1. Introducción al tratamiena de aguas residuales biológicas

1.1 ¿Qué es el tratamiento de aguas residuales biológicas?

Tratamiento de aguas residuales biológicas es una tecnología que aprovecha el poder de microoganismos -PAGAGAGAGrimariamente bacterias: consumir y descomponer contaminantes ogánicos, nutrientes (como nitrógeno y fósfoo) y otros contaminantes encontrados en las aguas residuales. Esencialmente, es una versión controlada y acelerada del proceso de auto-purificación de la naturaleza.

El objetivo fundamental es transfomar sustancias dañinas, disueltas y coloidales (que contribuyen a douerpo y BACALAO) en subproductos inofensivos, como dióxido de carbono, agua y nueva biomasa microbiana (lodo). Este método es vital poque es la foma más efectiva y, a menudo, la foma más rentable de eliminar la mayo parte de la carga orgánica antes de que se devuelva el agua al medio ambiente.

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1.2 Importancia del tratamiento biológico en el manejo de aguas residuales

La descarga no controlada de aguas residuales plantea riesgos severos para la salud pública y los ecosistemas acuáticos. La alta concentración de la materia orgánica se agota oxígeno disuelto Al recibir aguas, lo que lleva a la muerte de los peces y otras vida acuática. Además, el exceso de nutrientes puede causar masivos flores de algas (eutrofización), y los patógenos pueden propagar la enfermedad.

El tratamiento biológico es la pieza clave de la gestión moderna de aguas residuales por varias razones:

• Extracción de contaminantes efectivo: Se elimina de manera eficiente Demya bioquímica de oxígeno (Cuerpo) , que es la medida de la materia orgánica biodegradable.

• Control de nutrientes: Se puede diseñar específicamente para eliminar nitrógeno (para evitar el agotamiento y la toxicidad del oxígeno) y fósforo (para controlar la eutrofización).

• Rentable: Generalmente es menos intensivo en energía y menos costoso que las opciones de tratamiento puramente químicas o físicas avanzadas para aplicaciones a gran escala.

1.2.1 Tratamiento biológico como etapa secundaria

El tratamiento de aguas residuales generalmente se logra en una secuencia de etapas:

1. Tratamiento primario: Un proceso físico en el que se usa la gravedad en tanques gryes para establecerse los sólidos más pesados ​​(TSS) y escapar de la grasa y el material flotante.

2. Tratamiento secundario: Este es el etapa de tratamiento biológico . El agua que fluye de los clarificadores primarios todavía contiene altos niveles de materia orgánica coloidal disuelta y fina; Se introducen microorganismos para consumir esta carga.

3. Tratamiento terciario/avanzado: Una etapa de pulido final que puede incluir filtración, desinfección y eliminación avanzada de contaminantes o nutrientes específicos antes de que el agua se descargue o reutilice de forma segura.

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1.3 Descripción general de los procesos biológicos

Los procesos de tratamiento de aguas residuales biológicas se clasifican ampliamente en función de los requisitos de oxígeno de los microorganismos involucrados:

• Procesos aeróbicos: Estos sistemas requieren oxígeno disuelto (DO) para funcionar. Los microorganismos usan el oxígeno para metabolizar los contaminantes orgánicos en dióxido de carbono, agua y nuevas células. Este es el método más común para la eliminación de Cuerpo. Los ejemplos incluyen Lodo activado y Filtros de goteo .

• Procesos anaeróbicos: Estos sistemas operan en el ausencia de oxígeno . Los microorganismos descomponen la materia orgánica en biogás (principalmente metano y ${\text{CO}}_2$ ) y un volumen más bajo de lodo. Estos a menudo se usan para aguas residuales industriales de alta resistencia o para tratar el lodo resultante a partir de procesos aeróbicos. Un ejemplo es el METROETROETROETROETROETROanta de lodos anaeróbico de flujo ascendente ( $\text{UASB}$ ) .

• Procesos anóxicos: Estos procesos son sin oxígeno , pero los microorganismos utilizan oxígeno unido químicamente (específicamente de nitrato or nitrito iones) en lugar de molecular ${\text{O}}_2$ . Este es el paso crucial para desnitrificación (Eliminar nitrógeno) en muchas plantas de tratamiento avanzadas.

2. Principios del tratamiento de aguas residuales biológicas

La eficacia del tratamiento de aguas residuales biológicas depende completamente de comprender y controlar el mundo microscópico dentro del reactor. Esta sección dettodoa los principales actores biológicos y los procesos bioquímicos fundamentales que impulsan.

