FACULTAD DE GEOLOGIA, MINAS, MINAS, METALURGIA, METALURGIA, GEOGRAGICA GEOGRAGICA Y CIVIL
2013 PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
FACULTAD DE GEOLOGIA, MINAS, METALURGIA, GEOGRAGICA Y CIVIL
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA
FACULTAD DE GEOLOGIA, MINAS, METALURGIA, METALURGIA, GEOGRAGICA GEOGRAGICA Y CIVIL
Campodónico Jiménez, Carlos Campos Ávila, Edison Luna López, Marco Rodríguez Medina, Alicia Villoslada Gálvez, Jhoel
Ing. Canchari Silverio, Gudelia
Química General
Proceso de Lodos Activados
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA
FACULTAD DE GEOLOGIA, MINAS, METALURGIA, METALURGIA, GEOGRAGICA GEOGRAGICA Y CIVIL
Campodónico Jiménez, Carlos Campos Ávila, Edison Luna López, Marco Rodríguez Medina, Alicia Villoslada Gálvez, Jhoel
Ing. Canchari Silverio, Gudelia
Química General
Proceso de Lodos Activados
INTRODUCCIÓN A medida que los núcleos de poblaciones aumentan tanto en número como en tamaño, el problema de la contaminación del agua se agudiza de manera, en la mayoría de los casos, alarmante. La construcción de plantas de tratamiento de aguas residuales forma parte importante de la solución para resolver el problema, sin embargo para que estos sistemas de tratamiento lleven a cabo de manera correcta su función, es necesaria su operación y mantenimiento continuo y adecuado. De los procesos de tratamiento biológico de agua residual, el de lodos activados y sus modificaciones, es de los sistemas que mayor aplicación tienen, de acuerdo al reporte de la Comisión Nacional del Agua, en el año de 2007, el 41 % del agua residual que se trata en la República Mexicana se realiza mediante el proceso de lodos activados que como se comenta, para su correcta operación se requieren análisis periódicos de laboratorio y personal calificado, entre otros requerimientos de materiales y humanos. En algunas ocasiones la operación de los sistemas de tratamiento de agua residual, se realiza de manera empírica, sin tomar en consideración los parámetros que sirvieron de base para el diseño, y que en la mayoría de los casos son los que se deberían utilizar para la operación del sistema, ocasionando con esto eficiencias de tratamiento por debajo del diseño. Uno de los principales inconvenientes para utilizar estos parámetros, como son la relación alimento microorganismos, tiempo de retención celular, carga orgánica y otros, es que requieren de análisis de laboratorio, que utilizan recursos humanos y equipos especializados. Sin embargo, hay determinaciones que se realizan en campo, que se pueden correlacionar con otros parámetros de operación. Para comprender y aplicar los principales parámetros de operación es primordial entender algunos conceptos básicos como son: la demanda de oxígeno y sólidos en el sistema, así como los componentes y el funcionamiento de un sistema de
tratamiento biológico por lodos activados, cual es el rol de los microorganismos y cuáles de estos son los que principalmente intervienen en el tratamiento.
PROCESOS BIOLÓGICOS
Los objetivos del tratamiento biológico aplicado al agua residual, son: transformar materia biodegradable disuelta y particulada en productos finales (CO2, H2O, lodos de desecho), capturar e incorporar sólidos suspendidos y coloidales no sedimentables, en floc biológico o bio-película, transformar o remover nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo, y en algunos casos remover trazas de compuestos orgánicos específicos. Los principales microorganismos responsables de remover grandes cantidades de materia orgánica en los procesos biológicos aerobios, son las bacterias, en su mayoría aerobias y facultativas heterótrofas. Pruebas realizadas sobre un número diferente de bacterias indican que están constituidas por aproximadamente 80% de agua y 20% de material seco, del cual 90% es orgánico y 10% inorgánico, una fórmula aceptada para la materia orgánica es C5H7O2N, del cual 53% de peso seco es carbono.
