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Proceso de fangos activos

Proceso de fangos activos

El proceso de fangos activados es un sistema de tratamiento de las aguas residuales en el que se mantiene un cultivo biológico formado por diversos tipos de microorganismos y el agua residual a tratar.

Los microorganismos se alimentarán de las sustancias que lleva el agua residual para generar más microorganismos y, en el proceso, se forman unas partículas fácilmente decantables que se denominan flóculos y que, en conjunto, constituyen los denominados fangos activos o biológicos.

En el proceso de fangos activados, pueden distinguirse dos operaciones claramente diferenciadas:

  1. La oxidación biológica
  2. La separación sólido-líquido

La primera tiene lugar en el denominado reactor biológico o cuba de aireación, donde vamos a mantener el cultivo biológico en contacto con el agua residual. El cultivo biológico, denominado licor de mezcla, está formado por gran número de microorganismos agrupados en flóculos conjuntamente con materia orgánica y sustancias minerales. Dichos microorganismos transforman la materia orgánica mediante las reacciones de oxidación biológica mencionadas.

La población de microorganismos debe mantenerse a un determinado nivel de concentración de sólidos en suspensión en el licor de mezcla (SSLM) para llegar a un equilibrio entre la carga orgánica a eliminar y la cantidad de microorganismos necesarios para que se elimine dicha carga.

En esta fase del proceso, que ocurre en la cuba de aireación, es necesario un sistema de aireación y agitación que provoque el oxígeno necesario para la acción depuradora de las bacterias aerobias, que permita la homogenización de la cuba y, por tanto, que todo el alimento llegue igual a todos los organismos y que evite la sedimentación de los flóculos y el fango.

Una vez que la materia orgánica ha sido suficientemente oxidada, lo que requiere un tiempo de retención del agua en el reactor, el licor mezcla pasará al denominado decantador secundario o clarificador. Aquí, el agua con fango se deja reposar y, por tanto, los fangos floculados tienden a sedimentarse, consiguiéndose separar el agua clarificada de los fangos.

El agua clarificada constituye el efluente que se vierte al cauce y parte de los fangos floculados son recirculados de nuevo al reactor biológico para mantener en el mismo una concentración suficiente de organismos. El excedente de fangos se extrae del sistema y se evacua hacia el tratamiento de fangos.

Control de procesos en el sistema de fangos activados

Los parámetros operacionales son una serie de parámetros que se han de tener en cuenta a la hora de diseñar la cuba de aireación y el clarificador, siendo controlados, a su vez, para mantener un óptimo funcionamiento de la planta.

Dichos parámetros son:

  1. Carga másica. Es la relación que existe entre la carga de materia orgánica que entra en el reactor biológico por unidad de tiempo y la masa de microorganismos existentes en el mismo. Se expresa como: Cm = Q × So / V × X

Q = caudal; So = DBO5 de entrada; V = volumen; X = sólidos en suspensión volátiles del licor de mezcla (SSV) de la cuba de aireación.

  1. Edad del fango. Es la relación entre la masa de fangos existentes en la cuba de aireación y la masa de fangos en exceso extraídos por unidad de tiempo. Se expresa como: E = V × X / Qp × Xp

Qp = caudal de la purga de fangos; Xp = SSV de la purga de fangos (fangos en exceso).

  1. Carga volumétrica. Es la relación entre la masa de materia orgánica que entra en el reactor por unidad de tiempo y el volumen de la cuba. Se expresa como: Cv = Q × So / Vˆ‘
  2. Rendimiento. Es la relación que existe entre la masa de materia orgánica eliminada y la del influente que entra en el reactor biológico. Se expresa en porcentajes. R = So - S / So

S = DBO5 de la salida del decantador secundario.

Existen una serie de variables que hay que controlar para asegurarnos de que el proceso de fangos activos funciona bien.

Entre estas, se encuentran:

  1. La calidad exigida al efluente. La calidad que las autoridades exigen al agua de salida va a determinar el funcionamiento del proceso y el control del mismo. Si se requiere un alto grado de tratamiento, el proceso deberá estar muy controlado y probablemente se requiera de un tratamiento adicional. Dicha calidad deberá ser determinada a través de las analíticas realizadas por el laboratorio.
  2. Características del agua residual a tratar. Los caudales y características del afluente se encuentran fuera del campo de actuación del operador, siendo competencia del laboratorio y de las autoridades municipales que controlan los residuos que se vierten en el sistema colector, evitando que determinadas industrias viertan residuos tóxicos para los microorganismos que trabajan en la cuba de aireación.
  3. Cantidad de microorganismos activos que se necesitan en el tratamiento. La proporción entre la cantidad de microorganismos activos y el alimento disponible es un parámetro decisivo en el control del proceso. Si esta proporción no es equilibrada, aparecerán serios problemas en planta. El número de organismos aumenta también al aumentar la carga de materia orgánica (alimento) y el tiempo de permanencia en la cuba de aireación (edad del fango). El operador deberá eliminar el exceso de microorganismos (fangos en exceso o purga de fangos) para mantener el número óptimo de trabajadores para el tratamiento eficaz de las aguas.

