Única Edición
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Tabla de contenido Editorial
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Introducción
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Depuración del Agua
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Lodos Activados
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Operaciones Básicas de los Lodos Activados
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Tipos de Lodos Activados
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Problemas Operativos
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Nota de la Editora:
Actualmente uno de los problemas que más preocupa a la humanidad es la gran cantidad de aguas residuales que son vertidas indiscriminadamente a los cuerpos de agua sin ningún tipo de tratamiento, como consecuencia durante los últimos años se han venido desarrollando métodos de tratamiento de aguas residuales que involucran microorganismos, debido a que estos son relativamente económicos, eficientes y no generan subproductos contaminantes. El método de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados se desarrolló por primera vez en Inglaterra en el año 1914 y actualmente es el método estándar de tratamiento de aguas residuales en los países desarrollados, tiene como objetivo la remoción de materia orgánica, en términos de DQO, de las aguas residuales.
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Introducción
Introducción En el tratamiento de las aguas residuales generalmente se suelen provocar lodos, estos pueden ser de tipo biológico o físico-químico principalmente, y deben ser tratados para eliminarlos del agua tratada, minimizar la producción de los mismos y mejorar los costes de explotación de la planta.
¿Cuál es la Importancia del tratamiento de los Lodos? El tratamiento de los lodos integra sistemas de adecuación y deshidratación de lodos, con el fin de que los lodos retiradas tengan le menor contenido posible de agua para su mejor gestión. El tratamiento de loas aguas residuales por métodos biológicos /químicos, reduce los contaminantes existentes en dichas aguas. Estas contaminantes permanecen en los lodoso que se generan al final del proceso , la capa superior de los lodos se compone generalmente de aceites y otras grasas , mientras que la capa inferior contiene solidos pesados como la materia fecal humana o animal . Los lodos crudos , a continuación , deben ser espesadas y removidas del tanque antes de que bacterias sean capaces de digerirlos. Los lodos son de gran importancia ya que pueden ser utilizados como fertilizantes mediante un proceso estricto de limpieza y depuración y también interviene de manera principal en el tratamiento de aguas negras que esta basada en proporcionar un contacto intimo entre las aguas negras y lodos biológicamente activas. Los sistemas de lado intervienen solidos y sedimentos destructivos de su barro, lo que resulta en la retención de líquidos, reducir el desgaste en e equipo , la agitación de barra mas eficiente, el mantenimiento de limpieza eficiente y un ambiente de trabajo mas seguro.
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Tratamientos Principales para Agua Residuales
¿Como se lleva a cabo la depuración del agua? La depuración del agua se realiza en estaciones o plantas depuradoras especiales y se utilizan diversas técnicas y procedimientos según el nivel los tipos de contaminantes que contiene el agua residual, la cual consta de tres fases: primaria, secundaria y terciaria, estas fases involucran estrechamente una combinación a la vez de procesos físicos, químicos y biológicos. La primera fase se realiza procesos físicos con rejillas que retiren los residuos sólidos. La arena que posee la rejilla impide el paso de las partículas mayores, vertidas en el agua.
La segunda utiliza procesos biológicos que consisten en la eliminación de la materia orgánica que se encuentran en las aguas residuales. Para ello se crean condiciones favorables para el crecimiento de los microorganismos) necesita gran cantidad de oxigeno) que, al alimentarse de materia orgánica, pueden descomponerla.
Mediante procedimientos químicos algunas sustancias contaminantes del agua se coagulan por la acción de determinados productos. De esta forma los coágulos pueden eliminarse a través de los filtros de arena y de rejillas, siendo esta la última fase. El resultado de esta purificación se vuelve a colocar en un cuerpo de agua, bien sea al mar, ríos o lagos usualmente por un emisario submarino, el cual es una conducción de gran longitud que lleva las aguas residuales. Si el agua residual no contiene tóxicos, la capacidad auto depuradora del mar puede reciclar los materiales contaminantes
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Lodos Activados
Los tratamiento biológicos son los más habituales e importantes en las plantas de tratamientos, no solo para tratar las aguas urbanas si no también los industriales. La parte fundamentales de los tratamientos biológicos es el proceso que realizan los microorganismos, quienes son los principales consumidores de materia orgánica y de nutrientes como nitratos y fosfato, los cuales son tomadas como fuente de energía para su crecimiento. Dependiendo de cuál sea el contaminante que se desea remover, los microorganismos buen sea aerobias (necesitan de oxigeno) o anaerobia (no necesita oxígeno) y anoxicas (elemento inerte, para la eliminación biológica de los nitratos) se distribuyen los procesos del tratamiento.
