Constituyen una serie de importantes procesos de naturaleza biológica de tratamiento de las aguas residuales que tienen en común la utilización de microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a cabo la eliminación de materia orgánica biodegradable, tanto coloidal como disuelta, así como la eliminación de compuestos que contienen elementos nutrientes (N y P).

En la mayor parte de los casos, la materia orgánica constituye la fuente de energía y de carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Además, también es necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos esenciales para el crecimiento, especialmente los compuestos que contengan N y P, y por último, en el caso de sistema aerobio, la presencia de oxígeno disuelto en el agua. Este último aspecto será clave a la hora de elegir el proceso biológico más conveniente.

Los procesos aerobios se basan en la eliminación de los contaminantes orgánicos por su transformación en biomasa bacteriana, CO2 y H2O.

Los procesos anaerobios transforman la sustancia orgánica en biogás, mezcla de metano y CO2.

LECHOS BACTERIANOS

También denominados filtros biológicos o filtros percoladores. Están basados en los procesos biológicos aerobios. Consiste en poner el agua residual en contacto con un material inerte o soporte donde se adhieren los microorganismos. Suelen ser lechos fijos de gran diámetro, rellenos con rocas o piezas de plástico o cerámica con formas especiales para desarrollar una gran superficie sobre el que se rocía el agua a tratar. Sobre la superficie crece una fina capa de biomasa, sobre la que se dispersa el agua residual a tratar, que moja en su descenso la superficie. Al mismo tiempo, ha de quedar espacio suficiente para que circule aire, que asciende de forma natural. El crecimiento de la biomasa provoca que parte de los microorganismos se desprendan de la superficie, y por lo tanto, seguirá siendo necesaria una sedimentación posterior para su separación del efluente.

CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATIVOS: BIODISCOS Y BIOCILINDROS

Están basados en los procesos biológicos aerobios. Estos requieren un contacto íntimo entre el agua residual, la biomasa activa y el oxígeno.

Consisten en una serie de placas o discos colocados en un eje horizontal que giran lentamente dentro del tanque que contiene el agua residual, con un 49 % de la superficie sumergida. Sobre la superficie de los discos se fija la biomasa que se encuentra alternativamente en contacto con el agua residual y el aire. Esto posibilita la ingestión de la materia orgánica por parte de los microorganismos y su posterior degradación en presencia del oxígeno del aire.

Los biocilindros son una variante de los biodiscos. Su principal diferencia es la sustitución de los discos por biocilindros. Éstos están formados por una malle metálica cuyo interior se rellena de piezas de plástico que sirven de soporte a la biomasa. En estos sistemas se produce un exceso de biomasa que se desprende del contactor. Esta se mantiene en suspensión en el tanque gracias al movimiento del material soporte. Para regular la cantidad de microorganismos presentes en el sistema se dispone de un clarificador o decantador secundario. En él se produce la sedimentación del exceso de biomasa.

FANGOS ACTIVOS

Es un proceso aerobio de biomasa suspendida, que requiere un contacto íntimo entre el agua residual, la biomasa activa y el oxígeno. Consiste en poner en contacto en un medio aerobio, normalmente en una balsa aireada o en un tanque de aireación, el agua residual con flóculos biológicos previamente formados, en los que se adsorbe la materia orgánica y donde es degradada por las bacterias presentes (se mantiene una determinada concentración de microorganismos aerobios). Para acelerar los procesos naturales se les suministra oxígeno disuelto aumentando así la capacidad de tratamiento además de obtener una mejor calidad del efluente y menor cantidad de fangos.

Se clasifican en procesos de mezcla completa o flujo pistón.

• Los procesos de mezcla completa se caracterizan por la uniformidad de las características del licor en el tanque de aireación o balsa aireada.
• Los procesos de flujo pistón, sin embargo, mantienen un gradiente de concentración en función de la distancia a la entrada del proceso. En estos procesos no existe mezcla.

