Tema 7. Tractament d'aigües residuals (2010)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 3º curso
Asignatura Microbiologia ambiental
Año del apunte 2010
Páginas 10
Fecha de subida 31/08/2014
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 7. TRACTAMENT D’AIGÜES RESIDUALS ™ Introducció Poden tenir molts orígens i les classifiquem en diferents tipus.
Qualsevol tipus d’aigua, s’ha de tractar i no s’ha d’abocar a un sistema natural.
Tractament: s’ha de tenir en compte: o Cabal de l’aigua a tractar.
o Procedència (composició).
o Objectiu de la qualitat desitjada.
™ Legislació Ens indica que les poblacions amb més de 2000 habitants han de tenir depuradora (EDAR), això es va acordar al 2005.
L’aigua abocada a la llera pública, ha de tenir un valor de 25 mg/lO2, és a dir, s’ha de reduir la DBO fins a aquest valor. A més, també s’ha de tenir en compte el valor de fòsfor total.
Això s’aconsegueix gràcies a les EDAR mitjançant diferents tractaments (convencionals, tractament per petites poblacions...).
En poblacions de més de 2000 habitants, s’ha de fer tractaments convencionals, en canvi, en poblacions més petites, basta amb un aiguamoll.
™ EDAR Els objectius d’un EDAR són: 1. Reduir el contingut orgànic.
2. Reduir els compostos recalcitrants.
3. Reduir o eliminar els metalls tòxics.
4. Reduir o eliminar els nutrients.
5. Eliminar o inactivar els microorganismes patògens.
A partir del què marca la legislació, hem de generar un procés per tal d’assolir les característiques desitjades.
En una EDAR, tenim 2 sortides d’efluents, les quals es corresponen amb aigua neta i sòlids generats (fangs de depuradores).
- Procediment per rebaixar la DBO a 25 mg/lO2 • A les EDAR tenim diferents nivells de tractament. En cada fase generem aigua + sòlids.
• L’aigua del tractament primari passa al tractament secundari (tractament biològic que imita el que passa a la natura però més ràpidament). El secundari ja assoleix la DBO desitjada, però normalment hi ha un tractament terciari que permet desinfectar i assolir clarament la DBO necessària a la natura.
59 ™ Tractament Primari (pretractament) Pretractament • Abans de fer el tractament primari en si, es pot fer un pretractament que consisteix en l’eliminació de sòlids de gran mida mitjançant una sèrie de reixes de diferents gruixos que desemboquen en un tamís (desbast) de més petit tamany i més tard es procedeix a la eliminació del greix i la sorra.
- Tractament primari • Deixem que les partícules d’aigua sedimentin, només ho faran les partícules de més de 100 micres. Pot ser que per facilitar aquest pas, s’afegeixin agents coagulants, encara que això no és habitual.
• Haurem reduït entre un 40-75% dels sòlids i la DBO al 30-60%.
• Així, els sòlids seran tractats per altra banda diferent de la que processa la resta de l’aigua.
• La sedimentació, es dóna en decantadors primaris, en aquests hi ha pales a la superfície i al fons, per tal de recollir les partícules.
™ Tractament secundari És un tractament biològic que imita el que passa a la natura d’un manera accelerada.
Es duu a terme de forma aeròbica o anaeròbica. En aquesta fase intervenen molts tipus microbians, els quals no s’inoculen, sinó que ja hi són presents a l’aigua residual.
No podem fer el tractament biològic si l’aigua està contaminada amb tòxics, per tant, abans s’han d’eliminar.
Si tot va bé, la DBO es pot reduir fins a un 90-95% de la inicial.
El que succeeix en aquest tractament, és que els enzims microbians consumeixen (mineralitzen) la matèria orgànica de l’aigua, cosa que els ajuda a multiplicar-se. Aquest procés es pot donar tant en condicions aeròbiques com anaeròbiques (s’obtenen diferents productes) depenent del tipus d’aigua.
