Lodo activado

El proceso denominado " lodos activados  " utiliza la depuración biológica en el tratamiento de aguas residuales . Es un método de purificación por cultivos libres. En un sector de tratamiento de aguas ( es decir, las diferentes fases de depuración de una estación determinada), el proceso de lodos activados forma parte de los tratamientos secundarios.

Histórico

Este proceso proviene del estudio realizado en Manchester por Arden y Lockett. Desarrollarán la técnica primero en una sola cubeta y luego la mejorarán agregando más cubetas y etapas.

Desde entonces, los investigadores han estado trabajando en la mejora de las plantas de tratamiento de lodos activados, en particular mediante la creación de modelos de las reacciones que ocurren durante el tratamiento. Su trabajo (a escala internacional) ha permitido especialmente la publicación de una guía de usuario de los modelos operativos de las plantas de tratamiento de lodos activados, así como el desarrollo de nuevas innovaciones.

Principio

El principio es degradar la materia orgánica (en suspensión o disuelta en aguas residuales) principalmente por bacterias (incluidas las filamentosas ), que a su vez serán devoradas por microorganismos ( protozoos , principalmente ciliados , en parte responsables de la floculación y fuente de clarificación progresiva del agua).

La mezcla permanente del medio permite un mejor acceso de las bacterias a las partículas y una aireación significativa necesaria para la sostenibilidad del sistema de biodegradación (solo la contaminación biodegradable puede tratarse de esta manera). A continuación, se realiza la sedimentación, desde la que el lodo rico en bacterias se devuelve al depósito de aireación.

“Las bacterias filamentosas unen los flóculos y aumentan la relación superficie / volumen, lo que promueve la flotación. Por tanto, la capacidad de sedimentación de los flóculos es menor. Este fenómeno, llamado "abultamiento" también produce espumas marrones. " . Cuando estas espumas están presentes en menor cantidad o están ausentes, los flóculos bacterianos son más pequeños y la turbidez más alta.

El proceso de lodos activados tiene cuatro objetivos:

Dominio de aplicación

La técnica del lodo activado es adecuada para aguas residuales domésticas de aglomeraciones desde aproximadamente 400 habitantes equivalentes, hasta las ciudades más grandes. Sin embargo, existe para instalaciones individuales, aunque el proceso no está suficientemente probado. Los efluentes industriales o agroalimentarios son muy variables, pudiendo ser tratados por este proceso según el caso, muchas veces con adaptación a su naturaleza y características.

Elementos de una planta de lodos activados

Un proceso de lodos activados destinado a eliminar la materia orgánica (contaminación por carbono, a veces nitrógeno y / o fosfato) comprende los siguientes elementos:

Lodo activado

Los lodos , producidos en la primera balsa, se depositan de forma natural y se devuelven mayoritariamente a la balsa de aireación (recirculación), mientras que la parte sobrante se dirige a un circuito de deshidratación o un almacenamiento específico.

Acción de los microorganismos

El lodo activado está compuesto esencialmente por microorganismos heterótrofos que han degradado materiales orgánicos y productos de degradación, incluidos materiales nitrogenados, degradados en nitratos. La introducción de oxígeno por aireación es, por tanto, fundamental para su acción. Los microorganismos se mantienen en íntima mezcla con el agua a tratar y así entran constantemente en contacto con los contaminantes orgánicos de las aguas residuales.

La posible degradación del nitrato (en dinitrógeno ), denominada desnitrificación , puede ser provocada por colocar el lodo en condiciones anóxicas (presencia de nitrato, ausencia de oxígeno), o por fase en la balsa de aireación (esta interrumpiéndose) ya sea en una balsa sin ventilación. , llamada cuenca de anoxia. Esta degradación está provocada por bacterias específicas.