Entre los principales procesos aerobios de una planta de tratamiento biológico están:
Lodos Activados Es un proceso biológico aerobio que emplea microorganismos aerobios y facultativos para degradar los compuestos orgánicos. El sistema se compone de un reactor aireado artificialmente (cámara de aireación), seguido por un sedimentador que cumple la función de separar la biomasa suspendida en la fase líquida. Una parte de la biomasa separada en el sedimentador secundario se la recircula al reactor, el resto se elimina como barros en exceso (purga de barros), de manera tal de mantener la concentración de microorganismos en la cámara de aireación aproximadamente constante. De esta manera, por efecto de la recirculación aumenta la concentración de la biomasa en la cámara de aireación, y el tiempo de residencia de los mismos, obteniéndose remociones similares con instalaciones más pequeñas. Al aumentar el tiempo de residencia de los microorganismos en el reactor, aumenta la actividad biológica, y disminuye, así, el tiempo de tratamiento (del orden de horas)
Los sedimentadotes secundarios deben cumplir básicamente con dos funciones: 1. La clarificación, es decir producir un efluente relativamente libre de sólidos en suspensión (Permite la disminución de la DBO). Directamente relacionada con la calidad que se desea obtener en el líquido a tratar, ya que los sólidos en suspensión que no pueden separarse en esta etapa del proceso contribuyen con una determinada demanda de oxígeno. 2. El espesamiento, o sea, generar un barro suficientemente concentrado en el fondo del sedimentador. Se recomienda el uso de sedimentadotes circulares, que presentan mayor eficiencia hidráulica. Es conveniente que sean profundos, debido a la presencia de sólidos en proceso de decantación. Cuánto más profundo es, es mayor el tiempo para que las partículas interactúen entre sí, y puedan agregarse, disminuyendo así, la concentración de sólidos que sale del sedimentador.
Principios del Proceso de Lodos Activados
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Elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos activados: Tanque de aireación. Estructura donde el desagüe y los microorganismos (incluyendo retorno de los lodos activados) son mezclados. Tanque sedimentador. El desagüe mezclado procedente del tanque es sedimentado separando los sólidos suspendidos (lodos activados), obteniéndose un desagüe tratado clarificado.
Equipo de inyección de oxígeno. Para activar las bacterias heterotróficas.
Sistema de retorno de lodos. El propósito de este sistema es el de mantener una alta concentración de microorganismos en el tanque de aireación.
Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables son retornados al tanque de aireación.
Exceso de lodos y su disposición. El exceso de lodos, debido al crecimiento bacteriano en el tanque de aireación, son eliminados, tratados y dispuestos.
Página 8 Principios del Proceso de Lodos Activados
Operación básica 1) Pre-tratamiento/ajuste de aguas residuales En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de pasar al proceso de lodos activados, esto es debido a que ciertos elementos inhiben el proceso biológico. Algunos de estos casos son: Sustancias dañinas a la activación microbiana, tal como la presencia de cloro.
Grandes cantidades sólidos. Se utilizan cribas o rejas en un tanque de sedimentación primaria para los sólidos fácilmente sedimentables
Aguas residuales con valores anormales de pH. Se debe realizar un proceso de neutralización el cual es indispensable para el desarrollo bacteriano.
3) Separación sólido – líquido en el Tanque de Sedimentación Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del tanque de aireación. Este proceso se realiza en el tanque de sedimentación, concentrándolos por gravedad. La finalidad de este proceso es conseguir un efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos y asegurar el retorno del lodo. Descarga del exceso de lodos Con la finalidad de mantener la concentración de los lodos activados en el licor mezclado a un determinado valor, una parte de los lodos son eliminados del sistema a lechos de secado o espesadores con filtros mecánicos (filtros prensa, de cinta etc.) para posteriormente disponer el lodo seco como residuo sólido.
