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TRATAMIENTO BIOLOGICO AEROBIO TRATAMIENTO DE EFLUENTES Curso 2012 1

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TRATAMIENTO BIOLOGICO AEROBIO

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Curso 2012

1

2

Ø PROCESOS DE BIOMASA SUSPENDIDA

- Lodos activados y sus modificaciones

- Lagunas de estabilización

- Reactores discontinuos secuenciales (SBRs)

Ø PROCESOS DE BIOMASA FIJA

- Filtros biológicos

- Biodiscos

TRATAMIENTO BIOLOGICO AEROBIO

PRINCIPALES SISTEMAS AEROBIOS DE TRATAMIENTO

TRATAMIENTO BIOLOGICO AEROBIO

LODOS ACTIVADOS

Dentro de los sistemas de tratamiento aerobio de cultivos en suspensión, el sistema de LODOS ACTIVADOS es el más utilizado.

Este proceso tuvo su origen en Inglaterra en 1914, y el principio de funcionamiento es estabilizar la materia orgánica por medio de una masa activada de microorganismos en suspensión

REACTORSEDIMENTADOR

SECUNDARIO

afluente efluente

recirculación de lodo

purga de lodo

TRATAMIENTO BIOLOGICO AEROBIO

COMPONENTES DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS

El proceso básico de lodos activados se integra por varios componentes que se interrelacionan entre sí:

1. Tanque de aireación.

2. Fuente de aireación que permite transferir el oxígeno y proporciona la mezcla que requiere el sistema.

3. Sedimentador para separar los sólidos biológicos del agua tratada.

4. Sistema de tuberías y bombeo para recircular los sólidos biológicos del sedimentador al reactor biológico.

5. Tubería para desechar el exceso de lodos biológicos del sistema (hacia su tratamiento y posterior disposición final).

Ø En el reactor se debe mantener:

1) Ambiente aerobio, mediante la adición de oxígeno

2) El líquido en suspensión, a través de la introducción de la energía suficiente

LODOS ACTIVADOS

Ø Luego de un tiempo de aireación, el efluente se conduce a un sedimentador secundario, donde sedimentan las células formadas.

Ø Una parte de esas células debe recircularse para mantener en el reactor la concentración adecuada de microorganismos, y el excedente se purga como lodos (la fracción que se purga es r´g).

Ø A través de la purga periódica se logra mantener el sistema en condiciones estacionarias (producción de lodo = purga de lodo)

Oxidación y síntesis:

CHON + O2 + nutrientes CO2 + NH3 + C5H7O2N + otros prod. finalesbacterias

nuevas células bacterianas

materia orgánica

Respiración endógena:

C5H7O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + energíabacterias

LODOS ACTIVADOS

Conversión de la materia orgánica:

X , V , Se(Q + QR)

X

Q

QP

Xe , Se

Q - QP

QR

REACTORSEDIMENTADOR

SECUNDARIO

LODOS ACTIVADOS

S0 , X0

, XR

, XR

S0 : sustrato en el afluente (DBO5, DQO, COT) mg/l

Se : sustrato en el efluente (DBO5, DQO, COT) mg/l

X0 : SSV en el afluente (mg/l)

Xe : SSV en el efluente (mg/l)

X : SSV en el “líquido mezcla” del reactor (mg/l)

XR : SSV en el lodo recirculado y purgado (mg/l)

Q : Caudal afluente (m3/d)

QR : Caudal recirculación (m3/d)

QP : Caudal de purga (m3/d)

V : Volumen del reactor (m3)

Ø θh = V/Q : Tiempo de retención hidráulico del reactor (horas)

Ø θc : Tiempo de retención celular o edad del lodo (días)

Ø F/M : Relación Alimento / Microorganismos (kDBO5/d / kSSV)

Ø PL : Producción de lodos (kSSV/d)

Ø PEL : Producción específica de lodos (kSSV/kDBO5)

Ø CDBO = S0 x Q / 1000 : Carga orgánica aplicada (kDBO5/d)

Ø CSSV = X0 x Q / 1000 : Carga de SSV aplicada (kSSV/d)

Ø Cv = CDBO / V : Carga volumétrica aplicada (kDBO5/m3)/d

LODOS ACTIVADOS

Parámetros que se definen en el proceso:

LODOS ACTIVADOS

Tiempo de retención hidráulico (días):

Los tiempos de retención varían de acuerdo con el tipo de sistema diseñado y con la calidad del agua a tratar.

Para un agua residual doméstica, en el proceso convencional, el tiempo de retención es de 6 a 8 horas.

