Biotecnologia Ambiental De Aguas y Aguas Residuales /
CESAR LAZCANO CARRENO
Biotecnologia Ambiental De Aguas y Aguas Residuales / - 2a Edición - Colombia ECOE 2017 - 517p Ilustración 17 X 24 CM
Prólogo ................................................................................................. XXIX
Presentación ........................................................................................ XXXI
Capítulo 1. Introducción ..........................................................................1
Capítulo 2. Los seres vivos en los ambientes acuáticos ...........................3
Generalidades ...............................................................................................3
La célula........................................................................................................4
Definición ...............................................................................................4
Composición química..............................................................................4
Carbohidratos....................................................................................4
Proteínas ...........................................................................................10
Lípidos .............................................................................................16
Ácidos nucleicos ...............................................................................19
Otros componentes químicos del protoplasma celular ......................26
Conceptos básicos de enzimología ................................................................27
Cinética química ....................................................................................27
Orden de una reacción .....................................................................29
Las enzimas ............................................................................................30
Clases de enzimas ...................................................................................31
Contenido
X Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Especificidad enzimática...........................................................................31
Cinética enzimática .................................................................................31
Actividad enzimática ...............................................................................35
Energía y metabolismo ..................................................................................36
Generalidades ..........................................................................................36
Primera ley de la termodinámica .............................................................36
Segunda ley de la termodinámica ............................................................37
Formas de energía que usan los organismos vivos ....................................37
Energía luminosa ...............................................................................37
Potencial eléctrico ..............................................................................38
Oxidación biológica .................................................................................39
Mecanismos de la oxidación biológica de la materia orgánica ............39
Reacciones de óxido-reducción ..........................................................40
Metabolismo.............................................................................................40
Catabolismo ......................................................................................40
Anabolismo (biosíntesis) ....................................................................44
Fotosíntesis .......................................................................................44
Los virus ........................................................................................................46
Generalidades...........................................................................................46
Características de los virus .......................................................................47
Tipos de virus ..........................................................................................48
Virus animales y humanos .................................................................48
Virus de bacterias o bacteriófagos ......................................................52
Virus de plantas .................................................................................59
Taxonomía y caracterización de los seres vivos ..............................................59
Generalidades ..........................................................................................59
Procariotes................................................................................................61
Forma y tamaño de las células procarióticas .......................................62
Estructura de la célula procariótica ....................................................63
Nutrición en procariotes ....................................................................69
Crecimiento microbiano ....................................................................71
Factores para el crecimiento de los procariotes ..................................73
Cinética del crecimiento microbiano en reactores ..............................74
Dominio Archaea .....................................................................................79
Arqueas halofílicas extremas ..............................................................80
Arqueas sulfatorreductoras ................................................................80
Arqueas que carecen de pared celular ............................................... 81
Arqueas extremotermófilas ............................................................... 81
Contenido XI
Arqueas metanogénicas .................................................................... 82
Dominio Bacteria .................................................................................... 86
Bacterias patógenas ........................................................................... 86
Bacterias que originan infecciones gastrointestinales ......................... 86
Bacterias que originan enfermedades emergentes y oportunistas
patógenas en aguas............................................................................ 93
Bacterias indicadoras de la calidad del agua....................................... 99
Dominio Eukaria ....................................................................................135
Estructura de la célula eucariota .......................................................135
Reino Protista ....................................................................................136
Reino fungi .......................................................................................150
Reino Plantae ....................................................................................153
Reino Animalia .................................................................................157
Capítulo 3. Ecología de los ambientes acuáticos ............................................165
Generalidades ...............................................................................................165
Los ecosistemas acuáticos .............................................................................167
Autodepuración de los ecosistemas acuáticos .........................................169
Factores que intervienen en el proceso de autodepuración ...............170
Fases de la autodepuración................................................................173
Termodinámica de los ecosistemas acuáticos ..........................................174
Principios básicos de ecología aplicados a la termodinámica de
los ecosistemas..................................................................................174
