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Depuración del agua

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Depuración de aguas
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Estación depuradora 1
Estación depuradora 2

Tanto el agua potable como la consumida por las industrias se han de depurar por distintos procedimientos para librarlas de impurezas que lleva en suspensión o en solución y eliminar las bacterias, ácidos, sales de hierro y manganeso contenidos en las mismas.

Historia

Desde épocas muy antiguas se han utilizado diversos métodos para la eliminación de residuos en civilizaciones prehistóricas, como es el caso de Creta y de antiguas ciudades asirias en las que se han descubierto instalaciones de alcantarillado. En otras civilizaciones, como es el caso de los romanos, funcionan canalizaciones de desagües, construidas en su época, cuya función principal era el drenaje, su costumbre de arrojar los desperdicios a la calle denotaban que junto con el agua de las escorrentías se transportaban grandes cantidades de materia orgánica. Las excavaciones subterráneas privadas y letrinas comenzaron a utilizarse en Europa a finales de la edad media, cuando estas estaban llenas eran vaciadas por obreros los cuales depositaban su contenido en los recorridos de agua o en terrenos no utilizados o era empleado como abono en las granjas cercanas.

Siglos más tarde se recobró la construcción de desagües con forma de conductos al aire o zanjas en la calle. No fue sino hasta principios del siglo XX, cuando algunas ciudades e industrias reconocieron que la eliminación de desperdicios en los ríos causaba dificultades en su salud. En aquellos años se introdujo la fosa séptica como medida para el procesamiento de aguas residuales tanto áreas suburbanas como en las rurales.

Contextualización

El agua es indispensable para la vida de cada día. Se toma de la naturaleza, donde se encuentra limpia. Se utiliza en las industrias para hacer productos y en casa para lavarlo todo. Como es lógico, se ensucia. Si se quiere que siempre sea útil, se debe limpiar antes de devolverla a la naturaleza. Por eso, se hacen las depuradoras, donde el agua sucia se limpia.

Cada vez que se hace uso del cuarto de baño “se condena” una media de 10-20 litros de agua, en la mayoría de los casos potable, a convertirse en agua residual negra que podría llegar a constituir un problema medioambiental serio, no solo por el hecho de verter estas aguas contaminadas a los cauces de los ríos, sino también por el poco aprovechamiento de ese agua para otros usos, ocasionándose una pérdida de energía y económica. Se denominan aguas residuales, por tanto, las que han sido utilizadas en las viviendas, en la industria, en la agricultura y en los servicios, pudiéndose incluir también las que proceden de lluvia y discurren por las calles y espacios libres, por los tejados, patios y azoteas de los edificios.

Estas aguas residuales producidas en la vida diaria deben ser transportadas y tratadas adecuadamente. Se necesita una infraestructura compuesta de alcantarillas y colectores, y de unas instalaciones denominadas Estaciones de Regeneración de Aguas Residuales (ERAR) o Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) que, en un conjunto, posibiliten la devolución del agua al medio ambiente en condiciones compatibles con él.

Depuración por flotación
Depuración por separación
Separador de aceites y grasas

En todas estas plantas de tratamiento, conforme llegan las aguas negras el proceso de línea de agua comienza por un tratamiento previo de desbaste, desarenado y desengrasado, seguido por el tratamiento primario de decantación. A continuación se realiza el tratamiento secundario, de tipo biológico, por fangos activados en balsas de aireación en las que se inyecta aire por medio de turbinas o soplantes. Este proceso es seguido por una posterior decantación secundaria y, en caso necesario, ser complementado con un proceso de cloración con el que termina la regeneración del agua residual. En la línea de fangos se trata el resultado de los decantadores primarios y secundarios, el cual es espesado y sometido a un proceso biológico de digestión anaerobia. A continuación pasa por un proceso de acondicionamiento químico con reactivos y se procede a su secado mecánico. El fango, ya acondicionado y seco, queda preparado para su retirada y posterior compostaje, que permitirá su utilización como abono agrícola. Durante el proceso de digestión de fangos se produce un gas biológico rico en metano que puede alimentar motogeneradores y producir energía eléctrica.