2.1 Papel de microorganismos

Un sistema de tratamiento biológico saludable, a menudo denominado licor mixto or biomasa , es un ecosistema diverso. El objetivo colectivo de esta comunidad microbiana es consumir los contaminantes orgánicos (el "alimento") para crecer, reproducir y generar energía.

2.1.1 bacterias

Las bacterias son los caballos de batalla del proceso de tratamiento. Son responsables de la gran mayoría de $\text{Cuerpo}$ eliminación y eliminación de nutrientes . Forman flocs (pequeños grupos) que son cruciales para establecerse en aclaradores. Los grupos clave incluyen bacterias heterotróficas (consumo de compuestos de carbono) y bacterias autotróficas (realizar nitrificación).

2.1.2 hongos

Los hongos son generalmente menos dominantes, pero se vuelven importantes en ciertas condiciones, particularmente en los sistemas tratyo bajo $\text{ph}$ o desechos industriales de alta resistencia. Si bien contribuyen a la degradación orgánica, el crecimiento de hongos excesivos puede causar bulto (pobre asentamiento del lodo) Debido a su estructura filamentosa.

2.1.3 Protozoos

Los protozoos y otros organismos superiores (como los rotíferos) no son degradadores primarios, sino que cumplen un papel crucial en pulido el efluente. Consumen bacterias dispersas y partículas finas, actuyo como "limpiadores" que contribuyen a un efluente final más claro. Su presencia y diversidad también son indicadores clave del salud y estabilidad del sistema biológico.

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2.2 Reacciones bioquímicas

La eliminación de contaminantes ocurre a través de una secuencia de reacciones bioquímicas complejas, clasificadas por el aceptador de electrones utilizado por los microorganismos.

2.2.1 Procesos aeróbicos

Estas reacciones ocurren en presencia de Oxígeno disuelto ( $\text{HACER}$ ) . El uso de bacterias $\text{HACER}$ Como el aceptador final de electrones para convertir la materia orgánica en productos estables e inofensivos.

Materia orgánica O2 → Bacterias CO2 H2 O norteuevas células

norteitrificación , un proceso aeróbico de dos pasos, es clave para la eliminación de nitrógeno:

1. norteitritación: Amoníaco ( ${\text{norteUEVA HAMPSHIRE}}_4^{}$ ) se convierte en nitrito ( ${\text{norteO}}_2^{-}$ ).

2. Nitrato: Nitrito ( ${\text{norteO}}_2^{-}$ ) se convierte en nitrato ( ${\text{norteO}}_3^{-}$ ).

2.2.2 Procesos anaeróbicos

Estas reacciones ocurren en ausencia completa de ${\text{O}}_2$ . El proceso implica varios pasos para convertir la materia orgánica compleja en biogás (ante todo metano ( ${\text{Pez}}_4$ ) y ${\text{CO}}_2$ ), que puede usarse como fuente de energía. Las fases principales son hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y finalmente, metanogénesis .

Materia orgánica → bacterias Pez4 CO2 Células nuevas calor

2.2.3 Procesos anóxicos

Estas reacciones ocurren cuyo $\text{HACER}$ está ausente, pero Nitrato ( ${\text{NO}}_3^{-}$ ) está presente. Ciertas bacterias utilizan el oxígeno unido químicamente en la molécula de nitrato, reduciendo el nitrato a inofensivo gas nitrógeno ( ${\text{N}}_2$ ) que se libera a la atmósfera. Este proceso se llama desnitrificación y es esencial para prevenir la contaminación de nitrógeno.

Nitrato Materia orgánica → Bacteria Gas de nitrógeno (N2) CO2 H2 O

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2.3 Factores que afectan el tratamiento biológico

La eficiencia de la comunidad microbiana es altamente sensible a las condiciones dentro del reactor. El control operativo se centra en mantener estos factores dentro de los rangos óptimos.

2.3.1 Temperatura

La actividad microbiana aumenta con la temperatura hasta un punto óptimo (típicamente $20-35^{\circ }\text{C}$ para plantas municipales). Las temperaturas más bajas ralentizan las velocidades de reacción, mientras que las temperaturas excesivamente altas pueden desnaturalizar las enzimas, matyo los microbios.