Crecimiento y desarrollo de los ecosistemas .....................................178
Definición termodinámica de exergía ..............................................................179
El ciclo hidrogeológico .................................................................................180
Balance hidrológico ................................................................................184
Los ciclos biogeoquímicos ............................................................................185
Ciclo del carbono ...................................................................................187
Ciclo del nitrógeno .................................................................................187
Fijación de N ....................................................................................189
Amonificación ...................................................................................193
Nitrificación .....................................................................................193
Desnitrificación .................................................................................195
Asimilación del armonio....................................................................197
Reducción disimilatoria de nitrato a amonio......................................198
Proceso Anammox ............................................................................198
Uso del proceso Anammox en el tratamiento de aguas residuales......200
XII Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Ciclo del fósforo ......................................................................................201
Meteorización ...................................................................................202
Solubilización ...................................................................................202
Asimilación .......................................................................................202
Precipitación ....................................................................................202
Mineralización...................................................................................202
Remoción de fósforo en plantas de tratamiento .................................203
Microorganismos que contribuyen con la precipitación química .......204
Ciclo del azufre ......................................................................................204
Oxidación del azufre elemental .........................................................206
Reducción del sulfato .......................................................................206
Capítulo 4. Evaluación de la calidad biológica de las aguas....................209
Generalidades................................................................................................209
Evaluación de la salud de los ecosistemas y su relación con
la salud del hombre y la biota .......................................................................210
Aspectos generales para el control y vigilancia de las fuentes de agua ............212
Uso de bioindicadores y biomarcadores en problemas de salud
de los ecosistemas ........................................................................................214
Clasificación de los biomarcadores .........................................................215
Biomarcadores de la condición fisiológica .........................................215
Biomarcadores de la condición celular ..............................................215
Biomarcadores específicos para metales ............................................215
Las algas como bioindicadores de la calidad de los ecosistemas
acuáticos ................................................................................................216
Uso de macroinvertebrados bentónicos como indicadores en cuerpos
de agua ...................................................................................................217
Principales biomarcadores usados en los monitoreos
de ecosistemas acuáticos .........................................................................219
Biosensores obtenidos por ingeniería genética para
el monitoreo de fuentes de agua ..............................................................224
Biosensores automatizados para análisis de aguas ...................................224
Biosensores bacterianos en contaminación con petróleo .........................227
Capítulo 5. Características de las aguas residuales ........................................231
Generalidades................................................................................................231
Definición .....................................................................................................232
Clases de aguas residuales ............................................................................232
Aguas residuales domésticas ...................................................................232
Aguas residuales municipales .................................................................233
Contenido XIII
Aguas residuales industriales ..................................................................233
Aguas residuales agropecuarias o agroindustriales ..................................233
Aguas residuales de origen minero-metalúrgico ......................................233
Aguas pluviales .......................................................................................234
Características físicas de las aguas residuales ...........................................234
Sólidos ...................................................................................................234
Sólidos totales (ST)..................................................................................234
Temperatura ...........................................................................................236
Color.......................................................................................................236
Olor .......................................................................................................237
Transmitancia ..........................................................................................237
Características químicas de las aguas residuales ............................................237
pH ..........................................................................................................237
Alcalinidad..............................................................................................238
Carbohidratos ........................................................................................239
Proteínas .................................................................................................239
Lípidos....................................................................................................239
Nitrógeno................................................................................................239
Fósforo ...................................................................................................240
Oxígeno disuelto (OD)............................................................................240
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5
)................................................241
Demanda química de oxígeno (DQO) .....................................................247
Carbono orgánico total (COT) ................................................................249
Carga orgánica en los desagües domésticos .............................................249
Características biológicas de las aguas residuales ...........................................250
Modelos de reactores biológicos en el tratamiento de aguas residuales ..........250
Tipos de reactores biológicos ........................................................................253
