Modalidades de procesos de lodos activados

Capítulo 1
Descripción del proceso
Objetivos
Los objetivos de aprendizaje del Capítulo 1 están orientados a la comprensión del
proceso de Lodos Activados, el objetivo del control del proceso, la microbiología, y otros diversos
modos de operación. Al finalizar este capítulo el alumno será capaz de:

Describir la microbiología y los componentes básicos de un proceso de
lodos activados

Formular y explicar los objetivos del proceso; y

Definir las diferentes modalidades de operación con sus ventajas y
desventajas.
Introducción
El proceso de lodos activados es un proceso de tratamiento biológico, aerobio, de
cultivos en suspensión. Este proceso utiliza el metabolismo natural de los microorganismos para
producir un efluente de alta calidad mediante la conversión de la materia orgánica en células
nuevas, dióxido de carbono y agua. El proceso de lodos activados generalmente implica un
tratamiento primario. En algunos casos el tratamiento primario se omite, como por ejemplo en el
tratamiento por aereación extendida. Varios esquemas de flujo de los procesos de tratamiento
son posibles, y ellos están determinados por el diseño de la planta.
Gracias a la versatilidad del proceso, el sistema de tratamiento de lodos activados es el
más utilizado para disminuir la concentración de contaminantes orgánicos disueltos, particulados
y coloidales presentes en las aguas residuales.
Los parámetros de diseño básico del proceso se encuentran bien definidos y basados en
datos científicos que han sido perfeccionados en forma continua a través de los años para
incorporar los últimos descubrimientos de la operación de plantas de tratamiento de gran
envergadura. Sin embargo, y aún cuando se cuente con todos los conocimientos disponibles,
pueden presentarse problemas en la ejecución de los procesos de lodos activados; estos
problemas pueden ser ocasionados por cambios significativos en las características del afluente,
la sobrecarga hidráulica, las fallas de los equipos mecánicos, o un operador con entrenamiento
deficiente.
Componentes del sistema
En la Figura 1.1 se pueden observar los componentes de un sistema típico de
tratamiento de aguas residuales convencional. Cada componente contribuye en forma distinta a
lo largo del proceso. Sin embargo, el corazón del sistema es el proceso de lodos activados, el
que se desarrolla por medio de reactores biológicos, (también conocidos como tanques o
lagunas de aeración ) y clarificadores (también llamados clarificadores secundarios).
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Descripción del Proceso
1-1
Figura 1.1 Diagrama del proceso de tratamiento de aguas residuales
Generalmente se utilizan los términos efluente primario y afluente secundario, que son
usados industrialmente para referirse al flujo que ingresa al proceso de lodos activados. El
efluente primario fluye hacia el interior de los reactores biológicos, el primer paso del proceso de
lodos activados. Dentro de los reactores se mezcla en una suspensión líquida de
microorganismos, materia coloidal y materia suspendida biodegradable y no biodegradable. El
resultado de esta mezcla se conoce como licor mezclado (ML – Mixed Liquor). La materia
suspendida y coloidal se conoce como sólidos en suspensión. (SS – Suspended Solids).
Dentro de los reactores biológicos se debe tener la cantidad de oxígeno suficiente para
mantener una población de microoganismos saludable. Este es el objetivo principal de la adición
de aire a los tanques mediante el uso de aeración mecánica o sistemas de difusión de aire. El
aire tiene además otro propósito: mantener bien mezclado el contenido del reactor. Un licor
mezclado saludable deberá tener un color café claro uniforme, una consistencia ligeramente
espumosa, y un aroma algo mohoso. El minucioso examen del licor mezclado debería revelar
formaciones de flóculos, o sea, agrupaciones de microorganismos y otros sólidos en suspensión
que se unen libremente en la superficie.