Procesos en la Depuración y Regeneración

Las instalaciones de tratamiento biológico de aguas residuales, tanto urbanas como industriales, suelen estar formadas por una sucesión de procesos físico-químicos y biológicos tanto aerobios como anóxicos (vía anaerobia) complementarios entre sí que permiten realizar una depuración integral en las mejores condiciones técnicas y económicas posibles. ¿Cómo se evalúa que una planta depuradora funciona?. Los objetivos de una ERAR son:

- Eliminación de residuos, aceites, grasas, flotantes o arenas y evacuación a punto de destino final adecuado. - Eliminación de materias decantables orgánicos y/o inorgánicos. - Eliminación de compuestos amoniacales y que contengan fósforo. - Transformar los residuos retenidos en fangos estables y que éstos sean correctamente dispuestos.

Según el grado de complejidad y tecnología empleada, las ERAR se clasifican como:

a) Convencionales. Se emplean en núcleos de población importantes y utilizan tecnologías que consumen energía eléctrica de forma considerable y precisan mano de obra especializada.

b)Tratamientos blandos. Se emplean en algunas poblaciones pequeñas y alejadas de redes de saneamiento. Su principal premisa es la de tener unos costos de mantenimiento bajos y precisar de mano de obra no cualificada. Su grado de tecnificación es muy bajo, necesitando poca o nula energía eléctrica.


Convencionalmente, los procesos de una ERAR se agrupan en:

  • Línea de aguas: Pretratamiento, Tratamiento primario, secundario y terciario.
  • Línea de fangos: Espesamiento, Digestión, Acondicionamiento, Secado y Eliminación.
  • Línea de gas: Producción de metano.

Línea de aguas

Pretratamiento

En toda ERAR resulta necesaria la existencia de un tratamiento previo o pretratamiento que elimine del agua residual aquellas materias que pueden obstruir las bombas y canalizaciones, o bien interferir en el desarrollo de los procesos posteriores. Con el pretratamiento se elimina la parte de polución más visible: cuerpos voluminosos, trapos, palos, hojas, arenas, grasas y materiales similares, que llegan flotando o en suspensión desde los colectores de entrada.

Una línea de pretratamiento convencional consta de las etapas de desbaste, desarenado y desengrasado.

El desbaste se lleva a cabo mediante rejas formadas por barras verticales o inclinadas, que interceptan el flujo de la corriente de agua residual en un canal de entrada a la estación depuradora. Su misión es retener y separar los sólidos más voluminosos, a fin de evitar las obstrucciones en los equipos mecánicos de la planta y facilitar la eficacia de los tratamientos posteriores. Estas rejas pueden ser de dos tipos: entre 50 y 150 mm de separación de los barrotes (desbaste grueso) y entre 10 y 20 mm (desbaste fino). Estas rejas disponen de un sistema de limpieza que separa las materias retenidas.

Las instalaciones de desarenado se sitúan en las ERAR después del desbaste y tienen como objetivo el extraer del agua bruta las partículas minerales de tamaño superior a uno fijado en el diseño, generalmente 200 micras. El funcionamiento técnico del desarenado reside en hacer circular el agua en una cámara de forma que la velocidad quede controlada para permitir el depósito de arena en el fondo. Normalmente, esta arena sedimentada queda desprovista casi en su totalidad de materia orgánica y es evacuada, mediante bombas, al clasificador de arenas y, posteriormente, a un contenedor.

La fase de desengrasado tiene por objeto eliminar las grasas, aceites y en general los flotantes, antes de pasar el agua a las fases posteriores del tratamiento. El procedimiento utilizado para esta operación es el de inyectar aire a fin de provocar la desemulsión de las grasas y su ascenso a la superficie, de donde se extraen por algún dispositivo de recogida superficial, normalmente rasquetas, para acabar en contenedores.

En muchas ERAR, las fases de desarenado y desengrasado se verifican en la misma cámara, en una instalación combinada. Otros elementos del pretratamiento son el Aliviadero y el Medidor de Caudal. El primero permite que la planta funcione siempre según el caudal del proyecto y, conjuntamente con el medidor del caudal, permite controlar la cantidad de agua que entra en la planta.

Tratamiento Primario

Se entiende por tratamiento primario a aquel proceso o conjunto de procesos que tienen como misión la separación por medios físicos de las partículas en suspensión no retenidas en el pretratamiento. El proceso principal del tratamiento primario es la decantación, fenómeno provocando por la fuerza de gravedad que hace que las partículas suspendidas más pesadas que el agua se separen sedimentándose. Normalmente, en decantadores denominados dinámicos, los fangos son arrastrados periódicamente hasta unas purgas mediante unos puentes móviles con unas rasquetas que recorren el fondo. En los denominados decantadores circulares, inmensos, el agua entra por el centro y sale por la periferia, mientras que los fangos son arrastrados hacia un pozo de bombeo de donde son eliminados por purgas periódicas.