Reactores básicos de crecimiento en suspensión .....................................253
De flujo discontinuo .........................................................................253
De flujo en pistón .............................................................................254
De flujo continuo y mezcla completa.................................................255
Reactores de película fija .........................................................................257
De lecho relleno ................................................................................257
De lecho fluidizado (FBR)..................................................................257
Contactor biológico rotatorio (RBC) ..................................................258
Capítulo 6. Introducción al tratamiento de aguas residuales.........................261
Generalidades ...............................................................................................261
Objetivos del tratamiento de las aguas residuales ..........................................262
XIV Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Procesos operacionales y unitarios en sistemas
de tratamiento de aguas residuales ...............................................................263
Biodegradabilidad de la materia orgánica en las aguas residuales ..................265
Importancia de las moléculas de H2
y acetato
en el proceso de metanogénesis ....................................................................269
Capítulo 7. Lagunas de estabilización.............................................................271
Generalidades ...............................................................................................271
Descripción del proceso ...............................................................................271
Clasificación de las lagunas de estabilización ................................................272
Lagunas aerobias .....................................................................................272
Lagunas facultativas.................................................................................275
Lagunas anaeróbicas................................................................................275
Lagunas anóxicas ....................................................................................276
Lagunas aireadas......................................................................................276
Objetivos del tratamiento por medio de lagunas de estabilización ................277
Ventajas del uso de lagunas de estabilización.................................................278
Desventajas del uso de lagunas de estabilización ...........................................279
Factores que influencian los diseños y funcionamiento
de las lagunas de estabilización .....................................................................279
Viento ....................................................................................................279
Temperatura ............................................................................................280
Precipitaciones .......................................................................................281
Tiempo de retención hidráulico (TRH)....................................................281
Radiación solar .......................................................................................281
Las algas .................................................................................................283
Las bacterias ...........................................................................................283
Evaporación ...........................................................................................283
Área superficial ......................................................................................284
Cortocircuitos .........................................................................................284
Mezcla ....................................................................................................284
pH .........................................................................................................284
Materiales tóxicos ..................................................................................285
Oxígeno disuelto (OD)............................................................................285
Nutrientes ..............................................................................................285
Cálculos básicos para el diseño de sistemas de tratamiento
de aguas residuales........................................................................................285
Diseño de lagunas anaeróbicas ......................................................................286
Ejemplo de dimensionamiento y diseño de lagunas anaeróbicas..............288
Contenido XV
Diseño de lagunas facultativas.......................................................................289
Modelo ecológico en lagunas facultativas ................................................290
Proceso de remoción de patógenos .........................................................294
Modelo de mezcla completa y cinética de primer orden ..........................295
Parámetros de diseño de lagunas facultativas...........................................295
Ejemplo de diseño y dimensionamiento de lagunas facultativas ..............302
Diseño de lagunas aireadas de estabilización .................................................304
Ecuación para el dimensionamiento de lagunas aireadas facultativas ......304
Ecuación para el dimensionamiento de lagunas aireadas
de mezcla completa .................................................................................304
Remoción de la DBO ..............................................................................304
Requerimientos de oxígeno .....................................................................306
Concentración de biomasa en la laguna ..................................................307
Producción de lodos ...............................................................................307
Clarificación y depuración del efluente....................................................308
Optimización del diseño de lagunas aireadas ..........................................308
Ejemplo de diseño y dimensionamiento de lagunas aireadas ...................308
Capítulo 8. Lodos activados.............................................................................313
Generalidades................................................................................................313
Aspectos biológicos en los reactores para lodos activados .............................315
Floc de lodos activados y biofloculación .................................................315
Presencia de bacterias..............................................................................317
Presencia de hongos................................................................................319
Presencia de protozoarios y rotíferos .......................................................319
Oxidación de la materia orgánica en el tanque de aireación .........................322
Sedimentación de lodos.................................................................................322
Determinación del índice volumétrico de lodos (SVI)..............................323
Remoción de patógenos ................................................................................324
Sistema convencional de lodos activados.......................................................324
Parámetros de diseño de reactores para lodos activados ................................325
Principales problemas que ocurren en sistemas de lodos activados................331
Técnicas de control de sistemas de lodos activados .......................................336
