D - Lodos Activados

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1 
 
Prof. Dr. Francisco Arteaga Núñez 
 
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
2 
PROCESO CONVENCIONAL DE 
LODOS ACTIVADOS 
Rejas Desarenador 
Decantador 
Primario 
Tanque de 
Aireación 
Decantador 
Secundario 
Espesamiento 
Digestión 
Secado Lodo “Seco” 
Rio 
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3 
DECANTADORES PRIMARIOS 
PTAR BARUERI (Brasil) 
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4 
DECANTADORES PRIMARIOS 
PTAR SUZANO (Brasil) 
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5 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
 Proceso aerobio 
 Crecimiento en suspensión (Flocs biológicos) 
 Retención de biomasa (Retorno de lodo a partir 
de los decantadores secundarios) 
Sistema de aireción 
•Aireación difusa 
•Aireación superficial 
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6 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
LODO BIOLÓGICO 
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PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
CONDICIONES AMBIENTALES 
 Disponibilidad de oxigeno 
 Disponibilidad de nutrientes (N e P) 
 pH adecuado (Neutro) 
 Ausencia de sustancias tóxicas 
 Temperatura 
8 
TANQUES DE AIREACION 
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9 
TANQUE DE AIREACION 
PTAR BARUERI (Brasil) 
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10 
TANQUES DE AIREACION 
PTAR BARUERI (Brasil) 
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11 
TANQUE DE AIREACION 
PTAR PARQUE NOVO MUNDO (Brasil) 
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12 
TANQUE DE AIREACION 
PTAR PARQUE NOVO MUNDO (Brasil) 
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13 
SOPLANTE DE AIREACION 
PTAR PARQUE NOVO MUNDO (Brasil) 
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14 
SOPLANTE DE AIREACION 
PTAR PARQUE NOVO MUNDO (Brasil) 
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15 
TANQUES DE AIREACION 
PTAR SUZANO (Brasil) 
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16 
TANQUES DE AIREACION 
 
Prof. Dr. Francisco Arteaga Núñez 
17 
DECANTADORES SECUNDARIOS 
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18 
SISTEMAS DE AIREACION POR 
AIREADORES SUPERFICIALES 
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19 
SISTEMAS DE AIREACION POR 
AIREADORES SUPERFICIALES 
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20 
DECANTADORES SECUNDARIOS 
PTAR ABC (Brasil) 
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21 
ASPECTOS TEÓRICOS - METABOLISMO 
CELULAR 
 Producción de Energia 
•Oxidación de compuestos orgánicos 
•Oxidación de compuestos inorgánicos 
 Consumo de Energia 
•Síntesis celular y crecimiento 
•Movilidad 
•Transporte activo 
•Manutención de procesos vitales 
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22 
Aspectos teóricos - Metabolismo celular 
Compuestos 
reducidos 
Compuestos 
oxidados 
Fuente de 
carbono 
Biomassa 
Crecimiento 
Respiración 
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23 
Aspectos teóricos - Metabolismo celular 
Compuestos 
reducidos 
Compuestos 
oxidados 
Fuente de 
carbono 
Biomassa 
Crecimiento 
Respiración 
Calor 
Manutención 
Resíduos 
Respiración 
endógena 
Aceptor de 
electrones 
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24 
Aspectos teóricos - Metabolismo celular 
ACEPTORES 
DE ELECTRONES 
Oxigeno 
(Aeróbio) 
Nitrato 
(Anóxico) 
Sulfato y CO2 
(Anaeróbio) 
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25 
Aspectos teóricos - Metabolismo celular 
Matéria orgánica 
Energia 
Síntesis celular 
Nutrientes 
Materia orgánica 
no biodegradable 
Anabolismo 
Catabolismo 
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26 
Aspectos teóricos - Metabolismo 
celular 
COHNPS + O2 + Nutrientes 
Microorganismos 
CO2 + NH3 + C5H7NO2 
+ Productos finales 
C5H7NO2 + 5O2 CO2 + 2H2O + NH3 + Energía 
COHNPS + O2 
Microorganismos 
CO2 + NH3 + Energía 
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27 
 Fuente de carbono 
 CO2 Carbono Orgánico 
 