- Sistema aeròbic • Els microorganismes que depuraran l’aigua, poden estar en forma de biofilms o bé aïllats o agregats (flòculs).
• Els enginyers van potenciar la formació dels biofilms (aportem gran quantitat de superfície de creixement) o bé flòculs (s’evita la formació d’adhesions mitjançant un flux d’aire per exemple).
• S’acostumen a anomenar biofiltres o fangs activats: 60 1. Biofiltres a. Filtre percolador ƒ Afegim un material en el qual els microorganismes puguin formar els biofilms.
ƒ L’aigua anirà passant en contacte amb el biofilm i els microorganismes aniran consumint la matèria orgànica. Quan l’aigua surt, entra en un altre tanc de sedimentació (sedimentació de matèria orgànica particulada i restes del biofilm) i ja es podrà abocar a l’ambient natural.
ƒ És un sistema útil per petites comunitats.
ƒ S’ha de posar un material porós, que normalment eren pedres o petxines per tal que els microorganismes hi puguin créixer al damunt i no es degradin, no obstant, el que es fa ara és treballar amb plàstics perquè són molt més lleugers.
ƒ En aquesta superfície es desenvolupa el biofilm i nosaltres afegim l’aigua, la qual conté la matèria orgànica, així, els microorganismes formen biofilms sobre el material plàstic.
ƒ Inicialment, no s’observa cap acció, però als 15 dies es comencen a veure els efectes.
ƒ Hi ha microorganismes heteròtrofs, litòtrofs els quals utilitzen diversos compostos.
ƒ El biofilm no s’ha d’engruixir més de 2-3 mm ja que sinó es tornarà anaeròbic i això, en aquest cas no convé.
ƒ Podem trobar una diversitat microbiana molt evident, que inclou bacteris, fongs, protozous i metazous (controlen les altres poblacions per predació).
ƒ Característiques del sistema: 1. Econòmic.
2. Poc sensible als tòxics Æ els biofilms resisteixen molt als biocides.
3. Fluctuacions estacionals Æ a l’hivern la degradació és molt lenta i s’ha de regular el flux d’aigua.
4. Control de la [matèria orgànica] Æ no s’ha d’aportar excessiva matèria orgànica ja que sinó, el biofilm s’engruixirà massa, o bé els porus de les partícules s’obstruiran.
61 b) Biodisc / Biorrotor ƒ Es basa en uns discos de plàstic, un 40% dels quals està submergit en un dipòsit i van donant voltes. Per tant, van alternant el contacte entre aigua residual i oxigen, aleshores, el biofilm que està al disc, va depurant l’aigua i disminuint de manera progressiva la DBO.
ƒ Característiques: 1. És més car.
2. S’ha de controlar la matèria orgànica.
3. Ocupa poc espai depenent del tamany dels discos.
4. Poc sensible als tòxics.
5. No genera aerosols Æ en el filtre percolador, els aspersors poden generar aerosols, però en aquest sistema no.
• Poden col·locar-se biofiltres o biodiscos en paral·lel per tal de depurar més eficientment l’aigua, no obstant, això només es fa quan és necessari.
2. Fangs activats • És el sistema més habitual en poblacions grans.
• Arriba l’aigua del tractament primari i va a parar a un tanc d’aireació pel qual entra aire per sota (evitar la sedimentació).
• El següent pas és un tanc de sedimentació, en el qual volem que sedimenti tota la matèria orgànica, per tant, els flòculs han de tenir unes 100 micres, així doncs, la matèria orgànica sedimenta i l’aigua quedarà neta.
• Tot el material que sedimenta, es tracta com a residu sòlid (fang activat), però part d’aquesta biomassa, es recircularitza i es torna a posar en el tanc d’aireació, és a dir, es reinocula i per tant, s’aconsegueix una acceleració del sistema, ja que aquest passa a ser continu.
• Funcionament: ƒ La matèria orgànica + O2 + microorganismes provoquen que hi hagi biosíntesi (generació de biomassa) i biodegradació (mineralització), així, redueixen la DBO.
