Vermifiltro - Vermifilter
A vermifilter (también vermi-digestor o lumbrifilter ) es un sistema de tratamiento aeróbico , que consiste en un reactor biológico que contiene medios de comunicación que los filtros de material orgánico de aguas residuales . Los medios también proporcionan un hábitat para las bacterias aeróbicas y las lombrices de tierra que purifican las aguas residuales al eliminar los patógenos y la demanda de oxígeno . La "acción de goteo" de las aguas residuales a través del medio disuelve el oxígeno en las aguas residuales, lo que garantiza que el entorno de tratamiento sea aeróbico para una rápida descomposición de las sustancias orgánicas.
Vermifilters son los más utilizados para el tratamiento de aguas residuales y para el agro de tratamiento de aguas residuales industriales . Los vermifiltros se pueden utilizar para el tratamiento primario , secundario y terciario de las aguas residuales, incluidas las aguas negras y grises en sistemas in situ y las aguas residuales municipales en grandes sistemas centralizados.
Los vermifiltros se utilizan cuando las aguas residuales requieren tratamiento antes de descargarse de forma segura al medio ambiente. El efluente tratado se desecha en campos de lixiviación superficiales o subterráneos . El material sólido (como materia fecal y papel higiénico) es retenido, deshidratado y digerido por bacterias y lombrices de tierra en humus que se integra en el medio de filtración. El líquido pasa a través del medio de filtración donde los microorganismos aeróbicos adheridos biodegradan los patógenos y otros compuestos orgánicos , dando como resultado aguas residuales tratadas.
La vermifiltración es una opción de tratamiento aeróbico de aguas residuales de bajo costo. Debido a que no se requiere energía para la aireación, los vermifiltros pueden considerarse sistemas de " tratamiento pasivo " (se pueden requerir bombas si el flujo por gravedad no es posible). Otra ventaja es la alta eficacia del tratamiento dada la reducida necesidad de espacio.
Terminología
Los términos alternativos utilizados para describir el proceso de vermifiltración incluyen biodigestor aeróbico, filtro biológico con lombrices de tierra o vermicompostaje húmedo . El sistema de tratamiento puede describirse utilizando términos como vermi-digestor y filtro de goteo de vermi.
Cuando este tipo de sistema de saneamiento se usa para tratar solo la mezcla de excrementos y agua de inodoros con descarga o inodoros con descarga (llamados aguas negras ), se agrega el término "inodoro" al nombre del proceso, como inodoro vermifiltro .
Visión general
La vermifiltración fue defendida por primera vez por investigadores de la Universidad de Chile en 1992 como una tecnología sostenible de bajo costo adecuada para el tratamiento descentralizado de aguas residuales en áreas rurales. Los vermifiltros ofrecen un rendimiento de tratamiento similar a los sistemas de tratamiento de aguas residuales descentralizados convencionales, pero con capacidades de procesamiento hidráulico potencialmente más altas.
Los vermifiltros son un tipo de biofiltro o filtro percolador para el tratamiento de aguas residuales , pero con la adición de lombrices de tierra para mejorar la eficiencia del tratamiento. Los vermifiltros proporcionan un entorno aeróbico y un sustrato húmedo que facilita el crecimiento de microorganismos como una biopelícula . Los microorganismos realizan la degradación bioquímica de la materia orgánica presente en las aguas residuales. Las lombrices de tierra regulan la biomasa microbiana y la actividad pastando directa o indirectamente sobre los microorganismos. La biopelícula y la materia orgánica consumidas por el compostaje de las lombrices de tierra se digieren luego en moldes biológicamente inertes (humus). El vermicast se incorpora al sustrato del medio, aumentando lentamente su volumen. Cuando esto se acumula, se puede quitar y aplicar al suelo como una enmienda para mejorar la fertilidad y la estructura del suelo.
Los microorganismos presentes son heterótrofos y autótrofos . Los microorganismos heterótrofos son importantes en la oxidación del carbono (descomposición), mientras que los microorganismos autótrofos son importantes en la nitrificación.
Como resultado de las reacciones de oxidación, biodegradación y estimulación microbiana por acción enzimática, se produce la descomposición de la materia orgánica y la destrucción de patógenos en el vermifiltro. En un estudio en el que las aguas residuales municipales se trataron en un vermifiltro, las relaciones de eliminación para la demanda bioquímica de oxígeno (DBO 5 ) fueron del 90%, la demanda química de oxígeno (DQO) del 85%, los sólidos suspendidos totales (TSS) el 98%, el nitrógeno amoniacal el 75% y el coliformes eliminados a un nivel que cumpla con las pautas de la Organización Mundial de la Salud para una reutilización segura en cultivos.
