1. Proceso de Fangos Activados.

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Gregorio Mendoza Venegas
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1 1. Proceso de Fangos Activados.

El proceso de fangos activados es un tratamiento de tipo biológico comúnmente usado en el tratamiento secundario de las aguas residuales industriales, que tiene como objetivo la eliminación de

2 El proceso de fangos activados es un tratamiento de tipo biológico comúnmente usado en el tratamiento secundario de las aguas residuales industriales, que tiene como objetivo la eliminación de materia orgánica, en términos de demanda bioquímica de oxigeno (DQO). Con ello lo que se consigue es transformar la fracción soluble de materia orgánica en un material insoluble, facilitando así su separación por decantación. Fue desarrollo por primera vez por Arden y Lockett, en la planta inglesa de Manchester a principios de siglo XX. Realizaron con un cultivo biológico en suspensión en un tanque aireado e introdujeron la idea de recirculación de la biomasa suspendida formada durante la aireación a lo que llamaron fangos activados [8]. El proceso de fangos activados consiste en uno o varios tanques de aireación (reactore(s) biológico(s)), donde los fangos y la alimentación (contaminación o sustrato contenido en el agua) se mezclan y se airean durante un cierto período de tiempo, después pasan a un sistema de separación del fango activo y el efluente (decantador secundario o clarificador). Además el proceso cuenta con una recirculación del fango activo y un sistema de tratamiento y evacuación de los fangos producidos (purga) (Gutierrez, 2000). En un principio se usaron los reactores de operación discontinua, como unidades de llenado-vaciado, sin embargo, la necesidad de tratar grandes caudales lleva a transformarlos en reactores de flujo continuo, ya sea de tipo tanque agitado o de flujo pistón [8]. Fig. 2.1 : Proceso básico de Fangos activados. El principio básico del proceso cuyo esquema se muestra en la Figura 2.1 consiste mezclar el agua residual a tratar con el fango reciclado para alimentar al reactor, donde Dto. de Ingeniería automática y sistemas. 2

3 se pone en contacto con una población microbiana mixta (fango) en forma de suspensión floculenta. El tanque permanece agitado para mantener homogéneos los lodos activos y evitar la sedimentación de flóculos, además, se le suministra el oxígeno requerido por las bacterias mediante turbinas de aireación. La materia en suspensión y la coloidal se eliminan rápidamente de las aguas residuales por adsorción y aglomeración en los flóculos microbianos. Esta materia y los nutrientes disueltos se descomponen luego más lentamente por metabolismo microbiano, proceso comúnmente conocido como estabilización. En este proceso, parte del nutriente se oxida a sustancias simples como el anhídrido carbónico y parte se convierte en una materia nueva celular microbiana, llamada asimilación. El proceso de oxidación suministra la energía necesaria para la operación de los procesos de adsorción y asimilación. Una vez alcanzado el grado de tratamiento que se desea, la masa microbiana floculenta (fango) pasa al decantador secundario o clarificador donde se separa el lodo del agua tratada. La biomasa decanta y parte de ella se recircula hacia los tanques de aireación para mantener la cantidad de microorganismos en los bioreactores en un alto nivel, mientras un pequeño porcentaje es reconducido como fango en exceso para evitar la acumulación de biomasa y controlar el tiempo medio de retención celular. Dependiendo de las características de la planta, el agua separada en el decantador continúa con su depuración o es descargada al ambiente, después de este proceso contiene aproximadamente 10% del material de desecho. Durante las últimas décadas, el esquema tradicional del proceso de fangos activados ha sido ampliado para permitir la eliminación de los nutrientes fosforo y nitrógeno, ya que estos compuesto contribuyen al deterioro de nuestros ecosistemas de agua naturales Eliminación de Fósforo. La eliminación biológica de fósforo, es debida a la actividad de microorganismos capaces de asimilar un exceso de fósforo en condiciones aeróbicas y lo almacenan en forma de gránulos de polifosfatos Dto. de Ingeniería automática y sistemas. 3