Otros procesos de tratamiento primario incluyen el mecanismo de flotación con aire, en donde se eliminan sólidos en suspensión con una densidad próxima a la del agua, así como aceites y grasas, produciendo unas burbujas de aire muy finas que arrastran las partículas a la superficie para su posterior eliminación. El tratamiento primario permite eliminar en un agua residual urbana aproximadamente el 90% de las materias decantables y el 65% de las materias en suspensión. Se consigue también una disminución de la DBO de alrededor del 35%.

Tratamiento Secundario

Su finalidad es la reducción de la materia orgánica presente en las aguas residuales una vez superadas las fases de pretratamiento y tratamiento primario. El tratamiento secundario más comúnmente empleado para las aguas residuales urbanas consiste en un proceso biológico aerobio seguido por una decantación, denominada secundaria.

El proceso biológico puede llevarse a cabo por distintos procedimientos. Los más usuales son el proceso denominado fangos activos y el denominado de lechos bacterianos o percoladores. Existen otros procesos de depuración aerobia de aguas residuales empleados principalmente en pequeñas poblaciones: sistema de lagunaje, filtros verdes, lechos de turba o contractores biológicos rotativos. Son las llamadas tecnologías blandas, pero nosotros nos vamos a centrar en los dos primeros.

Fangos (lodos) activos

Consiste en un proceso continuo en el que el agua residual se estabiliza biológicamente en tanques o balsas de activación, en las que se mantienen condiciones aerobias. El efluente de los decantadores primarios pasa a estas balsas de fangos activos que necesitan un aporte de oxígeno para la acción metabólica de los microorganismos. Este aporte se efectúa mediante turbinas o bien a través de difusores dispuestos en el interior de la balsa. En este último caso, el suministro del aire se realiza mediante turbocompresores.

Lechos bacterianos

Son tanques circulares rellenos de piedras o materiales sintéticos formando un filtro con un gran volumen de huecos, destinado a degradar biológicamente la materia orgánica del agua residual. El agua a tratar se rocía sobre el lecho filtrante, mediante un brazo giratorio, provisto de surtidores, y da lugar a la formación de una película que recubre los materiales filtrantes y que está formada por bacterias, protozoos y hongos alimentados por la materia orgánica del agua residual. Al fluir el agua residual sobre la película, la materia orgánica y el oxígeno disuelto son extraídos de ésta. El oxígeno disuelto en el líquido se aporta por la absorción del aire que se encuentra entre los huecos del lecho.

El material del lecho debe tener una gran superficie específica y una elevada porosidad, y suelen emplearse piedras calizas, gravas, escorias o bien materiales plásticos artificiales de diversas formas. Este sistema de depuración se suele emplear en pequeñas poblaciones y tiene la ventaja con respecto a los fangos activos que no necesita aporte alguno de energía.

Principales microorganismos del fango activo

La biodegradación (oxidación de la materia orgánica disuelta en el agua) la llevan a cabo los microorganismos presentes en la balsa de activación que forman el flóculo.

El flóculo individual es la unidad ecológica y estructural del fango activo, y constituye el núcleo alrededor del cual se desarrolla el proceso de depuración biológica. El tamaño medio del flóculo oscila entre las 100 y 500 micras. A medida que aumenta el tamaño del flóculo, el oxígeno en su interior disminuye, y se pueden formar zonas de anoxia donde pueden crecer bacterias anaerobias metanogénicas y que pueden arrancar el proceso de digestión anaerobia de fangos, como se verá más adelante.

En el flóculo de fangos activos existen 2 componentes denominados biológico y no biológico. El componentes biológico principal está constituido por una amplia variedad de microorganismos:

- Bacterias: Es el componente principal y fundamental del flóculo. Básicamente son heterótrofas: Bacilos Gram negativos del grupo de las Pseudomonas como Zoogloea (principalmente la especie ramigera); Pseudomonaso Comamonas; bacterias filamentosas sin septos como Flavobacterium-Cytophaga; o proteobacterias oxidantes del hidrógeno como Alcaligenes (con capacidad desnitrificante). Entre las bacterias Gram positivas se pueden encontrar: Arthrobacter (corineformes con morfogénesis coco-bacilo, muy abundantes en el suelo) y Bacillus (Bacilo esporógeno aerobio ). Por otra parte, un flóculo “ideal” contiene una serie de bacterias filamentosas desarrollándose en equilibrio con el resto de las bacterias.

