IntroduccinEl diseo de sistemas de tratamiento secundario como el proceso de lodos activados es una actividad que demanda demasiado tiempo, un (1) mes aproximadamente. Si las empresas dedicadas al diseo de estos sistemas de tratamiento desean competir en el mercadopor una concesin, deben minimizar el tiempo empleado en el diseo. Un punto importante para ganar una concesin es el no sobredimensionar la planta de tratamiento, ya que implicar gastos innecesarios que aumentarn los costos fijos, por ejemplo: bombas de alta potencia, vertederos costosos y vlvulas inadecuadas, entre otros; por lo que se deben elaborar muy bien los clculos de diseo y as evitar sumarle un factor de seguridad extra que aumentara an ms los costos fijos de la planta. Debido a la necesidad de tratar el 86% de las aguas residuales se pretende, con este mtodo, contribuir en el desarrollo de una alternativa de tratamiento, que sea diseado con constantes cinticas obtenidas experimentalmente de acuerdo a nuestra realidad. En el presente trabajo, se conocern los aspectos ms importantes de este sistema de tratamiento de aguas residuales para tener un conocimiento ms claro y as poder trabajar con este mtodo, en un futuro, de la manera ms productiva o ventajosa.

LODOS ACTIVADOS

DefinicinEl proceso de los lodos activados para el tratamiento de aguas negras est basado en proporcionar un contacto ntimo entre las aguas negras y lodos biolgicamente activos. Los lodos se desarrollan inicialmente por una aireacin prolongada bajo condiciones que favorecen el crecimiento de organismos que tienen la habilidad especial de oxidar materia orgnica. Cuando los lodos que contienen estos organismos entran en contacto con las aguas negras, los materiales orgnicos se oxidan, y las partculas en suspensin y los coloides tienden a coagularse y formar un precipitado que se sedimenta con bastante rapidez. Es necesario un control de operacin muy elevado para asegurar que se tenga una fuente suficiente de oxigeno, que exista un contacto ntimo y un mezclado continuo de las aguas negras y de los lodos, y que la relacin del volumen de los lodos activados agregados al volumen de aguas negras que estn bajo tratamiento se mantenga prcticamente constante.

Modelo de lodos activadosModelo de lodos activados es un nombre genrico para un grupo de mtodos matemticos para modelar de lodos activados los sistemas. La investigacin en esta rea es coordinada por un grupo de trabajo de la Asociacin Internacional del Agua (IWA). Modelos de lodos activados se utilizan en la investigacin cientfica para estudiar los procesos biolgicos en los sistemas hipotticos. Tambin se puede aplicar en plantas de escala completa de tratamiento de agua para la optimizacin, cuando cuidadosamente calibrado con datos de referencia para la produccin de lodos y nutrientes en el efluente. Alrededor de 1983 un grupo de trabajo de la Asociacin Internacional sobre la Calidad del Agua (una de las asociaciones que se formaron AIT) fue formado. Ellos comenzaron a crear en un marco generalizado de los modelos matemticos que

podran ser utilizados para modelar de lodos activados para la eliminacin de nitrgeno.[1][2]

Uno de los principales objetivos era desarrollar un modelo de la

complejidad que fue lo ms bajo posible y fcil de representan, aunque an capaz de predecir con precisin los procesos biolgicos. Despus de cuatro aos, el primer modelo de IAWQ, llamado ASM1 estaba listo y se incorpora un modelo bsico para el COD expulsin, la demanda de oxgeno , el crecimiento bacteriano, y la degradacin de la biomasa. Un modelo de fangos activados se compone de:y

variables de estado: se completan con las diferentes fracciones de DQO, la biomasa y los diferentes tipos de nutrientes, tanto orgnicos como inorgnicos una descripcin de los procesos dinmicos: se enumeran los diferentes procesos biolgicos que se modelan, junto con sus frmulas parmetros: las variables que describen las circunstancias del sistema biolgico, como el crecimiento y la tasa de descomposicin, la mitadcoeficiente de saturacin para la hidrlisis, etc

