Qué causa el aumento de volumen de lodos y cómo solucionarlo

Respuesta directa: La acumulación de lodos se produce cuando los lodos activados no se asientan adecuadamente en el clarificador secundario, lo que provoca el arrastre de sólidos al efluente. Más del 90% de los casos son causados ​​por un crecimiento excesivo de bacterias filamentosas. Los casos restantes involucran mecanismos no filamentosos: aumento de volumen viscoso debido a la sobreproducción de exopolímeros y aumento de volumen zoogloeo debido a ácidos orgánicos específicos. El desencadenante fundamental es casi siempre un desequilibrio operativo (bajo oxígeno disuelto, baja relación F/M, deficiencia de nutrientes o choque de temperatura), no un evento biológico aleatorio.

¿Qué es el aumento de volumen de lodos?

La acumulación de lodos es una falla de sedimentación en el proceso de lodos activados. En lugar de compactarse limpiamente en el fondo del clarificador secundario, el lodo forma una masa voluminosa y de sedimentación lenta que se eleva hacia el vertedero de efluentes.

La medida diagnóstica estándar es la Índice de volumen de lodos (SVI) :

SVI (mL/g) = Volumen de lodo sedimentado después de 30 min (mL/L) / MLSS (mg/L) x 1000

Un SVI alto significa que cada gramo de lodo ocupa más volumen: el lodo es esponjoso, liviano y difícil de separar. El resultado: el rendimiento del clarificador secundario colapsa, los SST del efluente aumentan y la eficiencia del tratamiento biológico disminuye.

Dos tipos de volumen de lodos

Tipo 1: Abultamiento Filamentoso (>90% de los casos)

Las bacterias filamentosas son una parte normal de los lodos activados saludables: forman la columna vertebral estructural de las partículas de flóculo. El problema comienza cuando crecen demasiado y dominan la comunidad microbiana.

Los organismos filamentosos tienen una relación superficie-volumen mucho mayor que las bacterias formadoras de flóculos. En condiciones de estrés (bajo OD, bajo sustrato, bajos nutrientes), esta proporción les da una ventaja competitiva: pueden eliminar el oxígeno disuelto y el sustrato de manera más eficiente que los formadores de flóculos. Una vez que proliferan más allá del umbral, se extienden hacia afuera de la matriz del flóculo, bloqueando físicamente la compactación del lodo.

Hay dos patrones estructurales:

• Puente abierto floc/entre flocs — Los filamentos se extienden entre las partículas de flóculos, creando una red débilmente conectada que atrapa el agua y resiste la compresión.
• impedimento estérico — los organismos individuales son tan grandes que impiden que otras partículas de flóculos se sedimenten normalmente

Los organismos filamentosos más comúnmente identificados en las EDAR:

Abultamiento filamentoso causado por microthrix parvicella está fuertemente asociado con condiciones de baja temperatura y baja carga; es un fenómeno invernal común en plantas municipales que ejecutan configuraciones de A2O o zanjas de oxidación. En un estudio a gran escala en una planta china de A2O, el SVI alcanzó un máximo de 265 ± 55 ml/g durante los meses de invierno, cuando la carga de lodos cayó por debajo de 0,05 kg DQO/(kg MLSS·día).

Tipo 2: Volumen no filamentoso (<10% de los casos)

El abultamiento no filamentoso ocurre cuando las propias bacterias formadoras de flóculos no funcionan correctamente, no porque los filamentos tomen el control, sino porque las bacterias dentro del flóculo producen cantidades anormales de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) que hacen que el flóculo sea gelatinoso y retenga agua.

Dos subtipos:

Abultamiento viscoso (limo) — las bacterias producen un exceso de limo de polisacáridos en caso de deficiencia de nutrientes (especialmente deficiencia de nitrógeno o fósforo). El lodo aparece translúcido y parecido a un gel bajo microscopía. El SVI es alto, pero el recuento de filamentos es normal. La prueba de antrona (mide los polisacáridos del lodo) mostrará valores elevados (>20%), lo que la distingue del aumento de volumen zoogloeo.

aumento de volumen zoogloeo — zoogloea Las bacterias crecen excesivamente en condiciones de alta F/M o cuando ácidos orgánicos y alcoholes específicos dominan el afluente (de aguas residuales sépticas o fermentadas). El lodo forma masas en forma de dedos o de amebas bajo el microscopio. A diferencia del abultamiento filamentoso, el abultamiento zoogloeo se asocia con concentraciones de sustrato altas, no bajas.

Causas fundamentales: lo que realmente desencadena el aumento de volumen

Comprender el desencadenante es esencial: tratar el síntoma (dosificar cloro) sin solucionar la causa raíz sólo produce un alivio temporal.