2.3.2 $\text{ph}$

La mayoría de los microorganismos prosperan en un $\text{ph}$ rango (típicamente $6.5-7.5$ ). Extremo $\text{ph}$ (ácido o básico) puede inhibir el crecimiento bacteriano y detener procesos críticos como la nitrificación.

2.3.3 Disponibilidad de nutrientes

Los microorganismos necesitan una dieta equilibrada para crecer. Llave macronutrientes — Nitrógeno (N) y Fósforo (P) —Se estar disponible, a menudo en la proporción de $\text{Cuerpo}:\text{N}:\text{P}$ de aproximadamente $100:5:1$ . La deficiencia puede limitar severamente el crecimiento de la biomasa necesaria para tratar los desechos.

2.3.4 oxígeno disuelto ( $\text{HACER}$ )

$\text{HACER}$ Los niveles son críticos para procesos aeróbicos (típicamente mantenido en $1-3\text{mg/l}$ ), ya que el oxígeno insuficiente retrasará el proceso de degradación. En cambio, $\text{HACER}$ debe ser estrictamente controlado o ausente en anaeróbico y anóxico zonas para aquellos procesos respectivos que ocurren.

Aquí está el borrador de contenido para el tercera parte de su artículo, centrándose en el Tipos de procesos de tratamiento de aguas residuales biológicas .

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3. Tipos de procesos de tratamiento de aguas residuales biológicas

Los sistemas de tratamiento biológico se clasifican fundamentalmente por cómo se sostiene la comunidad microbiana y si se suministra oxígeno. Estos procesos se pueden agrupar en sistemas aeróbicos (que requieren oxígeno), anaeróbicos (sin oxígeno) y sistemas híbridos.

3.1 Procesos de tratamiento aeróbico

Los procesos aeróbicos son el tipo más común de tratamiento secundario, que depende del suministro continuo de oxígeno para mantener el metabolismo microbiano. Son altamente efectivos para eliminar la materia orgánica (Cuerpo).

3.1.1 Proceso de lodo activado

Este es el sistema aeróbico más extendido a nivel mundial. Implica introducir aguas residuales en un tanque aireado que contenga una suspensión de microorganismos (el lodo activado ). Los microbios consumen los contaminantes, forman grupos microbianos densos y asentables (FLOC), y luego se separan del agua tratada en un clarificador secundario. Una parte de este lodo se recicla nuevamente al tanque de aireación para mantener una alta concentración de biomasa activa.

3.1.2 Filtros de goteo

Los filtros de goteo (o filtros biológicos) son sistemas de película fija donde las aguas residuales se distribuyen sobre un lecho de medios (por ejemplo, rocas, plástico). A biopelícula (una capa de microorganismos) crece en la superficie de los medios. A medida que las aguas residuales se "gotan", los microbios en la biopelícula absorben y degradan la materia orgánica. La circulación del aire natural proporciona el oxígeno necesario.

3.1.3 contactores biológicos giratorios (glóbulos rojos)

Los glóbulos rojos son otro sistema de película fija que consiste en discos giratorios grandes, estrechamente espaciados, montados en un eje horizontal. Los discos están parcialmente sumergidos en las aguas residuales. A medida que los discos giran, alternativamente eligen una película de aguas residuales y luego exponen la biopelícula a la atmósfera para la transferencia de oxígeno.

3.1.4 Lagunas aireadas

Estas son cuencas grandes y poco profundas que usan aireadores de superficie o sistemas de aire difundidos para proporcionar oxígeno a la población microbiana dentro de las aguas residuales. Requieren una gran área de tierra, pero son más simples de operar e ideales para áreas con menor densidad de población.

3.1.5 Biorreactores de membrana (MBRS)

MBRS combinan un proceso de lodo activado convencional con un filtración de membrana Unidad (microfiltración o ultrafiltración). Las membranas separan los sólidos, eliminando la necesidad de un clarificador secundario. Esto permite una concentración mucho mayor de biomasa (alta $\text{SRT}$ ) y produce efluentes excepcionalmente de alta calidad, listos para la reutilización.

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3.2 Procesos de tratamiento anaeróbico

Los procesos anaeróbicos funcionan sin oxígeno y son particularmente adecuados para tratar las aguas residuales de alta resistencia o para estabilizar el lodo, ya que producen una valiosa fuente de energía: Biogas.

