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LODOS ACTIVADOS

MIGUEL DAVID FUENTES GUEVARA CARLOS MARIO JULIO NIETO ANDREA CAROLINA URIBE BENJUMEA ANDREA CAROLINA VILLERO GONZALES

HERNANDO OÑATE DOCENTE

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGICAS GRUPO 01 VALLEDUPAR 2014

1. Porque un lodo se comporta como un lodo flocúlenlo, no flocúlenlo o abultado Un lodo se comporta como no floculento debido a las relaciones A/M bajas (< 0.3 d-1), la cantidad de alimento (sustrato) presente en el sistema es insuficiente para mantener el crecimiento de microrganismos, por lo que se ven obligados a vivir bajo el sistema de respiración endógena. Una célula de bacteria típica contiene un material citoplasmático rico en proteínas y ácido ribonucleico (ARN) y es la principal porción de la célula que se metaboliza durante el proceso de respiración endógena. El residuo que queda del metabolismo endógeno esta constituido principalmente por capsulas celulares muy ligeras que resisten la sedimentación. Esta es la razón por la cual a relaciones bajas de A/M el lodo tiene unas características muy pobres para su decantación. El lodo obtenido bajo estas condiciones corresponde a floculos dispersos. Un lodo se comporta como abultado o bulking debido a las relaciones A/M elevadas (> 0.6 d-1) y hay un predominio de un tipo de microorganismo de naturaleza filamentosa. Este tipo de colonia no decanta bien permaneciendo en suspensión casi continuamente. El lodo inflado bajo estas condiciones es el que se denomina abultado. Un lodo floculante es el que se encuentra a valores de la relación A/M comprendido entre estos dos extremos, el lodo tiene buenas características de sedimentación

Para que un lodo tenga condiciones de sedimentación óptimas debe presentar una VSZ (velocidad de sedimentación por zonas) elevada y un IVL bajo, la mejor relación A/M como se indica en la figura, corresponde al máximo de la curva VSZ y al mínimo de la curva IVL. (4) 2. Como influyen los microorganismos que conforman el lodo en su floculabilidad y sedimentabilidad. El tener un cierto número de organismos filamentosos puede ser beneficioso, porque en comparación con los organismos que se agrupan en floculos, pueden conseguir una mayor toma de nutrientes. Además su forma de organizarse permite captar partículas flotantes. La desventaja de este tipo de bacterias es la baja sedimentabilidad y por lo tanto altos costes del tratamiento del lodo. Un incremento en el desarrollo de microorganismos puede generar dos tipos de fenómenos indeseables: - hinchamiento de lodos: es referido a lodos con muy bajas propiedades de sedimentación y espesamiento. En la mayoría de los casos, los lodos hinchados se acumulan en el clarificador, donde se forma una capa espesa y tiene que ser removido para evitar colmatación (acumulación de sedimentos). - Flotación de lodos: Generalmente son provocado por exceso de actinomycetes y otros microorganismos filamentosos, caracterizados por una superficie celular hidrofóbica. Esta superficie celular hidrofóbica adsorbe las burbujas de aire y nitrógeno nadando en la superficie. (1) 

Porque se desarrollan los microorganismos filamentosos. Las razones de aparición de gran concentración de microorganismos filamentosos son: - Poca carga de lodo - Composición del agua residual - Variaciones del agua residual Dado el incremento de las demandas en los objetivos de purificación la carga de lodo, esto es la carga diaria de DBO (Demanda Biológica de Oxigeno) y la cantidad de materia seca en el tanque activo de lodos, disminuye. Esto provoca el crecimiento en exceso de organismos filamentosos, porque estos organismos necesitan (al contrario que las bacterias formadoras de floculos) altas velocidades de crecimiento incluso bajo condiciones de poco sustrato y bajo contenido de oxígeno. (1)

Las bacterias filamentosas tienen mayor relación área / volumen que las formadoras de floc, esto las ayuda a sobrevivir en condiciones de baja concentración de oxígeno y de nutrientes, así como medios con poca presencia de alimento es decir, con una baja relación A/M (Alimento/ Microorganismo). Otra razón para el dominio de las bacterias filamentosas es la gran cantidad de nutrientes en la composición de las aguas residuales, por ejemplo, en las descargas industriales. También las variaciones en el efluente, por ejemplo flujos inestables, variación de temperatura y cambios en la composición de los nutrientes de las aguas residuales, puede suponer un crecimiento de estos organismos. (1) El crecimiento bacteriano se comporta según el modelo de Monod:

El parámetro Ks representa la afinidad de la bacteria hacia el sustrato y se debe mencionar que las bacterias filamentosas poseen mayor afinidad al sustrato debido a la gran área superficial que poseen. Esto hace que a bajas A/M filamentosas poseen más capacidad de sobrevivir. Un ejemplo de esto es, en la Figura se observa como a bajas concentraciones de sustrato la bacteria filamentosa posee un valor mayor de crecimiento específico mientras que a altas concentraciones de sustrato es la bacteria formadora de flóculo la que domina. (3)

También influirán en el desarrollo de microorganismos filamentosos como lo son las aguas residuales con altos contenidos de carbohidratos o sustratos orgánicos fácilmente biodegradables. Los bajos valores de: A/M, pH y niveles de oxígeno y deficiencia de nutrientes son también factores que favorecen el crecimiento de microorganismos filamentosos.

