mezclarse con otros materiales de características complementarias:
Menor contenido en humedad y nitrógeno. Mejor estructura. Relación C/N equilibrada. Proporción adecuada en biopolímeros.
51
Es aconsejable mezclarlos con materiales residuales ricos en celulosa y ligninas y, por tanto, la relación C/N real es mucho menor; esto provoca fuertes desprendimientos de amoníaco y una incompleta transformación de la mezcla. El producto obtenido puede tener ciertos usos pero no se le puede considerar un material bien estabilizado. En otros casos, los lodos se mezclan con aserrín u otros restos carbonados de tamaño de partícula muy pequeño; en este caso la mezcla equilibra bien el contenido en agua y la relación C/N, pero carece de la suficiente aireación y pueden crearse problemas de anaerobiosis.
Lo más ventajosos seria poder mezclar con restos vegetales de distintos tamaños y composición, lo que permitiría por una parte, mejorar la aireación de la mezcla y, por otra, aportar el equilibrio en bioplímeros y relación C/N necesarias.
De acuerdo con el parámetro carbono, el compostaje se puede dividir en tres fases: ataque a compuestos solubles, ataque a polímeros y formación de humus. El nitrógeno es esencial para los microorganismos en la síntesis de proteínas. Si la relación C/N inicial es demasiado baja se producen pérdidas considerables de nitrógeno en forma de amoníaco. Si la relación C/N es demasiado alta el compostaje puede verse limitado por la falta de nitrógeno, la fermentación se alarga considerablemente hasta que el exceso de carbono es oxidado. Un residuo que tiene un contenido muy bajo en nitrógeno puede no ser empleado completamente por los microorganismos, en ese caso la generación de calor en la pila puede ser insuficiente. Se considera deseable una relación C/N entre 25-35 ya que para el desarrollo idóneo de los microorganismos es necesaria la presencia de 30 partes de carbono por cada parte de nitrógeno.
Aireación
El oxígeno es esencial para el metabolismo y la respiración de los microorganismos aerobios y para oxidar las moléculas orgánicas presentes en los residuos. No es deseable una descomposición anaeróbica durante el compostaje porque da lugar a una degradación incompleta y a olores inadecuados. La aireación minimiza los olores asociados con los procesos anaeróbicos y completa la descomposición de los subproductos anaeróbicos degradados parcialmente como ácidos orgánicos, los cuales pueden contribuir a la fitotoxicidad cuando el compost se utiliza finalmente. Por otro lado, un exceso de aireación, además de incrementar los gastos de producción, podría provocar una evaporación excesiva, que inhibiría la actividad microbiológica hasta parar el compostaje. La aireación debe mantenerse en unos niveles adecuados, debe variar a lo largo del proceso, siendo baja en fases mesófilas y alcanzando el máximo en la fase termófila. De forma previa al compostaje, es deseable el uso de un agente esponjante y
52
absorbente que mantenga un alto grado de humedad a la vez que sea resistente a la compactación así como a la degradación.
Capítulo 3.
Descripción de actividadesPara el desarrollo del proyecto del compostaje fue necesario realizar las siguientes actividades:
Hacer un recorrido por la planta Acuape, S.A de C.V., para conocer el proceso que se aplica desde el influente hasta su efluente.
Conocer los distintos análisis de laboratorio que se usan para cumplir con los requerimientos normativos.
Conocer toda la normativa aplicable para la operación de la planta así como para la disposición de lodos mediante la elaboración del compostaje.
Planificar y disponer del terrero para la elaboración de la base para la composta.
Búsqueda de materia prima (lodos generados por la planta, pasto, hojas o cualquier residuo de poda y viruta de madera.
Adecuación de los microorganismos para la descomposición de la materia orgánica.
Monitoreo y medición de las variantes de la composta. Prueba de la hortaliza para el aprovechamiento de la composta. Control y monitoreo del crecimiento de la hortaliza.
53
Diagrama de flujo de la planta tratadora Acuape S.A de C.V.