Respirometría ..........................................................................................337
Tipos de respirómetros......................................................................339
Ventajas de la respirometría ..............................................................341
Ensayo de toxicidad...........................................................................341
Ejemplo de diseño de reactores para lodos activados.....................................342
XVI Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Capítulo 9. Reactores de película biológica fija ..............................................345
Biofiltros .......................................................................................................345
Generalidades................................................................................................345
El empaque ............................................................................................347
aracterísticas del empaque ................................................................347
Tipos de empaque .............................................................................348
Clasificación de los biofiltros ..................................................................349
Biología de los biofiltros percoladores .....................................................350
Ventajas de los biofiltros .........................................................................352
Desventajas de los biofiltros ....................................................................352
Criterios de diseño de biofiltros ..............................................................353
Parámetros de diseño en biofiltros sin recirculación.................................354
Parámetros de diseño en biofiltros con recirculación ..............................355
Problemas operativos en biofiltros ..........................................................361
Biodiscos.......................................................................................................363
Cinética del tratamiento en biodiscos ................................................364
Dimensionamiento de biodiscos .......................................................366
Ventajas de los sistemas RBC ............................................................367
Capítulo 10. Tratamiento anaeróbico..............................................................369
Generalidades ...............................................................................................369
Microbiología del proceso anaeróbico............................................................370
El proceso de hidrólisis ...........................................................................370
El proceso de acidogénesis] .....................................................................371
El proceso de acetogénesis ......................................................................371
El proceso de metanogénesis...................................................................372
Granulación ............................................................................................374
Reactores anaeróbicos ...................................................................................376
Generalidades .........................................................................................376
Ventajas de los reactores anaeróbicos.......................................................376
Desventajas de los reactores anaeróbicos .................................................376
Requisitos para un buen tratamiento ......................................................377
Tipos de reactores anaeróbicos .....................................................................378
Reactores de primera generación .............................................................378
Reactores de segunda generación.............................................................379
Reactores de tercera generación ..............................................................381
Remoción de DQO y producción de metano .................................................381
Contenido XVII
Principales sistemas anaeróbicos usados en tratamiento
de aguas residuales .......................................................................................381
Tanque séptico .......................................................................................381
Tanque Imhoff.........................................................................................383
Filtro anaeróbico ....................................................................................386
Reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodos (UASB)...........388
Reactor granular expandido y manto de lodos.........................................392
Reactor de lecho fluidizado .....................................................................392
Reactor de lecho expandido ....................................................................393
Capítulo 11. Reúso de aguas residuales ..........................................................395
Generalidades................................................................................................395
Factores favorables para el reúso o reciclaje de aguas residuales ....................396
Reúso en agricultura......................................................................................397
Experiencias en el uso de aguas residuales en agricultura en diversas
partes del mundo ...................................................................................399
Algunas sugerencias para el uso adecuado de aguas residuales
agricultura ..............................................................................................404
Reúso en piscicultura ...................................................................................405
Reúso en la recarga del acuífero ....................................................................406
Reúso como agua potable .......................................................................406
Adendas........................................................................................................409
Abreviaturas y símbolos usados en el texto....................................................423
Glosario de términos ....................................................................................429
Referencias Bibliográficas...............................................................................491
Los ecosistemas acuáticos de la costa pacífica de América del Sur se han venido deteriorando en los últimos años por los vertimientos descontrolados de aguas residuales no tratadas o con tratamientos deficientes. Dichos efluentes han contaminado terrenos de cultivo, generado sobrecostos en la producción de agua potable e impedido el desarrollo de la pesca artesanal y turismo costero. Esta es una realidad preocupante para todos los países de la región y requiere de la fijación de criterios sólidos sobre disposición de aguas.
Al transitar de la biología a la ingeniería, este libro llena un vacío en la bibliografía sobre tratamiento de aguas en América Latina. En este sentido, luego de introducir al lector a los ecosistemas acuáticos, sus principales ciclos biogeoquímicos y los seres vivos que allí habitan (Archaea, Bacteria y Eukaria), la calidad biológica de las aguas y las aguas residuales, el autor describe los procesos de tratamiento de aguas contaminadas y su reúso en agricultura y piscicultura a partir de experiencias exitosas en América y Europa.
Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales es un texto guía para estudiantes de carreras de nivel tecnológico, pregrado y posgrado en Biología, Ingeniería Ambiental, Química e Ingeniería Sanitaria, y como texto de consulta para investigadores y profesionales de estas áreas en todos los países de la región.
