En un reactor biológico de lodos activados, el fango no es un residuo. Es el motor del sistema. Sin fango activo en buen estado, no hay depuración biológica posible, y sin depuración biológica, el efluente no cumple los límites de vertido por mucho que el resto de la instalación funcione correctamente.
El problema es que el fango es un ser vivo, o más exactamente, una comunidad de millones de microorganismos que trabajan juntos para degradar la materia orgánica del agua residual. Y como cualquier ser vivo, puede estar sano o enfermo, activo o deprimido, bien alimentado o en situación de estrés. La diferencia entre un fango en buen estado y uno deteriorado puede ser la diferencia entre cumplir el vertido y no cumplirlo.
Este artículo explica qué es el fango activo, qué parámetros definen su estado de salud y cómo detectar a tiempo que algo no va bien antes de que el problema aparezca en el efluente.
Qué es el fango activo
El fango activo es la comunidad microbiana que se desarrolla en suspensión dentro del reactor biológico. Está compuesta principalmente por bacterias heterótrofas (que degradan la materia orgánica), pero también por protozoos, rotíferos y otros microorganismos que se alimentan de las bacterias y contribuyen a la clarificación del agua.
Estos microorganismos se agrupan formando flóculos: agregados de células bacterianas unidas por una matriz de polímeros extracelulares que les dan cohesión y que facilitan su sedimentación en el decantador secundario. Un flóculo bien formado sedimenta rápido, deja el agua clarificada y puede recircularse al reactor para mantener la concentración de biomasa activa.
La clave del proceso de lodos activados es precisamente ese ciclo: el fango trata el agua en el reactor, sedimenta en el decantador, una parte se recircula al reactor para mantener la concentración de biomasa y otra parte se extrae como purga para controlar la edad del fango.
Los parámetros que definen la salud del fango
Concentración de sólidos en suspensión volátiles (SSV)
Es el parámetro que mide la cantidad de biomasa activa en el reactor. Se expresa en mg/L y representa la fracción orgánica de los sólidos en suspensión, es decir, la parte que corresponde a los microorganismos vivos y a la materia orgánica no degradada.
Los valores habituales en reactores de lodos activados para aguas residuales industriales oscilan entre 2.500 y 5.000 mg/L de SSV, aunque pueden variar según el tipo de efluente y el diseño del reactor. Por debajo de 2.000 mg/L la biomasa puede ser insuficiente para tratar la carga que llega. Por encima de 6.000-7.000 mg/L el reactor puede estar sobrealimentado de biomasa con riesgo de problemas de sedimentación.
Edad del fango
La edad del fango (también llamada tiempo de retención de sólidos o SRT) es el tiempo medio que los microorganismos permanecen en el sistema antes de ser eliminados por la purga. Se calcula dividiendo la masa total de sólidos en el reactor entre la masa que se extrae diariamente con la purga.
La edad del fango es uno de los parámetros de control más importantes del proceso porque determina qué tipo de microorganismos dominan en el reactor. Un fango joven (edad de 3 a 5 días) tiene una alta tasa de crecimiento y una buena capacidad de degradación de materia orgánica, pero puede tener problemas de sedimentación. Un fango más maduro (10 a 20 días) sedimenta mejor y puede nitrificar, pero es más sensible a perturbaciones y tarda más en recuperarse de un estrés.
Índice Volumétrico de Fangos (IVF)
El IVF mide la capacidad de sedimentación del fango. Se determina dejando sedimentar una muestra de licor mezcla del reactor durante 30 minutos en una probeta de 1 litro y midiendo el volumen que ocupa el fango sedimentado. El resultado se expresa en mL/g.
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IVF (mL/g) |
Interpretación |
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< 80 |
Fango muy denso, puede tener problemas de bombeo |
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80 – 150 |
Rango normal, buena sedimentación |
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150 – 200 |
Sedimentación deficiente, riesgo de arrastre en decantador |
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> 200 |
Bulking, el fango no sedimenta correctamente |
Un IVF elevado (por encima de 150 mL/g) es una señal de alerta que indica que el fango puede estar arrastrando al efluente en el decantador, lo que se traduce en sólidos en suspensión elevados en el vertido.
Oxígeno disuelto en el reactor
El oxígeno disuelto (OD) es el combustible de los microorganismos aerobios. Sin suficiente oxígeno, la degradación de la materia orgánica se ralentiza o se detiene, y pueden desarrollarse microorganismos filamentosos anaerobios que provocan problemas de bulking y de olor.
El rango óptimo de oxígeno disuelto en un reactor de lodos activados es habitualmente entre 2,0 y 4,0 mg/L. Por debajo de 1,5 mg/L el proceso empieza a deteriorarse. Por encima de 4,0-5,0 mg/L se está consumiendo más energía de aireación de la necesaria sin mejorar el rendimiento del proceso.
