Estudio del Tratamiento Integrado Químico-Biológico de Agua Residual de Origen Doméstico-Edición Única

Actualmente el tratamiento de aguas residuales mediante el proceso de lodos activados presenta problemas derivados del incremento del caudal de los afluentes a las plantas de tratamiento que sobrepasan los límites máximos para los que fueron diseñados. Adicionalmente las descargas industriales contienen compuestos que no son susceptibles al tratamiento convencional y provocan una reducción en la eficiencia de los tratamientos biológicos y/o un aumento en los costos de tratamiento. Por esto es necesario estudiar la incorporación de tecnología nueva a las plantas existentes que mejore la eficiencia de sus tratamientos. Buscando obtener una mayor eficiencia del tratamiento convencional por lodos activados, considerando las problemáticas actuales, esta tesis evalúa el pretratamiento químico del agua residual mediante la ozonación a diferentes dosis. Se pretende complementar los estudios previos en un sistema integrado ozono-lodos activados operando a flujo continuo, analizando el efecto de la preozonación en la toxicidad, en las características de sedimentación, en los sólidos suspendidos, en la transformación y asimilación de las especies nitrogenadas, en la eliminación del carbono orgánico, y en el estado de oxidación promedio. Los experimentos de este estudio se realizaron a flujo continuo en una planta de tratamiento a escala de laboratorio, con agua residual de origen doméstico proveniente del afluente a la planta de tratamiento del ITESM, Campus Monterrey. El pretratamiento químico (ozonación a DA y DB), disminuyó la toxicidad, aumentó la biodegradabilidad (DBO5/DQO) y redujo la concentración de sólidos suspendidos del agua residual, mejorando el funcionamiento del posterior tratamiento biológico por lodos activados. En el rango estudiado, a mayor dosis de ozono se mantiene esta tendencia, pero con diferencias más notorias. En los reactores preozonados, sus efluentes mostraron menor toxicidad, menor concentración de sólidos suspendidos, y mejores características organolépticas (transparentes y sin olor característico), resultados de un tratamiento biológico más eficiente y con mayores eliminaciones de DBO5, DQO, y COT. Se evidenció que la ozonación cambia a las especies nitrogenadas, oxidando en mayor proporción el nitrógeno amoniacal (76%) y parcialmente el nitrógeno orgánico (28%), convirtiéndolos en nitrato, por lo que los reactores preozonados presentan menor grado de nitrificación biológica. El alto contenido de nitratos en los efluentes de los reactores preozonados favorece la denitrificación biológica al posibilitar una menor tasa de recirculación del efluente como es común en los sistemas convencionales. La relación DQO/COT y el estado de oxidación (OX) mostraron que los efluentes de los reactores preozonados tienen un mayor grado de transformación de la materia orgánica. Los sistemas integrados ozono-lodos activados presentan mejores características de sedimentación en los reactores biológicos, por lo que los sedimentadores secundarios de los sistemas preozonados podrían tener menores tiempos de residencia o menores dimensiones, reflejando menos costos de inversión y mantenimiento. Los reactores biológicos preozonados mantienen la misma eficiencia de tratamiento en términos de DBO5 y DQO con mayores cargas orgánicas, lo que representa disminuir el volumen de los reactores o el tiempo de residencia hidráulico. La estimación de costos considerando las características de la planta de tratamiento del ITESM con un excedente de flujo del 30% (caso 3 de la sección 4.6), muestra de acuerdo con el valor actual de costos (VAC) que la implementación de la preozonación con DB es más recomendable respecto a un tratamiento individual por lodos activados, para horizontes de proyecto menores a 10 años. Las bajas eficiencias energéticas de los generadores de ozono y los altos costos de la energía eléctrica hacen que este sistema integrado presente costos de operación elevados, sin embargo, por otro lado, este tratamiento integrado presenta ventajas económicas respecto a menores tiempos de residencia, efluentes de mayor calidad, menor producción de lodos, y minimización del desarrollo de olores.