El licor mezclado fluye a través de los reactores biológicos y posteriormente al segundo
paso del proceso de lodos activados, los clarificadores. Los clarificadores están diseñados para
aquietar o hacer reposar el licor mezclado para permitir que los sólidos sedimenten en forma
gravitacional. Gran parte de los sólidos sedimentan al fondo de los tanques, al interior de los
clarificadores. Es posible también encontrar algunos sólidos que se presentan como nata que
flota en la superficie. Esta nata generalmente se recolecta en un depósito para natas, o es
desviada a una línea anexa para su purga. Al mismo tiempo, el efluente limpio rebalsa por los
vertederos y sale de los clarificadores.
Los sólidos que sedimentaron al fondo de los clarificadores son recolectados en forma
mecánica. La mayor parte de los lodos son devueltos mediante bombeo a las cabeceras de los
reactores biológicos para ayudar a mantener una concentración apropiada de microorganismos
en los reactores para tratar el afluente secundario. Este flujo que retorna se conoce como Lodo
Activado de Recirculación (RAS –Return Activated Sludge). Cuando se ha alcanzado el objetivo
de concentración de sólidos en suspensión en el licor mezclado (MLSS – Mixed Liquor
Suspended Solids), dentro de los reactores biológicos, el exceso de sólidos debe ser removido
(o purgado) del proceso. El Lodo Activado de Purga (WAS – Waste Activated Sludge), puede
ser recogido desde el fondo de los clarificadores al igual que el RAS, o bien, el licor mezclado
puede ser purgado directamente desde los reactores biológicos.
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1-2
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
El tiempo que los microorganismos permanecen en el proceso antes de que sean
purgados recibe el nombre de tiempo promedio de residencia de las células (MCRT – Mean Cell
Residence Time).
El trabajo del operador encargarse del manejo de este microuniverso mediante el control
del ambiente y la población de microorganismos y la biomasa. El objetivo es mantener la
concentración suficiente de biomasa para remover las fracciones volátiles del MLSS (o MLVSSMixed Licuor Volatile Suspended Solids). Este manual presenta numerosas técnicas de proceso
y pruebas con la finalidad de apoyar al operador en el mantenimiento de la calidad de la
biomasa.
Microbiología
Para optimizar el proceso de lodos activados, es fundamental comprender la
microbiología involucrada en el proceso de tratamiento. En un licor mezclado saludable es
posible encontrar una amplia variedad de microorganismos.
Las bacterias son los microorganismos más importantes en el proceso de lodos
activados, son las formas más simples de vida vegetal, que utilizan los nutrientes solubles de
comida y son capaces de autoreproducirse. Cada célula por separado puede tener forma de
esfera, bastoncillo o espiral y pueden tener un tamaño que varía de 0.5 a 5.0 micrones. Bajo
condiciones ideales, una bacteria puede crecer, madurar y reproducirse mediante una fisión
binaria en menos de 30 minutos. La fisión binaria es el proceso por medio del cual una célula
madura se divide en dos nuevas células. Ver Figura 1.2 (micrografía de bacterias en aguas
residuales).
Figura 1.2 Micrografía de bacterias en aguas residuales
Como se mencionó al principio, la formación de flóculos está asociada con la salud del
licor mezclado. El material que ayuda a mantener unidas las partículas de los flóculos es una
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Descripción del Proceso
1-3
secreción polisacárida producida por las bacterias. Las bacterias que se utilizan en el proceso
de lodos activados son las que están adaptadas a diversas fuentes de nutrición.
Estas bacterias se pueden clasificar en heterotróficas y en autotróficas, las bacterias
heterotróficas utilizan compuestos orgánicos como fuentes de energía y de carbono para llevar a
cabo sus ciclos de vida; además se pueden clasificar de acuerdo a sus requerimientos de
oxígeno disuelto (DO – Dissolved Oxygen); las aerobias requieren de oxígeno disuelto para
subsistir; las anaerobias proliferan en ausencia de oxígeno disuelto; y bacterias facultativas que
prefieren funcionar en presencia de oxígeno disuelto, sin embargo también pueden actuar en
ausencia de éste por un período tan largo como se lo permita la fuente de carbono disponible.
