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Tratamientos anaerobios: el gran banquete en apnea

  • Tratamientos anaerobios: gran banquete apnea

Sobre el blog

Juan José Salas
MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. Director de Servicios Tecnológicos de la Fundación CENTA. 38 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas.

Hace ya cuarenta posts, en “El gran banquete: la depuración de las aguas como nunca se ha contado”, recogía que la siguiente reacción bioquímica (elegante pero fría), describe el tratamiento biológico aerobio de las aguas residuales:

En ella, la materia orgánica (representada por los principales elementos químicos presentes en las aguas a tratar), se oxida bioquímicamente, con el concurso de bacterias, para obtener los correspondientes productos de oxidación, energía y nuevas bacterias (a las que familiarmente llamamos lodos o fangos).

En esta ocasión vamos a hablar de los tratamientos anaerobios (en los que el oxígeno molecular está proscrito, de ahí lo de apnea), que se rigen por la reacción:

Y en los que el principal mecanismo de eliminación de la materia orgánica es su transformación en biogás (metano y anhídrido carbónico, principalmente), que escapa del sistema.

Al hablar de banquetes en apnea, debemos empezar recordando que la vida surgió hace unos 3.500 millones de años y que evolucionó en nuestro planeta en ausencia de oxígeno, elemento que apareció unos 1.500 millones de años después. Hablamos pues de comensales con miles de millones de año a sus espaldas (con lo largas que a veces se nos hacen a nosotros algunas semanas) y que han desarrollado hasta límites insospechados su especialización gastronómica.

Fundamentos de los tratamientos anaerobios

En los banquetes en apnea los comensales se agrupan por gustos culinarios (los hay hidrolíticos, acidogénicos, acetogénicos y metanogénicos), que van interviniendo en la fiesta en etapas concatenadas, tal como se puede observar en la siguiente figura (Espinosa, 2011):

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El menú y los comensales en los banquetes en apnea

 

Cada grupo de comensales lleva a cabo una labor específica:

  • Comensales Hidrolíticos: a estos comensales les apasionan los principales componentes de las aguas residuales (proteínas, hidratos de carbono y lípidos), que ingieren con fruición, transformándolos en compuestos orgánicos disueltos de menor peso molecular (aminoácidos, azúcares, ácidos grasos de cadena larga), fácilmente asimilables por el grupo de comensales que les sigue. Cuando la comida presenta una gran cantidad de materia particulada, esta primera etapa puede ser la limitante de la velocidad global a la que transcurre el banquete.
  • Comensales Acidogénicos: a ritmo de acid house, estos comensales ingieren los productos generados en la etapa anterior, transformándolos en ácidos grasos volátiles (propiónico, butírico, valérico, etc.).
  • Comensales Acetogénicos: de carácter avinagrado, les toca transformar los productos de la acidogénesis en acético, hidrógeno y dióxido de carbono, viandas que hacen las delicias de los siguientes comensales.
  • Comensales Metanogénicos: ocupan el final de la cadena y a ellos la comida tan sazonada no les sienta nada bien, generándoles gran cantidad de biogases, que expelen continuamente en forma de pedos bacterianos (de composición, por cierto, muy similar a los humanos). Este biogás, que es combustible, puede emplearse para conseguir una iluminación romántica del salón de celebraciones.

En los banquetes en apnea tiene lugar una admirable sincronía gastronómica

De todos los grupos de comensales que intervienen en el banque en apnea, el metanogénico es el más sensible, afectándole cualquier variación de la temperatura ambiente del salón de celebraciones, la cantidad de comida aportada por comensal presente, el pH, etc. Ante variaciones acusadas de estos parámetros, el comportamiento de estos comensales se ve muy afectado, y al no poder convertir los ácidos formados en biogás, se van acumulando, con la consecuente caída del pH. Por lo que si el jefe de sala no se toma las medidas oportunas, el banquete acabará colapsando.

Como puede observarse en los banquetes en apnea tiene lugar una admirable sincronía gastronómica, en la que cada grupo de comensales “mastica la comida” para facilitarle la alimentación al grupo que le sigue. No se sorprenda, pues no olvide que como dijimos antes, estos comensales nos llevan miles de millones de años de ventaja evolutiva.


