Proceso de tratamiento biológico: proceso de lodos activados y filtros de goteo.
Algunos de los principales procesos de tratamiento secundario o biológico son los siguientes: (i) Proceso de lodos activados (ii) Filtros de goteo.
El proceso biológico de las aguas residuales es un tratamiento secundario que consiste en eliminar, estabilizar y hacer inofensivo la materia suspendida muy fina, y los sólidos de las aguas residuales que permanecen incluso después de que se haya realizado el tratamiento primario.
Dado que gran parte del material orgánico en las aguas residuales puede ser coloidal o disuelto, los procesos de tratamiento primario son en gran medida ineficaces para eliminarlo. La materia orgánica todavía representa una alta demanda de oxígeno que debe reducirse aún más para que el efluente se pueda convertir en adecuado para la descarga en los cuerpos de agua.
En el tratamiento biológico, el oxígeno suministrado a las bacterias se consume en condiciones controladas, de modo que la mayor parte de la DBO se elimina en la planta de tratamiento en lugar de en el curso de agua. Por lo tanto, los requisitos principales de un proceso de tratamiento de desechos biológicos son una cantidad adecuada de bacterias que se alimentan del material orgánico presente en las aguas residuales, el oxígeno y algunos medios para lograr el contacto entre las bacterias y los orgánicos.
Dos de los sistemas más comúnmente utilizados para el tratamiento de residuos biológicos son el sistema de lodos activados y el sistema de película biológica. En el sistema de lodos activados, las aguas residuales se ponen en contacto con un grupo diverso de microorganismos en forma de una suspensión floculante en un tanque aireado, mientras que en el sistema de película biológica, también conocido como filtros de goteo, las aguas residuales se llevan a contacto con una población microbiana mixta en forma de una película de limo unida a la superficie de un sistema de soporte sólido. En ambos casos, la materia orgánica se metaboliza a formas inorgánicas más estables.
(i) Proceso de lodos activados:
Las características esenciales del proceso de lodos activados son: una etapa de aireación, separación de sólidos y líquidos después de la aireación y un sistema de reciclaje de lodos. Las aguas residuales después del tratamiento primario entran en un tanque de aireación donde la materia orgánica se pone en contacto íntimo con los lodos del clarificador secundario. Este lodo está muy cargado de microorganismos que se encuentran en un estado activo de crecimiento. El aire se introduce en el tanque en forma de burbujas a través de difusores o por aireadores de superficie.
Los microorganismos utilizan el oxígeno del aire y convierten la materia orgánica en compuestos estabilizados de baja energía, como el NO 3, el SO 4 y el CO 2, y sintetizan nuevas células bacterianas. El efluente del tanque de aireación que contiene la masa microbiana floculenta, conocida como lodo, se separa en un tanque de sedimentación, a veces llamado colono secundario o clarificador. En el tanque de sedimentación, el lodo separado sale sin contacto con la materia orgánica y se activa.
Una porción del lodo activado se recicla al tanque de aireación como semilla; el resto se desperdicia. Si todos los lodos activados se reciclan, la masa bacteriana seguirá aumentando hasta la etapa en que el sistema se obstruya con sólidos. Por lo tanto, es necesario "desperdiciar" algunos de los microorganismos, y este lodo desechado es el que se procesa y se elimina.
El diagrama de flujo del proceso para una planta de lodos activados típica se muestra en la Fig. 5.16:
1: Pretratamiento,
2: Clarificador primario,
3: tanque de aireación,
4: Clarificador secundario,
5: Thickner,
6: Digestión de lodos (- - - → Flujo de lodos) (→ Flujo de líquido)
(ii) Filtros de goteo:
El segundo proceso de tratamiento de residuos biológicos comúnmente utilizado es el método de filtración por goteo. Los filtros de goteo también se llaman filtros de filtración. Tiene una buena adaptabilidad para manejar las cargas de choque máximas y la capacidad de funcionar satisfactoriamente después de un corto período de tiempo.
El procesamiento de leche, las fábricas de papel y los desechos farmacéuticos se encuentran entre los que se tratan mediante filtros de engaño. Los filtros de goteo convencionales consisten normalmente en un lecho rocoso, de 1 a 3 metros de profundidad, con suficientes aberturas entre las rocas para permitir que el aire circule fácilmente.
El influyente se rocía sobre el relleno del lecho (ver Fig. 5.17), que está cubierto con un limo biológico. A medida que el líquido gotea sobre el empaque, el oxígeno y la materia orgánica disuelta se difunden en la película para ser metabolizados por los microorganismos en esta capa de limo. Los productos finales, como NO 3, CO 2, etc., se difunden fuera de la película y aparecen en el efluente del filtro.
A medida que los microorganismos utilizan la materia orgánica, el espesor de la película de limo aumenta hasta un punto en el que ya no puede apoyarse en los medios sólidos y se desprende de la superficie. Este proceso se conoce como desprendimiento. Un tanque de sedimentación que sigue al filtro de filtración elimina la película de bacterias desprendidas y algo de materia suspendida.
La manipulación y eliminación de lodos procedentes de plantas de tratamiento biológico de aguas residuales es un problema importante y representa aproximadamente la mitad del costo de la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
La concentración de sólidos en el lodo primario de aguas residuales es de aproximadamente el 5 por ciento; el fango activo contiene menos de 1 por ciento de sólidos; y el lodo de los filtros de goteo tiene aproximadamente 2 por ciento de sólidos. Las operaciones unitarias comunes de tratamiento y eliminación de lodos implican concentración o espesamiento, digestión, acondicionamiento, deshidratación, oxidación y eliminación segura.