Causa 1: Bajo nivel de oxígeno disuelto (DO)

La causa operativa más común. Cuando el OD cae por debajo de 1,0 a 1,5 mg/L en el recipiente de aireación, las bacterias filamentosas, con su mayor superficie, superan a las formadoras de flóculos por el oxígeno limitado disponible.

Objetivo de OD para lodos activados estables: 2,0 mg/l mínimo , 2,0 a 3,0 mg/l sostenido.

Organismos con bajo volumen de OD: Tipo 021N, Hidrosis de haliscomenobacter , Sphaerotilus natans .

Causa 2: Baja relación F/M (baja carga de lodos)

La causa fundamental más frecuente del abultamiento filamentoso en general. F/M (relación alimento-microorganismo) es la masa de DBO alimentada al sistema por unidad de masa de MLSS por día.

F/M = carga DBO (kg/día) / MLSS en tanque de aireación (kg)

A baja F/M, el sustrato es escaso. Las bacterias filamentosas, con una mayor relación superficie-volumen, están mejor equipadas para eliminar el sustrato limitado que las bacterias formadoras de flóculos. Ellos dominan.

La solución práctica es aumentar F/M desperdiciando más lodo (aumentando la tasa WAS) para reducir MLSS o aceptar una mayor carga orgánica. Las plantas de aireación prolongada están estructuralmente en riesgo porque están diseñadas para funcionar a baja F/M.

Causa 3: Deficiencia de nutrientes (N y P)

Las bacterias de lodo activado requieren nitrógeno y fósforo para desarrollar masa celular. La relación mínima general es:

DBO : N : P = 100 : 5 : 1

Cuando la relación DBO/N del afluente excede 100:4, el nitrógeno se vuelve limitante. Las bacterias responden produciendo un exceso de EPS a partir del carbono no degradado: la DBO que no puede asimilarse en el crecimiento celular se almacena como polisacárido extracelular. Esto provoca directamente un abultamiento viscoso (no filamentoso).

En el tratamiento de aguas residuales industriales (procesamiento de alimentos, elaboración de cerveza, plantas químicas), los afluentes deficientes en nutrientes son extremadamente comunes porque las aguas residuales tienen un alto contenido de carbono pero pueden contener una cantidad mínima de nitrógeno o fósforo.

Solución: agregue nitrógeno externo (sulfato de amonio, urea) y fósforo (ácido fosfórico) para lograr la relación mínima DBO:N:P.

Causa 4: Influente séptico o rico en sulfuros

Cuando las aguas residuales permanecen en tuberías de recolección o tanques de almacenamiento durante períodos prolongados sin aireación, se desarrollan condiciones anaeróbicas y se acumula sulfuro (H₂S). Filamentos que favorecen el sulfuro. tiothrix , Beggiatoa , Tipo 021N: proliferan cuando este afluente cargado de sulfuro ingresa al tanque de aireación.

En un estudio a gran escala a largo plazo, tiothrix El aumento de volumen provocó lavados recurrentes de lodos en una EDAR de una lechería. tiothrix la abundancia alcanzó el 51,9% de la comunidad microbiana total. Los controles estándar (adición de cloruro de polialuminio, reducción de AGV) fueron ineficaces. Sólo se reduce la implementación de ciclos periódicos de privación de lodos. tiothrix del 51,9% al 1,0% y se restableció la sedimentación estable.

Solución: airear previamente el afluente antes de que ingrese al tanque de aireación, o dosificar sales de hierro en el sistema de recolección para precipitar el sulfuro.

Causa 5: Cambios repentinos de carga orgánica o hidráulica (carga de impacto)

Un aumento repentino de la DBO, del caudal o de un inhibidor tóxico puede alterar temporalmente el equilibrio entre los formadores de flóculos y los filamentos. Las bacterias formadoras de flóculos, que son más sensibles a los cambios ambientales, se inhiben selectivamente. Las bacterias filamentosas, con mayor tolerancia ambiental, sobreviven y crecen en la brecha.

Esto es particularmente común en plantas industriales que reciben descargas por lotes o en plantas municipales que reciben entradas de aguas pluviales.

Causa 6: efectos de la temperatura

Las bajas temperaturas ralentizan el metabolismo de las bacterias formadoras de flóculos más que el de las bacterias filamentosas. microthrix parvicella está específicamente adaptado al frío y prolifera por debajo de los 15°C. Las plantas municipales en climas templados frecuentemente experimentan episodios de abultamiento filamentoso en invierno que se resuelven por sí solos a medida que aumentan las temperaturas en primavera.

Por el contrario, temperaturas muy altas (>35°C) pueden favorecer ciertos filamentos termófilos y alterar la estructura normal del flóculo.