Visión desenfadada de los grupos de comensales que participan en los banquetes en apnea

Salones para los banquetes en apnea

Al igual que en el caso de los banquetes aerobios, en el caso de los banquetes en apnea los comensales también pueden encontrase sentados a la mesa (caso de los reactores de biopelícula: Filtros Anaerobios, Reactores Tubulares), o de pie, como ocurre en los Reactores de Contacto y en los UASB/RAFA.


Distintos salones de banquetes en apnea: Filtros Anaerobios, Reactores Tubulares, Reactores de Contacto y Reactores UASB/RAFA

Banquete en apnea vs. banquete aerobio

La siguiente figura compara los balances de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) (comida) en los banquetes en apnea y en los aerobios (adaptado de Wagner, 2016):


Banquete en apnea vs. banquete aerobio: balance de comida (DQO)

Se observa que:

  • Los comensales aerobios son más eficientes a la hora de digerir la comida (DQO), llegando al 90-95% de su eliminación, frente al 70-90% de los procesos anaerobios. Es por ello, que en ocasiones, los banquetes en apnea precisan de un postre aerobio, para poder alcanzar los límites exigidos de vertido para las aguas tratadas.
  • La generación de lodos es mucho menor en los banquetes en apnea, al precisar los comensales del orden de diez veces menos de requisitos nutricionales que los comensales aerobios.
  • El balance energético es positivo en los banquetes en apnea, como consecuencia del biogás combustible generado.

En ocasiones, los banquetes en apnea precisan de un postre aerobio, para poder alcanzar los límites exigidos de vertido para las aguas tratadas

Recuerdos de mi pasado anaerobio

Recién licenciado en química, tuve la oportunidad de trabajar en el Instituto de la Grasa y sus Derivados (Consejo Superior de Investigaciones Científicas, CSIC-Sevilla), en el Departamento de Aprovechamiento de Subproductos y Tratamiento de Residuos, dirigido por el Profesor Fiestas. Allí fue donde tuve mi primer contacto con las aguas residuales, de las que me enamoré perdidamente (y hasta la fecha).

En esta etapa de mi vida profesional me especialicé en los Tratamientos Anaerobios, entonces incipientes en nuestro País, si bien mis inicios fueron muy prosaicos, pues pasé mucho tiempo dedicado a la muy noble labor de tamizar excrementos de vaca y cerdo, para poder inocular mis reactores.

Pero no me podía quejar, pues peor lo pasaban mis padres, cuando sus amigos les preguntaban a que se dedicaba su hijo, al que le habían costeado dos carreras.


Unidad de Digestión Anaerobia (UDA), con las que di mis primeros pasos en apnea.

P.D. 1.- Agradecimientos

Quiero agradecer a mi sobrina Caroli los originales dibujos de la visión desenfadada de los grupos de comensales en apnea.

A mi sobrino Dani también la pedí que me dibujase una bacteria con grandes dientes, para ponerla como ejemplo de hidrolítica, y me presentó esto:

¡Queda demostrada la influencia que está ejerciendo el coronavirus en las nuevas generaciones!

P.D.- 2 Felicitaciones

Dadas las fechas en las que nos encontramos, el Médico del Agua quiere aprovechar la oportunidad para desearte las mejores fiestas posibles, en estos tiempos de zozobra que nos toca vivir, y en las que lamentablemente nos faltará lo principal: LOS ABRAZOS, ¡PERO RESISTIREMOS Y ACABAREMOS GANANDO!

Referencias

  • Espinosa. J.J. (2011). Tratamiento de aguas residuales de matadero con elevado contenido de sangre mediante la combinación de sistemas, anaerobio de película fija (BAPF) y aerobio de membrana (MBR). Tesis Doctoral. Universidad de Burgos, 2011.
  • Wagner, W. (2016). Reactores anaeróbicos para el tratamiento de aguas residuales urbanas. XXXIV Curso “Tratamiento de Aguas Residuales y Explotación de Estaciones Depuradoras” (CEDEX). Madrid 2016.

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