El proceso A²/O se utiliza ampliamente cuando una planta de tratamiento de aguas residuales necesita eliminar biológicamente tanto el nitrógeno como el fósforo.
A primera vista, el proceso parece simple: el agua residual fluye a través de una zona anaeróbica, una zona anóxica y una zona aeróbica antes de ingresar al clarificador secundario.
En la práctica, sin embargo, las tuberías y los flujos de reciclaje entre estas zonas son los que hacen que el proceso funcione.
No todos los flujos importantes hacen lo mismo. El afluente aporta materia orgánica y nutrientes, el reciclaje interno devuelve el nitrato a la zona anóxica y la aireación suministra oxígeno a la zona aeróbica.
Comprender estos flujos hace que sea mucho más fácil comprender cómo funciona una planta de A²/O.
1. Flujo de afluencia: dónde comienza el proceso
En una planta A²/O convencional, el flujo normal de aguas residuales es generalmente:
Cribado grueso → Cribado fino → Eliminación de arena → Pozo de distribución → Influente principal → Tanque anaeróbico
Las obras de captación eliminan los sólidos grandes y la arena antes de que las aguas residuales entren en la etapa de tratamiento biológico.
Un pozo de distribución puede incluir una válvula de entrada, un medidor de flujo y otros equipos de control. Estos permiten a los operadores monitorear y regular el flujo afluente que ingresa al proceso biológico.
El tanque anaeróbico es la primera zona biológica en la disposición convencional de A²/O. Esto es importante para la eliminación biológica de fósforo porque los organismos-acumuladores de fósforo (PAO) necesitan condiciones anaeróbicas adecuadas para liberar fósforo y absorber carbono fácilmente biodegradable.
Por esta razón, el flujo de afluencia normal se dirige a la zona anaeróbica en lugar de directamente a la zona anóxica o aeróbica. La descripción de la EPA del proceso convencional A²/O también muestra que el afluente ingresa a la zona anaeróbica, seguida de las zonas anóxica y aeróbica.
Esto no significa que todas las plantas de eliminación-de nutrientes tengan exactamente la misma disposición hidráulica. Los procesos modificados pueden utilizar diferentes configuraciones y flujos de reciclaje. El punto importante es que la disposición de las tuberías debe coincidir con el proceso biológico que se utiliza.
Bypass de emergencia
Algunas plantas también cuentan con tuberías de derivación para mantenimiento, fallas de equipos u otras condiciones anormales.
Un bypass es un arreglo de emergencia o mantenimiento, que no forma parte del proceso biológico normal. La posibilidad de derivar, almacenar o encaminar las aguas residuales a otra etapa de tratamiento depende del diseño de la planta y de los requisitos de descarga locales.
2. Zona anaeróbica: creación de las condiciones adecuadas para la eliminación del fósforo
La zona anaeróbica contiene poco o nada de oxígeno disuelto y está destinada a proporcionar condiciones favorables para la liberación de fósforo por parte de los PAO.
El lodo activado de retorno (RAS) normalmente regresa desde el clarificador secundario a la cabecera de la zona anaeróbica, donde se mezcla con las aguas residuales entrantes.
En este caso es especialmente importante el carbono fácilmente biodegradable del afluente.
Los PAO utilizan energía obtenida del polifosfato intracelular para absorber carbono fácilmente biodegradable y almacenarlo como compuestos de carbono intracelular. Durante esta etapa anaeróbica se libera fosfato al líquido.
Más tarde, en condiciones aeróbicas-y en algunos sistemas anóxicos-, los PAO vuelven a absorber fósforo. Cuando la biomasa rica en fósforo- finalmente se desperdicia del sistema, el fósforo abandona el proceso de tratamiento con el lodo activado residual.
Entonces la zona anaeróbica no es simplemente un tanque sin aire. Es una parte importante del mecanismo biológico de eliminación-de fósforo.
3. Zona anóxica: donde tiene lugar la desnitrificación
Después de la zona anaeróbica, el licor mezclado ingresa a la zona anóxica.
La zona anóxica está diseñada para la desnitrificación. A diferencia de la zona aeróbica, no recibe aire de aireación. En cambio, normalmente se utilizan mezcladores para mantener suspendido el licor mezclado.
¿Pero de dónde viene el nitrato?
Aquí es donde cobra importancia la línea de recirculación interna.
Una porción del licor mixto nitrificado de la zona aeróbica se bombea de regreso a la zona anóxica:
Tanque aeróbico → Bomba de reciclaje interna → Tanque anóxico
El licor mixto reciclado contiene nitrato producido durante la nitrificación.
En la zona anóxica, los microorganismos utilizan el carbono biodegradable disponible para reducir el nitrato a nitrógeno gaseoso.
