PTAR

1. TRATAMIENTO BIOLÓGICOS
AEROBIOS
AGUA Y SANEAMIENTO
INGENIERÍA EN CIENCIAS DEL AGUA
MSC. JUAN ESCOBAR

2. 0. OBJETIVOS
- Comprender el concepto de tratamiento biológico de aguas residuales,
principales factores a considerar en el diseño y los fundamentos del
metabolismo aerobio
- Conocer los principales sistemas de tratamiento aerobio con biomasa en
suspensión(lodos activados, reactores discontinuos secuenciales y
lagunas aireadas), asi como las principales características de los equipos,
modo de operación y aplicabilidad.
- Conocer los principales sistemas de tratamiento aerobio con biomasa
fija(lechos fijos, biodiscos y fluidizados), asi como las principales
características de los equipos, modos de operación y aplicabilidad.
- Conocer los parámetros de diseño de un sistema de los activos y ser
capaz de realizar el diseño de un sistema de tratamiento en condiciones
de mezcla completa.

3. 0. MICROBIOLOGIA DEL PROCESO
Los lodos se encuentran constituidos por una unidad ecológica
denominada flóculo individual.
Cuya composición presenta cúmulos de millones de bacterias en
conjunto con algunos otrosorganismos, materias inertes, orgánicas e
inorgánicas.
Flóculos de gran tamaño tienden a estar formados por bacterias
muertas, rodeados por bacterias activas viables. En tanto, flóculos de
menor tamaño se constituyen de unaproporción mayor de bacterias
vivas (Stafford y Calley, 1977).
El proceso de lodos activados se encuentra protagonizado por varios
géneros de bacterias,entre ellos:

4. 0. MICROBIOLOGIA DEL PROCESO
a. Pseudomonas
b. Zoogloea
c. Achromobacter
d. Flavobacterium
e. Nocardia
f. Bdellovibrio
g. Mycobacterium
h. Nitrosomas
i. Nitrobacter
Las bacterias son las principales degradadoras de
la materia orgánica afluente al sistema. En
el reactor biológico, estas bacterias aerobias o
facultativas utilizan esa materia para obtener la
energía necesaria en la síntesis de células nuevas
(Metcalf & Eddy, 1996). De los distintos
géneros de bacterias, las heterotróficas son las
encargadas principalmente de la disminución en
la carga orgánica del afluente (Horan, 1996).

5. 1. OBJETIVOS
Para diseñar un sistema de tratamiento tipo Lodos Activados es
importante tener en cuenta ciertos parámetros que definirán el
funcionamiento adecuado de la planta de depuración de aguas
residuales. A continuación se muestra una tabla donde se enlistan los
valores que deben tomar los parámetros de diseño para algunos
tipos de plantas de Lodos Activados.
El proceso convencional presenta muchas modificaciones, cada una
de ellas posee diferentes valores para los parámetros de diseño. Esto
se da debido a la flexibilidad de los procesos y las diferentes ventajas
que ofrece cada uno.

6. 1. OBJETIVOS(PARÁMETROS DE DISEÑO)

7. 2.PARÁMETROS OPERACIONALES
Mantener un rendimiento adecuado del sistema es fundamental
para la obtención de un efluente de calidad. Para ello, el proceso de
LA posee ciertos parámetros operacionales que pueden modificarse
para controlar la eficiencia del tratamiento.
De los principales parámetros a controlar se encuentran los
siguientes:

8. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
Oxígeno disuelto en tanque de aireación
La concentración de oxígeno en el tanque de aireación debe
corresponder con la demanda establecida por los microorganismos
del reactor. Una escasez del gas implica limitaciones en el
crecimiento de la flora biológica e impulsa el desarrollo de
organismos filamentosos. Estos organismos restan sedimentabilidad
y calidad al lodo. Lo recomendable son concentraciones de oxígeno
disuelto entre 1,5 y 4mg/l en todos los puntos del reactor.
Comúnmente se utiliza un valor igual a 2mg/l (Metcalf &
Eddy, 1996).

9. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
Relación F/M
•

10. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
S0,
S = DBO5
a la entrada y a la salida
CONCENTRACIÓN DE BIOMASA EN EL REACTOR:
SSVLM > 1000 mg/L
TASA DE UTILIZACIÓN DE SUSTRATO ESPECÍFICA
CARGA VOLUMÉTRICA:

11. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
Tiempo de retención celular
Tiempo de retención celular: refiere al tiempo que permanecen los lodos en
el sistema. Es indispensable que los lodos en el sistema permanezcan como
mínimo 3 días. Lodos con una edad menor a esta presentan una
sedimentabilidad pobre. Tiempos medios de retención celular entre 3 y 15
días, generan efluentes estables de alta calidad y lodos con excelentes
propiedades de sedimentabilidad (Metcalf & Eddy, 1996).

12. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
Tiempo de retención celular
El tiempo de retención celular se
controla mediante la purga de lodos
(Horan,1990). Cuando la actividad del
lodo se ve aumentada debido a un
incremento en la carga de nutrientes,
la purga de lodos debe aumentarse,
lo que implica una reducción en el
tiempo de residencia celular
(Winkler, 1999). De acuerdo con
Metcalf & Eddy (1996), el tiempo de
retención celular, a partir del tanque
de aireación, se calcula como sigue:

13. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
RECIRCULACIÓN DE LODOS
Utilizada para mantener una concentración adecuada de lodos en el TA y
permitir un tratamiento adecuado. En plantas pequeñas, la recirculación
puede llevarse a cabo con base en el caudal afluente de la planta,
considerando un valor de hasta el 150% del caudal ingresante. No obstante,
este valor puede obtenerse mediante alguna de las siguientes técnicas
(Metcalf & Eddy, 1996).

14. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
BALANCE DE MASAS EN EL SEDIMENTADOR
Supone un nivel constante de lodo en el sedimentador y que la cantidad de
sólidos en el efluente es despreciable. El caudal de recirculación se calcula
como sigue:

15. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
BALANCE DE MASAS EN EL REACTOR
Supone que el contenido de sólidos en el afluente es despreciable en
comparación con el contenido de sólidos en el licor mezclado. Para calcular el
caudal de recirculación se emplea la siguiente ecuación:

16. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
TASA DE RECIRCULACIÓN

17. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
PRODUCCIÓN DE LODOS
Producción de lodos: refiere a la cantidad de sólidos generados, ya sea en el tanque de
aireación solamente, o en el sistema completo. Este valor es importante para el diseño de
los reactores biológicos y para determinar la purga de lodos del sistema. Para estimar este
dato, se utiliza la siguiente ecuación (Metcalf & Eddy, 1996):
Biomasa purgada en exceso:
Y = rendimiento biomasa (SSV)/DBO5
kd
= constante de respiración endógena
Biomasa producida por unidad de tiempo:

18. 2. PARÁMETROS OPERACIONALES:
NECESIDAD DE OXIGENO
NECESIDAD DE OXÍGENO:
La necesidad teórica de oxígeno se puede calcular a partir de la DBO5 del
sistema; si toda la DBO se convirtiese en productos finales la cantidad total
de oxígeno necesaria se calcularía convirtiendo la DBO5 a DBO (factor f) y
hallando la diferencia entre la entrada y la salida.
En realidad, parte de la materia orgánica que se consume se convierte en
material celular nueva que posteriormente se purga del sistema, por lo tanto
si la DBO de las células purgadas se resta del total se obtiene la cantidad de
oxígeno que debe suministrarse al sistema
Es necesario que haya al menos 1,5-2 mg/L de OD en el reactor de
oxigenación para asegurar condiciones aerobias

19. TALLER:
1. Para el sistema de lodos activados que se muestra en la siguiente figura.
CALCULAR:
a. El tiempo de aireación en h
b. La concentración de SSLVM, en mg/l
c. El caudal de lodos en exceso (m3/d)
d. El tiempo de residencia celular, en dias
e. La Tasa de recirculación
f. La demanda de oxigeno en kg/d

20. REACTORES
DISCONTINUOS(SBR)
AGUA Y SANEAMIENTO
INGENIERÍA EN CIENCIAS DEL AGUA
MSC. JUAN ESCOBAR

21. CONCEPTO
Los SBR son una variación del
proceso de lodo activado. Se
diferencian de una planta de
lodos activados porque
combinan todos los pasos y
procesos de tratamiento en un
solo reactor.
Un SBR no es más que una
planta de lodos activados que
opera en el tiempo en lugar de
que el espacio.