Además de la fuente de carbono orgánico y la presencia de oxígeno, principales abastecedores de carbono y energía para la síntesis y mantenimiento de funciones, debe haber elementos inorgánicos como nitrógeno y fósforo y trazas de elementos como azufre, potasio, calcio y magnesio, que son vitales para la síntesis celular. En presencia de oxígeno, la oxidación aeróbica toma lugar; parte de la materia orgánica es sintetizada a nuevos microorganismos, otra parte es oxidada a productos finales relativamente estables como C2, H2O, y NH3 y en ausencia de materia orgánica las mismas células o microorganismos entran en una etapa endógena para obtener la energía necesaria para el mantenimiento de sus funciones. En la mayoría de los tratamientos biológicos, estos 3 procesos ocurren simultáneamente. OPERACIÓN DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS Factores que afectan el proceso de lodos activados. Concentración del agua residual: La materia orgánica que contiene el agua residual, actúa como fuente de alimento para los microorganismos, en un sistema de lodos activados; por lo tanto un cambio significativo en las características del agua (por ejemplo carga de demanda bioquímica de oxígeno DBO5 o demanda química de oxígeno DQO) afecta el crecimiento de los microorganismos en el sistema de tratamiento. Si la carga de DBO5 se incrementa significativamente, entonces habrá demasiado alimento para los microorganismos. Este exceso de alimento se reflejará en un rápido incremento de la población, este efecto genera un lodo “joven” caracterizado por un crecimiento disperso y
como resultado una pobre sedimentación en el sedimentador secundario, además algunos organismos saldrán a través del efluente, causando un incremento en la DBO5. Por otra parte, si la carga de DBO5 disminuye en forma considerable, no habrá suficiente alimento, la tasa de crecimiento puede disminuir, en este caso una sedimentación del lodo no arrastra material fino coloidal, dando como resultado un aumento en la concentración de sólidos suspendidos en el efluente de la planta.
DEFINICIÓN DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS El proceso de los lodos activados para el tratamiento de aguas negras está basado en proporcionar un contacto íntimo entre las aguas negras y lodos biológicamente activos. Los lodos se desarrollan inicialmente por una aireación prolongada bajo condiciones que favorecen el crecimiento de organismos que tienen la habilidad especial de oxidar materia orgánica. Cuando los lodos que contienen estos organismos entran en contacto con las aguas negras, los materiales orgánicos se oxidan, y las partículas en suspensión y los coloides tienden a coagularse y formar un precipitado que se sedimenta con bastante rapidez. Es necesario un control de operación muy elevado para asegurar que se tenga una fuente suficiente deoxigeno, que exista un contacto íntimo y un mezclado continuo de las aguas negras y de los lodos, y que la relación del volumen de los lodos activados agregados al volumen de aguas negras que están bajo tratamiento se mantenga prácticamente constante. La depuración biológica por fangos activos, lodos activados o barros activados es un proceso biológico empleado en el tratamiento de aguas residuales convencional, que consiste en el desarrollo de un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculo en un depósito agitado, aireado y alimentado con el agua residual, que es capaz de metabolizar como nutrientes los contaminantes biológicos presentes en esa agua. La agitación evita sedimentos y homogeneiza la mezcla de los flóculos bacterianos con el agua residual. La aireación requerida tiene por objeto suministrar el oxígeno necesario tanto para las bacterias como para el resto de los microorganismos aerobios. El oxígeno puede provenir del aire, de un gas enriquecido en oxígeno o de oxígeno puro.
La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.
FUNCIONAMIENTO En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les sirve de alimento para su producción. Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos (aereadores superficiales, sopladores, etc) los cuales tiene doble función 1) producir mezcla completa y 2) agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle. La representación esquemática del proceso se muestra en el diagrama mostrado a continuación.
PRINCIPIOS DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS Elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos activados.
Tanque de aeración: Estructura donde el desague y los microorganismos (incluyendo retorno de los lodos activados) son mezclados. Se produce reacción biológica.
Tanque sedimentador: El desagüe mezclado procedente del tanque aereador es sedimentado separando los sólidos suspendidos (lodos activados), obteniéndose un desagüe tratado clarificado. Equipo de aereación: Inyección de oxígeno para activar las bacterias heterotróficas. Sistema de retorno de lodos: El propósito de este sistema es la de mantener una alta concentración de microorganismos en el tanque de aereación. Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables en el tanque sedimentador son retomados al tanque de aereación. Exceso de lodos y su disposición: El exceso de lodos, debido al crecimiento bacteriano en el tanque de aereación, son eliminados, tratados y dispuestos.
