CURSO PRACTICO SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACION PRINCIPIOS DE TRATAMIENTO BIOLOGICO

Transcripción

1 CURSO PRACTICO SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACION PRINCIPIOS DE TRATAMIENTO BIOLOGICO Expositor: Ing. José E. Vásconez G., M. Sc.

2 PRINCIPIOS DE TRATAMIENTO BIOLOGICO OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO BIOLOGICO. Remoción de los sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica. Remoción de materia orgánica presente. Eliminación de nutrientes (nitrógeno y fósforo) Reducción de compuestos orgánicos e inorgánicos (aguas industriales). Se requiere de pretratamiento.

3 FUNCION DE LOS MICROORGANISMOS Los microorganismos, en especial las bacterias, eliminan la DBO carbonosa, provocan la coagulación de los sólidos coloidales no sedimentables y estabilizan la materia orgánica. Los microorganismos convierten la materia carbonosa coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular. El tejido celular tiene un peso específico ligeramente superior al del agua, se puede eliminar por decantanción. El tratamiento termina cuando se separa el tejido celular del agua.

4 EL MATABOLISMO BACTERIANO Necesidades nutritivas de los microorganismos. Naturaleza del metabolismo microbiano, en función de sus requerimientos de oxígeno

5 Necesidades Nutritivas de los Microorganismos Para trabajar con el máximo de sus posibilidades, los microorganismos requieren de los siguientes compuestos: Fuente de energía Carbono para la síntesis de materia celular nueva Elementos inorgánicos (nutrientes): nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio, magnesio. Nutrientes orgánicos para la síntesis celular.

6 ... Necesidades Nutritivas de los Microorganismos... (2) CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS SEGÚN SUS FUENTES DE ENERGIA Y CARBONO CLASIFICACION FUENTE DE ENERGIA FUENTE DE CARBONO AUTOTROFOS Fotoautotrofos Luz Anhídrido Carbónico Quimioautotrofos Reacción de oxidación - reducción inorgánica Anhídrido Carbónico HETEROTROFOS Quimioheterotrófos Reacción de oxidación - reducción orgánica Carbono Orgánico Fotoheterotrófos Luz Carbono Orgánico

7 ... Necesidades Nutritivas de los Microorganismos... (3) Los nutrientes orgánicos requeridos por algunos microorganismos se denominan Factores de Crecimiento. Son de tres clases: Amoniácidos Purinas y Pirimidinas Vitaminas

8 Nutrición Bacteriana y Tratamientos Biológicos Objetivo: Reducción de la concentración de materia orgánica (DBO carbonosa) del agua residual. Microorganismos importantes: QUIMIOHETEROTROFOS Requieren de ENERGIA, CARBONO Y COMPUESTOS ORGANICOS Conversión de amoníaco en nitrato, se necesitan de bacterias NITRIFICANTES QUIMIOHETEROTROFAS

9 ... Nutrición Bacteriana y Tratamientos Biológicos... (2) Las aguas servidas domésticas tienen nutrientes orgánicos e inorgánicos en cantidades adecuadas para el proceso. Las aguas industriales no siempre cuentan con la cantidad requerida de nutrientes. Para el último caso se deberán añadir los nutrientes para permitir el crecimiento bacteriano.

10 Tipos de Metabolismos Microbianos CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS SEGÚN SUS FUENTES DE ENERGIA Y CARBONO AMBIENTE ACEPTOR DE ELECTRONES PROCESO AEROBIO Oxígeno (O 2 ) Metabolismo aerobio ANAEROBIO Nitrato (NO - 3 ) Desnitrificación Sulfato (SO 2 4 ) Anhídrido Carbónico (CO 2 ) Reducción de sulfato Metanogenésis

11 Tipos de Metabolismos Microbianos Organismos anaerobios obligados, generan energía por fermentación y solamente existen en medios con ausencia de oxígeno. Organismos facultativos, generan energía por fermentación y tienen la capacidad de crecer tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Organismos anaerobios facultativos puros, cambian de metabolismo fermentativo a respiratorio. Organismos anaerobios aerotolerantes, tienen metabolismo estrictamente fermentativo, pero son relativamente insensibles a la presencia de oxígeno.

