Folletos Informativos de Tecnología de Aguas Residuales de la EPA : Zanjas de oxidación. Parte 1

Fuente: www.epa.gov

DESCRIPCIÓN

Una zanja de oxidación es una modificación del sistema biológico de tratamiento con lodos activados que utiliza un tiempo extenso de retención de sólidos (solids retention times, SRT) para la remoción de compuestos orgánicos biodegradables. Las zanjas de oxidación funcionan normalmente como sistemas de mezcla completa, pero pueden ser modificados para simular las condiciones de flujo en pistón (Nota: a medida que las condiciones se aproximan al flujo en pistón se debe utilizar la difusión de aire para proporcionar mezclado suficiente, pero en ese caso el sistema ya no opera como una zanja de oxidación). Los sistemas de tratamiento típicos con zanjas de oxidación tienen una configuración de anillo, óvalo o tanque en forma de herradura dentro de los cuales se encuentran uno o múltiples canales. Por esta razón las zanjas de oxidación se denominan comúnmente con reactores de tipo carrusel. Aireadores montados en forma vertical u horizontal proporcionan la circulación del agua, la transferencia de oxígeno y la aireación en las zanjas.

Fuente: Parsons Engineering Science, Inc., 2000.

FIGURA 1 SISTEMA TÍPICO DE LODOS ACTIVADOS CON ZANJAS DE OXIDACIÓN

Los tratamientos primarios tales como rejillas y desarenadores normalmente preceden a las zanjas de oxidación. Algunas veces se incluye sedimentación primaria antes de las zanjas, pero este no es el diseño típico. Se pueden necesitar filtros terciarios después de la sedimentación dependiendo de los requisitos de descarga del efluente. La desinfección es requerida y puede necesitarse reaireación antes de la descarga final. El agua que fluye por las zanjas de oxidación es aireada y mezclada con lodo recirculado del sedimentador secundario. La Figura 1 presenta un diagrama típico de flujo de proceso para una planta que utiliza zanjas de oxidación.

Aireadores de superficie tales como los de rotores de cepillo, de disco, de chorro o de difusor de burbuja fina son usados para recircular el licor mezclado para acelerar el crecimiento microbiano; al mismo tiempo la velocidad resultante asegura el contacto de los microorganismos con el afluente de agua residual. La aireación aumenta drásticamente el nivel de oxígeno disuelto (O.D.), pero este disminuye debido a que la biomasa consume oxígeno a medida que el licor mezclado se desplaza por la zanja. Los sólidos se mantienen en suspensión a medida que el licor mezclado circula alrededor de la zanja. Si los valores de diseño de SRT se seleccionan para la nitrificación, esta se logra en un alto grado. El efluente de las zanjas de oxidación normalmente se clarifica en un sedimentador secundario separado. Un tanque anaeróbico puede ser añadido antes de la zanja para mejorar la remoción biológica del fósforo.

Una zanja de oxidación también puede ser operada para lograr desnitrificación parcial. Una de las modificaciones de diseño más comunes para mejorar la remoción de nitrógeno se conoce como el proceso modificado de Ludzack-Ettinger (MLE). En este proceso, según se ilustra en la Figura 2, un tanque anóxico se añade aguas arriba de la zanja en conjunto con licor mezclado de recirculación procedente de la zona aeróbica para obtener altos niveles de desnitrificación. En el tanque aeróbico, las bacterias autotróficas (nitrificadoras) convierten el nitrógeno amoniacal a nitrógeno en forma de nitritos y luego a nitratos. En la zona anóxica, las bacterias heterotróficas convierten el nitrógeno en forma de nitratos a nitrógeno gaseoso, que es liberado a la atmósfera. Parte del licor mezclado del tanque aeróbico es recirculado a la zona anóxica para suministrar un licor mezclado con un alto contenido de nitratos.

Varios fabricantes han desarrollado modificaciones al diseño de las zanjas de oxidación para la remoción de nutrientes en condiciones de reciclado o en fases entre los estados anóxico y aeróbico. Mientras que los mecanismos de operación difieren de un fabricante a otro, en general el proceso consiste de dos tanques separados de aireación, el primero anóxico y el segundo aeróbico. Agua residual y lodo activado recirculado son introducidos al primer reactor, el cual opera en condiciones anóxicas. El licor mezclado fluye luego al segundo tanque que opera en condiciones aeróbicas. Los procesos se
invierten posteriormente y el segundo reactor comienza a operar en condiciones anóxicas.

Fuente: Parsons Engineering Science, Inc., 1999

FIGURA 2 PROCESO MODIFICADO DE LUDZACK-ETTINGER

APLICABILIDAD

El proceso de las zanjas de oxidación es una tecnología de eficiencia demostrada para el tratamiento secundario de aguas residuales que es aplicable a cualquier situación en donde sea apropiado el sistema de lodos activados (convencional o de aireación extendida). Las zanjas de oxidación pueden utilizarse en plantas que requieren nitrificación porque los tanques pueden ser dimensionados usando un tiempo de retención de sólidos apropiado para que se produzca nitrificación a la temperatura mínima del licor mezclado. Esta tecnología es muy efectiva en instalaciones pequeñas, comunidades pequeñas e instituciones aisladas porque requieren un área de terreno mayor que las plantas de tratamiento convencionales.