Por otra parte, es fundamental proceder a una recirculación de fangos desde el decantador hasta la cuba de aireación para mantener una concentración de organismos suficiente, ya que si no se irían eliminando y se acabaría con un lavado del tanque.

El fango del decantador debe extraerse tan pronto como se forme la manta de fangos, ya que, de permanecer en él, pueden darse fenómenos que hagan que el fango flote. El sistema de bombeo de fangos, por tanto, debe encontrarse en condiciones óptimas para actuar cuando se le necesite.

Para conocer la concentración de microorganismos del licor de mezcla y de los fangos de recirculación, se determinará el nivel de sólidos volátiles en ambos:

  1. Nivel de oxígeno disuelto. El oxígeno que se aporte a la cuba de aireación debe ser suficiente para que los microorganismos puedan respirar y se pueda oxidar la materia orgánica. La relación cantidad de oxígeno/cantidad de alimento debe estar regulada y mantenerse estable. Una descompensación en un sentido o en otro puede dar lugar a una aparición de organismos filamentosos que tienden a flotar en el decantador secundario, alterando totalmente la separación sólido-líquido y tendiendo a ser lavados con el efluente.

El nivel de oxígeno disuelto suele medirse con sensores que dan información inmediata de las cantidades de oxígeno en cuba, a partir de esta información los sistemas de agitación y de aireación se ponen en marcha o se paran.

La agitación debe de estar bien controlada, para que el oxígeno y el alimento se distribuyan homogéneamente por toda la cuba.

  1. Tiempo de retención. Para que se pueda dar el proceso de oxidación biológica, es necesario que los microorganismos permanezcan un tiempo de contacto suficiente con las aguas residuales. Este tiempo de retención es uno de los parámetros que hay que tener en cuenta para diseñar las cubas, ya que en relación con el caudal a tratar y el tiempo que debe permanecer el caudal en la cuba, calcularemos el volumen de la misma.
  2. Índice volumétrico de fangos. Se define como el volumen en mililitros ocupado por un gramo de sólidos en suspensión del licor de mezcla, tras una sedimentación de 30 minutos en una probeta de 1000 ml. Por lo tanto, tomamos 1 l de licor mezcla y lo ponemos a sedimentar durante 30 minutos, apuntamos el volumen que ocupa el fango y hacemos la relación: IVF = mL sólidos sedimentables × 1000 / ppm de SSLM

Este valor nos da el comportamiento de los fangos en el decantador:

  1. Si el valor es menor de 100, implica fangos con desarrollo de organismos que sedimentan bien y, por tanto, buena separación sólido-líquido.
  2. Si el valor es superior, se han desarrollado organismos filamentosos con mala sedimentación, lo que nos lleva a una descompensación en el funcionamiento del sistema.

Las lecturas de datos que se citan a continuación y su registro diario pueden ayudar al personal que trabaja en la planta a determinar cuáles son las condiciones de control que optimizan el rendimiento de la estación de tratamiento, contrastando el funcionamiento de la misma con los datos registrados.

Estos datos también pueden servirnos como indicadores de diversos problemas, así como de la causa de los mismos.

Es necesario hacer un registro de:

  1. Sólidos en suspensión totales y volátiles en:
    1. Efluente primario.
    2. Licor de mezcla.
    3. Recirculación de fangos.
    4. Efluente de salida.
  2. DBO, DQO o TOC en:
    1. Efluente primario.
    2. Efluente de salida.
  3. Oxígeno disuelto: es fundamental la instalación de sensores en la cuba de aireación.
  4. Sólidos decantables en:
    1. Licor de mezcla.
    2. Agua de salida.
  5. Temperatura: lectura de sensores en la cuba de aireación.
  6. pH: lectura de sensores en la cuba de aireación o determinación in situ.
  7. Coliformes en:
    1. Entrada al biológico.
    2. Salida del biológico
  8. Nitrógeno y fósforo total en:
    1. Agua de entrada.
    2. Agua de salida.

También será necesario registrar los siguientes datos:

  1. Caudal de entrada.
  2. Kilogramos de sólidos volátiles en cuba de aireación.
  3. Kilogramos de DQO en la entrada al biológico.
  4. Kilogramos de fangos en exceso evacuados.
  5. Caudal de recirculación de fangos.
  6. Caudal de purga.
  7. Kilogramos de sólidos de fangos evacuados al digestor.
  8. Coste energético.

Pero el control de la instalación no solo consiste en la revisión constante y diaria de las condiciones de proceso, sino que también es preciso realizar un mantenimiento efectivo de los equipos para que estos estén siempre en óptimas condiciones de operatividad.

Además de todo esto, la vista, el olfato y la propia experiencia, aportan datos suficientes como para reconocer los problemas, el posible origen de los mismos y la solución más eficaz.

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