Las bacterias autotróficas utilizan el dióxido de carbono como fuente para obtener carbono y
oxidar componentes inorgánicos para obtener energía. En el proceso de lodos activados, las
bacterias nitrificantes, nitrosomonas y nitrobacters son bacterias autotrópicas importantes.
Los protozoos, tales como los flagelados, ciliados y amebas, son bastante menos
abundantes que las bacterias, pero aún así juegan un importante papel en el proceso de lodos
activados. Los protozoos son animales unicelulares que también se reproducen por fisión
binaria, tienen sistemas digestivos complejos que ingieren materia orgánica sólida, la que éstos
utilizan como fuente de energía y carbono. Los protozoos son mucho más grandes que las
bacterias, sus tamaños fluctúan entre 10 a 500 micrones y son una conexión importante en la
cadena alimenticia del lodo activado, debido a que éstos consumen bacterias para cubrir en
gran parte sus requerimientos nutricionales. Esto no sólo parece remover el exceso de bacterias
de las aguas residuales, si no que parece estimular el crecimiento de bacterias saludables, lo
que genera una producción de flóculos en forma mucho más rápida y ayuda en la clarificación
del efluente. La Figura 1.3 muestra el contraste entre los tamaños de las bacterias y los
protozoos Figura 1.3 – Comparación de bacterias con respecto a los protozoos
Figura 1.3 Comparación entre una Bacteria y Varios Protozoos
Durante el proceso de lodos activados es posible encontrar un cierto número de
protozoos. Los protozoos más comunes son los ciliados. Estos tienen cilios, los que se
presentan como pequeñas proyecciones con forma similar a la de un cabello, que les permiten
impulsarse en su medio para alimentarse. Los ciliados pueden ser del tipo nadador o con tallo
(estáticos). Los ciliados nadadores, tales como los paramecios, utilizan los cilios para
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1-4
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
movilizarse y obtener alimento. Los ciliados con tallo, tales como las Epistylis, utilizan los cilios
para girar sus cabezas y atrapar los alimentos.
Otro tipo de protozoos que se encuentran frecuentemente en el licor mezclado son las
sarcodinas, más conocidas como amebas. Las amebas utilizan unas proyecciones irregulares
con forma de dedos llamadas pseudópodos o pies falsos y una baba que les permite moverse
para obtener alimento. La ameba extiende uno de los pseudópodos en la dirección hacia la que
desea moverse, lo que activa el flujo de protoplasma dentro del pseudópodo permitiendo el
movimiento completo del microorganismo.
Los Flagelados son otro tipo de protozoo que se encuentra comúnmente en el lodo
activado. El más conocido es el Euglena. Los flagelados se transportan para alimentarse
agitando una o más de sus proyecciones con forma de cabello, conocidas como flagelos.
Los Rotiferos son animales multicelulares muy simples que se encuentran presentes en
el lodo activado. Ellos proliferan únicamente en ambientes aeróbicos, consumen nutrientes
sólidos, incluyendo bacterias y partículas que no floculan, éstos utilizan cilios ubicados sobre sus
tallos para atrapar alimento.
Los Hongos (levaduras y mohos), son plantas microscópias no fotosintéticas. Ellas no
juegan ningún papel en el proceso de lodos activados. Su presencia en el licor es signo de
advertencia cuando se presentan condiciones anormales, como por ejemplo cuando se produce
un descenso en el pH.
Las Algas son plantas fotosintéticas microscópicas. Son autotróficas (utilizan el dióxido
de carbono como fuente de carbono), y necesitan de nitrógeno, fósforo y luz solar para poder
desarrollarse. Las algas no deberían estar presentes en grado importante dentro de los
reactores biológicos. Sin embargo, generalmente son una molestia en los vertederos
clarificadores del efluente y tanques donde se presentan condiciones favorables para su
crecimiento.
