El éxito de un sistema bioquímico depende de la MLSS (concentración de lodos de cal mixta)

La operación del proceso de lodos activados requiere del control adecuado de numerosos parámetros, incluido el control del MLSS, uno de los indicadores más utilizados en la operación diaria de los sistemas de aguas residuales.

La concentración de lodos activados se refiere al contenido de sólidos suspendidos en el licor mezclado a la salida del tanque de aireación, denotado por el símbolo MLSS, con unidades de mg/L. Se utiliza para medir la cantidad de lodos activados en el tanque de aireación. El monto total de MLSS incluye los siguientes cuatro aspectos:

Microorganismos activos;
Materia orgánica no-biodegradable adsorbida en el lodo activado;
Residuos de auto-oxidación microbiana;
Materia inorgánica.

Durante la operación, es particularmente importante tener en cuenta que MLSS se refiere únicamente a la concentración del licor mezclado en el tanque de aireación, excluyendo la concentración del licor mezclado en el tanque de sedimentación secundario. Además, al monitorear la concentración del licor mezclado en el tanque de aireación, es crucial utilizar la concentración del licor mezclado en la salida del tanque de aireación como estándar para medir la concentración de lodo activado en todo el tanque de aireación.

1. Relación entre la concentración de lodos activados y la edad de los lodos

La edad de los lodos es un medio operativo para alcanzar el objetivo de edad de los lodos mediante la eliminación de los lodos activados. Se puede proporcionar un rango razonable para controlar la concentración de lodos activados mediante la edad razonable del lodo y la proporción de alimento-a-microbios. De hecho, si la concentración de lodos activados se aumenta excesivamente, la edad de los lodos será particularmente larga, superando el valor de edad de los lodos normalmente controlado, incluso cuando la concentración de materia orgánica afluente no sea alta. Esto indica claramente que la concentración de lodo activado se está controlando demasiado alta, lo cual es mucho más preciso que juzgar si es necesario controlar la concentración de lodo activado en función de su valor absoluto.

2. Relación entre la concentración de lodos activados y la temperatura del agua

El crecimiento, reproducción y metabolismo de los lodos activados en el tanque de tratamiento biológico están estrechamente relacionados con la temperatura del agua. Por cada descenso de 10 grados en la temperatura del agua, la actividad de los lodos activados disminuirá a la mitad; Cuando la temperatura del agua es inferior a 10 grados, el efecto del tratamiento es claramente deficiente. Para solucionar este problema, la concentración de lodos activados se puede ajustar para hacer frente a los cambios de temperatura del agua:

Cuando la temperatura del agua es baja, la concentración de lodos activados se puede aumentar para compensar el impacto negativo de la reducción de la actividad de los lodos activados, logrando así una mayor eficiencia de eliminación a bajas temperaturas del agua.

Cuando la temperatura del agua es alta, la actividad de los lodos activados es vigorosa. Una concentración excesivamente alta de lodos activados es perjudicial para la sedimentación de los lodos activados. En este caso, reducir la concentración de lodos activados puede evitar la formación de flóculos inestables y sobrenadante turbio.

3. La relación entre la concentración de lodos activados y la tasa de sedimentación de lodos activados

La concentración de lodos activados afecta la proporción de sedimentación final. Una mayor concentración de lodos activados da como resultado una mayor proporción de sedimentación final y viceversa. Esto se debe a que una mayor concentración de lodo activado conduce a una mayor cantidad biológica, lo que resulta en una mayor tasa de sedimentación después de la compresión y sedimentación. Una diferencia clave con respecto a otros factores que pueden aumentar la tasa de sedimentación es observar si el lodo activado comprimido es denso y si su color es marrón oscuro. En los casos en los que una mayor concentración de lodos no-activados conduce a una mayor proporción de sedimentación, generalmente se debe a una mala compactación y a un color más apagado.

Por supuesto, una concentración excesivamente baja de lodos activados también afecta significativamente al índice de sedimentación. Sin embargo, esto a menudo no se debe a que los operadores reduzcan intencionadamente la concentración de lodo activado, sino más bien a una concentración de materia orgánica entrante excesivamente baja. En tales casos, los operadores, al sentir que la concentración de lodos activados es demasiado baja, intentan aumentarla, lo que provoca el envejecimiento del lodo activado. La observación final del índice de sedimentación revelará signos típicos del envejecimiento del lodo activado: alta compresibilidad, color oscuro y un sobrenadante transparente que contiene flóculos finos.

Si se produce una proporción de sedimentación baja debido a una descarga anormal de lodo, la observación también revelará que el lodo activado sedimentado es de color pálido, tiene poca compresibilidad y es escaso.