3.2.1 Digestión anaeróbica

Esto se usa principalmente para estabilizar el lodo (Biosólidos) generados por tratamiento aeróbico. El lodo se coloca en tanques sellados y calentados donde las bacterias anaeróbicas convierten una porción significativa de los sólidos orgánicos en biogás ( ${\text{Pez}}_4$ ). Esto reduce el volumen y el olor del lodo.

3.2.2 Manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente ( $\text{UASB}$ ) Reactores

El $\text{UASB}$ es un sistema anaeróbico de alta tasa donde las aguas residuales fluyen hacia arriba a través de una densa "manta" de gránulos microbianos (lodo). A medida que se degrada la materia orgánica, el biogás producido hace que los gránulos circulen, creando un excelente contacto entre la biomasa y las aguas residuales.

3.2.3 Filtros anaeróbicos

Else fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

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3.3 Procesos de tratamiento híbrido

Los sistemas híbridos combinan características de los tipos de reactores convencionales o diferentes para mejorar la eficiencia, especialmente para la eliminación de nutrientes y las restricciones de espacio.

3.3.1 Reactores de lotes de secuenciación ( $\text{SBRS}$ )

$\text{SBRS}$ son únicos en que todas las etapas de tratamiento (llenar, reaccionar, establecer, dibujar) ocurren secuencialmente en un tanque único . Son altamente flexibles y fáciles de adaptar para la eliminación precisa de nutrientes controlando la duración de las fases aerobic, anóxicas y anaeróbicas dentro del ciclo.

3.3.2 Lodos activados integrados de película fija ( $\text{Ifas}$ ) Sistemas

$\text{Ifas}$ Los sistemas son un híbrido de lodo activado (crecimiento suspendido) y tecnología de película fija. Los portadores de biopelículas (medios de plástico) se agregan directamente a la cuenca de aireación de lodo activado. Esto permite una alta concentración de biomasa, proporcionando un ambiente estable para bacterias de crecimiento lento (como los nitrificadores) mientras se mantiene la flexibilidad del sistema de lodo suspendido.

4. Consideraciones de diseño para sistemas de tratamiento biológico

El diseño de una planta de tratamiento biológico efectiva y estable requiere una comprensión profunda de las características de las aguas residuales y una calibración cuidadosa de los parámetros del reactor. El objetivo es crear el entorno óptimo para que los microorganismos prosperen y eliminen los contaminantes de manera eficiente.

4.1 Características de las aguas residuales

El success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Cuerpo}$ (Demanda bioquímica de oxígeno)

$\text{Cuerpo}$ ¿Es la cantidad de oxígeno requerida por los microorganismos para descomponer la materia orgánica en el agua durante un tiempo específico (generalmente cinco días? ${\text{Cuerpo}}_5$ ). Es el Parámetro de diseño primario Se utiliza para dimensionar el reactor biológico, ya que dicta la cantidad de carga orgánica que debe consumir la población microbiana.

4.1.2 $\text{BACALAO}$ (Demanda química de oxígeno)

$\text{BACALAO}$ ¿Es la cantidad de oxígeno requerida para oxidar químicamente all materia orgánica e inorgánica. Mide componentes biodegradables y no biodegradables. El $\text{Cuerpo}/\text{BACALAO}$ La relación es importante: una relación alta (por ejemplo,> 0.5) indica que los desechos son altamente biodegradable y well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Sólidos suspendidos totales)

$\text{TSS}$ representa los sólidos que se mantienen en suspensión. Alto $\text{TSS}$ puede requerir un tratamiento primario más extenso y afecta el manejo del lodo biológico (biosólidos). Buen asentamiento de $\text{TSS}$ es crítico para producir efluentes limpios.

4.1.4 Nutrientes (nitrógeno y fósforo)

El concentration of Nitrógeno ( $\text{N}$ ) y Fósforo ( $\text{P}$ ) es crítico por dos razones:

1. Salud microbiana: Adecuado $\text{N}$ y $\text{P}$ son necesarios para el crecimiento de la biomasa (el $100:\text{Cuerpo}:5:\text{N}:1:\text{P}$ relación).

2. Calidad del efluente: Si estos nutrientes están presentes en grandes cantidades, el sistema debe diseñarse específicamente para Eliminación de nutrientes (Nitrificación/desnitrificación y eliminación mejorada de fósforo biológico, $\text{EBPR}$ ) para evitar la eutrofización en las aguas receptores.