CÓMO LLEGA EL AGUA HASTA EL DESAGÜE SI NO PASA DEL DIGESTOR???No entiendo
54
Caja de llegada y cribado grueso
Cárcamo de bombeo
Desarenadores y cribado fino
Homogenizado
Coagulante y Floculante
Reactor BiológicoSedimentador
Espesado de Lodo
Digestor Aerobio
Tanque de Cloración
Tanque de Oxidación
Descarga al desagüe
Filtro Prensa
Disposición final de lodos
Tanque Selector
Normatividad aplicable
La normatividad aplicable se muestra en la siguiente tabla:
Noma Especificaciones
NOM-001-SEMARNAT-1996
Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales
NOM-002-SEMARNAT-1996
Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal
NOM-003-SEMARNAT-1997
Establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se rehúsen en servicios al publico
NOM-004- SEMARNAT-2002
Lodos y Biosólidos.- Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final.
NMX-AA-003- SEMARNAT-1980Procedimiento para muestreo en aguas residuales
NMX-AA-008-SCFI-2011Determinación de conductividad método de prueba
NMX-AA-093-SCFI-SCFI-2000Determinación de pH método de prueba
NMX-AA-012-1980Determinación de oxígeno disuelto en aguas residuales.
55
Actividades desempeñadas en el laboratorio para el control de
parámetros de la planta tratadora de agua residual Acuapue, S.A
de C.V.
Las actividades que se realizan para la medición de parámetros en la planta tratadora de agua residual, son las siguientes:
Preparación de muestras compuestas, Medición de sólidos sedimentables totales (SDT. Medición de sólidos suspendidos totales (SST). Ph. Conductividad. Oxígeno disuelto.
Preparación de muestras compuestas.
Una muestra compuesta, refiriéndonos a agua, es una combinación de muestras individuales de agua o agua residual tomadas a intervalos predeterminados a fin de minimizar los efectos de variabilidad de la muestra individual. La función de las muestras compuestas es la de minimizar el efecto de las variaciones puntuales de la concentración de los elementos que se están analizando. Generalmente son recogidas en el mismo sitio. El volumen de las submuestras individuales que componen la muestra compuesta puede ser igual o proporcional al caudal al momento de extracción de la muestra.
Las muestras compuestas generalmente sólo se utilizan para determinar parámetros de calidad del agua que no cambian bajo las condiciones de muestreo, preservación y almacenamiento de las submuestras.
La muestra compuesta puede formarse de dos maneras diferentes:
Mediante una colección de muestras instantáneas individuales obtenidas a intervalos regulares. Por ejemplo, con una submuestra obtenida cada 2 h durante 24 h. En el muestreo compuesto por tiempo, se toman las muestras en intervalos iguales de tiempo y se combinan en proporción a la relación de flujo cuando se tomó la muestra.
Mediante una colección de muestras instantáneas individuales obtenidas cuando se haya producido un determinado flujo, independientemente del tiempo necesario para acumular dicho flujo. Por ejemplo, cada submuestra es retirada a cada 1000 L de agua residual procesada.
56
El análisis de la muestra compuesta se puede hacer de dos formas:
Cada muestra instantánea individual se combina con las otras y se analiza el agua derivada de la combinación de las sub muestras.
Cada muestra instantánea individual se analiza separadamente y luego se promedian los resultados.
Muestreo está diseñado para ser representativo de las condiciones del efluente, reflejando las condiciones generales durante el período de muestreo, para lo cual podemos considerar la siguiente norma:
NOM-001-SEMARNAT-1996: Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales y en aguas de bines nacionales.
En Cada una de las normas estipula el número de muestras que deben ser tomadas por el intervalo de tiempo que trabaje la planta tratadora de agua residual, misma que es presentada en la siguiente tabla:
Frecuencia de muestreo
Horas del día que opera el proceso de
descarga
Número de muestras simples
Intervalos entre tomas de muestras simple
Mínimo Máximo
Menor que 4 Mínimo 2 - -
De 4 a 8 4 1 2
Mayor que 8 y hasta 12 4 2 3
Mayor que 12 y hasta 18
6 2 3
Mayor que 18 y hasta 24
6 3 4
57
Para formar la muestra compuesta, el volumen de cada una de las muestras simples debe ser proporcional al caudal de la descarga en el momento de su toma y se determina con la siguiente ecuación:
VMSi=VMC x QiQt
VMSI: Volumen de cada una de las muestras simples.