θc = V . X

QP . XR + ( Q – QP ) Xe≈

V. XQP . XR

sistemadelediariamentextraidabiológicamasareactorelenbiológicamasa

dtdXX

c =

Tiempo de retención celular o edad de lodo (días):

Es el tiempo promedio de permanencia de los microorg. en el reactor.

Valores típicos para aguas residuales

municipales:

Θc = 4 a 15 días

LODOS ACTIVADOS

F/M =Q . S0

V. X

Parámetro muy utilizado como herramienta de diseño y control. El funcionamiento del sistema depende de una adecuada relación del sustrato aplicado y la biomasa disponible para los procesos de oxidación.

Corresponde a la carga aplicada de sustrato en relación a los microorganismos existentes en el reactor

Relación alimento / microorganismos ((kDBO5/d)/kSSV):

Considera la carga de materia orgánica que entra al reactor (como DBO5o DQO) y su relación con los microorganismos en el sistema, medidos como sólidos suspendidos volátiles.

Valores típicos para aguas residuales municipales:

F/M = 0,2 a 0,5 kgDBO/d / kSSVCdbo=Q.So

Representa la cantidad de lodos que se generan diariamente en el sistema, en kSSV/d. En estado de régimen, PL es numéricamente igual a los sólidos que se purgan, al no existir acumulación

PL =QP . XR

1000

LODOS ACTIVADOS

Producción de lodos (kSSV/d):

Representa la cantidad de lodos que se genera en el sistema por kg de DBO5 aplicado

PEL =PL

CDBO

Producción específica de lodos (kSSV/d) / (kDBO/d):

Se refiere a los kg de materia orgánica, medida como DBO5, que se aplica por metro cúbico de reactor.

Valores típicos para aguas residuales municipales:

Cv = 0,6 – 2 kg DBO5/ m3d

LODOS ACTIVADOS

Carga orgánica volumétrica:

Acumulación = Entrada – Salida + Crecimiento neto

LODOS ACTIVADOS

Balance de microorganismos:

X , V(Q + QR)

X

Q

QP

Xe

Q - QP

QR

X0

, XR

, XR

Hipótesis:• No hay reacción bioquímica en el tanque de sedimentación.• La corriente del afluente no contiene biomasa (Xo=0)• La sedimentación es completa (Xe≈0) y el lodo es desechado

solamente por la purga del sedimentador.

LODOS ACTIVADOS

cθ1

dXdt

V = Q X0 – (Q – QP) Xe – QP XR + V (r´g)dX / dt = 0 estacionario

X0 ≈ 0

Sustituyendo: siendo r’g = - Y rsu – kd X(Q – QP) Xe + QP XR = V (r´g)

( )d

suePRP kXrYXV

XQQXQ --=-+Dividiendo entre VX:

dsu

c

kXr

Y --=θ1

siendo rsu = - (S0 – Se) / θhAsí se obtiene:

Para diseñar el sistema:

Fijo θc, X y Se. Elijo Y, kd calculo Θh y determino volumen V

LODOS ACTIVADOS

Y (kSSV/kDBO5): 0,4 – 0,8 típico 0,6

Y (kSSV/kDQO): 0,25 – 0,4 típico 0,4

Kd (día-1) : 0,04 – 0,075 típico 0,06

Valores típicos de los coeficientes kd , Y para efluentes de origen doméstico según Metcalf & Eddy:

Para conocer la velocidad de biodegradación del sustrato, se deben determinar las constantes cinéticas para cada agua residual. Estas se obtienen por medio de pruebas de laboratorio o piloto, donde se simula el proceso de lodos activados. Mediante la utilización de reactores piloto se puede monitorear el funcionamiento del sistema piloto, determinando para el So de entrada y distintas condiciones de operación los valores de θc y Se.

Determinación experimental de los coeficientes kd , Y:

kd U

1θc A partir de los valores obtenidos

puede construirse el gráfico anterior para determinar experimentalmente Y y kd:

1/θc = Y . U - kd

LODOS ACTIVADOS

Otro método para diseñar el sistema

• Fijo θc y X• Calculo PEL por Kayser y luego F/M = 1/(PEL.θc)• Calculo Cv = F/M . X y V = CDBO/Cv

Fórmula empírica de Kayser para líquidos domésticos, con F = 1,072 (T-15) (factor de temp)

+−+=

F

FC

CP

cDBO

SSVEL 08,01

072,016,0

θ

Haciendo un balance de sólidos en el sedimentador secundario:

LODOS ACTIVADOS

Caudal de recirculación (m3/d):

