Leccion 21. Lodos Activados

Un reactor de lodos activados mantiene en suspensión a un cultivo microbiano en condiciones aerobias. El proceso hace uso de un sistema de aireación o agitación, el cual suministrará el oxígeno que demandan las bacterias, evitará que haya asentamiento de la biomasa en el reactor y, además, mantendrá homogeneidad del licor mezclado en el tanque.

Una vez que la materia orgánica ha sido oxidada, el efluente se envía a un sedimentador o decantador secundario en donde se separará el fango (biomasa) del agua. Parte de esta biomasa decantada es recirculada al reactor con el fin de mantener en él una buena concentración de microorganismos y otra parte se desecha (purga), llevándola a tratamiento de lodos, evitando así acumulaciones excesivas de microorganismos en el sistema que pueden alterar los tiempos de retención celular.

Una de las preguntas recurrentes de los estudiantes es ¿a qué se le llama exactamente “lodo activo”? una respuesta corta y sencilla es que el lodo activo es la suma de la biomasa formada en el reactor y los sólidos suspendidos (materia inerte y compuestos inorgánicos) aportados por el agua residual. Esta mezcla de microorganismos y materia inerte tiene una alta capacidad de absorción de la materia orgánica y por ello se le llama “activo” o “activado”.

Ilustración 24. Esquema básico de un proceso de lodos activados. Imagen tomada de http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5909/08Mjkm08de18.pdf?sequence=8

21.1 Lodos activados en reactores de mezcla completa

Estas unidades se suelen emplear para caudales pequeños (<400 m3/d) y con cargas bajas, razón por la cual se usan en depuradoras prefabricadas con aireación superficial o con turbina. Estos sistemas soportan bien los flujos y cargas transientes (variaciones repentinas de caudal o carga contaminante).

Ilustración 25. Reactor de mezcla completa. Imagen tomada de: http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5909/08Mjkm08de18.pdf?sequence=8

21.2. Lodos activados en reactores de flujo a pistón

Suelen emplearse para el tratamiento de grandes caudales, con funcionamiento de carga media o alta y aireación convencional, escalonada o gradual, empleando difusores (especialmente).

Ilustración 26. Reactor de flujo a pistón. Imagen tomada de: http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5909/08Mjkm08de18.pdf?sequence=8

21.3. Métodos de aireación para reactores de flujo a pistón

Considerando que la demanda de oxígeno (DBO) o la cantidad de materia orgánica oxidable, disminuye con el tiempo de tratamiento y en la medida en que avanza por el reactor, la aireación puede efectuarse de tres formas:

· Aireación convencional: consiste en abastecer exactamente la misma cantidad de oxígeno a lo largo de todo el reactor. Se emplea en operaciones con carga media y alta.

· Adición por pasos o escalonada: en este caso, aunque se mantiene la misma alimentación de oxígeno a lo largo del reactor, el afluente de aguas residuales se ingresa al tanque en diferentes puntos a lo largo de su recorrido. Se usa en operaciones de carga media o alta.

· Aireación gradual: se prefiere en caudales mayores a los 2000 m3/d para aguas residuales municipales y mayores a 400 m3/d para depuración de aguas residuales industriales. El suministro de aire desciende de manera gradual y proporcional a la disminución de la DBO a lo largo del reactor.

Ilustración 27. Métodos de aireación para reactores de lodos activados de flujo a pistón (Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012).

Foto 27. Reactor de lodos activados. Imagen tomada de: http://www.mixing.com/site/images/019.jpg

21.4. Métodos de operación de los lodos activados

Como se ha venido sugiriendo en esta lección, existen tres modos de operación de los lodos activados: a) alta carga; b) carga media o convencional; y c) carga baja o aireación extendida o prolongada. Las características de cada operación, se exponen en la Tabla 28.

Tabla 28.Métodos de operación de los reactores de lodos activados (Lozano-Rivas, Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales, 2012)

PARÁMETRO

ALTA CARGA

CONVENCIONAL (CARGA MEDIA)

AIREACIÓN EXTENDIDA O PROLONGADA

(CARGA BAJA)

Color de Fango

Gris marrón

Marrón

Chocolate

Carga másica (Cm) (kg DBO5/kg SSLM*d)

0,4 – 1,5

0,1 – 1,0

0,03 – 0,12

Carga volumétrica (Cv) (kg DBO5/m3*d)

1,6 - 16

0,3 – 3,0

0,16 – 0,4

Tiempo de Retención Celular (TRC) (días)

5 - 10

5,0 – 15

20 – 30

TRH (horas)

0,5 - 4

4,0 – 10

18 – 36

SSLM (ppm)

1000 - 2000

2000 - 3000

3000 – 6000

Tasa de Recirculación (%)

100 - 500

25 - 50

75 – 150

Relación F/M

0,4 – 1,5

0,2 – 0,4

0,05 – 0,15

Exceso de Lodos (kg SSLM/kg DBO5*d)

1,2

0,9 - 1

< 0,6

Respiración Endógena (mg O2/g*h)

10

3 - 10

< 3

IVL (mL/g)

120 - 250

90 - 160

50 – 100

N Total en Lodo (mg/g)

80

70

50

Consumo de Oxígeno (mg O2/L*h)

<100

30

<10

Equipos de aireación (m3 aire / kg DBO)

25 – 95

>95

>125

Eficiencia media (%)

80

90

90

El modo de operación de alta carga permite reducir costos de construcción (bajo TRH), pero los decantadores secundarios son más grandes. La aireación extendida o prolongada es la que más se usa en unidades compactas (prefabricadas) y caudales pequeños (<400 m3/d), dado que los altos tiempos de retención permiten la digestión completa del lodo (autodigestión y lisis en la fase endógena).

Cuando hay déficit de nitrógeno en el reactor, se agregará amoniaco deshidratado (NH3); en los casos en que el fósforo es el elemento que escasea en el tanque de aireación, se agregará ácido fosfórico (H3PO4) hasta obtener el nivel deseado.

Un video de una depuradora completa que emplea un reactor de lodos activos como tratamiento secundario puede ser visto abriendo este hipervínculo.

 

 

 

Ejemplo 21.1.

Dimensionar un tanque de lodos activados de operación convencional, para un caudal de aguas residuales (Q) de 7000 m3/d, una DQO de entrada de 500 mg/L (So) y una DQO de salida (S), de 35 mg/L. Los SSLM en el tanque (X) son 3,5 kg/m3 (3500 mg/L) y en los lodos (Xr) de 15 kg/m3 (15000 mg/L). El reactor se proyectará con un tiempo de retención celular de 10 días (TRC), con un coeficiente de crecimiento bacteriano (Y) de 0,5 y un coeficiente de eliminación de bacterias (Kd) de 0,05 d-1.

 

Solución:

Se calcula el volumen, así:

 

 

Mayor información sobre los lodos activados, puede ser consultada en el documento de Ronzano y Dapena “Fundamentos de los Fangos Activos”: Ir al documento

También pueden consultarse los problemas de operación: Ir al documento