VMC: Volumen de la muestra compuesta necesario para realizar la totalidad de los análisis del laboratorio.
Qi: Caudal medio en la descarga en el momento de tomar la muestra simple.
QT: Sumatoria de todos los caudales medios.
A continuación se muestra un ejemplo para determinar los mililitros necesarios para preparar la muestra compuesta.
Número de muestra Caudal (L/S)
1 42.89
2 44.32
3 45.30
4 42.22
5 41.40
6 47.89
La muestra será de 1.5 litros y por consiguiente, los cálculos para la muestra aplicando la siguiente fórmula, son:
VMSi=VMC x QiQt
Formula Resultados en ml
58
(42.89/264.02) *1.5 *1000 243.675
(44.32/264.02) *1.5 *1000 251.800
(45.30/264.02) *1.5 *1000 257.399
(42.22/264.02) *1.5 *1000 239.877
(41.40/264.02) *1.5 *1000 235.209
(47.89/264.02) *1.5 *1000 272.081
Sólidos disueltos totales (SDT)
Los sólidos disueltos totales (SDT) comprenden las sales inorgánicas (principalmente de calcio, magnesio, potasio y sodio, bicarbonatos, cloruros y sulfatos) y pequeñas cantidades de materia orgánica que están disueltas en el agua. Los SDT presentes en el agua de consumo proceden de fuentes naturales, aguas residuales, escorrentía urbana y aguas residuales industriales
La materia sedimentable se define como la cantidad de sólidos que en un tiempo determinado se depositan en el fondo de un recipiente en condiciones estáticas. El método propuesto es volumétrico.
1. Determinación de sólidos disueltos totales
Procedimiento
59
Mezclar la muestra original a fin de asegurar una distribución homogénea de sólidos suspendidos a través de todo el cuerpo del líquido.
Colocar la muestra bien mezclada en un cono Imhoff hasta la marca de 1 L.
Dejar sedimentar 45 min, una vez transcurrido este tiempo agitar suavemente los lados del cono con un agitador o mediante rotación, mantener en reposo 15 min más y registrar el volumen de sólidos sedimentables del cono como mL/L. Si la materia sedimentable contiene bolsas de líquido y/o burbujas de aire entre partículas gruesas, evaluar el volumen de aquellas y restar del volumen de sólidos sedimentados.
En caso de producirse una separación de materiales sedimentables y flotables, no deben valorarse estos últimos como material sedimentable y tomar directamente la lectura de sólidos sedimentables del cono Imhoff. Reportar la lectura obtenida en mL/L.
Determinación de sólidos sedimentables aplicables en los
reactores biológicos
2.Prueba de sólidos en los dos reactores
Considerando el procedimiento anterior, las muestras que se han tomado de los reactores nos sirven para determinar la sedimentación de los lodos y saber en qué etapa se encuentran éstos (lodo viejo o tierno), al igual que los sólidos sedimentables se vierten en un cono imhoff y se toma la cantidad de lodo que sedimenta cada 5 minutos por un lapso de una hora. Transcurrido este tiempo se separa de la parte clarificada el lodo sobrenadante el cual se lee en espectrofotómetro, los resultados obtenidos durante el lapso de una hora son
60
pasados a un formato en el cual se grafica el comportamiento del lodo día a día,esto con el fin de mantener un control en la recirculación de lodos.
Toma de muestras
Para la recolección de las muestras de lodo se utilizan recipientes de plástico con tapa-rosca para que no haya pérdidas y pueda ser más representativa.
Los puntos de muestro se muestran en el siguiente diagrama:
Las muestras son tomadas en las caídas de los reactores ya que por el efluente llegan homogenizados todos los sólidos contenidos, para la toma se coloca una jarra de plástico con una vara de 2 metros de largo (aproximadamente) y se sumerge hasta que la jarra se llene por completo y que se desborde para quitar la nata que se produce, después ya se vacía en el frasco y se cierra completamente hasta que se hagan las lecturas correspondientes
Determinación de sólidos por método de espectrofotometría
Se determina el contenido de sólidos suspendidos totales presentes en una muestra de agua. Los sólidos en suspensión son aquellos que se encuentran en el agua sin estar disueltos en ellas, pueden ser sedimentables o no.
