Un proceso de lodo activado es una unidad de reactor multicámara que utiliza microorganismos altamente concentrados para degradar el material orgánico y eliminar los nutrientes de las aguas residuales con el fin de producir un efluente de alta calidad. Para mantener las condiciones aerobias y que el lodo activado se mantenga en suspensión, es necesario un suministro continuo y oportuno de oxígeno.

Se pueden emplear diferentes configuraciones para garantizar que las aguas residuales se mezclen y aireen. La aireación y la mezcla pueden realizarse al bombear aire u oxígeno al tanque o mediante el uso de aireadores de superficie. Los microorganismos oxidan el carbono orgánico de las aguas residuales para producir nuevas células, dióxido de carbono y agua. Aunque las bacterias aerobias son los organismos más comunes, también puede haber bacterias facultativas junto con organismos superiores. La composición exacta depende del diseño del reactor, del medioambiente y de las características de las aguas residuales. Establecer los microorganismos necesarios para un proceso biológico estable requiere varias semanas. Los flóculos (aglomeraciones de partículas de lodo), que se forman en el tanque de aireación, se eliminan en el decantador secundario mediante sedimentación por gravedad. El exceso de lodo se elimina y se recicla parcialmente para el proceso biológico. En un biorreactor de membrana sumergida (IMBR, por sus siglas en inglés), el reactor del lodo activado se combina con una unidad de membrana de microfiltración o ultrafiltración. El agua tratada se separa de los lodos al pasar por la membrana. El sistema se puede establecer previamente instalado o construirse en el lugar. El IMBR es una tecnología compacta y eficaz para el tratamiento de aguas residuales municipales (e industriales). El principal inconveniente para una aplicación más amplia es que se ensucien las membranas, lo que reduce significativamente el rendimiento y la vida útil de las membranas, y se traduce en un aumento significativo de los costos de O&M.

Consideraciones de diseño

Los procesos de lodos activados suelen requerir un tratamiento primario que elimina los sólidos sedimentables y, en ocasiones, van seguidos de una etapa de pulimiento final POST . Los procesos biológicos son eficaces para eliminar materiales solubles, coloidales y partículas. El reactor puede diseñarse para la nitrificación y desnitrificación biológicas, así como para la eliminación de fósforo. El diseño debe basarse en una estimación precisa de la composición y el volumen de las aguas residuales. La eficacia del tratamiento puede verse gravemente comprometida si la planta está infra o sobredimensionada. En función de la temperatura, el tiempo de retención de sólidos en el reactor oscila entre 3 y 5 días para la eliminación de la DBO y entre 3 y 18 días para la nitrificación. El exceso de lodo requiere un tratamiento para reducir su contenido en agua y materia orgánica y obtener un producto estabilizado apto para su reutilización o disposición final. Para alcanzar los objetivos específicos de DBO, nitrógeno y fósforo en el efluente, se pueden realizar diferentes adaptaciones y modificaciones, que incluyen reactores discontinuos secuenciales, zanjas de oxidación, aireación prolongada, lechos móviles y biorreactores de membrana.

Materiales

Por lo general, el reactor de lodo activado es de plástico o de hormigón. Los aireadores son de acero inoxidable o plástico y tienen una membrana de junta de goma. Para el proceso de membrana subsecuente pueden utilizarse membranas cerámicas, poliméricas o compuestas. El material que se utiliza en los IMBR puede influir en su tendencia a ensuciarse. Existen diferentes modelos prefabricados.

Aplicabilidad

El tratamiento con lodo activado puede ser una solución adecuada en las fases de estabilización y recuperación de una emergencia humanitaria, sobre todo en las zonas urbanas más densamente pobladas o en los contextos de campamentos más grandes, donde se prefieren los sistemas que utilizan agua. Es un tratamiento centralizado, que necesita personal bien capacitado, electricidad constante y un sistema de gestión muy desarrollado. Debido a las economías de escala y a la menor fluctuación de las características del afluente, es más eficaz para el tratamiento de grandes volúmenes. Los procesos de lodos activados son apropiados en casi todos los climas, pero la capacidad de tratamiento se reduce en ambientes más fríos. Si el sistema funciona correctamente, la calidad del agua tratada puede ser adecuada para su reutilización.

Operación y mantenimiento

Se necesita personal técnico capacitado para el mantenimiento y la resolución de problemas. Los equipos mecánicos (mezcladores, aireadores y bombas) deben someterse a un mantenimiento constante. El afluente y el efluente deben supervisarse continuamente, y los parámetros de control deben ajustarse, si es necesario, para evitar anomalías como la muerte de la biomasa activa o el desarrollo de organismos perjudiciales (por ejemplo, bacterias filamentosas). Solo debe permitirse el acceso a las instalaciones al personal capacitado.

Salud y seguridad

Debido al espacio necesario y a los olores producidos, las instalaciones de lodos activados suelen estar situadas en la periferia de zonas densamente pobladas. Aunque el efluente producido es de alta calidad, sigue suponiendo un riesgo para la salud pública y no debe manipularse directamente. En el exceso de lodos, los agentes patógenos se reducen considerablemente, pero no se eliminan. El funcionamiento del IMBR y la calidad del tratamiento pueden mejorar en función de la membrana que se utilice. El personal implicado debe contar con el EPP adecuado.

Costos

Los costos de capital de las instalaciones de lodos activados son elevados. Los costos pueden variar en función de la disponibilidad y el precio de los materiales de construcción y la electricidad. Debido a los requisitos de personal capacitado, tareas de supervisión continuas y necesidades constantes de energía, los costos operativos son elevados y deben reflejarse en los cálculos del costo total.

Consideraciones sociales

La instalación de un reactor de lodos activados debe llevarse a cabo en zonas donde haya conocimientos y experiencia con esta tecnología y se disponga de personal capacitado. Dependiendo del contexto cultural y de la reglamentación vigente, puede haber impedimentos para reutilizar el agua procesada.