22. ETAPAS - LLENADO
Durante la fase de llenado, el
reactor recibe aguas residuales
del afluente. El afluente trae
comida a los microbios en el
lodo activado, creando un
ambiente para que existan
reacciones bioquímicas. La
mezcla y la aireación se pueden
variar durante la fase de llenado
para crear lo siguiente tres
escenarios diferentes:

23. LLENADO ESTÁTICO
Enun escenario de llenado estático, no hay mezcla ni aireación mientras el agua
residual afluente está entrando al reactor. El llenado estático se utiliza durante
la puesta en marcha inicial fase de una instalación, en plantas que no necesitan
nitrificar o desnitrificar, y durante períodos de flujo bajo para ahorrar energía.
Debido a que los mezcladores y aireadores permanecen apagados, este
escenario tiene un componente de ahorro de energía.
LLENADO MIXTO
Los mezcladores mecánicos están activos, pero los aireadores permanecen
apagados. La acción de mezcla produce una mezcla uniforme de influente de
aguas residuales y biomasa. Debido a que no hay aireación, una condición
anóxica se presenta, que promueve la desnitrificación.
LLENADO AIREADO
Se activan tanto los aireadores como la unidad de mezcla mecánica. El
contenido de la cuenca se airea inmediatamente para producir condiciones
aeróbicas.

24. ETAPAS - REACCION
Durante esta fase, no entran aguas residuales en el reactor y en las unidades
mecánicas de mezcla y aireación. Debido a que no hay volumen adicional y
cargas orgánicas, la tasa de orgánica de eliminación aumenta
dramáticamente.
La mayor parte de la eliminación de DBO carbonosa ocurre en la fase de
reacción. Nitrificación adicional ocurre al permitir que continúe la mezcla y la
aireación—la mayor parte de la desnitrificación tiene lugar en la fase de
llenado. El fósforo liberado durante el llenado mixto, más algo fósforo
adicional, se absorbe durante la fase de reacción.

25. ETAPAS - SEDIMENTACIÓN
Durante esta fase, se permite que el lodo activado se asiente en condiciones
de reposo, sin que entre flujo al reactor y tampoco se produce aireación ni
mezcla.
La masa de lodo se denomina manto de lodo. Esta fase es una parte crítica
del ciclo, porque si los sólidos no se asientan rápidamente, se puede extraer
algo de lodo durante la fase de decantación subsiguiente y, por lo tanto,
degradan la calidad del efluente.

26. ETAPAS - DECANTADO
Este proceso utiliza un decantador móvil que se emplea para evacuar el agua clarificada. El
decantador consta de varios elementos:
Un flotador para prevenir el arrastre de flotantes/espumas que pueden aparecer en los reactores
biológicos.
Un actuador tipo tornillo con un pequeño motor que permite desplazarse desde el nivel máximo
hasta el nivel mínimo de agua.
Un motor dotado de un variador de frecuencia para adecuar la velocidad de descarga al ciclo.
Este tipo de decantador-actuador permite extraer el agua clarificadamanteniendo constantes el
tiempo de decantación y el nivel mínimo de operación para permitir una operación estable del
sistema. Esto se consigue mediante un actuador mecánico que puede llegar incluso a sumergirse
completamente en el decantador para extraer el máximo caudal posible.

27. ETAPAS - VACIADO
Este paso ocurre entre las fases de decantación y llenado. El
tiempo varía, según el
caudal afluente y la estrategia de operación. Durante esta
fase, una pequeña cantidad de
el lodo activado en el fondo de la cuenca SBR se bombea, un
proceso llamado desperdicio.

