lodos activados

DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES

TRATAMIENTOS

SECUNDARIOS

Mercedes Villa Achupallas M.Sc.

Mercedes Villa Achupallas

TRATAMIENTO SECUNDARIO

Se entiende como tal a la fase de depuración en la que

empleando mecanismos de oxidación biológica, se elimina la

materia orgánica degradable bilógicamente por microorganismos

en presencia de oxígeno y nutrientes. Este tipo de tratamientos

se puede agrupar en:

1. Tratamientos Biológicos

2. Tratamientos de Bajo Coste


� Es el procedimiento de mayor complejidad técnica y decomprensión pero que mayores eficacias proporciona al final de suproceso.

� Se basa en la eliminación de la materia orgánica y otrosnutrientes como nitrógeno o fósforo presentes en las aguas comosólidos no sedimentables; mediante la acción de microorganismos.

� Se busca en ellos una doble acción: la metabólica y la floculaciónde las partículas en suspensión.


Relación de Biodegradabilidad

En aguas residuales, se determina como la relación entre la

demanda bioquímica de oxígeno y la demanda química de

oxigeno.

A partir de esta relación se deduce con facilidad si la sustancia a

depurar es de origen doméstico o industrial, y nos guía al método

de depuración más adecuado.


Relación de Biodegradabilidad

Relación DBO/DQO Tratamiento Adecuado

DBO/DQO > 0.4

Es biodegradable, pudiéndoseutilizar sistemas biológicos porfangos activados o lechosbacterianos.

0.2≤DBO/DQO≤0.4Es biodegradable, siendorecomendable el empleo de lechosbacterianos.

DBO/DQO<0.2

No es biodegradable, o es pocobiodegradable, y no es adecuadoutilizar métodos biológicos. Esrecomendable aplicar procesosquímicos.


PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS

• OXIDACIÓN: Eliminación de materia orgánica biodegradable por

microorganismos específicos en condiciones adecuadas.

• Elimina la materia disuelta o coloidal que no se puede eliminar por

decantación o sedimentación.

• Reduce eficientemente la concentración de COT, DBO, DQO y mediante

procesos de nitrificación-desnitrificación elimina nutrientes como nitrógeno

y fósforo.

• Este tratamiento viene por lo general luego de la sedimentación primaria.

- Coagula-Elimina-Estabiliza la materia orgánica en el medio.- Para esto, transforma la MO en materia fácilmente sedimentable.



- PROCESOS AEROBIOS:

- Las bacterias consumen la MO para reproducirse.

- Requiere de Oxígeno para realizar sus funciones vitales (energía).

Los microorganismos se alimentan de la materia orgánica en presencia de oxígeno

y nutrientes, de acuerdo con la siguiente reacción:

Materia orgánica + Microorganismos + Nutrientes + O2→ Productos finales

+ Nuevos microoganismos + Energía

- RESPIRACIÓN ENDÓGENA (Cuándo hay poca MO)

- Cuando mueren sirven de alimento para otros microorganismos.



• En el tratamiento de lodos la respiración endógena se usa mucho

porque los microorganismos se alimentan de ellos mismos y

reducen el volumen de lodos.

• MICROORGANISMOS: Bacterias, Hongos, Algas, Protozoos, etc.

• Los microorganismos llevan a cabo la degradación de la MO.

• Los procesos aerobios necesitan oxígeno que atraviese el agua

para llegar a los microorganismos. (Oxigenación del medio)


PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS• La asimilación de MO que facilita la reproducción de microorganismos

puede conllevar a un exceso de los mismos dando lugar a LODOS

BIOLÓGICOS que contienen restos de MO no biodegradada y

exceso de microorganismos.

• Por esta razón se debe considerar que a mayor temperatura:

• mayor velocidad de reacción.

• mayor solubilidad del oxígeno en H2O

• Afecta los microorganismos

• Se debe mantener una relación de nutrientes:

(C / N / P) →→→→ (100 / 5 / 1)

Esto quiere decir que por cada unidad de fósforo hay 15 unidades de nitrógeno y 100unidades de carbono en el medio, como medidas estables para no causar estratificación.


PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS� El agua residual con altas concentraciones de nutrientes.

� Aparecimiento de algas

� Consumen fosforo y nutrientes

� Aparecen algas cianofíceas en la superficie que no deja pasar la luz

� Impide la fotosíntesis (No se produce oxigeno)

� Los organismos mueren

� Agua turbia y verdosa, aparecen bacterias aerobias.

� Con oxigeno oxidan la materia orgánica y vegetal

� Disminución de OD, muerte de otros organismos vivos

� Se desarrollan condiciones anaerobios (Procesos fermentativos que dan origen al SH2 (sulfhídrico) y NH3 (amoniaco) responsables de mal olor.

Importancia de la eliminación de nutrientes de las A.R.Mercedes Villa Achupallas

NITRÓGENO Y FÓSFORO EN A.R


ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL N

• Se basa en el proceso de NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN (Ciclo del Nitrógeno).

• Finalidad: convertir Nitrógeno Amoniacal en Nitrato y suposterior reducción en Nitrógeno Gaseoso.

• Proceso sencillo y relativamente económico.

• Si se lleva a cabo en un sistema de lodos activados:

• Adecuar el medio para el desarrollo del proceso denitrificación.

• Aumentar la edad del lodo o fango.• Reactor biológico en dos zonas una aerobia y una

anaerobia.


NITRIFICACIÓN Proceso microbiológico que convierte el ion amonio en nitrito y

posteriormente en nitrato.

Se lleva a cabo en dos fases bajo la acción de microorganismos

autótrofos (Usa el CO2 como carbono (Usan carbono inorgánico))

1) Nitrógeno Amoniacal → Nitrito

• Bacterias nitrosomas

• Requieren de oxígeno

• Bajo coeficiente de crecimiento

• Pierden energía durante la oxidación del amonio a nitrito

2) Nitrito → Nitrato

• Bacterias nitrobacter

• Requieren de oxígeno

• Coeficiente de crecimiento más alto que la nitrosomaMercedes Villa Achupallas

CICLO DEL NITRÓGENO


FACTORES QUE AFECTAN LA NITRIFICACIÓNTemperatura: la velocidad de crecimiento de los microorganismos depende de la temperatura. (10<T<25)

pH: para la nitrificación, el pH óptimo esta entre (8-9), para que el CO2 pueda ser asimilado por las bacterias autótrofas.

Concentración de Oxígeno Disuelto: estas bacterias tienen un consumo de oxígeno elevado.

Relación DBO5/NTK: Valores superiores a 0.22 indican que hay menos carbono y más MO que no es asimilable por las bacterias.

Alcalinidad: se procura que el medio se alcalino para mantener la forma de CO2.

Sustancias inhibidoras: Acetona (>2g/l); Cloroformo (>18g/l); Fenol (>5.6g/l), entre otros.


DESNITRIFICACIÓN

• Transformación biológica del nitrógeno oxidado (nitrato) en formas

más reducidas que generalmente llegan hasta el nitrógeno

molecular (N2) que escapa a la atmósfera.

• Las bacterias desnitrificantes son organismos heterótrofos

facultativos (utilizan el nitrato en lugar del oxígeno para su

respiración; su fuente de carbono es la MO)

• Al ser facultativas pueden ser aerobias o anaerobias.

• En presencia de oxígeno, oxidan la MO sin consumir nitrato.


FACTORES QUE AFECTAN LA DESNITRIFICACIÓN

Temperatura: la influencia de la temperatura en la velocidad de

crecimiento de los microorganismos.

Oxígeno Disuelto: Para que el nitrato sea consumido por las

bacterias desnitrificantes se requiere que el OD<1mg/l.

Alcalinidad: Por cada mol de nitrato convertido se produce un

equivalente en alcalinidad.

Efecto del pH: en la desnitrificación, el pH optimo esta entre (7-9).

pH<7.3; →N2O pH>7.3; →N2


ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL P

En un proceso biológico, se lleva a cabo de 2 maneras:

1) Asimilado por microorganismos para su crecimiento.

2) Acumulación del P en la biomasa de los microorganismos.

Las bacterias que almacenan este P en forma de polifosfato se denominan

Acinetobacter.