Lo descrito hasta ahora constituiría la “estructura básica” del flóculo del fango activo. No obstante, se pueden encontrar un gran número de bacterias autótrofas, las cuales suelen ser nitrificantes Gram negativas como los géneros Nitrosomonas o Nitrobacter, o bacterias rojas no del azufre como el género Rhodospirillum o Rhodobacter.

- Hongos: Los fangos activados no suelen favorecer el crecimiento de hongos, aunque algunos filamentosos sí pueden, ocasionalmente, ser observados en los flóculos de los fangos activos, como los géneros: Geotrichum, Penicillium o Cephalosporium.

- Protozoos: Los principales microorganismos eucariotas presentes en los fangos activos son los protozoos ciliados libres (Paramecium), fijos (Vorticella) o reptantes (Aspidisca, Euplotes), los cuales se encuentran en altas densidades y desempeñan un importante papel en el proceso de depuración y en la regulación del resto de la comunidad biótica. Mejoran la calidad del efluente y regulan la biomasa bacteriana al predar sobre las bacterias dispersas del licor de mezcla. Otros protozoos presentes son los flagelados Bodo o Pleuromonas y, dentro del grupo sarcodina, el género Amoeba.

- Metazoos: Aunque pueden estar presentes en las balsas de activación organismos multicelulares tales como Nemátodos, Anélidos, Crustáceos o Acaros, los organismos multicelulares más comunes son los Rotíferos (Lecane, Philodina o Notommata). Eliminan bacterias libres y posibles patógenas (Salmonelas, bacterias fecales, etc.) y producen un mocus que mantienen el flóculo junto con el exopolisacárido producido por la bacteria Zooglea ramigera.

- Algas microscópicas: Si bien no suelen formar parte del flóculo, pueden aparecer en aquellas aguas residuales con gran cantidad de materia orgánica. Entre las más comunes se encuentran Cosmarium y Pediastrum (chlorophyta); Euglena (Euglenophyta) y Pinnularia (Chrysophyta).

La presencia de los diferentes organismos determina el grado de DBO presente, puesto que cada uno de los grupos vistos requieren unas condiciones de oxígeno determinadas.

El componente no biológico del flóculo contiene partículas orgánicas e inorgánicas que provienen del agua residual, junto con polímeros extracelulares (principalmente polisacáridos producidos por algunos de los microorganismos señalados anteriormente) que tienen un importante papel en la biofloculación del fango activo.

Microorganismos filamentosos del fango activo

Prácticamente, en todos los fangos activos existen microorganismos filamentosos formando una especie de red denominada macroestructura flocular. Por tanto, se puede afirmar que estos son componentes normales de la población del fango, si bien, y bajo condiciones específicas pueden entrar en competencia con las bacterias formadoras de flóculo, originando una serie de efectos sobre la estructura flocular. Por un lado, su ausencia puede dar lugar a flóculos pequeños y sin cohesión, produciéndose un efluente final turbio. Por otra parte, si la cantidad de filamentos es alta podemos encontrarnos con dos tipos de problemas biológicos:

a)Esponjamiento filamentoso o “bulking”. El fango activo sólo sedimenta lentamente y no se compacta, o lo hace pobremente, debido a que en él se ha producido un hinchamiento o esponjamiento provocado por una excesiva proliferación de bacterias filamentosas. Es un fallo de la macroestructura flocular.

b)Espumamiento biológico o “foaming”. Los microorganismos filamentosos producen una espesa espuma coloreada (en colores del blanco al marrón) y en muchos casos abundantes flotantes en decantación secundaria. Los tipos de microorganismos filamentosos identificados habitualmente en las ERAR de todo el mundo son una treintena, de los que sólo unos pocos son muy frecuentes. Entre ellos se encuentran los siguientes:

- Quimiolitótrofos oxidantes del azufre: Beggiatoa, Thiotrix. - Bacterias Gram negativas con vaina: Sphaerotilus. - Cianobacterias: células del Grupo IV que producen heterocistos tales como Anabaena o Nostoc. - Bacterias Gram positivas: bacilos esporógenos (Bacillus), cocos que forman filamentos (Streptococcus) y bacterias del grupo de las micobacterias que forman filamentos cortos (Nocardia) .