DESCRIPCION: Un proceso de lodo activado es un tratamiento biológico en el cual se agita y aérea una mezcla de agua de desecho y un lodo de microorganismos, y de la cual los sólidos se remueven y recirculan posteriormente al proceso de aireación, según se requiera. El pase de burbujas de aire a través de las aguas de desecho coagula los coloides y la grasa, satisface parte de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), y reduce un poco el nitrógeno amoniacal. La aireación también puede impedir que las aguas de desecho se vuelvan sépticas en uno de los tanques subsiguientes de sedimentación. Pero si las aguas de desecho se mezclan con lodo previamente
aereado y luego se vuelve a aerear, como se hace con los métodos de tratamiento de aguas de desecho utilizando lodo activado, la efectividad de la aireación se mejora mucho. La reducción de la DBO y sólidos en suspensión en el proceso convencional del lodo activado que incluye predecantación y sedimentación final, puede variar desde 80 a 95% y la reducción de las bacterias coliformes de 90 a 95%. Además, el costo de construcción de una planta de lodo activado puede ser competitivo con otros tipos de plantas de tratamiento que producen resultados comparables. Sin embargo, los costos unitarios de operación son relativamente altos.
El método del lodo activado es un tratamiento biológico secundario que emplea la oxidación para descomponer y estabilizar la materia putrescible que queda después de los tratamientos primarios. Otros métodos de oxidación incluyen la filtración, estanques de oxidación, y la irrigación. Estos métodos de oxidación ponen a la materia orgánica de las aguas de desecho en contacto inmediato con microorganismos bajo condiciones aerobias. En una planta convencional de lodo activado, las aguas de desecho que entran pasan primero por un tanque de sedimentación primaria. Se añade lodo activado al efluente del tanque, generalmente en la relación de 1 parte de lodo por 3 o 4 partes de aguas negras decantadas, en volumen, y la mezcla pasa a un tanque de aireación. En el tanque, el aire atmosférico se mezcla por el líquido por agitación mecánica o se difunde aire comprimido dentro del fluido mediante diversos dispositivos; placas filtrantes, tubos de filtro, eyectores y chorros. Con cualquiera de los métodos, se pone a las aguas negras en íntimo contacto con los microorganismos contenidos en el lodo. En los primeros 15 a 45 minutos, el lodo absorbe los sólidos en suspensión y los coloides. Según se absorbe la materia orgánica, tiene lugar la oxidación biológica. Los organismos presentes en el lodo descomponen los compuestos de nitrógeno orgánico y destruyen los carbohidratos. El proceso avanza rápidamente al principio y luego decae gradualmente en las próximas 2 a 5 horas. Después continúa con un ritmo casi
uniforme durante varias horas. En general el periodo de aereación dura de 6 a 8 horas más. El efluente del tanque de aireación pasa a un tanque de sedimentación secundaria, donde se retiene el fluido, en general de una hora y media a dos horas para decantar el lodo. El efluente de este tanque está completamente tratado, y después de la floración puede descargarse sin peligro. Cerca de un 25 a 350/o del lodo del tanque de sedimentación final se regresa para la recirculación con las aguas negras de entrada. No debe retenerse el lodo en el tanque. Es necesaria la remoción parcial (a intervalos de menos de 1 hora) o la remoción continua para evitar la desaereación. Las cantidades de rebose para la sedimentación final van, normalmente, desde unos 800 galones por pie cuadrado por día, para las plantas pequeñas, hasta 1 000 para plantas con capacidades mayores de 2 millones de galones por día. Es preferible que las cargas sobre el vertedero no excedan de 10 000 galones por pie lineal por día. Cuando el volumen requerido de tanque sobrepase los 2 500 pies', son convenientes tanques múltiples de sedimentación. Se requieren tanques múltiples de aireación cuando el volumen total del tanque excede los 5 000 pies cúbicos. Los tanques de aireación en que se use aire comprimido son, por lo general, largos y estrechos. Para conservar espacio, el canal puede hacerse girar varías veces 1 80°, con una pared común que separe el flujo en dirección opuesta. Se tiende en general, una tubería maestra de aire, a lo largo de la parte superior del tanque, para alimentar los difusores o placas porosas a lo largo de toda su longitud. El aire establece un movimiento espiral dentro del líquido según fluye por los tanques. Esta agitación reduce los requisitos de aire. El ancho del canal va de los 15 a los 30 pies. La profundidad es de unos 15 pies. El oxígeno disuelto debe mantenerse a una concentración de 2 partes por millón (miligramos por litro) o más. Los requisitos de aire varían normalmente de 0.2 a 1.5 pies cúbicos por galón de aguas tratadas. La mayoría de las autoridades estatales requieren el uso de un mínimo de 1 000 pies cúbicos de aire por libra de la DBO aplicada por día. La aireación mecánica puede efectuarse en tanques cuadrados, rectangulares o circulares, según sea el mecanismo empleado para la agitación. En algunas plantas, el fluido puede hacerse subir por tubos verticales y descargarlo en láminas, mientras en la parte superior o el líquido puede hacerse bajar por tubos
aspirantes, mientras el aire burbujea a través del fluido. En ambos métodos, la agitación en la superficie producida por el movimiento del líquido, aumenta la aereación. Los periodos de detención son, generalmente, más largos, 8 horas o más, que para los tanques con difusión de aire.
