Proceso de lodos activados: parámetros operativos clave, modos de falla y equipos

Saque un frasco de vidrio de licor mezclado de un recipiente de aireación saludable y la respuesta será visible en minutos: flóculos marrones y esponjosos que se asientan en una capa transparente en media hora. Ese flóculo vivo es lodo activado, el caballo de batalla biológico detrás de la mayoría de las plantas de aguas residuales industriales y municipales, y rutinariamente elimina más del 90 por ciento de la DBO entrante cuando se maneja bien.

Cuando se desplaza, las señales de advertencia llegan en cuestión de días: efluente turbio, una capa de lodo que se arrastra hacia los vertederos y un cronograma de sopladores que deja de tener sentido. Esta guía explica cómo funciona el proceso de lodos activados, los cuatro números operativos que deciden su desempeño, los modos de falla que aparecen con mayor frecuencia en el servicio industrial y las opciones de equipos que mantienen estable la biología.

¿Qué es el lodo activado y por qué es importante el flóculo?

El lodo activado es un cultivo floculante de bacterias, protozoos y otros microorganismos que se cultiva bajo aireación controlada y se utiliza para consumir los contaminantes orgánicos en las aguas residuales y residuales industriales.

Definición

Lodo activado: suspensión floculenta de microorganismos mantenida bajo aireación continua, que metaboliza la materia orgánica disuelta y coloidal en aguas residuales para luego separarse del agua tratada por gravedad sedimentándose en un clarificador secundario.

El nombre se remonta a 1914, cuando Edward Ardern y William Lockett demostraron en Manchester que las aguas residuales aireadas podían reutilizarse para sembrar el siguiente lote y que el reciclaje de esta biomasa reducía el tiempo de tratamiento de días a horas. Un siglo después, el mismo principio sigue vigente en la mayoría de las plantas de tratamiento biológico del mundo.

El flóculo es un ecosistema funcional más que una sustancia química. Las bacterias heterótrofas eliminan la carga carbonosa medida como DBO, las bacterias nitrificantes convierten el amoníaco en nitrato y los protozoos rozan las células que nadan libremente, que es lo que pule el efluente. Los formadores de flóculos secretan polímeros extracelulares pegajosos que permiten que las partículas se agreguen, se asienten y se compacten, por lo que cada decisión que toma un operador es en realidad una decisión sobre ese ecosistema.

Cómo funciona el proceso de lodos activados, etapa por etapa

El proceso funciona como un circuito continuo: pretrata el flujo, lo airea, lo sedimenta y luego devuelve la mayor parte de la biomasa y desperdicia el excedente.

Pretratamiento y ecualización. Las pantallas y la eliminación de arena protegen las bombas y los difusores, y un tanque de ecualización suaviza las descargas de lotes de los turnos de fábrica. Las corrientes industriales oleosas o grasas generalmente pasan primero a través de una unidad de flotación de aire disuelto, porque los recubrimientos de aceite impiden que los flóculos se sedimenten.
Aireación biológica. Las burbujas finas o los aireadores de superficie suministran oxígeno a la cuenca mientras la turbulencia mantiene el flóculo suspendido. El oxígeno disuelto debe mantenerse por encima de aproximadamente 1,5 mg/L para la eliminación de carbono y más cerca de 2 mg/L cuando se requiere nitrificación.
Aclaración secundaria. El licor mezclado fluye hacia un clarificador silencioso donde los flóculos se hunden y el agua clara se derrama sobre los vertederos. La carga superficial normalmente se mantiene por debajo de aproximadamente 1,2 metros por hora para evitar que los sólidos se trasladen.
Devolución y desperdicio. Una bomba de retorno de lodos activados (RAS) eleva la biomasa sedimentada de regreso a la entrada de la cuenca, generalmente entre el 30 y el 80 por ciento del flujo entrante, mientras que una corriente controlada de lodos activados residuales (WAS) fija la edad del lodo, comúnmente de 5 a 15 días en plantas convencionales.

RAS

Nunca permita que la línea de retorno de lodos se detenga. El lodo que se deja reposar en un clarificador durante más de dos horas comienza a desnitrificarse y las burbujas de nitrógeno levantan el manto hacia la superficie.

Cuando el clarificador es el cuello de botella, los módulos de tubos inclinados agregan un área de sedimentación efectiva dentro del espacio del tanque existente, lo que los convierte en una de las mejoras menos disruptivas disponibles para una planta en funcionamiento.

Inclined Tube Sedimentation Tank for Clarifier Upgrades

Tanque de sedimentación de tubo inclinado para actualizaciones de clarificadores Los módulos de tubos inclinados aumentan el área de sedimentación efectiva dentro del espacio existente del tanque, permitiendo que las partículas se sedimenten más rápido que la velocidad del flujo ascendente. Para plantas donde el clarificador limita la capacidad, esta es una actualización de baja interrupción. Ver producto →

Los cuatro números operativos que deciden el rendimiento de los lodos activados

Cuatro números, MLSS, oxígeno disuelto, relación F/M y SVI, describen casi todo lo que sucede en un sistema de lodos activados, y los cuatro pueden rastrearse con un muestreo diario de rutina.