Tratamiento terciario

El tratamiento terciario es el procedimiento más completo para tratar el contenido de las aguas residuales, pero no ha sido ampliamente adoptado por ser muy caro. Este tratamiento consiste en un proceso físico-químico que utiliza la precipitación, la filtración y/o la cloración para reducir drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los fosfatos y nitratos del efluente final. El agua residual que recibe un tratamiento terciario adecuado no permite un desarrollo microbiano considerable. Algunos de estos tratamientos son los siguientes:

- Adsorción: Propiedad de algunos materiales de fijar en su superficie moléculas orgánicas extraídas de la fase líquida en la que se encuentran. - Cambio iónico: Consiste en la sustitución de uno o varios iones presentes en el agua a tratar por otros que forman parte de una fase sólida finamente dividida (cambiador), sin alterar su estructura física. - Procesos de separación por membranas: tanto mediante membranas semipermeables (procesos de ultrafiltración y ósmosis inversa) como mediante membranas de electrodiálisis.

Nitrificación: Consiste en la conversión del amonio a nitrato mediante la acción microbiana. Este proceso es llevado a cabo por las bacterias nitrificantes, quimiolitótrofas aerobias estrictas, Gram negativas capaces de oxidar el amoniaco.

Desnitrificación: Proceso mediante el cual los NO3- y NO2- producidos en el primer proceso son reducidos a las formas gaseosas N2 u óxido nitroso (N2O). Este último puede constituirse como un fuerte contaminante del aire.

Línea de fangos

En un tratamiento biológico de aguas residuales se obtienen volúmenes considerables de fangos. A estos fangos hay que someterlos a determinados procesos que reducirán su facultad de fermentación y su volumen. Las características de los fangos son consecuencia del uso que se les haya dado a las aguas. Los fangos de depuración se producen por sedimentación en los decantadores de los distintos procesos de tratamiento. Por un lado, las partículas sólidas más gruesas se depositan en el fondo del decantador primario y forman los fangos primarios. Las partículas más finas y disueltas se fijan y metabolizan por las bacterias que se multiplican en presencia de oxígeno durante la operación de aireación. Esta biomasa bacteriana se separa en el decantador secundario para producir los fangos secundarios. Una parte de esta biomasa se recircula al depósito de aireación, la otra se extrae constituyendo los fangos biológicos en exceso. Ambos tipos de fangos se pueden mezclar formando los fangos mixtos.

El tratamiento de los fangos depende de su composición y del tipo de agua residual del que proviene. Las fases más usuales en un proceso de tratamiento y evacuación de fangos son: concentración o espesamiento, digestión, acondicionamiento, secado, incineración y/o eliminación. El tratamiento de los fangos será en función de las disponibilidades económicas, destino final previsto, existencia de espacio, etc.

Espesamiento

La misión del espesamiento de los fangos es concentrarlos para hacerlos más densos, reduciendo el volumen global para facilitar el manejo de los mismos y abaratar los costes de las instalaciones posteriores. Existen varios tratamientos posibles:

a) Concentración en espesadores: Un espesador es un depósito cilíndrico terminado en forma cónica. Normalmente, el fango que llega a estos espesadores es de tipo mixto. Suelen tener un cono de descarga de gran pendiente. La concentración que cabe esperar es de hasta un 5-10 %.

b) Flotación: Es una alternativa al espesamiento propiamente dicho. Consiste en inyectar aire a presión al fango a tratar formando un manto en la superficie que, mediante una rasqueta superficial, es barrido hacia una arqueta. Este tipo de espesamiento se utiliza para fangos muy ligeros con gran cantidad de bacterias filamentosas. c) Centrifugación: Se utiliza tanto para concentración como para deshidratación.

Digestión

El proceso de digestión de fangos puede llevarse a cabo por vía anaerobia (la principal) o por vía aerobia. Ambas soluciones tienen sus ventajas e inconvenientes, si bien puede decirse que en instalaciones importantes resulta más conveniente la primera, reservándose la vía aerobia para estaciones de menor importancia.

