La recirculación de biomasa es un proceso crucial en el tratamiento biológico de aguas residuales en el que los lodos, que contienen una alta concentración de microorganismos activos, se devuelven al sistema del reactor biológico. Este paso permite una depuración biológica eficaz y estable al mantener una concentración suficientemente alta de microorganismos en el sistema. La recirculación de biomasa se utiliza principalmente en los procesos de fangos activados y otros sistemas de reactores biológicos para garantizar la degradación continua de los compuestos orgánicos y nutrientes de las aguas residuales.
Índice
Fundamentos técnicos
En el tratamiento biológico de aguas residuales, se utilizan microorganismos para descomponer sustancias orgánicas, nutrientes como el nitrógeno y el fósforo y otros contaminantes. Estos microorganismos se acumulan en forma de lodos activos o biomasa. Durante el proceso de clarificación, los fangos activos se separan del agua depurada y una parte de estos fangos se vierte como exceso de fangos para mantener estable la concentración. El resto se devuelve al sistema de reacción: es la recirculación de la biomasa.
La recirculación suele tener lugar en un circuito separado. Los lodos pueden recircularse de dos maneras:
- Interno: Los lodos sedimentados en un decantador secundario u otra unidad de separación se bombean directamente de vuelta al reactor biológico (tanque de aireación). Esto tiene lugar de forma continua o discontinua, dependiendo de la utilización de la capacidad y del objetivo del tratamiento.
- Externa: En algunos sistemas, como los biorreactores de membrana (MBR), la biomasa es retenida por la membrana, lo que significa que la recirculación interna ya está integrada en la arquitectura del sistema.
El papel de la recirculación de la biomasa en la práctica
La recirculación de biomasa tiene varias funciones importantes en el tratamiento biológico de las aguas residuales:
Mantenimiento de la población de microorganismos: La recirculación de la biomasa garantiza la presencia de una alta densidad de microorganismos en el reactor biológico. Estos microorganismos son responsables de la degradación de compuestos orgánicos y nutrientes. Una mayor concentración de biomasa conduce generalmente a un mayor rendimiento de depuración, ya que más microorganismos pueden trabajar simultáneamente.
Estabilización del sistema: El retorno continuo de biomasa mantiene estables la edad de los lodos y su concentración (MLSS - Mixed Liquor Suspended Solids) en el tanque de aireación. Una relación estable entre microorganismos y carga orgánica (relación F/M) es crucial para la eficacia de la degradación y para evitar fallos operativos como la descarga de lodos o la deficiencia de oxígeno.
Mejora de la calidad de los lodos: El retorno regular de biomasa garantiza una mejor floculación de los lodos. Las estructuras floculentas de los lodos son más fáciles de sedimentar, lo que conduce a una mejor separación del agua tratada y los lodos en el decantador secundario. Esto es especialmente importante para garantizar la claridad del agua depurada y la separación eficaz de los sólidos.
Aplicación en diversos sistemas
Proceso de fangos activados: En el proceso clásico de fangos activos, los fangos activos se separan en un clarificador secundario tras el tratamiento biológico. El lodo de retorno se vuelve a introducir en el tanque de aireación. La concentración de lodos en el tanque de lodos activados se puede controlar y la actividad biológica se puede mantener devolviendo la biomasa.
Foto: Eliminación de sedimentos en un clarificador circular para la recirculación de biomasa(ALMA BHU BIO)
2. biorreactores de membrana (MBR)
- En los biorreactores de membrana, la biomasa se separa del agua purificada mediante la membrana. Como las membranas retienen los microorganismos, la biomasa permanece en el reactor y sigue utilizándose allí. De este modo se consigue una elevada concentración de biomasa y una mayor eficacia de depuración.
3. procesos anaeróbicos:
- En los procesos anaeróbicos, como el reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), la biomasa también se retiene en el sistema para maximizar la producción de metano y la degradación orgánica. La recirculación continua o el aumento de la biomasa son cruciales para la eficacia de estos sistemas.
Foto: Reactor anaerobio(ALMA BHU GMR) con tanque de sedimentación para recirculación de biomasa (derecha)
Retos y optimización
La recirculación de la biomasa debe supervisarse y controlarse cuidadosamente para garantizar un funcionamiento estable y eficaz de la planta. Algunos retos y enfoques de optimización son
Velocidad de recirculación de lodos: La cantidad de lodos recirculados debe regularse cuidadosamente. Una tasa de recirculación demasiado baja puede provocar el agotamiento de los microorganismos del reactor, mientras que una tasa de recirculación demasiado alta puede aumentar la carga hidráulica del sistema y sobrecargar el clarificador. Una tasa de recirculación típica se sitúa en torno al 50-100 % de la entrada de aguas residuales.
Lodos sobreenvejecidos: Si la biomasa se mantiene en el sistema durante demasiado tiempo, los lodos pueden sobreenvejecer. Esto conduce a una peor formación de flóculos y a una menor biodegradación. Por lo tanto, el exceso de lodo debe eliminarse con regularidad.
Fluctuaciones de carga: Si la carga orgánica de las aguas residuales fluctúa mucho (por ejemplo, en la industria alimentaria), la velocidad de recirculación puede ajustarse para reaccionar ante aumentos a corto plazo de la carga orgánica. Los sistemas de control dinámico son útiles en este caso para mantener una concentración óptima de lodos.
Ventajas de la recirculación de biomasa
El reciclado selectivo de la biomasa ofrece varias ventajas para el funcionamiento de las plantas de tratamiento biológico de aguas residuales:
- Eficaz descomposición de sustancias orgánicas: La recirculación mantiene una concentración suficientemente alta de microorganismos en el reactor, lo que garantiza la degradación continua y eficiente de las sustancias orgánicas.
- Construcción de plantas compactas: en combinación con procesos como la tecnología de biorreactores de membrana, la elevada concentración de biomasa puede reducir el volumen necesario del reactor biológico, lo que permite construir plantas más compactas y que ocupan menos espacio.
- Mejora de la estabilidad del sistema: La recirculación de biomasa ayuda a compensar las fluctuaciones de la carga orgánica y a mantener estable el sistema, especialmente cuando los volúmenes de aguas residuales o las cargas orgánicas varían mucho.
Conclusión
La recirculación de biomasa es un componente indispensable del tratamiento biológico de aguas residuales. Garantiza una actividad microbiológica estable, aumenta el rendimiento de la depuración y optimiza la degradación de las sustancias orgánicas. En las plantas biológicas modernas, especialmente en los procesos de fangos activados y los biorreactores de membrana, la recirculación de la biomasa contribuye significativamente a la eficacia y longevidad de los sistemas. Para garantizar un tratamiento óptimo de las aguas residuales industriales, es esencial conocer a fondo y controlar cuidadosamente los procesos de recirculación.