El control del oxígeno disuelto mediante sonda en línea y variador de frecuencia en el soplante es la forma más eficiente de mantener el proceso en el rango óptimo minimizando el coste energético.
Aspecto visual del fango y del licor mezcla
Antes de cualquier análisis de laboratorio, el aspecto visual del fango da mucha información sobre su estado:
Color marrón oscuro uniforme: fango sano y activo, con buena concentración de biomasa.
Color marrón claro o pajizo: fango joven o con baja concentración de sólidos. Puede indicar una purga excesiva o una entrada de carga insuficiente.
Color negro con olor a sulfhídrico: condiciones anaerobias en el reactor. El oxígeno no está llegando donde debería, ya sea por aireación insuficiente o por sobrecarga orgánica.
Espumas blancas y estables en superficie: pueden indicar exceso de detergentes o tensioactivos en el afluente, o crecimiento de bacterias filamentosas del tipo Nocardia o Microthrix, asociadas al bulking viscoso.
Espumas marrones y densas: fango viejo con alta carga de sólidos. Puede indicar una purga insuficiente o una edad del fango excesiva.
Las señales de que tu fango no está sano
Bulking filamentoso
Es el problema más frecuente en reactores de lodos activados. Ocurre cuando las bacterias filamentosas crecen en exceso dentro del flóculo, dando a la masa de fango una estructura esponjosa y abierta que sedimenta muy mal. El IVF sube por encima de 150-200 mL/g y el fango empieza a arrastrar al efluente.
Las causas más frecuentes del bulking filamentoso son el déficit de oxígeno disuelto, la baja concentración de nutrientes (nitrógeno y fósforo) en relación con la DBO, la baja carga másica (poco sustrato por unidad de biomasa) o la entrada de compuestos inhibidores.
Fango disperso o pinpoint floc
El fango no forma flóculos compactos sino partículas pequeñas dispersas que no sedimentan bien y que generan un efluente turbio. Suele asociarse a una edad del fango muy baja, a perturbaciones hidráulicas bruscas o a la presencia de compuestos tóxicos que rompen la estructura del flóculo.
Rising sludge o fango flotante
El fango sedimenta en el decantador pero luego vuelve a subir a la superficie en forma de masas flotantes. La causa habitual es la desnitrificación en el fondo del decantador: las bacterias nitrificantes reducen los nitratos a nitrógeno gas, que queda atrapado en el fango y lo hace flotar. Se corrige aumentando la recirculación de fangos para reducir el tiempo de retención del fango en el decantador.
Fango negro o anaerobio
El fango se vuelve negro y desprende olor a huevo podrido (sulfhídrico). Indica condiciones anaerobias en alguna zona del reactor, ya sea por aireación insuficiente, por zonas muertas sin mezcla o por una sobrecarga orgánica que supera la capacidad de aireación.
Inhibición de la biomasa
Cuando llega al reactor un compuesto tóxico (metales pesados, biocidas, picos de pH, disolventes), los microorganismos pueden inhibirse de forma repentina. El fango mantiene su aspecto pero pierde actividad: la DBO y la DQO del efluente suben bruscamente sin que haya habido un cambio evidente en la carga de entrada. La recuperación de una biomasa inhibida puede llevar días o semanas.
Cómo mantener el fango en buen estado
Un fango sano no es el resultado de la suerte. Es el resultado de un control operativo sistemático que actúa sobre los parámetros correctos con la frecuencia adecuada.
Controlar la edad del fango mediante la purga. La purga diaria de fango es la principal palanca de control del proceso. Una purga bien ajustada mantiene la edad del fango en el rango óptimo para el tipo de efluente y evita tanto el fango joven con mala sedimentación como el fango viejo con exceso de sólidos inertes.
Mantener el oxígeno disuelto en el rango correcto. No por encima del necesario (coste energético innecesario) ni por debajo del mínimo (deterioro del fango y riesgo de bulking). El control automático con sonda en línea es la solución más eficiente.
Asegurar el equilibrio de nutrientes. Los microorganismos necesitan nitrógeno y fósforo además de carbono para crecer. Una relación DBO:N:P de aproximadamente 100:5:1 es el punto de partida habitual, aunque puede variar. Un déficit de nutrientes favorece el crecimiento de bacterias filamentosas.
Proteger el reactor de perturbaciones bruscas. Los picos de carga, los cambios bruscos de pH o temperatura y la entrada de compuestos tóxicos son los principales enemigos de la estabilidad del fango. Un depósito de homogeneización bien dimensionado y un pretratamiento adecuado del afluente son la primera línea de defensa.
Hacer seguimiento visual y analítico regular. La prueba de sedimentación en probeta (test de IVF) es rápida, barata y da mucha información. Junto con la medición del oxígeno disuelto y el seguimiento del efluente, permite detectar cualquier desviación antes de que se convierta en un incumplimiento de vertido.
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