DISEÑO DEL PROCESO

Los factores a tener en cuenta en el diseño de un proceso de lodos activados son (2): criterios de carga, selección del tipo de reactor, producción de lodo, transferencia y necesidad de oxigeno, necesidad de nutrientes, exigencias ambientales, separación de las fases sólida-líquida y características del efluente.

a) Criterios de carga

Los dos parámetros más utilizados son la relación alimento-microorganismos  F/M y el tiempo medio de retención celular θ c. 

La relación alimento-microorganismo se define:

 X  So  M  F  ⋅ = θ   /  (2.24) Donde, F / M: relación alimento-microorganismos en d -1  

So: concentración de DBO o DQO en el agua a tratar en gr/m3 

θ : tiempo de detención hidráulico en el estanque de aireación en días (d)

X: concentración de sólidos suspendidos volátiles en el estanque de aireación, en gr/m3 

La correspondencia entre la relación alimento-microorganismos y el grado de utilización específica U es:

U = (F / M) E  (2.25) 

100   Donde,

E : eficiencia del proceso, %

El tiempo medio de retención celular θ c, puede definirse con cualquiera de las dos siguientes relaciones, dependiendo del volumen utilizado:

Definición basada en el volumen del estanque de aireación (2): 

 Xe Qe  Xw Qw  X  V  c ⋅ + ⋅ ⋅ = θ  (2.26) Donde,

θ c:  tiempo medio de retención celular basado en el volumen del estanque de aireación, en días (d)

V : volumen del estanque de aireación en m3 

X : concentración de sólidos suspendidos volátiles en el estanque de aireación, en gr/m3 

Qw : caudal de lodo a purgar en m3 _/d

Xe : concentración de sólidos suspendidos volátiles en el efluente tratado, gr/m3 

Definición basada en el volumen total del sistema (2):  

θ ct = Xt  (2.27) 

Qw Xw  + Qe Xe  

Donde,

θ ct : tiempo medio de retención celular basado en el volumen del sistema total, en días

Xt:  masa total de sólidos suspendidos volátiles del sistema, incluyendo los sólidos del estanque de aireación, del estanque de sedimentación y los existentes en las instalaciones de recirculación del lodo.

b) Selección del tipo de reactor:

Los factores operacionales a considerar para la selección son: cinética de reacción que gobierna el proceso de tratamiento, transferencia y necesidad de oxigeno, naturaleza del agua a tratar, condiciones ambientales locales y costos de construcción, operación y mantención.

Los dos tipos de reactores que se usan generalmente son el reactor de mezcla completa y el reactor de flujo pistón. Ambos presentan similitudes en los tiempos de retención hidráulica.

c) Producción de lodo y control del proceso:

Es importante conocer la cantidad de lodo producido diariamente, ya que ello afectará al diseño de las instalaciones de eliminación y manipulación del lodo. La cantidad de lodo que debe purgarse diariamente puede estimarse por medio de la ecuación (2):

P = Yobs Q (S o -S) (10 3 g/Kg)-1  (2.28)

Donde,

P : peso neto del lodo en exceso producido diariamente expresado en términos de sólidos suspendidos volátiles, Kg/d

Yobs  : producción observada, g/g

La producción observada puede calcularse de la siguiente manera (2):

( ) ( )c ó ct  kd  Y  Yobs θ  θ  ⋅ + = 1 (2.29)

El uso de θ c ó θ ct de la ecuación, depende de que en el análisis se consideren los sólidos presentes en el estanque de aireación, o los sólidos en el sistema total (2).

d) Oxígeno necesario y su transferencia:

El oxígeno teóricamente necesario puede determinarse conociendo la DBO5del

agua residual y la cantidad de organismos purgados del sistema diariamente. El suministro de aire debe adecuarse para: satisfacer la DBO del agua a tratar mediante la siguiente relación, sólo para material carbonáceo (2): 1.5 Kg DBO5 

eliminado / día = Kg O2  /día; satisfacer la respiración endógena de los

organismos del lodo; conseguir una mezcla adecuada y mantener una concentración mínima de oxígeno disuelto de 1 a 2 mg/L en la totalidad del volumen del estanque de aireación.

e) Necesidad de nutrientes:

Cualquier sistema biológico deberá disponer de nutrientes en las cantidades adecuadas. Los principales nutrientes requeridos son nitrógeno y fósforo. Basándose en que la composición del tejido celular es C5H7NO2, se desprende

entonces que se requiere aproximadamente de un 12.4% en peso de nitrógeno y de 2.5% en peso de fósforo (2). Estas cantidades se basan en la masa de organismos producidos por día. Estos son valores típicos, no cantidades fijas porque se ha demostrado que la distribución porcentual del nitrógeno y fósforo en el tejido celular varía con la edad de la célula y las condiciones ambientales.

Dado que la cantidad total de nutrientes dependerá de la masa neta de organismos producidos, en procesos que funcionen con grandes tiempos medios de retención celular, la necesidad de nutrientes será menor. Otros nutrientes requeridos como iones inorgánicos, en cantidades sustanciales por la mayoría de los sistemas biológicos son (2): sodio, potasio, calcio, magnesio, entre otros; a nivel de traza se requieren iones inorgánicos de: fierro, cobre, manganeso, zinc, molibdeno, cobalto, etc.

f) Requisitos ambientales:

Los factores ambientales más importantes son la temperatura y el pH. La temperatura afecta directamente la cinética de degradación y crecimiento bacteriano, por lo tanto es un factor importante a considerar. En cuanto al pH, su control puede ser necesario en aguas residuales de baja alcalinidad, en la digestión aerobia del lodo y en la nitrificación (2). Una baja alcalinidad en el agua residual no es suficiente para tamponar la solución, por ello la oxidación del amoníaco a nitrato puede producir un descenso del pH en el licor mezclado, perjudicando la síntesis de tejido celular.

g) Separación de sólidos:

Las instalaciones utilizadas para separar los sólidos biológicos del agua residual tratada son las encargadas de la recirculación del lodo hacia el estanque de aireación. Sin estas instalaciones, el proceso de lodos activados no funcionaría correctamente.

h) Características del efluente:

El contenido orgánico es un parámetro principal de la calidad del efluente. Este contenido orgánico suele componerse de: materia orgánica biodegradable soluble, materia orgánica suspendida y materia orgánica no biodegradable.