El proceso de lodos activados es un proceso biológico para el tratamiento de aguas residuales ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. Se basa en la actividad de microorganismos aerobios que se suspenden en las aguas residuales en forma de lodos activados. Estos microorganismos utilizan las sustancias orgánicas contenidas en las aguas residuales como fuente de alimento y las descomponen en un medio aeróbico. El proceso conduce a una reducción significativa de las impurezas orgánicas y a menudo también se utiliza para eliminar el nitrógeno y el fósforo.
Índice
Antecedentes técnicos del proceso de activación
El proceso de lodos activados utiliza el potencial natural de los microorganismos para la oxidación biológica de compuestos orgánicos. El proceso tiene lugar en tanques de aireación en los que se suministra oxígeno mediante sistemas de aireación para promover la actividad biológica. El proceso de degradación puede dividirse en distintas fases:
Descomposición de sustancias orgánicas: Los microorganismos descomponen las sustancias orgánicas de las aguas residuales convirtiéndolas en dióxido de carbono (CO₂), agua y nueva biomasa (crecimiento celular). Esto tiene lugar en condiciones aeróbicas, es decir, en presencia de oxígeno. Esta oxidación biológica es la etapa central del proceso de fangos activos y garantiza la reducción de la demanda biológica de oxígeno (DBO) y de la demanda química de oxígeno (DQO).
Nitrificación y desnitrificación: El proceso de fangos activos puede ampliarse para eliminar también compuestos nitrogenados. Esto tiene lugar en dos pasos:
- Nitrificación: En la primera fase, microorganismos especializados, conocidos como nitrificantes, convierten el amonio (NH₄⁺ ) en nitrito (NO₂-) y después en nitrato (NO₃-). Este proceso requiere un aporte suficiente de oxígeno y tiene lugar en el rango aeróbico.
- Desnitrificación: En un segundo paso, que tiene lugar en condiciones anóxicas (sin oxígeno), el nitrato es convertido por los microorganismos en nitrógeno gaseoso (N₂), que escapa a la atmósfera. Este proceso es llevado a cabo por desnitrificadores y contribuye a la reducción del contenido total de nitrógeno en las aguas residuales.
Eliminación de fosfatos: Algunos procesos de lodos activados están diseñados para eliminar también los fosfatos de las aguas residuales. Esto se consigue mediante la absorción de fosfatos por bacterias que almacenan polifosfatos o mediante precipitación química en combinación con el tratamiento biológico.
Recirculación de fangos: Una parte de los fangos activados formados en el proceso de fangos activados se devuelve al tanque de aireación tras su separación en el clarificador secundario con el fin de mantener una población estable de microorganismos. La parte que no se devuelve se denomina lodo en exceso y debe tratarse y eliminarse posteriormente.
Variantes del proceso de activación
Existen distintas variantes del proceso de lodos activados, que se utilizan en función del tipo de aguas residuales, los requisitos específicos y las condiciones existentes en la planta:
Proceso convencional de fangos activados: El proceso clásico en el que las aguas residuales fluyen continuamente a través del tanque de aireación. Tras un tiempo de retención suficiente, el agua se canaliza hacia el decantador secundario, donde se separan los lodos activados del agua depurada.
Foto: Tanque de aireación clásico (proceso: ALMA BHU BIO)
Reactor secuencial por lotes (SBR): En el proceso SBR, las aguas residuales se tratan por lotes. Todo el proceso (aireación, degradación, sedimentación y vertido del agua tratada) se lleva a cabo en un único reactor. Esta tecnología es especialmente ventajosa para plantas con volúmenes de aguas residuales fluctuantes o para plantas de tratamiento de aguas residuales más pequeñas.
- Aireación en cascada: En este proceso, las aguas residuales pasan por varias etapas de aireación sucesivamente, lo que permite una utilización más eficaz del oxígeno y mejora la tasa de degradación. Este proceso es especialmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales muy contaminadas.
- Aireación de desnitrificación: En esta variante, la eliminación de nitrógeno se optimiza específicamente combinando zonas aerobias y anóxicas en el proceso de lodos activados. Estos procesos de lodos activados se utilizan principalmente para aguas residuales industriales que contienen una elevada proporción de compuestos nitrogenados.
Foto: Tanque de aireación con desnitrificación y nitrificación para aguas residuales de la industria alimentaria (proceso: ALMA BHU BIO)
Aplicación práctica
El proceso de lodos activados se utiliza en diversas aplicaciones, tanto en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales como en el tratamiento de aguas residuales industriales. Los ámbitos de aplicación típicos son
Tratamiento de aguas residuales municipales: En este caso, el proceso de lodos activados es el proceso estándar para reducir sustancias orgánicas y nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. Se utiliza en la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales de todo el mundo.
Tratamiento de aguas residuales industriales: En sectores como la industria alimentaria y de bebidas, la industria química o la producción de papel, el proceso de lodos activados se utiliza ampliamente debido a las elevadas cargas orgánicas de las aguas residuales. Puede adaptarse a los requisitos específicos de cada industria.
Reciclaje de agua: En los procesos de reciclado de agua, el proceso de fangos activados puede utilizarse como pretratamiento para procesos de membrana tales como ósmosis inversa para minimizar el riesgo de bioincrustaciones y prolongar la vida útil de las membranas.
Ventajas del proceso de lodos activados
Alto rendimiento de depuración: el proceso de lodos activados consigue una reducción eficaz de los compuestos orgánicos y es capaz de eliminar nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, por lo que resulta ideal para aguas residuales con una elevada carga orgánica.
Flexibilidad: El proceso puede adaptarse fácilmente a diferentes volúmenes y composiciones de aguas residuales. Variando los parámetros de funcionamiento, como la edad de los lodos, la intensidad de la aireación y el tiempo de retención, el proceso puede optimizarse para satisfacer requisitos específicos.
Sostenibilidad: El proceso de lodos activados utiliza procesos biológicos naturales para tratar las aguas residuales, minimizando el uso de productos químicos. Esto lo convierte en una solución respetuosa con el medio ambiente.
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 activación
Alta demanda energética: El suministro de oxígeno a través de los sistemas de aireación requiere una cantidad considerable de energía. La necesidad de energía es uno de los mayores factores de coste operativo del proceso de aireación, por lo que los sistemas de aireación energéticamente eficientes son cruciales.
Sensibilidad a las sustancias tóxicas: El proceso de fangos activos es sensible a los compuestos tóxicos de las aguas residuales, que pueden dañar a los microorganismos. Por lo tanto, es necesario un control cuidadoso y un tratamiento previo de las aguas residuales.
Gestión de lodos: El exceso de lodos producidos en el proceso debe retirarse periódicamente y someterse a un tratamiento posterior. Esto requiere infraestructuras adicionales e incurre en costes de explotación.
Fluctuaciones en la composición de las aguas residuales: Las cargas altamente fluctuantes en las aguas residuales pueden afectar al rendimiento del proceso, por lo que se requiere un control preciso del proceso para garantizar el rendimiento de la limpieza.
Foto: Sistema de aireación en el tanque de lodos activados del sistema ALMA BHU BIO
Conclusión
El proceso de fangos activos es una de las tecnologías más utilizadas para el tratamiento biológico de aguas residuales. Ofrece un alto rendimiento de depuración para la reducción de compuestos orgánicos, nitrógeno y fósforo y puede utilizarse en muchas aplicaciones industriales y municipales. A pesar de algunos retos, como el elevado consumo energético y la necesaria gestión de los lodos, el proceso de lodos activados sigue siendo una solución eficaz y flexible para el tratamiento sostenible de las aguas residuales.
