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CAPITULO 6
ANÁLISIS Y DISEÑO DEL TRATAMIENTO SECUNDARIO

6.1 Cinética del crecimiento biológico

Antes de adentrar en el diseño de las distintas partes que componen el tratamiento biológico o
secundario, es necesario establecer las bases de su funcionamiento. El primer punto que se
debe tratar para entender correctamente los principios que componen el tratamiento es la
cinética decrecimiento biológico, es decir, el comportamiento y función de los
microorganismos dentro del sistema.

Para asegurar el crecimiento de los microorganismos en un proceso biológico de tratamiento
de agua residual se les debe permitir un tiempo de contacto suficiente con el alimento (materia
orgánica), de manera que éstos puedan asimilarlo y de paso removerlo del agua. Este tiempo
requerido dependede la tasa de crecimiento propia de los microorganismos y ésta a su vez está
relacionada con la velocidad con la que los microorganismos metabolizan o utilizan el residuo.
Suponiendo que las condiciones ambientales son propicias y se encuentran debidamente
controladas, se puede asegurar una estabilización eficaz de la materia orgánica mediante el
control de la tasa de crecimiento de losmicroorganismos.

6.1.1

Crecimiento celular

Tanto en los sistemas de alimentación continua como en los de alimentación discontinua, la
tasa de crecimiento de biomasa se puede definir con las siguientes expresiones:
118

(6.1)

rg = µX
rg =

donde

dX
dt

rg = tasa de crecimiento bacteriano, masa / volumen*tiempo.
µ = tasa de crecimiento específico, tiempo -1 .
X = concentraciónde microorganismos, masa/volumen
S = concentración de sustrato, masa/volumen..

6.1.2

Crecimiento con limitación de substrato

Si el substrato (denotado comúnmente por "S") está presente en cantidades limitadas, será el
primero en agotarse y se detendrá el crecimiento. Experimentalmente se ha podido determinar
que el efecto de disponer de cantidades limitadas de substrato, a menudo, sepuede definir
adecuadamente mediante la siguiente expresión desarrollada por Monod:
 S 
µ = µm

k +S 

(6.2)

donde µ = tasa de crecimiento específico, tiempo -1 .
µm = máxima tasa de crecimiento específico, tiempo-1 .
S = Concentración del substrato que limita el crecimiento, masa/unidad de volumen.

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k = constante de velocidad mitad, concentración de substrato a la mitadde la máxima
tasa de crecimiento, masa/unidad de volumen.

El efecto de la concentración de substrato (S) sobre la tasa de crecimiento específico ( )
µ
propuesto por Monod se ilustra en la Figura 6.1.

Tasa de crecimiento (µ)

Velocidad máxima

µm

µm/2

k
Concentración de nutriente limitante, S

Figura 6.1 Efecto de la concentración de sustrato en la
Tasa de crecimiento de labiomasa.

Sustituyendo la ecuación (6.2) en la (6.1) la expresión de la tasa de crecimiento que resulta es:

rg =

µ m XS
k +S

(6.3)

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6.1.3

Crecimiento celular y utilización del substrato

En los sistemas de cultivo de alimentación, tanto continuo como discontinuo, una parte del
substrato se transforma en células nuevas y otra parte se oxida dando origen a productosfinales orgánicos e inorgánicos. Dado que se ha observado que la cantidad de células nuevas
producidas es la misma para un substrato dado, se ha desarrollado la siguiente relación entre el
grado de utilización del substrato y la tasa de crecimiento.

rg = −Yr su

(6.4)

Donde rg = tasa de crecimiento bacteriano, masa/unidad de volumen.
Y = masa de células formadas por unidad de masa desustrato consumido, masa/masa.
rsu = tasa de ut ilización de substrato, masa/volumen * tiempo.

Si se sustituye el valor de rg de la ecuación (6.3) en la ecuación (6.4) el grado de utilización
del substrato se puede definir como:

rsu = −

µ m XS
Y (k + S )

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(6.5)

En la ecuación 6.5 el término µm/Y se sustituye por el término q, definido éste como la tasa
máxima de utilización...