Fundamentos

     Dentro de las diferentes alternativas distinguimos clásicamente los procesos con biomasa residente en algún tipo de soporte, sea natural o artificial, y los procesos con biomasa o inventario en suspensión.  En ambos casos puede hablarse de contextos aeróbicos o anaeróbicos, y tal vez como adelanto del contenido de esta presentación, anóxicos, i.e. empleo de nitrato como aceptor de electrones.  Dicho de otra manera,  procesos biológicos en los cuales se desarrollan inventarios de microorganismos (denitrificantes) que logran emplear el oxígeno presente en el nitrato, dando lugar a nitrógeno en fase gas.

     Históricamente puede decirse que el diseño de plantas que incorporen nitrificación intencional en los reactores, así como denitrificación intencional en celdas o particiones, contiguas o no, es relativamente reciente.  El apercibimiento del negativo impacto ambiental resultante de ignorar presencia de amoníaco o fósforo está extremadamente muy bien documentado.  De todas maneras, para atestiguar el nivel de conocimiento actual (“state of the art”), es paradójico recordar que la mayoría de las patentes de proceso de tratamientos biológicos que han atendido específicamente esta problemática han expirado hace ya bastante tiempo.  Esta situación explica tal vez por qué se haya considerado muy importante anexar una discusión sobre sistema de tratamiento de aireación extendida, siendo que en realidad, no son otra cosa que variantes de sistemas de lodos activados.

     A efectos de poder presentar las dos alternativas, i.e. tratamiento convencional vs. aireación extendida, vamos a apelar a una caracterización más o menos parcial de cada una.

     En general la planta de tratamiento de lodos activados convencional incluye un clarificador primario, trabaja con 6 – 7.5 horas de tiempo de retención hidráulica, no tiene prevista la demanda por nitrificación y un valor por “default” de MLSS puede ser 3,000 mg/L.  En forma más o menos relacionada, el cociente carga orgánica / inventario de biomasa (f/m) en general es superior a 0.2, frecuentemente a veces más; con cargas orgánicas volumétricas del orden de, e.g. 40-50 lbDBO5/day per 1,000 cu.ft.  Esta configuración, clásica de obras de gran envergadura, requiere por lo tanto purga regular del clarificador primario como biomasa excedente del secundario.

     La alternativa de aireación extendida frecuentemente sólo incluye una separación previa mediante rejas o mallas, hidráulicamente trabaja con tiempos de detención del orden de 24 horas o más y con cocientes carga orgánica /inventario de biomasa (f/m) menores a 0.1, incluso 0.05 – se habla de MLSS en rangos de 4,000 mg/L - 6,000 mg/L.  El tiempo de estadía media o edad de lodos es típicamente extenso, del orden de 20, 40 e incluso 60 días.  Puede decirse que la migración hacia estos diseños ha tenido múltiples motivaciones tanto del punto de vista de proceso (e.g. conducente a nitrificación intencional; más buffer para shocks hidráulicos u orgánicos) como de equipamiento, esto último especialmente por proyectistas empleando sistemas de aireación difusa, sean fijos (tuberías PVC)  o laterales flotantes (tuberías polietileno), procurando no superar e.g. 15 lbDBO/day per 1,000 cu.ft.  Adicionalmente, en las configuraciones de aireación extendida se retiene cierta digestión aeróbica en los propios reactores principales.  Especialmente en los proyectos de pequeñas plantas, i.e. <= 7570 m3/día (2 mgd), se ha visto la conveniencia de canalizar el “problema ambiental” sin tener que lidiar, anaeróbicamente, con el decantado de clarificación primaria.  Por otro lado, recuérdese que, en cualesquiera de las tres etapas posibles (anaeróbica, anóxica, aeróbica) necesitaremos fuentes de carbón que de otra manera podrían ser [inconvenientemente]  retenidas en el primario.  Esto puede ser especialmente importante en aguas residuales o efluentes de baja carga orgánica.  Aunque parezca paradójico en algunas alternativas de remoción biológica puede ser necesario suplementar ciertos proceso unitarios con material carbonáceo, e.g. metanol.  De todas maneras deberá analizarse cada aplicación en concreto para delinear posibles alternativas.  

     Dentro de las implementaciones más populares de configuraciones de aireación extendida podemos mencionar altenativas secuenciales, e.g.serie de  lagunas de mezcla parcial, y alternativas cíclicas, e.g. zanjas de oxidación, los sistemas de aireación difusa en contracorriente, configuraciones Biolac y similares, y sistemas intermitentes, incluyendo por ejemplo configuraciones SBR.

     Siendo que industrialmente puede ser recomendable apoyarse en las alternativas de menor riesgo (i.e. cero biofouling,  e.g. aireación mecánica vs. aireación por difusión), menor consumo energético y/o desgaste (e.g. aireadores de alta eficiencia, con mecanismo de reducción vs. aireadores de acople directo y difusores de membrana), presentaremos en forma más detallada el dimensionamiento de las denominadas zanjas de oxidación, siendo las configuraciones con geometrías similares a hipódromos o circuitos con forma de U, las disposiciones más conocidas.  Los canales son construídos como óvalos o anillos frecuentemente anidados, cada celda o zona con características expresamente diferentes, e.g. niveles de oxígeno disuelto 0, 1 y 2 mg/L, correspondiendo a la función a cumplir de dicha zona, i.e. celda anaeróbica (preparación para remoción biológica de P), celda anóxica (denitrificante con remoción de DBO5) y celda óxica (remoción de DBO y nitrificación intencional).

     Las ventajas de las zanjas de oxidación son múltiples: excelente capacidad/buffer para asimilar cargas desiguales, hidráulica u orgánicamente hablando; nivel de líquido constante (vs. variabilidad de descargas en SBRs); menor purga de lodos debido a los grandes tiempos de residencia; energéticamente eficientes; muy buenos resultados en cuanto a remoción de cualquier constitutivo de interés.  En ciertos casos, las descargas de zanjas de oxidación pueden incluir mayores porcentajes de sólidos, de todas maneras concentrables mediante adecuado diseño conservador de los clarificadores secundarios (e.g. 300-400 gpd/sq.ft.) y espesadores y/o celdas de flotación (DAFs).  En cierta manera la desventaja más tangible es un requerimiento mayor en cuanto a extensión de área ocupada pero que de una manera u otra le pertenece también a las otras implementaciones, básicamente trabajando como ya dijimos con cociente carga orgánica / inventario de biomasa en rangos 0.05 – 0.1  En respuesta a esta “contraindicación” para zonas urbanas, se han patentado sistemas en los que la circulación describe un ciclo vertical (vertical loop reactors).  

     La conclusión en general es que las zanjas de oxidación (frecuente e intencionalmente sobredimensionadas!) al promover la estratificación tanto horizontal como vertical de los niveles de oxígeno disuelto configuran una de las mejores alternativas para plantas de tratamiento que contemplen el procesado biológico de nutrientes, y en especial todos los sectores industriales que enfrenten altos niveles de nitrógeno amoniacal y/o fósforo, incluyendo establecimientos como mataderos, camales, plantasde sacrificio, crianza confinada, cervecerías/malterías, industrias de alimentos, entre otros.

Ejemplos: oxígeno disuelto    (sin comas!)