9789587713442
Química
TD192.5 / L395
Biotecnologia Ambiental De Aguas y Aguas Residuales / - 2a Edición - Colombia ECOE 2017 - 517p Ilustración 17 X 24 CM
Prólogo ................................................................................................. XXIX
Presentación ........................................................................................ XXXI
Capítulo 1. Introducción ..........................................................................1
Capítulo 2. Los seres vivos en los ambientes acuáticos ...........................3
Generalidades ...............................................................................................3
La célula........................................................................................................4
Definición ...............................................................................................4
Composición química..............................................................................4
Carbohidratos....................................................................................4
Proteínas ...........................................................................................10
Lípidos .............................................................................................16
Ácidos nucleicos ...............................................................................19
Otros componentes químicos del protoplasma celular ......................26
Conceptos básicos de enzimología ................................................................27
Cinética química ....................................................................................27
Orden de una reacción .....................................................................29
Las enzimas ............................................................................................30
Clases de enzimas ...................................................................................31
Contenido
X Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Especificidad enzimática...........................................................................31
Cinética enzimática .................................................................................31
Actividad enzimática ...............................................................................35
Energía y metabolismo ..................................................................................36
Generalidades ..........................................................................................36
Primera ley de la termodinámica .............................................................36
Segunda ley de la termodinámica ............................................................37
Formas de energía que usan los organismos vivos ....................................37
Energía luminosa ...............................................................................37
Potencial eléctrico ..............................................................................38
Oxidación biológica .................................................................................39
Mecanismos de la oxidación biológica de la materia orgánica ............39
Reacciones de óxido-reducción ..........................................................40
Metabolismo.............................................................................................40
Catabolismo ......................................................................................40
Anabolismo (biosíntesis) ....................................................................44
Fotosíntesis .......................................................................................44
Los virus ........................................................................................................46
Generalidades...........................................................................................46
Características de los virus .......................................................................47
Tipos de virus ..........................................................................................48
Virus animales y humanos .................................................................48
Virus de bacterias o bacteriófagos ......................................................52
Virus de plantas .................................................................................59
Taxonomía y caracterización de los seres vivos ..............................................59
Generalidades ..........................................................................................59
Procariotes................................................................................................61
Forma y tamaño de las células procarióticas .......................................62
Estructura de la célula procariótica ....................................................63
Nutrición en procariotes ....................................................................69
Crecimiento microbiano ....................................................................71
Factores para el crecimiento de los procariotes ..................................73
Cinética del crecimiento microbiano en reactores ..............................74
Dominio Archaea .....................................................................................79
Arqueas halofílicas extremas ..............................................................80
Arqueas sulfatorreductoras ................................................................80
Arqueas que carecen de pared celular ............................................... 81
Arqueas extremotermófilas ............................................................... 81
Contenido XI
Arqueas metanogénicas .................................................................... 82
Dominio Bacteria .................................................................................... 86
Bacterias patógenas ........................................................................... 86
Bacterias que originan infecciones gastrointestinales ......................... 86
Bacterias que originan enfermedades emergentes y oportunistas
patógenas en aguas............................................................................ 93
Bacterias indicadoras de la calidad del agua....................................... 99
Dominio Eukaria ....................................................................................135
Estructura de la célula eucariota .......................................................135
Reino Protista ....................................................................................136
Reino fungi .......................................................................................150
Reino Plantae ....................................................................................153
Reino Animalia .................................................................................157
Capítulo 3. Ecología de los ambientes acuáticos ............................................165
Generalidades ...............................................................................................165
Los ecosistemas acuáticos .............................................................................167
Autodepuración de los ecosistemas acuáticos .........................................169
Factores que intervienen en el proceso de autodepuración ...............170
Fases de la autodepuración................................................................173
Termodinámica de los ecosistemas acuáticos ..........................................174
Principios básicos de ecología aplicados a la termodinámica de
los ecosistemas..................................................................................174