El espectrofotómetro, es un instrumento usado en el análisis químico que sirve para medir qué cantidad hay en una muestra. Este instrumento proyecta un haz de luz monocromática a través de una muestra y mide la cantidad de luz absorbida por la muestra. Esto permite realizar dos funciones:
Dar información sobre la naturaleza de la sustancia de la muestra. Indicar indirectamente qué cantidad de la sustancia que nos interesa es la
que se da en el análisis.
Celda del espectrofotómetro: Recipiente de vidrio que se utiliza en el laboratorio para depositar la muestra que se desea analizar.
61
Reactor 1 Reactor 2
Caída Caída
Punto de muestreo
Sólidos en suspensión: Se definen como la porción no acuosa de sustancias no disueltas que existen en el agua.
Procedimiento Calibrar el espectrofotómetro con agua destilada para que la marcación sea
libre de sólidos disueltos (0 mg/L) Preparar la muestra que se quiere analizar. Agitar la muestra hasta que esté bien homogenizada. Extraer 10 ml de la muestra y adicionar en la celda del espectrofotómetro. Tomar resultados.
Medición de pH
En la mayoría de los procesos industriales es muy importante el control de los niveles de pH que presenten los productos que son elaborados o las soluciones que serán utilizadas para alguna parte del proceso. Su medición se emplea normalmente como indicador de calidad, es por ello que su regulación es muy importante. Hay que tener en cuenta que un valor distinto de la consigna puede causar acidez de la solución o activación de bacterias (para el caso de la industria cervecera) y por ello es necesario que se trabaje con rechazo a disturbios, y así evitar variaciones en las consignas buscadas en el proceso. Los valores altos y bajos de pH son tóxicos para organismos acuáticos, ya sea directamente o indirectamente. Es el parámetro más importante utilizado en la evaluación de las propiedades corrosivas de un medio ambiente acuático.
Asimismo, es importante para el funcionamiento efectivo de los procesos de tratamiento de aguas y su control
Toma de muestrasEl valor de pH puede cambiar rápidamente en la muestra de agua como resultado de procesos químicos, físicos o biológicos. Por esta razón, mida el pH lo más rápidamente posible sin exceder 6 h después de la toma de muestra.
ProcedimientoSe mide la temperatura de las disoluciones amortiguadoras de pH y se ajusta el control de la temperatura del potenciómetro. De acuerdo con las instrucciones del fabricante, se considera la posibilidad del punto isopotencial. Las disoluciones amortiguadoras de pH y las muestras deben tener la misma temperatura, cuando sea posible.
Calibración en dos puntosEl pH-metro realiza la medida del pH por un método potenciométrico. Este método se basa en el hecho de que entre dos disoluciones con distinta [H+] se establece
62
una diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial determina que cuando las dos disoluciones se ponen en contacto se produzca un flujo de H+, o en otras palabras, una corriente eléctrica. En la práctica, la medida del pH es relativa, ya que no se determina directamente la concentración de H+, sino que se compara el pH de una muestra con el de una disolución patrón de pH conocido.
Para ello se utiliza un electrodo de pH. Cuando el electrodo entra en contacto con la disolución se establece un potencial a través de la membrana de vidrio que recubre el electrodo. Este potencial varía según el pH. Para determinar el valor del pH se necesita un electrodo de referencia, cuyo potencial no varía. El electrodo de referencia puede ser externo o puede estar integrado en el electrodo de pH.
Lave el electrodo con agua y sumérjalo en la disoluciónamortiguadora. Agite la disolución suavemente con el electrodo y permita que la disolución
repose (tome la lectura sin agitación). Deben elegirse las disoluciones amortiguadora para pH conocido para
calibra los intervalos que se tienen en la muestra. El punto de iso-potencial debe caer en un intervalo de los valores exactos
de las soluciones amortiguadoras para la calibración del equipo.
