El proceso de lodos activados deriva su nombre de la masa biológica que se forma cuando se inyecta aire continuamente en las aguas residuales. En este proceso, los microorganismos se mezclan completamente con los compuestos orgánicos contenidos en las aguas residuales en condiciones que estimulan su crecimiento mediante el uso de los compuestos orgánicos como sustrato. A medida que los microorganismos crecen y se mezclan por la agitación del aire, los organismos individuales floculan para formar una masa activa de microbios (floculación biológica) llamada lodo activado.
En el proceso de oxidación aeróbica convencional, el agua residual fluye continuamente hacia un tanque de aireación donde se inyecta aire para mezclar el lodo activado con el agua residual y suministrar el oxígeno necesario para que los organismos oxiden los compuestos orgánicos. La mezcla de lodos activados y aguas residuales en el tanque de aireación se denomina licor mixto. La concentración de biomasa activa se denomina sólidos suspendidos volátiles de licor mixto (MLVSS). La concentración de biomasa activa más sólidos inertes se denomina sólidos suspendidos en licor mixto (MLSS). En un proceso de oxidación aerobia convencional, el licor mezclado fluye desde el tanque de aireación a un clarificador secundario donde se sedimenta el lodo activado. La mayor parte del lodo sedimentado se devuelve al tanque de aireación (se llama retorno de barros) para mantener la alta población de microbios que permite una rápida descomposición de los compuestos orgánicos. Debido a que se produce más lodo activado de lo deseable en el proceso, parte del lodo de retorno se desvía o se desecha al sistema de manejo de barros para su tratamiento y eliminación. El tiempo medio de residencia celular (MCRT), también llamado tiempo de retención de sólidos (SRT) o edad del lodo, se define como la cantidad de tiempo promedio que los microorganismos se mantienen en el sistema.
En los sistemas de lodos activados convencionales, las aguas residuales normalmente se airean durante seis a ocho horas en tanques de aireación rectangulares largos. Se proporciona suficiente aire para mantener el lodo en suspensión.
El aire se inyecta cerca del fondo del tanque de aireación a través de un sistema de difusores. El volumen de lodo devuelto a la etapa de aireación suele ser del 20 al 30 por ciento del flujo de aguas residuales.
El proceso de lodos activados se controla desperdiciando una porción de los microorganismos cada día para mantener la cantidad adecuada de microorganismos para oxidar eficientemente la DQO biodegradable (bDQO). *Desperdiciar significa que una parte de los microorganismos se descarta del proceso. Los microorganismos desechados se denominan lodos activados residuales (WAS). Entonces se logra un equilibrio entre el crecimiento de nuevos organismos y su eliminación por desgaste.
Si se desperdicia demasiado lodo, la concentración de microorganismos en el licor mezclado será demasiado baja para un tratamiento efectivo. Si se desperdicia muy poco lodo, se acumulará una gran concentración de microorganismos y, en última instancia, desbordará el tanque secundario y fluirá hacia la corriente receptora.
Hay muchos arreglos de proceso del proceso básico de lodos activados.
Debido a que las bacterias nitrificantes crecen mucho más lentamente que las bacterias heterótrofas, los sistemas diseñados para la nitrificación generalmente tienen tiempos de retención de sólidos e hidráulicos mucho más largos.