Parámetros Clave en el Diseño de Decantadores

En el diseño de un decantador, se emplean varios parámetros fundamentales:

• El caudal (Q) del agua a tratar, generalmente expresado en m³/día.
• La velocidad de circulación o, más específicamente, la velocidad de sedimentación de las partículas (v), que determina el área superficial necesaria.

La relación básica es Q = v * A, donde A es el área superficial del decantador. Con el área superficial (A) se puede determinar el diámetro si el decantador es circular.

• El Tiempo de Residencia Hidráulico (TRH), calculado como V/Q, donde V es el volumen del decantador.

Con el volumen (V) y el área superficial (A), se puede calcular la profundidad (h) del decantador mediante la relación h = V/A.

Tratamiento Biológico Aerobio con Biomasa Fija: Filtros Percoladores

Los filtros percoladores son un tipo de tratamiento biológico aerobio con biomasa en forma estacionaria (fija).

• Son reactores que consisten en un lecho de material de soporte (relleno) con geometrías específicas que permiten el desarrollo de una biopelícula de microorganismos aerobios.
• El agua residual se distribuye sobre la superficie del lecho y percola hacia abajo, entrando en contacto con la biopelícula.
• Los microorganismos de la biopelícula degradan la materia orgánica presente en el agua en presencia de oxígeno (suministrado por ventilación natural o forzada).
• A medida que la biopelícula crece, se vuelve más gruesa. En las capas internas, la difusión de oxígeno y sustrato disminuye, lo que puede llevar a la lisis celular y al desprendimiento de la biopelícula (fenómeno conocido como sloughing o arrastre).

Estabilización de Lodos de Depuradora: Digestión Anaerobia

La digestión anaerobia es uno de los procesos más empleados para la estabilización de lodos de depuradora.

Consiste en la reducción biológica del contenido de materia orgánica volátil mediante la acción de microorganismos específicos en ausencia de oxígeno disuelto.

Se realiza típicamente a temperaturas mesofílicas (aproximadamente entre 30ºC y 38ºC), aunque también puede ser termofílica (50-57ºC).

Es un proceso adecuado para grandes volúmenes de lodos. Como resultado, se obtienen lodo estabilizado (con menor contenido de materia orgánica y patógenos) y biogás (compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono), que puede ser aprovechado energéticamente.

Tratamiento Biológico Aerobio con Biomasa en Suspensión: Lodos Activados

Un tratamiento biológico aerobio de aguas residuales con biomasa en suspensión es un proceso utilizado para eliminar materia orgánica disuelta y coloidal en el agua mediante la acción de microorganismos aerobios (que requieren oxígeno).

En este tipo de tratamiento, los microorganismos están en suspensión en el agua residual, formando lo que se conoce como lodos activados.

El proceso de Lodos Activados consiste típicamente en dos etapas principales:

1. Reactor Biológico (Tanque de Aireación): Degradación de la materia orgánica por los microorganismos aerobios en presencia de oxígeno. La aireación se suministra mediante difusores sumergidos o aireadores mecánicos (como turbinas de superficie).
2. Decantador Secundario: Separación por sedimentación de la biomasa (lodos activados) del agua tratada. Los lodos sedimentados se recirculan al reactor biológico para mantener una concentración adecuada de microorganismos, y el exceso de lodos se purga para su posterior tratamiento. El efluente clarificado es el agua tratada.

Caracterización de la Materia Orgánica en Aguas Residuales

Existen diversos parámetros para cuantificar el contenido de materia orgánica en un agua residual:

• DTeO: Demanda Teórica de Oxígeno. Cantidad de oxígeno calculada estequiométricamente necesaria para oxidar completamente los compuestos orgánicos e inorgánicos presentes.
• DBO: Demanda Bioquímica de Oxígeno. Mide la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos aerobios para degradar la materia orgánica biodegradable presente en el agua. Se expresa comúnmente en mg O₂/L.
• DQO: Demanda Química de Oxígeno. Mide la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar químicamente la materia orgánica (biodegradable y no biodegradable) presente en el agua mediante un agente oxidante fuerte. Generalmente, la DQO es mayor que la DBO.
• COT: Carbono Orgánico Total. Mide la cantidad total de carbono presente en los compuestos orgánicos. Se expresa en mg C/L.