3.Calibración del potenciómetro en dos puntos
Determinación de oxígeno disuelto
La determinación de oxígeno disuelto es muy importante en una planta biológica porque permite medir la cantidad de oxigeno que está presente en los reactores biológicos ya que es un control donde los microorganismos puedan desarrollarse fácilmente es importante medir el oxígeno disuelto con mayor frecuencia.
Los parámetros para la determinación de oxigeno es muy variado ya que depende de los tipos de microorganismos que se encuentren en los reactores bilógicos para degradar la materia orgánica entre sus valores aproximados están entre 1 a 2.5 mg/l de oxígeno disuelto.
63
También es importante verificar el oxígeno disuelto en el agua que ya ha sido tratada ya que puede afectar de manera perjudicial a la vida acuática por eso los intervalos que se requieren para los tanques selectores menor a 0.3, en clarificadores de 1 a 1.5 ,en tanque de oxidación de 1 a 1.7.
ProcedimientoHay muchas maneras que se puede determinar el oxígeno disuelto pero para una planta tratadora de agua residual de tamaño considerable lo más recomendado es tomarla de manera directa con un dispositivo adecuado para esas medidas parecido al potenciómetro la membrana que utiliza para la medición de oxígeno disuelto lleva consigo sulfato de sodio para que las partículas ionicen e indiquen la medición en el tablero
MuestreoPara el control de oxígeno disuelto se toman varias mediciones en los distintos puntos donde hay vida bacteriana los cuales se muestran a continuación.
Puntos de muestreo
64
Tanque selector
Reactor 1
Clarificador 1
Tanque de oxidación
Reactor 2
Clarificador 2
2
Capítulo 4.
Elaboración del compostaje.En los primeros pasos para la elaboración del compostaje se dispuso de un terreno de 2 metros de ancho por 4 de largo, el terreno se encontraba con pasto y hojas. Sobre éste se colocó una bolsa de plástico y, para cubrir la composta, un techo fabricado a partir de unos tubos para sostener una lona del mismo ancho y largo.
Para la preparación de la composta, se reunieron materiales de poda como materia orgánica y aserrín para la conservación de la humedad adicionando el lodo residual originado de la planta de tratamiento de agua residual Acuape, S.A de C.V., y se colocaron en forma de capas para una mejor distribución de los materiales, teniendo como finalidad 5 camas de todos los materiales ya mencionados; para terminar se mezclaron todos los materiales para que la biodegradación se diera de manera uniforme.
4. Composta ya homogenizada para la descomposición de los microorganismos
Evolución de la composta
Para que la composta tenga su máxima tasa de biodegradación tiene que pasar por varios procesos termofónicos los cuales se dividen en tres etapas:
Etapas del proceso
Las etapas están muy relacionadas con la temperatura y pueden dividirse en tres periodos:
Etapa mesófila Etapa termófila Etapa de maduración
65
1 Fase mesófila
2 Fase termófila
3 Fase mesófila
4 Fase de maduración
Tiempo
66
Etapa mesófila:Durante esta etapa predominan los microorganismos mesófilos, los cuales poseen una temperatura óptima de entre 15 – 45ºC. Estos actúan rápidamente sobre los compuestos solubles y de fácil degradación, aumentando la acidificación del medio. El calor que producen causa que la temperatura del compost comience a aumentar rápidamente, llegando a los 40°C, lo que provoca que los microorganismos mesófilos se conviertan en menos competitivos y comiencen a actuar los termófilos.
5. Composta en su primera
fase
Etapa termófila: Se produce a 60-70ºC y predominan los microorganismos termófilos, los cuales descomponen los compuestos más resistentes que poseen un mayor contenido de tejidos orgánicos. En esta etapa se destruyen los microorganismos patógenos y disminuye la actividad microbiana.
6.
Composta en su segunda fase
67
Etapa de maduración: Escasean los nutrientes y desciende la actividad bacteriana. En esta etapa predominan los hongos que son los encargados de degradar el material más resistente cuando las temperaturas son moderadas y los sustratos son polímeros complejos.
