Tratamiento secundario de agua – Tratamiento biológico

El tratamiento de agua residual es una actividad importante para el cumplimiento regulatorio de las industrias, la reducción de impactos ambientales, y la ecoeficiencia. En un artículo anterior, se describieron de manera breve los procesos del tratamiento primario de aguas residuales, el cual se enfoca en la remoción física de sólidos y partículas suspendidas en el agua. En este texto, se tratará la parte siguiente del tratamiento de agua residual: el tratamiento secundario de tipo biológico.

Reactor de lodos activados aireado

Esta sección del proceso de tratamiento de aguas tiene por objetivo la estabilización de ciertos componentes de interés en el agua residual, para la eventual remoción de los productos estables. Estos pasos se pueden agrupar de la siguiente manera: oxidación aeróbica (reducción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno: la cantidad de oxígeno que necesitan las bacterias para degradar la materia orgánica en 5 días), nitrificación, desnitrificación, remoción de fósforo, y la formación de flóculos de bacteria (Abu Shmeis, 2018).

En este proceso se emplean bacterias con la capacidad de digerir ciertos compuestos en el agua residual. Debido a la sensibilidad de las poblaciones bacterianas es importante que en estos procesos se tenga un control estricto del pH y la temperatura (cuyos rangos aceptables dependen de la especie de bacteria usada en el proceso); adicionado a un control de las variaciones frecuentes en la temperatura (Theodore, y otros, 2019).

Representación del tratamiento secundario de aguas residuales

Para el correcto funcionamiento del tratamiento secundario, es necesario proveer a las bacterias de los nutrientes necesarios. Los seres vivos necesitan de macro- y micronutrientes. Los macronutrientes son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre; la mayor parte de aguas residuales contienen los primeros tres, por lo que es común agregar solventes ricos en fósforo, azufre y nitrógeno al agua para que las colonias bacterianas se desarrollen de manera saludable. También, puede darse el caso que se requiera adicionar el agua con vitaminas (micronutrientes), aunque de manera general no se necesita, ya que las bacterias normalmente son capaces de producirlas por si mismas a partir de los contenidos del agua residual (Theodore, y otros, 2019).

Entonces, los pasos del proceso de tratamiento secundario constan de uno o varios biorreactores en los cuales se llevan a cabo las actividades descritas anteriormente. Existen dos tipos de reactor para estos procesos: los de crecimiento suspendido y los de película fija. La principal diferencia de los dos tipos es la movilidad de las colonias de bacterias dentro de ellos: en los de crecimiento suspendido, las bacterias se mueven a través del reactor junto con el agua residual; mientras que en los de película fija, los microbios se mantienen estáticos en algún medio fijo tal como gránulos de plástico, tablas de madera, etc. (Theodore, y otros, 2019).

El tipo de reactor más usado es el de crecimiento suspendido, específicamente la variante llamada “reactor de lodos activados”. En estos procesos, se combina el uso de un reactor con el de un clarificador, el cual permite la separación de los lodos del agua tratada, para que parte de estos pueda ser recirculada al reactor mientras que el resto es removido. Los lodos son la materia orgánica correspondiente a los productos del metabolismo de las bacterias; así como a bacterias agotadas, estos materiales requieren de una disposición final especial para evitar la contaminación. También, es importante la implementación de un sistema de aireación, que mezcle y provea de oxígeno disuelto el agua residual en el reactor  (Theodore, y otros, 2019).

Diagrama de un sistema de lodos activados

Para continuar, lo que determina la estabilización y eliminación de ciertos compuestos en el sistema son las condiciones de operación, tales como la presencia de oxígeno disuelto y la materia que se añade como agente receptor o donador de electrones. Por ejemplo, para la nitrificación (un paso intermedio en la remoción de nitrógeno) y la oxidación aeróbica, se agrega oxígeno como agente receptor (en forma de aire suministrado a través de los sopladores), para que las bacterias aeróbicas digieran la materia orgánica presente y formen dióxido de carbono y nitratos (Theodore, y otros, 2019).

En contraste, para la desnitrificación se usa un tanque sin aireación (anóxico), y se añade un solvente orgánico (usualmente metanol) para que actúe como donador de electrones mientras que los nitratos se convierten en los receptores. Mediante la operación de ambos procesos, se logra la remoción de la mayoría del contenido de carbono y nitrógeno totales en el agua residual (Theodore, y otros, 2019). Incluso, parte de las sustancias que no son metabolizadas por las bacterias quedan atrapadas en los flóculos formados por estas y son removidas a través de los lodos (Abu Shmeis, 2018).

Instalación de mezclador en un tanque anóxico

En conclusión, el proceso de tratamiento secundario de aguas es importante para remover la mayor cantidad de contaminantes de origen orgánico presentes en el agua residual. Es un paso vital para el cumplimiento regulatorio en materia ambiental de las empresas. Existen varios tipos de reactores los cuales se pueden adecuar y combinar para lograr la remoción efectiva de los contaminantes que se encuentren en las aguas a tratar.

Referencias:

Abu Shmeis, R. (2018). Fundamentals of Quorum Sensing, Analytical Methods and Applications in Membrane Bioreactors. Comprehensive Analytical Chemistry.

Theodore, L., Farber, P., Weiss, K., Heermann, M., D'Aquino, R., McKenna, J., . . . Thorneloe, S. (2019). Waste Management. En D. Green, & M. Southard, Perry's Chemical Engineers' Handbook. United States: McGraw-Hill.