miniaturadeimagen| Un Lombrifiltro de aguas residuales domésticas, con los sólidos acumulados y las lombrices expuestas para que sean visibles. Un lumbrifiltro (también vermi-digestor o vermifiltro) es un sistema de tratamiento aeróbico, que consiste en un reactor biológico que contiene medios que filtran la materia orgánica de las aguas residuales. Los medios también brindan un hábitat para las bacterias aeróbicas y las lombrices composteras que purifican las aguas residuales al eliminar los patógenos y la demanda de oxígeno. La percolación de las aguas residuales a través de los medios no inundados disuelve el oxígeno en las aguas residuales, asegurando que el entorno de tratamiento sea aeróbico para una rápida descomposición de las sustancias orgánicas.
Los lombrifiltros se usan más comúnmente para el tratamiento de aguas residuales domésticas y agroindustriales.C. Furlong, M.R. Templeton, W.T. Gibson. Processing of human faeces by wet vermifiltration for improved on-site sanitation, Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development 4(2):231, June 2014 Pueden utilizarse para el tratamiento primario, secundario y terciario de las aguas residuales, incluidas las aguas negras y grises en los sistemas in situ o las aguas residuales municipales en grandes sistemas centralizados.
Los lombrifiltros se utilizan cuando las aguas residuales requieren un tratamiento antes de ser descargadas de manera segura al medio ambiente. El efluente tratado puede disponerse en campos de infiltración superficiales o subterráneos. El material sólido (como heces y papel higiénico) es retenido, deshidratado y digerido por bacterias y lombrices de tierra hasta convertirse en humus que se integra en los medios de filtración. El líquido pasa a través de los medios de filtración donde los microorganismos aeróbicos adheridos biodegradan los patógenos y otros compuestos orgánicos, dando como resultado aguas residuales tratadas.
Este proceso es una opción de tratamiento aeróbico de aguas residuales de bajo costo. Debido a que no se requiere energía para la aireación, los lombrifiltros se pueden considerar sistemas de "tratamiento pasivo", aunque puede hacerse falta bombeo si el flujo por gravedad no es posible. Otra ventaja es su alta eficiencia respecto al espacio requerido.
Terminología Unos términos alternativos utilizados para describir el lombrifiltro incluyen biodigestor aeróbico, filtro biológico con lombrices de tierra o vermicompostaje húmedo. También puede describirse como un vermi-digestor y vermi-filtro percolador.
Cuando este tipo de sistema de saneamiento se usa para tratar solo las aguas negras, es decir la mezcla de excrementos y agua de inodoros de agua, se lo puede llamar un inodoro con lombrifiltro.
Resumen El lombrifiltro fue impulsado por primera vez en 1992 por Dr. José Tohá Castellá, investigador de la Universidad de Chile, como una tecnología sostenible de bajo costo adecuada para el tratamiento descentralizado de aguas residuales en áreas rurales.Meiyan Xing, Xiaowei Li and Jian Yang. Treatment performance of small-scale vermifilter for domestic wastewater and its relationship to earthworm growth, reproduction and enzymatic activity, African Journal of Biotechnology, November 2010 Ofrece un rendimiento de tratamiento similar a los de sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales descentralizados, pero con capacidades de procesamiento hidráulico potencialmente más altas.
Un lombrifiltro es un tipo de biofiltro o filtro percolador para el tratamiento de aguas residuales, pero con la adición de lombrices para mejorar la eficiencia del tratamiento. Se proporciona un entorno aeróbico y un sustrato húmedo que facilita el crecimiento de microorganismos en forma de biopelícula. Estos microorganismos realizan la degradación bioquímica de la materia orgánica presente en las aguas residuales. Las lombrices de tierra regulan la actividad y la biomasa microbiana mediante el pastoreo directo o indirecto de los microorganismos.Jiang, L., Liu, Y., Hu, X., Zeng, G., Wang, H., Zhou, L., Tan, X., Huang, B., Liu, S., Liu, S., 2016. The use of microbial-earthworm ecofilters for wastewater treatment with special attention to influencing factors in performance: A review. Bioresour. Technol. 200, 999–1007 La biopelícula y la materia orgánica consumida por las lombrices de compostaje son convertidos biológicamente en humus de lombriz,Liu, J., Lu, Z., Yang, J., Xing, M., Yu, F., Guo, M., 2012. Effect of earthworms on the performance and microbial communities of excess sludge treatment process in vermifilter. Bioresour. Technol. 117, 214–21 que se incorpora al sustrato del medio, aumentando lentamente su volumen. Cuando esto se acumula, se lo puede llevar y aplicar a los campos como enmienda para mejorar la fertilidad y la estructura del suelo.
Los microorganismos presentes son heterótrofos y autótrofos. Los heterótrofos son importantes en la oxidación del carbono (descomposición), mientras que los autótrofos son importantes en la nitrificación.
Como resultado de las reacciones de oxidación, la biodegradación y la estimulación microbiana por acción enzimática llevan a cabo la descomposición de la materia orgánica y la destrucción de patógenos en el lombrifiltro. En un estudio en el que se trataron aguas residuales municipales en un lombrifiltro, las proporciones de depuración fueron las siguientes: la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) un 90 %; la demanda química de oxígeno (DQO) un 85 %; los sólidos suspendidos totales (SST) un 98 %; el nitrógeno amoniacal un 75 %; y las bacterias coliformes fecales a un nivel que cumple con las pautas de la Organización Mundial de la Salud para la reutilización segura en cultivos.
