Muchas personas que trabajan en el tratamiento de aguas residuales tienen una intuición: "Los microorganismos son la fuerza principal, por lo que más lodo significa una mayor capacidad de tratamiento". Esto parece razonable, pero en el funcionamiento real a menudo genera problemas.
Aquellos que han estado involucrados en-la puesta en servicio en el sitio probablemente hayan sido testigos de este escenario: efluentes fluctuantes, nitrógeno amoniacal ocasional que excede los estándares y la primera reacción del operador es una "concentración de lodos insuficiente", lo que lleva a una descarga de lodos reducida o incluso nula. MLSS aumenta gradualmente de 3000 a 4000, 5000 y 6000 mg/L.
Curiosamente, si bien una mayor concentración de lodo resuelve el problema, crea nuevos problemas:-lodo se desborda del tanque de sedimentación secundario, el SS del efluente excede los estándares, la frecuencia del ventilador ya está al máximo y no se puede aumentar el OD en el tanque aeróbico.
Entonces ¿dónde está el problema?
La relación entre la concentración de lodos y la capacidad del sistema no es lineal, sino parábola.
Cuello de botella en el suministro de oxígeno: la "última milla" de la transferencia de oxígeno disuelto
Primero, considere la aireación: por cada aumento de 1000 mg/L en la concentración de lodo, la tasa de consumo de oxígeno en el tanque aumenta. Mantener el metabolismo diario de 1 kg de lodo activado requiere aproximadamente entre 0,8 y 1,2 kg de oxígeno. Cuando el MLSS aumenta de 3000 a 5000, la biomasa total en el tanque aumenta casi un 70%, lo que provoca un aumento en la demanda general de oxígeno.
Una crisis más profunda reside en las limitaciones de la transferencia de oxígeno a microescala. Cuando MLSS excede un cierto valor, el tamaño de las partículas y la densidad de los flóculos de lodo activado aumentan significativamente. Esto hace que la resistencia a la transferencia de oxígeno aumente exponencialmente, creando el problema de la "última milla" de la transferencia de oxígeno disuelto.
En este punto, aunque el OD en el tanque aeróbico puede permanecer en 2,0-3,0 mg/L, aproximadamente el 60% del volumen dentro de los flóculos puede estar ya en un estado de condiciones anóxicas. Las bacterias nitrificantes son como residentes apretados en una "habitación interior sin ventanas", donde las bacterias heterótrofas externas consumen oxígeno antes de llegar a su área. La tasa de utilización de OD (carbono orgánico disuelto) disminuye significativamente, se suprime la actividad de las bacterias nitrificantes y el nitrógeno amoniacal comienza a aumentar. Al mismo tiempo, el ambiente anóxico localizado facilita la proliferación de bacterias filamentosas, lo que afloja la estructura del lodo y deteriora el rendimiento de la sedimentación.
Límite de sedimentación: la crisis de "sobrecarga" del tanque de sedimentación secundario
Mirando el tanque de sedimentación secundario: cuanto mayor es la concentración de lodos, más materia sólida ingresa al tanque de sedimentación secundario. El valor de diseño de carga superficial para un tanque de sedimentación secundario típico con una entrada central y una salida circundante es de 0,8~1,2 m³/m²·h, y la carga de sólidos generalmente se controla en 4~6 kg/m²·h.
Un aumento continuo de MLSS (Sólidos Suspendidos de Licor Mixto) conducirá directamente a un aumento significativo en la carga de sólidos del tanque de sedimentación secundario, superando su límite de capacidad de diseño. Una vez sobrecargado, el efecto de separación del agua-lodo se debilita, el sobrenadante se vuelve turbio y el efluente SS excede el estándar. A veces, una capa de lodo fino flota en toda la superficie del tanque de sedimentación secundario y ajustar la relación del flujo de retorno es ineficaz. Muchos sólidos en suspensión del efluente que exceden la norma no tienen su origen en la sección de tratamiento biológico, sino en la concentración de lodos que excede la capacidad de diseño del tanque de sedimentación secundario.