7. Composta en su tercera fase
Todo el proceso se llevó a cabo en un mes (4 semanas), y para monitorear las etapas de su maduración se tomaron las temperaturas, las cuales se presentan a continuación:
68
Toma de temperaturas en diferentes puntos de la composta
semana 1-2
69
1
7
56
2
4
10
9
8
3
70
Puntos Temperaturas
1 25°C
2 20°C
3 20°C
4 22°C
5 24°C
6 20°C
7 21°C
8 23°C
9 22°C
10 20°C
Temperatura promedio 21.7°C
Toma de temperatura en los distintos puntos de la composta
semana de 2-3
Puntos Temperaturas
1 48°C
2 45°C
3 37°C
4 44°C
5 42°C
6 32°C
7 40°C
8 30°C
9 31°C
10 28°C
Temperatura promedio 37.7°C
71
7
3
2
1
46 5
10
9
8
54
72
1
63
Toma de temperaturas en los distintos puntos en la composta
semana 3-4
Puntos Temperaturas
1 23 °C
2 21 °C
3 20 °C
4 20 °C
5 20 °C
6 30 °C
7 32 °C
Temperatura promedio 24°C
Una vez ya terminada la etapa de biodegradación para determinar si la composta puede ser utilizada, se verifican algunas características físicas las cuales pueden determinar su fase de maduración y que son básicamente el color y el olor: el material toma un color café obscuro muy parecido a la tierra y, el olor es a tierra mojada.
Capítulo 5.1. Para la realización de la prueba se dispuso un terreno de 2 metros de largo por 2 de ancho y se dividió en 4
72
partes, limpiando toda la yerba mala para que no impidiera su crecimiento. En 2 secciones se sembraron zanahoria y en las restantes, cebolla, suministrándose a una de las secciones de zanahoria y de cebolla, tierra de composta para su fertilización, mientras que las otras dos partes se les dejó la tierra sola.
8.Terreno preparado para la siembra
2. Para el proceso del sembrado se fue colocando de dos a 3 semillas de zanahoria y cebolla a una distancia de 2 a 3 cm y a una profundidad de 2 cm aproximadamente.
9.Terreno sembrado con y sin composta
Prueba de la hortaliza para el aprovechamiento de la compostaPara la prueba se utilizaron semillas de zanahoria y cebolla, porque la semilla necesita aportaciones de hidrógeno y fósforo los cuales ayudaran al experimento ya que, se supone que la composta proporciona esos nutrientes; además, esas semillas crecen de manera óptima en la temporada de verano.
73
Crecimiento y desarrollo de la hortaliza.
Tiempo de germinación y crecimiento de la zanahoria y de la cebolla.El tiempo prolongado para la germinación de la zanahoria es variado en las distintas épocas de año, lo más recomendable para que su crecimiento sea favorable es a principios de verano ya que la zanahoria necesita grandes cantidades de humedad para su desarrollo. El tiempo normal de crecimiento es de 10 a 15 días para que la semilla haga los primeros inicios de germinación añadiendo entre 16 a 25 días para que pueda madurar perfectamente.En el caso de la cebolla su época de germinación para que pueda crecer favorablemente son las épocas donde no haya tanta humedad y que el terreno sea suave, en esas condiciones el crecimiento es de 15 a 20 días para que la semilla empiece a germinar añadiendo entre 25 a 35 días para su completa maduración.
En la siguiente tabla se muestra el crecimiento y maduración de cada semana de la hortaliza con los diferentes cultivos de zanahoria y cebolla con y sin composta.
74
3. Una vez sembradas las semillas se regaron durante un periodo de 9 días hasta que la semilla germinara.
El tiempo de riego fue variado debido a que fueron días de lluvia y con la humedad presente fue suficiente. Finalmente se dejó de regar hasta que la cebolla y la zanahoria alcanzaron su etapa de maduración.
