Oxígeno adecuado para los procesos aerobios

Mucha gente considera indeseables a los microorganismos presentes en el agua residual. De forma natural las bacterias, hongos, protozoarios, y rotíferos luchan por el consumo de los compuestos presentes. Los biorreactores de las plantas de tratamiento de agua residual proporcionan las condiciones óptimas para que estos microorganismos ayuden a la eliminación de residuos. La aplicación del oxígeno adecuado en estos equipos es fundamental para que los microorganismos conviertan la materia orgánica biodegradable en lodos que se puedan retirar más fácilmente.

De todos los microorganismos presentes en el agua residual, solo una pequeña parte de ellos son patógenos. El tratamiento aeróbico del agua residual aprovecha el crecimiento y proliferación de estos microorganismos como un medio útil para purificar el agua. La oxidación de los compuestos orgánicos para formar bióxido de carbono es el proceso que se aprovecha para la conversión requerida. La comprensión de la proporción adecuada de microorganismos aeróbicos, compuestos orgánicos solubles y el oxígeno disuelto para lograr una oxidación eficaz de los compuestos orgánicos, es una de las principales tareas de los ingenieros encargados de la operación de las plantas de tratamiento de aguas residuales.

El oxígeno es un parámetro que debe analizarse en todos los sistemas de tratamiento de aguas residuales convencionales antes, durante y después del proceso. Mientras que durante el proceso del tratamiento el oxígeno interviene en una de las etapas principales, también es importante medirlo en el agua residual del influente y después de tratada porque existe un análisis que determina la potencial carga orgánica del agua. Una planta de tratamiento típica consta de varias etapas con la finalidad de obtener una descarga de agua lo más inocua posible para la salud humana y para el ambiente; en cada una se busca ir disminuyendo cada vez más la carga de materia orgánica, microorganismos y compuestos tóxicos mediante procesos físico-químicos.

Un sistema de tratamiento de aguas urbanas que trata aguas de uso público y de zonas industriales generalmente consta de cuatro etapas: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario o avanzado.

El tratamiento secundario es aquel donde interviene una combinación de métodos físicos y biológicos (aeróbicos y anaeróbicos). Su objetivo es remover sólidos de menor tamaño que aquellos que se pudieron eliminar en las etapas anteriores y descomponer compuestos orgánicos potencialmente peligrosos. Por su naturaleza el tratamiento secundario es más complejo que el primario y depende de variables externas como el clima y variables controlables como el oxígeno disuelto (OD) y la temperatura de la descarga, que son factores determinantes para que el rendimiento de esta etapa sea el esperado y se obtenga un agua tratada óptima. A grandes rasgos, el tratamiento secundario consta del uso de filtros finos y filtros biológicos con películas bacterianas, además de procesos aeróbicos y anaeróbicos artificiales (tanques o reactores) y naturales, en donde es vital controlar los niveles de OD para favorecer la degradación de materia orgánica por los microorganismos.

El metabolismo es la suma de los procesos bioquímicos que se emplean en la destrucción de los compuestos orgánicos. Estos procesos convierten la energía unida químicamente en los compuestos, para proporcionar energía que haga posible el sostenimiento de la vida. Parte de la energía liberada está disponible para la construcción de material celular nuevo.

Los microorganismos aeróbicos y anaeróbicos usan el proceso de la fermentación para reducir los compuestos orgánicos complejos a formas más simples. Los heterótrofos son microorganismos que usan el carbono orgánico para la formación de nueva biomasa. Estos organismos son tanto consumidores como desintegradores, y por lo tanto dependen de una fuente de carbono orgánico para la síntesis celular y para obtener energía química. Son los caballos de batalla en la oxidación de la materia orgánica. En contraste, los microorganismos autótrofos pueden crear material celular a partir de formas simples del carbono (como el dióxido de carbono). Estos organismos están en la base de esa cadena alimenticia. No dependen de otros organismos para la creación de nuevos compuestos orgánicos complejos. Los microorganismos autótrofos son importantes para la eliminación de nitrógeno presente en el agua residual.

Los tanques de tratamiento aeróbico son equipos oxidantes de alta eficiencia de la materia orgánica soluble y de compuestos nitrogenados. Además de la reducción de la DBO por medio de la digestión aeróbica y la conversión del amoniaco por nitrificación de los nutrientes, reducen los sólidos suspendidos y los patógenos del agua. Debido a que la biomasa creará una demanda de oxígeno, la clarificación posterior es una etapa importante para generar un efluente de alta calidad. El oxígeno soluble del efluente puede llegar a estar por debajo de los 5 mg/L, pero los sólidos presentes en la biomasa pueden causar una lectura de oxígeno de hasta 20 mg/L o mayor. Muchos tanques de tratamiento aerobio tienen una forma cónica para facilitar la separación de la biomasa. Conforme aumenta la sección transversal del recipiente, la velocidad del fluido en esa zona disminuye. Una vez que la velocidad de sedimentación de la biomasa disminuye, no se moverá hacia arriba. Durante los periodos de flujo cero, la biomasa se sedimentará en el tanque. Algunos otros tanques presentes pueden incluir filtros en línea para separar la biomasa del resto del efluente. Tales filtros deben recibir mantenimiento periódico para evitar la acumulación excesiva de sólidos. En el proceso aeróbico, el amoniaco y el nitrógeno orgánicos se convierten a nitrato. Bajo condiciones anóxicas (sin oxígeno molecular), el nitrato es convertido a gas nitrógeno en un proceso de denitrificación. Algunos tanques se diseñan también para proporcionar esta etapa de desnitrificación como parte de su operación. Las variaciones de las condiciones de diseño incluyen el flujo intermitente de aire de suministro como parte de su operación normal, y la recirculación del agua nitrificada hacia las regiones anóxicas dentro de la misma unidad de tratamiento.

Para el control preciso del oxígeno inyectado al proceso, HANNA® instruments fabrica el controlador de oxígeno disuelto HI8410 con intervalo amplio de medición y salida analógica de 4-20 mA. Es un controlador para montaje en tablero que usa una sonda galvánica que requiere muy poco mantenimiento. El relevador que se incluye en el controlador se activa de acuerdo a un punto de ajuste que se puede seleccionar manualmente por el usuario, y puede activar algún dispositivo de aireación de las unidades de tratamiento aerobio de las plantas de tratamiento de agua residual.

Referencias

Buchanan, J., Seabloom, R. Aerobic treatment of wastewater and aerobic treatment units. University of Washington. Disponible en:

https://onsite.tennessee.edu/Aerobic%20Treatment%20&%20ATUs.pdf

Mittal, A. Biological wastewater treatment. Water today. August 2011. Disponible en:

https://www.watertoday.org/Article%20Archieve/Aquatech%2012.pdf