Edad desequilibrada de los lodos: la trampa del "envejecimiento" detrás de la concentración
Otro factor que fácilmente se pasa por alto es la edad del lodo. Con un volumen de descarga de lodos constante, el aumento del MLSS alargará la edad del lodo.
La edad excesiva de los lodos provoca su envejecimiento: los microorganismos entran en la fase de respiración endógena, aumentando su propio consumo de oxígeno, pero su actividad efectiva en la degradación de contaminantes disminuye significativamente. Los flóculos de lodo que envejecen se vuelven finos y fragmentados, se sedimentan más lentamente y se pierden fácilmente con el efluente.
Encontrar el "punto de equilibrio": el control dinámico es clave
En la práctica, una "concentración adecuada" es siempre más importante que una "alta concentración". No existe una concentración de lodos única y universalmente aplicable; Los parámetros operativos deben ajustarse dinámicamente en función de las condiciones operativas específicas:
Carga del afluente: En condiciones de alta carga orgánica, un aumento moderado de la concentración de lodos puede amortiguar los cambios en la calidad del agua; bajo cargas de afluente bajas-a largo plazo, la concentración excesiva de lodos solo aumentará el consumo de energía del ventilador y aumentará la presión sobre el mantenimiento de la descarga de lodos.
Condiciones de temperatura del agua: en invierno, las bajas temperaturas reducen la actividad metabólica microbiana, lo que permite un aumento moderado de la biomasa MLSS (multi-sólidos de lodos multicapa) para garantizar la nitrificación. En verano, las temperaturas más altas del agua y la mayor actividad microbiana reducen la concentración de lodos, lo que ahorra energía de aireación y reduce el riesgo de acumulación de lodos.
Punto de referencia principal: centrarse en F/M (proporción de alimentación-a-microorganismos)
El punto de referencia más fiable para juzgar si la concentración de lodos es razonable es la relación F/M (relación de alimentación-a-microorganismo), en lugar de centrarse rígidamente en un único valor de MLSS.
Para los sistemas de aguas residuales municipales convencionales, el rango F/M adecuado suele ser de 0,1~0,2 kg DBO₅/kg MLSS·d (algunos procesos pueden reducirlo a 0,2~0,4).
Una relación F/M inferior a 0,05 indica una falta-de sustrato microbiano a largo plazo; la inanición continua conducirá rápidamente al envejecimiento de los lodos.
Una relación F/M superior a 0,4 indica reservas efectivas de biomasa insuficientes, lo que hace que el efluente sea muy susceptible a exceder los estándares durante crisis de calidad del agua.
Los ajustes diarios a la tasa de descarga de lodos para estabilizar la proporción de alimentación-a-microorganismos son mucho más científicos que adherirse rígidamente a una concentración fija de lodos. Muchas-plantas de tratamiento de aguas residuales bien establecidas ajustan dinámicamente sus concentraciones de lodos en función de las condiciones reales: aumentan moderadamente la concentración en invierno para mantener la eficiencia del tratamiento y la disminuyen en verano para ahorrar energía y controlar la acumulación de lodos. Estas son experiencias prácticas resumidas por el personal de primera línea después de innumerables pruebas y errores.
En última instancia, la concentración de lodos es simplemente un medio para ajustar el proceso, nunca el objetivo final de la operación. Lo que realmente pretendemos lograr es-estabilidad del sistema a largo plazo, efluentes que cumplan constantemente con las normas y costos operativos controlables.
Tanto los niveles de MLSS excesivamente altos como bajos son perjudiciales para el funcionamiento estable del sistema. La concentración óptima de lodo es aquella que mantiene el caudal (F/M) dentro de un rango razonable, garantiza oxígeno disuelto (OD) estable y controlable, evita la escorrentía de lodo por sedimentación secundaria y cumple consistentemente con los estándares de calidad del agua. Este valor puede ser mayor o menor que el valor de referencia de diseño, pero definitivamente mayor no siempre es mejor.