Crecimiento y desarrollo de los ecosistemas .....................................178
Definición termodinámica de exergía ..............................................................179
El ciclo hidrogeológico .................................................................................180
Balance hidrológico ................................................................................184
Los ciclos biogeoquímicos ............................................................................185
Ciclo del carbono ...................................................................................187
Ciclo del nitrógeno .................................................................................187
Fijación de N ....................................................................................189
Amonificación ...................................................................................193
Nitrificación .....................................................................................193
Desnitrificación .................................................................................195
Asimilación del armonio....................................................................197
Reducción disimilatoria de nitrato a amonio......................................198
Proceso Anammox ............................................................................198
Uso del proceso Anammox en el tratamiento de aguas residuales......200
XII Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Ciclo del fósforo ......................................................................................201
Meteorización ...................................................................................202
Solubilización ...................................................................................202
Asimilación .......................................................................................202
Precipitación ....................................................................................202
Mineralización...................................................................................202
Remoción de fósforo en plantas de tratamiento .................................203
Microorganismos que contribuyen con la precipitación química .......204
Ciclo del azufre ......................................................................................204
Oxidación del azufre elemental .........................................................206
Reducción del sulfato .......................................................................206
Capítulo 4. Evaluación de la calidad biológica de las aguas....................209
Generalidades................................................................................................209
Evaluación de la salud de los ecosistemas y su relación con
la salud del hombre y la biota .......................................................................210
Aspectos generales para el control y vigilancia de las fuentes de agua ............212
Uso de bioindicadores y biomarcadores en problemas de salud
de los ecosistemas ........................................................................................214
Clasificación de los biomarcadores .........................................................215
Biomarcadores de la condición fisiológica .........................................215
Biomarcadores de la condición celular ..............................................215
Biomarcadores específicos para metales ............................................215
Las algas como bioindicadores de la calidad de los ecosistemas
acuáticos ................................................................................................216
Uso de macroinvertebrados bentónicos como indicadores en cuerpos
de agua ...................................................................................................217
Principales biomarcadores usados en los monitoreos
de ecosistemas acuáticos .........................................................................219
Biosensores obtenidos por ingeniería genética para
el monitoreo de fuentes de agua ..............................................................224
Biosensores automatizados para análisis de aguas ...................................224
Biosensores bacterianos en contaminación con petróleo .........................227
Capítulo 5. Características de las aguas residuales ........................................231
Generalidades................................................................................................231
Definición .....................................................................................................232
Clases de aguas residuales ............................................................................232
Aguas residuales domésticas ...................................................................232
Aguas residuales municipales .................................................................233
Contenido XIII
Aguas residuales industriales ..................................................................233
Aguas residuales agropecuarias o agroindustriales ..................................233
Aguas residuales de origen minero-metalúrgico ......................................233
Aguas pluviales .......................................................................................234
Características físicas de las aguas residuales ...........................................234
Sólidos ...................................................................................................234
Sólidos totales (ST)..................................................................................234
Temperatura ...........................................................................................236
Color.......................................................................................................236
Olor .......................................................................................................237
Transmitancia ..........................................................................................237
Características químicas de las aguas residuales ............................................237
pH ..........................................................................................................237
Alcalinidad..............................................................................................238
Carbohidratos ........................................................................................239
Proteínas .................................................................................................239
Lípidos....................................................................................................239
Nitrógeno................................................................................................239
Fósforo ...................................................................................................240
Oxígeno disuelto (OD)............................................................................240
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5
)................................................241
Demanda química de oxígeno (DQO) .....................................................247
Carbono orgánico total (COT) ................................................................249
Carga orgánica en los desagües domésticos .............................................249
Características biológicas de las aguas residuales ...........................................250
Modelos de reactores biológicos en el tratamiento de aguas residuales ..........250
Tipos de reactores biológicos ........................................................................253
Reactores básicos de crecimiento en suspensión .....................................253
