Dentro de los sistemas unitarios más eficientes para la depuración de aguas residuales que podemos encontrar en las diferentes industrias del país tenemos el tratamiento secundario (lodos activados) que es un sistema de tratamiento en el cual una masa de microorganismos (biomasa) es completamente mezclada con la materia orgánica que se encuentra en el agua residual está en presencia del oxígeno, de manera que está les sirve de alimento para su producción y así la degradación de compuestos orgánicos,contenidos de nutrientes, patógenos y parásitos.
En la biomasa encontramos
las bacterias que son el componente biológico más importante del proceso
biológico pero además de las bacterias hay otros microorganismos que se
consideran necesarias y su presencia en el sistema indica ciertos
comportamientos del proceso. Entre las más comunes tenemos protozoos, hongos,
rotíferos, Filamentosas o
Zoogloea entre otras.
A medida que
microorganismos crecen, estos se multiplican y se agrupan unos a otros
(floculan) para formar una masa activa de microorganismos llamada “lodo
activado”.
Dado que este proceso es
eficiente se debe tomar en cuenta también algunos componentes básicos que nos
ayuden a optimizar la operación. Dentro de estos componentes está el monitoreo
microscópico adecuado que se le debe dar a la biomasa o microorganismos, las
instalaciones que presenta la industria para proceder a utilizar un sistema de
lodo activado y lo más importante la constante capacitación que se le debe dar
a los encargados de las plantas de tratamiento para que así ante cualquier
eventualidad tengan las herramientas necesarias para hacer frente.
A continuación se podrá ver un esquema de lodo activado:
Como se puede ver en la anterior
figura y una de las diferencias que hay entre un sistema de lodo activado y las
lagunas de aireación es la recirculación de lodo que se debe de realizar
dependiendo de su caudal para mantener la relación en el sistema.
Se debe de tener en
cuenta las características que va a presentar el agua que va a entrar a nuestro
sistema secundario, para así poder controlar los parámetros óptimos para una
operación de planta ideal.
Dentro de estos sistemas tenemos que tomar en cuenta ciertos parámetros, de los más importantes están: caudal a tratar, características del agua, demanda química de oxígeno, demanda biológica de oxígeno, sólidos suspendidos, turbidez, color. Además de parámetros de diseño que nos dan la información capacidad de la planta tanto en caudales, volumen de reactores o de clarificadores.
Lo anterior y con el fin
de identificar las particularidades que puede presentar los diferentes procesos
industriales y esto a su vez la variabilidad de aguas residuales que se pueden
generar. Es importante entonces tener en cuenta una serie de valores y análisis
sumamente importantes para lograr optimizar el tratamiento biológico desde sus
diferentes etapas como agua de entrada, tiempo en el reactor, tiempo en el
clarificador, caudales de recirculación y caudales de purga:
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Parámetros de control del sistema biológico |
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|
Descripción |
Parámetro |
Unidad |
|
Agua de entrada |
Caudal |
m3/día |
|
Sólidos suspendidos |
mg/L |
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DBO |
mg/L |
|
|
DQO |
mg/L |
|
|
Reactor |
MLSS |
mg/L |
|
MLVSS |
mg/L |
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IVF |
mL/g |
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Análisis microscópico |
Microorganismos |
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Cm = F/M |
Relación alimento – microorganismos, d-1 |
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Edad Lodo (MCTR) |
días |
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Oxígeno Disuelto |
mg/L |
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Clarificador |
Carga superficial de sólidos |
Kg/m2 |
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Carga Hidráulica |
m |
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Lecho de lodo |
m3 |
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Agua tratada |
Sólidos suspendidos |
mg/L |
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DBO |
mg/L |
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|
DQO |
mg/L |
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Turbidez |
NTU |
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Exceso de lodo |
Caudal |
m3/día |
|
MLSS ó % concentración |
mg/L ó % |
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Recirculación |
Caudal |
m3/día |
|
MLSS ó % concentración |
mg/L ó % |
|
Dentro de las
características del caudal de entrada a nuestro sistema biológico debemos
controlar lo siguiente:
1. Factores en el Caudal
·
Temperatura
La depuración biológica
se desarrolla de forma adecuada entre los 2 límites de temperatura 12oC
y 38oC.
·
pH
El pH se podría
manejar en un rango de 6.5 a 8.5, si se diera fuera de estos rangos lo recomendable
sería ajustar ph para así poder mejorar nuestro sistema.
·
Sólidos
suspendidos
Es la materia que permanece
en suspensión en el agua residual y se determina como la cantidad de material
retenido después de realizada la filtración de una muestra.
·
La
demanda química de oxígeno (DQO)
Se define
como cualquier sustancia tanto orgánica (75%) como inorgánica (25%) susceptible
de ser oxidada, mediante un oxidante fuerte que debido a sus propiedades
químicas únicas, el ion dicromato (Cr2O72-) es el más utilizado. La cantidad de
oxidante consumida se expresa en términos de su equivalencia en oxígeno y se
expresa en mg/l O2.
·
La demanda
biológica de oxígeno (DBO5)
Es la cantidad de oxígeno
que los microorganismos como las bacterias consumen durante la degradación de
las sustancias orgánicas contenidas en la muestra. Se expresa en mg / l.
2. Factores en el reactor
·
Tiempo de
retención hidráulico
Es el tiempo que las
bacterias están en contacto con el agua residual, es un factor importante de
diseño y operación. Se debe tener e tiempo necesario para que las
bacterias asimilen la materia orgánica que contiene el agua residual. Si no se
tiene un tiempo de retención adecuado no se lograra remover toda la materia orgánica
y la DBO del efluente será alta.