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Como se controlan, y como se logran eliminar del lodo. Existen varios métodos para el poder controlar los microorganismos filamentosos, algunos son métodos que se tienen que prever desde el diseño de la planta como la utilización de selectores biológicos, otros están directamente relacionados con la operación del sistema como lo son el manejo de la relación A/M, el pH, el oxígeno disuelto y finalmente se pueden utilizar métodos como los tratamientos con oxidantes como cloro, peróxido de hidrógeno o el uso de coagulantes y floculantes para mejorar la separación de la biomasa en caso de un evento de filamentosas. Se considera ideal el uso de selectores puesto que es una forma natural de controlar las filamentosas, simplemente generando las condiciones para que no proliferen. Este método no es muy costoso puesto que solamente se requieren tanques con un tiempo de retención entre 20 a 45 minutos, donde mezclar el retorno de la biomasa con el agua cruda que es la que tiene mayor cantidad de sustrato. Existen también productos formulados específicamente para el control de filamentosas, mezclas entre biocidas y ayudantes de sedimentación que pueden ser aplicados por cortos períodos hasta controlar los eventos de filamentosas, y posteriormente tomar medidas en la forma de operar la planta para evitar que se vuelvan a formar (2) Otra solución es la instalación de sistemas en cascada. En ambos casos el gradiente de sustancias compensa la carga baja de agua residuales y previere la formación de lodos hinchado. (1)

3. Como influye el contenido de nutrientes en la floculabilidad del lodo. El contenido de nutrientes afecta de una forma general en la floculabiblidad de lodos. Ya que los microorganismos que ayudan al proceso de lodos necesitan nutrientes para descomponerlos y así poder ayudar al proceso de clarificación. Es decir que el déficit de nutrientes afecta la floculabilidad y por ende la sedimentabilidad de los lodos, pero una presencia excesiva también puede ser contraproducente en el proceso ya que se pueden sedimentar y por ende provocarse efectos secundarios que son necesarios. •

Que problemas puede presentar el exceso o el déficits de algún nutriente, como se logra controlar ese efecto.

En la ingeniería de aguas residuales sólo dos elementos son considerados como nutrientes, el nitrógeno y el fósforo de esta manera, cuando hablamos de nutrientes nos referimos sólo a estos dos elementos la razón es que ambos elementos son considerados nutrientes limitantes ya que son responsables directos de la eutrofización de aguas superficiales en el cultivo de bacterias, el nitrógeno, fósforo y sulfuros son llamados macronutrientes porque ellos son los que contienen principalmente la biomasa. elementos como fe, ca, mg, k, mo, zn y co pueden ser clasificados como micronutrientes, dado que la fracción de masa de esos elementos en la biomasa es despreciable, no obstante pueden jugar un rol importante en el metabolismo celular. 

Nitrogeno:

El nitrógeno es un elemento indispensable para los microorganismos, ya que es básico para la síntesis de proteínas, que son el principal componente de las células. Por lo tanto la ausencia de éstas provocará una alteración grave del metabolismo de los microorganismos. En aguas residuales urbanas el nitrógeno está presente en dos formas básicas.  Nitrógeno inorgánico: El nitrógeno inorgánico puede ser encontrado en tres formas en medioambiente acuáticos bajo concentraciones importantes. Como nitrógeno reducido en amoniaco y nitrógeno oxidado en nitrito y nitrato. Como resultado de reducciones en la mayoría de las alcantarillas, las aguas residuales en la entrada de las plantas de tratamiento contienen cantidades despreciables de formas oxidadas de nitrógeno inorgánico. El nitrógeno amoniacal existe en medioambientes acuáticos en dos formas, amoniaco gaseoso disuelto, NH3, y amoniaco ionizado, NH4+. La proporción entre las concentraciones de ambas formas de nitrógeno amoniacal depende del pH y la temperatura del agua residual. En el rango de temperatura de 10 a 20 ºC y pH de 7 a 8.5, que son valores característicos de aguas residuales municipales, alrededor del 95% del nitrógeno reducido está presente en la forma ionizada NH4+. Ésta es una característica muy importante, ya que el amoniaco gaseoso, NH3, es mucho más tóxico para los microorganismos que el ion amoniaco NH4+.  Nitrógeno enlazado orgánicamente: Con la excepción de organonitrosos y compuestos nitrogenados que provienen de fuentes industriales, el nitrógeno enlazado orgánicamente en las aguas residuales urbanas está presente

mayoritariamente en los grupos aminos - NH2. El nitrógeno en grupos aminos está en el mismo estado de oxidación que el nitrógeno amoniacal. La suma de ambas formas de nitrógeno, orgánico e inorgánico, es frecuentemente llamado Nitrógeno Total Kjeldahl TKN. 