Fuente 
de 
energía 
Luz Solar Fotoautotróficos Fotoheterotróficos 
Oxidación de 
compuestos 
orgánicos e 
inorgánicos 
Quimioautotróficos 
(Compuestos 
inorgánicos) 
Quimioheterotróficos 
(Compuestos 
orgánicos) 
 
Aspectos teóricos - Metabolismo celular 
Nitrificación 
Remoción de compuestos 
orgánicos en estado soluble 
coloidal y particulado 
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28 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
Agua tratada 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Lodo en exceso 
Lodo en exceso 
Agua tratada 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
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29 
Un reactor biológico se comporta como 
un reactor de mezcla completa 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
Presencia de oxígeno 
Macro y micro-nutrientes en exceso 
Cultura microbiana heterogénea 
Microorganismos (Cuantificación): SSV 
Substrato (Cuantificación): DBO5,20 
Substrato: Materia orgánica biodegradáble 
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30 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Lodo en exceso 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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31 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE SUBSTRATO 
Lodo en exceso 
Volúmen de control Qw,X,S 
Agua tratada 
Q,S0,X0 Qs,S,Xs 
V,X 














dt
dS
V
SQ
V
SQ
V
SQ
t
S ws ... 0
=0 
0 
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32 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DEL SUBSTRATO 







dt
dS
V
SQ
V
SQ .. 0 






dt
dS
XXV
SQ
XV
SQ
.
1
.
.
.
. 0
 









dt
dS
XXV
SSQ
U .
1
.
. 0 U=Tasa específica de utilización del 
substrato (kg DBO5/kg SSV.dia) 
XV
SQ
M
A
.
. 0
A/M=Relación alimento 
microorganismos (kg DBO5/kg 
SSV.día) 
tXV
SQ
f
.
. 0 f=Factor de carga (kg DBO5/kg SST.día) 
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33 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
endógenasíntese
wss
dt
dX
dt
dX
V
XQ
V
XQ
V
XQ
t
X



















 ... 0
0 0 =0 
Lodo en exceso 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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34 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
síntese
w
dt
dX
V
XQ







.
XkX
V
XQ
d
w ..
.
 
d
w k
V
Q
 
d
c
w k
XV
XQ
 

1
.
.
Edad del lodo !!!!! 
X
dt
dX
síntese
.





Xk
dt
dX
d
endógena
.





endógenadt
dX







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35 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
SK
XS
X
dt
dX
S
m
síntese 





 ..
.


S 
 
m 
=tasa de crecimiento específica (T-1) 
m=tasa máxima específica de crecimiento (T
-1) 
KS=coeficiente de saturación media (ML
-3) 
kd=coef. respiración endógena (T
-1) 
SK
S
S
m


.

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36 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
d
c
w k
V
Q
 

1
Edad del lodo 
S 
 
m 
Lodo en exceso 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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37 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
SK
S
S
m


.

 
  1.
.1.



 dkmc
cdS kKS


d
c
w k
V
Q
 

1
Lodo en exceso 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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38 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
 
  1.
.1.



 dkmc
cdS kKS


0,00 
10,00 
20,00 
30,00 
40,00 
50,00 
60,00 
70,00 
80,00 
90,000,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 
Edad del lodo (dias) 
D
B
O
 s
o
lú
b
le
 (
m
g
/l
) 
Parámetros cinéticos 
Ks=60 mg/l 
kd=0,05 dia-1 
um=3 dia-1 
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39 
CONTROL DEL PROCESO DE 
LODOS ACTIVADOS 
Baja concentración de 
DBO5,20 solúble en el efluente 
final 
Control de la edad del lodo 
Baja concentración de SST 
en el efluente final 
•Operación adecuada de los 
decantadores secundarios 
•Control de la 
sedimentabilidad del lodo 
IVL 
dim 30 min ( / )
.1000
( / )
Sólidos se entables en ml l
IVL
Sólidos totalesen suspension mg l
 
  
 
Significado físico: Volúmen ocupado (en 
ml) por 1 gramo de lodo biológico 
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40 
RELACION A/M Y 
SEDIMENTABILIDADE DEL LODO 
0
50
100
150
200
250
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
IV
L
 (
m
l/
g
)
A/M (kg DBO/kg SSV.dia)
Mala sedimentabilidad 
del lodo
Buena sedimentabilidad
Mala sedimentabilidad 
del lodo
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41 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
 
 dtdS
dtdX
y
/
/

y=coeficiente de síntesis celular 
endógenasíntese
w
dt
dX
dt
dX
V
XQ













.
endógenasíntesec
w
dt
dX
Xdt
dX
XXV
XQ












 .
1
.
11
.
.

