El tractament biològic d’aigües residuals es duu a terme mitjançant una sèrie d’importants processos de tractament que tenen en comú la utilització de microorganismes (entre els quals destaquen les bacteris) per dur a terme l’eliminació de components solubles en l’aigua. Aquests processos aprofiten la capacitat dels microorganismes d’assimilar la matèria orgànica i els nutrients (nitrogen i fòsfor) dissolts en l’aigua residual per al seu propi creixement. Quan es reprodueixen, s’afegeixen entre ells i formen uns flòculs macroscòpics amb massa crítica suficient per decantar en un temps raonable.
L’aplicació tradicional consisteix en l’eliminació de matèria orgànica biodegradable, tant soluble com col·loïdal, així com l’eliminació de compostos que contenen nitrogen i fòsfor. És un dels tractaments més habituals, no només en el cas d’aigües residuals urbanes, sinó en bona part de les aigües industrials, per la seva senzillesa i el seu baix cost econòmic d’operació.
En la major part dels casos, la matèria orgànica constitueix la font d’energia i de carboni que necessiten els microorganismes per al seu creixement. A més, també és necessària la presència de nutrients, que continguin els elements essencials per al creixement, especialment nitrogen i fòsfor, i finalment, en el cas de sistemes aerobis, la presència d’oxigen dissolt en l’aigua. L’oxigen no és imprescindible, ja que els microorganismes són capaços de degradar la matèria orgànica també en condicions anaeròbies. Aquest aspecte serà clau a l’hora d’escollir el procés biològic més convenient.
En el metabolisme cel·lular, juga un paper fonamental l’acceptor final d’electrons en els processos d’oxidació de la matèria orgànica. Aquest aspecte, a més, té una important incidència en les possibilitats d’aplicació al tractament d’aigües residuals. Atent a quin és aquest acceptor final d’electrons es distingeixen tres casos:
- Sistemes aerobis: l’oxigen és l’acceptor final d’electrons preferit per qualsevol cèl·lula. Si existeix oxigen en el medi, aquest serà l’acceptor final d’electrons, fet que comporta que s’obtinguin rendiments energètics elevats i una important generació de fangs, a causa del creixement alt de les bacteris en condicions aeròbies.
- Sistemes anaerobis: en aquest cas l’acceptor final d’electrons és la pròpia matèria orgànica que actua com a font de carboni. Com a resultat d’aquest metabolisme, la major part del carboni es destina a la formació de subproductes del creixement (biogàs, que és CO2 i metà) mentre que la fracció de carboni utilitzada per a la síntesi cel·lular és baixa. De cara al tractament, aquest fet suposa un doble avantatge: es produeix poca quantitat de fangs alhora que es produeix biogàs, el qual pot ser revaloritzat. Normalment s’aprofita per produir energia elèctrica, la qual s’autoconsumeix a la pròpia instal·lació.
- Sistemes anòxics: Es denominen així els sistemes en què l’acceptor final d’electrons no és l’oxigen ni tampoc la matèria orgànica. En condicions anòxiques l’acceptor final d’electrons solen ser els nitrats, els sulfats, l’hidrogen, etc. Quan l’acceptor final d’electrons és el nitrats, com a resultat del procés metabòlic, el nitrogen de la molècula de nitrats és transformat en nitrogen gas. Així doncs, aquest metabolisme permet l’eliminació biològica del nitrogen de l’aigua residual (desnitrificació).
Avantatges de cada sistema segons criteri
Tenint en compte tots aquests aspectes, existeix una gran varietat de formes d’operar, depenent de les característiques de l’aigua, així com de la càrrega orgànica a tractar. Els criteris que ajuden a seleccionar si és més convenient un procés aerobi, o bé si un procés anaerobi serà més profitós, són la concentració de matèria orgànica a eliminar, si és necessària l’eliminació de nitrogen, la disponibilitat d’espai físic i la relació entre l’OPEX i el CAPEX del projecte. A la taula següent es pot observar com en funció d’aquests criteris, quin tipus de procés (aerobi o anaerobi) és més convenient:
D’altra banda, la biomassa pot créixer lliure, en suspensió a l’interior del bioreactor, o bé adherida a un suport (biomassa fixa). En el procés convencional creix en suspensió, igual que en el cas dels reactors seqüencials (SBR) i en els reactors biològics de membrana (MBR). En els reactors de biodiscs, biofiltres, filtres percoladors o de llit mòbil (MBBR) la biomassa creix adherida a la superfície d’un suport de plàstic o de sorra. Aquest criteri, si la biomassa creix en suspensió o fixada a un suport, comporta una sèrie de conseqüències pràctiques que convé tenir en compte en el moment de seleccionar quina tecnologia és la més convenient. A la taula següent es resumeix:
Així doncs, la selecció del procés biològic més convenient només es pot fer després d’analitzar les característiques de l’efluent, el tipus de procés industrial que el genera, el grau de depuració requerit i les necessitats globals del client. Condorchem Envitec disposa d’una àmplia experiència en el disseny, fabricació, instal·lació, posada en marxa i explotació de depuradores biològiques, tant aeròbies com anaeròbies, adaptades a les necessitats particulars dels seus clients.
Existeixen configuracions singulars que uneixen els avantatges d’uns i altres sistemes. És el cas del reactor BioCarb®, el qual és un model exclusiu patentat per Condorchem Envitech i es basa en el desenvolupament d’un reactor aeròbic de llit fix el material de farciment del qual és carbó lignític granul·lat. El carbó filtra, adsorbeix i fa de suport per a la biopel·lícula, a més d’alimentar els microorganismes de minerals i elements traça. D’altra banda, el procés d’adsorció realitza una doble contribució al procés en laminar els pics de càrrega de contaminants i en fer que el temps de residència dels contaminants a l’interior del reactor augmenti, amb la qual cosa és possible la degradació de compostos orgànics persistents. El reactor BioCarb® s’ha demostrat especialment efectiu en el tractament de contaminants difícils de biodegradar i amb color. A més, la immobilització de la biomassa a la superfície del carbó lignític permet realitzar en una sola etapa un tractament biològic i fisicoquímic de les aigües residuals.
Pel que fa als sistemes anaerobis, l’àmplia experiència de Condorchem Envitech ha portat a la utilització de tecnologies com el UASB (reactor anaerobi de flux ascendent i mantell filtrant), el RAFAC® (reactor anaerobi de flux ascendent de contacte) i el RAC® (reactor anaerobi de contacte), totes elles caracteritzades per la seva elevada eficàcia, en produir efluents cristal·lins i transformar la matèria orgànica en biogàs i en fertilitzant orgànic estabilitzat.