Se usan diversas modificaciones para el método de lodo activado, para mejorar el funcionamiento o disminuir los costos. Entre éstos se incluyen la aereación modificada, activada, en punta y por pasos o fases, y los procesos de Kraus, bioadsorción y bioactivados. LA AEREACIÓN MODIFICADA disminuye el periodo de aereación a tres horas o menos, y mantienen el lodo retornado a una baja proporción. Los resultados son intermedios entre la sedimentación primaria y un tratamiento secundario completo. EN LA AEREACIÓN ACTIVADA, los tanques de aireación se colocan en paralelo. El lodo activado, procedente de un tanque de sedimentación final o grupo de dichos tanques, se añade al influente de los tanques de aireación. El resto del lodo se concentra y se quita. Los resultados son mejores que con la aereación modificada y con menos aire. LA AEREACIÓN EN PUNTA difiere de la aireación normal en que los difusores de aire no están uniformemente espaciados. En su lugar, se colocan más difusores cerca del extremo de entrada de los tanques de aireación que cerca de la salida. La teoría pretende qué la demanda de oxígeno es mayor cerca de la entrada y, por tanto, la eficiencia del tratamiento debe mejorar si se suministra allí más aire. Sin embargo, los resultados dependen del grado de mezclado longitudinal, proporción del retorno de lodo y las características de la materia recirculada, por ejemplo, el contenido de aire del lodo o del licor mezclado.
EN LA AEREACIÓN POR PASOS O FASES se añaden las aguas negras en cuatro o más sitios del tanque de aireación. Cada incremento reacciona con el lodo que ya se encuentra en el tanque. Por consiguiente, los requisitos de aire casi son uniformes en todo el tanque. La aereación por mezcla completa obtiene mejores resultados dispersando el influente del agua de desecho tan uniformemente como sea posible, a lo largo de la longitud total del tanque de aereación, de manera que se produzca una demanda uniforme de oxígeno a todo lo largo. La aereación extendida es similar, pero el agua de desecho se aérea por 24 h en vez de las 6 a 8 h convencionales. El proceso Kraus agrega a las aguas negras una mezcla aereada de lodo activado y materia de los tanques digestores de Lodos. El proceso de biosorción mezcla agua negra con lodo preaereado en un tanque separado. El proceso de bioactivación usa sedimentación primaria, un filtro rociador y una corta sedimentación secundaria, agregando después lodo activado, y pasa la mezcla a tanques de aereación y sedimentación. Se han obtenido excelentes resultados sustituyendo oxígeno por aire en el proceso de Lodos activados; para el eficiente uso del oxígeno, pueden cubrirse los tanques de aereación; el oxígeno se hace recircular en varios pasos, entrando a la primera etapa del proceso y de ahí a través del tanque de oxigenación con el agua de desecho en tratamiento. La presión bajo la cubierta del tanque es cercana a la atmosférica y suficiente para mantener el control y evitar el retromezclado de los siguientes pasos. En cada paso puede lograrse la mezcla con aereadores superficiales o un aspersor rotatorio sumergido: el oxígeno puro permite el uso de tanques más pequeños y el tiempo de oxigenación puede ser de 1 1/2 a 2 h en lugar del convencional de 6 a 8 h. El lodo activado producido se sedimenta, con menos dificultad y es más fácil de drenar que el de los procesos convencionales. Las plantas de lodo activado deben controlarse bien para obtener un funcionamiento óptimo. Esto requiere una frecuente revisión del contenido de lodo del licor mezclado. En general se limitan los sólidos de 1 500 a 2 500 ppm (mg por litro) en plantas con difusión de aire y unas mil ppm, cuando se use la agitación mecánica. Las características de asentamiento del lodo se indican por el índice de Mohlman: índice de Mohlman = Volumen de lodo asentado en 30 min % Volumen de sólidos en suspensión %