12 Microorganismos Importantes en el Tratamiento Biológico Procariotas: Bacterias. Eucariotas: Hongos Protozoos Rotíferos Algas

13 Bacterias Son organismos procariotas unicelulares. Se reproducen por partición directa Existen miles de especies, se clasifican en: Esféricas Cilíndricas Helicoidales

14 ... Bacterias... (2) La composición básica es del 80% de agua y 20% de materia seca. El 90% de la materia seca es materia orgánica y el 10% inorgánica Formulación: C 5 H 7 O 2 N (53% de la fracción orgánica es carbono) C 60 H 78 O 23 N 12 P Fracción inorgánica: Anhídrido fosfórico (50%) Anhídrido sulfúrico (15%) Oxido de sodio (11%) Oxido de calcio (9%) Oxido de magnesio (8%) Oxido de potasio (6%) Oxido férrico (1%)

15 ... Bacterias... (3) Necesidades Ambientales ph Mínimo: 4,0 Máximo: 9,5 Rango Optimo: 6,5 a 7,5

16 ... Bacterias... (4) Necesidades Ambientales Temperatura TIPO TEMPERATURA, ºC Intervalo Temperatura Optima Criófilas -10 a a 18 Mesófilas 20 a a 40 Termófilas 35 a a 65

17 Hongos Hongos importantes en Tratamiento de Aguas Servidas: protistas heterótrofos, no fotosintéticos y multicelulares. La mayoría de hongos son aerobios estrictos. Se desarrollan en ambientes con poca humedad y toleran ph relativamente bajos. Optimo para mayoría de especies: 5,6

18 ... Hongos... (2) Intervalo de tolerancia: 2 a 9. Los hongos tienen baja demanda de nitrógeno, requieren la mitad de las bacterias. Su capacidad de sobrevivir en condiciones de ph bajos y escasa disponibilidad de nitrógeno, determinan su importancia en el tratamiento de aguas residuales industriales.

19 Protozoos Son protistas móviles microscópicos, generalmente unicelulares. La mayoría de los protozoos son aerobios, aunque existen también anaerobios. Los protozoos se suelen alimentar de las bacterias para obtener su energía. Constituyen los purificadores de los efluentes de los procesos de tratamiento biológico, por consumir bacterias y materia orgánica.

20 Rotíferos Los rotíferos son aerobios, heterótrofos y multicelulares. Los rotíferos son eficaces en eliminar las bacterias dispersas y floculadas y pequeñas partículas de materia orgánica. Su presencia en un efluente de un sistema de tratamiento indica un proceso aerobio de purificación biológica muy eficiente.

21 Algas Son protistas unicelulares o multicelulares, autótrofas y fotosintetizadoras. Tienen dos características relevantes: Generar oxígeno por fotosíntesis, vital para la salud ecológica de un ecosistema acuático. Se debe prevenir el crecimiento excesivo de algas en los cuerpos de agua

22 Crecimiento en Cultivos Puros Fase de Adaptación o Aclimatación. Las bacterias inoculadas están aclimatándose a su nuevo ambiente. Algunas células comienzan a reproducirse, pero la producción de nuevas células es pequeña.

23 ... Crecimiento en Cultivos Puros... (2) Fase de Crecimiento Logaritmico. Los microorganismos se reproducen a su máxima tasa. Una línea recta es obtenida en un gráfico semilogarítmico.

24 ... Crecimiento en Cultivos Puros... (3) Fase Estacionaria. La población permanece constante. Las razones son las siguientes: Las células han agotado el sustrato o los nutrientes necesarios para su crecimiento. La generación de nuevas células se compensa con la muerte de las células viejas.