• En el proceso anaerobio anterior donde se consume la MO, se

incrementa significativamente la concentración de P como (PO3).

• En el proceso aerobio, las bacterias consumen este P.

• En consecuencia el fango extraído presenta altas concentraciones de P.


ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL P


FACTORES QUE AFECTAN LA ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL P

• Temperatura

• Oxígeno disuelto

• pH

• Carga orgánica y tipo materia orgánica

• Nitratos

• Tiempo de Residencia

• Edad del fango


ELIMINACIÓN DE N Y P

1) La nitrificación, afecta negativamente a eliminación biológica

del fósforo (Edad del fango)

2) Se produce una competición entre las bacterias encargadas

de la eliminación del P y del N para consumir el fango.

Considerando la variabilidad en la caracterización de aguas

residuales, se han ideado procesos orientados a la eliminación

simultánea de la materia orgánica y nutrientes.


PROCESOS DE ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NUTRIENTES

Características fundamentales del proceso: 3 fases:

ANAEROBIO ANÓXICO AEROBIO

Consumo de MO y asimilación del P

(+++P)

En esta fase se desarrolla:nitrificación del nitrato

recirculado desde la fase aerobia.

Consumo de MO que no se haya

consumido en los otros tanques

(----P) y (+++Nitrato)

El nitrato inhibe las bacterias asimiladoras de P.Mercedes Villa Achupallas

LODOS ÓFANGOS ACTIVADOS

Consiste en desarrollar un cultivo bacteriano disperso por el

que circula el agua residual a tratar, y que se encuentra

agitado y aireado, favoreciendo así la alimentación de estos

microorganismos con el aporte de materia orgánica

contenida en el agua.


BREVE HISTORIA

� Este método de tratamiento, fue desarrollado por Ardern y

Lokett en Inglaterra en 1914, y actualmente es el método

estándar para el tratamiento de aguas residuales en países

desarrollados.

� Este tratamiento, degrada la materia orgánica presente en el

agua residual como residuos de comida, jabones y

detergentes.

� Sistema eficiente, porque ocupa superficies pequeñas y

alcanza altos rendimientos de depuración.


FACTORES DE CONTROL:

El exceso de alimento, ocasiona déficit de OD, produce un exceso desólidos, genera organismos filamentosos que evitan la sedimentación ypor lo tanto disminuye la eficiencia del sistema.

Con el déficit de alimento, el sistema no puede mantener un crecimientobacterial, genera un efluente turbio, con partículas poco biodegradablesprovenientes del residuo de la autoxidación.

El déficit de nutrientes (N y P), causa un aumento en las bacteriasfilamentosas, inhibe la producción de nuevas bacterias.

El déficit de OD. (<1), causada por exceso de alimento mayor elestimado en el diseño, por fugas en el sistema de suministro de aire, porfallas en el cálculo de diseño en la cantidad de 02.

El exceso de O2 (>4mg/l), ocasiona poca materia biodegradable en ellíquido residual a tratar, baja concentración de s.s. En el reactor,suministro excesivo de oxígeno en el en el reactor, no permite lasedimentación del lodo y se forma espuma, ph=(6-8).


DESCRIPCIÓN DEL PROCESO


PROCESO DE LODOS ACTIVOS


DEFINICIÓN DE FLUJOS


DEFINICIÓN DE FLUJOS

Considere los subíndices en base a lo siguiente:

• Subíndice (o) → Entrada o afluente

• Subíndice (e) → Salida o efluente

• Subíndice (w) → Lodos

• Subíndice (r) → Recirculación

Las variables de diseño son:

• Q → Caudal

• S → Concentración del sustrato

• X → concentración de microorganismos

El sistema de lodos activos trabaja en estado estático (Q, S y X son

cttes) en un ambiente dinámico.Mercedes Villa Achupallas

FANGOS ACTIVADOS:

• El cultivo bacteriano, forma unos flóculos que se envían a un tanque

de sedimentación, dónde se separa el agua depurada de los fangos.

• Un porcentaje de estos últimos, se suele recircular al depósito de

aireación para mantener en el mismo una concentración suficiente de

biomasa activa.

