Los efluentes descargados diariamente tienen una composición variada dependiendo de su procedencia, estas sustancias pueden ser eliminadas mediante tratamientos biológicos de tipo: aerobios, anaerobios e híbridos (Crites y Tchobanoglous, 2003). 2.4.3.1 Lodos activados
Los lodos activados es un proceso típico biológico aerobio comúnmente empleado, el cual se desarrolla en un digestor biológico, considerado el núcleo donde están alojados los lodos activados, lechos bacterianos y biodiscos.
En procesos aerobios, el cultivo bacteriano emplea aire u oxígeno para oxidar la materia orgánica, donde una parte se convierte en CO2 además de agua, y otra fracción es asimilada durante el crecimiento de la masa microbiana (Crites y Tchobanoglous, 2003; Corbit, R., 2003; SEMARNAT, SAGARPA, FIRCO, 2010). Los lodos activados se caracterizan por ser inestables (Terreros, 2009), esto lleva a requerir etapas de tratamiento antes de una disposición final; como es la decantación, con el objetivo de recuperar y utilizar los lodos como abono agrícola, en otros casos se trasladan a un vertedero controlado o se incineran.
No obstante, dependiendo del destino seleccionado es necesario implementar operaciones adicionales dirigidas a eliminar nitrógeno además de fósforo presentes en los lodos y finalizar con una desinfección; dichos procedimientos tienen los siguientes inconvenientes: (Crites y Tchobanoglous, 2003; Lettinga, 1995; Panikkar et al., 2010).
Elevado gasto energético en el suministro de aire al sistema de lodos activados.
Elevada cantidad de lodos primario y secundario generados, los cuales requieren posterior tratamiento.
Altos costos de instalación ante la necesidad de construir enormes plantas de tratamientos para los lodos.
2.4.3.2 Particularidades de la digestión anaerobia
La biodigestión anaerobia es un proceso el cual no permite obtener la misma calidad del efluente que los sistemas aerobios, empero la eliminación de SS, DQO y DBO5 se realiza en una sola etapa, obteniendo siguientes las ventajas (Crites y Tchobanoglous, 2003; Lettinga, 1995):
Los procesos anaerobios no consumen oxígeno, lo cual se refleja en ahorro de energía.
La generación de lodos es muy inferior a otros procesos con un alto grado de mineralización, concentración y fácil des-humidificación.
El costo de inversión es barato.
La recuperación de biogás es satisfactoria. 2.4.3.3 Bases del proceso anaerobio
Este proceso se realiza mediante una serie de microorganismos, cuyo trabajo en serie o en paralelo degradan la materia orgánica en el transcurso de tres etapas fundamentales: hidrólisis, acidogénesis y metanogénesis, las cuales se caracterizan por tener un crecimiento microbiológico lento ver Fig. 2.4.3.3
Fig. 2.4.3.3 Vías productoras de metano y de dióxido de carbono a partir de la digestión anaerobia de sustratos orgánicos (Fuente. Holland, 1987)
En la primera fase conocida como hidrólisis, se tienen organismos encargados de hidrolizar los polímeros orgánicos así como los lípidos de estructuras básicas del tipo: monosacáridos, aminoácidos además de compuestos relacionados con la Hidrólisis Acidogénesis Metanogénesis Lípidos Ácidos grasos Polisacárido Monosacáridos Propianato, butirato, succinato, etanol lactato Sustratos metanogénicas, H 2, CO2, metanol, acetatos Aromáticos simples Purinas y pirimidinas Ácidos nucleicos Aminoácidos Proteínas Metano + CO2
generación de energía y carbono celular (Crites y Tchobanoglous, 2003), una vez finalizado este período inicia la etapa dos.
La acidogénesis se constituye en dos sub-etapas; la primera sub-fase corresponde a una fermentación del ácido acético realizada por bacterias anaerobias; mientras en el segundo sub-periodo intervienen bacterias no metanógenicas de dos tipos: bacterias facultativas así como bacterias anaerobias obligadas, ambos grupos trabajan en acción conjunta y se denominan microorganismos acidógenos, también conocidos como microorganismos formadores de ácido. (Cervantes et al., 2011; Lettinga, 1995))
Entre los cuales se ha logrado identificar una amplia gama de microorganismos, que incluye grupos no metanógenos del tipo: Clostridium, ssp., Peptococcus anaerobus,
Bifidobacterium, ssp., Desulphuvibrio ssp., Corynebacterium, ssp.,Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus y Escherichia coli, bacterias proteolíticas, lipolíticas,
ureolíticas además de enzimas que atacan la celulosa; todos estos grupos actúan en este periodo.
El cual al concluir pasa al último ciclo denominado metanogénico, en este lapso los microorganismos transformadores del hidrógeno y el ácido acético generan dos subproductos: gas metano acompañado de dióxido de carbono; dicha reacción es realizada por bacterias anaerobias estrictas conocidas como metanógenas o productores de metano, entre las cuales se han distinguido bacilos del tipo:
Methanobacterium, Metanobacillus, Metanococcus y Metanosarcina.
Los microorganismos metanogénicos poseen las siguientes características: emplean ácido acético e hidrógeno, tienen una tasa de crecimiento baja por lo que su metabolismo limita el tratamiento anaerobio de la materia orgánica, sus desechos tienen la suficiente estabilidad para producir metano y dióxido de carbono como residuos finales (Fig. 2.4.3.3).
Las reacciones mencionadas pertenecen exclusivamente a los procesos de digestión anaerobia de crecimiento en suspensión y de contacto, ambos desarrollados en el interior de un reactor bajo los siguientes parámetros cinéticos: velocidad específica máxima de crecimiento a condiciones favorables sin límite de sustrato, rendimiento celular relacionado con la fracción de substancia destinada al desarrollo de la célula, afinidad constante a un grupo por una determinada especie química, actividad específica máxima de esta última y la cantidad del elemento utilizado por unidad de biomasa con respecto a la unidad de tiempo. (Crites y Tchobanoglous, 2003; Lettinga, 1995)
los tiempos de retención cuando la biomasa no es inoculada, la cual debe mantener una elevada concentración y así evitar efectos colaterales en la población anaerobia, sobre todo si se requiere operar a elevadas velocidades de carga orgánica.
No obstante al seleccionar la tecnología es importante lograr una mayor optimización del proceso aunque exista gran cantidad de microorganismos, esto lleva delimitar las condiciones ambientales óptimas en cada uno de ellos. (Crites y Tchobanoglous, 2003; Lettinga, 1995)