X (Q + QR) = Xe (Q – QP) + XR (QR + QP)

(Q + QR)

X

QP

Xe , Se

Q - QP

, XR

QR , XR

Despreciando Xe :

X (Q + QR) = XR (QR + QP)

(8)XX

XQQXQ

R

RPR −

−=

Estimación de la concentración de lodos en sedim.secundarios (fórmula empírica válida para líquidos domésticos)

XF

XR

XR = XF (Sedimentadores de flujo vertical)

XR = 0,7 XF (Sedim.horizontales con barrido)

XR = 0,5 a 0,7 XF (Sedim. horiz. con succión)

IVLt

X EF

3

*1000=XF (g SST / litro)

tE = Tiempo de espesado en horas

(0,5 ≤ tE ≤ 2,0 horas)

LODOS ACTIVADOS

Ø Para que un sistema biológico funcione adecuadamente, es necesario que se encuentren presentes en el líquido a tratar las cantidades necesarias de nutrientes.

Ø Los microorganismos responsables de la estabilización de la M.O. necesitan de otros nutrientes, además del carbono, para sus actividades metabólicas.

Ø Los principales nutrientes son Nitrógeno y Fósforo.

Ø Para que el sistema remueva DBO (es decir carbono orgánico), es necesario que ese sea el nutriente limitante del medio, y que los demás (N y P), se encuentren por encima de los niveles mínimos requeridos por los microorganismos.

LODOS ACTIVADOS

Requerimientos ambientales:

Nutrientes:

Ø En líquidos domésticos generalmente no existen deficiencias de nutrientes.

Ø En cambio en líquidos industriales pueden faltar nutrientes.

Ø Puede ser ventajoso mezclar efluentes domésticos con industriales para satisfacer las demandas de nutrientes.

Ø Las cantidades de N y P requeridas dependen de la composición de la biomasa.

Ø El nitrógeno, para ser asimilado por los microorganismos, debe estar bajo la forma de nitrato o amonio. El nitrógeno orgánico debe primero sufrir hidrólisis para luego estar disponible para la biomasa.

LODOS ACTIVADOS

SISTEMA θc (días)RELACIÓN ENTRE LOS NUTRIENTES (en masa)

DBO5 N P

LODOS ACTIVADOS

CONVENICONAL4 –10 100 4,3 - 5,6 0,9 - 1,2

AIREACIÓN EXTENDIDA

20 – 30 100 2,6 - 3,2 0,5 - 0,6

Valores usualmente utilizados por la bibliografía, para lodos activados convencionales:

DBO5 : N : P = 100 : 5 : 1

LODOS ACTIVADOS

Ø Un rango de pH apropiado debe mantenerse en el tanque de aeración para que el sistema funcione adecuadamente. Rango óptimo: 6,5 a 7,5

LODOS ACTIVADOS

pH:

Temperatura:

Ø La temperatura afecta directamente el nivel de actividad de las bacterias en el sistema. Rango óptimo: 25 a 32 ºC

Ø Para compensar la variación de la actividad biológica a diferentes temperaturas, debe ajustarse la concentración de sólidos suspendidos del licor mezclado.

Oxígeno disuelto:

Ø Para mantener condiciones óptimas para la población aerobia se debe suministrar oxígeno al tanque de aeración. O.D. en el reactor >= 2mg/l

Sistema “convencional” de mezcla completa

Q - QP

QPQR

Q

O2

LODOS ACTIVADOS

Clasificación de sistemas de lodos activados:

• Existe un mezclado completo dentro del tanque. • El agua residual y el lodo recirculado se combinan y se introducen en el

tanque de aireación. • Tiene la ventaja de resistir o atenuar descargas o choques de carga

orgánica o sustancias tóxicas, ya que teóricamente estas descargas se distribuyen uniformemente en todo el tanque.

0,25 < QR/Q < 1,0

4d < θc < 15 d

0,2 < F/M < 0,6 kDBO5/kSSV/d

2,5 < X < 6 kSSV/m3

6 hs < θh < 8 hs

0,8 < CV < 2,0 kDBO5/m3/d LONGITUD DEL TANQUE

Con

c. d

e O

2

APORTE

DEMANDA

Nitrificación posible para θc alto

Sistema “convencional” de flujo pistón

Q - QP

QPQR

Q

LODOS ACTIVADOS

• El agua residual se conduce por canales construidos en el tanque de aireación.

• El agua fluye a través del tanque como un pistón y es tratada conforme avanza por los canales del reactor, reduciéndose gradualmente la carga orgánica.

• Esta variación permite la disminución del lodo recirculado y la cantidad de aire requerida a lo largo del tanque.