FOSFORO: Este compuesto que tiene vital importancia para la síntesis celular se debiera Encontrar en un 1% respecto a la DBO.

El fósforo se presenta en la forma de fosfatos originados en las aguas residuales urbanas debido a la degradación de sustancias orgánicas con contenido de fósforo y por la hidrólisis de polifosfatos comúnmente usados en detergentes biodegradables. En los sistemas de lodos activos tradicionales el fósforo proveniente de las aguas residuales es utilizado sólo para la síntesis de nuevos compuestos de la biomasa. Cuando el fósforo se encuentra en exceso es almacenado por las células en forma de polifosfatos en contrapeso con iones Ca2+, Mg2+ y K+. Los polifosfatos junto a materiales proteínicos y lipídicos forman gránulos intracelulares llamados volutina. Esos gránulos son metacromáticos y cambian el color de ciertos elementos traza. El principal propósito del almacenaje de los polifosfatos en la mayoría de las bacterias es que éste sirve como fuente de fósforo en períodos de escasez.

En cultivos de alimentación discontinua, donde el substrato o nutrientes están presentes en cantidades limitadas, el que primero se agote detendrá el crecimiento. Por tanto en un cultivo de tipo continuo, el hecho de que se agote uno de estos requisitos provocará un efecto de limitación del crecimiento

La formación de flóculos en los lodos activos es muy importante en el proceso de sedimentación, dado que si los microorganismos no floculan, difícilmente sedimentarán gravitacionalmente como partículas discretas. Los flóculos de lodos activos están formados por varias especies de microorganismos llamados formadores de floc (floc-formers). Estos formadores de flóculos están representados principalmente por el género de las Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flaviobacterium, y Zoogloea. Éstos y muchos otros quimiorganotróficos son capaces de convertir sustratos orgánicos en materia extracelular específico llamado glycocalyx . La floculación es producida gracias a la existencia de este polímero en el licor de mezcla. Sin embargo dependiendo de su concentración dará lugar a una buena o mala sedimentación. IMPACTO DE LA CARENCIA DE NUTRIENTES Anteriormente se mencionó que los microorganismos necesitaban sustratos para su metabolismo, es decir, para el anabolismo que se encarga del crecimiento de nuevas células y la mantención de los tejidos y para el catabolismo que se encarga de la

producción de energía para todas las reacciones internas y externas de las células. Además de la fuente de carbono, necesitan nutrientes para la síntesis de compuestos celulares. Por lo tanto la presencia de nutrientes es esencial para el crecimiento balanceado de los microorganismos. Sin embargo cuando las concentraciones de nutrientes no están de acuerdo con los requerimientos celulares, los compuestos orgánicos provenientes de las aguas residuales no pueden continuamente seguir siendo transformados en biomasa. Dependiendo de las concentraciones de estos nutrientes la síntesis de nueva biomasa puede incluso cesar o su senda bioquímica cambiar. La respuesta de los microorganismos a la carencia de nutrientes consiste en desviar el flujo de carbono extracelular de la ruta habitual para producir polímeros y polisacáridos en lugar de proteínas y otros compuestos celulares. De esa manera la escasez de nutrientes en el licor de mezcla provoca siempre un incremento peligroso de bulking viscoso causado por un exceso de biopolímeros extracelulares. Más aún algunos microorganismos filamentosos crecen preferentemente bajo condiciones de nutriente limitante. Es por esto la especial observación a la desproporción de nutrientes con la fuente carbónica.

BIBLIOGRAFIA (1) Lenntech. Soluciones de tratamiento de aguas. Crecimiento en exceso de bacterias filamentosas -problemas y soluciones. Disponible en: http://www.lenntech.es/microorganismos-filamentosos.htm (2) Portal de revistas científicas y arbitradas de la UNAM. Revista internacional de contaminación ambiental. Control del crecimiento de microorganismos filamentosos en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales. Disponible en: http://www.journals.unam.mx/index.php/rica/article/view/25181/23673 (3) Guía ambiental conocimiento y medio ambiente. Conocimiento calidad del agua. Lodos activados. Disponible en: http://www.guiaambiental.com.ar/conocimiento-calidad-de-agua-lodosactivados.html. (4) Google books. R.S Ramalho. Tratamiento de aguas residuales. Introducción al tratamiento de aguas residuales. Disponible en: http://books.google.com.co/books?id=30etGjzPXywC&pg=PA254&lpg=PA254&dq =lodo+floculento&source=bl&ots=OBp9HXfArc&sig=Pfx0W_rz4GQlPOZ-n9SvKxtCgE&hl=es&sa=X&ei=UdaLU7qfDOPLsQSe9ILYBg&ved=0CE0Q6AEwBQ#v=on epage&q=lodo%20floculento&f=false.