La reproducción de los microorganismos se produce en condiciones favorables, cuando su crecimiento es importante y las bacterias comienzan a dividirse. Los exopolímeros que secretan les permiten aglomerarse en flóculos de sedimentación (esto es floculación ). Las condiciones de operación elegidas son las que favorecen la sedimentación de estos flóculos. Para mantener suficiente biomasa bacteriana, el lodo se recicla mediante bombeo al tanque de sedimentación secundario (el lodo extraído se recircula al tanque de tratamiento aeróbico ). Parte del trabajo de gestión y dimensionamiento de un sistema de lodos activados consiste en gestionar esta biomasa. Esto puede resultar insuficiente por muy poca recirculación, intoxicación de bacterias por contaminación masiva, demasiada entrada de agua (fenómeno de aclarado), o incluso al ponerlo en servicio o volverlo a poner en servicio, lo que implica su puesta en carga progresiva.

Cuencas de aireación

La aireación de las aguas residuales se realiza en los estanques que contienen los lodos activados, que tienen una forma adecuada en función del sistema de aireación, el modo de introducción del agua y los lodos activados. Llamamos a estas cuencas, tanques de aireación , tanques de lodos activados o cuencas de oxidación . La aireación se puede proporcionar en la superficie mediante turbinas de aireación de tipo lento, o en la parte inferior mediante métodos de rampa de distribución de burbujas de aire suministrados por un reforzador o por un compresor de aire. Las rampas de distribución se completan con difusores de aire conocidos como burbujas grandes o burbujas finas, según la eficiencia deseada . La eficiencia de la transferencia de aire en el agua se puede mejorar aumentando la altura del agua (solo para rampas de distribución).

Los requerimientos diarios de oxígeno están relacionados con la carga orgánica diaria y su modo de degradación, así como con la cantidad de nitrógeno a nitrificar . Aunque la degradación de la contaminación por carbono se detiene durante el ciclo de Krebs , es necesario reoxidar las moléculas de transporte de hidrógeno de este ciclo a través de la respiración (este camino captura su electrón reoxidando estas moléculas). Sin embargo, la respiración requiere un aceptor de electrones, es decir, un sustrato respirable oxidado como el oxígeno. Finalmente, el oxígeno suministrado se utiliza en la vía respiratoria para producir energía, una vía que reabastecerá el ciclo de Krebs, permitiendo así una degradación continua de la materia orgánica. Durante la desnitrificación, se utiliza oxígeno de los nitratos. Por tanto, los requisitos de oxígeno se calculan a partir de los requisitos de las cadenas respiratorias bacterianas y los requisitos de nitrificación. La cantidad a suministrar en oxígeno corresponde entonces a estas necesidades menos los ahorros realizados durante la respiración de los nitratos. Por tanto, las necesidades de oxígeno difieren de la cantidad a suministrar.

Para respirar, hay dos tipos:

ayb siendo coeficientes que dependen de la carga de masa.

Así, los requerimientos de oxígeno para la respiración son: a × flujo de DBO 5 + b × cantidad de biomasa.

La elección del sistema de aireación es importante porque este elemento representa entre el 60 y el 80% del consumo de energía de una planta de tratamiento de aguas residuales. Los sistemas de ventilación se pueden subdividir en dos clases principales. Existen sistemas que airean en superficie y sistemas que airean el agua por burbujeo, por lo que se instalan por debajo del nivel del agua. En los sistemas de superficie, hay sistemas mecánicos lentos y sistemas mecánicos rápidos. Los sistemas mecánicos rápidos rara vez se utilizan en las estaciones municipales porque no son muy eficientes en términos de eficiencia energética. Los sistemas lentos incluyen aireadores de eje vertical (también llamados turbinas lentas) y aireadores de eje horizontal (llamados cepillo). Para piscinas muy pequeñas, estos cepillos tienen la ventaja de propulsar bien el agua, por otro lado su eficiencia es +/- 10% menor que las turbinas lentas de gran diámetro.

De todos los sistemas de aireación de superficie, los aireadores lentos de eje vertical son los más utilizados porque tienen la mejor eficiencia de oxigenación, la mayor capacidad de oxigenación por unidad y la mejor capacidad de mezcla para estanques grandes.

Los sistemas sumergidos incluyen muchos sistemas pero los más utilizados son las burbujas finas. Es interesante notar que los nuevos sistemas de difusión de aire (a diferencia del burbujeo convencional) prometen excelentes rendimientos de energía.

