ESTABILIZACIÓN AEROBIA

2. Estabilización de lodos

2.3. Estabilización aerobia de lodos.

La estabilización puede ser definida como un proceso de tratamiento del lodo residual para obtener un producto con características adecuadas para ser dispuesto sin generar daño al medio ni crear condiciones de enfermedad (Metcalf y Eddy, 2004), con lo cual se espera que no genere muchos olores, no atraiga vectores (insectos, ratas, etc.) y que no contenga una cantidad importante patógenos (Fall, 2005).

Los lodos residuales provenientes de los sistemas primarios (lodos primarios), sistemas secundarios (lodo purgado de los reactores biológicos) pueden ser estabilizados mediante una digestión aerobia (aireación prolongada). El objetivo es:

 Oxidar los sólidos biológicos y otros componentes biodegradables.

 Disminuir la masa y volumen de los lodos.

 Reducir la cantidad de organismos patógenos.

La digestión aerobia es clasificada por la US-EPA como un “Proceso capas de Reducir Significativamente los Patógenos” (PRSP) y producir biosólidos clase B con posibles aplicaciones agrícolas (Metcalf y Eddy, 2004; Fall, 2005).

Mediante la estabilización aerobia de lodos, se puede esperar una reducción de sólidos volátiles (SV) de 35 al 50%; considerando que el lodo contiene un 20 a 35% de sólidos inertes (inorgánicos y orgánicos no biodegradables), el lodo ya estabilizado contendrá del 15 al 45% de SV.

La estabilización aerobia ha sido usada principalmente en plantas de tamaño menor a 0.2 m3/s, pero en resientes años, este proceso ha sido empleado en plantas con capacidades de 2 m3/s. (Metcalf y Eddy, 2004)

Los tipos de lodos que suelen tratarse mediante la digestión aerobia son:

 Lodos activados excedentes.

 Lodos activados excedentes de sistemas de aireación prolongada.

 Mezcla de lodos activados y lodos procedentes de filtros percoladores.

 Mezcla de lodos activados y lodos primarios.

 Mezcla de lodos de filtros percoladores y lodos primarios.

 Mezcla de lodos activados, lodos de filtros percoladores y lodos primarios.

 Lodos de plantas de tratamiento que no disponen de decantación primaria.

Los microorganismos que pueden ser encontrados en los lodos residuales son muy variados, algunos de estos son bacterias, hongos, virus, protozoarios y metazoarios, muchos de los cuales pueden ser agentes patógenos. Entre los géneros de bacterias que se encuentran con mayor frecuencia tenemos: Acinetobacter, Arthrobacter. Achromobacter, Alcaligenes, Bacillus, Citromonas, Chromobaterium, Flavobacterium, Flexibacter, Micrococcus, Pseudomonas y Zooglea. Bacterias de otros géneros son encontradas en menor abundancia, menor frecuencia o solo en condiciones especificas, por ejemplo (Eckenfeldeer y Grau, 1992):

 Bacterias nitrificantes: Nitrosomonas y Nitrobacter.

 Bacterias de azufre: Beggiatoa y Thiothrix.

 Bacterias filamentosas: Sphaerotilus, Haliscomenobacter, Microthrix y Nostocoida.

2.3.1. Ventajas y desventajas de los digestores aerobios de lodos.

Las ventajas y desventajas de los digestores aerobios de lodos frente a los digestores anaerobios se presentan en la Tabla 2 1.

Tabla 2 1 Ventajas y desventajas de la digestión aerobia de lodos en comparación a los reactores anaerobios

Ventajas Desventajas

- Operación relativamente simple.

- Costos de construcción bajos.

- La reducción de sólidos volátiles puede alcanzar los niveles esperados con una digestión anaerobia.

- El sobrenadante tiene una DBO menor que la del que genera la digestión anaerobia.

- El lodo es menos oloroso y representa un abono estable.

- No se produce un gas explosivo (metano) que podría ocasionar problemas de seguridad. - Costo de operación elevado por el consumo de energía para la aireación.

- El lodo digerido tienen una alta demanda de polímeros para su acondicionamiento antes de una deshidratación mecánica.

-Proceso muy sensible a los cambios de temperatura y pH.

- No produce ningún gas que se podría valorizar como fuente de energía (metano).

2.3.2. Fundamentos.

La digestión aerobia, en principio, se aplica a lodos biológicos, ya que se trata de seguir aireado los microorganismos que constituyen éste sólido, para que en condiciones de limitación de fuente externa de sustrato, entren en fase de respiración endógena, en estas condiciones, los microorganismos no tienen otro medio de supervivencia que alimentarse con su protoplasma (auto oxidación) para obtener energía para las reacciones de mantenimiento celular.

La respiración endógena es un fenómeno presente en el tratamiento de aguas residuales por medio de lodos activados. En la literatura este fenómeno se explica con varias hipótesis sobre los verdaderos mecanismos: lisis, decaimiento, muerte, depredación, mantenimiento, etc. (Fall, 2005; Liu y Tay, 2001).

Durante el decaimiento, del 65 al 80% (como máximo) de la materia orgánica de las células podría ser oxidada y transformada en CO2, H2O y NH4+. El 20 al 35% restante del tejido celular está formado por componentes inertes y compuestos orgánicos no biodegradables. Con forme se desarrolla la digestión, el amoniaco producido se oxida para formar nitratos. Estos procesos se describen como:

Destrucción de biomasa o respiración endógena:

Nitrificación del amonio libre:

Ecuación global:

La conversión de amonio a nitrato tiende a reducir el pH del medio, consumiendo 7 kg de alcalinidad (medida como CaCO3) por kg de amoniaco oxidado. En situaciones donde la capacidad buffer es insuficiente y el pH está por debajo de 5.9, es necesario proveer alcalinidad. Para evitar que se de la nitrificación, puede mantenerse el oxígeno disuelto por debajo de 1 mg/L.

En algunos casos se realizan ciclos de mezclado con y sin aireación para fomentar la desnitrificación, con lo cual se puede recuperar hasta el 50% de la alcalinidad consumida (Metcalf y Eddy, 2004; Fall, 2005). Esto se describe como:

Uso del nitrato como aceptor de electrones (desnitrificación):

Con nitrificación / desnitrificación completa:

Si el lodo a trata contiene sólidos primarios, habrá que incluir en los procesos activos del digestor, el consumo de sustrato de fuente externa, crecimiento de la biomasa y el consumo extra de oxígeno, como sucede en un sistema normal de biodegradación de materia orgánica.

2.3.3. Criterios

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