Un lodo con buen asentamiento tiene un índice debajo de 100. Otra medida es el índice de densidad del lodo que es igual a 100 dividido entre el índice de Mohlman. Puede mantenerse el control operacional, manteniendo constante la concentración de licor mezclado-sólidos en suspensión (MLSS), o los volátilessólidos en suspensión (MLVSS), manteniendo una relación constante entre los alimentos y los microorganismos (F:M), o un promedio constante de tiempo de residencia en la celda (MCRT) en el licor mezclado. Esta última alternativa puede ser la más sencilla, porque sólo es necesario medir la concentración de los sólidos en suspensión en el tanque de aireación, y en el lodo activado del líquido de desecho. La edad del lodo constituye otro factor importante. Representa el tiempo promedio en que una partícula de los sólidos en suspensión permanece sometida a la aireación. La edad del lodo se mide por la relación entre el peso seco del lodo en el tanque de aereación en libras y la carga de sólidos en suspensión, en libras por día, de las aguas de desecho que entran. En una planta bien operada de lodo activado, la edad del lodo es de tres a cinco días. Pero puede ser de solamente 0.3 días con proceso modificado que trabaje bien.
Proceso de cienos activados: a) convencional; b) etapa de aereación c) mezclado completo La tubería maestra de aire encima de los tanques de aereación suministra el aire a los difusores de los canales adyacentes, dentro de los cuales fluyen la mezcla de lodo activado y el efluente del tanque de sedimentación.
PARÁMETROS DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
PARÁMETROS OPERACIONALES
Hay unos parámetros operacionales que son característicos del proceso y cuyos rangos se deben respetar para mantener un óptimo rendimiento, son los parámetros que se fijaron en el diseño de la planta.
CARGA MÁSICA
Es la relación entre la carga de materia orgánica que entra en el reactor biológico al día y la masa de microorganismos existentes en el mismo. Tiene una relación directa con el rendimiento de depuración que puede dar la planta. Se expresa como:
EDAD DEL FANGO
Es la relación entre la masa de fango existentes en la cuba de aireación y la masa de fangos purgados por unidad de tiempo, días normalmente. Según la edad del fango tendremos un cultivo más o menos estable con mayor o menor capacidad para degradar la DBO. Cada operador debe encontrar la edad de fango adecuada para su planta en concreto dentro de unos rangos que están relacionados con la carga másica. Se expresa:
Donde
=caudal de purga de fondos
=sólidos
en suspensión volátiles de los fangos purgados y fangos en exceso X=sólidos en suspensión volátiles de licor mezcla
CARGA VOLUMÉTRICA
Es la relación entre la masa de materia orgánica que entra en el reactor, por unidad de tiempo y el volumen de la cuba. Se expresa como:
RENDIMIENTO DE LA DEPURACIÓN
Es la relación entre la masa de la materia orgánica eliminada y la del influente que entra en el reactor biológico. Se expresa en porcentaje de eliminación:
S=DBO5 del efluente del decantador secundario
PARÁMETRO DE CONTROL Durante la operación de una planta de lodos activados, es necesario tener en consideración una serie de parámetros que permitan realizar un análisis del proceso para tener siempre el control sobre este. Muchos de estos parámetros son también utilizados durante el diseño y aunque se pudiera pensar que estos parámetros están entonces fijos y sólo es necesario seguirlos al pie de la letra, esto no es tan cierto, pues durante la operación de la planta de tratamiento de aguas no siempre es posible controlar parámetros como el flujo que entra a la PTAN y aunque este se pudiera controlar (como por ejemplo tanques de balance, medidores controladores de flujo, etc.) resulta prácticamente imposible controlar la concentración de contaminantes que llegan con el flujo de agua mencionado, pues esto depende de factores que en general están fuera de nuestro control. Debido a lo anterior, otros parámetros de proceso de lodos activados pueden verse afectados por las perturbaciones ya mencionadas, pudiendo llevar el sistema a un descontrol total