ƒ Això funciona gràcies a la selecció de flòculs adequats, mitjançant l’aireació.
ƒ Flòculs Æ microorganismes molt diferents + matèria orgànica + matèria inorgànica. Han de mesurar unes 100 micres per tal que puguin sedimentar.
62 ƒ ƒ ƒ • Els microorganismes generen matrius extracel·lulars que juntament amb els filamentosos, proporcionen consistència al flòcul i permeten la formació d’una xarxa tròfica.
Els flòculs estan compostos per una part inorgànica que prové de l’aigua residual i una orgànica que correspon a la matriu polisacàrida sintetitzada pels microorganismes, i a més, un microorganismes filamentosos que donen consistència al flòcul.
Els microorganismes que trobem en aquesta xarxa tròfica, són bacteris i protozous (usen la matèria orgànica present en l’aigua per créixer), a més, els protozous controlen els bacteris i al seu torn, ells estan controlats per metazous i petits invertebrats.
Microorganismes en fangs activats 1. Bacteris ƒ Tenen funció de degradació i de formació de la matriu polisacàrida, així com de donar consistència mitjançant els filamentosos.
ƒ Només un 15% són cultivables.
ƒ Trobem tant heteròtrofs com quimiolitòtrofs.
ƒ Escherichia / Enterobacter/ Pseudomonas/ Zooglea/ Micrococcus/ Sphaerotilus.
Mycobacterium/ 2. Fongs: O bé no hi són, o poden estar en nivells molt baixos, solen trobar-se a pH baixos o bé si són aportats per l’aigua.
3. Protozous: són molt importants, ja que provoquen que el sistema estigui equilibrat. Poden ser: a. Flagel·lats Æ més abundants en etapes inicials.
b. Amebes Æ pocs, implicats en degradació i biocontrol.
c. Ciliats Æ importants, la seva presència determina com serà d’eficaç aquest fang activat. Els lliures han de ser menys abundants, seguits dels reptants i la majoria haurien de ser sèssil, així, els sistema serà òptim.
4. Metazous: controlen la població de protozous i degraden matèria orgànica.
63 ƒ • • • Exemple.: Espiroquetes: Veure moltes és preocupant, ja que indica presència de molta matèria orgànica, cosa que vol dir que potser el sistema no és el més adient.
Hi ha molt microorganismes que no s’han pogut aïllar, els quals s’agrupen amb una nomenclatura numèrica.
L’anàlisi microscòpic del flòcul, ens permetrà veure la qualitat d’aquest i optimitzar el sistema, ja que només veient la riquesa microbiològica, ens permet saber la qualitat de l’efluent: ƒ Bona qualitat Æ Abundants i diversos ciliats (> 8sp).
Sèssils > reptants > lliures ƒ Mala qualitat Æ Molts flagel·lats, amebes i ciliats lliures.
ƒ Si trobem llevats, pot ser que hi hagi una mala aireació, per això han proliferat.
ƒ Si hi ha molts bacteris nitrificants, es crea molt NH3, que pot oxidar-se a nitrat i quan l’aigua passa al tanc de sedimentació, hi haurà molt nitrat, creixeran desnitrificants que formaran N2 (volàtil) i per tant, la biomassa no sedimentarà.
Problemàtica ƒ Un pas fonamental és la correcta sedimentació de la biomassa, ja que sinó, voldrà dir que no s’ha depurat eficientment l’aigua.
ƒ Una dolenta decantació, pot provocar diferents problemes: 1. Pin point floc: els flòculs són més petits de 50 micres i no sedimenten. La causa és que hi ha pocs filamentosos, o bé, pot ser degut a una aireació massa forta que provoca el trencament del flòcul.
2. Bulking: proliferen massa filamentosos, formant unes masses que no sedimenten. El primer que s’ha de fer és veure quina filamentosa està proliferant (proves microscòpiques i tincions). Després, anem a les taules i depenent del que proliferi, ens diu el que es pot fer.