• Los requerimientos de oxígeno y de biomasa se reducen, logrando un ahorro de energía.

• La operación requiere un control muy estricto.

0,25 < QR/Q < 0,5

4d < θc < 15 d

0,2 < F/M < 0,4 kDBO5/kSSV/d

1,5 < X < 3 kSSV/m3

8 hs < θh < 12 hs

0,3 < CV < 0,65 kDBO5/m3/d

Nitrificación posible para θc alto

LONGITUD DEL TANQUE

Con

c. d

e O

2APORTE

DEMANDA

Sistema de “aireación descendente”

Q - QP

QPQR

Q

LODOS ACTIVADOS

• Trabaja en régimen de flujo pistón. • La aireación descendente armoniza la

cantidad de aire suministrado con la demanda de oxígeno a lo largo del tanque.

• Como a la entrada la demanda de oxígeno es más alta, el suministro de aire es mayor, disminuyendo hacia la salida conforme la demanda de oxígeno disminuye.

LONGITUD DEL TANQUEC

onc.

de

O2

APORTE

DEMANDA

“Aireación extendida” (el modelo es de mezcla completa)

Q - QP

QPQR

Q

O2

LODOS ACTIVADOS

• Esta modificación tiene amplia aplicación en el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales. Se caracteriza por tener altos tiempos de retención que permiten cambios bruscos en la carga hidráulica y orgánica, así como también la degradación de compuestos más complejos o difícilmente degradables.

• Una segunda ventaja de este proceso, es que produce menos lodo de desecho ya que se permite la fase endógena, donde las bacterias son digeridas en el tanque de aireación. Este proceso también permite la nitrificación del efluente.

0,75 < QR/Q < 1,0

20 d < θc < 30 d

0,05 < F/M < 0,15 kDBO5/kSSV/d

3 < X < 6 kSSV/m3

15 hs < θh < 36 hs

0,16 < CV < 0,40 kDBO5/m3/d

Hay nitrificación. Funciona en la fase de respiración endógena de la curva de crecimiento, necesita baja CV y mucho tiempo de aireación. Se produce la estabilización aerobia de los lodos (mayor consumo de oxígeno). Se desarrollan menos los organismos filamentosos. Se utiliza para plantas pequeñas

“Zanjas de oxidación”

Q - QP

QPQR

Q h ~ 1,5 m

O2

Energía

LODOS ACTIVADOS

• Es un tratamiento biológico de lodos activados comúnmente operado como un proceso de aireación extendida.

• La unidad consiste de un canal en forma de circuito cerrado, de 0,9 a 1,8 m de profundidad.

• La aireación se realiza a través de aireadores mecánicos tipo cepillos horizontales o aireadores tipo discos que giran a una velocidad de 10 a 110 rpm, localizados en uno o varios puntos a lo ancho de la zanja.

• Estos aireadores suministran el oxígeno necesario para mantener la biomasa en suspensión.

“Sistema Carrousel”

Q - QP

QPQR

Q4 m < h < 5 m

Los parámetros de funcionamiento son similares

LODOS ACTIVADOS

ü 0,75 < QR/Q < 1,0

ü 20 d < θc < 30 d

ü 0,05 < F/M < 0,10 kDBO5/kSSV/d

ü 3 < X < 6 kSSV/m3

ü 12 hs < θh < 36 hs

ü 0,20 < CV < 0,40 kDBO5/m3/d

Características de las “zanjas de oxidación” y de los “sistemas carrousel”

• Tanque de contacto: El agua residual cruda se introduce a un tanque aireado donde la materia orgánica es adsorbida por los microorganismos. El tiempo de retención es de 20 a 40 minutos, por lo que la aireación es corta y solamente se produce adsorción de la M.O. en el lodo (en los flocs).

• Tanque de estabilización o reaireación: En esta unidad los microorganismos digieren la materia orgánica (se produce la oxidación, en donde la M.O. adsorbida es metabólicamente asimilada). El tiempo de retención es de 1,5 a 5 horas.

• Este proceso es adecuado para altas cargas orgánicas biodegradables en forma coloidal o en suspensión. Reduce el volumen del tanque de aireación ya que sólo recibe el lodo concentrado del sedimentador secundario. Este proceso requiere personal calificado para su correcta operación.