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HistoriaAntes de trabajar en ASM1 comenz en 1983, haba ya unos 15 aos de experiencia en el modelado de lodos activados, aunque cada grupo de investigacin que trabaj en sistemas matemticos de lodos activados cre su marco propio modelo, es incompatible con todos los dems. ASM1 catalizada por lo tanto la investigacin y tuvo un gran impacto en el modelado de lodos activados. ASM1 fue la base para numerosas extensiones.[2]

Estas extensiones incluyen, por

ejemplo, una mejor prediccin de eliminacin de nitrgeno y fsforo. Ampliamente utilizado modelos extendidos incluyen ASM2, ASM2d y ASM3P. En el momento de la publicacin del modelo ASM1, la eliminacin biolgica de fsforo ya se

utilizaba, aunque este proceso no fue comprendido por completo en ese momento. Conocimientos bsicos de fsforo la eliminacin de bacterias se incluy en el modelo ASM1 y los parmetros se ajustaron en consecuencia. Por lo tanto despus de 8 aos, ASM2 se public en 1995. ASM1 no incluye el papel de la acumulacin de los organismos de fsforo ni la relacin entre la eliminacin biolgica de fsforo y la eliminacin de nitrgeno. Una versin mejorada del ASM1, simplemente llamado ASM2, fue desarrollado para incluir biolgicos (y qumicos) la eliminacin de fsforo. Como el conocimiento cientfico creci a finales de 1990, se ampli en ASM2 ASM2d, principalmente por la adicin de anoxia, as como la absorcin de fsforo aerbica.

FuncionamientoEn el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente mezclados con la materia orgnica en el agua residual de manera que sta les sirve de alimento para su produccin. Es importante indicar que la mezcla o agitacin se efecta por medios mecnicos (aereadores superficiales, sopladores, etc) los cuales tiene doble funcin 1) producir mezcla completa y 2) agregar oxgeno al medio para que el proceso se desarrolle. La representacin esquemtica del proceso se muestra en el diagrama mostrado a continuacin.

Principios del proceso de lodos activadosI Instalacin Tpica Los elementos bsicos de las instalaciones del proceso de lodos activados son:y

Tanque de Aeracin: Estructura donde el desage y los microorganismos son mezclados. Se produce reaccin biolgica. Tanque Sedimentador: El desage mezclado procedente del tanque aereador es sedimentado separando los slidos suspendidos (lodos activados), obtenindose un desage tratado clarificado. Equipo de Aeracin: Inyeccin de oxgeno para activar las bacterias heterotrficas. Sistema de Retorno de Lodos: El propsito de este sistema es el de mantener una alta concentracin de microorganismos en el tanque de aeracin. Una gran parte de slidos biolgicos sedimentables en el tanque sedimentador son retornados al tanque de aeracin.

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Exceso de Lodos y su Disposicin: El exceso de lodos, debido al crecimiento bacteriano en el tanque de aeracin, es eliminado, tratado y dispuesto.

II Operacin Bsicay

Pretratamiento/Ajuste de Aguas Residuales: En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de procederse con ellos el proceso de lodos activados, esto debido a que ciertos elementos inhiben el proceso biolgico (grandes cantidades slidos, aguas residuales con valores anormales de pH, etc).

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Remocin de DBO en un Tanque de Aeracin: Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque de sedimentador final es aerado hasta obtener 2mg/L de oxgeno disuelto o ms, en donde una parte de materia orgnica contenida en los desages es mineralizada y gasificada, y la otra parte, es asimilada como nuevas bacterias. Operacin Slido-Lquido en el tanque de sedimentacin: Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del tanque de aeracin, proceso que se realiza en el tanque de sedimentacin, concentrndolos por gravedad. Las finalidades de este proceso es: Conseguir un efluente clarificado con un mnimo de slidos suspendidos, y, asegurar el lodo de retorno. Descarga del Exceso de Lodos: Con la finalidad de mantener la concentracin 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 a espesadores seguidos de filtros mecnicos (filtros prensa, de cinta, etc) para posteriormente disponer el lodo seco como residuo slido.

