Lodos Activados1
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10 Junio 2013 ANDRES ALMANZA Contaminación Ambiental 1 Ingeniería Ambiental
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10 Junio 2013
ANDRES ALMANZA
Contaminación Ambiental 1
Ingeniería Ambiental
1. Definición
2. Principales características
i. Tanque de aireación
ii. Estrucutura del flóculo
iii. Tanque de sedimentación
iv. Recirculación de lodos
v. Ecología microbiana
3. Configuraciones del proceso
i. Configuraciones fisicas
ii. Abastecimiento de Oxígeno
CONTENIDO
Proceso ampliamente
utilizado en el mundo para
el tratamiento de aguas
residuales municipales e
industriales.
E. Ardern and W. T. Lockett
en 1914.
1.Definición
01
(SINA, 2013) 02
1.Definición
03
Tratamiento biológico, Proceso aerobio.
1.Definición
04
05
Planta de tratamiento de agua residual típica
Planta de tratamiento de agua residual
típica incluyendo remoción de nutrientes
06
Elementos esenciales:
–Tanque de aireación (1)
–Tanque de sedimentación de sólidos (2)
–Recirculación de sólidos (3)
07
2. Principales Características Tanque de Aireación
El tanque de aireación es un reactor de biomasa suspendida conteniendo
agregados microbianos llamados flóculos. A esta biomasa suspendida se le
conoce también como lodo activado
Los microorganismos oxidan (consumen) donadores orgánicos de e-(materia
orgánica) presentes en el agua residual
La DBO (BOD en inglés) es un
parámetro agregado que mide la
concentración total de estos
donadores orgánicos de e-
La biomasa se mantiene
suspendida por medio de mezclado
continuo (mecánico o por difusión
de aire)
08
Estructura del flóculo
Microestructura:
Los organismos se
mantienen unidos en
flóculos por medio de
polímeros orgánicos
producidos por ellos
mismos (polisacáridos y
proteínas) y por fuerzas
electrostáticas
(cationes).
Macroestructura:
Los flóculos a su vez se
agregan ayudados por bacterias filamentosas
09
a) y c) : Flóculos individuales (microestructura)
b) y d) : Flóculos conteniendo organismos
filamentosos (macroestructura) 10
Tanque de sedimentación
Los flóculos (lodos activados o lodos secundarios) se separan del agua
tratada, por sedimentación
El agua libre de flóculos, clarificada, se le da un tratamiento para su
descarga o uso posterior (cloración, ozonización, adsorción, osmosis
inversa)
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Recirculación de lodos
Una fracción de los flóculos (lodos) se recircula al tanque de aireación
(Recirculated Activated Sludge, RAS).
Otra fracción de los flóculos (lodos) se desecha (WastedActivatedSludge,
WAS)
La recirculación de los flóculos permite alcanzar concentraciones más
altas de microorganismos en el tanque de aireación (mayor tiempo de
retención de sólidos θx)
Esto permite que el tiempo de retención del líquido (θ) se más
pequeño(generalmente horas)
–Mayor caudal a tratar y mas efectivo en costos
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Tiempo de Retención de Líquidos
HRT
V = volumen reactor (m3, L, etc.)
Q = flujo afluente (m3/día, L/hora, lps, etc.)
θ = HRT = tiempo de retención hidráulico (día, hora)
Tiempo de Retención de Sólidos
SRT
Biomasa activa: g sólidos suspendidos volátiles (SSV)
Tasa de producción de biomasa: g SSV/hr
θx = SRT = tiempo de retención de sólidos (día, hora)
13
Quimiostato
14
Reactor con recirculación
15
Ecología Microbiana
El lodo activado contiene una gran variedad de organismos:
Procariotes(bacterias) y eucariotes(protozoarios, rotíferos,
crustáceos, nemátodos)
Bacteriófagos (virus bacterianos)
Pocos hongos
Protozoarios ciliados Bacterias
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Ecología Microbiana
-Consumidores Primarios-
Los bacterias heterotróficas son consumidores primarios de la materia
orgánica soluble.
–Son las mas abundantes en número
–Algunas especies consumen una gran variedad de compuestos
orgánicos, otras son mas especializadas
–Crecen razonablemente rápido
Aunque en menor proporción, también hay protozoarios que son
consumidores primarios de materia orgánica particulada.
-Consumidores secundarios-
-Organismos nocivos-
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Ecología Microbiana
-Impacto de θx largos-
El tiempo de retención de sólidos (SRT o θx) en un sistema de lodos
activados se usa para:
Controlar la eficiencia del tratamiento
A θx largos se obtiene un remoción mayor de substrato pero se
forma una mayor cantidad de productos microbianos solubles
(aumenta la DBO) disminuyendo la calidad del efluente.
Empíricamente θx se ha establecido en el rango de 4 a 10 días
para balancear la remoción de DBO y los costos del proceso.
Controlar las características físicas y biológicas de los sólidos.
A θx largos aparecen organismos de crecimiento lento. Esto cambian las
características de sedimentación del lodo.
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Ecología Microbiana
θx largos (> 10 días) favorecen el crecimiento de organismos predadores
de crecimiento lento
–Rotíferos y nemátodos
–Se alimentan con el floculo mismo, no con bacterias libres
–Formación de partículas pequeñas no floculantes (restos
celulares)
–Aumenta la turbidez y la DBO
Reactor desestabilizado
–El floculo se disgrega liberando bacterias
–Los predadores ciliados de nado libre predominan porque son
capaces de atrapar las bacterias dispersa
Las bacterias nitrificantes (oxidadoras de amonio) también son de
crecimiento lento y aparecen a θx largos
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Ecología Microbiana
La observación al microscopio de los organismos de crecimiento lento es
un ayuda adicional para evaluar el estado funcional del reactor.