Digestión anaerobia

La digestión anaerobia consiste en una serie de procesos microbiológicos que convierte la materia orgánica en metano en ausencia de oxígeno. La producción de metano es un fenómeno relativamente común en la naturaleza, ya que puede formarse desde glaciares hasta en el sistema digestivo de rumiantes. Este proceso, a contrario de la digestión aerobia, es producido casi únicamente por bacterias.

El proceso se lleva a cabo en unos depósitos cerrados (de hasta 30 m de diámetro y casi 20 de altura) denominados digestores, que permiten la realización de las reacciones correspondientes y la decantación de los fangos digeridos en su parte baja de forma cónica. En el proceso se produce un gas, denominado gas biológico (mezcla de metano y CO2 principalmente) que se evacua del recinto. El fango introducido en el digestor se agita, con el fin de mantener una homogeneidad, mediante un sistema mecánico, o bien por medio de la difusión del propio gas de la mezcla. Para facilitar el proceso de digestión y reducir su duración, los fangos se calientan a temperaturas de alrededor de 30-37º, siendo conveniente que este calor se aporte utilizando como combustible el propio gas de la digestión.

La digestión anaerobia puede hacerse en una o dos etapas. Generalmente, el hacerlo en dos etapas (digestores primarios y secundarios) produce mejores resultados. En los primarios, el fango se mezcla constantemente con el propio gas producido para favorecer la digestión, mientras que en el secundario simplemente se deja sedimentar el fango antes de extraerlo. El proceso completo dura aproximadamente 30 días (20 en los digestores primarios y 10 en el secundario). Las ventajas y desventajas de la digestión anaerobia con respecto a la digestión aerobia son las siguientes:

Ventajas:

- El aceptor final de electrones suele ser CO2, por lo que no hace falta la constante adición de oxígeno, abaratando el proceso. - Produce menor cantidad final de lodos, pues el desarrollo de estas bacterias es más lento y la mayor parte de la energía se deriva hacia la producción del producto final, metano. Solo un 5% del carbono orgánico se convierte en biomasa, en contraste con hasta el 50% de las condiciones aerobias. - El metano tiene un valor calorífico de aproximadamente 9000 kcal/m3 y se puede utilizar para producir calor para la digestión o como fuente de energía eléctrica mediante motogeneradores. - La energía requerida para el tratamiento de las aguas residuales es muy baja. - Se puede adaptar a cualquier tipo de residuo industrial. - Se pueden cargar los digestores con grandes cantidades de materia.

Desventajas:

- Es un proceso más lento que el aerobio. - Es más sensible a tóxicos inhibidores. - La puesta a punto del sistema requiere también largos periodos. - En muchos casos, se requiere mayor cantidad de producto a degradar para el buen funcionamiento.

Procesos microbiológicos

Existe una organización sinergística entre las diferentes bacterias implicadas en la metanogénesis. Entre las bacterias que forman parte de los digestores anaerobios se pueden encontrar anaerobias estrictas o facultativas, tanto Gram negativas (Bacteroides), como Gram positivas (Clostridium, Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococcus). Existen 4 grupos o categorías de bacterias que participan en los pasos de conversión de la materia hasta moléculas sencillas como metano o dióxido de carbono y que van cooperando de forma sinergística:

- Grupo 1: Bacterias hidrolíticas: Son un grupo de bacterias (Clostridium, Proteus, Bacteroides, Bacillus, Vibrio, Acetovibrio, Staphyloccoccus) que rompen los enlaces complejos de las proteínas, celulosa, lignina o lípidos en monómeros o moléculas como aminoácidos, glucosa, ácidos grasos y glicerol. Estos monómeros pasarán al siguiente grupo de bacterias.

- Grupo 2: Bacterias fermentativas acidogénicas: (Clostridium, Lactobacillus, Escherichia, Bacillus, Pseudomonas, Desulfovibrio, Sarcina). Convierten azúcares, aminoácidos y lípidos en ácidos orgánicos (propiónico, fórmico, láctico, butírico o succínico), alcoholes y cetonas (etanol, metanol, glicerol, acetona), acetato, CO2 y H2.

- Grupo 3: Bacterias acetogénicas: Son bacterias sintróficas (literalmente “que comen juntas”), es decir, solo se desarrollan como productoras de H2 junto a otras bacterias consumidoras de esta molécula. Syntrophobacter wolinii, especializada en la oxidación de propionato, y Syntrophomonas wolfei, que oxida ácidos grasos que tienen de 4 a 8 átomos de carbono, convierten el propiónico, butírico y algunos alcoholes en acetato, hidrógeno y dióxido de carbono, el cual se utiliza en la metanogénesis.