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Parmetros del proceso de lodos activadosParmetros Operacionales

Hay unos parmetros operacionales que son caractersticos del proceso y cuyos rangos se deben respetar para mantener un ptimo rendimiento, son los parmetros que se fijaron en el diseo de la planta:y

Carga Msica: Es la relacin entre la carga de materia orgnica que entra en el reactor biolgico al da y la masa de microorganismos existentes en el mismo. Tiene una relacin directa con el rendimiento de depuracin que puede dar la planta. Se expresa como:

Cm = Q * S0 / V * X (kg DBO5/kg MLVSS da) Donde: Q = es el caudal. S0 = es el DBO5 de entrada; V = es el volumen; X = Slidos en Suspensin Voltiles del Licor Mezcla.y

Edad del Fango: Es la relacin entre la masa de fangos existentes en la cuba de aireacin y la masa de fangos purgados por unidad de tiempo, das normalmente. Segn la edad del fango tendremos un cultivo ms o menos estable con mayor o menor capacidad para degradar la DBO. Cada operador debe encontrar la edad de fango adecuada para su planta en concreto dentro de unos rangos que estn relacionados con la carga msica. Se expresa:

E = V * X / Qp * Xp (das) Donde: Qp = caudal de purga de fangos; Xp = Slidos en suspensin Voltiles de los fangos purgados o fangos en exceso.

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Carga Volumtrica: Es la relacin entre la masa de materia orgnica que entra en el reactor, por unidad de tiempo y el volumen de la cuba. Se expresa como:

Cv = Q * S0 / V (Kg DBO5/m3 da)y

Rendimiento en la Depuracin: Es la relacin entre la masa de la materia orgnica eliminada y la del influente que entra en el reactor biolgico. Se expresa en porcentaje de eliminacin:

R= S0 - S / S0 (%) S = DBO5 del efluente del decantador secundario. PARMETROS DE CONTROL El control se basa en la evaluacin y actuacin sobre determinados factores relacionados entre s:y

Cantidad de Fangos que hay que mantener en el proceso respecto a la Carga Orgnica Entrante

Para conseguir los rendimientos deseados es fundamental mantener una carga msica (Cm), determinada, controlando los Kg de DBO5 que entran en el tratamiento y la concentracin de slidos en suspensin en el licor mezcla (MLSS) en la cuba.y

Decantabilidad de los Fangos en el Clarificador

La decantabilidad puede controlarse mediante el ndice Volumtrico de Fangos o IVF.y

Tiempo de Permanencia del Fango Activo en el Decantador Secundario

El fango del decantador debe extraerse tan pronto como se forme la manta de fangos, cuyo espesor se recomienda que est comprendido entre 0,3 - 1 metro, esto se controla con el disco Secchi.y

Concentracin de Oxgeno Disuelto en la Cuba de Aireacin

La aportacin de O2 a la cuba debe ser suficiente para que los microorganismos puedan respirar y oxidar la materia orgnica y debe regularse en funcin de la carga orgnica que llegue a la cuba.y

Caudal de Recirculacin

Regula la concentracin de slidos en suspensin en la cuba, MLSS.y

Extraccin de Fangos en exceso:

Regula la edad del fango y la concentracin de MLSS en la cuba. Existen otros factores que no son controlables por el operador, pero que influyen decisivamente en el rendimiento, como son:y

Caractersticas de las Aguas Residuales Brutas

Caudales, concentraciones de DBO5, presencia de txicos e inhibidores, etc. Es fundamental controlar el aumento puntual de la carga contaminante que los vertidos industriales, las operaciones de limpieza del alcantarillado o la puesta en marcha de alguna estacin de bombeo parada durante largo tiempo pueden producir en el agua de entrada a la planta, as como los aumentos de caudal y arrastre de arenas que se producen en la poca de lluvias en los sistemas de alcantarillado unitario.y

Calidad Exigida al Efluente

Porcentaje de eliminacin de DBO5, SS, bacterias coliformes, nitrgeno, grasas, etc. La calidad que las autoridades exijan al agua de salida de la planta, va a determinar tanto el funcionamiento del proceso como el control del mismo. Si se

requiere un alto grado de tratamiento, el proceso deber estar muy controlado y probablemente se requiera de un tratamiento adicional.