Tipos de procesos Los lombrifiltros pueden utilizarse para el tratamiento primario, secundario y terciario de aguas negras y grises . miniaturadeimagen| Un lombrifiltro doméstico de tratamiento primario con la acumulación de sólidos (heces y papel higiénico) en la superficie sobre una capa de humus de lombriz (superficie 1m 2). Un lombrifiltro puede utilizarse para el tratamiento primario aeróbico de aguas negras domésticas.Rajiv K. Sinha, Gokul Bharambe, Uday Chaudhari. Sewage treatment by vermifiltration with synchronous treatment of sludge by earthworms: a low-cost sustainable technology over conventional systems with potential for decentralization, Environmentalist, 2008 28:409-420 Las aguas negras sin tratar ingresan a un espacio ventilado superior, encima del lecho de medio filtrante. Los sólidos se acumulan en la superficie del lecho del filtro mientras que los líquidos se drenan a través del medio filtrante y se descarga del reactor. Los sólidos (heces y papel higiénico) son digeridos aeróbicamente por las bacterias aeróbicas y las lombrices de compostaje y convertidos en humus de lombriz, lo que reduce significativamente el volumen de la materia orgánica.
Los reactores de lombrifiltro de tratamiento primario son diseñados para digerir el material sólido, como el que se encuentra en las aguas residuales sin tratar. Los reactores paralelos de dos cámaras ofrecen la ventaja de poder dejar que una de ellas descanse, mientras que la otra está activa, para facilitar la recolección higiénica del humus con niveles reducidos de patógenos.
Las lombrices digieren activamente el material orgánico sólido. Con el tiempo, se alcanza un equilibrio en el que el volumen digerido por una población estable de lombrices es igual al volumen de entrada de residuos sólidos. Los factores estacionales y ambientales (como la temperatura) y los volúmenes de entrada variables pueden causar la acumulación de desechos sólidos en forma de pila. Aunque el oxígeno esté excluido del centro de este montón húmedo, las lombrices trabajan de afuera hacia adentro e introducen el aire necesario en la pila para cumplir con sus requisitos nutricionales. Este amortiguador de recursos alimentarios garantiza que los lombrifiltros de tratamiento primario tengan un nivel de resiliencia y confiabilidad, siempre que se proporcione espacio para que se acumule una pila. Hay evidencia de que el ambiente húmedo facilita la digestión de los desechos sólidos por parte de las lombrices.C. Furlong, W. T. Gibson, M. R. Templeton, M. Taillade, F. Kassam, G. Crabb, R. Goodsell, J. McQuilkin, A. Oak, G. Thakar, M. Kodgire, R. Patankar. The development of an onsite sanitation system based on vermifiltration: the "Tiger Toilet", Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development, January 2015 El volumen de humus de lombriz aumenta lentamente y, en ocasiones, es necesario sacar parte del humus del reactor de tratamiento primario.
El tratamiento primario de aguas negras mixtas húmedas también puede incluir aguas grises que contienen restos de comida, grasas y otros desechos biodegradables . El material sólido se reduce a humus estable, con una reducción del volumen de hasta la décima parte.
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, poco oxígeno es consumido durante esta etapa de filtración. Por lo tanto, el efluente todavía presenta una demanda de oxígeno,Taylor, M. Clarke, W. P., Greenfield, P. F. The treatment of domestic wastewater using small-scale vermicompost filter beds, Journal of Ecological Engineering, December 2003 21: 197–203 la que se puede resolver con reactores de lombrifiltro de tratamiento secundario. Los lombrifiltros de tratamiento primario brindan un nivel de tratamiento similar al de un tanque séptico,A.S. Molla, P. O. Antwi, R.A. Buamah, H.M. Essandoh, E. Awuah The Potential of Subsurface Infiltration for the Treatment of Biofil Toilet Technology Effluent, Management Studies, December 2015 pero en menos tiempo porque la digestión de sólidos por lombrices se lleva a cabo rápidamente en un ambiente aeróbico.
El efluente puede descargarse directamente en el suelo mediante un campo de drenaje o se lo somete a un tratamiento secundario antes de ser utilizado para el riego superficial o subsuperficial de suelos agrícolas, forestales o de jardinería.
Tratamiento secundario miniaturadeimagen| Un lombrifiltro doméstico de tratamiento secundario para aguas residuales, mostrando unos goteros para distribuir el agua más uniformemente. Los lombrifiltros de tratamiento secundario y terciario pueden estar debajo del primario en una sola torre, pero normalmente son reactores apartes, donde varios reactores pueden conectarse en serie. El drenaje dentro del reactor es proporcionado por medios filtrantes colocados de acuerdo con su conductividad hidráulica y su permeabilidad. El material filtrante retiene las partículas sólidas presentes en las aguas residuales efluentes, aumenta el tiempo de retención hidráulica y también proporciona un hábitat adecuado para sostener una población de lombrices composteras. Esta población requiere niveles adecuados de humedad dentro del medio filtrante, pero también niveles adecuados de drenaje y oxígeno.
En los reactores de lombrifiltro de tratamiento secundario y terciario, se pueden utilizar aspersores o goteros, para distribuir las aguas más uniformemente (ver imagen).
Los factores hidráulicos (tiempo de retención hidráulica, tasa de carga hidráulica y tasa de carga orgánica) y factores biológicos (cantidad de lombrices, niveles de biopelícula) pueden influir en la eficiencia del tratamiento.
Diseño miniaturadeimagen| Ejemplo de la sección transversal de un lombrifiltro realizado en un barril. El material filtrante orgánico se incluye dentro de lo que se denomina "vermicompost". El efluente también podría simplemente drenarse por gravedad.