o incluso al paro de un equipo completo, parte del sistema o en casos extremos al paro de la planta de tratamiento. Esto hace que sea de vital importancia no solo el monitoreo de las características del agua residual que está siendo tratada de principio a fin del proceso, sino también es indispensable realizar otros análisis que permitan dar seguimiento a algunos otros parámetros y por lo tanto también permitan su control. Los parámetros que son más frecuentemente utilizados en el proceso de lodos activados, su descripción, usos y ecuación general para su cálculo (sin los factores correspondientes de conversión de unidades), son los que se detallan a continuación:
Tiempo de retención hidráulico (TRH) El tiempo de retención hidráulico representa el tiempo promedio que una partícula que entra junto con el influente al tanque de aireación permanece en el tanque y sale con el efluente, es decir, representa un tiempo promedio que el agua residual
permanece dentro del reactor biológico y durante el cual puede ser tratada para después salir con el efluente de dicho reactor hacia el sedimentador. Este tiempo se calcula y se define también como el cociente del volumen del reactor dividido entre el flujo que es enviado a tratamiento al reactor mencionado (sin tomar en cuenta la recirculación de lodos del sistema).
Este parámetro también es empleado para evaluar la operación en el equipo clarificador (sedimentador). En el caso de sedimentadores secundarios, es muy importante conocer y controlar este parámetro, pues si el tiempo de sedimentación es muy corto puede provocar una sedimentación deficiente.
Tiempo de retención celular o de sólidos (TRC) El tiempo de retención celular o tiempo de retención de sólidos, representa el tiempo promedio que los lodos biológicos (SSV o microorganismos) permanecen en el sistema. Este parámetro es muy importante ya que puede afectar a otros parámetros en el sistema como la misma producción de lodos y los requerimientos de oxígeno además de algunos otros. Este valor puede ser tan bajo como tres días o incluso menos, hasta valores de 30 días o más en casos de aireación extendida. El tiempo de retención celular también es muy importante cuando se quiere controlar la nitrificación en el reactor biológico, pues con valores de TRC
muy bajos se limita el crecimiento de bacterias nitrificantes disminuyendo entonces la conversión a nitratos del nitrógeno amoniacal presente en el agua residual, por otro lado, TRC altos aumentan la proporción de bacterias nitrificantes presentes en los SSVLM (Sólidos Suspendidos Volátiles en el Licor Mezclado) incrementando la conversión del nitrógeno amoniacal a nitratos.
Relación alimento-microorganismos F/M Este es un parámetro muy empleado para caracterizar el proceso de lodos activados desde el diseño hasta su operación y control. Este parámetro a veces llamado carga orgánica, es importante pues indica la cantidad de alimento disponible (DBO) para una cantidad dada de microorganismos presentes en el reactor (SSVLM), lo cual puede afectar de forma notoria el funcionamiento y rendimiento del proceso de lodos activados. Este parámetro es empleado para evaluar sistemas de lodos activados como sistemas de baja carga o alta carga, que a su vez suelen estar muy vinculados con valores altos a bajos de TRC respectivamente, lo cual como ya se ha expuesto anteriormente es de gran importancia para ayudar o evitar procesos de nitrificación y otros más.
Carga orgánica volumétrica (CV) Este parámetro se define como la cantidad de sustrato (DBO o DQO) aplicada al día por metro cúbico de tanque de aireación. Este parámetro puede indicarnos si los requerimientos de oxígeno serán grandes a altas cargas o viceversa. Por otro lado, el empleo de este parámetro no es adecuado cuando se quiere predecir a través de este la calidad del efluente sobre todo cuando se trata de aguas residuales que contienen residuos industriales o cuando se requiere remover nitrógeno y fósforo biológicamente en el tanque de aireación.