Cambios repentinos en la distribución de estos organismos pueden ser
señales tempranas de desestabilización.
El tamaño del flóculo
y su estructura y la
presencia excesiva
de organismos
filamentosos también
son señales de
problemas con la
sedimentación a θx
demasiado largos.
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3. Configuraciones de proceso
Configuraciones físicas
–Flujo tapón (plug flow)
–Aireación en etapas (step-aeration)
–Completamente mezclado
–Estabilización por contacto (contact-stabilization)
–Con selector anóxico (anoxic selector)
Modificaciones basadas en el abastecimiento de O2
–Aireación convencional
–Aireación disminuida en gradiente (tapered aeration)
–Oxígeno puro
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Configuraciones físicas
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Flujo Tapón
Teóricamente mayor remoción de contaminantes (materia orgánica)
Los contaminates no escapan a la acción de los microorganismos (no hay
corto-circuito)
Alta concentración del contaminante en el extremo del afluente
Alta demanda de O2 en el extremo del afluente
–Oxidación de los contaminantes (consumidores primarios)
–Respiración endógena (consumidores primarios) y respiración
de los predadores
–El consumo de O2debido a la oxidación del substrato ocurre en
el primer 20% del tanque
23
24 San Luis Potosí, México
Aireación en Etapas
Se diseño para superar los problemas del flujo tapón
La alimentación del afluente se distribuye en dosis a lo largo del reactor
–Se diluye la carga orgánica evitando concentraciones altas en
el lado del afluente
–Los cambios en el reactor son menos pronunciados: demanda
de O2, pH, concentración subproductos, etc.
–Los tóxicos que pudieran estar presentes se diluyen en mayor
medida
También se le llama alimentación en etapas o alimentación dosificada
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Completamente mezclado
Surgió de la necesidad de tratar aguas residuales industriales con
contaminantes tóxicos.
En este sistema el contaminante tóxico se diluye al máximo permitiendo a
los microorganismos degradarlo.
La concentración del contaminante es baja y uniforme a lo largo del
reactor.
Se ha empleado para tratar compuestos biodegradables y con toxicidad
baja.
26
27
28
Contacto-Estabilización
El agua residual se mezcla con lodo activado recirculado en un tanque de
contacto.
–HRT relativamente corto (15-60 min).
–Se oxidan los contaminantes orgánicos mas biodegradables o
se almacenan dentro de las células.
Los flóculos se separan en un tanque de sedimentación y se recircula una
fracción a un tanque de estabilización.
En el tanque de estabilización la aireación continúa
–La mayor parte de la materia orgánica se oxida en el tanque de
estabilización.
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Selector Anóxico
Una solución para resolver el problema de “bulking”.
El lodo activado recirculado se pone por 10-30 minutos bajo condiciones en
las que la DBO no se puede degradar completamente (sin aireación).
- Carbohidratos y probablemente materiales proteicos se
fermentan y forman ácidos grasos.
- Algunas microorganismos los almacenan como glicógeno o acido
polibetahidroxibutírico (PHB).
- Esto le confiere ventaja a estos microorganismos al pasar al
tanque de aireación
-Estos microorganismos forman flóculos densos con buenas
propiedad de sedimentación
30
Modificaciones basadas en el abastecimiento de O2
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Abastecimiento de Oxígeno
La aireación tiene un doble propósito, abastecer O2 y mantener los
flóculos suspendidos.
Debido a que el
oxígeno es un gas
poco soluble en agua,
el procesos de
aireación requiere de
mucha energía y
representa el mayor
costo en el proceso
de lodos activados.
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Tipos de Aireadores
Aireación por difusión
-Aire comprimido es bombeado a través de difusores
localizados en el fondo del tanque de aireación.
-Las burbujas de aire ascendentes causan mezclado
y transfieren oxígeno al agua.
Aireación mecánica
Un agitador mecánico agita la superficie del tanque
de aireación.
-Las gotas de agua que se expulsan al aire se enriquecen con
O2 que es transferido al agua.
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Difusores Agitador Mecánico
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Aireación Convencional
El aire (21% de O2) es uniformemente distribuido a lo largo del tanque de
aireación
Flujo tapón: aireación por difusión
CSTR: usualmente agitación mecánica, aunque también se usa agitación
por difusión
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Aireación disminuida en gradiente
El abastecimiento de aire es mayor en el lado del afluente.
Disminuye a lo largo del reactor.
Generalmente se usa aireación por difusión aunque se puede regular la
potencia de los aireadores mecánicos para obtener el mismo efecto.
Ventajas:
–Previene el
agotamiento del O2 al
inicio del tanque de
aireación
(condiciones anóxicas
o anaerobias).
–Ahorra consumo de
energía eléctrica.
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Oxígeno Puro
Se emplea O2 puro en vez de aire
Ventajas
–Se aumenta cinco veces la transferencia de O2
–Los costos de aireación se reducen notablemente.
–A mayor O2 disuelto mayor cantidad de sólidos suspendidos en
el licor mixto (SSLM), mejor sedimentación y mayor carga
volumétrica.
Desventajas
–Costos altos para producir O2 puro
–La tasa de bombeo de O2 puro es baja (1/5 de la de aire) por lo
que el flujo no es suficiente para agitar por difusión.
–Por lo tanto generalmente se emplea agitación mecánica.
–Se requiere cubrir en tanque.
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Aireación con O2 puro Planta Hyperion (Los Ángeles, CA)
38
Planta de
tratamiento de agua
residual típica
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