COMO FUNCIONA UNA PLANTA DE LODOS ACTIVADOS

COMO FUNCIONA UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS

Introducción:

Un sistema de lodos activados es un proceso biológico (bioproceso) utilizado para la depuración natural (biorremediación) de las aguas residuales. El tratamiento general con lodos activados consiste de dos partes:

– Un tratamiento aerobio de las aguas residuales, en el cual, un cultivo aeróbico de microorganismos en suspensión oxidan la materia orgánica y…

– Una conjunto de procesos de biodegradación (oxidación de la materia orgánica disuelta) y biosíntesis (producción de nueva biomasa celular) cuya finalidad es la producción de un clarificado (agua sin materia orgánica en suspensión) bajo en DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno), SS (Sólidos Suspendidos) y turbiedad.

Este es tratamiento primario por razones obvias, posteriormente un efluente secundario es separado del volumen principal de lodos activados, de las partes altas del clarificado, de donde, pasa a un tratamiento secundario en cual, el clarificado es re-oxigenado, filtrado y luego servido o vertido a una corriente natural o re-utilizado para agua de riego. En las partes bajas o fondos del sistema se acumulan los lodos o fangos; el exceso debe ser decantado y compactado mediante una línea o corriente de purga y otra parte usualmente es recirculada (recirculación) nuevamente hacia los fondos por una corriente de derivación. La derivación tiene por objetivo enriquecer y renovar la población de microorganismos activos. El fango activado se puede considerar como un cultivo mixto de microorganismos en suspensión, enriquecido por cantidad de materia orgánica en descomposición (biocenosis). Ésta unidad ecológica y estructural es comúnmente denominada floculo y constituye el núcleo alrededor del cual, se desarrolla el proceso de depuración biológica.

El Floculo

Como se indicó, el floculo es la unidad ecológica y estructural alrededor del cual se desarrolla el proceso de depuración biológica. Morfológicamente esta formado por bacterias filamentosas y protozoos. Los protozoos son los principales consumidores (depredadores) de las poblaciones bacterianas en los sistemas acuáticos, ejercen un importante papel regulador sobre el crecimiento de dichas poblaciones. Las bacterias filamentosas son los microorganismos descomponedores que consumen la materia orgánica. Todo floculo presenta dos niveles estructurales: microestructura y macroestructura. La microestructura está determinada por los procesos de agregación microbiana y la biofloculación, que resultan de la interacción entre polímeros extracelulares microbianos que actúan como polielectrolitos. Es por tanto, un mecanismo de asociación existente entre las bacterias formadoras de flóculos. La macroestructura la proporcionan los microorganismos filamentosos que forman una red o microesqueleto, en el interior del floculo, donde se adhieren las bacterias formadoras del mismo. Cada floculo tiene una morfología distinta que varía en función de su micro y macroestructura. De la misma forma, los problemas biológicos de operación de un sistema de lodos activados, dependerá de la forma que alcancen los flóculos, debido o su macro o microestructura. Normalmente, un floculo presenta un equilibrio entre los microorganismos formadores de flóculos y los microorganismos filamentosos.

Características de un “floculo ideal”

El floculo ideal debe presentar una forma más o menos esférica “redondos”; si su morfología difiere mucho de la globular, se denominan “irregulares”.Su tamaño debe ser mediano (entre 150mm y 500mm de diámetro). Su estructura debe ser “compactos” (cuando existe muy poco o ningún espacio abierto dentro de ellos). Su consistencia debe ser “firmes” (la cohesión entre las células bacterianas genera una microestructura compacta, densa y nucleadas).

En un floculo ideal, las bacterias filamentosas y las formadoras de flóculos deben crecer en equilibrio; los filamentos deben desarrollarse mayormente, en el interior del floculo (núcleo), para proporcionándole a éste, estructura y resistencia. Algunos filamentos pueden sobresalir de la estructura del floculo (esto no representa interferencia en cuanto a la compactación y sedimentación del lodo activo). Idealmente, el lodo activo debe tener un IVF entre 75ml/g y 125ml/g y producir un efluente poco turbio (claro) y con escaso contenido de sólidos en suspensión (SS).