1. El impacto de la concentración de lodos en la nitrificación

Muchos factores ambientales influyen en la nitrificación, incluidos el pH, la temperatura, la SRT, la OD, la DBO/TKN, la concentración de lodos y las sustancias tóxicas. En las plantas de tratamiento de aguas residuales reales, sólo se pueden controlar parámetros como SRT, DO, BOD/TKN y concentración de lodos durante la operación del proceso.

a. En la nitrificación aeróbica, concentraciones más altas de lodo dan como resultado una concentración relativamente mayor de bacterias nitrificantes, lo que conduce a una tasa más alta de nitrificación aeróbica en condiciones de alta concentración de lodo.

b. Es necesaria una determinada edad de los lodos para asegurar la presencia de bacterias nitrificantes en los lodos biológicos. La creación de condiciones de vida favorables para las bacterias nitrificantes aumenta aún más su proporción en la comunidad microbiana, aumentando así su concentración. En altas concentraciones de lodo, se consume más DBO en la etapa anaeróbica, lo que resulta en una relación DBO/TKN relativamente menor en la etapa aeróbica.

Algunos estudios han demostrado una relación inversa entre la proporción de bacterias nitrificantes en lodos activados y DBO/TKN. Dado que las bacterias nitrificantes son autótrofas, la concentración de sustrato orgánico no es un factor limitante para su crecimiento. Sin embargo, si la concentración de sustrato orgánico es demasiado alta, provocará que bacterias heterótrofas de alta-tasa de crecimiento-proliferen rápidamente, compitiendo por el oxígeno disuelto. Esto ralentiza el crecimiento de bacterias autótrofas y evita que las bacterias nitrificantes aeróbicas obtengan ventaja, lo que da como resultado una tasa de nitrificación reducida.

do. El oxígeno disuelto (OD) es generalmente un indicador importante en la etapa de nitrificación de las plantas de tratamiento de aguas residuales, normalmente por encima de 2 mg/L. En la mayoría de los procesos de zanjas de oxidación, el valor promedio de OD dentro de la zanja es difícil de alcanzar 2 mg/L, permaneciendo generalmente en 1 mg/L o menos. Sin embargo, el efecto de nitrificación sigue siendo bueno. La razón de esto es que la concentración relativamente alta de lodos exclusiva de las zanjas de oxidación, aunque da como resultado un valor de OD más bajo, potencia otros factores que conducen a la nitrificación.

Una mayor concentración de lodos aumenta el volumen efectivo del tanque de tratamiento biológico al tiempo que reduce la carga. Desde otra perspectiva, el aumento de la concentración de lodos también aumenta la capacidad aeróbica de los microorganismos. En las mismas condiciones de aireación, la lectura del medidor de oxígeno disuelto también debería ser menor. Los puntos anteriores explican que aumentar la concentración de lodos puede reducir adecuadamente el valor de oxígeno disuelto (OD) en el tanque de tratamiento biológico mientras se mantiene un buen nivel de nitrificación.

d. Para garantizar el crecimiento y la reproducción normales de las bacterias nitrificantes en los lodos activados, la edad del lodo generalmente debe controlarse en más de 8 días. Sin embargo, para garantizar una ventaja competitiva relativamente equilibrada de las bacterias nitrificantes frente a otras bacterias heterótrofas, se debe aumentar la edad del lodo sin provocar un envejecimiento severo del lodo, lo que aumenta correspondientemente la concentración de lodo en el sistema biológico.

2. El impacto de la concentración de lodos en la desnitrificación

La desnitrificación biológica es el proceso mediante el cual las bacterias desnitrificantes utilizan el oxígeno iónico de los nitratos para descomponer la materia orgánica en condiciones anóxicas. El nitrato se reduce a N2, completando el proceso de desnitrificación. Las bacterias desnitrificantes son bacterias facultativas heterótrofas que abundan en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. En condiciones aeróbicas, utilizan oxígeno para la respiración y la descomposición oxidativa de la materia orgánica.

En condiciones sin oxígeno molecular, cuando los iones nitrato y nitrito están presentes simultáneamente, pueden utilizar el oxígeno de estos iones para respirar, oxidar y descomponer la materia orgánica. Las bacterias desnitrificantes pueden utilizar una amplia variedad de sustratos orgánicos como donadores de electrones en el proceso de desnitrificación, incluidos carbohidratos, ácidos orgánicos, alcoholes e incluso compuestos como alcanos, benzoatos y otros derivados del benceno, que a menudo son los componentes principales de las aguas residuales. Muchos factores influyen en la tasa de desnitrificación, incluidos el pH, la temperatura, el oxígeno disuelto (OD), la relación carbono-a-nitrógeno (relación C/N) y la concentración de lodo. En las plantas de tratamiento de aguas residuales reales, sólo se pueden controlar parámetros como el OD y la concentración de lodos durante la operación del proceso. Aunque la relación C/N es el factor que influye más importante en la reacción de desnitrificación, depende en gran medida de la calidad del agua entrante y generalmente es difícil de controlar en la práctica.

a. La desnitrificación requiere la ausencia de oxígeno molecular para permitir que las bacterias desnitrificantes utilicen el oxígeno iónico de los nitratos y nitritos para descomponer la materia orgánica. Como se mencionó anteriormente, los sistemas biológicos con altas concentraciones de lodos pueden reducir adecuadamente el oxígeno disuelto (OD) durante la nitrificación mientras mantienen la eficiencia de la nitrificación. Por lo tanto, reducir el OD al final de la nitrificación reduce efectivamente el contenido de OD transportado en el líquido de retorno de nitrato, disminuyendo el impacto del oxígeno molecular en el proceso de desnitrificación en la zona anóxica y mejorando la capacidad de las bacterias desnitrificantes para utilizar fuentes de carbono.

