miniaturadeimagen| Este pequeño decantador secundario de una depuradora rural es un mecanismo típico de separación de fases para eliminar los sólidos biológicos formados en un biorreactor de crecimiento en suspensión o de película fija.|300x300px El tratamiento secundario (principalmente tratamiento biológico de aguas residuales) es la eliminación de materia orgánica biodegradable (en solución o en suspensión) de las aguas residuales o tipos similares de aguas: El objetivo es lograr un cierto grado de calidad del efluente en una planta de tratamiento de aguas residuales adecuada para la opción de eliminación o reutilización prevista. El tratamiento secundario suele ir precedido de una etapa de "tratamiento primario", en la que se utiliza la separación física de fases para eliminar los sólidos sedimentables. Durante el tratamiento secundario, se utilizan procesos biológicos para eliminar la materia orgánica disuelta y suspendida medida como demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Estos procesos son realizados por microorganismos en un proceso controlado aeróbico o anaeróbico dependiendo de la tecnología de tratamiento. Las bacterias y los protozoos consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo, azúcares, grasas y moléculas orgánicas de carbono de cadena corta procedentes de residuos humanos, residuos alimentarios, jabones y detergentes) mientras se reproducen para formar células de sólidos biológicos. El tratamiento secundario se utiliza ampliamente en la depuración de aguas residuales y también es aplicable a muchas aguas residuales agrícolas e industriales.
Los sistemas de tratamiento secundario se clasifican en sistemas de película fija o de crecimiento suspendido, y en sistemas aerobios y anaerobios. Los sistemas de película fija o de crecimiento adherido incluyen los filtros percoladores, los humedales artificiales, las biotorres y los contactores biológicos rotativos, en los que la biomasa crece sobre un medio y las aguas residuales pasan por encima de su superficie:EPA. Washington, DC (2004). "Primer for Municipal Waste water Treatment Systems." Document no. EPA 832-R-04-001. El principio de película fija ha evolucionado hasta convertirse en reactores de biopelícula de lecho móvil y procesos integrados de lodos activados de película fija. Los sistemas de crecimiento suspendido incluyen los lodos activados, que es un sistema de tratamiento aeróbico, basado en el mantenimiento y recirculación de una biomasa compleja compuesta por microorganismos bacterias y protozoos) capaces de absorber y adsorber la materia orgánica transportada en las aguas residuales. También se están utilizando humedales construidos. Un ejemplo de un sistema de tratamiento secundario anaeróbico es el reactor de manto de lodos anaeróbico de flujo ascendente.
Los sistemas de película fija son más capaces de hacer frente a cambios drásticos en la cantidad de material biológico y pueden proporcionar mayores tasas de eliminación de materia orgánica y sólidos en suspensión que los sistemas de crecimiento en suspensión.:11-13 La mayoría de los sistemas de tratamiento secundario aerobio incluyen un clarificador secundario para sedimentar y separar el flóculo biológico o el material filtrante cultivado en el biorreactor de tratamiento secundario.
Definiciones
Tratamiento primario
Tratamiento secundario La decantación del tratamiento primario elimina aproximadamente la mitad de los sólidos y un tercio de la DBO de las aguas residuales brutas.Abbett, p.19-28 El tratamiento secundario se define como la "eliminación de materia orgánica biodegradable (en solución o suspensión) y sólidos en suspensión. La desinfección también suele incluirse en la definición de tratamiento secundario convencional": 11 La eliminación biológica de nutrientes es considerada por algunos ingenieros sanitarios como tratamiento secundario y por otros como tratamiento terciario.
Tras este tipo de tratamiento, las aguas residuales pueden denominarse aguas residuales con tratamiento secundario.
Tratamiento terciario miniaturadeimagen|Configuración general de un sistema de microfiltración|300x300px
Tipos de procesos Los sistemas de tratamiento secundario se clasifican en sistemas de película fija o de crecimiento en suspensión Existe un gran número de procesos de tratamiento secundario A continuación se explican los principales.
Sistemas de película fija
Lechos filtrantes (lechos oxidantes) En las plantas más antiguas y en las que reciben cargas variables, se utilizan lechos filtrantes percoladores en los que el agua residual sedimentada se esparce sobre la superficie de un lecho compuesto por coque (carbón carbonizado), virutas de piedra caliza o medios plásticos especialmente fabricados. Estos medios deben tener una gran superficie para soportar las biopelículas que se forman. El licor se distribuye normalmente a través de brazos de pulverización perforados. El licor distribuido se escurre por el lecho y se recoge en los desagües de la base. Estos desagües también proporcionan una fuente de aire que se filtra a través del lecho, manteniéndolo aeróbico. En la superficie del lecho se forman biopelículas de bacterias, protozoos y hongos que se alimentan del contenido orgánico o lo reducen.EPA (2004). "Primer for Municipal Waste water Treatment Systems." Document no. EPA 832-R-04-001.:12 El filtro elimina un pequeño porcentaje de la materia orgánica en suspensión, mientras que la mayor parte de la materia orgánica favorece la reproducción de microorganismos y el crecimiento celular a partir de la oxidación biológica y la nitrificación que tienen lugar en el filtro. Con esta oxidación aeróbica y nitrificación, los sólidos orgánicos se convierten en biopelícula consumida por larvas de insectos, caracoles y gusanos que ayudan a mantener un espesor óptimo. La sobrecarga de los lechos puede aumentar el grosor de la biopelícula y provocar condiciones anaeróbicas y la posible biocaptación del medio filtrante y la formación de charcos en la superficie.Metcalf & Eddy, pp.533-542
Contactores biológicos rotativos miniaturadeimagen|300x300px|Diagrama esquemático de un contactor biológico rotativo (RBC) para el tratamiento de aguas residuales. El clarificador/sedimentador de efluentes no está incluido en el diagrama. Un contactor biológico rotativo o RBC es un proceso de tratamiento biológico de película fija que se utiliza en el tratamiento secundario de aguas residuales tras el tratamiento primario.Mechanical Evolution of the Rotating Biological Contactor Into the 21st Century by D. Mba, School of Engineering, Cranfield University El proceso de tratamiento primario implica la eliminación de arenas y materiales gruesos en suspensión mediante un proceso de cribado, seguido de la sedimentación de los sólidos en suspensión. El proceso de RBC permite que las aguas residuales entren en contacto con una película biológica para eliminar los contaminantes presentes en las aguas residuales antes de verter las aguas residuales tratadas al medio ambiente, normalmente una masa de agua (río, lago u océano). Un contactor biológico rotativo es un tipo de proceso de tratamiento secundario (biológico). Consiste en una serie de discos paralelos muy próximos entre sí montados sobre un eje giratorio que se apoya justo encima de la superficie de las aguas residuales. En la superficie de los discos crecen microorganismos que degradan biológicamente los contaminantes de las aguas residuales.