Producción de lodos (Px) Este es un parámetro importante que se requiere evaluar sobre todo durante el diseño de las instalaciones para el tratamiento de lodos, ya que un mal diseño puede resultar en instalaciones que no permitan un efectivo tratamiento de los lodos provocando la acumulación de lodos en el sistema de lodos activados. Esto puede provocar que eventualmente un exceso de sólidos salga junto con el efluente de sedimentación secundaria. Este es un parámetro que está ligado directamente a la purga de lodos del proceso pues es precisamente esta producción de lodos la que debe de ser purgada continua o periódicamente del sistema para evitar la acumulación de sólidos en el proceso.
Requerimientos de oxígeno (R0)
Este parámetro influye directamente en la calidad de tratamiento del agua, pues es el oxígeno uno de los factores indispensables en el proceso de lodos activados para poder realizar el tratamiento biológico del agua residual. Esta cantidad de oxígeno requerido depende principalmente de la cantidad de materia orgánica soluble (como DBO), la cantidad de lodos producidos (o purgados), y la producción de nitratos y nitritos a partir del NTK presente en el agua residual. Este parámetro debe estar ligado a una concentración de oxígeno disuelto en el tanque de aireación. Dicha concentración debe mantenerse a niveles de aproximadamente 2 mg/L, una menor concentración.
Cantidad de Fangos que hay que mantener en el proceso respecto a la Carga Orgánica Entrante Para conseguir los rendimientos deseados es fundamental mantener una carga másica (Cm), determinada, controlando los Kg de DBO5 que entran en el tratamiento y la concentración de sólidos en suspensión en el licor mezcla (MLSS) en la cuba.
Decantabilidad de los Fangos en el Clarificador La decantabilidad puede controlarse mediante el Índice Volumétrico de Fangos o IVF.
Tiempo de Permanencia del Fango Activo en el Decantador Secundario El fango del decantador debe extraerse tan pronto como se forme la manta de fangos, cuyo espesor se recomienda que esté comprendido entre 0,3 - 1 metro, esto se controla con el disco Secchi.
Concentración
de
Oxígeno
Disuelto
en
la
Cuba
de
Aireación
La aportación de O2 a la cuba debe ser suficiente para que los microorganismos puedan respirar y oxidar la materia orgánica y debe regularse en función de la carga orgánica que llegue a la cuba.
Caudal de Recirculación Regula la concentración de sólidos en suspensión en la cuba.
Extracción de Fangos en exceso Regula la edad del fango y la concentración de MLSS en la cuba. Existen otros factores que no son controlables por el operador, pero que influyen decisivamente en el rendimiento, como son:
Características
de
las
Aguas
Residuales
Brutas
Caudales, concentraciones de DBO5, presencia de tóxicos e inhibidores, etc. Es fundamental controlar el aumento puntual de la carga contaminante que los vertidos industriales, las operaciones de limpieza del alcantarillado o la puesta en marcha de alguna estación de bombeo parada durante largo tiempo pueden producir en el agua de entrada a la planta, así como los aumentos de caudal y arrastre de arenas que se producen en la época de lluvias en los sistemas de alcantarillado unitario.
Calidad Exigida al Efluente Porcentaje de eliminación de DBO5, SS, bacterias coliformes, nitrógeno, grasas, etc. La calidad que las autoridades exijan al agua de salida de la planta, va a determinar tanto el funcionamiento del proceso como el control del mismo. Si se requiere un alto grado de tratamiento, el proceso deberá estar muy controlado y probablemente se requiera de un tratamiento adicional.
Tipos de lodos activos Convencional Consiste en un tanque de aireación de forma alargada (ancho/ largo = 1:5). Esta geometría determina que el régimen de flujo hidráulico sea el de flujo pistón. Demanda de oxígeno para la degradación de materia orgánica Sistemas diseñados “justos”, con qh= “horas” 3 días < qc < 14 días operan en la zona de crecimiento estacionario de la curva de crecimiento “batch” de microorganismos.