Debido a que los microorganismos se encuentran comúnmente en el licor mezclado
tienen requerimientos variados de alimento y diversos ciclos reproductivos, y prevalecen
diferentes tipos en cada etapa del proceso de tratamiento. Es vital el conocimiento del estado
de la biomasa para la efectiva toma de decisiones en el control del proceso.
Existen tres etapas de vida para la totalidad de la población de microorganismos,
etapas a las que los operadores deben estar atentos; crecimiento exponencial, fase
estacionaria, y muerte celular. La relación estrecha que ayuda a definir las tres etapas es el
equilibrio entre el alimento [Demanda Biológica de Oxígeno - DBO] , y la masa de
microorganismos, se conoce como razón alimento microorganismo. (F/M) [Food Microorganism].
Durante la fase de crecimiento exponencial, existe un exceso de materia orgánica
disponible. El crecimiento de la población de microorganismos está limitado únicamente por el
período de tiempo que éstos toman en reproducirse. Los procesos de lodos activados no son
operados con este rango, porque hay mucha materia orgánica aún en el sistema y las
características de sedimentación de un crecimiento exponencial de la biomasa es muy
deficiente.
La disminución en el crecimiento se produce cuando el suministro de alimento
disminuye y los microorganismos tienen que trabajar más arduamente para obtener una nutrición
que comienza a escasear. La tasa de reproducción disminuye en forma gradual. Las
características de sedimentación mejoran ostensiblemente durante esta etapa. En la fase
estacionaria, se presenta una alimentación inadecuada para mantener la biomasa. Algunos
microorganismos carecen de alimentación y mueren, mientras que otros utilizan su propio
protoplasma como fuente de energía. La Figura 1.4 muestra la relación entre las tres etapas de
crecimiento.
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Descripción del Proceso
1-5
Figura 1.4 Curva de crecimiento de los microorganismos
La mayoría de los procesos de lodos activados operan al final de la fase estacionaria o al
inicio de la fase de muerte celular, como se puede apreciar en el círculo marcado en la figura
1.4. En este segmento, el licor mezclado sedimenta en forma apropiada en los clarificadores, se
ha removido gran parte de la carga orgánica original, y se optimiza la energía utilizada, ya que
los períodos de aeración no son excesivamente prolongados.
1.5
Objetivos del proceso
Al principio de este capítulo se mencionaron los componentes utilizados en el proceso de
lodos activados y sus funciones. Se definió también el apropiado manejo de los diversos tipos
de microorganismos. En esta sección se abordarán los objetivos a lograr a través de la exitosa
operación de estos sistemas.
La mayoría de los microorganismos del lodo activado requieren de oxígeno para
consumir y metabolizar los contaminantes presentes en las aguas residuales. Los niveles de
contaminación se pueden medir mediante la evaluación de la cantidad de oxígeno requerida para
metabolizar la totalidad de la materia orgánica que puede ser consumida por los
microorganismos. Esta evaluación se refiere a la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de las
aguas residuales a tratar. Este se puede dividir en dos categorías, DBO carbonosa y DBO de
compuestos nitrogenados. La demanda (DBO) carbonosa se mide por medio de la prueba de
DBO carbonosa (CBOD – carbonaceous biochemical oxygen demand- [DBOC]), y se expresa
en función del número de días después de los cuales se medirá el uso de oxígeno. Entre las
pruebas utilizadas más comúnmente podemos encontrar la prueba de DBO de 5 días más
conocida como DBO5 , en que en nivel de oxígeno se mide después de cinco días.
La DBO consiste en de una fracción soluble o disuelta y una fracción particulada. Los
procesos convencionales de lodos activados se diseñan para remover solo la DBO carbonosa
de las aguas residuales.
