Tratamiento aerobio y anaerobio de aguas residuales

El tratamiento convencional de aguas residuales en EE.

El tratamiento convencional de aguas residuales en EE. UU. consta de tres pasos diferenciados: primario, secundario y terciario.

- El tratamiento primario consiste en la eliminación de sólidos por sedimentación o flotación.

- El tratamiento secundario consiste en la eliminación de la materia orgánica mediante descomposición microbiana.

- Por último, el tratamiento terciario es cualquier tratamiento adicional al que deba someterse el agua residual si se reutiliza, recicla o vierte al medio ambiente.

Después de que el efluente primario sale del tratamiento primario, se introduce en un biorreactor especialmente diseñado en el que los microorganismos, como bacterias, algas u hongos, aprovechan la materia orgánica para el tratamiento aerobio o anaerobio de las aguas residuales.

La selección del tratamiento secundario puede depender de varios factores, como la naturaleza del agua residual, la demanda química y biológica de oxígeno (DQO y DBO), las necesidades de energía, el tiempo de tratamiento, la inversión, los costes de explotación y mantenimiento, la producción de lodos, las necesidades de espacio, la calidad deseada del efluente y la concentración microbiana. Una configuración óptima, en la mayoría de los casos, utilizaría una combinación de estas dos tecnologías.

El tratamiento aerobio se aplica normalmente para tratar con eficacia aguas residuales de baja carga (DQO <1000 mg/L) cuando el tratamiento requiere la presencia de oxígeno. El tratamiento anaerobio, en cambio, se aplica normalmente para tratar aguas residuales con mayor carga orgánica (DQO >4000 mg/L).

Caudal másico en los procesos aerobios y anaerobios

El tratamiento aerobio utiliza oxígeno y biomasa bacteriana para asimilar la materia orgánica y otros contaminantes, como el nitrógeno y el fósforo, transformándolos en dióxido de carbono, agua y otra biomasa. El tratamiento anaerobio, como su nombre indica, descompone las impurezas orgánicas en ausencia de oxígeno para producir metano, dióxido de carbono y otra biomasa. Los controladores y caudalímetros másicos son fundamentales para conseguir caudales rápidos, exactos y estables de aire y oxígeno en un proceso aerobio. Los caudalímetros másicos pueden utilizarse para supervisar caudales rápidos, exactos y estables de metano y dióxido de carbono en un proceso anaerobio.

Ventajas e inconvenientes de los procesos aerobios y anaerobios

El tratamiento aerobio tiene algunas ventajas claras frente al proceso de tratamiento anaerobio. Entre ellas, menos olores (por la no producción de sulfuro de hidrógeno o metano) y una mayor eficacia en la eliminación de nutrientes (lo que facilita el vertido directo a aguas superficiales o la desinfección). Sin embargo, el tratamiento aerobio también tiene varios inconvenientes. La oxigenación es un proceso de uso intensivo de energía que aumenta considerablemente el consumo total de energía y los costes de servicios y mantenimiento de este proceso. Los residuos sólidos que los microbios no pueden digerir suelen sedimentar en forma de biosólidos. Estos biosólidos requieren una eliminación adecuada, lo que se suma a los costes de servicios y mantenimiento.

Los procesos de tratamiento anaerobio de aguas residuales, por su parte, tienen varias ventajas frente a los procesos de tratamiento aerobio. El biogás producido durante un proceso de tratamiento anaerobio puede utilizarse como fuente de energía renovable (gas natural/metano). Además, produce muy pocos lodos, que se pueden deshidratar y están totalmente estabilizados para su eliminación. Esto lo hace menos costoso, más sencillo y más flexible en comparación con la mayoría de los procesos de tratamiento aerobio.

Dado que ambos métodos tienen sus propias ventajas e inconvenientes, a menudo se emplea una combinación de procesos de tratamiento anaerobio y aerobio para lograr un tratamiento eficiente de las aguas residuales. El agua residual que entra en el reactor aerobio suele someterse a un pretratamiento en un reactor anaerobio para cumplir los requisitos normativos de vertido de forma eficiente en términos de energía y rentable.

Diferencias clave entre los procesos aerobios y anaerobios

Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Aplicación Aguas residuales de carga baja a media (menos de 1000 ppm) p. ej., aguas residuales urbanas, aguas residuales de refinería, etc. Aguas residuales de carga media a alta (más de 4000 ppm) p. ej., aguas residuales de la industria de alimentación y bebidas Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Inversión de capital Relativamente alta Relativamente baja con amortización* Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Consumo de energía Relativamente alto Relativamente bajo Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Huella Relativamente grande Relativamente pequeña y compacta Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Producción neta de lodos Relativamente alta Relativamente baja Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Postratamiento Normalmente, vertido directo Necesario para cumplir los requisitos normativos de vertido Tratamiento aerobio Tratamiento anaerobio Tecnologías de ejemplo Proceso de lodos activados (ASP), filtro percolador y contactor biológico rotativo (RBC) Digestores anaerobios (AD), reactores de tanque agitado continuo (CSTR), reactores discontinuos secuenciales (SBR), reactores anaerobios de flujo ascendente con manto de lodos (UASB) *El CH4 generado puede utilizarse para generar energía

Conclusión

En las últimas décadas, el uso de biorreactores en el tratamiento de aguas residuales ha pasado de ser una tecnología nueva y exótica a un proceso estándar. Una estrategia clave para la optimización de estos sistemas es medir los gases de entrada y/o de salida para comprender y controlar el proceso de forma eficiente. El uso preciso de los procesos de tratamiento aerobio frente al anaerobio de aguas residuales depende de factores propios de cada instalación, y la medición del caudal másico es esencial para comprender cuál es la mejor manera de utilizar las herramientas disponibles para ofrecer un régimen de tratamiento óptimo. Más información: los Alicats para la monitorización medioambiental y la investigación $