De flujo discontinuo .........................................................................253
De flujo en pistón .............................................................................254
De flujo continuo y mezcla completa.................................................255
Reactores de película fija .........................................................................257
De lecho relleno ................................................................................257
De lecho fluidizado (FBR)..................................................................257
Contactor biológico rotatorio (RBC) ..................................................258
Capítulo 6. Introducción al tratamiento de aguas residuales.........................261
Generalidades ...............................................................................................261
Objetivos del tratamiento de las aguas residuales ..........................................262
XIV Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Procesos operacionales y unitarios en sistemas
de tratamiento de aguas residuales ...............................................................263
Biodegradabilidad de la materia orgánica en las aguas residuales ..................265
Importancia de las moléculas de H2
y acetato
en el proceso de metanogénesis ....................................................................269
Capítulo 7. Lagunas de estabilización.............................................................271
Generalidades ...............................................................................................271
Descripción del proceso ...............................................................................271
Clasificación de las lagunas de estabilización ................................................272
Lagunas aerobias .....................................................................................272
Lagunas facultativas.................................................................................275
Lagunas anaeróbicas................................................................................275
Lagunas anóxicas ....................................................................................276
Lagunas aireadas......................................................................................276
Objetivos del tratamiento por medio de lagunas de estabilización ................277
Ventajas del uso de lagunas de estabilización.................................................278
Desventajas del uso de lagunas de estabilización ...........................................279
Factores que influencian los diseños y funcionamiento
de las lagunas de estabilización .....................................................................279
Viento ....................................................................................................279
Temperatura ............................................................................................280
Precipitaciones .......................................................................................281
Tiempo de retención hidráulico (TRH)....................................................281
Radiación solar .......................................................................................281
Las algas .................................................................................................283
Las bacterias ...........................................................................................283
Evaporación ...........................................................................................283
Área superficial ......................................................................................284
Cortocircuitos .........................................................................................284
Mezcla ....................................................................................................284
pH .........................................................................................................284
Materiales tóxicos ..................................................................................285
Oxígeno disuelto (OD)............................................................................285
Nutrientes ..............................................................................................285
Cálculos básicos para el diseño de sistemas de tratamiento
de aguas residuales........................................................................................285
Diseño de lagunas anaeróbicas ......................................................................286
Ejemplo de dimensionamiento y diseño de lagunas anaeróbicas..............288
Contenido XV
Diseño de lagunas facultativas.......................................................................289
Modelo ecológico en lagunas facultativas ................................................290
Proceso de remoción de patógenos .........................................................294
Modelo de mezcla completa y cinética de primer orden ..........................295
Parámetros de diseño de lagunas facultativas...........................................295
Ejemplo de diseño y dimensionamiento de lagunas facultativas ..............302
Diseño de lagunas aireadas de estabilización .................................................304
Ecuación para el dimensionamiento de lagunas aireadas facultativas ......304
Ecuación para el dimensionamiento de lagunas aireadas
de mezcla completa .................................................................................304
Remoción de la DBO ..............................................................................304
Requerimientos de oxígeno .....................................................................306
Concentración de biomasa en la laguna ..................................................307
Producción de lodos ...............................................................................307
Clarificación y depuración del efluente....................................................308
Optimización del diseño de lagunas aireadas ..........................................308
Ejemplo de diseño y dimensionamiento de lagunas aireadas ...................308
Capítulo 8. Lodos activados.............................................................................313
Generalidades................................................................................................313
Aspectos biológicos en los reactores para lodos activados .............................315
Floc de lodos activados y biofloculación .................................................315
Presencia de bacterias..............................................................................317
Presencia de hongos................................................................................319
Presencia de protozoarios y rotíferos .......................................................319
Oxidación de la materia orgánica en el tanque de aireación .........................322
Sedimentación de lodos.................................................................................322
Determinación del índice volumétrico de lodos (SVI)..............................323
Remoción de patógenos ................................................................................324
Sistema convencional de lodos activados.......................................................324
Parámetros de diseño de reactores para lodos activados ................................325
Principales problemas que ocurren en sistemas de lodos activados................331
Técnicas de control de sistemas de lodos activados .......................................336
Respirometría ..........................................................................................337