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1-6
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
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Descripción del Proceso
1-7
La demanda de oxígeno de los compuestos nitrogenados (nitrogenous biochemical
oxygen demand – [DBON]), es la medición del oxígeno que se requiere por medio de bacterias
nitrificantes para convertir el nitrógeno de amoníaco a nitrito y nitrato. Los requerimientos
combinados para disminuir la DBOC y la DBO de compuestos nitrogenados constituyen el
requerimiento total de oxígeno para el proceso de lodos activados con nitrificación. La figura 1.5
muestra el patrón típico que se observa durante el cambio en el consumo de oxígeno v/s tiempo
para la DBO carbonosa y de compuestos nitrogenados.
Figura 1.5 Curvas típicas de demanda de oxígeno para DBO carbonosa y DBO de
compuestos nitrogenados
Otros de los objetivos del proceso son la remoción de amoníaco (un compuesto que
contiene nitrógeno), la reducción de concentraciones de sólidos en suspensión totales y el
mantenimiento de un pH balanceado. El amoníaco presente en el efluente del proceso de lodos
activados puede afectar en forma adversa en los cauces y ríos que reciben el efluente, debido a
su alta demanda de oxígeno, obteniendo como consecuencia el agotamiento de las aguas
receptoras. En altas concentraciones, el amoníaco puede eliminar cualquier forma de vida
acuática.
Es determinante la disminución de los sólidos en suspensión totales (SST) [TSS – Total
Suspended Solids), en el efluente a un punto en que los sólidos no interfieran con los procesos
de desinfección ni tampoco con la turbidez de los cauces receptores. Los sólidos en suspensión
son removidos en los clarificadores. Es también muy importante el mantener un pH neutral
durante el proceso. Las descompensaciones en los niveles de pH pueden ocasionar muchos
problemas, debido a que inhibe el crecimiento de una población de microorganismos saludable,
causando daños en los equipos que componen el proceso (corrosión de metales, etc.),
interrumpiendo los procesos de nitrificación (si se están utilizando), propiciando la necesidad de
adición de costosos productos químicos para corregir los niveles de pH antes de la descarga del
efluente. La tabla 1.1 muestra los rangos típicos para la DBO5, SST, pH y parámetros de
amoníaco contenidos en el afluente y en el efluente en los procesos de lodos activados.
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1-8
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
DBO5
SST
Amoníaco
PH
Afluente
Efluente
100 – 300 mg/L
100 – 300 mg/L
10 – 30 mg/L
6.5 – 8.5
5 – 20 mg/L
5 – 30 mg/L
< 2 mg/L
 7.0
Tabla 1.1 Valores típicos de un proceso de lodos activados
En procesos convencionales de lodos activados, mantener un pH neutral estable
generalmente no es un problema a menos que la planta de tratamiento reciba un caudal
industrial significativo. Sin embargo, gracias al proceso de nitrificación hay consumo de
alcalinidad; mantener un pH neutral puede ser un inconveniente si el afluente no contiene la
alcalinidad suficiente como para amortiguar el pH en forma adecuada.
En resumen, los objetivos principales del proceso de lodos activados son la remoción de
DBOC, la nitrificación (si se requiere), la remoción de SST, y el mantenimiento de un pH neutral.
Una vez que se han establecido y han coincidido consistentemente los niveles deseados para
los parámetros del efluente en cuestión, existen objetivos de proceso adicionales que alcanzar
para la optimización del proceso y la disminución de los costos operacionales. Esto incluye la
reducción de la cantidad de sólidos que se han producido y la optimización en el uso de la
energía.
Modalidades de procesos de lodos activados
A través de los años, se han realizado muchas variaciones a los diseños de procesos de
lodos activados para reducir las dimensiones de los reactores, reducir los costos, simplificar las
operaciones o adaptar las condiciones del lugar de ubicación específico. En esta sección, se
hará una revisión de varios de los tipos de proceso más exitosos.