Desagües con grandes fluctuaciones de caudal y calidad de las aguas residuales incluyendo concentración de DBO. Se homogeniza las aguas en un tanque de igualación
2) Remoción de DBO en un Tanque de Aireación Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque sedimentador final es aireado hasta obtener 2 mg/l de oxígeno disuelto o más. En este proceso, una parte de materia orgánica contenida en los desagües es mineralizada y gasificada y la otra parte es asimilada como nuevas bacterias.
Un aspecto importante del proceso de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados es el uso flóculos biológicos en los lodos activados compuestos de bacterias heterotróficas y son el elemento principal para la purificación. El proceso de tratamiento tiene dos importantes características: 1) Eficiente remoción de materia orgánica. 2) Eficiente separación de sólidos.
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Principios del Proceso de Lodos Activados
Rol de las bacterias
Uso de bacterias benéficas
Las bacterias juegan un rol preponderante en el tratamiento biológico. Las bacterias son clasificadas de acuerdo a sus características bioquímicas:
Existen compuestos bacterianos comerciales que se utilizan para acelerar el proceso de degradación biológica. Uno de estos productos es el que se conoce comercialmente como Enziclean, que es una mezcla de bacterias aeróbicas anaeróbicas y facultativas seleccionadas por su gran actividad y agresividad, compitiendo favorablemente contra las bacterias patógenas que se encuentran en las aguas residuales.
a) Clasificación por fuente de energía y carbón: Clasificación por fuente de energía • Fotosintéticas • Quimio sintéticas • Reacción Oxidación-Reducción Inorgánica Clasificación por fuente de carbón
• Reacción Oxidación-Reducción Orgánica • Carbón Orgánico b) Clasificación por su forma de vida 1. De crecimiento suspendido, con existencia de flóculos orgánicos (Lodos Activados). 2. De crecimiento adherido donde el crecimiento bacterial se realiza en un medio de apoyo (piedras o cualquier otro medio artificial). Se utilizan en procesos con filtros percoladores. c) Clasificación por uso de oxígeno • Organismos aeróbicos. Existen solo cuando existe una fuente de oxígeno molecular. • Organismos anaeróbicos. Su existencia esta condicionada a la ausencia de oxígeno. • Organismos facultativos. Tiene la capacidad de sobrevivir con o sin oxígeno.
Otros Microorganismos Estos son animales, plantas y protistas, en su conjunto comparados con las bacterias casi no contribuyen en el proceso de purificación, pero dado que por su tamaño son más fácilmente identificables, nos sirven como organismos indicadores en el control y manejo del proceso de lodos activados.
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Principios del Proceso de Lodos Activados
Básicamente la remoción de la materia orgánica en las aguas residuales es producida por dos procesos:
Mineralización (gasificación): por acción de las bacterias heterotróficas y por la biosíntesis o crecimiento de las bacterias.
La síntesis biológica: Se manifiesta como la adsorción de las sustancias procedentes del agua residual metabolizadas y manifestadas como nuevos microorganismos.
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Tipos de Lodos Activados
Tipos de lodos activados Convencional Este proceso se caracteriza por operar con régimen de flujo pistón. Fue la primera opción que se empleó, pero dado que los microorganismos se adaptan mejor al medio homogéneo, comenzaron a emplearse. Este proceso consiste de un tanque de aireación, un sedimentador secundario y una recirculación del lodo. El sistema de aireación puede estar constituido por difusores o aireadores mecánicos, obteniéndose eficiencia en la remoción de DBO5 entre el 85% y 95% para un tiempo de retención hidráulico que varía de 4 a 8 horas. Este proceso es sensible a sobrecargas.
Diagrama de Flujo Convencional
De Mezcla Completa Este proceso consiste básicamente en una mezcla completa de bacterias y agua residual en un tanque de aireación de micro burbuja. A medida que la población de microorganismos aumenta, se agrupan y forman flóculos para producir una masa activa llamada lodo activado que sedimentara en la unidad subsiguiente del sistema. Este tipo de tratamiento es el más comúnmente utilizado a nivel mundial para tratar aguas residuales de ciudades de población media, además de ser uno de los procesos más estudiados y seguros, con el cual es posible lograr eficiencias en la remoción de los contaminantes entre 85% y 95% para un tiempo de retención hidráulico de 3 a 5 horas; muestra particular resistencia a los choques y sobrecargas. Este proceso se realiza en tanques en forma simétrica; en cualquier punto del estanque, hay igual proporción de líquidos y lodos e igual DBO.