Relación entre DBO₅ y DBOᵤ

La DBO mide la cantidad de oxígeno necesaria para la degradación biológica de la materia orgánica biodegradable.

La DBO₅ (Demanda Bioquímica de Oxígeno a los 5 días) mide el oxígeno consumido tras 5 días de incubación a 20ºC. Representa la degradación de la mayor parte de la materia orgánica carbonácea biodegradable.

La DBOᵤ (o DBO última) mide el oxígeno consumido cuando toda la materia orgánica biodegradable ha sido degradada, lo que puede llevar un tiempo considerable (más de 20 días) e incluir la demanda de oxígeno para la nitrificación si no se inhibe.

Aguas Regeneradas

Las aguas regeneradas son efluentes de aguas residuales que han sido sometidos a tratamientos adicionales (generalmente posteriores al tratamiento secundario, a menudo incluyendo un tratamiento terciario o avanzado) para adecuar su calidad a un uso específico.

La calidad requerida para el agua regenerada depende del uso final previsto (por ejemplo, riego agrícola, usos industriales, recarga de acuíferos, usos urbanos no potables, etc.).

Biorreactores de Membrana (MBR)

Los Biorreactores de Membrana (MBR) combinan un proceso de lodos activados con una tecnología de separación por membranas (microfiltración o ultrafiltración). Esta combinación permite obtener un efluente de muy alta calidad, apto para la reutilización.

La configuración de las membranas puede ser sumergida (dentro del reactor biológico) o externa (en un tanque separado).

Comparativa de Configuraciones MBR

Los MBR permiten operar con altas concentraciones de sólidos suspendidos en el licor de mezcla (MLSS), típicamente entre 10 y 20 g/L, pudiendo alcanzar hasta 30 g/L. Generalmente, se opera con una mayor edad del fango, lo que puede reducir la producción de lodos en exceso en comparación con los sistemas convencionales.

Etapas de Tratamiento en una EDAR

Una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) típica consta de varias etapas de tratamiento:

• Pretratamiento: Primera etapa donde se eliminan los sólidos de mayor tamaño (cribado), las arenas (desarenado) y las grasas y aceites (desengrasado). Su objetivo es proteger los equipos posteriores y homogeneizar el caudal.
• Tratamiento Primario: Proceso físico de sedimentación y flotación para separar los sólidos suspendidos y flotantes del agua residual. Se obtiene un efluente clarificado y lodos primarios. Se elimina aproximadamente el 50% de los sólidos en suspensión y el 25-30% de la DBO₅. En algunos casos, se pueden añadir coagulantes/floculantes (tratamiento primario avanzado) para mejorar la eliminación.
• Tratamiento Secundario (Biológico): Etapa principal para la eliminación de la materia orgánica disuelta y coloidal biodegradable, así como de nutrientes (nitrógeno y fósforo) mediante procesos biológicos (aerobios, anaerobios o anóxicos). Se busca reducir significativamente la DBO y la DQO, y estabilizar la materia orgánica.

Las eficiencias típicas de eliminación en el tratamiento secundario son:

• Aproximadamente 90% de eliminación de sólidos en suspensión.
• Aproximadamente 70% de eliminación de DBO₅.
• Aproximadamente 75% de eliminación de DQO.

• Tratamiento Terciario (o Avanzado): Procesos adicionales aplicados al efluente secundario para eliminar contaminantes específicos no eliminados en etapas anteriores, como materia orgánica residual, nutrientes (nitrógeno y fósforo), metales pesados, patógenos, o sales disueltas. Tecnologías como la filtración, desinfección, adsorción con carbón activo o los MBR se emplean en esta etapa para producir agua de alta calidad (agua regenerada).

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