1.500-3.000 MLSS, mg/L en la cuenca

1,5-3,0 Oxígeno disuelto, mg/L

0,2-0,5 F/M, kg DBO por kg MLSS diario

70-150 SVI, ml/g, banda sana

Los sólidos suspendidos en licor mixto (MLSS) son la cantidad de biomasa que realiza el trabajo. La relación alimento-masa (F/M) compara la DBO entrante con esa biomasa: empújela por encima de 0,5 y los flóculos se sueltan y se dispersan, muérala por debajo de 0,1 y sigue el flóculo con pérdidas del clarificador. El oxígeno disuelto por debajo de aproximadamente 0,5 mg/L en cualquier zona invita a organismos filamentosos como Sphaerotilus, mientras que el oxígeno muy por encima de 4 mg/L simplemente quema la potencia del ventilador.

Ventanas de funcionamiento de lodos activados del núcleo y los síntomas que aparecen cuando los valores se salen de ellas.
Parámetro	ventana normal	¿Qué pasa fuera de él?
MLSS	1.500 a 3.000 mg/L	Por debajo de 1000 mg/L se pierde la tolerancia al shock; Más de 4000 mg/L sobrecarga el clarificador.
Oxígeno disuelto	1,5 a 3,0 mg/L	Por debajo de 0,5 mg/L favorece los filamentos; por encima de 4,0 mg/L desperdicia energía
Relación F/M	0,2 a 0,5 kg DBO por kg MLSS por día	Las proporciones altas dispersan el flóculo; proporciones muy bajas crecen pin floc
SVI	70 a 150 ml/g	Por encima de 200 ml/g indica acumulación de volumen y arrastre de clarificador.
pH	6,5 a 8,0	Por debajo de 6,5 puestos de nitrificación; por encima de 8,5 flóculos se rompen

50 a 60 por ciento De la electricidad adquirida por una planta de lodos activados normalmente se consume mediante sopladores de aireación y aireadores de superficie.

Misma biología, diferentes configuraciones

El mismo bucle aparece en muchos tipos de plantas y la configuración cambia principalmente la cantidad de biomasa que transporta la cuenca. Los reactores por lotes de secuenciación (SBR) ejecutan todo el ciclo en un solo tanque, las plantas de aireación prolongada retienen más lodos durante más tiempo y el biorreactor de membrana (MBR) reemplaza el clarificador con filtración de membrana para que pueda transportar varias veces el MLSS convencional.

Concentración típica de diseño de MLSS mediante configuración de lodos activados

convencional 2.500 mg/L

SBR 3.500 mg/L

aireación extendida 4.500 mg/L

MBR 10.000 mg/L

Barras escaladas a 12.000 mg/L. Los valores son puntos medios de diseño típicos informados en referencias estándar de ingeniería de aguas residuales.

Haga coincidir la configuración con su perfil de carga y realidad de personal en lugar de con el número más grande en una hoja de datos. Debido a que los sopladores dominan la factura de energía, la transferencia de oxígeno suele ser la recuperación más rápida en la planta: reemplazar las rejillas desgastadas de burbujas gruesas o los aireadores de superficie viejos con difusores de burbujas finas rutinariamente recorta una proporción de dos dígitos de la energía de aireación mientras se mantiene el mismo punto de ajuste de OD.

Microporous Disc Aerator for Aeration Tanks

Aireador de disco microporoso para tanques de aireación Los aireadores microporosos tipo diafragma liberan burbujas finas con una gran área de interfaz gas-líquido, lo que mejora la eficiencia de la transferencia de oxígeno. Reemplazar los aireadores de superficie o de burbuja gruesa desgastados por estos puede reducir la energía de aireación mientras se mantiene el mismo punto de ajuste de OD. Ver producto →

Cuando el lodo activado sale mal: aumento de volumen, formación de espuma y lodo ascendente

La mayoría de las alteraciones de los lodos activados son fallas de sedimentación más que fallas biológicas, y se remontan a una breve lista de causas: filamentos, desequilibrio de nutrientes, caída de oxígeno y oscilaciones de carga.

Flóculo saludable

SVI entre 70 y 150 ml/g
Flóculos marrones compactos de 0,1 a 0,5 mm de ancho
La manta se aclara en 30 minutos.
Bajos sólidos suspendidos en los vertederos.