• La adición de aire, puede ser mediante turbinas o difusores, esta

agitación evita la sedimentación y homogeniza la mezcla de

flóculos, la agitación, tiene por objeto suministrar el oxígeno necesario

para el desarrollo de los microorganismos.

• Con este tratamiento, se obtienen rendimientos entre el 85% y 95% de

materia orgánica.Mercedes Villa Achupallas

SISTEMA DE LODOS ACTIVOS


PARÁMETROS DE DISEÑOTiempo de retención hidráulica (Ɵ=V/Qo) debe ser adecuado para que se desarrollen las reacciones cinéticas de las bacterias.

Tiempo de retención celular o edad del lodo (Ɵc) tiempo que permanecen los microorganismos en el sistema, antes de salir del mismo.

El valor de (Ɵc) se encuentra entre 5-15 días, se asume un valor en el diseño.


PARÁMETROS DE DISEÑOVolumen de la cuba de aireación:

• El caudal (Qo) a tratar y la concentración de DBO5 a la entrada (So)

son parámetros que deben ser conocidos.

• La concentración de DBO5 a la salida (Se) debería cumplir con el LMP

de vertido.

• Coeficiente de rendimiento de biomasa del sistema (y)

(mgSS/mgDBO5)

• Coeficiente cinético de endogénesis (Kd) (d-1)


PARÁMETROS DE DISEÑO

• El valor de (X) corresponde a la concentración de microorganismos en el

reactor, generalmente (2<X<3.2) KgSS/m3.

• No puede ser excesivamente alta porque requieren que se les provea de

oxígeno y al haber mucho, se interrumpe la transferencia de oxígeno.

• Debemos tener en cuenta que los flóculos formados en el proceso

deben sedimentar, para verificar que estos flóculos sean sedimentables

se emplea el Índice Volumétrico de Lodos (IVL)

• El IVL se determina como determinar sólidos sedimentables en aguas.

IVL=Volumen de lodo sedimentado / Peso de lodo sedimentado

IVL (ideal) = 100

A mayor IVL → menor sedimentabilidad de flóculos



• Otro parámetro de control es la Carga Másica (Cm) esta dado en

unidades de (Kg DBO5/Kg SS*d) y para lodos activos de mezcla

completa debe ser (0.2 < Cm < 0.6).

• La carga másica representa la relación entre la cantidad de

alimento disponible en el medio y los microorganismos (A/M)



• Al representar graficamente IVL vs Cm, resultan 3 mínimos que define el sistema de lodo activado que tengo.



• LODOS ACTIVADOS DE CARGA MÁSICA BAJA:


Con sistema de Aireación Prolongada


• LODOS ACTIVADOS DE CARGA MÁSICA MEDIA:


Con sistema de Mezcla Completa


• LODOS ACTIVADOS DE CARGA MÁSICA ALTA:


Con sistema de Aireación Prolongada

A <<< DBO → >>> Purga

A >>>DBO → Cierro Purga



• La cantidad de lodos a purgar (Qw), se refiere a los fangos en

exceso (m3/d).

• Constituido por materia orgánica e inorgánica no biodegradable.

• La cantidad de biomasa que ingresa al sistema corresponde al valor

de Pss (Kg SS/d).



La Cantidad de Biomasa que produce el sistema esta dado por Px(Kg SS/d).



X’e = Conc. De SS a la salida del DECANTADOR SECUNDARIO.

X’w = X’r = Conc. de lodos SECUNDARIOS



Introducción de aire u oxígeno puro por difusores sumergidos.


SISTEMA DE AIREACIÓN

Aireación por difusores:

Eficacia Stándar de Transferencia de Oxígeno


PARÁMETROS DE DISEÑOSISTEMA DE AIREACIÓN

Agitación mecánica del agua residual para favorecer la disolución de oxígeno del aire.


SISTEMA DE AIREACIÓN

• Se debe considerar la necesidad teórica de oxígeno para lametabolización de la materia y la capacidad de transferencia deoxígeno del sistema de aireación.

• Necesidades teóricas de oxígeno:



El valor de α depende del sistema de aireación:



lodos activados

Documents