03/06/2014
Curso: Ingeniería de Aguas Residuales Facultad de Ingeniería y Gestión Ambiental
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Esquema General
LODOS ACTIVADOS
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GENERALIDADES
Fue desarrollado en Alemania en 1914
Lodos activados, es un proceso proceso donde se mezcla el agua residual (sustrato) con una masa activada de microorganismos microorganismos (lodo o floc activado) capaz de estabilizar la materia orgánica orgánica en condiciones aerobias. aerobias.
Lodo recirculado
Lodo en exceso
Aireación
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Proceso de lodos activados
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Procesos dentro del reactor aerobio: Procesos microbiológicos, químicos y físicos
Descomposición de la materia orgánica (BDO5 y DQO)
Floculación y degradación parcial del material particulado
Oxidación del NH4 a NO3
Reducción del NO3 a N2
Remoción
biológica
del
condiciones anaerobias)
fósforo
(reactor
bajo
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Descomposición de la materia orgánica
Reducción del Nitrógeno
Bacterias
heterótrofas
que
usan el CO2 y oxidan los
oxidan la materia orgánica biodegradable y reducen el
compuestos nitrogenados.
DBO5
O.D:
2-3
mg/l
para
oxidación del NH4
OD: 1 – 3 mg/L
Producción
de
sustancias
O.D:
0.5
-
1.0
mg/l
(condiciones anóxicas) para
poliméricas para la formación del floc.
Bacterias autótrofas, que
desnitrificación
Edad lodos mín.: 7-10 días a 25 °C
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Ciclo del Nitrógeno
NH3
ION AMONIO
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Remoción del Nitrógeno
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Microorganismos importantes en Lodos Activados
Remoción del P
Bacterias:
Heterotrofas Autotrofas (Nitrificantes) Filamentosas
Organismos Indicadores: Protozoos
Amoeba
Flagelados
Ciliados
Rotíferos Bacterias Filamentosas
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Formación del Floc en L.ACT
Microorganismos
La formación del floc, permite el agrupamiento de una diversa población de microorganismos, los cuales pueden ser:
Ciliados Fijos
i.
separados en el clarificador secundario (Lodos en exceso) o
ii.
reciclados nuevamente en el sistema. (lodos recirculados)
La formación del floc ocurre naturalmente con el incremento del tiempo de retención y es iniciado por las bacterias formadoras de flóculos.
Ciliados Nadadores
Estas bacterias son capaces de producir los tres (03) compuestos celulares necesarios para lograr el aglutinamiento y son:
Pelos o fibrillas
Polisacaridos , y
Rotíferos
Bacterias filamentosas
Gránulos de almidón
Bacterias formadoras de Flóculo Aerobacter
Echerichia
Bacillus
Flavobacterias
Pseudomonas
Citromonas
Zooglea
Antrobacter
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Aglutinamiento de las Fibrillas
Las fibrillas son extensiones de la membrana celular. Contienen grupos funcionales como el grupo hidroxilo (-OH), el cual puede ser ionizado con la pérdida de sus átomos de hidrógeno.
La
forma
ionizada
de
las
fibrillas
(células
bacteriales) son unidas por cationes bivalentes. Ejm. Ca2+ que se encuentra en solución en el agua. Iniciándose el proceso de aglutinamiento.
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Polisacáridos,
tienen
la
propiedad
producir
el
de
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Los gránulos de almidón cumplen dos funciones importantes: i.
“glicocalix” o “sustancia mucosa”
sirven
como
fuera de la pared celular, que
pared
a través de la adherencia de las
adherencia
de la edad del Lodo.
de
celular
ayuda entre
a
la
células
bacteriales.
células bacteriales. La fuerza polisacáridos está en función
fuente
ii. cuando se almacenan fuera de la
contribuye a la formación del floc
del enlace y la cantidad de
una
alimento, y
Su producción y acumulación fuera de las células bacteriales es LENTA y está en función de la edad del Lodo.