Tipos de proceso
Los vermifiltros se pueden utilizar para el tratamiento primario , secundario y terciario de aguas negras y grises .
Tratamiento primario de aguas negras
Los vermifiltros se pueden utilizar para el tratamiento primario aeróbico de aguas negras domésticas . Las aguas negras sin tratar ingresan a un recinto ventilado sobre un lecho de medio filtrante. Los sólidos se acumulan en la superficie del lecho del filtro mientras que el líquido se drena a través del medio filtrante y se descarga del reactor. Los sólidos (heces y papel higiénico) son digeridos aeróbicamente por bacterias aeróbicas y compostando lombrices de tierra en moldes (humus), lo que reduce significativamente el volumen de material orgánico.
Los reactores de vermifiltro de tratamiento primario están diseñados para digerir material sólido, como el contenido en las aguas residuales. Los reactores en paralelo de dos cámaras ofrecen la ventaja de poder permitir que uno descanse, mientras que el otro está activo, para facilitar la eliminación higiénica del humus con niveles reducidos de patógenos.
Los gusanos digieren activamente el material orgánico sólido. Con el tiempo, se alcanza un equilibrio en el que el volumen digerido por una población estable de gusanos es igual al volumen de entrada de desechos sólidos. Los factores estacionales y ambientales (como la temperatura) y los volúmenes de afluentes variables pueden causar la acumulación de desechos sólidos en forma de pila. Aunque el oxígeno está excluido del centro de esta pila de compost "húmeda", las lombrices trabajan de afuera hacia adentro e introducen aire según sea necesario en la pila para satisfacer sus requerimientos nutricionales. Este amortiguador de recursos alimenticios asegura que los vermifiltros de tratamiento primario tengan un nivel de resiliencia y confiabilidad, siempre que se proporcione espacio para que se acumule una pila. Existe alguna evidencia de que el ambiente húmedo facilita la digestión de los desechos sólidos por los gusanos. El volumen de humus de vermicast aumenta solo lentamente y ocasionalmente debe retirarse del reactor de tratamiento primario.
El tratamiento primario de aguas negras mezcladas en húmedo también puede incluir aguas grises que contienen sólidos alimenticios, grasas y otros desechos biodegradables . El material sólido se reduce a humus estable (moldes de lombrices), con reducciones de volumen de hasta diez veces.
El proceso produce aguas negras tratadas primariamente, con gran parte del material orgánico sólido eliminado del efluente. Debido a que el efluente líquido se descarga casi inmediatamente al ingresar al digestor, las aguas residuales consumen poco oxígeno disuelto a través de la etapa de filtración. Sin embargo, la demanda de oxígeno se filtra al flujo de aguas residuales a través del filtro a medida que las lombrices digieren los sólidos retenidos. Esta demanda de oxígeno se puede eliminar con reactores vermifiltros de tratamiento secundario. Los vermifiltros de tratamiento primario proporcionan un nivel similar de tratamiento de efluentes líquidos a un tanque séptico, pero en menos tiempo porque la digestión de sólidos por los gusanos se lleva a cabo rápidamente en un ambiente aeróbico.
El efluente líquido se descarga directamente a un campo de drenaje o se somete a un tratamiento secundario antes de ser utilizado para el riego superficial o subterráneo del suelo agrícola.
Tratamiento secundario
Los vermifiltros de tratamiento secundario y terciario pueden estar debajo del vermifiltro primario en una sola torre, pero típicamente son reactores individuales, donde varios reactores se pueden encadenar en serie como vermifiltros secuenciales. El drenaje dentro del reactor lo proporciona un medio filtrante empaquetado de acuerdo con la conductividad hidráulica y la permeabilidad de cada material que está presente dentro del vermifiltro. El empaque del filtro retiene las partículas sólidas presentes en las aguas residuales efluentes, aumenta el tiempo de retención hidráulica y también proporciona un hábitat adecuado para sustentar una población de lombrices de tierra en compostaje . Esta población requiere niveles adecuados de humedad dentro del medio filtrante, pero también niveles adecuados de drenaje y oxígeno.
Los rociadores o goteros se pueden utilizar en reactores vermifiltros de tratamiento secundario y terciario (ver imagen).
Los factores hidráulicos (tiempo de retención hidráulica, tasa de carga hidráulica y tasa de carga orgánica) y factores biológicos (número de lombrices de tierra, niveles de biopelícula) pueden influir en la eficiencia del tratamiento.