“Estabilización por contacto”

Q - QP

QPQR

Q

TANQUE DE REAIREACIÓN

TANQUE DE CONTACTO

X (kSSV/m3) θh (hs) F/M (kDBO/KSSV/d)

TANQUE DE CONTACTO 1 – 3 0,5-1,5 > 2TANQUE REAIREACIÓN 4 - 10 3 - 6 > 0,3

θc (global del sistema): 3-15 días 0,25 < Q/QR < 1,0 Volumen total = 50% de los sistemas convencionales

LODOS ACTIVADOS

TIPO F/M kDBO/kSSV/d

CVkDBO/m3/d

θc (días)

Remoción de DBO5

BAJA CARGA

< 0,15< 0,07 aireación

extendida< 0,40 10 -30

> 90 %Nitrificación segura

MEDIA CARGA 0,15 – 0,40 0,50 – 1,50 4 - 10

80 – 90 %Nitrificación posible

ALTA CARGA 0,40 – 1,20 1,50 – 3,0 1,5 – 4 ~ 80 %

LODOS ACTIVADOS

Clasificación según la carga:

Ø En los sistemas de tratamiento biológico aerobio, se requiere de oxígeno para satisfacer las siguientes demandas:

1) Remoción de MO carbonosa: oxidación del carbono orgánico para generar energía para la síntesis bacteriana, respiración endógena de las células bacterianas

2) Nitrificación

Ø La demanda carbonosa se representa como Oc y la demanda para nitrificación se representa como ON.

Ø Si el sistema se diseña solamente para remover MO carbonosa la demanda total de oxígeno será OCN = Oc

Ø Si se diseña para eliminar MO carbonosa y nitrificar, la demanda total de oxígeno será OCN = Oc + ON

LODOS ACTIVADOS

Requerimiento de oxígeno en el proceso:

Si toda la materia orgánica medida como DBO5 se convirtiera en productos finales, la demanda de oxígeno sería la DBO última (DBOL).

Pero se debe restar la parte que se convierte en tejido celular nuevo y es purgada del sistema (producción o purga de lodos PL).

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + energíabacterias

Células (113) 5 x 32

De acuerdo al balance se necesitan:

5 x 32 / 113 = 1,42 kg O2 / kg células formadas

Hay una porción de esas células que al purgarse del sistema no consumen oxígeno, que corresponden a la producción de lodos PL

LODOS ACTIVADOS

Necesidad de oxígeno para remoción MO carbonosa (Oc):

Kg O2/d = (masa DBOL total utilizada) - 1,42 (masa org.purgados por día)

Q . (S0 –Se)

1000 . fOc(Kg O2/día) = - 1,42 . PL

Oc : Oxígeno necesario para eliminación de MO carbonosa (kg O2/día)

PL : Producción de lodos (kSSV/d)

f : factor de conversión de DBO5 en DBOL (0,45 – 0,68)

LODOS ACTIVADOS

Considerando la porción purgada del sistema se tiene:

SISTEMAKg O2 / kg

DBO5 afluenteOD necesario en el

reactor (mg/l)

LODOS ACTIVADOS CONVENCIONAL 1,5 2,0

AIREACIÓN EXTENDIDA 2,5 1,5

SISTEMAS CON NITRIFICACIÓN SIN DESNITRIFICACIÓN

3,0 1,5

LODOS ACTIVADOS

Recomendaciones de la norma brasilera NBR-570:

LODOS ACTIVADOS

Efluente doméstico – Planta Barueri, San Pablo:

LODOS ACTIVADOS

Efluente doméstico – Planta Barueri, San Pablo:

LODOS ACTIVADOS

Efluente doméstico – Planta Barueri, San Pablo:

LODOS ACTIVADOS

Efluente doméstico – Planta Barueri, San Pablo:

LODOS ACTIVADOS

Efluente doméstico – Planta Barueri, San Pablo:

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Curtiembre

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Curtiembre

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Frigorífico

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Frigorífico

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Industria láctea

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Industria láctea

LODOS ACTIVADOS

Efluente industrial – Industria láctea

Ø La etapa de sedimentación secundaria es fundamental en el proceso, ya que es donde se logra la remoción efectiva de DBO del efluente.

LODOS ACTIVADOS

Sedimentador secundario:

Ø Una buena sedimentación asegura la separación de los flóculos biológicos (microorganismos) del líquido, lográndose así un efluente clarificado con menor contenido orgánico.

licor mezcla

efluente clarificado

lodos purgados

Ø En forma periódica se debe realizar la purga de lodos, parte de los cuales se recirculan al reactor.

Ø Las características de sedimentación del lodo activado es el parámetro más importante a considerar cuando se diseña el sedim. secundario.

Ø Hay dos pruebas que pueden ayudar a definir esas características:

- Indice volumétrico de lodos (IVL): representa el volumen que ocupa 1 gr de lodo después de 30 min de sedimentación.

