FT-BIO-001

FT-BIO-001
FICHAS TÉCNICAS DE PROCESOS UNITARIOS
DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS
DE LA INDUSTRIA TEXTIL
FANGOS ACTIVOS
SERIE: TRATAMIENTOS SECUNDARIOS TÍTULO
FANGOS ACTIVOS (FT-BIO-001) Fecha de elaboración
Mayo de 2015
Revisión vigente
FANGOS ACTIVOS
FANGOS ACTIVOS (FT-BIO-001)
Fecha
Mayo de 2015
Autores
Alfredo Jácome Burgos
Joaquín Suárez López
Pablo Ures Rodríguez
FT-BIO-001
FANGOS ACTIVOS
FT-BIO-001
ÍNDICE
1.- DESCRIPCIÓN
2.- DISEÑO
2.1.- Caudales y cargas de contaminación
2.2.- Parámetros básicos del reactor biológico
2.3.- Volumen del reactor
2.4.- Capacidad de oxigenación requerida
2.5.- Rendimiento
3.- DECANTACIÓN SECUNDARIA
3.1.- Variables de diseño
3.2.- Criterios generales de diseño
4.- ÁREAS REQUERIDAS
5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL
6.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
7.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
BIBLIOGRAFÍA
ANEXO 1.- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
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1.- DESCRIPCIÓN
El tratamiento secundario de las aguas residuales conlleva la implementación de un reactor biológico y, como
norma general, su correspondiente decantador secundario. En el reactor biológico se estimula el crecimiento
controlado de una biomasa o biocenosis, integrada fundamentalmente por un cultivo bacteriano, cuya finalidad
es la biodegradación u oxidación de contaminantes. En el decantador secundario se procede a la separación final
sólido – líquido para obtener el efluente secundario que, en su caso, será vertido al medio receptor.
En los reactores la biocenosis puede desarrollarse, al menos, de dos formas: 1) como biomasa en suspensión en el
seno del líquido (por ejemplo: proceso de fangos activos en sus diversas variantes), o 2) como biomasa adherida a
un soporte o material de relleno del reactor (los llamados procesos biopelícula, por ejemplo: lechos bacterianos,
biodiscos, lechos sumergidos, etc.).
Los reactores o procesos biológicos que emplean biomasa en suspensión aerobia, tradicionalmente han sido
conocidos como procesos o reactores de fangos activos. Estos han sido categorizados, en función de la carga
másica de diseño, en tres grandes grupos: fangos activos de baja carga (aireación prolongada, canales de oxidación,
etc.), de media carga (o convencional) y de alta carga.
El objetivo de este documento consiste en estandarizar el diseño del tratamiento secundario basado en el proceso
de fangos activos. El diseño estandarizado incluye el reactor biológico y su decantador secundario.
Todo proceso de fangos activos es un sistema que comprende el tanque del reactor biológico con su equipo de
aireación y el tanque decantador secundario, y ambos tanques conectados a través de la recirculación de lodos.
AGUA RESIDUAL
BRUTA
AGUA TRATADA
REACTOR
DECANTADOR
PURGA DE
FANGOS EN EXCESO
RECIRCULACIÓN DE FANGOS
PURGA DE
FANGOS EN EXCESO
AGUA RESIDUAL
BRUTA
AGUA TRATADA
REACTOR
DECANTADOR
RECIRCULACIÓN DE FANGOS
Figura 1.- Esquemas con los elementos básicos de un proceso de fangos activos.
En el proceso se lleva a cabo una biodegradación aerobia de la materia orgánica (DBO o DQO) del agua residual
pretratada así como una estabilización aerobia de una fracción significativa de los lodos (también llamados fangos)
secundarios producidos. Así, el proceso de fangos activos de baja carga se caracteriza por una producción de lodos
muy estabilizados. Los resultados esperados son:

Elevados rendimientos de eliminación de materia orgánica (DBO5 y DQO) y una nitrificación de nitrógeno
amoniacal, abriéndose la posibilidad de desnitrificar.

Capacidad de tratamiento de un amplio rango de cargas, debido al gran volumen resultante del
dimensionamiento que permite amortiguar elevadas puntas de carga contaminante.

Debido a la ausencia de una decantación primaria no se produce lodo primario bruto sin tratar.
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
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El exceso de fangos purgado puede estar estabilizado en tal grado que, aun siendo biológicamente
activo, podría ser almacenado, deshidratado o utilizado sin una emisión significativa de malos olores.
2.- DISEÑO
2.1.- Caudal y carga contaminante
Los caudales de interés para diseño serán el caudal diario medio total de aguas residuales, Qmedio y, en su caso, el
caudal máximo horario, QHp.
Como se verá en el apartado correspondiente, la ratio SS/DBO5 afluente se considera un criterio de diseño.
Adicionalmente, de cara al diseño de la aireación del reactor biológico se tendrá en cuenta la punta de
concentración de DBO5. Dicha punta será de 1,5.
De existir en la EDAR un tanque de homogenización no será necesario tener en cuenta el caudal ni la concentración
máxima para el diseño del reactor biológico.
2.2.- Parámetros básicos del reactor biológico
Los parámetros más importantes para el dimensionamiento del reactor de fangos activos son:

Carga másica: consiste en los kg de materia orgánica (como DBO5) alimentados durante 1 día al reactor
por cada kg de biomasa presente:
.1
Donde:
Qmedio = caudal diario medio total (m3/d)
L0 = concentración media diaria de DBO5 total de entrada al reactor (kg/m3)
X = concentración de sólidos en suspensión en el licor mezcla (kg SSLM/m3)
CM = carga másica (kg DBO5/kg SSLM/d) o (d-1)

Carga volumétrica: consiste en los kg de materia orgánica (como DBO5) alimentados durante 1 día al
reactor por metro cúbico de reactor: .2
Donde:
CV = carga volumétrica (kg DBO5/m3 reactor/d)

Tiempo de retención celular (o edad del fango): corresponde al tiempo de permanencia de la biomasa
en el reactor. Se expresa en días, y es el parámetro que controla o selecciona el tipo de cultivo bacteriano
a desarrollarse:
.3
Donde:
TRC = tiempo de retención celular (días)
Pf = producción de lodos en exceso (kg/d)

Tiempo de retención hidráulica:
.4
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Donde:
TRH = tiempo de retención hidráulica (horas)
2.2.1.- Otras variables básicas que afectan al funcionamiento del reactor biológico

Necesidades de oxígeno: se deben al oxígeno consumido en la oxidación de materia orgánica, a la
demanda debido a la respiración endógena de la biomasa y a la nitrificación total del NTK oxidable.
Para eliminación de carbono (modelo general):

NcOx C  a  Q medio  L 0  L ef

b V  X
Ec . 5
Donde:
NcOxC = necesidades medias de oxígeno para eliminación de carbono (kg/d)
Lef = concentración media diaria de DBO5 total efluente decantado (kg/m3)
a = coeficiente de utilización de oxígeno para síntesis (kg O2/kg DBO5) (tabla 1)
b = coeficiente de respiración de la biomasa (d-1) (tabla 2)
Tabla 1.- Valores del coeficiente a en función de la carga másica
CM (d-1)
a(kgO2/kgDBO5)
≤ 0.05
0.66
0.10
0.652
0.15
0.625
0.20
0.590
0.30
0.555
0.40
0.53
 0.50
0.5
Tabla 2.- Valores del coeficiente b en función de la carga másica
CM (d-1)
b(d‐1)
0.05
0.041
0.075
0.054
0.10
0.067
0.15
0.080
0.20
0.092
0.30
0.109
 0.40
0.118
Por su parte, el consumo para nitrificación se obtiene de:
NTK oxid 
NcOx N  4 .6 · Q medio
Ec . 6
Donde:
NcOxN = necesidades medias de oxígeno para nitrificación (kg/d)
NTKoxid = concentración media diaria de NTK oxidable afluente al reactor (kg/m3)
El NTKoxid se estima a partir de las siguientes hipótesis:
o Hasta un 4% del NTK afluente es no biodegradable
o Un 2% del NTK afluente no sufre amonificación
o Hasta un 15% del NTK afluente se va con los fangos en exceso y con los SS del efluente
o Al menos un 1 % del NTK afluente sale en forma de amonio en el efluente
Es decir, que del NTK afluente al reactor se estima que un 80 % será oxidable y que por lo tanto consumirá
oxígeno en una proporción de 4.6 kg O2/kg NTK.
En el caso de no existir tanque de homogenización, a partir de las necesidades medias de oxígeno se
estimará por separado las necesidades punta de oxígeno para oxidación orgánica y para nitrificación. Para
ello, se afectará cada una de las necesidades medias con el coeficiente punta de caudal y el coeficiente
punta de concentración. La parte correspondiente a las necesidades de oxígeno debido a la respiración
endógena de la biomasa no se debe afectar por ningún coeficiente punta. Además, se considerará que
las puntas de contaminación por DBO y NTK no son simultáneas.

NcOx C , punta  a  Q medio  L 0  L ef
NcOx N , punta  4.6 · Qmedio
En las ecuaciones anteriores:
 C P ,ox , C
NTK oxid 
 b V  X
C P,ox, N
Ec . 7
Ec. 8
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CP,ox,C = coeficiente punta de oxígeno para síntesis orgánica
CP,ox,N = coeficiente punta de oxígeno para nitrificación
Para síntesis orgánica: CP,ox,C = (0.45 PC + 55)  100
Ec. 9
Para nitrificación: CP,ox,N = 1,3649 ln(PN/100) + 0,71771
Ec. 10
Donde, PC y PN son los factores punta de carga contaminante para DBO5 y amonio. Estos factores resultan
de combinar el coeficiente punta de caudal de tiempo seco con el coeficiente punta de concentración del
contaminante, es decir:
PC = CP,Q * CP,DBO5 * 100
Ec. 11
PN = CP,Q * CP,N * 100
Ec. 12
A falta de datos de campo, se adoptará 1.50 como valor del coeficiente punta de concentración tanto de
DBO5 como de NTK.
Finalmente, las necesidades de oxígeno punta, NcOxpunta, se estimarán mediante una de las dos siguientes
expresiones:
Si NcOxC,punta  NcOxN,punta:
Ec. 7
Ec. 6
,
Ec. 8
,
4.6
4.6
En caso contrario:
Ec. 5
,
,
Nota: cuando se disponga de registros históricos, los coeficientes puntas ponderados se podrán obtener
directamente de un tratamiento estadístico.

