El abultamiento de lodos activados (sludge bulking) ocurre cuando los lodos sedimentan y se compactan de manera deficiente en el decantador secundario, generalmente debido a una proliferación excesiva de microorganismos filamentosos. La formación de espuma (foaming) es un problema relacionado que se presenta cuando se acumula espuma estable o una capa de material flotante en la superficie del tanque de aireación.
Ambos fenómenos pueden afectar al funcionamiento normal del tratamiento. Una sedimentación deficiente puede provocar un aumento del nivel del manto de lodos, el arrastre de sólidos y una disminución de la calidad del efluente tratado. Por su parte, la presencia persistente de espuma puede indicar un desequilibrio en el sistema de lodos activados.
Este artículo explica qué son el abultamiento y la formación de espuma en lodos activados, cuáles son sus causas, qué señales de alerta deben observar los operadores y cómo abordar las condiciones que los originan en lugar de depender únicamente de soluciones temporales.
¿Qué son los lodos activados?
Los lodos activados son un proceso biológico de tratamiento de aguas residuales que utiliza microorganismos para descomponer la materia orgánica en un tanque de aireación. Se suministra aire u oxígeno para mantener la actividad biológica, creando una mezcla de aguas residuales y sólidos microbianos conocida como sólidos en suspensión del licor mezcla (MLSS, por sus siglas en inglés).
Después de la aireación, el licor mezcla pasa a un decantador secundario de la planta de tratamiento, donde la biomasa debe sedimentar y separarse del agua tratada. Una parte de los lodos sedimentados regresa al tanque de aireación como lodos activados de retorno (RAS), mientras que el exceso de biomasa se retira como lodos activados excedentes (WAS).
Este principio básico se utiliza en diversos sistemas de tratamiento de aguas residuales, incluidos los sistemas convencionales de lodos activados y procesos relacionados, como los reactores secuenciales por lotes (SBR). El abultamiento puede afectar tanto a los sistemas convencionales de lodos activados como a los reactores secuenciales por lotes.
¿Qué es el abultamiento de lodos activados y en qué se diferencia de la formación de espuma?
El abultamiento de lodos activados ocurre cuando los lodos no sedimentan ni se compactan adecuadamente en el decantador secundario. Generalmente, está asociado con una proliferación excesiva de microorganismos filamentosos, que pueden extenderse fuera de los flóculos de lodo e interferir con una sedimentación compacta.
A medida que empeora la capacidad de sedimentación, el manto de lodos puede elevarse y los sólidos pueden ser arrastrados hacia el efluente tratado. La formación de espuma es diferente: se manifiesta como una capa persistente, generalmente de color marrón, de espuma estable o material flotante en la superficie del tanque de aireación.
Ambos problemas pueden presentarse simultáneamente y compartir algunas de las condiciones que los originan, pero no son el mismo fenómeno. El abultamiento es principalmente un problema de sedimentación, mientras que la formación de espuma es un problema de acumulación superficial.
¿Qué causa el abultamiento y la formación de espuma en los lodos activados?
El abultamiento y la formación de espuma suelen desarrollarse cuando las condiciones operativas favorecen a los microorganismos filamentosos o formadores de espuma frente al resto de la población microbiana del sistema de lodos activados. La causa exacta varía según la planta, por lo que es importante identificar el patrón del problema antes de decidir cómo corregirlo.
| Causa | Por qué puede generar problemas | Señal típica |
| Bajo nivel de oxígeno disuelto | Algunos microorganismos filamentosos compiten mejor cuando la disponibilidad de oxígeno es limitada o inestable. | Sedimentación deficiente, aumento del volumen de lodos y crecimiento filamentoso observable al microscopio. |
| Baja relación alimento/microorganismos (F/M) o edad elevada del lodo | Estas condiciones pueden favorecer determinados microorganismos filamentosos de crecimiento lento. | Abultamiento o espuma marrón persistente. |
| Deficiencia de nutrientes | Las aguas residuales industriales con bajo contenido de nitrógeno o fósforo pueden generar una población microbiana desequilibrada. | Formación deficiente de flóculos y mala sedimentación. |
| Afluente séptico y sulfuros | Las aguas residuales en condiciones sépticas pueden introducir compuestos reducidos de azufre que favorecen determinados microorganismos filamentosos. | Malos olores, afluente oscuro y deterioro de la capacidad de sedimentación. |
| Grasas, aceites y agentes tensioactivos | Los materiales hidrofóbicos pueden favorecer la formación de espuma estable y el crecimiento de microorganismos formadores de espuma. | Espuma espesa y persistente en el tanque de aireación. |
El tiempo de residencia de los lodos, también conocido como edad del lodo, se controla mediante la cantidad de lodos activados excedentes que se retira del sistema. El tiempo de retención hidráulica es diferente: se refiere al período durante el cual las aguas residuales permanecen dentro del proceso de tratamiento.
Debido a que varias causas pueden producir síntomas similares, los operadores deben evaluar conjuntamente el oxígeno disuelto, la carga orgánica, el equilibrio de nutrientes, la edad del lodo y las condiciones del afluente, en lugar de asumir que existe una única causa.
