El proceso de aireación extendida, en una frase
El proceso de aireación extendida, también llamado aireación prolongada, es un proceso de lodos activados operado con una edad del lodo lo bastante larga para que la biomasa pase la mayor parte del tiempo respirando su propio material almacenado en lugar de crecer con la carga entrante. El tanque de aireación es más grande, el tiempo que el agua permanece en él es mayor, y el lodo en exceso es una fracción de lo que produce una planta convencional del mismo tamaño. Casi todo lo demás del proceso se deriva de ese único número.
El nombre describe una edad del lodo y no una forma de tanque. Las plantas de este tipo se construyen como tanques circulares o rectangulares, como zanjas de oxidación y dentro de unidades compactas y contenedorizadas. La geometría cambia; el punto de operación no, y por eso el término aparece tan a menudo en las especificaciones de plantas pequeñas.
Por qué la edad del lodo larga es el objetivo
Tres funciones se cumplen con la misma decisión.
- La producción de lodo baja. Una planta convencional purga buena parte de los sólidos que genera; una planta mantenida con una edad del lodo larga oxida gran parte de ese crecimiento dentro del tanque, así que bajan tanto la tasa de purga como la factura de disposición que la sigue. La producción de lodo en exceso en el tratamiento de aguas residuales se decide aquí y no en la sala de deshidratación, y en un sitio pequeño que no tiene más que un lecho de secado o un camión cisterna, muchas veces esa es la razón por la que se eligió el proceso.
- La nitrificación se mantiene. Los organismos nitrificantes crecen despacio, y una edad del lodo que los arrastraría fuera de una planta de edad corta durante un período frío los conserva en esta. Una planta que nitrifica cumple un límite de amoníaco sin una etapa separada y sin dosificación química.
- Las variaciones de carga se absorben. Una edad del lodo larga significa una masa grande de biomasa en relación con la carga diaria, así que un fin de semana tranquilo seguido de un lunes pesado mueve la relación alimento-microorganismo (A/M) mucho menos de lo que la movería en una planta construida con una edad corta. Donde no hay nadie en el sitio durante la noche, ese amortiguamiento vale más que la eficiencia que cuesta.
El intercambio es real, y se paga en dos monedas: energía de aireación y volumen de tanque. Una edad del lodo larga compra simplicidad y menos lodo, y el precio es electricidad y concreto.
Qué es la edad del lodo y cómo se fija
La edad del lodo, o tiempo de retención de sólidos (TRS), es la masa de sólidos retenida en el sistema dividida entre la masa que se extrae de él cada día. Los sólidos salen por más de una vía: la línea de lodo de purga es la obvia, y los sólidos suspendidos que arrastra el efluente clarificado son la otra. Ambas cuentan, y la segunda es la que suele olvidarse.
En el sitio, el número no se calcula una vez y se deja solo. Lo fija la tasa de purga con la que opera el operador, y se desplaza siempre que cambian la carga, la temperatura o la tasa de retorno de lodo. Una planta que registra su concentración de licor mezclado y no su volumen de purga no tiene edad del lodo en absoluto, solo una suposición.
Tratamiento de aguas residuales por aireación extendida: dónde encaja
El proceso se gana su lugar donde los caudales son pequeños, la atención de operación es escasa y la carga se parece lo bastante a la doméstica como para no pedirle a la biología que haga dos trabajos a la vez.
- Plantas municipales pequeñas y de poblados, donde una edad del lodo larga elimina la necesidad de una ruta separada de tratamiento de lodos y de atención diaria.
- Complejos turísticos, campamentos, obras de construcción y otros desarrollos estacionales o remotos, donde la planta puede operar sin supervisión durante días y la carga llega en ráfagas.
- Sitios institucionales —escuelas, clínicas, cuarteles y campus de oficinas— donde el caudal es lo bastante estable para una biología estable y nadie quiere un problema de lodos en sus instalaciones.
- Sitios industriales cuya agua es de carácter cercano a la doméstica: caudal de comedor y sanitario, pequeña preparación de alimentos, lavado de vehículos.
La segunda mitad de esa lista importa tanto como la primera. La aireación extendida es un proceso para agua en la que la biología puede vivir. Una corriente con una carga industrial pesada y variable es un problema distinto, y una edad del lodo más larga no lo resolverá.
Plantas de tratamiento de aguas residuales por aireación extendida: la forma del diseño
Los rangos del proceso de aireación extendida están ampliamente publicados. Como todos los rangos de ese tipo, son las cifras que suelen citarse, y deben leerse como un método de partida y no como una especificación, porque el equilibrio entre ellas pertenece al caudal, la carga y la temperatura de un sitio concreto.
- Edad del lodo — del orden de 20 a 30 días. Suficientemente larga para retener los organismos nitrificantes durante un período frío, y la cifra de la que cuelga el resto del diseño.
- Tiempo de retención hidráulica (TRH) — del orden de 18 a 36 horas en el tanque de aireación, que es lo que cuesta en volumen retener una masa grande de sólidos con una relación A/M baja.
- Sólidos suspendidos del licor mezclado (MLSS) — del orden de 3000 a 5000 mg/L, fijados tanto por lo que puede separar el clarificador final como por la biología.
- Relación A/M (alimento-microorganismo) — del orden de 0.05 a 0.15 kg de DBO por kg de sólidos del licor mezclado por día, en el extremo bajo del rango de lodos activados.