Diseño
Los vermifiltros son reactores cerrados hechos de materiales duraderos que eliminan la entrada de alimañas , generalmente plástico u hormigón. La ventilación debe ser suficiente para asegurar un ambiente aeróbico para los gusanos y microorganismos, al mismo tiempo que inhibe la entrada de moscas no deseadas . La temperatura dentro del reactor debe mantenerse dentro de un rango adecuado para las especies de gusanos de abono que se utilicen.
Entrada influyente
La entrada influyente es por encima del medio filtrante. Los inodoros de descarga completa pueden tener un punto de entrada en el costado del reactor, mientras que los inodoros de descarga micro, debido a que no proporcionan suficiente agua para transportar sólidos a través de las tuberías de alcantarillado, generalmente se instalan directamente encima del reactor. Para los reactores de tratamiento primario, se debe proporcionar suficiente espacio vertical para el crecimiento de la pila. Esto depende del volumen de sólidos en el afluente y la tasa de descomposición. Los reactores de tratamiento secundario y terciario pueden usar rociadores o goteadores para distribuir las aguas residuales afluentes de manera uniforme sobre el medio filtrante para mejorar la eficiencia del tratamiento del medio filtrante.
Secciones
Los reactores vermifiltros pueden tener tres secciones de filtro diferentes: un filtro orgánico como capa superior que proporciona hábitat para las lombrices de tierra; el filtro inorgánico o inerte, que consta de una capa inferior de grava y una capa superior de arena; y la capa de drenaje o ecualizador (un sumidero donde el efluente tratado se descarga y / o recircula a la parte superior del reactor). El medio filtrante se puede suspender sobre un sumidero en una canasta. Alternativamente, el medio filtrante orgánico puede asentarse sobre una capa de drenaje de grava gruesa o un serpentín de drenaje de plástico permeable. A veces se usa tela geotextil sintética para retener el medio filtrante en su lugar por encima de la capa de drenaje. Para seguir siendo aeróbico, se debe proporcionar una ventilación adecuada, junto con una salida para que el efluente líquido se drene.
Sustrato de filtro
El medio filtrante proporciona el drenaje dentro del reactor vermifiltro. El medio filtrante tiene el doble propósito de retener el material orgánico sólido, al mismo tiempo que proporciona un hábitat adecuado para sustentar una población de gusanos composteros . Esta población requiere niveles adecuados de humedad dentro del medio, junto con un buen drenaje y condiciones aeróbicas.
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Los materiales de empaque de filtro comunes incluyen aserrín , astillas de madera , bonote , corteza , turba y paja para la capa orgánica. Para la capa inorgánica se utilizan comúnmente grava , arena de cuarzo , piedras redondas , piedra pómez , bolas de barro , bolas de vidrio , ceramsita y carbón vegetal . El área de la superficie y la porosidad de estos materiales filtrantes influyen en el rendimiento del tratamiento. Por tanto, los materiales con baja granulometría (partículas pequeñas) y gran superficie pueden mejorar el rendimiento del vermifiltro.
Dimensionamiento
Los vermifiltros se pueden construir como sistemas de torre única o reactores separados por etapas (ya sea por gravedad o por bomba) para el tratamiento de aguas residuales de acuerdo con los requisitos de diseño (tratamiento primario, secundario, terciario). Más etapas pueden aumentar el grado de tratamiento porque los sistemas de etapas múltiples proporcionan condiciones aeróbicas acumulativas adecuadas para la nitrificación del amonio y la eliminación de DQO .
Los parámetros de diseño de los vermifiltros incluyen la densidad de población de lombrices de tierra (aunque con el tiempo la población de lombrices de tierra tiende a moderarse automáticamente), la composición del medio filtrante, la tasa de carga hidráulica , el tiempo de retención hidráulica y la tasa de carga orgánica. El tiempo de retención hidráulica y la tasa de carga hidráulica afectan la calidad del efluente. El tiempo de retención hidráulica es el tiempo real en que las aguas residuales están en contacto con el medio filtrante y está relacionado con la profundidad del vermifiltro (que puede aumentar con el tiempo debido a la acumulación de lombrices de tierra), el volumen del reactor y el tipo de material utilizado (porosidad). . El tiempo de retención hidráulica determina la tasa de entrada de aguas residuales (carga hidráulica como volumen de afluente por hora).