3. Foaming: es formen escumes.
ƒ Causes de la proliferació 1. Poc O2 Sphaerotilus natan / Haliscomenobacter hydrosis 2. Sulfurs Beggiatoa / Thiothrix 64 3. Dèficit nutrients (N:P) S. natants / Thiotrix 4. pH Fongs (Geotrichum/ Trichoderma) 5. Substrat S. natants / Thiothrix Æ Moltes aigües residuals, contenen matèria orgànica fàcilment degradable, que afavoreix el creixement de filamentosos (bulking), aleshores, el que s’ha de fer és, primer una degradació anaeròbica i més tard un tractament normal.
ƒ ƒ ƒ Per solventar el bulking, es poden afegir agents coagulants, o bé substàncies per eliminar els filamentosos.
El foaming pot ser degut a la formació d’escuma mitjançant filamentosos o bé a nitrificants, cosa que es pot solucionar eliminant l’escuma o afegint desinfectants.
Si tot va bé, s’aconsegueix una DBO < 25 mg/lO2 així com la reducció del nitrogen a <15 mg/l i el fòsfor a <2 mg/l, aquests 2 últims paràmetres s’han de reduir en diferents punts del tractament, ja sigui al primari, al secundari o al terciari.
™ Fòsfor Pot eliminar-se químicament per precipitació durant el tractament primari o al final del procés per formació de compostos amb P.
Microbiològicament, hi ha microorganismes capaços de contenir grànuls de polifosfat (Acinetobacter / Moraxella) que quan estan sotmesos a condicions anaeròbiques, degraden la matèria orgànica en excés i incorporen reserves de carboni en forma de polihidroxialcanoats (PHA), procés pel qual requereixen ATP, que és obtingut de la matèria orgànica i a mesura que s’hidrolitza l’ATP, s’allibera Pi al medi.
Quan aquest microorganisme es passa a condicions aeròbiques, continua degradant matèria orgànica, però a més, degradarà PHA i addicionalment, tota l’energia que obté, la guarda en grànuls de polifosfat d’elevada energia i retira el P de l’efluent, el qual quedarà net.
Quan això s’aplica a un sistema de depuració d’aigua, veiem que ocorre el mateix que al laboratori i en el tanc de classificació, sedimentaran els microorganismes amb els acúmuls de P i permetran eliminar el P de l’aigua.
65 ™ Nitrogen A diferència del fòsfor, la seva eliminació funciona bastant bé.
L’eliminació, pot donar-se en qualsevol moment del tractament.
Pot ser una eliminació de tipus: 1. Químic: oxidació del NH3, el qual es torna N2 i es volatilitza.
2. Biològic: • Nitrificació (NH3 Æ NO2- Æ NO3-) Els microorganismes que realitzen aquest pas, són aerobis que utilitzen com a font d’energia el NH3, com a font de carboni el CO2 i com a acceptor d’electrons l’O2.
• Desnitrificació (NO3- Æ N2) Són microorganismes anaerobis que incorporen carboni en forma de matèria orgànica.
Aleshores, podem incorporar aquests processos als fangs activats de diverses maneres. A més, en un mateix tanc i mitjançant l’aireació, podem fer que diferents parts d’aquest tanc siguin aeròbiques o anaeròbiques.
Procediment: 1. Primera fase ANAERÒBICA: no aportem O2, per tant, eliminem el NO3. Es degrada matèria orgànica.
2. Segona fase AERÒBICA: el NH3 pateix nitrificació i passa a NO3.
3. Tercera fase ANAERÒBICA: pot ser que hi hagi molt poca matèria orgànica, aleshores els desnitrificants no actuaran, per això s’ha d’afegir aigua residual o metanol.
• Finalment, es passa al clarificador i s’aconsegueix reduir la DBO i la quantitat de nitrogen.
• Altra opció seria tenir diferents tancs, pels quals passin els efluents i s’alternin el pas de l’aigua per tancs aerobis-anaerobis, aconseguint que es formi N2 i s’elimini el nitrogen. A l’últim tanc s’hauria d’afegir matèria orgànica.