Producción de lodos diaria: se debe al crecimiento o síntesis celular (término positivo en el balance), al
decaimiento de una fracción de la biomasa (término negativo en el balance) y a la acumulación de sólidos
no biológicos por factores como adsorción, atrapamiento, etc. (término positivo en el balance).
100
1.2 .
0.5
0.6 .13
Donde:
E = rendimiento en eliminación de DBO5 (%)
B1 = ratio SS/DBO afluente al reactor
En la Ec. 13, el término “[1.2 CM0.23 + 0.5 (B1 – 0.6)]” representa la producción específica de lodos, Pfa, en
kg SS por kg de DBO5 eliminado.
En cualquier caso, queda establecido que la Pfa no será inferior a 0.8 kg SS/kg DBO5 eliminado.

TRC de funcionamiento: Combinando las Ecs. 1, 3 y 12, se obtiene para el TRC de funcionamiento:
1
100
. 14
Por ejemplo, el TRC mínimo de funcionamiento para las CM típicas, bajo las hipótesis de E = 100 y Pfa= 1
kg/kg, serían:
CM (d-1)
TRC (días)
0.05
20
0.075
13
0.10
10
0.20
6.9
0.30
4.6
0.40
3.5
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
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Temperatura mínima para alcanzar una nitrificación total: en verano la temperatura elevada favorece
la nitrificación. Por lo tanto, es necesario evaluar, para las CM y TRC típicos, la temperatura mínima a la
cual se produciría una nitrificación total. Para lo cual se usará el siguiente modelo:
1
,
,
1,123
1,029
1
.15
Donde:
FS = factor de seguridad para nitrificación (oscila entre 1 y 1.5)
f = fracción anóxica del reactor
μm,20 = tasa máxima de crecimiento específico de nitrificantes a 20 ºC (d-1)
bN,20 = coeficiente de respiración endógena de nitrificantes a 20 ºC (d-1)
T = temperatura mínima para una nitrificación total (ºC)
“Por ejemplo”, si se adopta FS = 1.25, f = 0, μm,20 = 0.4 d-1 y bN,20 = 0.04 d-1, se obtiene el siguiente cuadro
de temperaturas mínimas necesarias para una nitrificación total a las CM y TRC de funcionamiento típicos:
CM
TRC
Temperatura
(d )
(días)
(ºC)
0.05
20
8.0
0.075
13
10.8
0.1
10
12.5
-1

0.15
6.7
15.5
Tasa de recirculación de lodos: consiste en la ratio entre el caudal de recirculación de lodos, QR, y el
caudal de tratamiento:
.16
En todo caso, la capacidad del sistema de recirculación de lodos no será inferior al 200% del caudal
medio diario total.
Otro criterio de funcionamiento y/o diseño que se establece es:

La concentración XR será de 6.000 mg SS/L (= 6 kg/m3).
2.3.- Criterios generales de diseño del reactor biológico
En la siguiente tabla se establecen los valores de los parámetros de diseño del reactor biológico:
Tabla 3.- Valores de diseño para el reactor de fangos activos.
Parámetro
CM
(kg DBO5/kg SSLM/d)
Baja carga
0.070
X
(mg/L)
XR
(mg/L)
 3.000
Media carga
0.15 para un 92% de
reducción de DBO5
0.50 para un 88% de
reducción de DBO5
 3.000
 6.000
 6.000
2.4.- Volumen del reactor
El volumen del reactor, V, se obtiene a partir de la carga másica de diseño. Despejando de la Ec. 1:
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Los criterios de dimensionamiento para calcular el volumen requerido del reactor serán:


La concentración X será igual a 3.000 mg SSLM/L (= 3 kg/m3).
La carga másica será menor o igual que 0.070 kg DBO5/kg SSLM/d.
2.5.- Capacidad de oxigenación requerida
La capacidad de oxigenación requerida (CO) representa las necesidades reales o corregidas de oxígeno. La CO se
basará en las necesidades punta de oxígeno (NcOxpunta):
1
. 17
Donde:
CO = capacidad de oxigenación requerida (kg/h)
C10 = concentración de oxígeno disuelto a saturación a 10 ºC (≈ 11 mg/L)
C20 = concentración de OD a saturación a 20 ºC en agua limpia (≈ 9 mg/L)
CX = concentración de OD de referencia (= 0.5 mg/L)
 = ratio de eficiencia en la transferencia de oxígeno entre licor mezcla y agua pura.
 = corrección de OD a saturación en licor mezcla (= 0.95).
El coeficiente  depende del tipo de sistema de aireación:

turbinas de superficie = 0.9

difusores burbuja fina = 0.6 a 0.7
En la siguiente tabla se presentan los valores de oxígeno disuelto para las temperaturas más características de
diseño y/o funcionamiento.
Tabla 4.- Hidrosolubilidad de oxígeno (en mg/L).
Temperatura (ºC)
Concentración de cloruros (mg/L)
5.000
10.000
10.73
10.13
9.65
9.14
8.73
8.30
0
11.33
10.15
9.17
10
15
20
2.6.- Rendimiento
El rendimiento de un proceso de fangos activos se obtiene mediante (Eckenfelder, 1980):
Lf 
L0
1 
K
CM