En principio, siempre que el ambiente sea aeróbico, cuanto más tiempo permanezcan las aguas residuales dentro del filtro, mayor será la eficiencia de eliminación de DBO 5 y DQO, pero a expensas de la carga hidráulica. Las aguas residuales requieren suficiente tiempo de contacto con la biopelícula para permitir la adsorción, transformación y reducción de contaminantes. La tasa de carga hidráulica es un parámetro de diseño esencial, que consiste en el volumen de aguas residuales que un vermifiltro puede tratar razonablemente en un período de tiempo determinado. Para un sistema dado, las tasas de carga hidráulica más altas harán que el tiempo de retención hidráulica disminuya y, por lo tanto, reduzca el nivel de tratamiento. La tasa de carga hidráulica puede depender de parámetros como la estructura, la calidad del efluente y la densidad aparente del empaque del filtro, junto con el método de aplicación del efluente. Los valores de tiempo de retención hidráulica comunes en los sistemas de vermifiltración oscilan entre 1 y 3 horas. Las tasas de carga hidráulica comúnmente varían entre 0.2 m 3 m −2 día −1 , 3.0 m 3 m −2 día −1 o 10-20 g L −1 . La tasa de carga orgánica se define como la cantidad de materia orgánica soluble y particulada (como DBO 5 ) por unidad de área por unidad de tiempo.
La eficiencia del tratamiento está influenciada por la salud, madurez y abundancia de población de las lombrices de tierra. La abundancia es un parámetro fundamental para el funcionamiento eficiente de un sistema de vermifiltración. En la literatura se informan diferentes valores, generalmente en gramos o número de individuos por volumen de empaque de filtro o área de superficie de empaque de filtro. Las densidades comunes varían entre 10 g L -1 y 40 g L -1 de material de relleno del filtro.
La abundancia de lombrices mejora la eficacia del tratamiento, en particular la eliminación de DBO 5 , TSS y NH 4 + . Esto se debe a que las lombrices de tierra liberan materia orgánica en el medio filtrante y estimulan la mineralización del nitrógeno. Los moldes de lombrices de tierra pueden tener sustancias que contribuyan a una mayor eliminación de DBO 5 .
Operación y mantenimiento
Un vermifiltro tiene pocos requisitos de mantenimiento mecánico y manual y, cuando se opera por gravedad, no requiere entrada de energía. La recirculación, si se requiere para mejorar la calidad del efluente, requeriría una bomba.
Es posible que se requiera una aplicación anual de materiales orgánicos secos en la parte superior del medio filtrante para los vermifiltros de tratamiento secundario y terciario. El volumen de humus de lombriz aumenta sólo lentamente y, ocasionalmente, humus de lombriz tiene que ser retirado de la vermifilter.
Los sólidos se acumulan en la superficie del medio filtrante orgánico (o empaque del filtro). La fracción líquida se drena a través del medio hacia el sumidero o ecualizador y se descarga del reactor o se recircula a la parte superior para su tratamiento adicional. Las aguas residuales se descargan a la superficie del material filtrante mediante aplicación directa o mediante aspersores, goteros o goteadores.
Ejemplos de
- Un inodoro doméstico, con vermifiltración primaria combinada e infiltración directa de efluentes en el suelo debajo, se llama "inodoro Tiger" y ha sido probado por Bear Valley Ventures y Primove Infrastructure Development Consultants en la India rural. A diferencia de una letrina de pozo , se encontró que prácticamente no había acumulación de materia fecal durante un período de un año. En el efluente, hubo una reducción del 99% de coliformes fecales . La satisfacción del usuario es alta, impulsada principalmente por la falta de olor. Este sistema ahora se comercializa en la India, donde más de 2000 de estos inodoros y sistemas de tratamiento se habían vendido e instalado en mayo de 2017.
- Oxfam también promueve los "inodoros de gusanos tigre" como una solución de saneamiento en los campamentos de refugiados, barrios marginales y zonas periurbanas de África, por ejemplo, en Liberia .
- Los sistemas de inodoros vermifiltros de bajo nivel con remojo directo del subsuelo están siendo comercializados en Ghana y otros países africanos por el Proyecto de Ayuda Sostenible de Ghana (GSAP) con el apoyo de Providence College en los Estados Unidos y la Universidad de Ghana.
- Biofilcom es una empresa activa en Ghana que comercializa el proceso con el nombre de "Biofil Digester".
- En Australia y Nueva Zelanda, existen numerosos proveedores que ofrecen sistemas vermifiltros para el tratamiento de aguas grises y / o aguas negras, con eliminación primaria de efluentes tratados en campos de lixiviación subterráneos. Los ejemplos incluyen Wormfarm, Zenplumb, Naturalflow, SWWSNZ y Autoflow.
Ver también
- Biofiltro
- Inodoro de compostaje
- Lombrices de tierra
- Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
- Saneamiento
- Filtro goteando
- Vermicompost
- Inodoro seco desviador de orina
- Saneamiento Ecológico
- Reutilización de excretas
Referencias
enlaces externos
Proyecto Innoqua : combina vermifiltros y filtros que utilizan Daphnia, microalgas y otros organismos para tratar aguas residuales y tiene este resumen de vermifiltros .