Tipos de lodos activadosConvencional Este proceso se caracteriza por operar con rgimen de flujo pistn. Fue la primera opcin que se emple, pero dado que los microorganismos se adaptan mejor al medio homogneo, comenzaron a emplearse. Este proceso consiste de un tanque de aireacin, un sedimentador secundario y una recirculacin del lodo. El sistema de aireacin puede estar constituido por difusores o aireadores mecnicos, obtenindose eficiencia en la remocin de DBO5 entre el 85% y 95% para un tiempo de retencin hidrulico que vara de 4 a 8 horas. Este proceso es sensible a sobrecargas.

Diagrama de Flujo Convencional. De Mezcla Completa

Este proceso consiste bsicamente en una mezcla completa de bacterias y agua residual en un tanque de aireacin de micro burbuja. A medida que la poblacin de microorganismos aumenta, se agrupan y forman flculos para producir una masa activa llamada lodo activado que sedimentara en la unidad subsiguiente del sistema. Este tipo de tratamiento es el mas comnmente utilizado a nivel mundial para tratar aguas residuales de ciudades de poblacin media, adems de ser uno de los procesos ms estudiados y seguros, con el cual es posible lograr eficiencias en la remocin de los contaminantes entre 85% y 95% para un tiempo de retencin hidrulico de 3 a 5 horas; muestra particular resistencia a los choques y sobrecargas. Este proceso se realiza en tanques en forma simtrica; en cualquier punto del estanque, hay igual proporcin de lquidos y lodos e igual DBO. Lodos de Aireacin Prolongada o Extendida Conocido tambin como Oxidacin Total. Su diagrama de flujo es esencialmente la misma que un sistema de mezcla completa excepto que no tiene sedimentador primario. El tiempo de retencin hidrulico vara de 18 a 36 horas. Este perodo de aireacin permite que las aguas residuales y lodo sean parcialmente digeridos en el tanque aireador, permitiendo su disposicin sin ser necesaria una gran capacidad de digestin. Es posible lograr eficiencias en la remocin de los contaminantes entre el 90% y 95% para un tiempo de retencin hidrulico superior a 8 horas. Descripcin del sistemay y y y y y

El sistema est conformado por las siguientes unidades internas Cmara de sedimentacin primaria (digestin anaerbia). Cmara de aireacin ( digestin aerbia) Cmara de sedimentacin secundaria. Cmara de cloracin. ( Opcional ) Filtro UVC (Opcional)

Cmara de sedimentacin primaria y digestin anaerbica.

En sta cmara, que recibe el efluente crudo, la materia en suspensin sedimenta y se produce un primer tratamiento anaerbico de la carga orgnica, as como la digestin de parte de los barros generados en la etapa aerbica, aqu se tratan los slidos gruesos ( papeles y algodones as como tambin la orina ). Sistema de aireacin El sistema de aireacin, alimentado por soplador, dispersa el aire en el fondo de la cmara de aireacin por medio de una serie de difusores de alto rendimiento y estn diseados de tal manera que son inobstruibles, impidiendo el retorno del lquido por la caera al cesar el flujo de aire. En esta etapa se eliminan todos los elementos que provocan olores y tambin las grasas y detergentes. Lodos de Flujo Pistn Se describe como aquel en que todas las partculas del fluido que entran a la unidad permanecen en ella el mismo tiempo. De esta manera, los elementos de fluido pasan a travs del sistema y son descargados en la misma secuencia en que fueron introducidos y no hay ningn tipo de "dispersin axial" mientras el fluido se desplaza a lo largo del reactor.