Consideraciones practicas del diseño del proceso de lodos activados


Criterios para carga del proceso

Incluyen la relación A/M, tiempo medio de retención (TMRC) y la tasa volumétrica de carga, los valores característicos de carga del proceso para diferentes procesos de lodos activados ver Figura 1. Esquema de clasificación de lodos activados.

Figura 1. Esquema de clasificación de los procesos de lodos activados. Fuente. Adaptado de Crites & Tchobanoglus (1998).

Relación alimento – microorganismo

La relación A/M expresada como DQO o DBO aplicada por libra de sólidos suspendidos de licor mezclado (SSLM) por día, representa la masa de sustrato aplicada diariamente al tanque de aireación, contra la masa de sólidos suspendidos (microorganismos) en el tanque (Crites & Tchobanoglus 1998).

Tiempo medido en retención celular

El TMRC está expresado en días. Es una medida de la cantidad promedio del tiempo que los sólidos biológicos permanecen en el tanque de aireación representada en la ecuación:

θ = coeficiente de actividad; V: volumen del reactor; X: concentración de microorganismos en el flujo de entrada, masa SSV/unidad de volumen; Q: caudal volumen / tiempo

La concentración total de sólido biológico mantenido en el tanque de aireación varía normalmente entre 800 y 6000 mg/L. En general, 40 a 85% de los sólidos suspendidos totales se asumen como volátiles.

Tasa carga volumétrica orgánica

Modificación del proceso F/M lb DBO5 /lb SSVLMd Tasa de carga volumétrica lb DBO5 /103 pie3d SSLM, mg/L V/Q, h Q/Q
Flujo de pistón convencional 3-15 0.2-0.6 20-40 1000-3000 4-8 0.25-0.75
Mezcla completa 0.75-15 0.2-1.0 50-120 800-6500 3.5 0.25-1.0
Alimentación por etapas 3-15 0.2-0.5 40-60 1500-3500 3-5 0.25-0.75
Nitrificación en una etapa 8-20 0.10-0.20 (0.02-0.15)* 5-20 1500-3500 6-15 0.50-1.50
Nitrificación en etapa separada 15-100 0.05-0.20 (0.04-0.15)* 3-9 1500-3500 3-6 0.50-2.00
Estabilización por contacto 5-15 02-0.6 60-75 0.5-1.50
Aireación extendida 20-40 0.04-0.10 5-15 2000-8000 18-38 0.5-1.50
Zajón de oxidación 15-30 0.04-0.10 5-15 2000-8000 8-36 0.5-1.50
Aireación extendida y sedimentación intermitente 12-25 0.04-0.08 5-15 2000-8000 20-40 N/A
Reactor de flujo intermitente en secuencia 10-30 0.04-0.10 5-15 2000-8000 12-50 N/A
Tabla 1. Valores característicos para el diseño de los parámetros en procesos seleccionados de lodos activados. Fuente. Adaptado de Crites & Tchobanoglus (1998).

Configuración y tamaño del reactor

La configuración del reactor depende del tipo de proceso de lodos activados que se escoja. El tamaño de reactor se puede determinar usando cualquiera de los tres parámetros de carga que se analizaron (Crites & Tchobanoglus 1998).

  1. Volumen basado en la relación A/M:

  2. Volumen basado en el tiempo medio de retención celular:

  3. Volumen basado en la carga volumétrica:

Donde:
V = Volumen del reactor, Mgal
Q = Caudal de agua residual, Mgal
S0 = Concentración del sustrato afluente, mg/L
θc = Tiempo medio de retención celular, d
X = Promedio de los sólidos suspendidos
A/M = Relación alimento/microorganismo
8.34 = factor de conversión lb/(Mg(mg/L))
Lorg = tasa de carga volumétrica orgánica lb DQO o SBO3/103pied

Recirculación de lodos

Para la recirculación se debe tener una cantidad de lodo para mantener los sólidos suspendidos del líquido mezclado (SSLM), haciendo un balance de masa alrededor del reactor:

Donde:
Q = caudal del afluente, Mgal/d
Qr = caudal recirculado, Mgal/d
Xo = concentración de SST en el efluente mg/L
Xr = concentración SST en la línea de recirculación mg/L
X = SSLM en el reactor mg/L

Si la concentración de SST del afluente es pequeña comparando con otras concentraciones.

Donde α es la relación de recirculación, la cual debe establecerse para evaluar la carga de sólidos en el tanque de sedimentación secundaria.

Producción de lodos

Se debe entender que la cantidad de agua se debe purgar sobre una base diaria en función de las características de aguas residuales, medio tiempo de retención celular ∅c , y el coeficiente de decaimiento endógeno.

Aireación mecánica

La aireación puede tratarse de dos formas: por medio de aireadores superficiales o por medio de difusores de inyección de aire. Estos dos lo que hacen es proveer aire (oxígeno con nitrógeno). El proceso que se presenta dentro del tratamiento es un metabolismo que realiza la biomasa con el oxígeno. El nitrógeno no tiene ningún cambio químico pero es importante porque es el encargado de agitar la masa de agua que recibe aire.

  • Aireadores superficiales

    “Estos tienen una turbina o un agitador que gira sobre la superficie del líquido, genera un efecto de remolino y gran turbulencia, produciéndose una gran cantidad de pequeñas gotas de agua, con lo cual se favorece la transferencia de aire a la fase acuosa. La teoría de la transferencia de masa de una fase gaseosa a una fase líquida, establece, entre otros factores, que cuanto mayor sea el área superficial de contacto, mayor es la eficiencia en transferencia, un agitador superficial deberá tener un diseño tal, que produzca un mezclado de toda la masa de agua del reactor. La hidráulica del agitador deberá estar diseñada para que las corrientes de agua de las partes profundas del reactor fluyan hacia la superficie y puedan ser oxigenadas. (FCQUA, 2014).

  • Aireadores por difusión

    Otra forma de suministrar aire es por medio de difusores de burbuja. En este sistema, el aire es aspirado del medio ambiente, comprimido y conducido por tubería hasta los difusores, donde el aire es burbujeado continuamente en el reactor aerobio, para mantener la concentración de oxígeno disuelto en un valor de 1-2 mg/lto. Los difusores de burbuja pueden ser de tres tipos: de burbuja gruesa, de burbuja mediana y de burbuja fina. (FCQUA, 2014).

Oxigeno de alta pureza

Para este se debe utilizar tanques de aireación cubiertos. Se inyecta a través del tanque, y casi no se usa en instalaciones pequeñas. (Crites & Tchobanoglus 1998).

Sedimentación secundaria

El tejido celular debe ser retirado por medio de sedimentación (Crites & Tchobanoglus 1998).