El proceso de lodos activados es un proceso biológico ampliamente utilizado para la depuración de aguas residuales. Se basa en el uso de microorganismos aerobios que descomponen los compuestos orgánicos de las aguas residuales. Se trata de un proceso de crecimiento en suspensión en el que los microorganismos flotan en las aguas residuales en forma de flóculos -los llamados lodos activados- y utilizan las sustancias orgánicas que contienen como nutrientes. Este proceso se utiliza en todo el mundo en las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y en el tratamiento de aguas residuales industriales, sobre todo en sectores con un alto nivel de contaminación orgánica, como la industria alimentaria, la industria química y la producción de papel.
Índice
Antecedentes técnicos
En el proceso de fangos activados, los microorganismos se someten a varios procesos biológicos para descomponer las impurezas contenidas en las aguas residuales. Los parámetros técnicos y procesos más importantes son
Aireación: La naturaleza aeróbica del proceso requiere un suministro continuo de oxígeno para mantener la actividad biológica de los microorganismos. Esto suele conseguirse mediante dispositivos mecánicos de aireación, como aireadores sumergibles o lanzas de aireación. El oxígeno favorece el crecimiento de los microorganismos, que convierten las sustancias orgánicas en dióxido de carbono (CO₂) y agua.
Degradación de nutrientes: Los microorganismos utilizan los compuestos de carbono de las aguas residuales como fuente de alimento. Estos compuestos se descomponen y se convierten en energía y masa celular. Además del carbono, el proceso de fangos activos también elimina el nitrógeno (a través de la nitrificación y la desnitrificación) y el fósforo, lo que es especialmente importante cuando se tratan aguas residuales con altas concentraciones de nutrientes.
Recirculación de lodos: Un componente clave del proceso es la recirculación de lodos. Tras la separación en el decantador secundario, una parte de los lodos activados se devuelve al tanque de aireación para mantener una población estable de microorganismos. La parte que no se devuelve se denomina lodo en exceso y normalmente tiene que deshidratarse y eliminarse o tratarse de nuevo.
Edad de los lodos activados: Un parámetro importante es la edad de los lodos, que describe la relación entre la biomasa en el sistema y la producción diaria de biomasa. La edad de los fangos influye en el tipo de microorganismos que crecen en el sistema y, por tanto, en el rendimiento de la depuración. Una mayor edad de los lodos favorece la degradación de compuestos difíciles de descomponer, por ejemplo.
Tiempo de retención hidrául ica: El tiempo de retención hidráulica describe el tiempo que las aguas residuales permanecen en el tanque de aireación. Varía en función de la carga y de la configuración del sistema y suele oscilar entre 6 y 12 horas. Un tiempo de retención demasiado corto puede provocar una degradación incompleta, mientras que un tiempo de retención demasiado largo provoca un aumento de la producción de biomasa y un posible incremento de los costes de funcionamiento.
Aplicación práctica
El proceso de lodos activados es flexible y puede adaptarse a diferentes composiciones y cargas de aguas residuales. Existen distintas variantes del proceso, que difieren en cuanto a las modificaciones de control del proceso:
Proceso convencional de fangos activados: El proceso estándar en el que la carga de aguas residuales es relativamente constante y todo el tratamiento biológico tiene lugar en un único tanque de lodos activados.
Foto: Tanque de aireación clásico (proceso: ALMA BHU BIO)
SBR (reactor discontinuo secuenciado): Un desarrollo posterior en el que todo el proceso tiene lugar en un reactor, pero se lleva a cabo en distintos periodos de tiempo (ciclos). El SBR es especialmente adecuado para sistemas en los que el volumen de aguas residuales fluctúa o el espacio es limitado.
Aireación en cascada: en este caso, las aguas residuales se introducen a través de varios tanques de aireación conectados en serie, lo que permite una utilización más eficaz del oxígeno y una mejor tasa de degradación.
- Proceso de desnitrificación: En este proceso, el nitrógeno de las aguas residuales se elimina en dos pasos: primero, el amonio es convertido en nitrato por los microorganismos (nitrificación) y, a continuación, el nitrato se convierte en nitrógeno gaseoso (N₂) en una zona sin oxígeno por desnitrificación, que se libera a la atmósfera.
Foto: Tanque de aireación con desnitrificación y nitrificación para aguas residuales de la industria alimentaria (proceso: ALMA BHU BIO)
Ventajas del proceso de lodos activados
Alto rendimiento de depuración: El proceso de fangos activos consigue una reducción muy eficaz de los compuestos orgánicos, así como del nitrógeno y el fósforo de las aguas residuales. Esto lo hace ideal para aguas residuales con altas cargas orgánicas.
Adaptabilidad: El proceso puede adaptarse con flexibilidad a diferentes composiciones y cargas de aguas residuales variando parámetros como la edad de los lodos, la intensidad de la aireación y el tiempo de retención.
Tecnología ampliamente utilizada: el proceso de lodos activados está establecido y bien investigado en todo el mundo en el tratamiento de aguas residuales. Existe una amplia experiencia y muchas plantas de referencia, lo que significa que el funcionamiento y el mantenimiento están optimizados.
Rentabilidad: En comparación con otras tecnologías avanzadas, el proceso de lodos activados es relativamente barato de adquirir y explotar, especialmente para grandes volúmenes de aguas residuales.
Retos del proceso de fangos activados
Sensibilidad a las sustancias tóxicas: El proceso de fangos activos puede verse perjudicado por sustancias tóxicas o metales pesados presentes en las aguas residuales que dañan a los microorganismos. Por lo tanto, es necesario un tratamiento previo o una gestión de la entrada de sustancias en el caso de las aguas residuales muy contaminadas.
Índice de volumen de lodos ( IVS): Un parámetro operativo habitual es el índice de volumen de lodos, que describe la capacidad de los lodos para sedimentar tras la aireación. Un valor alto de IVS indica flotación de lodos o crecimiento de bacterias filamentosas, lo que dificulta la separación de los lodos y el agua tratada.
Elevado aporte de oxígeno: La necesidad de oxígeno del proceso de fangos activos es alta, lo que conlleva un importante consumo de energía. Por tanto, una aireación energéticamente eficiente es crucial para los costes de explotación.
- Eliminación de lodos: La eliminación periódica de los lodos sobrantes es necesaria y puede conllevar costes adicionales y dificultades logísticas.
Foto: Sistema de aireación en el tanque de lodos activados del sistema ALMA BHU BIO
Conclusión
El proceso de lodos activados es una de las tecnologías más importantes en el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales. Ofrece una solución eficaz y flexible para la degradación de sustancias orgánicas y nutrientes en las aguas residuales. Mediante el uso de microorganismos en los lodos activados, incluso las aguas residuales muy contaminadas pueden depurarse antes de su posterior tratamiento o vertido al medio ambiente. A pesar de algunos problemas, como la sensibilidad a las sustancias tóxicas y la necesidad de un suministro fiable de oxígeno, el proceso de lodos activados sigue siendo una tecnología económica y probada que se utiliza en muchas industrias de todo el mundo.