- Velocidad de sedimentación por zonas (VSZ): vel. a la que sedimentan las partículas en suspensión hasta llegar a vel. crítica

Ø Para determinar el IVL:

Se coloca 1 lt de licor mezcla en una probeta y se mide el volumen sedimentado luego de 30 min (V). Además se miden los SST del licor mezcla (SSLM).

IVL (ml/g) = V (ml/L) / SSLM (mg/L) x 1000

IVL < 100 ml/g existe buena sedim.

LODOS ACTIVADOS

V1 lt

Determinado el IVL se puede estimar la concentración de lodos en la purga o recirculación (fórmula empírica válida para líq.domésticos):

- Sedim. flujo vertical XR = XF

- Sedim. flujo horiz. con barrido XR = 0,7 XF

- Sedim. flujo horiz. con succión XR = 0,5 a 0,7 XF

XF = 1000 x ( tE 1/3 ) / IVL

con XF = sólidos en el sedim. (gSST / lt)

tE = tiempo de espesado (hs) (0,5 ≤ tE ≤ 2,0 hs)

Observación: para sistemas convencionales SSV = 0,7-0,85 SST

para aireación extendida SSV = 0,6-0,75 SST

LODOS ACTIVADOS

XR

XF

Ø Para determinar VSZ:

Se mide en una probeta de 1 litro graduada cada 1 cm.

Se agrega el licor mezcla hasta la marca de 1 litro y se agita para mezclar bien

Luego se registran los frentes de sedimentación contra el tiempo

LODOS ACTIVADOS

Ø Las primeras teorías se basaban en procesos físicos (coagulación, adsorción) para explicar la remoción de materia orgánica en el sistema.

Ø En 1942 McKee y Fair establecieron que los mecanismos consistían de dos etapas interrelacionadas:

- proceso físico de adsorción y floculación

- proceso biológico de consumo de materia orgánica para síntesis celular y consumo de energía

Ø En esta idea de dos etapas (adsorción y metabolismo microbiano) es que se basa la concepción del funcionamiento de los sistemas de lodos activados, considerando además la composición del agua residual a través de las fracciones soluble y particulada del sustrato.

LODOS ACTIVADOS

Comentarios en relación a los mecanismos del proceso de remoción biológica:

MOb disuelta

MOb particulada

MO lentam.hidrolizable

MO inertesoluble

MO inertepartic.

Ø MO biodegradable:- disuelta (rápidamente aprovechada en metabolismo microbiano)- particulada (requiere hidrólisis previa para ser luego metabolizada)- existe una fracción lentamente hidrolizable que es más dificil de

remover en forma biológica (puede removerse por floculación)

Ø MO inerte:- particulada (puede removerse por floculación)- disuelta o soluble (no se remueve, sale con el efluente)

LODOS ACTIVADOS

MO total

MO total biodegradable

MO total inerte

Ø Los flóculos del licor mezcla contienen células bacterianas y partículas orgánicas e inorgánicas (se adsorben en los flóculos biológicos).

Ø Bacterias: son los constituyentes más abundantes del flóculo y son las responsables de la oxidación de la MO.

Principales géneros: zooglea, pseudomonas, bacillus, bacterias nitrificantes (nitrosomonas y nitrobacter), organismos filamentosos

Las bacterias pueden clasificarse a su vez en:

- Bacterias formadoras de floc, que poseen una matriz gelatinosa que facilita la aglomeración de nuevos microorg. y producen un floc con vel.sedim.elevada.

- Bacterias filamentosas, con una morfología más alargada, que en número adecuado favorecen la buena formación del floc pero en número elevado dificultan la sedim.del lodo (fenómeno de “bulking”)

Número de bacterias en el licor mezclado: ~ 108 ufc / mg lodo

LODOS ACTIVADOS

Microbiología del lodo activado:

Ø Hongos: en general no se desarrollan en sistemas de lodos activados, pero se puede dar su crecimiento en condiciones de pH bajo o presencia de tóxicos

Ø Protozoarios: se encuentran presentes en el lodo activado. Pertenecen al reino Protista y son predadores de bacterias.

Los principales grupos son:

- Ciliados: su medio de locomoción son los cilios y por su movimiento se hacen llegar el alimento; existen tres géneros principales: ciliados libres, ciliados trepadores o reptantes y ciliados anclados o fijos

- Flagelados: su medio de locomoción es mediante uno o varios flagelos

- Amiboidea: su movimiento es por medio de falsos pies

LODOS ACTIVADOS

LODOS ACTIVADOS

Ø Rotíferos: son organismos multicelulares, cuyo papel en los lodos activados es el de remover las bacterias suspendidas no floculadas

Ø Patógenos: en el proceso de lodos activados no se remueve significativamente a los patógenos.