10, 11.inicio de germinación
Control de crecimiento de la zanahoria
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
1 Al inicio del sembrado se regó la hortaliza con gran cantidad de agua en los dos sembradíos: uno que contiene una capa delgada de composta y otro que solo se retiró la mala hierba. Como se puede apreciar, se muestra claramente que las semillas están dando los primeros brotes en un periodo aproximado de entre 7 a 8 días mientras que se necesita más tiempo para que empiece a germinar la semilla.
12. 13.
75
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
2 La hortaliza con la composta empieza a ver más semillas germinadas en los días 9 y 15. Mientras que la que no tiene composta empieza a tener pocas semillas ya germinadas.
14. 15.
3 En kla hortaliza con la composta empieza a haber más semillas germinadas en los días 9 y 15. Mientras que la que no tiene composta tiene pocas semillas ya germinadas.
16. 17.
76
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
4 La semana 4 la hortaliza ya empieza a tener cambios significativos ya que en la sección donde tiene composta el tallo de la zanahoria empieza a crecer de tamaño. En la segunda hortaliza, la planta aún tiene un tamaño pequeño en comparación con la hortaliza anterior.
18. 19.
5 En la época de lluvia que es más favorable para el crecimiento de la zanahoria, ésta presenta poco crecimiento aún con las condiciones favorables. En el otro terrero, con la ayuda de la composta el crecimiento es más acelerado y presenta buena salud.
20. 21.
77
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
6 El crecimiento en el tallo en la hortaliza con la capa de composta tiene un tamaño que como se aprecia, se acerca a la fase de maduración y ya empieza a tener más semillas germinadas. En la otra hortaliza sin composta ya empieza a crecer pero en pocas cantidades.
22. 22.
7 El crecimiento de la hortaliza empieza a tener más semillas por geminar. Aunque el tiempo de maduración todavía no llega a su etapa final, empieza a tener buen aspecto. En la otra, los tallos ya son más visibles pero en poca cantidad
23. 24.
78
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
8 En la semana 8 hubo poca humedad pero el crecimiento se veía de manera favorable en la hortaliza aunque no se presentan grandes diferencias para ninguna de las dos hortalizas.
25, 26.
9 Todavía no presenta mucha diferencia porque hay poca presencia de humedad pero hay más madurez en que tiene la composta que en la que no tiene.
27. 28.
79
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
10 No se presentan grandes cambios en ambas hortalizas a los ya observados con anterioridad.
29. 30.
11 Al tener más presencia de humedad la semilla pudo absorber grandes cantidades de agua lo que mejoró el aspecto y el crecimiento para ambas, aunque es clara la diferencia, que la composta ha ayudado enormemente en el crecimiento de las semillas de zanahoria.
31. 32.
80
Semana DescripciónHortaliza de Zanahoria con
compostaHortaliza de Zanahoria sin
composta
12 El resultado, final fue satisfactorio con el uso de la composta haciendo que la zanahoria se vea sana y de buen color más que el crecimiento no fue el óptimo debido a que el terreno no permitió enraizar.
En la otra hortaliza no se pudo cosechar debido al tamaño del tallo y que no pudo finalizar su periodo de maduración.
33. 34.
81
Control de crecimiento de la cebolla
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
1 En la primera semana se colocó una capa delgada de composta en una de las secciones, y en la otra solo se quedó con la capa de tierra que se encontraba en el terreno, la cual se humedeció lo suficiente para que la semilla empezara a germinar.
35. 36.
82
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
2 Se observa poca presencia de germinación en la hortaliza que tiene composta mientras que en la otra hay ausencia de semillas germinadas.
37. 38.
3 Ya empieza a haber semillas germinadas en la que tiene composta.
En la otra solo hay crecimiento de pasto.
39. 40.
83
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
4 No hay cambios significativos.
41. 42.
5 En la semana 5, como estuvo lloviendo de manera constante, el tallo de la cebolla empieza a crecer en la sección con composta.
En la segunda hortaliza, apenas están brotando las semillas.
43. 44.
84
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
6 El tallo está creciendo y apenas se puede apreciar.
En el otro, aún se está formando el tallo.
45. 46.
7 Comienza a tener el tallo más grueso y largo en ambos, pero con el de la composta hay mayor cantidad que el que no tiene.
47. 48.