El reactor de flujo pistón (Figura 1.6) es una de las formas de reactores biológicos más
comunes y antiguas, éste utiliza largos tanques que pueden ser dispuestos lado a lado o en una
configuración enlazada, en tanto se mantenga el largo del trayecto. El tipo de flujo pistón es
también conocido como proceso de lodos activados convencional, esto debido a que el largo del
reactor y su forma angosta, no permiten que el flujo se entremezcle. En un reactor de flujo
pistón ideal, las partículas abandonan el reactor en el mismo orden en que entraron, esto
asegura que el agua residual permanezca el tiempo suficiente dentro del reactor como para que
se efectúe el tratamiento completo.
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Descripción del Proceso
1-9
Figura 1.6 Proceso de flujo pistón o convencional
Una de las características del diseño de flujo de pistón es que la carga orgánica más alta
se encuentra en el extremo de ingreso del afluente al reactor. La carga disminuye a medida que
el flujo se moviliza a través del reactor y los microorganismos metabolizan la materia orgánica
contenida en el agua residual. Con el objeto de equiparar el suministro de oxígeno con la
demanda biológica se utiliza la aeración gradual en la que se suministra más aire a la entrada
que cerca de la salida. Los reactores de flujo pistón pueden lograr un efluente de muy alta
calidad en sistemas con un afluente consistente. Sin embargo, si el afluente experimenta
condiciones de fluctuación los microorganismos pueden ser sometidos a concentraciones de
amplia fluctuación desde las cargas del afluente y quizás no tengan tiempo para ajustarse. De
este modo, la calidad del efluente disminuye considerablemente.
En un reactor de lodos activados de mezcla completa (Figura 1.7), las características
del licor son similares en todo el reactor. Esto quiere decir, que el agua residual afluente se
distribuye rápidamente y las características de operación medidas en términos de sólidos, tasa
específica de aumento de oxígeno, SSLM (sólidos en suspensión en el licor mezclado), y
concentración de DBO soluble son muy similares en todo el reactor. Debido a que todo el
contenido del reactor está bien mezclado y es de la misma calidad, todos los microorganismos
se encuentran disponibles para tratar al afluente. Esta es la razón primaria por la que el reactor
de mezcla completa tiene la gran capacidad de manejar altas cantidades (peaks) picos de carga
orgánica con un efecto negativo mínimo sobre la calidad del efluente.
Figura 1.7 Proceso de Mezcla Completa
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1-10
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
El modo de estabilización de contacto (Figura 1.8) requiere de un reactor de contacto de
corto plazo en el que se absorbe el alimento, un clarificador, y un reactor de re-aeración de lodo
con aproximadamente seis tiempos de detención del reactor de contacto. Una vez que la materia
orgánica ha sido absorbida ésta es hidrolizada en el reactor de re-aeración de lodos y luego
devuelta al líquido antes de la estabilización final en el reactor de contacto. Este modo se utiliza
habitualmente en plantas con flujos relativamente pequeños. El reactor de re-aeración de lodos
ofrece más flexibilidad al operador para proteger la biomasa y para evitar la filtración de sólidos
en el proceso cuando se producen flujos punta.
Figura 1.8 Proceso de estabilización de contacto
La alimentación por etapas (proceso también conocido como aeración por etapas),
(Figura 1.9) es una modificación del diseño de flujo pistón. El afluente puede ser alimentado
desde uno o más puntos a lo largo del reactor biológico. Esto ayuda a distribuir la carga
orgánica en forma más equitativa por todo el reactor, produciendo una demanda de oxígeno más
uniforme. Los reactores de alimentación por etapas pueden diseñarse con flexibilidad para
operar como estabilización de contacto, flujo pistón, y una condición que se aproxime a la mezcla
completa (si se alimenta a todos los puertos por igual).