La relación F/M está equilibrada. La cantidad de alimento disponible está en equilibrio con la masa de microorganismos. La alimentación del líquido residual, así como la recirculación de los barros, se efectúa por uno de los extremos, mientras que la salida del líquido tratado, se produce por el extremo opuesto. Debido a la forma del reactor, y a cómo se efectúa la alimentación del líquido residual, en la zona de entrada la concentración de materia orgánica, y por lo tanto, el requerimiento de oxígeno es muy elevado, disminuyendo progresivamente hacia la salida. Por ello, es usual que en estos procesos se produzca un déficit en el suministro de oxígeno en la zona de entrada y exceso del mismo en la zona de salida. El aire inyectado no va a ser bien aprovechado si se inyectó en todo el reactor. Por esto, existen 2 variantes de este sistema de tratamiento tendientes a equilibrar la demanda de oxígeno.
Barros activados “step aeration”
El proceso “step aeration” tiene características constructivas similares al sistema de barros convencional, la diferencia entre ambos está en que en el “step aeration” la
alimentación se distribuyen en distintos puntos a los largo del reactor, esto permite un mejor control y equilibrio en la demanda de oxígeno.
Barros activados “tapered aeration”
El proceso de “tapered aeration” es una variante del proceso de barros activados
convencional que se modifica con el objeto de lograr un mejor aprovechamiento del oxígeno que se suministra por medio de los aireadores. La modificación consiste en ajustar el aporte de oxígeno en base a su demanda, que es mayor en la zona de entrada y declinando hacia la salida.
Barros activados mezcla completa En este sistema tanto el líquido afluente como el barro biológico recirculado se introducen en distintos sectores de la cámara de aireación a fin de lograr una distribución uniforme de la carga orgánica y de lo microorganismos que intervienen en el proceso, como consecuencia el requerimiento de oxígeno es uniforme en todo el reactor. Otra característica es que, debido a la mezcla “instantánea” del líquido alimentado este tipo de
procesos soporta mejor las descargas puntuales de compuestos tóxicos, así como las variaciones de carga del líquido afluente. Para lograr condiciones de flujo hidráulico próximos a la mezcla completa, estos tanques de aireación se construyen con relaciones largo/ ancho próximos a la unidad.
Aireación extendida Sistemas sobredimensionados. Emplea tiempos de residencia hidráulicos de hasta 24 horas y tiempos de residencia celular qc > 14 días. Comparado con el proceso convencional, son procesos que generan relativamente poca
biomasa en exceso, pero el requerimiento de oxígeno es mayor, para la degradación de materia orgánica y la nitrificación. Por ello, se necesita una mayor potencia de aireación (mayor gasto energético) Operan en la zona de respiración endógena de la curva de crecimiento “batch” de microorganismos”. La relación F/M es baja. Hay déficit de alimento. Predomina la muerte
de microorganismos. Éstos aportan los nutrientes necesarios para que los microorganismos vivos los aprovechen. Debido a los extensos tiempos de tratamiento (operan en la zona de respiración endógena de la curva de crecimiento) los barros biológicos se encuentran suficientemente estabilizados como para ser dispuestos directamente, luego de disminuir su contenido de agua. Esto es, debido a que el poco alimento, los obliga a consumir parte de su material de reserva. En el sistema convencional no se puede asegurar la nitrificaicón completa, por lo menos en invierno. En cambio, un sistema de lodos activados de aireación extendida, me asegura la nitrificación en cualquier época del año, incluso a bajas temperaturas
Zanja de oxidación El proceso biológico zanja de oxidación es una variante del proceso de barros activados (Consiste en un tipo de lodo activado de aireación extendida). Al igual que el proceso de aireación extendida opera en la zona endógena de la curva de crecimiento. La configuración de zanja de oxidación más utilizada es la de una cámara de aireación de forma ovalada, con poca profundidad, donde el líquido circula continuamente en un
circuito cerrado. La circulación en circuito cerrado provee una excelente acción de mezclado. El proceso de zanja de oxidación generalmente no tiene sedimentación primaria. El líquido residual crudo pasa directamente a través de rejas directamente a la zanja. La función de los aireadores es airear, mezclar e impulsar el líquido. La velocidad media en la cámara de aireación debe ser mantenida a una velocidad mínima de 0,3 m/seg para evitar la sedimentación de los sólidos. Parte del líquido residual tratado pasa a un sedimentador secundario para la separación de la biomasa.