28. LAGUNAS AIREADAS
Es un proceso de fangos activos con la diferencia de que se usa como reactor un depósito excarvado en el
suelo
El oxígeno se suministra mediante difusores o aireadores superficiales que consiguen a la vez que la
biomasa se encuentre en suspensión (para que sea efectivo la profundidad no debe de superar los 3,7 m)
Los sólidos se encuentran suspendidos
El tiempo de residencia celular suele ser más alto que en fangos activos (10-20 días)
Van seguidos de grandes sedimentadores y pueden operar sin recirculación de lodos (θ = θc) o con ella
La temperatura resulta determinante en la eficacia del proceso y en climas fríos la formación de hielo
puede constituir un problema

29. SISTEMAS DE TRATAMIENTO AEROBIO CON
BIOMASA FIJA
Se basa en la capacidad que tienen ciertos
microorganismos para adherirse a la superficie de un
medio inerte formando una fina biopelícula
De esta manera se pueden llegar a alcanzar altas
concentraciones de biomasa, lo que facilita la
operación cuando hay poco crecimiento (residuos con
baja concentración de materia orgánica). También se
pueden utilizar para altas cargas
EXISTEN DISTINTOS SISTEMAS:
- SISTEMAS DE LECHO FIJO
- BIODISCOS
- LECHOS FLUIDIZADOS

30. FILTROS PERCOLADORES
Lecho formado por un medio filtrante al que se adhieren los microorganismos y a través del cual percola el AR.
Cuando la relación altura/superficie es baja se denomina filtro percolador y la entrada de aire se produce de
manera natural.
Medio filtrante: piedras (diámetro 2,5 – 10 cm) o rellenos sintéticos con alta relación S/V
Los filtros de piedra suelen ser circulares y la profundidad del lecho suele estar entre 1 y 2,5 m
El efluente a tratar es dispersado por la parte superior normalmente mediante un distribuidos rotatorio
Aunque el flujo es de pistón son equipos bastante resistentes a cambios en las características del efluente
Proceso predominantemente aerobio, pero se pueden dar procesos anaerobios en el interior de la biopelícula
Se puede utilizar uno o más filtros en serie y suelen ir seguidos de un sedimentador que separa la biomasa,
también se pueden utilizar recirculaciones que aumentan la eficacia

31. FILTROS PERCOLADORES
Los filtros con relleno de material plástico pueden tener presentar diversas geometrías (circulares, cuadradas).
Permiten mayores cargas hidráulicas y orgánicas (más adecuado para aguas industriales)
Se suelen denominar torres de lecho fijo o biotorres
En este caso el aire se suele inyectar en el agua a tratar

32. FILTROS PERCOLADORES

33. REACTORES BIOLOGICOS ROTATIVOS
DE CONTACTO
Los biodiscos consisten en una serie de discos verticales de material plástico (poliestireno o PVC) situados en un
eje a corta distancia unos de otros
Los discos se colocan parcialmente sumergidos en el efluente a tratar y giran lentamente (< 5 rpm)
Los microorganismos forman una biopelícula sobre la superficie de los discos
La rotación de los discos pone la biomasa en contacto, de forma alternativa, con la materia orgánica presente en
el agua residual y con la atmósfera, lo que mantiene la biomasa en condiciones aerobias
Sistemas estables
Modificación: biocilindros (jaula cilíndrica perforada con relleno plástico)

34. LECHOS FLUIDIZADOS
Microorganismos inmovilizados sobre partículas de arena, basalto
Agua a tratar y aire se introducen por abajo y mantienen el sólido en suspensión
En muchos casos permite conseguir velocidades de degradación superiores que con los sistemas anteriores
Admite altas cargas

35. ECUACIONES DE DISEÑO EN LODOS
ACTIVADOS

36. RESUMEN DE ECUACIONES EN
LODOS ACTIVADOS

37. RESUMEN DE ECUACIONES EN
LODOS ACTIVADOS

38. RESUMEN DE ECUACIONES EN
LODOS ACTIVADOS(TIEMPO DE
RETENCIÓN HIDRAULICO)

39. RESUMEN DE ECUACIONES EN
LODOS ACTIVADOS(BIOMASA EN EL
REACTOR)

40. RESUMEN DE ECUACIONES EN
LODOS ACTIVADOS(SUSTRATO RESIDUAL)

41. RESUMEN DE ECUACIONES EN
LODOS ACTIVADOS(VOLUMEN DE
REACTOR)