Cómo diagnosticar el aumento de volumen de lodos

Antes de tratar el aumento de volumen, identifique qué tipo y qué causa. Tratar la causa equivocada es una pérdida de tiempo y productos químicos.

Paso 1: medir el SVI

SVI > 150 ml/g confirma un problema de resolución. SVI > 250 mg/L es un evento de aumento de volumen grave.

Paso 2: examen microscópico

Tome una muestra de licor mezclado fresco y examínela bajo un microscopio de contraste de fases con un aumento de 100 a 400x.

Paso 3: verificar los parámetros operativos

Cómo arreglar el volumen de lodos

Respuesta inmediata (días 1 a 7): contener el problema

El objetivo de la primera semana es evitar que el clarificador se desborde mientras se abordan las causas fundamentales.

Aumentar la tasa de retorno de lodos activados (RAS) — retirar el lodo del clarificador más rápidamente evita que el manto de lodo suba hasta el vertedero de efluentes. Incrementar temporalmente el RAS al 75-100% del flujo afluente.

Reducir la tasa de lodos activados residuales (WAS) — Contrariamente a la intuición, detener o reducir temporalmente WAS genera MLSS, lo que aumenta la relación F/M y perjudica a las bacterias filamentosas. Úselo con precaución: si la OD ya es baja, una mayor cantidad de MLSS empeora el déficit de oxígeno.

Cloración de la línea RAS. — dosificar cloro (2–10 mg Cl₂/g MLSS/día) directamente en la tubería RAS es el control de emergencia más utilizado. Las bacterias filamentosas que se extienden fuera del flóculo están preferentemente expuestas al cloro, mientras que las bacterias del interior del flóculo están parcialmente protegidas. Esta es una solución temporal: no aborda la causa raíz. La sobredosis destruye los nitrificantes.

Adición de coagulante — el cloruro de polialuminio (PAC) o cloruro férrico dosificado en el depósito de aireación o en la entrada del clarificador mejora la sedimentabilidad a corto plazo para el volumen no filamentoso. Menos eficaz contra los tipos filamentosos.

Corrección de la causa raíz (semanas 1 a 4): eliminar el desencadenante

Solución estructural: selector biológico

A selector Es una pequeña zona de contacto (típicamente entre el 5% y el 10% del volumen total de aireación) ubicada antes del estanque de aireación principal, donde las aguas residuales entrantes se encuentran con los lodos de retorno bajo una alta concentración de sustrato.

En condiciones de alto sustrato (alta F/M) en el selector, las bacterias formadoras de flóculos absorben y almacenan rápidamente el sustrato como polímeros intracelulares. Las bacterias filamentosas, que se adaptan mejor a ambientes con poco sustrato, no pueden competir en altas concentraciones de sustrato y son suprimidas selectivamente.

Tres tipos de selectores:

Los selectores son la solución estructural a largo plazo más confiable para plantas con abultamiento filamentoso crónico, particularmente sistemas de baja F/M como aireación extendida y zanjas de oxidación.

Aumento de volumen de lodos versus lodos ascendentes: no los confunda

Un diagnóstico erróneo común. Ambas condiciones causan sólidos en el efluente, pero las causas y soluciones son completamente diferentes.

El aumento del lodo es causado por la desnitrificación que ocurre dentro del clarificador: el NO₃ se convierte en gas N₂, que se adhiere a los flóculos de lodo y los eleva a la superficie. Parece idéntico al aumento de volumen desde el vertedero de efluentes, pero requiere una lógica de tratamiento opuesta.

Resumen: Lista de verificación para el diagnóstico de volumen de lodos

Cuando el SVI supere los 150 ml/g, revise esta lista en orden:

1. Verifique el OD en el recipiente de aireación; si < 1,5 mg/L, aumente la aireación inmediatamente
2. Verifique la relación F/M: si < 0,10, aumente la tasa WAS para reducir MLSS
3. Verifique la DBO:N:P del afluente; si hay N limitado (DBO/N > 100:4), agregue una fuente de nitrógeno.
4. Verifique el afluente en busca de sulfuro/septicidad; si se detecta H₂S, airee previamente el afluente
5. Realizar un examen microscópico: identificar la morfología filamentosa frente a la no filamentosa
6. Si es filamentoso: iniciar cloración RAS como control temporal; implementar arreglo estructural (selector, aumento de DO, reducción de SRT)
7. Si no es filamentoso (viscoso): equilibrio de nutrientes correcto; comprobar si hay inhibición tóxica
8. si Microthrix en invierno: aumentar la tasa de carga de lodos; considerar selector anóxico
9. Monitoree el SVI cada 2 a 3 días hasta que vuelva a < 150 ml/g

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