¿Cuáles son las señales de alerta del abultamiento de lodos activados?
Las señales más claras son el deterioro de la capacidad de sedimentación, el aumento del nivel del manto de lodos y una mayor concentración de sólidos en el efluente tratado.
Los operadores también pueden observar espuma marrón persistente o cambios en el comportamiento de los lodos antes de que el rendimiento del tratamiento se deteriore significativamente.
Entre las señales más comunes se encuentran:
- Un manto de lodos que alcanza un nivel superior al habitual en el decantador secundario.
- Efluente turbio o arrastre visible de sólidos.
- Aumento del volumen de lodos sedimentados en el ensayo de sedimentabilidad de 30 minutos.
- Índice volumétrico de lodos (IVL o SVI) con una tendencia superior a aproximadamente 150 mL/g.
- Espuma marrón espesa que no se desintegra fácilmente.
- Microorganismos filamentosos largos visibles al microscopio.
¿Cómo se calcula el índice volumétrico de lodos?
El índice volumétrico de lodos (IVL o SVI, por sus siglas en inglés) es una forma sencilla de evaluar la capacidad de sedimentación de los lodos activados. Se calcula dividiendo el volumen de lodos sedimentados después de 30 minutos, medido en mL/L, entre la concentración de sólidos en suspensión del licor mezcla (MLSS), expresada en g/L.
SVI = volumen de lodos sedimentados (mL/L) ÷ MLSS (g/L)
Un SVI superior a aproximadamente 150 mL/g puede indicar abultamiento, pero debe utilizarse como referencia y no como un límite universal. Las tendencias a lo largo del tiempo suelen proporcionar información más útil que una única medición.
¿Cómo solucionar el abultamiento de lodos activados?
La solución adecuada depende de la causa subyacente. Por eso, el primer paso consiste en identificar qué está provocando la pérdida de capacidad de sedimentación. En una planta de tratamiento de aguas residuales, esto implica revisar el oxígeno disuelto, la edad del lodo, el equilibrio de nutrientes y las condiciones del afluente antes de modificar el proceso.
Las acciones correctivas habituales incluyen:
- Restablecer y estabilizar el oxígeno disuelto en el tanque de aireación.
- Ajustar la tasa de purga de lodos activados excedentes para corregir la edad del lodo y la relación alimento/microorganismos.
- Corregir las deficiencias de nitrógeno o fósforo cuando las aguas residuales industriales presentan un bajo contenido de nutrientes
- Reducir o prevenir el ingreso de aguas residuales en condiciones sépticas y la carga de sulfuros.
- Incorporar u optimizar una zona selectora para favorecer el desarrollo de microorganismos formadores de flóculos con mejores características de sedimentación.
Las medidas a corto plazo, como la cloración de los lodos activados de retorno (RAS), el uso de antiespumantes o la aplicación de polímeros, pueden ayudar a controlar los síntomas, pero no eliminan la causa subyacente. Para lograr un control a largo plazo, los operadores deben corregir las condiciones del proceso que permitieron el desarrollo del abultamiento.
¿Por qué es importante mantener estable el oxígeno disuelto?
Los niveles bajos o inestables de oxígeno disuelto son una de las condiciones operativas que pueden favorecer el abultamiento filamentoso y, al mismo tiempo, uno de los factores que los operadores pueden controlar directamente. Mantener suficiente oxígeno en todo el tanque de aireación ayuda a sostener un tratamiento biológico más estable y reduce la ventaja competitiva que algunos microorganismos filamentosos adquieren cuando el oxígeno es limitado.
Esto es especialmente importante en las plantas de eliminación de nutrientes, donde el oxígeno disuelto puede estar controlado dentro de rangos operativos más estrictos.
La oxigenación mediante nanoburbujas puede mejorar la transferencia de oxígeno y ayudar a mantener condiciones más estables de oxígeno disuelto en el tanque. Las dos aplicaciones principales recomendadas son:
- Uso de nanoburbujas y ozono para mejorar el proceso en un digestor existente. Esta tecnología permite optimizar el proceso de digestión para que el mismo digestor pueda recibir mayores volúmenes de lodos. Es una solución económica recomendada y el enfoque preferido cuando ya se dispone de un digestor que tiene dificultades para procesar volúmenes crecientes de lodos y el coste de ampliarlo o reemplazarlo resulta demasiado elevado.
- Uso de nanoburbujas y ozono u oxígeno para reducir el volumen de lodos. El objetivo es obtener un mayor porcentaje de sólidos en los lodos tratados. Esta solución económica se recomienda especialmente cuando la principal preocupación es el coste de gestión de los lodos.
PMnB Technologies, una empresa europea especializada en el tratamiento de agua mediante nanoburbujas, respaldada por la trayectoria de ingeniería de Palgey Maim, utiliza oxigenación con nanoburbujas sin productos químicos para apoyar los sistemas de tratamiento con lodos activados en los que la transferencia de oxígeno y la estabilidad del proceso representan factores limitantes.
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