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4.2 Criterios de selección de procesos

Elegir el proceso biológico correcto depende de varios factores:

• Fuerza de aguas residuales: Alta resistencia (alta $\text{BACALAO}/\text{Cuerpo}$ ) Los desechos industriales a menudo favorecen anaeróbico processes Para la producción de biogás, seguido de pulido. Los desechos municipales de baja resistencia a mediano usan típicamente lodo activado aeróbico .

• Requisitos de efluentes: Los límites de descarga estrictos (especialmente para los nutrientes) demandan sistemas complejos como $\text{MBRS}$ o procesos de múltiples etapas ( $\text{SBRS}$ , lodo activado en múltiples etapas).

• Disponibilidad de la tierra: Las ubicaciones limitadas con espacio a menudo requieren tecnologías compactas de alta tasa como $\text{MBRS}$ or $\text{Ifas}$ , mientras que las lagunas son adecuadas donde la tierra es barata y abundante.

• Costos operativos: Los procesos aeróbicos requieren una alta entrada de energía para la aireación, mientras que los procesos anaeróbicos generan energía (biogás), que influyen en los costos a largo plazo.

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4.3 Parámetros de diseño de reactores

Else parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Tiempo de retención hidráulica ( $\text{HRT}$ )

$\text{HRT}$ es el tiempo promedio que permanece una unidad de agua dentro del reactor.

Un más largo $\text{HRT}$ Proporciona más tiempo de contacto entre los microorganismos y los contaminantes, pero requiere un tamaño de tanque más grande.

4.3.2 Tiempo de retención sólido ( $\text{SRT}$ )

$\text{SRT}$ (también llamado $\text{MCRT}$ o tiempo de retención de lodo) es el tiempo promedio del microoganismos (solids) permanecer activo en el sistema.

$\text{SRT}$ es el Parámetro de control más importante para la actividad biológica. A lo largo de $\text{SRT}$ (p.ej., $10-30$ días) es necesario para cultivar organismos de crecimiento lento como nitrificadores para eliminación de nitrógeno.

4.3.3 Food-to-Microorganism ( $\text{F}/\text{M}$ ) Relación

El $\text{F}/\text{M}$ La relación es la carga orgánica diaria (alimentos, medidos como $\text{Cuerpo}$ or $\text{BACALAO}$ ) suministrado por unidad de masa de microorganismos ( $\text{M}$ , medido como sólidos suspendidos volátiles de licor mixto o $\text{MLVSS}$ ) en el reactor.

• A alto $\text{F}/\text{M}$ (p.ej., > 0.5 $\text{kg}\text{Cuerpo}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) significa que los microbios tienen "hambre" y tratan el agua rápidamente, pero el lodo se asienta mal.

• A bajo $\text{F}/\text{M}$ (p.ej., < 0.1 $\text{kg}\text{Cuerpo}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) da como resultado un lodo más antiguo y bien establecido, pero requiere un tanque más grande y es más lento.

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4.4 Gestión de lodo

Todos los procesos biológicos producen exceso de biomasa (lodo) que debe eliminarse del sistema. Este lodo es a menudo $95-99\%$ agua pero contiene los contaminantes concentrados, lo que lo convierte en un desafío de eliminación. Tratamiento de lodo (engrosamiento, desagüe y a menudo anaeróbico digestion ) es un componente crucial de alto costo de la gestión general de aguas residuales, con el objetivo de estabilizar el material y reducir su volumen antes de la eliminación final (por ejemplo, aplicación de tierras o relleno de vertederos).

5. Aplicaciones del tratamiento de aguas residuales biológicas

El tratamiento biológico es una tecnología altamente adaptable, esencial para procesar aguas residuales de diversas fuentes, que van desde grandes áreas metropolitanas hasta instalaciones industriales especializadas.

5.1 Tratamiento municipal de aguas residuales

Las aguas residuales municipales, procedentes principalmente de hogares residenciales, negocios comerciales e instituciones, es la aplicación clásica para el tratamiento biológico.

• Características: Por lo general, contiene una carga orgánica de fuerza media ( $\text{Cuerpo}$ y $\text{BACALAO}$ ), altos niveles de sólidos suspendidos ( $\text{TSS}$ ), y cantidades significativas de nutrientes (nitrógeno y fósforo).

• Procesos utilizados: El standard treatment train relies heavily on Lodo activado Processes (a menudo modificado para Extracción de nutrientes biológicos or $\text{Bnr}$ ) y a veces sistemas de película fija como Filtros de goteo or $\text{Glóbulos rojos}$ . El objetivo principal es cumplir con los estrictos estándares de descarga para proteger las vías fluviales públicas.

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5.2 Tratamiento de aguas residuales industriales

Las aguas residuales industriales son mucho más variables en composición y concentración que las aguas residuales municipales, a menudo presentando desafíos únicos que requieren soluciones biológicas personalizadas.

5.2.1 Industria de alimentos y bebidas

• Características: Altas cargas orgánicas (azúcares, grasas, almidones) y a menudo altas temperaturas.

• Procesos utilizados: Sistemas anaeróbicos como $\text{UASB}$ Los reactores se emplean con frecuencia primero para manejar el alto $\text{BACALAO}$ y generate valuable biogás ( ${\text{Pez}}_4$ ) . Esto generalmente es seguido por un sistema aeróbico compacto ( $\text{MBR}$ or $\text{Lodo activado}$ ) para el pulido final.

5.2.2 Industria de pulpa y papel

• Características: Volúmenes altos, color y compuestos de lignina lentamente biodegradables.

• Procesos utilizados: Sistemas a gran escala como Lagunas aireadas o el lodo activado de alta tasa son comunes debido a las tasas de flujo masivas. Se pueden necesitar cepas fúngicas o bacterianas especializadas para el color y la eliminación de compuestos persistentes.

5.2.3 Industria química

• Características: Contiene contaminantes tóxicos o no convencionales específicos (orgánicos recalcitrantes, metales pesados) que pueden inhibir la actividad microbiana estándar.

• Procesos utilizados: El tratamiento a menudo requiere biorreactores especializados y robustos o múltiples etapas, a veces involucradas Bioaugmentación (Agregar cultivos de microbios especialmente seleccionados) o acoplamiento con métodos avanzados como Procesos de oxidación avanzados ( $\text{AOPS}$ ) antes o después de la etapa biológica.

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5.3 Tratamiento de aguas residuales agrícolas

Esto incluye escorrentía de granjas y, sobre todo, aguas residuales de operaciones concentradas de alimentación de animales ( $\text{Cafetería}$ ), o estiércol.

• Características: Concentraciones extremadamente altas de $\text{Cuerpo}$ , $\text{TSS}$ , patógenos, y especialmente nutrientes.

• Procesos utilizados: El tratamiento implica lagunas forradas, seguidas de digestión anaeróbica (para reducir el volumen y producir energía) y el tratamiento aeróbico posterior para la eliminación de nutrientes y patógenos antes de la aplicación o descarga de la tierra.

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5.4 Tratamiento de aguas residuales en el sitio

Los métodos biológicos son esenciales para tratar las aguas residuales en áreas sin acceso a sistemas municipales centralizados.

• Tanques sépticos: Mientras que principalmente física, la capa de lodo en un tanque séptico se somete a una digestión anaeróbica lenta.

• Plantas a pequeña escala: Sistemas como compacto $\text{SBRS}$ o paquete $\text{MBRS}$ se utilizan para escuelas individuales, hospitales, desarrollos de viviendas o sitios industriales remotos, que ofrecen efluentes de alta calidad en una pequeña huella.

Aquí está el borrador de contenido para el sexta parte de su artículo, centrándose en el Ventajas y desventajas del tratamiento biológico .

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6. Ventajas y desventajas del tratamiento biológico

Si bien los procesos biológicos forman la columna vertebral de la gestión moderna de aguas residuales, están sujetos a ciertas limitaciones que deben administrarse a través de un diseño y operación cuidadosos.

6.1 Ventajas

El tratamiento biológico ofrece beneficios convincentes sobre alternativas puramente físicas o químicas.

6.1.1 Extracción de contaminantes efectivo

Los sistemas biológicos son excepcionalmente eficientes para eliminar orgánico $\text{Cuerpo}$ y $\text{BACALAO}$ de aguas residuales, a menudo logrando $90\%$ -Las tasas de eliminación de plus. Además, son los medios más prácticos y rentables para Extracción de nutrientes biológicos ( $\text{Bnr}$ ) , esencial para proteger las vías fluviales sensibles de la eutrofización causada por el exceso de nitrógeno y fósforo.

6.1.2 rentable

Una vez construidos, los costos operativos para los procesos biológicos son generalmente más bajos que los del tratamiento químico. Si bien los sistemas aeróbicos requieren una energía significativa para la aireación, esto a menudo se compensa con el alto costo y el suministro continuo necesario para los floculantes químicos o precipitantes requeridos en los métodos no biológicos. Sistemas anaeróbicos incluso puede ser productores de energía netos a través de la generación y uso de biogás ( ${\text{Pez}}_4$ ).

6.1.3 ecológico

El tratamiento biológico implica fundamentalmente procesos naturales, convertir contaminantes en productos no tóxicos estables ( ${\text{CO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ y biomasa). El resultante Biosólidos (lodo) A menudo se puede tratar y reutilizar de manera segura como una enmienda del suelo, promoviendo un enfoque de economía circular para la gestión de residuos.

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6.2 Desventajas

El reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Sensibilidad a sustancias tóxicas

Los microorganismos son células vivas y pueden inhibirse o matar fácilmente por aportes repentinos de químicos industriales tóxicos , metales pesados, alto $\text{ph}$ (ácido o base), o altas concentraciones de sal. Una "carga de choque" puede eliminar la biomasa de un sistema, que requiere días o semanas para que la población se recupere y la calidad del tratamiento regrese.

6.2.2 Inestabilidad del proceso

Los sistemas biológicos pueden sufrir problemas de inestabilidad relacionados con la salud microbiana, como lodo bulking or espumoso .

• Bulto ocurre cuando las bacterias filamentosas crecen en exceso, evitando que los flotos de lodo se estabilicen adecuadamente en el clarificador, lo que lleva a alto $\text{TSS}$ en el efluente final.

• Espumoso a menudo es causado por tipos específicos de bacterias y puede conducir a problemas operativos y riesgos de seguridad en la superficie del tanque de aireación.

6.2.3 Producción de lodo

El fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of lodo management (DESGUNA, estabilización y eliminación). Los costos de manejo de lodo pueden tener en cuenta $30\%\text{to}50\%$ del presupuesto operativo total para una planta de tratamiento de aguas residuales.

7. Avances e innovaciones recientes

El field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Procesos de oxidación avanzados ( $\text{AOPS}$ )

$\text{AOPS}$ no son estrictamente biológicos, sino que se usan cada vez más en tándem con sistemas biológicos. Implican generar especies transitorias altamente reactivas, como la radical hidroxilo ( $\cdot \text{OH}$ ) , que oxidan rápidamente y destruye contaminantes orgánicos que no son biodegradables (recalcitrantes o micropolutantes).

• Solicitud: $\text{AOPS}$ se usan como un pretratamiento descomponer los compuestos tóxicos, haciéndolos accesibles para microorganismos o como un post-tratamiento (Etapa terciaria) para pulir el efluente eliminando trazas de productos farmacéuticos y pesticidas.

7.2 Bioaugmentación y bioestimulación

Else techniques focus on actively managing the microbial population:

• Bioaugmentación: Involucra el Adición de cultivos microbianos especialmente seleccionados y no nativos a un reactor. Esto generalmente se hace para introducir organismos capaces de degradar contaminantes industriales específicos y complejos que la biomasa nativa no puede manejar.

• Bioestimulación: Imponer Optimización del entorno del reactor (p.ej., adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Tecnología de lodo granular

Esta innovación ofrece un gran salto en la eficiencia del sistema y la reducción de la huella, utilizada principalmente en Lodo granular aeróbico ( $\text{Género}$ ) sistemas.

• Principio: En lugar de formar flotos de lodo activados tradicionales, la biomasa se organiza espontáneamente en denso, compacto y esférico gránulos . Estos gránulos se establecen significativamente más rápido y tienen zonas distintas (exterior aeróbico, interior anóxico/anaerobio) que permiten la eliminación simultánea de carbono, nitrógeno y fósforo en un solo reactor.

• Ventaja: Permite una concentración de biomasa mucho más alta y elimina la necesidad de un clarificador separado, reduciendo la huella de la planta hasta $75\%$ .

7.4 Ingeniería genética de microorganismos

Aunque todavía es principalmente en la investigación y la fase piloto, la ingeniería genética tiene una inmensa promesa. Los científicos están investigando formas de:

• Mejorar la degradación: Modifique los microbios para acelerar el desglose de contaminantes orgánicos persistentes ( $\text{Establo}$ ).

• Mejorar la eficiencia: Los organismos de ingenieros para realizar reacciones múltiples (por ejemplo, nitrificación simultánea y desnitrificación) de manera más efectiva o para tolerar condiciones tóxicas que de otro modo inhibirían las poblaciones naturales.