f CM SS ef
Ec. 18
Donde:
Lf = DBO5 efluente decantado ( 25 mg/L)
K = coeficiente cinético a la temperatura de diseño (días-1)
fCM = fracción de DBO aportada por los SS en el efluente decantado (depende de la carga másica)
SSef = concentración de SS en efluente decantado ( 35 mg/L)
Para aguas residuales con tintes de la industria textil el coeficiente cinético K será de 2 a 6 d-1 en un rango de
temperatura de 10 a 22 ºC (Eckenfelder and Grau, 1992). En cuanto a fCM se obtendrá de la siguiente tabla:
Tabla 6.- Valores de fCM en función de la carga másica.
fCM
0.8 CM1/2
= 0.58
CM (d-1)
 0.5
> 0.5
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El primer sumando de la Ec. 18 permite estimar la DBO5 soluble en el efluente decantado. La DBO aportada por los
sólidos en suspensión del efluente debe sumarse a la DBO soluble como paso final en el cálculo del rendimiento
del proceso.
3.- DECANTACIÓN SECUNDARIA
El óptimo diseño de los decantadores secundarios es fundamental para el buen funcionamiento y rendimiento del
proceso biológico. Si los sólidos no son retenidos por el decantador contribuirán a la DBO del efluente y modificarán
la edad del fango en el reactor biológico. El decantador secundario, al mismo tiempo que clarifica el agua debe
conseguir un cierto espesamiento del fango para optimar su recirculación.
En un decantador secundario se diferenciará principalmente entre dos zonas: una en la parte superior, que se suele
denominar zona de agua clarificada, y otra en la parte más profunda, conocida como zona de espesamiento o de
concentración del fango.
Las altas concentraciones de SSLM que provienen del reactor biológico determinan inicialmente una
sedimentación zonal o frenada, próxima al elemento de entrada a la unidad (en el caso de unidades circulares,
dicho elemento sería la campana central deflectora) y luego por compresión en el fondo del decantador. Este tipo
de sedimentación por compresión determina que aparezca un nuevo parámetro de diseño y funcionamiento
llamado carga de sólidos (en kg SS/m2/h).
3.1.- Variables de diseño

Velocidad ascensional o carga hidráulica superficial: se basa en el caudal que realmente atraviesa la
unidad, es decir, aquel caudal que sale por el o los vertederos superficiales de salida (caudal efluente). Así, el
caudal de recirculación de fangos, que también entra en la unidad de decantación, no se tiene en cuenta
porque es retirado por el fondo del decantador, y por lo tanto no influye sobre la velocidad ascensional.
V ASC 
Q
A
Ec.19
Donde:
VASC = velocidad ascensional (m/h)
Q = caudal efluente secundario (m3/h)
A = superficie horizontal de decantación (m2)

Carga de sólidos: define la superficie requerida para un adecuado espesamiento del lodo en la zona inferior
de la unidad (zona de compresión).
. 20
Donde:
CS = carga de sólidos (kg SS/m2/h)
Q = caudal efluente (m3/h)
Qr = caudal de recirculación de lodos (m3/h)
X = concentración de SSLM en reactor biológico (kg/m3)
A = superficie horizontal para compresión de lodos (m2)

Tiempo de retención hidráulica:
TRH 
V
Ah

Q
Q
Ec. 21 Donde:
TRH = tiempo de retención hidráulica (horas)
h = calado bajo vertedero (m)
V = volumen útil de decantación (m3)

Carga hidráulica sobre vertedero: corresponde al caudal efluente por metro lineal de longitud de vertedero
de salida.
FANGOS ACTIVOS
CH V 
Q
LV
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Ec. 22
Donde:
CHV = carga hidráulica sobre vertedero (m3/h/m)
LV = longitud de vertedero (m)
3.2.- Criterios generales de diseño
En la siguiente tabla se establecen los valores de los parámetros de diseño de la decantación secundaria:
Tabla 6.- Valores de diseño para decantador secundario de fangos activos.
Parámetro
VASC
(m/h)
Baja carga
a Qmedio  0.4
 0.8
a Qmáx
Media carga
a Qmedio  0.5
 1.0
a Qmáx
CS
(kg SS/m2/h)
a Qmedio
a Qmáx
 3.0
 6.0
a Qmedio
a Qmáx
 3.0
 6.0
CHV
(m3/h/m)
a Qmáx
 10
a Qmáx
 10
Xr
(mg/L)
H
(m)
6.000
6.000
 3.50 m
(ver apartado 4.2.1 siguiente)
 3.50 m
(ver apartado 4.2.1 siguiente)
En su caso, se comprobará que para el caudal máximo el TRH no será inferior a 3 horas.
3.2.1.- Características geométricas
Se analizan y establecen criterios de forma y geométricos que se tendrán en cuenta para el diseño de las unidades
de decantación.
Para definir los aspectos o características geométricas se va a diferenciar entre decantadores “con” y “sin” rasquetas
barredoras de fondo.
Decantadores con rasquetas
Un decantador provisto de rasquetas barredoras de fondo podrá ser de planta circular o rectangular. En la
práctica, no se ha observado diferencias en los rendimientos atribuibles a la forma del decantador en planta.
Las dimensiones máximas serán:

Circulares: diámetro máximo = 30 metros

Rectangulares:

longitud máxima = 30 metros

anchura máxima = 15 metros
La tabla siguiente establece los calados para decantadores circulares en función del diámetro. Aunque no está
comprobada su aplicación a decantadores rectangulares, se sugiere que pueden ser aplicables, teniendo en cuenta
que los rectangulares no requieren ser más profundos que los circulares.
Tabla 7.- Diámetro de decantador secundario en función del calado bajo vertedero.
Diámetro (m)
< 12
12 a 21
21 a 30
Calado mínimo (m)
3.50
4.00
> 4.00
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h recomendado
La altura de agua o calado se mide desde el labio del vertedero, es decir, se trata del calado bajo vertedero (ver
figura siguiente).
10 %
h = calado bajo vertedero
Figura 2.- Esquema de un decantador secundario con rasquetas. En los rectangulares se suele observar una relación largo/ancho mayor que 3 pero menor que 6.
La pendiente de la solera o fondo para facilitar el barrido y arrastre de lodos hacia la poceta será:
o
o
Circulares:
10 %
Rectangulares: 1%
El tiempo de permanencia de los fangos en la poceta será menor de 3 horas.
En los decantadores circulares el diámetro de la campana central deflectora será de 1/5 a 1/6 del propio diámetro
de la unidad. La altura será de 1/3 de la profundidad máxima.
Decantadores sin rasquetas (tronco-cónicos)
Se trata de decantadores con forma tronco-cónica, también llamados de flujo vertical. Por razones técnicas y
constructivas, el diámetro de los tronco-cónicos no será mayor de 6 m.
La pendiente de la pared de la zona cónica responderá a un ángulo de inclinación mayor o igual que 60 º (ver
figura siguiente).
Para estos decantadores de flujo vertical, la superficie horizontal efectiva se establece en el punto medio de la altura
existente entre la cota de entrada de agua a la unidad (es decir, saliendo de la campana deflectora) y la cota del
nivel libre del agua (ver figura siguiente).
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h ent/2
Superficie horizontal efectiva
hent
h ent/2
Entrada
htot
60º
Figura 3.- Esquema de un decantador secundario tronco-cónico.
4.- EJEMPLOS DE ÁREAS NECESARIAS
4.1.- SUPERFICIE NECESARIA PARA REACTOR BIOLÓGICO DE FANGOS ACTIVOS DE BAJA CARGA
En la siguiente tabla se presenta la demanda de superficie para un reactor biológico de fangos activos de baja carga
para diferentes tamaños de la industria textil expresado en términos del caudal medio de tratamiento. Se considera
que habrá un tanque de homogenización de caudales y concentraciones.
Las hipótesis generales de partida son:


Concentración DBO5 homogenizada = 300 mg/L
Concentración SSLM = 3.000 mg/L
El criterio principal de diseño es la carga másica que no será superior a 0.070 kg DBO5/kg SSLM/d.
La superficie necesaria depende del calado que se adopte para el licor mezcla del reactor. Ya que el método o
sistema de aireación condiciona el calado óptimo, vamos a adoptar para este ejercicio los siguientes calados:


Aireación de turbinas = 3 m
Aireación mediante difusores de fondo = 5 m
Así, se obtiene los siguientes resultados:
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Tabla.- Estimación de superficie necesaria para reactor de fangos activos de baja carga en función del
caudal a tratar
Calado (m)
Caudal
Volumen
3
5
Superficie
Superficie
3
3
2
(m /d)
(m )
(m )
(m2)
20
28.6
10
6
200
285.7
95
57
1000
1428.6
476
286
2000
2857.1
952
571
4.2.- SUPERFICIE NECESARIA PARA LA DECANTACIÓN SECUNDARIA
Para estimar la superficie necesaria de decantación se emplearán los siguientes criterios de diseño:
Velocidad ascensional a Qmedio (VASC) = 0.4 m/h
Carga de sólidos a Qmedio (CS) = 3.0 kg SS/m2/h
Calado mínimo = 4.00 m
Concentración de fangos en la recirculación, Xr = 6.000 mg/L
Tasa de recirculación de fangos, R = 1
Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
Tabla.- Estimación de superficie necesaria para la decantación secundaria del proceso de fangos activos
de baja carga en función del caudal a tratar.
Caudal
Superficie
(m3/d)
(m2)
20
2.1
200
21
1000
104
2000
208
Finalmente, la superficie necesaria mínima para el “tratamiento secundario” se obtiene de sumar la superficie de
reactor más la de decantación. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
Tabla.- Estimación de superficie total mínima necesaria de tratamiento secundario (reactor + decantación).
Caudal (m3/d) 20 200 1000 2000 Calado reactor (m) 3 5 Superficie Superficie total total (m2) 12 116 580 1161 (m2) 8 78 390 780 FANGOS ACTIVOS
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5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA
TEXTIL
El proceso de fangos activos para el tratamiento de aguas residuales industriales con compuestos de lenta o baja
biodegradabilidad, por ejemplo: efluente de operaciones de teñido de textil, suele funcionar con cargas másicas
de 0.15 a 0.4 kg DQO/kg SSLM/d (Metcalf & Eddy, 2003).
El TRH típico es de 12 a 24 horas mientras que el TRC puede llegar hasta los 30 días (rango habitual: 10 a 20 días).
La mayor parte del fango producido es reciclado al reactor biológico. El fango en exceso puede ser deshidratado
sin malos olores en eras o lechos de secado.
Puede ser necesario un selector óxico como primera etapa del reactor para evitar el bulking filamentoso (ver
apartado 9, para la definición del bulking), que es uno de los problemas frecuentes en las EDAR de industrias
textileras que emplean fangos activos de baja carga como tratamiento biológico (Nicolau and Hadjivassilis, 1992).
Para optimizar el crecimiento biológico puede ser necesario la adición de nutrientes (N, P) mediante el uso de
sistemas convencionales de dosificación de productos químicos.
La variante de fangos activos de baja carga denominada canal de oxidación es de uso frecuente como reactor
biológico para el tratamiento de aguas residuales de la industria textil.
6.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
6.1.- Cambios en el caudal o en las características del agua residual
Un problema muy frecuente es el aumento de caudal. Estos caudales provocan tiempos de aireación más cortos o
pérdidas de fangos activos del decantador final por una sobrecarga hidráulica. Para compensar esta situación, se
pueden regular los caudales de recirculación y de evacuación de fangos., manteniendo la mejor cantidad posible
de sólidos en la cuba de aireación. Los cambios de características de las aguas residuales pueden producirse por
vertidos o descargas aisladas, pero también pueden ser estacionales.
6.2.- Cambios en la temperatura
La temperatura influye en el sistema de fangos activos. Durante el verano la instalación de fangos activos puede
trabajar satisfactoriamente dentro de un cierto margen de cargas y de suministro de aire. Pero en invierno cambian
las condiciones óptimas de carga y de aireación, y se requiere menos aire y más sólidos en aireación. Normalmente
no es importante una variación de temperatura menor a 6 ºC.
6.3.- Cambios en el programa de toma de muestras
Los datos sobre el rendimiento del sistema pueden verse muy afectados por los cambios introducidos en el
programa de toma de muestras. Si se emplean muestras tomadas en sitios ·inadecuados y métodos incorrectos de
análisis los resultados de laboratorio pueden variar considerablemente. Cuando los resultados varían mucho de un
día a otro, se comprobarán los puntos de toma de muestras, la hora y los procedimientos del laboratorio.
6.4. - Esponjamiento de los fangos
El esponjamiento es el término que se aplica a la situación en la Que los sólidos del licor mezcla tienden a mostrar
una velocidad de sedimentación muy lenta y se compactan solo hasta un cierto Irmita. El líquido que se separa de
los sólidos es normalmente un efluente cristalino, de elevada calidad, pero no suele haber tiempo suficiente para
que se complete la eliminación de sólidos en el decantador secundario. El manto de fangos se hace mayor y
asciende, hasta pasar por los vertederos de los decantadores secundarios y verterse con el efluente.
El esponjamiento puede ser provocado por la producción de fangos muy hidratados, gelatinosos, que tienen muy
poca densidad, o por crecimientos filamentosos que pueden crecer de un flóculo a otro, y actúan impidiendo la
compactación de las partículas de fango, produciendo malos resultados en la sedimentación. Para evitar el
esponjamiento de los fangos, hay que controlar cuidadosamente los siguientes puntos:
1.
Adecuada edad del fango: la edad del fango es el tiempo que los organismos están en el reactor. Así,
cuanto más recirculemos y menos purguemos, más veces pasarán por el reactor. y por tanto tendremos
2.
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una edad del fango mayor. Generalmente, el esponjamiento puede corregirse, disminuyendo la edad del
fango.
Bajo nivel de oxígeno disuelto: evitar que se produzca bajos niveles de oxígeno disuelto. Si se dispone de
la suficiente capacidad de oxigenación no hay excusa para que se produzcan bajas concentraciones de
oxígeno disuelto en el reactor en condiciones normales, a menos que se reciban aguas residuales con
excesiva demanda de oxígeno.
6.5.- Capacidad de aireación insuficiente.
Si el agua sale turbia, con cierto color amarillento, es síntoma de poca aireación. Se ha de aumentar los tiempos de
aireación. En caso de que no se pueda aumentar la concentración de oxígeno, se puede deber a tres motivos:
1.
2.
3.
El sistema de aireación tiene un mal funcionamiento, por lo que habrá que investigar la avería.
El sistema de aireación está infradimensionado desde proyecto. En tal caso, se ha de hacer una mejora en
la planta.
Se ha adquirido la costumbre de mantener un volumen excesivo de fangos en el reactor. En tal caso,
puede corregirse reduciendo la recirculación o aumentando la purga.
Una manera rápida y sencilla de comprobar que el agua está bien depurada es llenar un recipiente transparente
(puede servir el cono Imhoff o probeta empleada para la V30) con agua que sale del decantador secundario y ver su
aspecto.
6.6.- Crecimiento filamentoso
La aparición de crecimientos filamentosos puede estar provocada por una inadecuada edad de los fangos, o por
una deficiencia de nutrientes, tales como la carencia o abundancia de nitrógeno, fósforo o carbono. Si se deja que
los crecimientos filamentosos se estabilicen plantearán un problema difícil de resolver. Se puede lograr controlarlos
manteniendo una adecuada edad del fango y en casos especiales, supliendo la falta de nutrientes.
Figura 4.- Crecimiento de filamentosas (izda., foto de los autores). Ejemplo de crecimiento filamentoso
observado al microsocopìo (dcha., entrad del 27 de mayo del 2015, de http://www.kemira.com/)
6.7.- Fangos sépticos
Cualquier tipo de fango puede volverse séptico si permanece demasiado tiempo en lugares como canales o pozos.
El fango séptico asciende lentamente y es probable que cause mal olor. Además, pueden perturbar el
funcionamiento de la cuba de aireación, incluso en pequeñas cantidades. En el decantador secundario los fangos
pueden convertirse en sépticos por cuatro causas:
1.
2.
3.
4.
Recirculación de fangos demasiado lenta, que mantiene demasiado tiempo los sólidos en el decantador