Comparando los sistemas más comúnmente usados, a saber, turbinas de burbuja fina y lenta, los aireadores de superficie de eje vertical de tipo lento (turbinas lentas) tienen múltiples ventajas. Su mantenimiento es insignificante mientras que los aireadores de burbujas finas deben limpiarse. La vida útil de las turbinas lentas es mucho más larga y su fiabilidad es mucho mayor. Por otro lado, su rendimiento medido según la norma EN 12255-15 da mejores resultados para burbujas finas. Esta norma permite medir y, por tanto, comparar la eficiencia de los sistemas en condiciones estándar, por lo tanto a 20 ° C, 1013 mbar y con agua limpia (potable). Para tener una buena imagen de la factura energética, el factor alfa debe estar integrado. Este factor es la relación entre el Kla (coeficiente de transferencia de oxígeno) en las aguas residuales y el Kla en el agua clara. Este factor alfa dependiente del agua es muy diferente cuando se airea en la superficie o bajo el agua. Es claramente favorable para los aireadores de superficie (del orden de 0,9 para los aireadores de superficie) mientras que es de solo ± 0,6 para los sistemas de burbuja fina (valor para las aguas residuales urbanas). Además, los aireadores de superficie generalmente no requieren un mezclador, mientras que la eficiencia energética de un sistema de aireación debe incluir todos los accesorios utilizados para la aireación. Durante determinados períodos de funcionamiento, se puede ver que el consumo de energía de los aireadores superficiales de tipo lento (gran diámetro) es similar al de las burbujas finas, en igualdad de condiciones. Esto se ha demostrado en particular en los Países Bajos, donde los dos sistemas se instalan sistemáticamente en contadores de energía. También es importante tener en cuenta otros criterios como el ruido, los aerosoles y los accesorios esenciales para un sistema de ventilación. Los aireadores de superficie de tipo lento se pueden cubrir completamente para eliminar cualquier molestia. Para burbujas finas, el supresor debe cubrirse y colocarse en un edificio con posiblemente filtros de aire. La ventilación de la superficie requiere menos construcción y mucho menos trabajo en el sitio, lo que limita la energía incorporada . Cabe destacar también que las empresas están comercializando aireadores solares sin conexión a la red eléctrica y sin batería. Estas máquinas están destinadas a las lagunas y es entonces la laguna la que actúa como almacenamiento a corto plazo de energía en forma de oxígeno disuelto.

Resumen de elementos de tamaño

Datos de efluentes

Dimensionamiento

Notas y referencias

  1. (in) MR Beychok, Residuos acuosos de petróleo y plantas petroquímicas. ,1967
  2. http://www.irstea.fr/lespace-jeunesse/approfondir/lepuration-des-eaux-usees-les-avancees/des-maths-pour-des-stations
  3. Acceso a la guía: http://www.iwapublishing.com/template.cfm?name=isbn9781843391746
  4. Ejemplos de innovaciones disponibles
  5. NICOLAU, A., LIMA, N., MOTA, M., MADONI, P. (1997) Os Protozoários como Indicadores da Qualidade das Lamas Activadas , Boletim de Biotecnologia, 56
  6. CURDS, CR, COCKBURN, A., VANDIKE, JM (1968) Un estudio experimental del papel de los protozoos ciliados en el proceso de lodos activados , Wat. Pollut. Control, 67: 312-329
  7. DUCHENE, P., COTTEUX, E. (1998) The Problematic of Biological Disfunctions: Bulking and Biological Foaming in Activated Sludge , Tribune de l 'Eau, 55: 59-66.
  8. M. Da Motta, MN Pons, N. Roche, L. Amara, E. Ferreira, M. Mota (1999) "Análisis de flóculos bacterianos y microfauna de lodos activados por análisis de imágenes" , en Proc. 3er becario. Investigación Conf. Sobre la reutilización del agua, Toulouse (Vol. 321, p. 326).
  9. SEZGIN, M., JENKINS, D. (1978) Una teoría unificada del aumento de volumen de lodos activados filamentosos , J.-Water Pollut. Control Fed., 50: 362-381
  10. Degrémont, Memento Technique de l'Eau , novena edición, 1989 ( ISBN  2-9503984-0-5 )

3. Cinética de los lodos activados (Y. Heymann, 2010)

Ver también

enlaces externos

Bibliografía