Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales por Lodos Activados

El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso se sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar del cual son recirculados nuevamente al tanque aireador o reactor.

En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les sirve de sustrato alimenticio. Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los cuales tiene doble función 1) producir mezcla completa y 2) agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle.

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.

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.

•  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.

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.

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.

Rol de las bacterias beneficas

Las bacterias beneficas juegan un rol preponderante en el tratamiento biológico. Las bacterias son clasificadas de acuerdo a sus características bioquímicas:

a) Clasificación por fuente de energía y carbón:
 
Clasificacion por fuente de energia

Fotosintéticas
Quimiosintéticas
Reacción Oxidación-Reducción Inorgánica

Clasificacion por fuente de carbon

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.

Uso de bacterias benéficas

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.

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.

Básicamente la remoción de la materia orgánica en las aguas residuales es producida por dos procesos:

1. Mineralización (gasificación) por acción de las bacterias heterotróficas y por la biosíntesis o crecimiento de las bacterias.

2. La síntesis biológica. Se manifiesta como la adsorción de las sustancias procedentes del agua residual metabolizadas y manifestadas como nuevos microorganismos.
 

Descripción de algunas variaciones del proceso de lodos activados

Estabilización por contacto. En este sistema el agua residual y el lodo activado es mezclado brevemente (20-30 minutos), tiempo necesario para que los microorganismos  adsorban los contaminantes orgánicos en solución, pero no el necesario para que ellos asimilen la materia orgánica. El licor mezclado es sedimentado y derivado  a otro tanque de aireación por un periodo de 2 a 3 horas para luego ser mezclado con el efluente que ingresa al primer tanque de aireación.

Aireación  por etapas. Esta modificación consiste en que el flujo de agua residual es introducido al tanque aireador por varios puntos. En los puntos de alimentación se esparce  la demanda de oxígeno en el aireador resultando una mayor eficiencia de uso del oxígeno.

Aireación extendida. Su diagrama de flujo es esencialmente el mismo que un sistema de mezcla completa excepto que no tiene sedimentador primario. El tiempo de retención hidráulico varía de 18 a 36 horas. Este periodo 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. Una variación del sistema de aireación extendida es la llamada zanja de oxidación.