Figure 1.9 Proceso de alimentación por etapas
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Descripción del Proceso
1-11
El proceso de alta carga (Figura 1.10) es una variación del proceso de mezcla completa,
que opera con una carga orgánica muy alta por unidad de volumen de reactor biológico. Los
rangos de lodo activado de recirculación son altos para mantener una alta concentración de
microorganismos en los reactores. A pesar de que los sistemas de alta carga pueden hacer que
la calidad del efluente se aproxime a la obtenida por el sistema convencional, los sistemas de
alta carga deben ser operados con especial cuidado. Los clarificadores de estos sistemas son
más propensos que otras variedades de proceso a la pérdida de sólidos.
Figure 1.10 Proceso de alta carga
El proceso de lodos activados por aeración extendida (Figura 1.11), tiene un período de
aeración típica de 24 horas o más. Debido a que se requiere un reactor de gran tamaño, estos
sistemas son usados para tratar bajos flujos de aguas residuales. La baja carga orgánica en
estos sistemas requiere que los microorganismos compitan por alimento, y al mismo tiempo
utilicen su propia masa celular para producir energía. Este es el período de muerte celular o
respiración endógena y lleva a una baja producción de lodos. Las ventajas de este tipo de
proceso implican el hecho de que el sistema es muy estable y maneja muy bien las condiciones
de fluctuación del afluente debido a que el gran volumen de aeración proporciona una
regulación de los efectos de las cargas pico. Otra ventaja es la baja producción de sólidos que
resulta de la respiración endógena asociada con estos sistemas.
Figura 1.11 Proceso de aeración extendida
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1-12
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
La zanja de oxidación corresponde a un diseño de reactor (Figura 1.12) que es una
variación del proceso de aeración extendida. Típicamente, el agua residual es bombeada
alrededor de un trayecto circular u ovalado, impulsada por un aereador mecánico o un dispositivo
de bombeo en uno o más puntos a lo largo del trayecto del flujo. El efluente sale a un clarificador
donde sedimentan los sólidos y se bombea el RAS (Return Activated Sludge) [Lodo activado de
recirculación], de vuelta a la zanja.
Figura 1.12 Zanja de oxidación
En la mayoría de los procesos de lodos activados, se suministra aire en forma mecánica a los
reactores biológicos para abastecer de Oxígeno Disuelto a los microorganismos. Sin embargo,
en el proceso de lodos activados de oxígeno de alta pureza, se introduce oxígeno gaseoso
dentro de los reactores. El uso de oxígeno gaseoso hace posible la obtención de altas
concentraciones de Oxígeno Disuelto, lo que a cambio permite mantener una alta concentración
de MLSS (Sólidos en suspensión en el Licor Mezclado).
El proceso de oxígeno de alta pureza más común utiliza un reactor de flujo pistón que se cubre
para retener el oxígeno gas y obtener un alto grado de utilización del oxígeno (Figura 1.13). El
agua residual, el RAS (Lodo Activado de Recirculación) y la alimentación de oxígeno gaseoso y
entran en la primera etapa de este sistema y fluyen en conjunto a lo largo del reactor. Estos
sistemas pueden manejar altas cargas orgánicas con cortos períodos de aeración debido a sus
elevadas concentraciones de MLSS (Sólidos en suspensión en el Licor Mezclado). Las tres
fuentes más comunes de suministro de oxígeno son el oxígeno líquido en camiones, Generación
de oxígeno criogénico y generación de oxígeno utilizando membrana permeable (PSA).
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Descripción del Proceso
1-13
Figura 1.13 Proceso de oxígeno de alta pureza
El reactor SBR [SBR – Sequencing Batch Reactor] es un proceso de llenado y vaciado
que involucra un solo reactor de mezcla completa donde suceden las diversas fases del
tratamiento. No se requiere incorporar un clarificador por separado. Como resultado de la
naturaleza de la carga del proceso, se requiere de reactores de ecualización de flujo o reactores
múltiples para ajustar el ingreso continuo de aguas residuales a la planta de tratamiento. Este
proceso de carga permite a los operadores tener un alto nivel de control sobre la calidad del
efluente.