·
Sólidos
Sedimentables
Es la materia que en el
agua no permanece en suspensión durante un tiempo definido, si no que sedimenta
al fondo del recipiente que se encuentre, estos sólidos son expresados en
volumen mL/L o peso mg/L.
·
Nutrientes
Los nutrientes normalmente
están presentes en cantidades suficientes en el agua residual, pero hay
procesos industriales en los cuales no se encuentran nutrientes necesarios para
tener suficiente nitrógeno (N) y fósforo (P).
La relación se describe a
continuación:
Relación DBO
: N : P
100
: 5 : 1
Relación DQO
: N : P
100
: 10 : 1
·
Sólidos en
Licor Mezclado (MLSS):
MLSS (Sólidos
suspendidos en Licor Mezclado).
Mide la cantidad de
sólidos suspendidos totales en el tanque de aireación.
MLVSS (Sólidos
suspendidos volátiles en Licor Mezclado)
MLVSS se considera que
representa la población de microorganismos en el tanque de aireación.
Realmente, los
microorganismos VIVOS comprenden solamente un 25-50% del MLVSS. (Otros sólidos
suspendidos están inter mezclados con microorganismos biológicamente activos). Mide la porción volátil del MLSS (550°C).
·
Demanda de
Oxígeno
Es importante para que se
den las reacciones químicas de la materia orgánica y va dependiendo de la DBO5 que
se ingresa al sistema, la cantidad de sólidos que hay en el tanque, ósea el
aire necesario para mantener activos los lodos y la respiración endógena de los
microorganismos.la
concentración de oxígeno disuelto debe ser mantenida entre 1,5 y 4 mg/L, pero
el valor más utilizado es 2 mg/L.
·
Relación Food/Mass (F:M)
Es un parámetro usado
para diseño del proceso, es ideal para
que los microorganismos tengan la cantidad adecuada de alimento, poco o
demasiado alimento causa problemas de sedimentación en el clarificador, en
otras palabras nos expresa la cantidad de carga orgánica de un proceso de lodo activado.
Dónde:
DBO= Demanda Biológica
Oxígeno (mg/L)
Q=
Caudal (m3)
Vr=
Volumen Reactor (m3)
MLVSS= Sólidos Suspendidos
Volátiles en Licor Mezclado (mg/L)
·
Edad del Lodo
(MCRT o STR) (Tiempo
de retención de sólidos).
Es la relación entre la
cantidad total de sólidos que se encuentran en el sistema dividido entre la
cantidad de sólidos que salen del sistema por una unidad de tiempo (días).
También llamado MCRT o tiempo medio de residencia de célula.
Cuando la edad
del lodo está más alto del rango recomendado, se habla de “lodo
viejo”; la biomasa es sobre oxidada y efluente en clarificador arrastra flocs
muy finos, cuando este rango está por debajo se habla de “lodo joven”, el cual
es liviano, voluminoso, flotante, disperso y de lenta sedimentación. En esto de
la edad del lodo los valores de los libros son guías no hay valores estándar en
su mayoría se basa por la experiencia que puede tener cada planta.
Donde
MCRT= Edad lodo
(días)
Q= Caudal entrada (m3)
Vc= Volumen Clarificador (m3)
Vr= Volumen Reactor (m3)
MLVSS= Sólidos Suspendidos
Volátiles en Licor Mezclado (mg/L)
EFFssv= Sólidos
suspendidos en el efluente (mg/L)
Qwas= Caudal de Purga. (m3/
día)
RASssv= Sólidos
suspendidos en el sedimentador (mg/L)
·
SVI (Índice
de volumen de lodo).
Es un indicador para
determinar la sedimentabilidad de un lodo. Por definición corresponde al
volumen ocupado por un gramo de sólidos suspendidos al cabo de 30 minutos de
sedimentación. Es en factor muy importante para lo que es el sistema de lodo
activado debido a lo siguiente:
|
IVL (ml/g) |
Sedimentabilidad |
Características |
|
< 50 |
Mala |
Pin Point Floc (mala sedimentabilidad) |
|
80 – 150 |
Muy buena |
Efluente bueno |
|
150 – 200 |
Tolerable |
Peligro de pérdida de lodo |
|
200 – 400 |
Mala Lodo |
Lodo con problemas (bulking filamentoso) |
|
> 400 |
Muy Mala |
Pérdida total de lodo |
Cuadro 2
3. Factores en el
Clarificador
·
Caudal de
recirculación:
El lodo sedimentado en el
clarificador se recirculan con respecto al reactor biológico con el fin de
mantener una determinada carga. Esto es sumamente y se conoce como la cantidad
de lodos activados retornados (RAS).
·
Caudal de
Purga:
El control de un proceso de
lodos activados es importante para mantener altos niveles en el funcionamiento
del tratamiento es importante controlar la purga de lodos activados (WAS).
Dónde:
MCRTdes= Edad
lodo deseado (días)
Vc= Volumen Clarificador (m3)
Vr= Volumen Reactor (m3)
MLVSS= Sólidos Suspendidos
Volátiles en Licor Mezclado (mg/L)
Qwas= Caudal de Purga. (m3/
día)
RASssv= Sólidos
suspendidos en el sedimentador (mg/L)
Todo lo anterior son herramientas que se pueden utilizar y que además dependen de las condiciones y formas de trabajo de cada planta, por lo que es importante analizar los diferentes parámetros que nos pueden ayudar a controlar nuestra planta.
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