Al mismo tiempo, las altas concentraciones de lodo también dan como resultado una capacidad aeróbica metabólica endógena relativamente fuerte, consumiendo aún más oxígeno disuelto en las zonas de retorno y anóxicas. Además, concentraciones muy altas de lodo alteran la viscosidad del licor mezclado, aumentando la resistencia a la difusión y reduciendo así el OD transportado en el líquido de retorno. En algunos procesos de tratamiento que utilizan canales abiertos como canales de retorno, esto puede reducir la oxigenación requerida para el flujo de retorno. En resumen, las altas concentraciones de lodos juegan un papel importante en la reducción de OD durante la etapa de desnitrificación en la operación real del proceso.

b. Dado que las bacterias desnitrificantes son bacterias facultativas heterótrofas y abundan en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, aumentar la concentración de lodos en el sistema puede aumentar efectivamente la concentración de bacterias desnitrificantes. La tasa de desnitrificación es en gran medida independiente de las concentraciones de nitrato y nitrito, pero exhibe una reacción de primer-orden con la concentración de bacterias desnitrificantes.

Por lo tanto, en la operación real del proceso, altas concentraciones de lodo pueden acortar el tiempo de desnitrificación y reducir el volumen efectivo de la zona anóxica. Dado un volumen efectivo fijo en la zona anóxica, las altas concentraciones de lodo permiten una mejor utilización de la materia orgánica relativamente difícil-de-degradar en la matriz orgánica como fuente de carbono. Esto es particularmente importante para los procesos de eliminación de nitrógeno y fósforo, especialmente cuando las fuentes de carbono son insuficientes.

do. Las altas concentraciones de lodos dan como resultado diámetros de flóculos microbianos relativamente mayores. Durante la nitrificación, el bajo nivel de oxígeno disuelto conduce a un gradiente de presión de oxígeno más pequeño, lo que facilita la formación de ambientes anóxicos dentro de los flóculos, promoviendo así la desnitrificación. Por lo tanto, altas concentraciones de lodos pueden promover la desnitrificación simultánea.

La clave para la eliminación biológica de fósforo es aumentar la proporción de bacterias que acumulan polifosfato-en el sistema de lodos activados y, al mismo tiempo, promover su rápido crecimiento y reproducción durante el funcionamiento del sistema, manteniendo un alto contenido de fósforo dentro de las bacterias que acumulan polifosfato-al momento de la descarga.

Para aumentar la proporción de bacterias acumuladoras de polifosfato-(PAC) en el lodo activado del sistema, es necesario crear un ambiente y condiciones hidráulicas más favorables para su crecimiento y reproducción. Esto significa tener un buen ambiente anaeróbico y aeróbico en el flujo del proceso. El control de los factores ambientales en la zona anaeróbica es particularmente importante para el crecimiento y la reproducción de las bacterias PAC y para lograr la eliminación de fósforo. Una alta concentración de lodos en la zona anaeróbica es más beneficiosa para las bacterias PAC.

La eficiencia de la eliminación biológica de fósforo está estrechamente relacionada con la edad del lodo. Sólo con una determinada edad del lodo (alrededor de 3 días) se puede eliminar eficazmente el exceso de fósforo, logrando la función de eliminación de fósforo. Dado un afluente fijo de sólidos en suspensión (SS), dado que la concentración de lodos es directamente proporcional a su edad, cuanto mayor sea la concentración de lodos más allá de un cierto rango, peor será el efecto de eliminación de fósforo.

a. Si bien se mantiene una edad de lodo suficiente para la eficiencia de eliminación de fósforo, el aumento de la concentración de lodo en la zona anaeróbica da como resultado una concentración correspondientemente mayor de bacterias PAC. Esto aumenta la cantidad de microorganismos liberadores de fósforo-, lo que a su vez aumenta la cantidad de microorganismos aeróbicos posteriores que absorben fósforo-, mejorando así el efecto general de eliminación de fósforo del sistema.

b. En la zona anaeróbica, las bacterias que acumulan polifosfato-absorben AGV y liberan fósforo. Al mismo tiempo, en condiciones de alta concentración de lodos, la zona anaeróbica puede servir como sección de acidificación anaeróbica del sistema, hidrolizando anaeróbicamente la materia orgánica recalcitrante de alto -peso molecular- en el agua. La energía liberada durante la liberación de fósforo por las bacterias que acumulan polifosfato-se puede utilizar para absorber activamente ácido acético, H+, etc., formando PHB y almacenándolo dentro de la bacteria. Esto promueve el proceso de acidificación de la materia orgánica, mejora la biodegradabilidad de las aguas residuales y aumenta la fuente de carbono utilizada para las reacciones de desnitrificación en procesos de tratamiento posteriores.