25 ... Crecimiento en Cultivos Puros... (4) Fase de Muerte Exponencial. La tasa de mortalidad de bacterias excede la generación de nuevas células. La tasa de mortalidad suele ser función de la población factible y de las características ambientales. En determinados casos la fase de muerte exponencial corresponde con la inversa de la fase de crecimiento exponencial.

26 Crecimiento en Términos de Masa de Bacterias Fase de Retardo. Las bacterias necesitan cierto tiempo para aclimatarse Fase de crecimiento exponencial. Siempre existe gran cantidad de alimento disponible para los microorganismos La tasa de crecimiento es función de la capacidad de los microorganismos para procesar el sustrato.

27 ... Crecimiento en Términos de Masa de Bacterias... (2) Fase de Crecimiento Decreciente. La tasa de crecimiento y la masa de bacterias disminuyen como consecuencia de la limitadad disponibilidad de alimento. Fase endógena. Los microorganismos metabolizan su propio protoplasma sin reposición del mismo La reposición de alimento disponible se encuentra en un mínimo. Se presenta el fenómeno de lisis (células muertas se difunden en el medio para constituirse en alimento para las células vivas existentes.

28 ... Crecimiento en Términos de Masa de Bacterias... (3) Curva de crecimiento bacteriano típica, en términos de número de bacterias

29 Crecimiento en Cultivos Mixtos Los procesos de tratamiento biológico están constituidos por complejas poblaciones biológicas mezcladas e interrelacionadas. Cada organismos del sistema tiene su propia curva de crecimiento. La posición y forma de la curva particular de crecimiento dentro del sistema, depende de Disponibilidad de alimento Disponibilidad de nutrientes Temperatura ph Carácter anaerobio o aerobio del sistema. En un proceso de tratamiento biológico, el Ingeniero Sanitario debe pensar en función de que se trata de un ecosistema. No de una caja negra.

30 ... Crecimiento en Cultivos Mixtos... (2)

31 Proceso de Tratamiento el Lagunas Las lagunas en relación con la presencia de oxígeno se clasifican en: Lagunas Anaerobias. Lagunas Facultativas Lagunas de Maduración Lagunas Aerobias

32 Lagunas Anaerobias Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha franja superficial La estabilización de la materia orgnánica se obtiene por medio de una combinación de precipitación y de conversión anaerobia de los residuos orgánicos en CO 2, CH 4, otros productos gaseosos finales, ácidos orgánicos y tejido celular. Rendimientos de remoción de DBO 5 mayores al 70%.

33 Lagunas Facultativas Existen tres zonas bien diferenciadas en una laguna facultativa: Zona Superficial, donde existen bacterias aerobias y algas en una relación simbiótica. Zona Inferior, anaerobia en la que descomponen activamente los sólidos acumulados por acción de las bacterias anaerobias. Zona Intermedia, la descompisición se fectúa por acción de las bacterias facultativas

34 ... Lagunas Facultativas... (2) Fotosíntesis CO 2 + 2H 2 O Luz (CH 2 O) + O 2 + H 2 O Respiración CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O + Energía

35 Lagunas de Maduración Se diseñan para mejorar la calidad de los efluentes secundarios y para la nitrificación estacional. Los mecanismos biológicos que tienen lugar son similares a los procesos aerobios de cultivo en suspensión. El funcionamiento implica respiración endógena de los sólidos biológicos residuales y la conversión del amoníaco a nitrato, debido a la presencia de oxígeno por la presencia de algas. Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas deben ser bastante bajas.

36 Lagunas de Aerobias Contienen bacterias y algas en suspensión, existe condición aerobia en toda su profundidad. Tipos básicos de lagunas aerobias: 1. Tiene por objetivo maximizar la producción de algas (15 a 50 cm de profundidad). 2. Tiene por objetivo maximizar la cantidad de oxígeno producido (1,5 m de profundidad). Requieren de aireación.