85
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
8 En la semana 8 no hubo días lluviosos lo cual afectó el crecimiento de la cebolla pero se aprecia la diferencia en los tallos de ambas hortalizas, lo cual indica que el que tiene composta retuvo más humedad que la otra.
49. 50.
9 Hay mayor presencia de cebolla, y el tallo ya empieza a estar más maduro.
En la otra el clima afectó severamente a la hortaliza.
51. 52.
86
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
10 Se aprecian mejorías conforme al color y el grosor de tallo en la que cuenta con composta.
En la que no tiene composta, sigue con poca presencia de cebolla, lo que es indicativo de que es pérdida total
53. 54.
11 El tallo ya se encuentra en la altura máxima. Solo falta esperar que la cebolla esté lista para ser removida.
La otra, es pérdida total solo creció pasto.
55. 56.
12 El resultado, final fue satisfactorio con el uso de
57. 58.
87
Semana
Descripción Hortaliza de cebolla con composta Hortaliza de cebolla sin composta
la composta haciendo que la cebolla se vea sana y de buen color más que el crecimiento no fue el óptimo debido a que el terreno no permitió enraizar. Mientras que en la otra hortaliza es cultivo perdido, porque no hubo crecimiento alguno acepto pasto.
57.
88
Sugerencias
Para la elaboración de la composta lo más recomendable en temporada de lluvias es elevar y tapar la composta, haciendo una elevación con una tarima de maderay taparla con un toldo o lona para que no llegue a filtrar el agua, ya que afecta a los microorganismos que no se adaptan y como consecuencia, no llegar a las etapas de biodegradación. En caso de que se filtrara el agua, se recomienda poner capas de aserrín para que absorba la mayor cantidad de agua. También se requiere estar aireando la composta para que no genere malos olores y los microorganismos tengan suficiente oxígeno para poder vivir; la aireación puede ser tres veces por semana.
Para la prueba de las hortalizas, es recomendable buscar alguna fruta o verdura que se dé en la temporada del año en la que se quiere efectuar la prueba, así como limpiar el terreno hasta que sólo quede tierra y verificar que no quede ninguna raíz de hierba para que no impida el crecimiento de lo que se esté sembrando.
Mezclar inicialmente el biosólido y el material de poda y posteriormente incorporar el material de poda y conservar la humedad. Asimismo, mantener alturas mayores o iguales a 1.0 metro aproximadamente y tener el tamaño de la viruta sea inferior o igual a 5 cm y el residuo de poda deberá ser previamente triturado y garantizar que la composta esté cercada y libre de acceso a animales.
89
Conclusiones
La composta obtenida con los lodos activados provee nutrientes al suelo que ayudan al crecimiento y mejora del terreno. Al comparar las hortalizas, se puede apreciar claramente que la composta ayudó a la semilla a crecer más rápido en comparación con las que no la tuvieron, teniendo un cultivo sano. Está claro que se requiere hacer estudios para garantizar que el compost ya no contenga ningún tipo de patógenos, para así usar y utilizar el compostaje de manera segura. Pero es evidente que es un producto de calidad y que puede servir al campo de manera exitosa, aprovechándose y evitándose su disposición inadecuada.
90
Bibliografía
Operación y Mantenimiento de Plantas de tratamientos de aguas residuales con el proceso de lodo activo (2013). [En Línea]. Guadalajara, México. Disponible en: http://www.ceajalisco.gob.mx/publicaciones/pdf/plantas_tratam_tomo2.pdf [2014. 10 de Junio].
Moreno Casco, Joaquín. (2008). Compostaje (1ed). México: Mundi prensa. Metcalf y Eddy. (2002). Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido
y reutilización. México: Mc-Graw-Hill. NOM-001-SEMARNAT México. Establece los límites máximos permisibles
de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales 1996, 23 de abril de 2003 35 p.
NOM-002-SEMARNAT México. Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal.
NOM-003-SEMARNAT, México. Establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se rehúsen en servicios al público, 1997, 23 de abril de 2003 17 p
NOM-004-SEMARNAT. México, Lodos y Biosólidos.- Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. 2002 .24 de septiembre de 2002 44 p
91