Características reactor biológico de fangos activos

ETAPA DE FANGOS ACTIVOS

Características de la etapa FA

El proceso biológico de fangos activos es una de las tecnologías de tratamiento biológico aerobio de aguas más extendidas en la actualidad dentro de la industria química y en el tratamiento de aguas residuales urbanas. Está basado en el mantenimiento de microorganismos en suspensión en el agua residual, agrupándose en flóculos, mientras la mezcla es aireada.

Un proceso de fangos activos generalmente está formado por los siguientes componentes, como se muestra en la Figura:

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Descripción gráfica de la composición típica de la etapa de fangos activos.

• Reactor aireado: la biomasa se encuentra en suspensión y entra en contacto con la corriente de entrada a través de la agitación que ofrece la aireación en la base del reactor, que a su vez actúa como aporte de oxígeno disuelto en la etapa. Mantener unos buenos niveles de oxígeno disuelto en la etapa es fundamental de cara a su correcto funcionamiento. Es muy importante respecto a la eficiencia del proceso tanto el flujo de aire como el tamaño de burbuja del oxigeno para el correcto y optimo funcionamiento de los microorganismos.

• Tanque de decantación secundaria: se produce la separación, por una parte, de la biomasa que se compacta en el fondo del decantador, y por otra del líquido que queda clarificado, con una menor cantidad de sólidos en suspensión.

• Corriente de recirculación de fango: la mayor parte de microorganismos del decantador son recirculados al reactor.

• Corriente de purga o de extracción de fango: tanto el exceso como la edad del fango perjudican la eficacia del proceso, por lo que es necesario extraer fango del proceso cada cierto tiempo.

Los procesos de fangos activos poseen varias ventajas por las que su uso está extendido en el tratamiento de aguas: permiten el tratamiento de grandes cantidades de aguas residuales, la energía se suministra por métodos sostenibles (metabolismo de microorganismos con aire y agua) y se produce la degradación, generalmente, a compuestos menos perjudiciales.

No obstante, ofrecen algunos problemas durante su operación:

• Una deficiencia de nutrientes se traduce en el crecimiento y predominancia de bacterias filamentosas. Idealmente, se desea un equilibrio entre bacterias formadoras de flóculo y bacterias filamentosas. Un exceso de bacterias filamentosas favorece la aparición del fenómeno de “bulking filamentoso”, que origina problemas en la separación líquido-sólido en la decantación secundaria. El bulking también puede aparecer en situaciones en las que se aporte poco oxígeno disuelto al sistema o por la deficiencia de sustrato fácilmente biodegradable.

• Dependiendo de las características de la corriente de entrada, se puede generar un exceso de lodo importante, que debe ser gestionado como residuo sólido. Es necesario, por tanto, determinar las características de la corriente de entrada que llega a la etapa de fangos activos y, a la vez, determinar la cantidad de nutrientes necesaria para garantizar el correcto funcionamiento de esta etapa.

Diseño reactor fangos activos

En primer lugar, calcularemos los parámetros cinéticos del reactor, con ayuda de los datos experimentales de varias plantas aportadas para la realización de este diseño. Estos datos experimentales incluyen la concentración de substrato y biomasa tanto a la entrada como en el reactor de fangos activos, así como el tiempo de retención de estos en el reactor. Se muestran estos datos en la siguiente tabla:

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Para ello se procederá a linealizar las siguientes ecuaciones teniendo en cuenta los datos anteriores:

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Linealizando esta última ecuación se tiene que:

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Dibujando esta recta con los datos experimentales aportados se obtiene:

Para el cálculo de Y y Kd:

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Linealizando esta ecuación se tiene:

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Dibujando esta recta con los datos experimentales aportados se obtiene:

Finalmente se obtienen los siguientes valores de los parámetros biocineticos de nuestro reactor:

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Se puede ver como estos parámetros están dentro de los rangos establecidos para este tipo de reactores en la siguiente tabla:

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Por otra parte, nos vamos a centrar ahora en el diseño del reactor y vamos a tener en cuenta las condiciones de operación que se nos plantean tanto en el reactor como en el efluente.

Calcularemos el volumen necesario del reactor de fangos activos para tratar una corriente de entrada de 958 m3/h. Ademas se tendrá en cuenta un margen de seguridad con respecto al caudal de en torno el 120 %. Se tendrá que diseñar con unas condiciones determinadas para tratar la corriente con una concentración inicial de sustrato de 6000000 mg/m3 y rebajarlo hasta un valor maximo de 750 mg/L correspondiente para cumplir con la legislación vigente de la zona. Para ello se propondrá un determinado valor para el volumen y se calcularan los demás requisitos de operación, viendo si se cumplen y son correctos para ese volumen planteado y dándolo por correcto de ser asi. Se plantea un volumen inicial de 350 m3.

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