El modelo de mezcla completa puede adoptar las siguientes variantes:

• Aireación prolongada: Consiste en un tanque de aireación, con un sistema de aireación por turbinas, aireadores sumergibles o difusores cerámicos. Éstos mantienen la biomasa en suspensión e introducen el oxígeno necesario. Estos procesos se caracterizan por su baja carga másica y baja producción de fangos. Además, su utilización es interesante cuando se pretendan eliminar compuestos con nitrógeno simultáneamente con la materia orgánica.
• Contacto-estabilización: Este proceso se desarrolla en dos tanques. El primero denominado de contacto en el que se mezclan el efluente con el fango recirculado, en el existe aireación y mezcla completa. Después del contacto se produce la sedimentación, recirculando el fango al tanque de estabilización. En el tanque de estabilización se desarrolla la nueva biomasa, que es enviada al tanque de contacto y así iniciar de nuevo el ciclo.

REACTORES DISCONTINUOS SECUENCIALES (SBR)

Los reactores biológicos secuenciales (SBR) son reactores discontinuos en los que el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un medio aireado.

Los procesos unitarios que intervienen son idénticos a los de un proceso convencional de fangos activados. En ambos sistemas intervienen la aireación y la sedimentación. No obstante, existe entre ambos una importante diferencia. En las plantas convencionales, los procesos se llevan a cabo simultáneamente en tanques separados, mientras que en los SBR, los procesos tienen lugar secuencialmente en el mismo tanque. El empleo de un único tanque reduce sustancialmente el espacio y la inversión necesarios.

FILTROS VERDES

Se basan en la propiedad que tiene el suelo de depurar física y biológicamente las aguas que le son aplicadas en forma de riego. Los procesos principales que se desarrollan en el suelo son: filtrado físico, biológicos, adsorción y precipitación, intercambio iónico y asimilación de nutrientes y oligoelementos.

Los cultivos más empleados son los capaces de asimilar grandes cantidades de agua y nutrientes.

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Es un proceso anaerobio de biomasa suspendida. Se utiliza especialmente cuando las aguas residuales tienen una gran carga contaminante. Consiste en la descomposición de la materia orgánica, que genera como producto final un gas de alto contenido energético, llamado biogás, formado fundamentalmente por metano (60-80%), dióxido de carbono (40-20%) y trazas de otros elementos como sulfuro de hidrogeno. Este biogàs es susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica.

El proceso de digestión anaerobia se realiza en tanques completamente cerrados en los que intervienen varios tipos de microrganismos. Entre los más importantes y específicos de este proceso están por un lado las bacterias productoras de ácidos y por otro las bacterias productoras de metano. Las bacterias productoras de ácidos transforman la materia orgánica compleja, en productos intermedios. Las bacterias productoras de metano actúan sobre dichos productos intermedios transformándolos en gases y subproductos estabilizados. El proceso que se origina es lento y requiere unas condiciones determinadas. La primera fase del proceso se denomina fase ácida, con pH por debajo de 6,8, la segunda fase se denomina metánica, la cual aumenta el pH a valores de 7,4, estas bacterias son muy sensibles a los valores de pH y se inhiben con valores inferiores a 6.

REACTOR BIOLÓGICO DE MEMBRANA (MBR)

Se compone de dos partes integradas en una sola: por un lado, el reactor biológico responsable de la depuración biológica y por otro, la separación física de la biomasa y el agua mediante un sistema de filtración directa con membranas. El sistema tiene una mayor capacidad para eliminar DQO coloidal, ya que al no atravesar la membrana tiene un tiempo de contacto mucho mayor con la biomasa.

Además, en los sistemas MBR se deriva de las elevadas concentraciones de biomasa con las que se trabaja en el reactor biológico gracias a la presencia de una barrera física (membrana) que no deja escapar las bacterias, lo que permite un control perfecto sobre la edad del fango y los parámetros principales de operación del sistema.