- Tasa de retorno de lodo — del orden de 100 a 150 por ciento del caudal entrante, ajustada para mantener el manto dentro del clarificador y no a un punto de consigna fijo.
- Aireación — en la mayoría de estas plantas el mayor consumidor individual de electricidad, y el primer lugar donde debería mirar una revisión energética.
Lo que falta en esa lista también importa. Por lo general no hay clarificador primario, porque hay poco lodo sedimentable que retirar y la carga puede ir directamente al tanque de aireación. Tampoco suele haber digestor, porque la edad del lodo larga ya ha estabilizado la mayor parte de lo que produce el tanque.
Edad del lodo larga en el tratamiento de aguas residuales: lo que cuesta
- Energía de aireación. La respiración de la propia biomasa consume oxígeno, así que la demanda de aireación por kilogramo de carga removida se sitúa cerca del extremo alto del rango de lodos activados. En una planta pequeña esta es la mayor línea de electricidad, y es la razón por la que el proceso no se elige donde la energía es cara y el terreno no.
- Volumen de tanque. El tiempo de retención y la concentración de sólidos fijan juntos el tanque de aireación, y una edad del lodo larga se lleva una gran parte de la huella para el tanque y no para la clarificación.
- Riesgo de sedimentación. Una concentración alta de licor mezclado carga el clarificador final, y el lodo cultivado con una relación A/M baja puede ser ligero o lento para flocular. El nivel del manto, el índice de volumen de lodos y la tasa de retorno son las tres cosas que hay que vigilar.
- Desnitrificación en el clarificador. Donde la nitrificación es completa y el manto es profundo, el nitrato sigue reduciéndose por debajo de él y el gas eleva los sólidos a la superficie. El lodo ascendente de ese tipo es una consecuencia del diseño, no un error del operador.
- Un margen más frío de lo que sugieren los números. La edad del lodo la sostiene la tasa de purga, así que un período frío no la alarga; alarga el tiempo que necesita la biología. Una planta que está cómoda a 20 °C puede quedar al límite a 10 °C sin ningún cambio en la tasa de purga.
Dónde una edad del lodo larga es la respuesta equivocada
Vale la pena nombrar tres casos, porque en cada uno de ellos el proceso se elige por una razón que no sobrevive al contacto con el sitio.
- Un vertido industrial de alta carga. El proceso supone que la biología se alimenta a una tasa cercana a la doméstica. Una corriente industrial con una carga orgánica pesada y un contenido de sales o inhibidores necesita primero homogenización y pretratamiento, y la edad del lodo no es la pregunta decisiva hasta que eso se hace.
- Una planta que tiene que eliminar fósforo de forma biológica. La eliminación biológica mejorada de fósforo depende de purgar lodo rico en fósforo, lo que implica una edad del lodo más corta y una zona anaerobia definida. Una edad del lodo larga trabaja contra ese mismo objetivo, y una planta diseñada para ambos por lo general no logra ninguno de los dos sin un respaldo químico.
- Un sitio donde el terreno es la restricción. El proceso paga su simplicidad con volumen de tanque. Donde la huella es fija, un biorreactor de membrana hace el mismo trabajo en menos área y lo cobra en energía y mantenimiento de membranas, lo que es un intercambio distinto y no uno mejor.
Errores comunes
- Tratar la aireación extendida como un tamaño de planta y no como un punto de operación. Dos tanques del mismo volumen no son la misma planta si uno purga cinco veces más lodo que el otro.
- Recortar la tasa de purga para curar un manto de lodos ascendente. Purgar menos pone más sólidos en el tanque y una carga más pesada sobre el clarificador, que es justamente como empezó el problema.
- Recortar la aireación para ahorrar electricidad en una planta que ya está corta de oxígeno. El ahorro aparece en el amoníaco del efluente mucho antes de aparecer en la factura.
- Diseñar con una muestra de temporada cálida. La nitrificación es lo primero que pierde una planta construida con datos de verano, y lo pierde en el primer invierno.
- Confundir la edad del lodo con el tiempo de retención hidráulica. En este proceso los dos se mueven juntos por diseño, pero son números separados, y un tanque dimensionado con el equivocado tiene el tamaño equivocado.
Autoverificación antes de elegir el proceso
- ¿Se ha fijado la edad del lodo a partir de la temperatura más fría que verá la planta, y no del promedio anual?
- ¿Se ha estimado el lodo en exceso como una cantidad, con una ruta para él, en lugar de suponerlo despreciable?
- ¿Puede el clarificador final sostener un licor mezclado de la concentración que necesita el proceso, y existe la capacidad de retorno de lodo?
- ¿Está la aireación dimensionada para la demanda máxima de oxígeno, y hay un plan para medir lo que consume?
- ¿Alguien registrará el volumen de purga, o la edad del lodo será la que resulte por casualidad?
De una edad del lodo a una planta
La edad del lodo es todo el diseño en un solo número, y por eso pertenece a la especificación en lugar de dejarse a la puesta en marcha. El artículo sobre el proceso de lodos activados expone las cuatro decisiones que dimensionan el tanque, y la tabla de volumen de tanque y tiempo de retención convierte un tiempo de residencia en un volumen de tanque. La página de la planta de tratamiento de aguas residuales en contenedor explica cómo una biología de este tipo, un clarificador y un soplador de aireación se empaquetan en una unidad que puede transportarse y asentarse, y la edad del lodo y la tasa de aireación que convienen a tu caudal se confirman con la fábrica para tu afluente en lugar de tomarse de un rango.