Tipos de respirómetros......................................................................339
Ventajas de la respirometría ..............................................................341
Ensayo de toxicidad...........................................................................341
Ejemplo de diseño de reactores para lodos activados.....................................342
XVI Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales
Capítulo 9. Reactores de película biológica fija ..............................................345
Biofiltros .......................................................................................................345
Generalidades................................................................................................345
El empaque ............................................................................................347
aracterísticas del empaque ................................................................347
Tipos de empaque .............................................................................348
Clasificación de los biofiltros ..................................................................349
Biología de los biofiltros percoladores .....................................................350
Ventajas de los biofiltros .........................................................................352
Desventajas de los biofiltros ....................................................................352
Criterios de diseño de biofiltros ..............................................................353
Parámetros de diseño en biofiltros sin recirculación.................................354
Parámetros de diseño en biofiltros con recirculación ..............................355
Problemas operativos en biofiltros ..........................................................361
Biodiscos.......................................................................................................363
Cinética del tratamiento en biodiscos ................................................364
Dimensionamiento de biodiscos .......................................................366
Ventajas de los sistemas RBC ............................................................367
Capítulo 10. Tratamiento anaeróbico..............................................................369
Generalidades ...............................................................................................369
Microbiología del proceso anaeróbico............................................................370
El proceso de hidrólisis ...........................................................................370
El proceso de acidogénesis] .....................................................................371
El proceso de acetogénesis ......................................................................371
El proceso de metanogénesis...................................................................372
Granulación ............................................................................................374
Reactores anaeróbicos ...................................................................................376
Generalidades .........................................................................................376
Ventajas de los reactores anaeróbicos.......................................................376
Desventajas de los reactores anaeróbicos .................................................376
Requisitos para un buen tratamiento ......................................................377
Tipos de reactores anaeróbicos .....................................................................378
Reactores de primera generación .............................................................378
Reactores de segunda generación.............................................................379
Reactores de tercera generación ..............................................................381
Remoción de DQO y producción de metano .................................................381
Contenido XVII
Principales sistemas anaeróbicos usados en tratamiento
de aguas residuales .......................................................................................381
Tanque séptico .......................................................................................381
Tanque Imhoff.........................................................................................383
Filtro anaeróbico ....................................................................................386
Reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodos (UASB)...........388
Reactor granular expandido y manto de lodos.........................................392
Reactor de lecho fluidizado .....................................................................392
Reactor de lecho expandido ....................................................................393
Capítulo 11. Reúso de aguas residuales ..........................................................395
Generalidades................................................................................................395
Factores favorables para el reúso o reciclaje de aguas residuales ....................396
Reúso en agricultura......................................................................................397
Experiencias en el uso de aguas residuales en agricultura en diversas
partes del mundo ...................................................................................399
Algunas sugerencias para el uso adecuado de aguas residuales
agricultura ..............................................................................................404
Reúso en piscicultura ...................................................................................405
Reúso en la recarga del acuífero ....................................................................406
Reúso como agua potable .......................................................................406
Adendas........................................................................................................409
Abreviaturas y símbolos usados en el texto....................................................423
Glosario de términos ....................................................................................429
Referencias Bibliográficas...............................................................................491
Los ecosistemas acuáticos de la costa pacífica de América del Sur se han venido deteriorando en los últimos años por los vertimientos descontrolados de aguas residuales no tratadas o con tratamientos deficientes. Dichos efluentes han contaminado terrenos de cultivo, generado sobrecostos en la producción de agua potable e impedido el desarrollo de la pesca artesanal y turismo costero. Esta es una realidad preocupante para todos los países de la región y requiere de la fijación de criterios sólidos sobre disposición de aguas.
Al transitar de la biología a la ingeniería, este libro llena un vacío en la bibliografía sobre tratamiento de aguas en América Latina. En este sentido, luego de introducir al lector a los ecosistemas acuáticos, sus principales ciclos biogeoquímicos y los seres vivos que allí habitan (Archaea, Bacteria y Eukaria), la calidad biológica de las aguas y las aguas residuales, el autor describe los procesos de tratamiento de aguas contaminadas y su reúso en agricultura y piscicultura a partir de experiencias exitosas en América y Europa.
Biotecnología ambiental de aguas y aguas residuales es un texto guía para estudiantes de carreras de nivel tecnológico, pregrado y posgrado en Biología, Ingeniería Ambiental, Química e Ingeniería Sanitaria, y como texto de consulta para investigadores y profesionales de estas áreas en todos los países de la región.
9789587713442
Química
TD192.5 / L395