Método de estudio:

Ø Objetivo: la observación y el seguimiento de los microorganismos presentes es un buen indicador del funcionamiento del sistema de lodos activados

Ø Método: se toma la muestra del licor mezcla (del reactor o del líquido en el pasaje del reactor al sedimentador) y se realiza la observación al microscopio para identificar los microorganismos presentes

LODOS ACTIVADOS

Protozoarios: ciliado libre

LODOS ACTIVADOS

Protozoarios: ciliado libre

LODOS ACTIVADOS

Protozoarios: ciliados fijos

LODOS ACTIVADOS

Protozoario: ciliado libre

Protozoario: flagelado

LODOS ACTIVADOS

Rotífero

LODOS ACTIVADOS

Rotíferos

LODOS ACTIVADOS

Rotíferos y protozoario

Ø La operación de una planta de tratamiento es tanto o más importante que su diseño:

- Una planta bien diseñada pero mal operada dará malos resultados

- Una planta con problemas de diseño pero bien operada puede dar buenos resultados

- Una planta bien diseñada y bien operada logra buenos resultados

Ø En una planta de lodos activados los verdaderos trabajadores son los microorganismos, por lo que serán de especial interés básicamente los organismos que forman flóculos y los que forman filamentos.

LODOS ACTIVADOS

Operación de plantas de lodos activados:

Indicadores para el control de la operación:

Ø Indicadores visuales:

- Color:

Marrón claro - indica un lodo activado en buen estado

Negro u oscuro - indica la septicidad dentro del reactor

Colores inusuales - puede indicar presencia de tóxicos

- Espuma:

Grandes cantidades de espuma blanca en el reactor - indica que el lodo es muy joven (bajo Θc) por lo que se deberá disminuir la purga de lodos

Espuma espesa color marrón - indica que el lodo es viejo (alto Θc) y habrá que aumentar la purga

LODOS ACTIVADOS

- Algas:

Proliferación de algas en paredes, vertedero, etc - indica alta presencia de nutrientes en el líquido, por lo que habrá que identificar la fuente de nutrientes (si es la propia agua residual se podrá precipitar el fósforo previo al tratamiento)

- Material flotante:

Flotantes en el sedimentador secundario - indica altos niveles de grasas y aceites en el afluente a la planta

Capa de nata en el sedimentador secundario - indica que se está inyectando demasiado aire y que las burbujas arrastran los flóculos fuera del manto de lodos

Lodo en la superficie - puede indicar ocurrencia de desnitrificación (si se disminuye Θc se evita la nitrificación en el reactor)

LODOS ACTIVADOS

- Burbujeo:

Burbujeo en el sedimentador secundario - indica que el lodo del fondo se encuentra en condiciones anaerobias (aumentar recirculación o purga de lodos)

- Acumulación de sólidos:

Acumulación de sólidos en el reactor - indica una mezcla deficiente en el reactor, o el mal funcionamiento de los desarenadores o sedimentadores

- Turbulencia:

La turbulencia en el reactor debe ser uniforme, si se ven zonas con baja turbulencia puede deberse a difusores obstruidos

- Trayectoria del flujo:

La observación de la trayectoria del flujo ayuda a detectar cortocircuitos (se determina mediante trazadores, pero se puede ver por el mov. de la espuma en la superficie del reactor)

LODOS ACTIVADOS

- Aspecto del lodo:

Flóculos esponjosos - indican un lodo en buen estado

Lodo poco compacto - indican presencia de filamentosos

Flóculos pequeños y compactos - indican exceso de aireación

- Olor:

Cuando el sistema opera bien el olor de los lodos activados es como a humedad

Si se generan malos olores es un indicio de problemas operativos (aireación insuficiente, tiempo de acumulación del lodo en el sedimentador excesivo, alta carga orgánica de ingreso al reactor)

LODOS ACTIVADOS

Ø Indicadores analíticos (muestreo y análisis):

- Afluente: Q, DBO, DQO, SST, pH, AyG

- Reactor: OD, SST (SSLM), SSV, obs.microorg al microscopio, SSed y prueba de sedimentabilidad

- Sedimentador: profundidad manto lodos mediante tubo muestreador (se recomienda que la dist.entre la interfase lodo-líquido y el espejo de agua sea de 1m)