La fotografía muestra cuatro reactores SBR independientes que son alimentados con
aguas residuales en forma alternada.
Figura 1.14 Dependencias SBR
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1-14
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
El Ciclo de tratamiento de un SBR es el siguiente:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Llenado (se alimenta el reactor con aguas crudas o aguas residuales sedimentadas)
Reacción (el contenido del reactor se airea y se mezcla)
Sedimentación (Los MLSS sedimentan y se separan del agua residual tratada)
Extracción (el agua residual es decantada o separada por la parte superior del reactor)
Remoción (el lodo de descarte es removido desde el fondo del reactor). El resto de lodo se
devuelve al reactor para proveer de biomasa al próximo ciclo de ingreso de aguas residuales
a tratar.
Como se puede observar, existen muchas variedades de prceso de lodos activados
disponibles de acuerdo a los requerimientos específicos de cada sitio. Es importante tener
en consideración la disponibilidad de recursos y las necesidades de tratamiento al momento
de planificar un nuevo sistema, de manera que se pueda asegurar la implementación de un
proceso que se ajuste exactamente a los requerimientos. Es también importante que los
operadores conozcan los cambios operacionales que pueden efectuar para optimizar un
proceso una vez instalado.
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Descripción del Proceso
1-15
Cuestionario del Capítulo
1.
En el proceso de lodos activados, los microorganismos transforman la materia orgánica
en:
a.
Células nuevas, dióxido de carbono y agua
b.
Células nuevas, amoníaco y agua
c.
Dióxido de carbono, agua y nitrato
d.
Dióxido de carbono, agua y cloro
2.
Los componentes básicos del proceso de lodos activados son:
a.
Espesadores y digestores
b.
Rejas y clasificadores
c.
Filtros de arena y cámaras de cloración de contacto
d.
Reactores biológicos y clarificadores
3.
Los sólidos que sedimentan al fondo de los clarificadores y son bombeados de vuelta la
cabecera de los reactores biológicos se llaman:
a.
RAS (Lodo activado de recirculación)
b.
WAS (Lodos activados de purga)
c.
TSS (Sólidos en suspensión Totales)
d.
Cloro Residual Total
4.
El tiempo que los microorganismos permanecen en el proceso de lodos activados antes
de ser descartados se llama:
a.
Cloro Residual Total
b.
MLSS (Sólidos en suspensión en el Licor Mezclado)
c.
MCRT (Tiempo promedio de residencia de las células)}
d.
WAS (Lodos activados de purga)
5.
El proceso de división de una célula madura en dos nuevas células se conoce como:
a.
Deducción Celular
b.
Fisión Binaria
c.
Degradación Bacterial
d.
Reseccionamiento
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1-16
Manual de Entrenamiento de Lodos Activados
6.
Los Protozoos son:
a.
Bacterias
b.
Plantas microscópicas
c.
Animales unicelulares
d.
Gusanos
7.
Los procesos convencionales de lodos activados son diseñados para remover la DBO
carbonosa soluble de las aguas residuales.
a.
Verdadero
b.
Falso
8.
El modo de proceso de estabilización de contacto involucra a un reactor de contacto y un
reactor de re-aeración en un solo proceso convencional de lodos activados.
a.
Verdadero
b.
Falso
9.
¿Cuál de los siguientes diseños de reactor es más similar al diseño de flujo pistón?
a.
Estabilización de Contacto
b.
Alimentación por Etapas
c.
Mezcla Completa
d.
Zanja de Oxidación
10.
Los procesos de lodos activados con oxígeno de alta pureza operan con más altos
niveles de ________________ que otros procesos, lo que permite manejar altas cargas
orgánicas con períodos de aeración más cortos.
a.
DBO
b.
MLSS
c.
Amoníaco
d.
PH
Respuestas en Página K-1
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Descripción del Proceso
1-17