Las técnicas empleadas para el tratamiento de aguas residuales pueden ser varias de acuerdo con la etapa de tratamiento y la composición de cada efluente. Algunas de las más empleadas son los filtros percoladores, las lagunas de estabilización y los lodos activados.
Los lodos activados son uno de los procesos más utilizados para el tratamiento de aguas residuales, ya sean municipales o industriales. Por esta razón, te contamos qué son, cuáles son sus componentes, en qué consiste el proceso, cuáles son sus modificaciones más comunes y algunas consideraciones para su implementación.
¿Qué son los lodos activados?
Los lodos activados son una mezcla de aguas residuales con microorganismos en la que, por medio de la aireación, se absorbe el oxígeno, se eliminan contaminantes y el líquido obtenido es redirigido a un tanque de sedimentación. Esta técnica produce reacciones biológicas similares a las que se generan en los cuerpos de agua receptores.
Los propósitos de esta técnica son eliminar los compuestos orgánicos solubles y coloidales que no fueron separados en un tratamiento primario y facilitar la eliminación de sólidos en suspensión (1). Asimismo, los lodos activados son útiles para la nitrificación, desnitrificación y conversión del fósforo en las aguas residuales.
Los lodos activados tienen diferentes modalidades que incluyen un proceso convencional y algunos otros, como son la aeración extendida, con zanjas de oxidación, en lotes y con biorreactor de membranas sumergidas. La modalidad depende del tipo de agua residual que necesite tratarse.
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La técnica de lodos activados fue desarrollada en Inglaterra en 1914 (2).
Esta técnica elimina alrededor del 85% de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y de sólidos suspendidos; no obstante, no excluye cantidades significativas de fósforo, metales pesados, compuestos orgánicos no biodegradables, bacterias ni virus.
Algunos de los contaminantes requieren de procesos adicionales para ser eliminados, como los biológicos de nutrientes. Es por esta razón que, por lo general, los lodos activados se emplean junto con otros procesos fisicoquímicos.
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¿Cuáles son sus componentes?
Para lograr la remoción de los contaminantes, el proceso convencional de los lodos activados utiliza los siguientes elementos (1) (2):
- Reactor. Equipo en el que los microorganismos responsables del tratamiento se mantienen en suspensión y se airean para reducir la demanda bioquímica de oxígeno. El diseño y la operación del reactor dependen de la carga orgánica, la presencia de sustancias tóxicas e inhibitorias, y de la temperatura.
- Tanque de sedimentación. Depósito en el que se produce la separación de sólidos y líquidos.
- Sistema de recirculación. Conjunto de tuberías y bomba para el tránsito de los sólidos o lodos del tanque de sedimentación al reactor.
- Tubería de desecho. Tubos que eliminan el exceso de lodos biológicos del sistema.
¿En qué consiste el proceso de lodos activados?
En término muy generales, el proceso se compone de cuatro etapas (2):
1. El agua residual entra al reactor. En el reactor se encuentra un cultivo de microorganismos constituido por bacterias en suspensión que, en su conjunto, son conocidas como licor mezclado.
2. Después de un determinado tiempo de retención, el licor mezclado pasa a un tanque de sedimentación en el que se separa el agua tratada.
3. Esta agua sale por la parte superior del tanque. Los microorganismos y otros productos de la degradación se separan en forma de flóculos, es decir, masas pequeñas de aspecto lanoso que se forman por la agregación de finas partículas suspendidas en un líquido.
4. Una parte de la biomasa sedimentada regresa al reactor para mantener una concentración de sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado. La otra parte se elimina del sistema. La biomasa eliminada se conoce como lodo residual.
Es importante que en el proceso de lodos activados se analicen y controlen las cantidades de biomasa en el reactor, de oxígeno utilizado, de lodo residual y la concentración del efluente. Por lo tanto, los especialistas deben evaluar matemáticamente estos parámetros para determinar las medidas adecuadas.
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Los lodos activados son el sistema más utilizado en Estados Unidos, principalmente para plantas de gran capacidad (2).
Hay que considerar también que para que esta técnica es necesario realizar una caracterización completa del agua a tratar y de las variaciones del flujo para lograr la homogeneización de este y la carga iónica hacia el reactor. Asimismo, deben tenerse en cuenta la salinidad y la temperatura.
