Sistemas de tratamiento secundario

El objetivo del tratamiento secundario es la reducción del contenido de materia orgánica presente en el agua residual.  Comprende una serie de procesos biológicos aerobios o anaerobios, así como de otros físico-químicos que pretenden floculación de la materia orgánica.

Como se ha comentado, la depuración del agua mediante procesos biológicos forma parte del tratamiento secundario. Tiene como objetivo la reducción de la materia orgánica presente en el agua residual mediante dos vías, la primera, a través de la transformación de las materias orgánicas del agua residual en materias sedimentables y, por otro lado, mediante la reducción de la materia orgánica por su uso como alimento por parte de los microorganismos.

La transformación de la materia orgánica en partículas sedimentables se realiza en forma de flóculos o de biopelícula mediante la acción de microorganismos aerobios que utilizan la materia orgánica como alimento y el oxígeno para sus reacciones metabólicas. Para este cometido el sistema utilizado es mantener la contaminación del agua y los microorganismos en un depósito de control denominado reactor biológico. Como consecuencia del consumo de sustrato y de nutrientes, la biomasa del reactor aumenta, lo cual exige la extracción del crecimiento de dicha biomasa para dejar libre el flujo del agua. Este sobrante se denomina fango.

Así, en resumen, durante el tratamiento, una fracción de las materias orgánicas se oxida y se metaboliza debido a la actividad bioquímica de los microorganismos. Otra fracción de las materias disueltas o coloidales es coagulada por las enzimas segregadas por los microorganismos y puede eliminarse por decantación. Finalmente, la última parte es arrastrada con el agua depurada, de forma más o menos estabilizada. Así mismo, la materia orgánica y la energía obtenida en las reacciones bioquímicas, sirve para la formación de protoplasma celular y la acumulación de reservas por parte de los microorganismos.

Uno de los factores más importantes a la hora de estudiar el proceso biológico de depuración es el metabolismo de los microorganismos, en concreto sus reacciones de oxidación – reducción para obtener energía. En este caso nos encontramos con células que necesitan el oxígeno para su metabolismo el cual lo obtienen directamente del oxígeno disuelto en el agua; otros mediante la reducción de compuestos oxidados (nitratos, nitritos, fosfatos, etc.) y las que no necesitan de la presencia de oxígeno para obtener energía. De esta manera se puede hacer una primera gran clasificación de los procesos biológicos:

1. Procesos biológicos aerobios
2. Procesos biológicos anaerobios.

En el caso de los procesos aerobios, los más comúnmente utilizados para la depuración de aguas residuales, el consumo de oxígeno se debe principalmente a la asimilación del sustrato por parte de los microorganismos y a la propia respiración de la biomasa.

Otra gran clasificación que podemos establecer en función de la forma de mantener la biocenosis en el reactor biológico, es:

1. Cultivo fijado a soporte (biopelícula), en el que los microorganismos se fijan a medios materiales o soportes, con lo que quedan retenidos en el reactor a pesar del paso del agua.

En los procesos en los que la biocenosis se fija en la superficie de un material o medio soporte, se crea una película de agua con una alta concentración de biomasa que se denomina película biológica o biopelícula. En esta se producen los fenómenos de síntesis de la materia orgánica y metabolismo de las celulas.

Los sistemas más empleados son:

• Lechos bacterianos
• Biofiltros y lechos sumergidos aireados
• Biodiscos y biocilindros

2. Cultivo en suspensión, en el cual los microorganismos se encuentran en suspensión en el seno del líquido.

 Para comprender mejor los distintos aspectos del metabolismo bacteriano, se describen a continuación las tres fases de su crecimiento:

• Fase 0 de aclimatación, los microorganismos comienzan aclimatándose al medio, habiendo un retraso en su crecimiento.
• La fase 1 de asimilación del alimento, está caracterizada por un crecimiento muy rápido de la masa de los fangos activados y una disminución correlativa de la DBO₅. Hay un crecimiento exponencial de nuevas células (fangos activados).
• La fase 2 de crecimiento desfalleciente, se caracteriza por que el alimento empieza a escasear y la población tiende a un límite de saturación a partir del cual la población decrece. En esta fase predomina los fenómenos de respiración endógena, esto es, la célula consume su protoplasma.

En un reactor biológico, las especies con menor velocidad de crecimiento tardan más en aparecer en cantidades apreciables. Por tanto, controlando el tiempo de estancia de los microorganismos en el reactor podemos controlar el crecimiento o aparición de ciertos microorganismos.

De acuerdo con el proceso que se acaba de definir,  el tratamiento biológico consta de los siguientes elementos diferenciados:

• Balsa de activación
• Clarificación
• Sistema de aireación
• Purga y extracción de fangos en exceso.
• Recirculación de fangos (externa e interna)

Para una depuración adecuada, importa que la población bacteriana sea lo suficientemente numerosa para transformar todos los elementos de polución contenidos en la aportación de las aguas residuales. Así, para mantener una colonia importante de fangos activados, los que han sido recogidos por la clarificación son devueltos al depósito, hecho que constituye la Recirculación. Como por efecto de la aportación de la polución la colonia tiende a crecer, interesa eliminar una parte de estos fangos, que se denominan Fangos en Exceso. En consecuencia, los elementos básicos que aparecen en todo Tratamiento Biológico son la cuba de asimilación o de aireación y el clarificador.