Arístides Sotomayor - Tecnologías limpias y medio ambiente en el sector industrial peruano

Figura 1.10

Sistema de tratamiento de efluentes mediante digestor anaeróbico con y sin recirculación

Elaboración propia

En la actualidad, el reactor anaeróbico con lodos y de flujo ascendente, en inglés upflow anaerobic sludge blanket (UASB) y en castellano reactor anaeróbico de flujo ascendente (RAFA), se utiliza con bastante éxito en el proceso de efluentes en la industria agroalimentaria. En el esquema de la figura 1.11, se puede observar el funcionamiento del proceso de digestión, así como las principales partes que lo conforman. En el interior del digestor, se encuentra un manto de lodos suspendido debido al ingreso del efluente con carga orgánica; asimismo, los flóculos están recubiertos de la biopelícula y se produce la digestión. Los gases húmedos se descargan por la parte superior, por donde también sale el efluente tratado. El metabolismo de las bacterias genera, además de la reducción de la carga orgánica, el incremento de nuevas bacterias, por lo que se debe realizar una purga para retirar el excedente de lodos. En este tipo de diseño básico de digestores UASB, se están desarrollando mejoras para aumentar el rendimiento del sistema, tales como la recirculación del efluente tratado para facilitar la operación del manto de lodos, o el ingreso del efluente por encima del nivel del manto para producir turbulencia y contribuir a separar los gases en menos tiempo, a fin de poder recuperar el biogás para aprovecharlo como combustible; igualmente, se debe mantener la temperatura en el interior del digestor (Rodríguez, s. f.).

Figura 1.11

Sistema de tratamiento de efluentes mediante digestor anaeróbico

Elaboración propia

En el tratamiento de efluentes y aguas residuales, hay alternativas que permiten operar la biodigestión anaeróbica en dos etapas, que se describen brevemente a continuación.

• Biodigestión anaeróbica en dos etapas. Consiste en un primer reactor con alto TRH, en el cual se favorece la hidrólisis, seguido de un segundo reactor con menor TRH, donde tiene lugar la digestión de la materia orgánica disuelta y los ácidos producidos en la etapa anterior.

• Biodigestión anaeróbica en dos fases . A diferencia de la biodigestión anaeróbica en dos etapas, en lugar de un segundo reactor se utilizan dos reactores: uno para la fase líquida y otro para la fase gaseosa. Se puede separar la etapa de hidrólisis y la acidogénica de las etapas acetogénica y metanogénica para gases y metanogénica e hidrogenotrófica para líquidos. En la figura 1.12, se puede apreciar la secuencia del proceso de ambas biodigestiones.

Figura 1.12

Alternativas de tratamiento de efluentes mediante digestión anaeróbica por etapas

Elaboración propia

En países en vías de desarrollo, las aguas residuales y los efluentes industriales son vertidos en muchos casos directamente a los cuerpos receptores (mar, río, zonas agrícolas, entre otros). Estos efluentes contienen materia orgánica (como grasas y aceites minerales, aceite de motor, solventes industriales, diésel, gasolina y detergentes, etcétera) y elementos inorgánicos (tales como cromo, plomo, cadmio, arsénico, níquel, selenio, cianuros, ácidos, álcalis, pinturas), además de carga bacterial. Para evitar la formación de sustancias indeseables, se deben generar las condiciones favorables de un proceso aeróbico, ya que las bacterias aeróbicas son las encargadas de degradar el material biológico hasta convertirlo en productos estables no putrefactos; ello se logra mediante el suministro de aire a través de bombas o por aireadores superficiales. En este proceso, se originan lodos que son separados en el sedimentador primario; asimismo, se retira la capa flotante de aceites y grasas (Merli y Ricciuti, 2009). Por su parte, los efluentes sometidos a tratamiento secundario también producen lodos compuestos de células en un 70 % a 80 % en peso, y de material inerte en un 20 % a 30 % en peso. Finalmente, los tratamientos terciarios forman lodos donde se retienen los microorganismos. En las grandes plantas de tratamiento de aguas residuales y efluentes industriales, estos lodos se procesan por separado; sin embargo, en instalaciones medianas y pequeñas es usual que el tratamiento de lodos se realice de manera conjunta.

En cuanto a las bacterias contenidas en los lodos, una parte corresponde a las bacterias activas resultado del tratamiento aeróbico y anaeróbico; y la otra parte está compuesta por los microorganismos que estaban inicialmente en el proceso, entre ellos se encuentran bacterias y virus patógenos ( Escherichia coli , Salmonella , etcétera). El material inerte presente en los lodos procede de las partículas coloidales que arrastran los efluentes, a los que se añade floculantes, en caso de ser necesario, en la etapa de sedimentación primaria. Cuando se realiza la aireación prolongada de los lodos, puede ocurrir que algunos metales se oxiden y precipiten con óxidos e hidróxidos. El tratamiento de lodos implica la estabilización de los mismos para desactivar las bacterias en la fase endógena (que queda en estado latente) o para eliminar las bacterias muertas, si las tuviera, así como los virus, que son tóxicos para el ser humano. En algunas situaciones, se puede detectar la presencia de nutrientes como el fósforo y el nitrógeno, que provienen de detergentes y de materiales con carga orgánica que son utilizados en la industria, los cuales pueden causar la eutrofización del acuífero. El exceso de nitrógeno en los suelos puede llegar a convertirse en nitratos y nitritos, cuya presencia en el agua implica un riesgo para la salud humana.

En la gestión adecuada y eficiente de lodos, se aplican técnicas para asegurar la disposición final de estos, las cuales se describen brevemente a continuación:

a. Relleno sanitario

Es la forma más usual de disposición final de los lodos, siempre teniendo en cuenta que los lixiviados producidos durante la degradación de la carga orgánica no tomen contacto con el acuífero, con el fin de evitar el desequilibrio ecológico.

b. Relleno de seguridad

Es una alternativa de confinamiento de los lodos que los aísla mediante sistemas de impermeabilización hechos de geotextiles. Los lodos son recubiertos para evitar el contacto de los lixiviados con las aguas subterráneas. Tiene un alto costo de inversión y de mantenimiento; además, necesita un control permanente.

c. Incineración

Es un método para quemar los lodos en el que se genera, principalmente, el CO 2, pero también gases tales como el dióxido de azufre (SO 2) y óxidos de nitrógeno (NO x). En este proceso, debido a las altas temperaturas, se pueden volatilizar los metales que se caracterizan por su vaporización a bajas temperaturas, como plomo, arsénico, cadmio, mercurio, selenio, etcétera.

d. Fertilizante y mejorador de suelos

El contenido de nitrógeno, fósforo y sales minerales en los lodos resulta muy adecuado para su uso en la agricultura; sin embargo, es preciso hacer un estudio detallado de los requerimientos de los terrenos y de los cultivos específicos, ya que los excesos causan problemas ambientales. Así, la utilización racional y controlada de los biosólidos en la agricultura puede lograr las siguientes condiciones favorables: