Los procesos biológicos son una de las alternativas más habituales para el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, en dichos procesos es inevitable la formación de lodos que deben ser tratados. El acoplamiento de un proceso químico de oxidación avanzada a un tratamiento biológico convencional permite reducir la generación de lodos y aumentar la efectividad del tratamiento desde el punto de vista ambiental. Por otra parte, respecto a la viabilidad económica, la combinación de ambos procesos reduce los costes asociados a la gestión y/o tratamiento de los lodos generados en el proceso biológico.
[Fernando Martínez Castillejo.
Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA)
Universidad Rey Juan Carlos]
En el tratamiento biológico de un agua residual se emplean microorganismos para transformar los contaminantes orgánicos biodegradables en sustancias inocuas o incluso dióxido de carbono y agua mediante su completa mineralización. Pero como resultado de la metabolización de la carga orgánica, también se produce un aumento de la población microbiana. Existen diferentes tipos de procesos biológicos: aerobios o anaerobios, en régimen mesófilo o termófilo, que resultan de las numerosas aplicaciones de estos procesos biológicos según la complejidad y naturaleza del agua a tratar. El tratamiento aerobio es efectivo para aguas residuales biodegradables con alta carga orgánica pero produce entre 0.25-0.5 gramos de lodos por unidad de DQO (demanda químico de oxígeno) tratada. Estos lodos pueden contener sustancias tóxicas que tienen que ser destruidas. Las opciones más habituales suelen ser el tratamiento on-site en el propio sitio donde se generan, o el tratamiento off-site en incineradoras o en vertederos autorizados mediante almacenamiento controlado. De cualquiera de las formas, su tratamiento afecta considerablemente a la economía del proceso.
De este modo, han aparecido tecnologías innovadoras, algunas de ellas implantadas incluso a nivel industrial, que ofrecen diferentes ventajas a la problemática planteada. A modo de ejemplo, se puede destacar la tecnología AFCsm desarrollada por la compañía americana PMC BioTec (http://www.pmcbiotec.com), basada en la integración de un proceso aerobio termófilo con un proceso de oxidación húmeda. Habitualmente, este último se emplea en condiciones de alta temperatura y presión para asegurar una efectiva y total mineralización de los contaminantes orgánicos, pero su elevado coste, a menudo le hace perder interés industrial. Por esta razón, durante las últimas décadas numerosos estudios se han centrado en la optimización de esas condiciones para transformar sólo aquellos compuestos que no son biodegradables (macromoléculas de gran tamaño) en otros más pequeños, dejando en un papel más secundario la mineralización completa del contaminante a dióxido de carbono y agua, que exige condiciones más severas de temperatura y presión, y consiguientemente un encarecimiento del proceso.
La tecnología AFCsm ha conseguido integrar el proceso biológico con un proceso químico de oxidación avanzada. Este sistema consiste en un bioreactor aerobio, una unidad de separación de sólidos y un reactor de oxidación húmeda. La unidad de separación genera una corriente clarificada de agua depurada y otra concentrada en lodos y sustancias no biodegradables. Ésta última pasa a través de la etapa de oxidación húmeda para ser recirculada de nuevo al birreactor, con el objetivo de destruir gran parte de lodos formados y eliminar aquellos compuestos retenidos que son más resistentes a su biodegradación. Aunque el tipo de proceso químico de oxidación avanzada empleado en esta tecnología es parte del know-how, es evidente que se trata de un proceso de oxidación húmeda que opera en condiciones relativamente altas de temperatura y presión en presencia de oxígeno o peróxidos para la generación de especies radicalarias de elevado potencial oxidante. Esta tecnología se muestra y se vende como una solución muy fiable al tratamiento de aguas residuales industriales procedentes de la industria química, refinerías, manufactura de fármacos, aguas procedentes de actividades agrícolas y lodos municipales, con costes de operación muy atractivos como consecuencia de eliminar los costes adicionales a la gestión y tratamiento de los lodos formados.
Indudablemente, la tecnología comentada muestra el beneficio de acoplar un proceso químico a un tratamiento biológico en el caso de aguas biodegradables con el objetivo de reducir la formación de lodos y mejorar la efectividad del proceso de depuración. Sin embargo, también ha despertado un gran interés en la actualidad, el diseño de procesos de oxidación química avanzada como pre-tratamiento al proceso biológico para la eliminación de compuestos orgánicos de elevada toxicidad para los microorganismos. La severidad de las condiciones del proceso de oxidación húmeda, en cuanto a la temperatura, presión y tipo de oxidante, debe ser cuidadosamente estudiada para hacer al proceso económicamente rentable y ofrecer un efluente con una carga contaminante aceptable para su tratamiento biológico.