La secuencia básica de eliminación de nitrógeno-es:
Amoníaco → Nitrificación → Nitrato → Reciclaje interno → Desnitrificación → Gas nitrógeno
Este reciclaje interno es una de las características definitorias del proceso A²/O convencional.
4. Recirculación interna: más no siempre es mejor
El flujo de reciclaje interno debe ser lo suficientemente grande para devolver suficiente nitrato a la zona anóxica, pero no existe una proporción de reciclaje única que sea correcta para cada planta.
Dependiendo del diseño y las condiciones de operación, las tasas de reciclaje interno pueden estar en el rango de una a varias veces el flujo de entrada.
Por ejemplo,100%–400% del flujo afluenteSe pueden encontrar problemas en la práctica, pero el punto de operación real debe determinarse a partir de los requisitos del proceso de la planta y no de una regla fija.
Los factores importantes incluyen:
Carga de nitrógeno afluente
Disponibilidad de DQO biodegradable
Concentración de nitrato
Efluente requerido TN
Volumen de zona-anóxica
Transferencia de oxígeno disuelto
Bombeo de energía
Rendimiento de eliminación biológica de fósforo-
Aumentar la tasa de reciclaje no significa automáticamente una mejor eliminación de nitrógeno. Una vez que el proceso tiene suficiente transferencia de nitrato a la zona anóxica, el bombeo adicional puede proporcionar pocos beneficios y al mismo tiempo aumentar el consumo de energía.
Por lo tanto, el reciclaje debe ajustarse en función del rendimiento real de la planta.
5. Zona Aeróbica: Nitrificación y Absorción de Fósforo
Luego, el licor mezclado ingresa a la zona aeróbica.
Aquí es donde se suministra oxígeno para respaldar reacciones biológicas como:
Nitrificación
Oxidación de la materia orgánica.
Absorción de fósforo aeróbico
El sistema de aireación normalmente consta de:
Soplador → Cabezal de aire principal → Tubería de aire secundaria → Equipo de aireación
Generalmente se utilizan difusores de burbujas finas, aunque también son posibles otros sistemas de aireación.
El flujo de aire a tanques o compartimentos individuales se puede ajustar para mantener la concentración de oxígeno disuelto (OD) requerida.
Muy poco oxígeno puede limitar la nitrificación. Sin embargo, demasiada aireación no es necesariamente beneficiosa. La aireación excesiva puede aumentar el consumo de energía y afectar el rendimiento de la eliminación biológica de fósforo-bajo ciertas condiciones operativas. La investigación sobre sistemas A²/O también ha informado de un deterioro en la eliminación biológica de fósforo en condiciones de aireación excesiva.
Por tanto, el objetivo no es simplemente suministrar la mayor cantidad de aire posible. El objetivo es proporcionar suficiente oxígeno para las reacciones biológicas requeridas manteniendo las condiciones adecuadas durante todo el proceso.
6. Del Tanque Aeróbico al Clarificador Secundario
Después del tratamiento biológico, el licor mezclado fluye hacia el clarificador secundario.
Un arreglo típico es:
Tanque aeróbico → Canal de efluentes → Clarificador secundario
Cuando el perfil hidráulico de la planta lo permite, este flujo puede ser impulsado por gravedad en lugar de por una bomba de transferencia.
El clarificador secundario separa los sólidos biológicos del agua tratada.
A continuación, los lodos sedimentados se dividen en dos corrientes importantes:
Retorno de lodos activados (RAS)→ regresó al proceso biológico
Lodos activados residuales (WAS)→ eliminado del sistema
El agua clarificada continúa hacia el tratamiento o descarga aguas abajo.
7. El proceso A²/O es en realidad un sistema de diferentes flujos
Mirar sólo los tanques puede hacer que una planta de A²/O parezca sencilla.
Pero el proceso biológico depende de varios flujos que trabajan juntos:
Afluente:trae aguas residuales y carbono biodegradable al sistema.
RAS:devuelve el lodo activado y los PAO al proceso biológico.
Reciclaje interno:devuelve el licor mixto rico en nitrato-a la zona anóxica.
Aire de aireación:suministra oxígeno a la zona aeróbica.
ERA:elimina el exceso de biomasa y sólidos ricos en fósforo-.
Cada flujo tiene un propósito diferente.
Es por eso que el funcionamiento A²/O no consiste simplemente en mantener los volúmenes correctos del tanque. Las conexiones hidráulicas, las tasas de reciclaje, el suministro de oxígeno y el drenaje de lodos deben trabajar juntos.
En el tratamiento de aguas residuales, las tuberías son parte del proceso. Determina adónde van el carbono, el nitrato, la biomasa y el oxígeno-y eso, en última instancia, afecta la eliminación de nitrógeno y fósforo.