El Proceso de fangos activados. Visión general.

El proceso de fangos activados es el sistema de tratamiento biológico más habitual en el tratamiento de las aguas residuales. Consta de un reactor aireado donde se mantiene en suspensión un cultivo microbiano capaz de asimilar la materia orgánica presente en el agua residual a depurar. Un sistema de aireación y de agitación formado por difusores, turbinas o rotores, suministra el oxígeno requerido por las bacterias encargadas de la depuración, evita la sedimentación de los flóculos en el reactor y permite la homogeneización de los fangos activados. 

Al cabo de un periodo de tiempo determinado, y una vez que la materia orgánica ha sido suficientemente oxidada, el líquido de mezcla se envía a un tanque de sedimentación, donde se separa el fango biológico del agua. Una parte de la biomasa decantada se recircula al reactor para mantener una concentración de microorganismos adecuada, mientras que el resto del fango se extrae del sistema para evitar una acumulación excesiva de biomasa y controlar el tiempo medio de retención celular.

 En la siguiente imagen se puede apreciar la configuración básica de un proceso de proceso de fangos activados en canales de oxidación (reactores de flujo continuo) seguidos de un decantador circular, desde el cual se recircula una fracción del fango decantado a los canales de oxidación para mantener la concentración de sólidos en suspensión en el reactor y que el proceso tenga una adecuada eficacia en la depuración del efluente.

 

 Vista aérea de un proceso de fangos activados en canales de oxidación

Otras variantes del proceso de fangos activados son el de mezcla completa, de aireación escalonada, Proceso Krauss o el reactor de flujo discontinuo secuencial.

Procesos avanzados. Eliminación biológica de nutrientes.

La evolución del proceso convencional de fangos activados, a fin de cumplir los nuevos requerimientos de calidad de efluente, ha desembocado en la búsqueda de nuevas configuraciones orientadas a la eliminación simultánea de materia orgánica, nitrógeno y/o fósforo por una misma población de fango activo, variando las condiciones de operación en los reactores. 

Así, la eliminación de nitrógeno se logra imponiendo secuencialmente condiciones aerobias (nitrificación) y anóxicas (desnitrificación) en un mismo reactor, o mediante un mínimo de dos reactores, de los cuales uno se mantiene en condiciones aerobias y el otro en condiciones anóxicas. 
 
Por su parte, la eliminación biológica de fósforo se obtiene sometiendo el fango activo a condiciones anaerobias y aerobias alternativamente.

Existen varios tipos de configuraciones de reactores biológicos, tanto para la eliminación de materia orgánica como de eliminación conjunta de materia orgánica y nutrientes. Como configuraciones representativas se mostrarán a continuación, el proceso Bardenpho de 5 etapas (eliminación de materia orgánica, nitrógeno y fósforo) y los canales de oxidación (eliminación conjunta de materia orgánica y nitrógeno).

- Proceso Bardenpho.

En el proceso Bardenpho, para la oxidación de carbono y la desnitrificación anóxica conjuntas se emplean zonas de reacción separadas. 

El agua entra a tratar en una primera etapa anaerobia para la eliminación de fósforo. De esta pasa a una zona de desnitrificación anóxica, a la que se recircula el liquido mezcla nitrificado desde un tanque de oxidación de carbono y nitrificación conjuntas, situado a continuación de aquella. 

El carbono presente en el agua residual se emplea para desnitrificar el nitrato recirculado. Debido a la alta carga orgánica, la desnitrificación tiene lugar rápidamente. El amoníaco contenido en el agua residual circula a través de la primera zona anóxica sin sufrir modificación alguna para su nitrificación en el primer tanque de aireación. 

El líquido mezcla nitrificado del primer tanque de aireación pasa a una segunda zona anóxica, en la que tiene lugar una segunda desnitrificación en la que se consume el carbono endógeno. La segunda zona aerobia es relativamente pequeña, y se emplea para eliminar por desorción el nitrógeno gas antes de pasar a la clarificación. El amoníaco liberado del fango en la segunda zona anóxica también se nitrifica en la última zona aerobia. 

En la siguiente imagen se esquematiza la configuración de un proceso Bardenpho de 5 etapas:

Diagrama de flujo de un proceso Bardenpho de 5 etapas

- Canales de oxidación.

En este tipo de reactores se dan procesos con nitrificación y desnitrificación intermitente o alternada. 

Están equipados con sistemas de aireación y agitación, de forma que el paso entre las condiciones aerobias y anóxicas se realiza variando el nivel de oxígeno. 

En un canal de oxidación, el líquido mezcla fluye dando vueltas en un canal cerrado, impulsado y aireado por mecanismos de aireación mecánica. Se establece una zona aerobia en la zona situada a continuación del aireador, y una zona anóxica en el tramo anterior a aquel. 

Al alimentar el agua residual a tratar en el extremo aguas arriba de la zona anóxica, se consume parte del carbono contenido en el agua residual para la desnitrificación. 

El efluente del reactor se extrae del final de la zona aerobia para su clarificación. 

En la siguiente imagen se muestra una de las diferentes variantes de este tipo de reactores:

 Canales de oxidación con eliminación biológica de nitrógeno

Tradicionalmente, la duración de los ciclos aerobio y anóxico es fija, o se varía con un perfil diario o estacional determinado. No obstante, se han introducido recientemente técnicas de control automático para adecuar la duración de las fases a las características del agua residual.

Los rendimientos de eliminación de nitrógeno son inferiores a los correspondientes al Proceso Bardenpho, debido a que este sistema sólo cuenta con una zona anóxica.