El proceso de oxidación se originó en Holanda con la instalación de la primera planta a gran escala en Voorschoten en 1954. Actualmente hay más de 9,200 instalaciones municipales de zanjas de oxidación en los Estados Unidos (WEF, 1998). La nitrificación requerida para obtener concentraciones de nitrógeno amoniacal menores a 1 mg/L se logran en forma consistente cuando las zanjas se diseñan y se operan para la remoción de nitrógeno.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas

La principal ventaja de las zanjas de oxidación es su capacidad de lograr los objetivos de remoción de contaminantes con requerimientos operacionales reducidos y a bajos costos de operación y mantenimiento. Algunas de las ventajas específicas de las zanjas de oxidación incluyen:

• Un nivel mayor de confiabilidad y desempeño con relación a otros procesos biológicos debido a que el nivel constante de agua y la descarga continua reducen la tasa de rebose del vertedero y eliminan la sobrecarga periódica de efluente que son comunes en otros procesos biológicos tales como los reactores secuenciales en tandas (SBR).
• El tiempo extendido de retención hidráulica y la mezcla completa minimizan el impacto de cargas contaminantes extremadamente altas o de sobrecargas hidráulicas.
• Produce menos lodos que otros sistemas biológicos debido a la extensa actividad biológica durante el proceso de lodos activados.
• La eficiencia de operación en cuanto al uso de energía da como resultado la reducción de consumo de electricidad en relación con otros procesos biológicos de tratamiento.

Desventajas

• Las concentraciones de sólidos suspendidos en el efluente son relativamente altas en comparación con otras modificaciones del proceso de lodos activados.
• Requiere una superficie de terreno más grande que otras opciones de tratamiento con lodos activados. Esto puede ser muy costoso, restringiendo la factibilidad de uso de las zanjas de oxidación en áreas urbanas, suburbanas y otras áreas en donde el costo de la adquisición de terrenos es relativamente alto.

REFERENCIAS

Otros Folletos Informativos relacionados: Otros Folletos Informativos de la U.S. EPA se pueden obtener en el siguiente sitio de Internet: http://www.epa.gov/owmitnet/mtbfact.htm

1. Baker Process, 1999. Personal communication with Betty-Ann Custis, Senior Process Engineer, Memorandum to Parsons Engineering Science, Inc.
2. City of Casa Grande, Arizona, 1999. Facsimile from Jerry Anglin to Parsons Engineering Science, Inc.
3. Ettlilch, William F., March 1978. A Comparison of Oxidation Ditch Plants to Competing Processes for Secondary and Advanced Treatment of Municipal Wastes.
4. Ellington, Jimmy, 1999. Plant Superintendent, Tar River Water Reclamation Facility. Personal conversation with Parsons Engineering Science, Inc.
5. Kruger, Inc. 1996. A2O &ATAD Processes provide Effective Wastewater, Biosoilds Treatment for Titusville, Fla. Fluentlines, 1 (2).
6. Metcalf and Eddy, Inc., 1991. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse. 3rd edition. New York: McGraw Hill.
7. Sherwood Logan and Associates, Inc., 1999. Personal communication with Robert Fairweather. Faxsimile transmitted to Parsons Engineering Science, Inc.
8. Town of Edgartown, Massachusetts, 1999. Facsimile from Mike Eldridge to Parsons Engineering Science, Inc
9. U.S. Environmental Protection Agency, February 1980. Innovative and Alternative Technology Assessment Manual. Office of Water Program Operations, Washington, D.C. and Office of Research and Development, Cincinnati, Ohio.
10. U.S. Environmental Protection Agency, Municipal Environmental Research Laboratory, September 1991. Office of Research and Development, Cincinnati, Ohio, EPA-600/2-78-051. Prepared by HydroQual, Inc. Preliminary Draft Evaluation of Oxidation Ditches for Nutrient Removal.
11. Water Environment Federation, 1998. Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 4th edition, Manual of Practice No. 8: Vol 2, Water Environment Federation: Alexandria, Virginia.

INFORMACION ADICIONAL

City of Findlay, Ohio Jim Paul, Supervisor – Water Pollution Control 1201 South River Road Findlay, OH 45840

Edgartown Wastewater Department Michael Eldredge, Chief Operator P.O. Box 1068 Edgartown, MA 02539

Casa Grande WWTP Jerry Anglin, Chief Operator 1194 West Koartsen Casa Grande, AZ 85222

Tar River Wastewater Reclamation Facility Jimmy Ellington, Superintendent 110 W. Nash St. Louisburg, NC 27549

National Small Flows Clearing House at West Virginia University P.O. Box 6064 Morgantown, WV 26506

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