4 El proceso de eliminación biológica de fósforo consta de dos fases. La primera fase requiere la existencia de un medio en condiciones anaeróbicas, es decir, en ausencia de oxígeno. Los organismos acumuladores de fósforo absorben y almacenan esta materia orgánica en forma de poli-hidroxibutirato (PHB). Estos microorganismos obtienen la energía necesaria para la síntesis del PHB a partir de los polifosfatos acumulados en la fase aeróbica del ciclo anterior. Como consecuencia de ello, estos polifosfatos son liberados en el líquido de mezcla en forma de ortofosfatos, lo que hace aumentar la concentración de ortofosfatos en el reactor. La segunda fase tiene lugar en un medio en condiciones aeróbicas, y consiste en la asimilación de los compuestos orgánicos almacenados en la fase anterior, de forma que el efluente obtenido en este proceso contiene una baja concentración de fósforo. La purga de fangos permite extraer el fósforo acumulado en las células contenidas en el líquido de mezcla Eliminación de Nitrógeno. El nitrógeno (N) presente en las agua residual se encuentra generalmente en forma de nitrógeno amoniacal (NH + 4 ); su transformación y eliminación biológicas incluyen dos fases, la primera es la fase de nitrificación, en la cual el nitrógeno amoniacal es oxidado a nitratos (NO - 3 ), la segunda fase es la desnitrificación, en esta fases los (NO - 3 ) son reducidos a nitrógeno gas (N 2 ). El proceso de nitrificación se divide en dos etapas, la primera etapa en la que el NH + 4 es oxidado a nitritos NO - 2, y la segunda el NO - 2 se transforma a NO - 3. La reacción química global del proceso de nitrificación es la siguiente: El rendimiento del proceso de nitrificación depende de la velocidad especifica de nitrificación, que viene determinada por los siguientes parámetros: Temperatura Oxigeno disuelto Dto. de Ingeniería automática y sistemas. 4

5 ph relación materia orgánica/ nitrógeno la presencia de algunas sustancias inhibidoras y tóxicas Por otro lado en el proceso de desnitrificación el NO3- es reducido a N2, y se libera a la atmósfera. Los organismos responsables de este proceso de reducción son principalmente bacterias heterótrofas aerobias facultativas, que en condiciones anóxicas son capaces de utilizar los nitratos como aceptores de electrones, en lugar del oxígeno disuelto. Para llevar a cabo el proceso de desnitrificación, los microorganismos necesitan una fuente de carbono orgánico, tales como, la materia orgánica contenida en el agua residual, fuente de carbono externa que se añade al líquido de mezcla (metanol, generalmente) y por ultimo una fuente de carbono endógena. Las velocidades de desnitrificación varían dependiendo de la fuente de carbono utilizada, para una fuente de carbono externa se obtienen velocidades de reacción más rápida que las obtenidas con la materia orgánica presente en el agua residual, debido a que las substancias añadidas normalmente son degradadas más fácilmente que los compuestos orgánicos contenidos en el agua residual. La reacción global de oxidación y síntesis, basada en una fuente de carbono orgánica genérica, puede escribirse de la siguiente manera: factores: Al igual que el proceso anterior el proceso de desnitrificación depende de diversos la presencia de oxígeno disuelto la fuente de carbono orgánico ultilizada la concentración de nitratos la temperatura el potencial de oxidación-reducción ph la presencia de sustacias inhibidoras y tóxicas Dto. de Ingeniería automática y sistemas. 5

6 En la actualidad, se llevan a cabo simultáneamente la eliminación biológica de materias orgánicas y nutrientes. Esto se logra incluyendo en la planta típica de fangos activados, zonas con aireación y sin aireación, creando una secuencia de zonas aerobias, anóxicas y anaerobias. El proceso se inicia con un tanque anóxico donde la materia orgánica del agua residual actúa como fuente de carbono en el proceso de desnitrificación, seguido de un tanque aireado donde se lleva a cabo el proceso de nitrificación y se producen nitratos. Es necesario recircular parte del efluente del segundo reactor de nitrificación. El esquema de este proceso se muestra en la Figura 2.2. Fig. 2.2 : Proceso de Fangos activados con eliminación de nutrientes Dto. de Ingeniería automática y sistemas. 6

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