Biotecnologia Ambiental De Aguas y Aguas Residuales /

By:

CESAR LAZCANO CARRENO

Language: Español Publication details: ECOE Colombia 2017Edition: 2a EdiciónDescription: 517p Ilustración 17 X 24 CMISBN:

9789587713442

Subject(s):

Química

LOC classification:

TD192.5 L395

Contents:

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

Summary: 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.

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Libro	CI Gustavo A. Madero Sala General	Colección General	TD192.5 L395 2017	EJ. 1	No para préstamo externo	01105T
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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.

Ingeniería Ambiental

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