Lodos a granel

SVI superior a 200 ml/g
Flóculo abierto y filamentoso que atrapa burbujas finas.
Blanket llega a los vertederos en una hora
Efluente turbio y sólidos de descarga en aumento

Las causas fundamentales más comunes

El oxígeno disuelto cae por debajo de 0,5 mg/L en parte del recipiente, a menudo en el extremo de entrada.
Déficit de nutrientes, porque muchos desechos industriales contienen mucho menos nitrógeno o fósforo que la proporción clásica de DBO, nitrógeno y fósforo de 100:5:1.
Afluente séptico que transporta sulfuros desde largos tramos de alcantarillado anaeróbicos
Grandes variaciones en la carga, el pH o la temperatura debido a la producción por lotes
Subcarga crónica en cuencas de gran tamaño, que mata de hambre a los formadores de flóculos

El lodo ascendente es el impostor de esta lista: el lodo se asienta bien, luego se desnitrifica en el clarificador y vuelve a flotar sobre burbujas de nitrógeno. La cura es operativa, más desperdicio, una mayor tasa de retorno o una estancia más corta en la cuenca, no química.

regla de campo

Antes de dosificar algo en un evento de volumen, recorra los datos: perfil de OD a lo largo de la cuenca, proporciones de nutrientes, SVI a la misma hora todos los días. La dosificación de cloro en la línea de retorno suprime rápidamente el volumen del filamento, pero es un botón de reinicio, no una reparación. Si el desequilibrio subyacente persiste, el aumento de volumen volverá en unas semanas.

Manejo de lodos activados residuales antes de que se apoderen del presupuesto

Los lodos activados residuales son diluidos, inestables y costosos de transportar, por lo que espesarlos y deshidratarlos in situ es casi siempre más barato que transportarlos húmedos en camiones.

Los lodos activados residuales salen del proceso con aproximadamente un 99 por ciento de agua. Deshidratarlo hasta aproximadamente un 20 por ciento de sólidos reduce el volumen transportado fuera del sitio aproximadamente 20 veces.

Los lodos secundarios también son más difíciles de deshidratar que los primarios, porque los flóculos biológicos retienen el agua en finos capilares. Después del acondicionamiento del polímero, se espera aproximadamente entre un 16 y un 22 por ciento de sólidos provenientes de una prensa de tornillo o de un filtro prensa de banda en el lodo activado residual, frente a cifras más altas en el material primario, por lo que se debe dimensionar el manejo de la torta para la corriente biológica, no el promedio.

La elección del equipo es tan importante como la química. Una comparación detallada de los diseños de prensa de tornillo versus diseño de filtro prensa de banda muestra compensaciones en la tasa de captura, la demanda de agua de lavado y la atención del operador: las prensas de tornillo funcionan continuamente con un lavado mínimo, mientras que las prensas de banda pueden producir una torta más seca en algunos lodos pero necesitan una limpieza constante de la banda.

Comprar ambas etapas a un solo proveedor también simplifica las garantías de rendimiento. Yixing Hengye Environmental Protection Technology Co., Ltd., un fabricante de equipos para aguas residuales industriales fundado en 2015, fabrica prensas de tornillo, filtros prensa de correa y máquinas de deshidratación centrífugas decantadoras junto con aireadores, equipos clarificadores y sistemas de cribado, y cuenta con certificaciones ISO 9001, gestión ambiental y salud y seguridad ocupacional en toda su cadena de diseño y producción.

Máquina deshidratadora de lodos con prensa de tornillo Utilizando anillos fijos y móviles con mecanismo de tornillo autolimpiante, esta máquina deshidrata lodos de 2000 a 50000 mg/L sin obstruir la tela filtrante. Una opción práctica para manejar volúmenes de lodos generados por las etapas de tratamiento biológico. Ver producto →

Preguntas frecuentes sobre lodos activados

¿En qué se diferencia el lodo activado de un proceso de biopelícula como MBBR?

El lodo activado mantiene los microorganismos suspendidos en forma de flóculo y los bombea de regreso desde el clarificador. Un reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR) los cultiva en soportes de plástico que permanecen en la cuenca, que tolera mejor las oscilaciones de carga y no necesita bombeo de retorno, mientras que el lodo activado suspendido generalmente alcanza una DBO más baja del efluente con un control de proceso más estricto.

¿Qué valor de SVI indica lodos activados saludables?

Trate de 70 a 150 ml/g como la banda saludable. Entre 150 y 200 los lodos van a la deriva y se debe vigilar el clarificador cada hora; por encima de 200 ml/g se encuentra en territorio de aumento de volumen y es probable que se produzcan pérdidas de sólidos en cuestión de días.

¿Cuánto tiempo lleva la puesta en marcha de un sistema de lodos activados?

La siembra con del 10 al 20 por ciento del MLSS de diseño de una planta vecina normalmente acorta la puesta en servicio a dos o tres semanas. Sin lodo de semillas, espere de cuatro a seis semanas antes de la eliminación del establo, y más tiempo en agua fría.

¿Pueden los lodos activados tratar aguas residuales industriales de alta resistencia?

Sí, siempre que se ecualice la corriente, los nutrientes se equilibren aproximadamente a una proporción de DBO, nitrógeno y fósforo de 100:5:1, y las cargas de choque tóxicas se eliminen aguas arriba. Las fábricas químicas, textiles, de cuero y de papel utilizan lodos activados con éxito exactamente sobre esta base.

Toda la disciplina en una sola línea: mantenga el oxígeno disuelto por encima de 1,5 mg/L, mantenga el SVI por debajo de 150, deseche los lodos según un cronograma en lugar de por instinto, y desaguará lo que desperdicie. La biología hará el resto.