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Diferencias entre floc jóvenes y viejos
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Condiciones Operacionales asociadas a la Interrupción del Floc
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LODOS ACTIVADOS CON FLUJO PISTON
TIPOS DE PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
LODOS ACTIVADOS CON FLUJO MEZCLA COMPLETA
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Parámetros de Diseño y Operacionales para Lodos Activados
CONCEPTOS BASICOS
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Sistema Lodos Activados
i. Masa de microorganismos Expresada como :
SST o SSV para la biomasa en el reactor
Y para la mezcla resultante de los sólidos con el lodo:
MLSS: Sólidos suspendidos totales en el licor mezcla
MLVSS: Sólidos suspendidos volátiles en el licor mezcla
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ii. Carga Másica / Lodos
Relación de alimento / microorganismo (F/M)
iii. Edad de Lodos
La edad del lodo representa el tiempo medio que
Alimento; referido a la carga de DBO5 aplicada al tanque
una partícula en suspensión permanece bajo
de aireación.
aireación.
Microorganismos; referido a la concentración de MLSSV
Se le conoce también como tiempo medio de residencia celular.
en el tanque aireación.
Numéricamente es igual a la relación entre la masa de sólidos suspendidos volátiles en el reactor y la masa de sólidos volátiles purgada o eliminada por día.
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Edad del Lodo
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iv. Tiempo medio de retención hidráulica
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v. Índice volumétrico de Lodos (IVL) Es
la
relación
entre
el
volumen
(mL)
de
lodos
sedimentados en 30 minutos en un cilindro graduado de 1000mL y la concentración del licor mezcla (mg/L)
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Ejemplo de cálculo del IVL
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Valores Típicos de IVL
MODELAMIENTO DEL REACTOR DE MEZCLA COMPLETA EN SISTEMA LODOS ACTIVADOS
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MODELO PARA UN REACTOR IDEAL SIN RECIRCULACION
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Reactor Ideal de Mezcla Completa
Consideraciones:
Existe una concentración homogénea en todo reactor en términos de biomasa (X) y sustrato (S)
La concentración del X y S en el reactor es la misma que del efluente.
La concentración de la biomasa en el reactor “X” , está representada por los microorganismos producidos en el reactor a expensas del sustrato disponible.
La X a la entrada del reactor es despreciable, Xo ≈ 0
Donde : So = Concentración total del sustrato en el afluente, DBO, DQO, mg/L S = Concentración del sustrato en el efluente, DBO, DQO, mg/L Q = caudal, m3/d Xo = biomasa en el afluente , mg/L X = biomasa en el reactor, mg/L V =volumen del reactor, m3
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Balance de Masas en el Reactor f(Biomasa) Además sabemos que la edad de Lodos (θC) es:
Por lo tanto, en un reactor M.C. sin recirculación el valor de θC será:
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Balance de Masas en el Reactor f(Sustrato)
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MODELO PARA UN REACTOR DE MEZCLA COMPLETA CON RECIRCULACION Esquema de Mezcla completa con recirculación
Reemplazando los valores hallados en las Ecs. 2 y 4 en la ec. 6, obtenemos el valor de X:
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Consideraciones:
El contenido del reactor esta mezclado completamente. Por lo tanto la concentración en el reactor es igual a la concentración en el efluente.
Todas las reacciones ocurren en el tanque de aireación
Concentración de la biomasa en el afluente (Xo) es despreciable.
Estado estacionario, dX/dt ≈ 0 y dS/dt≈ 0
Volumen del reactor es constante
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Balance de Masas en el Sistema f(Biomasa)
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Balance de Masas en el reactor en f(Biomasa)
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Balance de Masas en el Reactor f(Sustrato)
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Valores típicos de constantes cinéticas para lodos activados en el caso de aguas residuales domésticas a 20ºC
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Ejercicio 1
Ejercicio 2
Calcule el tiempo de retención hidráulica (θ), la edad de lodos ( θC) y la concentración de la biomasa, para una PTAR Lodos activados con las
Calcule la concentración de la biomasa en un reactor
siguientes características:
bajo las siguientes condiciones:
Sistema sin recirculación
Volumen reactor = 9000 m3
Caudal (Q) = 3000 m3/d
DBO5 afluente (So) = 350 mg/L
DBO5 soluble efluente (S) = 9.1 mg/L
μmax = 3 d-1
Ks = 60 mg/L d-1
kd = 0.06
Y = 0.6 mg SSV/mg DBO 5
Sistema sin recirculación : θ = 5 d
Sistema con recirculación : θ = 0.25 d, θC = 5 d
Y = 0.6
kd=0.07 d-1
So = 300 mg/L
S = 15 mg/L