Descripción del Bioproceso

Desde el punto de vista biotecnológico, una planta de lodos activados es un bioproceso de funcionamiento continuo, en donde el tratamiento biológico de aguas residuales para su depuración es realizado por un reactor biológico o birreactor, mediante un proceso de cultivo contínuo de fangos activados, que se realiza a través de un cultivo bacteriano aerobio mixto de microorganismos en suspensión: bacterias filamentosas y formadoras de flóculos; cuyo accionar causa la oxidación de la materia orgánica en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de "liquido mezcla". El ambiente aerobio se consigue mediante la aireación o difusión forzada de aire dentro del medio fluido, por el uso de difusores de aire que, a su vez, permiten mantener el líquido mezcla perfectamente agitado y en movimiento contínuo (estado de mezcla completa). Debe pasar un periodo de tiempo determinado, llamado tiempo de retención, para que, la mezcla de células nuevas con células viejas, conduzca a la oxidación completa de la materia orgánica. De ahí, parte del liquido mezcla es pasado desde la parte superior del tanque, hasta un tanque de sedimentación para su separación del agua residual tratada. Este proceso es llamado clarificación del agua. Otra parte del líquido mezcla, es pasado desde la parte baja del tanque (que contiene las células sedimentadas) y se recircula para mantener en el birreactor, una concentración de células equilibrada. Finalmente, la otra parte se purga del sistema (fango en exceso) hacia otro proceso en donde son tratados los fangos. Las bacterias filamentosas y las formadoras de flóculos son los microorganismos encargados de la descomposición de la materia orgánica del afluente. El agua procedente del tratamiento primario, al tanque de aireación, en donde es mezclada con el aire disuelto que sale por los difusores. El suministro de aire a lo largo de toda la longitud del tanque debe ser uniforme para lograr una mezcla completa. Durante el periodo de aireación se produce la absorción, floculación y oxidación de la materia orgánica en suspensión. Los sólidos del fango activado se separan en un decantador secundario. Este proceso necesita de una carga orgánica reducida y un largo periodo de aireación.

Características Operativas del Proceso de Lodos Activados

El proceso de lodos activados requiere de aireación prolongada con soplante por aire comprimido y distribución por difusores. El modelo de flujo del proceso es flujo pistón con recirculación y purga. Todas las partículas que entran al birreactor deben permanecer en el interior del mismo durante idéntico periodo de tiempo. La eficacia de eliminación (DBO₅) debe ser del 75% al95%.

Parámetros de Diseño

· Carga diaria de DBO5 ó materia orgánica que entra en el tanque biológico.

· Carga diaria de SST.

· Tiempo de retención celular q c, d = 20-30

· Carga másica aplicada relación Kg DBO₅/Kg SSVLM. d = 0.05 – 1.5

· Carga volumétrica Kg DBO₅/m³ d = 0.16-0.40

· SSLM mg/l = 3000-6000

· Tiempo de retención hidráulica horas = 18-36

· Coeficiente de recirculación del decantador el tanque biológico = 1-1.5

· Carga de superficie = 1.0-1.33 m3/m2.h

· Oxígeno necesario KgO₂/KgDBO₅ = 2 a 2.5Kg

· Transferencia de oxígeno de los difusores (según modelo y fabricante)

· El agua del efluente procedente de un tratamiento biológico por fangos activados puede ser vertido a cauces, canales o embalses al estar dentro de los parámetros exigidos por la Ley.

Métodos Usados Para el Tratamiento de Lodos en Exceso (Desechados)

Los residuos del tratamiento de las aguas residuales, lodos en exceso, no pueden ser desechados sin un tratamiento adecuado; los procesos más comunes aplicados son los siguientes:

Espesado de Fangos: el espesado tiene por objetos:

· Reducción del volumen de fangos activados en proceso de declive.

· Homogeneización de los lodos procedentes de los decantadores.

· Ahorro de medios técnicos.

Digestión de los fangos: por microorganismos consumidores; existen dos tipos de digestión, según sea, el metabolismo bacteriano:

· Digestión aerobia: es la eliminación en presencia del aire de la parte fermentable (biomasa) de los lodos activados.

· Digestión anaerobia: es un proceso en ausencia de aire, por el cual, la biomasa se descompone en metano y CO₂.

Deshidratación de fangos: es la eliminación del mayor porcentaje posible del agua contenida en los lodos. El proceso se puede dar por alguna de las siguientes operaciones unitarias:

· Eras de secado

· Lagunas de fangos

· Filtración al vacío

· Centrifugación

· Filtro banda

· Filtro prensa

· Secado: directo o indirecto

Tratamiento Terciario de las Aguas Decantadas (Claras)

Normalmente es suficiente el clarificado de las aguas decantadas del tanque de sedimentación para cumplir con las normas ambientales de vertidos a corrientes de agua. Pero cuando se trata de utilización para uso publico (agua bebible) o ambiental (corrientes de agua con ecosistemas vivos) es necesario un tratamiento terciario para oxigenar el agua a un nivel que mantenga vida animal (peces y anfibios). Las lagunas de aireación son el bioproceso más recomendado. Una laguna aireada es un estanque en el que el agua residual circula de forma continua y a su vez, es aireada. El oxígeno (aire) es suministrado por aireadores superficiales o por unidades de aireación por difusión (difusores). El grado de aireación: superficial o difusión, depende de la relación Kg DBO₅/Kg SSVLM en las aguas residuales. Si esta relación es menor a 0.5 bastará con la aireación superficial para que las aguas vertidas sean capaces de mantener vida; entre 0.5 – 1.5, se requiere de la difusión forzada de aire.