- 4 grupo: Metanógenas: La digestión anaerobia de la materia orgánica en la naturaleza, libera del orden de 500-800 millones de toneladas de metano por año a la atmósfera. Esto se produce en la profundidad de sedimentos o en el rumen de los herbívoros. Existen tanto bacterias Gram positivas como negativas. Estos microorganismos crecen muy despacio, con tiempo de generación que van desde los 3 días a 35ºC hasta los 50 días a 10ºC. Estas bacterias se dividen en 2 subgrupos:

- Metanógenos hidrogenotróficos (bacterias quimiolitótrofas que utilizan hidrógeno)

- Metanógenas acetotróficas.

Sólo dos géneros, Methanosarcina (cocos grandes e irregulares en paquetes, Gram positivos) y Methanothrix (bacilos alargados, Gram negativos) tienen especies acetotróficas, aunque las primeras pueden utilizar también CO2 + H2 como sustrato. Todas las bacterias metanogénicas se incluyen en el dominio Archaea.

Digestión aerobia

Es otro procedimiento alternativo de digestión de fangos que, como se ha indicado, suele aplicarse solamente en pequeñas instalaciones. Consiste en estabilizar el fango por aireación, destruyendo así los sólidos volátiles. El tiempo de aireación suele oscilar entre 10 y 20 días, según la temperatura.

Acondicionamiento de los fangos

Los fangos urbanos y muchos industriales tienen una estructura coloidal que los hace poco filtrables a la hora del secado posterior a la digestión, por lo que el sistema de filtración consigue un bajo rendimiento. Para evitar este inconveniente se añade a los fangos reactivos floculantes que rompen la estructura coloidal y le confiere otra de carácter granular de mayor filtrabilidad. Los reactivos más utilizados son las sales de hierro (Cl3Fe), sales de aluminio, cal (CaO) y/o polielectrolito.

Secado

Su objetivo es eliminar agua del fango para convertirlo en una pasta sólida fácilmente manejable y transportable. El sistema depende de la cantidad de fango y del terreno disponible. El primer sistema utilizado fue el de Eras de secado por su simplicidad y bajo costo. El procedimiento consiste en la disposición de los fangos a secar sobre una superficie al aire libre dotada de un buen drenaje. La altura de la capa extendida varía según las características del fango. Para fangos urbanos digeridos se disponen capas de 20 a 30 cm. La superficie de las Eras varía en función del clima de la zona. La “torta” de fangos se suele secar cuando la humedad de la misma desciende por debajo del 40%. Un puente rascador que se mueve sobre unos carriles pueden emplearse en la extracción de la torta de fango. En el caso de ERAR de grandes poblaciones y con problemas de grandes espacios existen otros mecanismos de secado como son los filtros de banda, filtros prensa y/o centrifugación. En estos casos, la torta producida suele tener alrededor del 25% de material seco. Estas tortas son recogidas mediante una cinta transportadora y enviada a la tolva para su retirada. El fango una vez seco puede ser transportado a un vertedero e incinerado (aguas urbanas con aporte industrial) o utilizado como corrector de suelos (aguas exclusivamente urbanas).

Línea de gas

Como se ha indicado anteriormente, cuando el proceso de digestión de fangos se efectúa por anaerobia, como consecuencia de las reacciones bioquímicas del mismo, se produce un gas denominado gas biológico o biogás, que tiene un contenido de metano de alrededor del 65-70%. El resto de su composición lo constituyen gases inertes. La mayor parte dióxido de carbono.

El biogás puede convertirse, reutilizándolo, en un valioso subproducto a través del cual se suministra una gran parte de la energía que la ERAR necesita para su funcionamiento (hasta un 60% del total de la energía empleada). Las aplicaciones de este gas de digestión son, por un lado, las de su uso como calefacción tanto de edificios como de los propios fangos de digestión y, por otro lado en instalaciones importantes, las de su empleo como combustible para producción de energía. En este último caso, a la planta depuradora se le dota de motores que se alimentan con el biogás, y a estos motores se le acoplan generadores cuya energía eléctrica producida sirve para abastecer las distintas partes de la estación.

Fuentes