final, permitiendo que se vuelvan sépticos.
Parada del mecanismo colector del decantador, de forma que los fangos no se trasladen hacia l arqueta
de lodos.
Tuberías de extracción de fangos obstruidas o poco usadas.
La bomba de recirculación de fangos está parada, o la válvula, en caso de su existencia, cerrada.
El operador debe comprobar el sistema varias veces al día. En cualquiera de los casos, la acción correctora es
restablecer la adecuada recirculación de fangos lo antes posible.
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6.8.- Sustancias tóxicas
La toxicidad provoca la inhibición o la muerte de los microorganismos activos, produciendo trastornos en el sistema
y en el efluente. El operador sólo tiene un control limitado sobre sus causas. Hay que parar inmediatamente la
evacuación de fangos, y todos los sólidos disponibles deben volver al tanque de aireación. Los compuestos tóxicos
como los metales pesados, los ácidos, los insecticidas y los pesticidas no deben verterse nunca en el sistema de
alcantarillado sin el adecuado control.
6.9.- Subida de los fangos por gasificación
No hay que confundir la subida de los fangos por gasificación con el esponjamiento. En la gasificación los fangos
sedimentan y compactan de forma satisfactoria en el fondo del decantador, pero una vez sedimentados suben
hasta la superficie en forma de manchas o de pequeñas partículas del tamaño de un guisante. Generalmente se
acompaña por una fina espuma de color marrón, que aparece en la superficie del tanque de aireación y del
decantador secundario.
La gasificación de los fangos se produce por desnitrificación o septicidad debido a un tiempo de retención excesivo
en el decantador secundario o una sobreaireación del biológico que provoca reacciones de nitrificación e impiden
la desnitrificación. Estos decantadores deben ir provistos de deflectores y recogedores para evitar que estos sólidos
salgan en el efluente de la depuradora.
Si tenemos fangos en la superficie del decantador y no se conoce el origen, existe una manera sencilla de
comprobar si se trata de gasificación. Para ello, cuando se realice la determinación de la V30, no hay que tirar la
muestra tomada sino que hay que dejarla unas horas. Si pasado un tiempo parte del fango asciende y se ven
burbujas, entonces, se puede asegurar que se trata de un problema de gasificación. La desnitrificación es muy
corriente cuando la edad del fango es elevada (aireación prolongada). Cuando los fangos en el decantador
secundario se queda falto de oxígeno, los organismos utilizan el oxígeno existente en los nitrato, liberando gas
nitrógeno. Este problema se puede solucionar aumentando el caudal de recirculación de fangos, para sacar los
sólidos del decantador rápidamente y reduciendo la aireación.
Figura 5.- Fango flotado, tras varias horas de ensayo del V30 (foto de los autores)
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6.10.- Formación de espumas
En algunas plantas la formación de espumas en la cuba de aireación ha constituido un problema. Se ha propuesto
varias teorías para explicar este fenómeno, como los detergentes, los polisacáridos y el exceso de aireación. Pero
es normal que al poner en funcionamiento un reactor salgan espumas de color blanco, debidas a la no degradación
de los detergentes. Conforme se vaya generando fango en el reactor estas espumas irán desapareciendo.
Para controlar las espumas:
1.
2.
3.
Se debe mantener una mayor concentración de sólidos en suspensión en el licor mezcla.
Reducir el suministro de aire durante los periodos de bajo caudal, para mantener el nivel de
oxígeno disuelto.
Recircular sobrenadantes al tanque de aireación durante periodos de bajo caudal (teniendo
cuidado con este método, ya que el sobrenadante debe recircularse de forma lenta y
constantemente, porque un exceso de sobrenadante puede producir una excesiva demanda de
oxigeno). Esto sólo se puede controlar en depuradoras que tengan bombeo de sobrenadantes,
pero no es habitual que éste exista en pequeñas depuradoras.
La mayoría de las instalaciones van equipadas de pulverizadores de agua a lo largo de la cuba de aireación, para
disipar las espumas.
Figura 6. - Reactor biológico con espumas, después de un periodo estable de funcionamiento (entrada del 27
de mayo del 2015., de http://www.kemira.com/).
7.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
7.1.- Control de la cantidad de microorganismos
La eficacia de un proceso de fangos activos depende de la cantidad de microorganismos (SSLM) existentes en el
sistema y de su salud. Para lograr mantener el control de los sólidos es preciso que los operadores mantengan
una constante observación y comprobación de la instalación.
Un ensayo muy sencillo de realizar en las mismas instalaciones y que nos dará información de cómo gestionar de
una manera eficiente cualquier proceso de fangos activos es el ensayo de la V30 ya que nos da una idea de lo que
está ocurriendo en nuestro decantador secundario. La V30 es un parámetro que nos indica si el proceso biológico
funciona correctamente. La frecuencia de su determinación será cada 2 días y para su realización necesitamos un
cono Imhoff, una probeta de capacidad de 11 y una varilla de vidrio.
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Pasos para su determinación:
1. Tomar agua del reactor biológico llamado técnicamente licor mezcla, mientras funciona la aireación.
2. Verter el licor mezcla en el cono Imhoff, agitar con la varilla lentamente y dejar sedimentar durante 30 minutos.
3. Trascurrido este tiempo, se recoge la lectura de la V30 como mililitros de fango sedimentado por litro de muestra.
4. Es conveniente no vaciar el cono hasta el día siguiente para comprobar si el fango asciende, en tal caso, nos
indica que estamos sobreaireando.
Figura 7.- Izda.: valor correcto del V30. Centro y derecha, valores bajos del V30 (foto de los autores).
Interpretación:
Seguidamente se presenta una interpretación muy básica para tomar decisiones rápidas a falta de otros datos.
Valor < 250: significa que hay poco fango en el reactor, por lo tanto se disminuirá la purga (que coge los fangos
del decantador secundario y los mete en la línea de fango, por lo que esta operación disminuye los organismos en
el reactor, contrario a lo que queremos).
Valor entre 250 y 650; indica que el funcionamiento es correcto.
Valor > 650: significa que hay mucho fango en el reactor o que el fango no sedimenta adecuadamente. En este
caso se debe aumentar la purga (que coge los fangos del decantador secundario y los mete en la línea de fango,
por lo que esta operación disminuye los organismos en el reactor, que es lo que se pretende).
7.2.- Control de la aireación
Una premisa a tener en cuenta es que se debe mantener el oxígeno disuelto en la cuba de aireación, y que cuando
los sólidos contenidos en la cuba aumentan en concentración y actividad hace falta más aire.
Así pues, otro punto de gran importancia a controlar en los reactores biológicos es el contenido de oxígeno. Para
realizar esta medida nos valdremos de las sondas de oxígeno fijas o portátiles. Rangos de oxígeno comprendidos
entre 0,5 y 2 ppm son aceptables. En las plantas de mayor tamaño la aireación está totalmente automatizada de
manera, que en función del oxígeno que mida la sonda los equipos de aireación se arrancarán y pararán. Además,
si se dispone de variadores de frecuencia se regulará el caudal de aire suministrado.
En el caso de pequeñas depuradoras la aireación está temporizada, de manera que hay que ir probando en qué
horas del día se necesita más oxígeno, normalmente cuando llega más caudal, y cuándo se necesita menos oxígeno.
Lo que no se puede olvidar es que en las pequeñas depuradoras, donde no suele haber agitadores, el equipo de
aireación hace la veces de agitador para que los organismos estén en suspensión y puedan depurar correctamente
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el agua residual. Por ello, la aireación no ha de estar mucho tiempo parada, para evitar que los organismos decanten
en el reactor. Por esto se ha de definir correctamente el tiempo máximo de parada (10-20 minutos).
7.3.- Comprobaciones diarias en el reactor y en el decantador
Las tareas a controlar y realizar son:

El aspecto de los compartimentas de aireación y de decantación final.

El adecuado funcionamiento y lubricación de la unidad de aireación.

El correcto funcionamiento de la tubería de recirculación de fangos.

Limpieza con manguera de las paredes del tanque de aireación y del compartimento final.

Cepillado de los vertederos.

Retirada de las grasas y otros materiales flotantes, como trozos de goma y plástico.
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ANEXO 1
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE
PROCESO
Figura 1.Reactor de fangos activos en industria textil (de Akhtaruzzaman et al. 2004).
Figura 2.Reactor de fangos activos. EDAR del Polígono Industrial de Bergondo (Galicia) (Foto de los autores)
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Figura 3.Reactor de fangos activos. EDAR del Polígono Industrial de Bergondo (Galicia) (Foto de los autores)
Figura 4.Sistema de aireación superficial de discos. Los discos están fabricados con termoplásticos moldeados con un
diámetro de unos 130 – 140 cm (Reproducida de Siemens, 2006)
Figura 5.Reactor biológico de la EDAR de Canduas (Galicia, España 2008). Aireadores de superficie tipo peines rotatorios
de eje horizontal en canal de oxidación (Foto de los autores).
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Figura 6.Aireación mediante difusores de burbuja fina. Canal de oxidación de la EDAR de Sada (Galicia, España, 2000)(Foto
de los autores)
Figura 7.Difusores de burbuja fina extraíbles (EDAR de Carral, Galicia, 2011) (Foto de los autores)