Lodo en exceso 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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42 
endógenasíntesec dt
dX
Xdt
dX
X












 .
1
.
11

endógenac dt
dX
XXdt
dS
y 











 .
11
..
1
 d
c
KUy  .
1

PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DE MICROORGANISMOS 
Lodo en exceso 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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43 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
BALANCE DE MASA DEL SUBSTRATO 
d
c
k 

1
SK
S
S
m


.

 SKy
XS
V
SQ
V
SQ
S
m


.
.... 0 
 
 cd
c
k
SSy
X


.1.
. 0










y
K m

K=tasa máxima de utilización de 
substrato por unidad de masa 
de microorganismos (T-1) 
Lodo en exceso 
Reator 
Biológico 
Separação 
sólido 
líquido 
Esgoto tratado 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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44 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
MODELACION MATEMÁTICA 
 
 cd
c
k
SSy
X


.1.
. 0



 
 cd
c
k
SSyQ
XV


.1
..
. 0



Q
V

X=concentración de SSV em el tanque de aireación 
Valores típicos: 1.500 mg/l a 4.000 mg/l 
Lodo en exceso 
Reactor 
Biológico 
Separación 
sólido 
líquido 
Agua tratada 
Volúmen de control 
Q,S0,X0 
Qs,S,Xs 
Qw,X 
V,X 
QR,XR 
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45 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
ECUACIONES BÁSICAS 
 
 cd
c
k
SSy
X


.1.
. 0



 
  1.
.1.
. 


 dkKyc
cdS kKS

 DBO solúble en el efluente final 
Calidad del efluente final 
Volúmen del tanque de 
aireación 
función de la concentración de 
SSV 
 
 cd
wL
k
SSyQ
XQP
.1
..
. 0


 Producción de lodo 
 
L
L
P
DBODBO
SSQ
O .42,1
/
.
5
0
2 

 Cantidad de oxígeno requerido 
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46 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
COEFICIENTES CINÉTICOS TÍPICOS 
PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS 
RESIDUALES URBANAS 
ValorCoeficiente Unidade
Intervalo Típico
K dia
-1
2-10 5
KS mg/l 25-100 60
y mg SSV/mg DBO5 0,4-0,8 0,6
kd dia
-1
0,025-0,075 0,06
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47 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
CON AIREACION PROLONGADA 
Rejas Desarenador 
Tanque de 
Aireación 
Decantador 
Secundario 
Espesamiento 
Secado Lodo “Seco” 
Rio 
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48 
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 
CON AIREACION PROLONGADA 
SECUENCIAL (SBR) 
Rejas Desarenador 
Tanque deAireación 
Decantador Secundario 
Espesamiento 
Secado Lodo “Seco” 
Rio 
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49 
Parámetro Sistemas Convencionales Aireación Prolongada 
Tipo de reactor Flujo pistón Mezcla completa 
 Rango típico NBR - 570 Rango típico NBR - 570 
Tiempo de 
retención 
hidráulica (horas) 
3 a 6 > 1 18 a 36 > 15 
Edad del lodo(dias) 3 a 15 <18 20 a 30 
Concentración 
SSVTA (mg/L) 
1500 a 3000 3000 a 6000 
Relación (A/M) 
(kgDBO/kgSSV.d) 
0,2 a 0,5 0,05 a 0,15 
Factor de carga (f) 
(kgDBO/kgSS.dia) 
0,16 a 0,40 0,05 a 0,10 
Factor de recirc. de 
lodo (Qr/Q) 
0,25 a 0,50 0,75 a 1,50 
Neces. de oxígeno 
(kgO2/kgDBOapl.) 
> 1,5 > 2,0 
Densidad de 
potencia en el 
tanque aireación 
(W/m3) 
 > 10 > 10 
 
Prof. Dr. Francisco Arteaga Núñez 
50 
Muchas gracias !!! 
Prof. Dr. Francisco Arteaga Núñez