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El tratamiento biológico de las aguas residuales urbanas permite reducir el contenido de materia orgánica presente en el agua, así como reducir la concentración de nutrientes, como son el nitrógeno y el fósforo.

La primera etapa de tratamiento en una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas siempre es el pretratamiento. Esta etapa es imprescindible para remover sólidos gruesos y finos, arenas y grasas que pueden verse arrastradas con las aguas residuales y llegar a cabecera de una instalación de tratamiento de aguas residuales.

Previo al tratamiento biológico puede ser necesaria una decantación primaria, aunque no es imprescindible. Los rendimientos típicos de una decantación primaria son la eliminación de un 65% de sólidos en suspensión y un 35% de la DBO₅ de entrada.

Los procesos biológicos se clasifican según el tipo de elemento a eliminar o transformar, de este modo tenemos la eliminación de materia orgánica carbonosa o DBO_(C), la nitrificación o eliminación de DBO_(N), la desnitrificación y la eliminación de fósforo. Según el potencial de oxidación-reducción del medio, los procesos biológicos se clasifican en tratamientos aerobios, anóxicos y anaerobios. Por último, según la forma en la que se encuentra la biomasa en el interior del reactor, se clasifican en cultivos en suspensión o cultivos fijos o de lecho soportado.

El proceso biológico de lodos activados es un proceso mediante cultivo en suspensión. El conjunto reactor y decantador secundario funcionan conjuntamente y mediante el control de la recirculación de lodos se consigue mantener la concentración de biomasa en el reactor. Es necesario el aporte de oxígeno al reactor ya sea mediante difusores de membrana o bien mediante métodos mecánicos de aireación en superficie.

Otros procesos como filtros percoladores, biodiscos o contactores biológicos rotativos, sistemas IFAS de lecho fijo y sistemas MBBR de lecho móvil, se basan en cultivos fijos o de lecho soportado. En estos sistemas el crecimiento de la biomasa responsable de la depuración de las aguas se realiza sobre soportes, generalmente plásticos. Los reactores trabajan con una concentración de biomasa superior a la que trabajaría un cultivo en suspensión, por lo que pueden ser apropiados para tratar cargas contaminantes elevadas. Acostumbran a ser más estables ante picos de contaminación, o también, pueden ofrecer una reducción del espacio necesario para implementar el tratamiento biológico.

De manera complementaria a los tipos de tratamiento biológico analizados anteriormente, se dispone de los tratamientos biológicos con membranas o MBR. Estos sistemas incorporan membranas de ultrafiltración al proceso biológico que sirven para separar el sólido o lodo del agua tratada. Permiten trabajar con concentraciones de lodo elevadas, superiores incluso a las de un lecho fijo, con lo que se reduce el volumen necesario para el reactor biológico. Una de las claves de este sistema de tratamiento es que el conjunto reactor y decantador secundario queda reemplazado por un reactor de menor tamaño dotado de membranas de ultrafiltración, no siendo necesario el decantador secundario para separar el agua del lodo. Adicionalmente, la calidad del efluente a la salida del reactor biológico es una calidad de tratamiento terciario, es decir, se obtiene un agua ultrafiltrada en la que se consigue eliminar partículas coloidales.

Los rendimientos de eliminación de DBO₅ en un proceso biológico de lodos activados, sin reducción de nutrientes, es del 93-95%. El rendimiento puede ser algo menor en procesos biológicos de lecho fijo como son filtros percoladores o biodiscos, en los que el rendimiento oscila en el rango 60-90%. En un tratamiento MBR se dispone de un rendimiento adicional del 99% de eliminación de sólidos en suspensión.

Por otro lado, los tratamientos MBR presentan ciertas desventajas, como el encarecimiento de los costes de inversión, principalmente por el coste de las membranas, son tecnologías propietarias; y el encarecimiento de los costes de operación, con consumos energéticos elevados y mayor coste de reposición, principalmente por la vida útil de las membranas (en torno a 8-10 años).

En los proyectos de tratamiento de aguas que llevamos a cabo en la disciplina de Tecnologías del Agua de Sener, proponemos qué tipo de tratamiento biológico se implementar en una planta de tratamiento. Para ello es necesario llevar a cabo un completo estudio de alternativas, valorando todos los factores que pueden ser decisivos en la selección del tratamiento. Los factores para tener en cuenta son, entre otros, los objetivos de calidad a conseguir en el efluente, el nivel de estabilización de lodos requerido, la versatilidad del tratamiento, la climatología, la producción de lodos, la complejidad de la explotación y mantenimiento, la vida útil, criterios ambientales y, por último, criterios económicos, considerando los costes de inversión y los costes de operación y mantenimiento.