- Efluente: DBO, DQO, SST

- Recirculación y purga de lodos: Q, SST, SSV

Comentario: valores bajos de OD (< 1mg/L) inhiben la actividad microbiana aerobia, pero niveles elevados pueden afectar la sedimentación del lodo (OD óptimo 2 mg/L)

LODOS ACTIVADOS

Ø El seguimiento de los indicadores visuales y analíticos es el primer paso para una buena operación de la planta de lodos activados

Ø En un sistema bien operado:

- Los microorg. se agrupan formando flóculos color marrón claro

- Los flóculos sedimentan a una tasa uniforme y queda bien definida la interfase entre el agua y el lodo

- Entre los microorganismos presentes se observan pocos flagelados y muchos ciliados

Ø En sistemas mal operados predominan los lodos filamentosos, el efluente arrastra lodos y es de color oscuro

Ø El control del proceso por parte del operador pasa por regular la purga y recirculación de lodos, y la aireación en el reactor.

LODOS ACTIVADOS

Ø Relación F/M:

El valor de F está dado por lo que el operador podrá ajustar M:

- F/M baja: hay poco alimento y muchos microorganismos por lo que se deberá disminuir la recirculación y aumentar la purga.

- F/M alta: habrá que aumentar la recirculación

Ø Θc:

- Cuando el lodo es joven (Θc bajo) disminuye el OD en el reactor (alta demanda de oxígeno), la relación F/M es alta y el lodo sedimenta muy lentamente (IVL alto)

- Cuando el lodo es viejo (Θc alto) aumenta el OD en el reactor (baja demanda de oxígeno), la relación F/M es baja, el lodo sedimenta muy rápido y tiende a compactarse (IVL bajo), el manto de lodos tiene poca altura

En procesos convencionales se busca un lodo intermedio; en aireación extendida se opera en la modalidad de lodo viejo

LODOS ACTIVADOS

Ø Es uno de los mayores problemas operacionales que se pueden presentar en los sistemas de lodos activados.

Ø Cuando se presenta abultamiento o “bulking” una parte de los sólidos suspendidos del licor mezcla que ingresan al sedimentador salen junto con el efluente clarificado (no se logra una buena sedimentación del lodo)

Ø Este fenómeno está causado por un desequilibrio en las poblaciones componentes del floc de lodos activados.

La principal causa es el crecimiento de organismos filamentosos que no sedimentan.

LODOS ACTIVADOS

Problema de “bulking”:

Ø La presencia de demasiados organismos filamentosos provoca que los flóculos biológicos sean voluminosos y poco consistentes, tengan dificultades de sedimentación, y generen grandes volúmenes de lodos en los sedimentadores secundarios.

Ø Se pueden presentar tres situaciones en relación a la formación de los flóculos biológicos:

- Equilibrio entre filamentosos y formadores de floc: buena densidad de floc y buena decantabil, bajo IVL

- Predominio de organismos formadores de floc: insuficiente rigidez del floc, floc pequeño con mala decantabil.(crecimiento pulverizado o pin-point-floc)

- Predominio de organismos filamentosos (“bulking”): baja decantabilidad, alto IVL

LODOS ACTIVADOS

CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO LIMITANTE, S

µmáx

µ

µmáx2

Ks

Formas filamentosas

Formas no filamentosas

Los organismos no filamentosos que forman flóculos presentan µmáx elevado pero baja afinidad al sustrato (Ks alto), en cambio los filamentosos presentan µmáx bajo y alta afinidad por el sustrato (Ks bajo)

Por lo tanto, en reactores de mezcla completa, en los cuales existe baja concentración de sustrato, pueden predominar los filamentosos.

En los de flujo pistón (en los cuales existe baja conc.sustrato sólo al final), en general hay menor tendencia al predominio de formas filamentosas.

LODOS ACTIVADOS

Causas y soluciones al fenómeno de “bulking”:

Causas posibles:

Ø Bajo nivel de oxígeno disuelto (OD), baja relación F/M

Ø Afluente séptico

Ø Deficiencias de nutrientes, bajo pH

Acciones correctivas:

Ø Alteración de la concentración de OD en el reactor

Ø Alteración de los puntos de ingreso del líquido al reactor para modificar la relación F/M

Ø Adición de cloro o peróxido de hidrógeno al lodo de recirculación (OJO)

Ø Adición de nutrientes (N y P), adición de talco inorgánico en el reactor

Ø Uso de selectores (compartimientos previos al reactor donde se busca crear condiciones ambientales adecuadas para la predominancia de las bacterias formadoras de floc frente a las filamentosas)

LODOS ACTIVADOS