Humedales construidos miniaturadeimagen|Humedal construido en un asentamiento ecológico en Flintenbreite, cerca de Lübeck, Alemania Un humedal construido es un humedal artificial para el tratamiento de aguas residuales, aguas grises, aguas pluviales o aguas residuales industriales. También puede diseñarse para la recuperación de tierras tras la explotación minera o como medida de mitigación de la pérdida de zonas naturales por el desarrollo urbanístico. Los humedales artificiales son sistemas artificiales que utilizan las funciones naturales de la vegetación, el suelo y los organismos para proporcionar un tratamiento secundario a las aguas residuales. El diseño de los humedales artificiales debe ajustarse al tipo de aguas residuales que vayan a tratarse. Los humedales artificiales se han utilizado tanto en sistemas de aguas residuales centralizados como descentralizados. El tratamiento primario se recomienda cuando hay una gran cantidad de sólidos en suspensión o materia orgánica soluble (medida como demanda bioquímica de oxígeno y demanda química de oxígeno).
Sistemas de crecimiento suspendido
Lodo activado
Los lodos activados son un método común de tratamiento secundario por crecimiento en suspensión. Las plantas de fangos activos abarcan una variedad de mecanismos y procesos que utilizan oxígeno disuelto para promover el crecimiento de flóculos biológicos que eliminan sustancialmente la materia orgánica.: 12-13 El flóculo biológico es un ecosistema de biota viva que subsiste gracias a los nutrientes del efluente del clarificador primario. Estos sólidos disueltos, en su mayoría carbonosos, se someten a aireación para ser descompuestos y oxidados biológicamente a dióxido de carbono o convertidos en flóculos biológicos adicionales de microorganismos reproductores. Los sólidos disueltos nitrogenados (aminoácidos, amoníaco, etc.) se convierten de forma similar en flóculos biológicos o son oxidados por los flóculos a nitritos, nitratos y, en algunos procesos, a nitrógeno gaseoso mediante desnitrificación. Aunque la desnitrificación se fomenta en algunos procesos de tratamiento, a menudo impide la sedimentación del flóculo, lo que provoca un efluente de baja calidad en muchas plantas de aireación suspendida. El rebosadero de la cámara de mezcla de fangos activos se envía a un clarificador donde el flóculo biológico en suspensión se sedimenta mientras el agua tratada pasa a tratamiento terciario o desinfección. El flóculo sedimentado se devuelve a la cámara de mezcla para seguir creciendo en el efluente primario. Como en la mayoría de los ecosistemas, los cambios de población entre la biota de los lodos activados pueden reducir la eficacia del tratamiento. Nocardia, una espuma marrón flotante que a veces se identifica erróneamente como hongo de las aguas residuales, es el más conocido de los muchos hongos y protistas diferentes que pueden sobrepoblar el flóculo y causar trastornos en el proceso. Las concentraciones elevadas de residuos tóxicos, como plaguicidas, residuos industriales metálicos o pH extremos, pueden matar la biota del ecosistema de un reactor de lodos activados.Maiga, Y., von Sperling, M., Mihelcic, J. 2017. Constructed Wetlands. In: J.B. Rose and B. Jiménez-Cisneros, (eds) Global Water Pathogens Project. (C. Haas, J.R. Mihelcic and M.E. Verbyla) (eds) Part 4 Management Of Risk from Excreta and Wastewater) Michigan State University, E. Lansing, MI, UNESCO. Material was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported license.
Reactores por lotes de secuenciación Un tipo de sistema que combina el tratamiento secundario y la decantación es el de lodos activados cíclicamente (CASSBR), o reactor discontinuo secuencial (SBR). Normalmente, los lodos activados se mezclan con las aguas residuales brutas entrantes y, a continuación, se mezclan y airean. El lodo sedimentado se escurre y se vuelve a airear antes de que una parte se devuelva a la cabecera.EPA (1999). "Sequencing Batch Reactors." Wastewater Technology Fact Sheet. Document no. EPA 832-F-99-073.
La desventaja del proceso CASSBR es que requiere un control preciso de los tiempos, la mezcla y la aireación. Esta precisión se consigue normalmente con controles informáticos conectados a sensores. Un sistema tan complejo y frágil no es adecuado para lugares donde los controles pueden ser poco fiables, estar mal mantenidos o donde el suministro eléctrico puede ser intermitente.
Plantas de paquete