™ Digestió anaeròbica És una alternativa als tractaments de filtre percolador i fangs activats.
Es desenvolupa un comunitat microbiana que donarà lloc a biogas i una quantitat de residus sòlids (biomassa) molt menor que els altres sistemes.
Són sistemes hermèticament tancats, en els quals es controlen extremadament les condicions.
- Avantatges: • Generen pocs sòlids Æ poca inversió per eliminar-los.
• Requeriments nutricionals baixos.
• Són productors de CH4 (energia molt útil), cosa que implica que el • sistema es pugui automantenir mitjançant aquesta energia generada.
Serveix per reduir la DBO d’aigües molt eutròfiques.
66 - Desavantatges • És un sistema molt lent (7-15 dies).
• S’ha de fer un control molt estricte del pH, ja que els metanògens • - - - - - - treballen en un rang molt estret.
No funciona amb aigües que tinguin una DBO baixa.
És fonamental que no hi hagi cap tòxic a l’aigua, ja que per posar en marxa el sistema calen 4-5 setmanes i per tant, haver d’aturar el procés per eliminar el tòxic, seria molt perjudicial.
En un sistema aeròbic, el 50% del carboni va a parar a la biomassa, en canvi, en el anaeròbic, només un 5%, la resta s’utilitza per formar biogas.
Etapes de la digestió anaeròbica • Inicialment tenim polímers de matèria orgànica que són hidrolitzats en monòmers, els quals són fermentats donant lloc a àcids grassos que són mineralitzats per acetogènesi, gràcies a la qual es forma H2 + CO2 + àcid acètic. Aquests compostos seran utilitzats per metanògens per donar lloc al CH4.
• Finalment, es forma els biogas + biomassa (bacteris) + matèria orgànica no biodegradable.
Diversitat • Trobem eubacteris, però el que predomina són els eucariotes (fongs).
• També tenim arqueobacteris com els metanògens, que són els que donen més problemes, ja que treballen sota unes condicions de creixement extremes.
• La biomassa creix en forma de grànuls, en els quals tenim zones blanques i negres, on creixen diferents tipus de metanògens.
• El 70% són metanògens i el 30% restant bacteris.
Paràmetres • S’ha de decidir amb quin tipus de metanògens treballem (termòfils Æ major rendiment però menys estables, mesòfils Æ òptims, psicròfils).
• També s’ha de decidir el rang de pH, el qual ha de ser molt estret i òptim pels metanògens escollits.
• Tòxics Æ s’ha de controlar molt la seva presència abans de posar en marxa el procés.
• Habitualment s’afegeixen inòculs de metanògens per tal que el procés es posi en marxa més ràpidament.
• S’ha de controlar el temps de retenció, que sol ser d’una a dues setmanes. També controlar la càrrega i el sistema de barreja.
Aquests sistemes s’utilitzen en els Ecoparcs.
S’han d’usar gasòmetres per descontaminar els gasos que surten.
67 ™ TRACTAMENT TERCIARI Ens hem de plantejar 3 objectius: 1. Eliminar contaminants no biodegradables.
• Podem fer: a) Clarificació: addició d’agents coagulants.
b) Filtració: filtres de sorra.
c) Adsorció amb carbó actiu.
2. Eliminació de nutrients (P/N) Æ Es pot fer de manera química o biològica, fent una alternança amb tancs aeròbics – anaeròbics, com el procés explicat anteriorment.
3. Desinfecció Æ pot fer-se de diverses maneres: cloració, ozó, radiació UV, temperatura...
- Aquest tractament terciari no és obligatori.
™ Fangs Són els residus sòlids, els quals s’han de tractar, o bé enviant-los a l’abocador, una altra opció és fer compost, o fins i tot, pot ser usat directament com a adob, depenent de les seves característiques.
També poden usar-se com a combustible o per fer ecotricks per la construcció.
68 ...