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Tipos de Lodos Activados
Lodos de Aireación Prolongada o Extendida Conocido también como Oxidación Total. Su diagrama de flujo es esencialmente la misma que un sistema de mezcla completa excepto que no tiene sedimentador primario. El tiempo de retención hidráulico varía de 18 a 36 horas. Este período de aireación permite que las aguas residuales y lodo sean parcialmente digeridos en el tanque aireador, permitiendo su disposición sin ser necesaria una gran capacidad de digestión. Es posible lograr eficiencias en la remoción de los contaminantes entre el 90% y 95% para un tiempo de retención hidráulico superior a 8 horas. Descripción del sistema, El sistema está conformado por las siguientes unidades internas: Cámara de sedimentaci ón primaria (digestión anaerobia).
Cámara de aireación (digestión aerobia)
Cámara de sedimentaci ón secundaria.
Cámara de cloración. (Opcional)
Filtro UVC (Opcional)
Cámara de sedimentación primaria y digestión anaeróbica. En ésta cámara, que recibe el efluente crudo, la materia en suspensión sedimenta y se produce un primer tratamiento anaeróbico de la carga orgánica, así como la digestión de parte de los barros generados en la etapa aeróbica, aquí se tratan los sólidos gruesos ( papeles y algodones así como también la orina ).
Sistema de aireación El sistema de aireación, alimentado por soplador, dispersa el aire en el fondo de la cámara de aireación por medio de una serie de difusores de alto rendimiento y están diseñados de tal manera que son inobstruibles, impidiendo el retorno del líquido por la cañería al cesar el flujo de aire. En esta etapa se eliminan todos los elementos que provocan olores y también las grasas y detergentes.
Lodos de Flujo Pistón Se describe como aquel en que todas las partículas del fluido que entran a la unidad permanecen en ella el mismo tiempo. De esta manera, los elementos de fluido pasan a través del sistema y son descargados en la misma secuencia en que fueron introducidos y no hay ningún tipo de "dispersión axial" mientras el fluido se desplaza a lo largo del reactor.
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Problemas Operativos
Problemas Operativos Las dificultades operacionales observadas comúnmente en los procesos de barros activados suelen estar directamente relacionadas con el mal funcionamiento de la clarificación en la etapa de sedimentación secundaria. Es decir, una excesiva cantidad de sólidos biológicos en el líquido efluente, incrementando la DBO5 del efluente en unos 0,6 mg por cada mg de SST, producto de una baja sedimentabilidad. Algunas de las razones por las cuales la decantación en el sedimentador secundario es menor son:
Si la concentración de sólidos es elevada, mayor es la dificultad para que el material decante. Si los SST son similares, ésta no es la razón de que la decantación disminuya.
Bulking (“abultamiento del lodo”): debido a la presencia de microorganismos filamentosos, los flocs normales no pueden interactuar eficientemente, y por ello, no decantan. No hay agregación de partículas. Interfiere en la sedimentación y compactación del barro.
Si hay bulking, el material decantado en el sedimentador secundario va a estar cercano en la interfase, por lo que puede ser arrastrado por el líquido. Por lo tanto, la calidad del afluente tratado es relativamente baja.
Una cantidad limitada de estos microorganismos no necesariamente afecta la calidad del líquido tratado, por el contrario, permite mejorar el tratamiento. Esto es, debido a que permite obtener un líquido clarificado con menor cantidad de material en suspensión, ya que los microorganismos filamentosos captan aquellas partículas que, de otra manera, no decantarían. Si el bulking es demasiado elevado, el lodo no decanta, y el sedimentador no actúa, dando concentraciones altas de sólidos en el líquido de salida. El fenómeno de Bulking en un barro biológico está asociado con:
Pobre sedimentabilidad, que se manifiesta en una baja velocidad de sedimentación.
Pobre compresibilidad, que se manifiesta en una relativamente baja concentración de barros en el fondo del sedimentador secundario