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Lodos activados de tratamiento de aguas residuales
Las aguas residuales de tipo industrial, efluentes que contienen desechos y residuos generados por actividades de producción o transformación, pueden tratarse para remover contaminantes y poder disponer o reutilizar este recurso. En Grupo Acura dividimos su tratamiento en tres fases que involucran técnicas específicas.
En la primera fase utilizamos técnicas como la coagulación-floculación, filtración y ultrafiltración cuyo propósito es separar o remover tanto las partículas contaminantes de gran tamaño como las dispersiones, emulsiones y los metales pesados.
Por su parte, en la segunda fase hacemos uso de soluciones aeróbicas y anaeróbicas y de reactores biológicos, de clarificación y sedimentación. Además de las técnicas anteriores, es en esta etapa en la que se utilizan los lodos activados. El objetivo de esta fase es seguir eliminando contaminantes en forma de lodo con la ayuda de ciertas bacterias.
Las modificaciones al proceso convencional de lodos activados son atractivas por su flexibilidad, sobre todo en lo relacionado con la aceptación de cargas orgánicas variables (2).
Por último, en la tercera fase o fase avanzada nos valemos de la electrodeionización, el intercambio iónico, la ósmosis inversa, la ozonificación y la ultrafiltración para eliminar los contaminantes restantes que no se han podido remover en las etapas anteriores.
La implementación de estas tres etapas en el tratamiento de aguas residuales industriales garantiza que este recurso pueda reutilizarse en diferentes actividades de los procesos productivos con lo que, además de colaborar con la preservación de este recurso natural, se obtienen ahorros económicos significativos.
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Consideraciones generales
Hay diversos puntos que deben tomarse en cuenta si se quiere implementar eficazmente la técnica de lodos activados, entre ellas están (2):
- Pretratamiento del agua residual. Como ya mencionamos, la eficiencia de los lodos activados depende de la concentración de sustancias tóxicas en el agua; por esta razón, debes aplicar un pretratamiento en caso de que los contaminantes en este líquido excedan los límites de concentración para la aeración.
Cada contaminante debe ser pretratado con una técnica específica. Así, por ejemplo, si hay un excedente de sólidos suspendidos, lo recomendable es utilizar flotación o sedimentación, si es de iones tóxicos (Pb, Cu+Ni+CN, Cr+6+ Zn, Cr+3) (2) hay que utilizar intercambio iónico o precipitación química, y si es de fenoles entonces la mejor opción son la adsorción y la extracción.
- Regulación de flujo de carga. Para tener control de las variaciones de flujo o de carga orgánica originadas por los cambios de producción debe realizarse el diseño de la instalación de unidades de regulación para lograr una operación estable. Esto se realiza en tanques que operan a volumen constante o a volumen variable.
- Velocidad de degradación del sustrato. Si se quiere estar al tanto de esta velocidad, es necesario determinar las constantes cinéticas del agua residual. Estas constantes se obtienen por medio de pruebas de laboratorio o pruebas piloto y su duración va de 10 a 12 semanas.
En México más del 30% de las plantas de tratamiento de aguas son de lodos activados (2).
- Tiempo de retención hidráulica. El periodo que permanece el agua dentro del reactor depende de la modalidad de la técnica utilizada y la calidad del agua a tratar. Para las aguas residuales domésticas el tiempo de retención va de 4 a 8 horas; en cambio, para las aguas residuales industriales el tiempo puede ser más variable.
- Calidad del lodo activado. Si se quieren conocer las características de sedimentación de los lodos activados pueden realizarse dos pruebas: el índice volumétrico de lodo y la velocidad de sedimentación por zonas. Ambas son de ayuda si se quiere diseñar un sedimentador secundario.
Las consideraciones anteriores son de utilidad para que el proceso de lodos activados sea exitoso. En Grupo Acura somos especialistas en el tratamiento del ciclo integral del agua, por lo tanto, podemos asesorarte en la optimización del diseño, la instalación, la operación, el mantenimiento y el tratamiento de los sistemas de agua de tu empresa. ¡Contáctanos para ofrecerte nuestras soluciones!
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Referencias de consulta
1. Comisión Nacional del Agua. Diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales: procesos de oxidación bioquímica con biomasa suspendida. Comisión Nacional del Agua, 2015. Consultado el 4 de enero de 2022.
2. Esperanza Ramírez. Fundamentos teóricos de lodos activados y aeración extendida. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, 2004. Consultado el 4 de enero de 2022.
