Operación de Plantas de Barros Activados: Control del Proceso – 2º Parte

2. La conversión de la materia orgánica en material celular, una vez que la misma ha ingresado a la célula.

3. La floculación, que sucede una vez que los microorganismos están “satisfechos” y su actividad disminuye. Esta etapa requiere de un medio en relativo reposo, tal como se provee en la fase de separación. Operativamente entonces se debe garantizar un adecuado aquietamiento en el sedimentador final.

Es importante señalar que estas tres etapas acontecen continua y simultáneamente en el proceso. En consecuencia el operador debe controlar el mismo de manera que las etapas de transferencia y conversión se completen en la cámara de aireación bajo las condiciones adecuadas.

El análisis precedente ha mostrado cómo la DBO es removida del efluente por los microorganismos. Este sustrato junto con el oxígeno deben luego convertirse en nuevo material celular por el proceso de síntesis y oxidarse a productos residuales tales como dióxido de carbono, amoníaco y agua.

Ambas reacciones constituyen el metabolismo y se llevan a cabo simultáneamente. No obstante, una u otra predominarán según en qué fase de crecimiento celular está operando el proceso y en qué relación se encuentra la cantidad de microorganismos disponibles respecto del sustrato.

Cuando un proceso se opera, intencionalmente o no, de modo que las reacciones involucradas no se completen, el resultado neto es una disminución en la eficiencia del mismo.

Al operar un proceso de barros activados de este modo, la cantidad de microorganismos no queda limitada por el sustrato disponible y por ende se incrementa rápidamente. Esto significa que predomina el proceso de síntesis.

Los microorganismos en esta fase son jóvenes y eminentemente activos y exhiben por ende una elevada demanda de sustrato y oxígeno. No poseen la capacidad de consumir todo el sustrato disponible, ya que los microorganismos recirculados no están aún preparados para la asimilación y por consiguiente no contribuyen a una significativa remoción de la DBO. Asimismo, debido a su elevado nivel de actividad, las células no floculan con facilidad y no sedimentan rápidamente.

En consecuencia el operador notará un incremento en ambos DBO y sólidos en suspensión en el efluente final. Podrán observarse dos características adicionales: nubes ondulantes de partículas marrones en suspensión en el sedimentador y espuma blanquecina en el reactor aeróbico.

Esta situación puede confirmarse mediante los ensayos siguientes:

1. El oxígeno disuelto en el reactor disminuirá ya que habrá una mayor demanda del mismo.

2. El oxígeno disuelto en el sedimentador estará cercano a cero. Esto sucede ya que el metabolismo que debería llevarse a cabo en el reactor aeróbico, ocurre ahora en el sedimentador.

3. El índice volumétrico del barro activado será elevado ya que sedimenta lentamente, si eventualmente lo hace.

4. La tasa de consumo de oxigeno estará muy por encima de la normal.

5. La DBO en el efluente final se incrementará ya que no hay suficientes microorganismos y el sustrato sin asimilar será arrastrado por el efluente.

6. La relación F/M será elevada.

7. El tiempo de residencia celular estará por debajo del tiempo mínimo requerido para el metabolismo.

8. Los sólidos en suspensión en el licor mezclado crecerán rápidamente.

Normalmente ésta es una situación temporaria, producida por un exceso de carga orgánica o una exagerada purga de barros. Si estas condiciones persisten por más de 48 horas, pueden generarse serios problemas de abultamiento de barros.

Las correcciones normales al proceso incluirán un incremento del suministro de aire, en función de las lecturas de oxigeno disuelto. Si se requieren ajustes de largo plazo, deberá disminuírse la frecuencia de purga de barros, en orden a incrementar el tiempo de residencia celular.

En el otro extremo tenemos un proceso operado con un barro viejo. En este caso el nivel de actividad de los microorganismos es bajo y la demanda de sustrato y de oxígeno decrece. La baja actividad permite la formación de un floc denso que sedimenta demasiado rápidamente, dejando material particular en suspensión en los estratos superiores del sedimentador. Como consecuencia de la baja demanda de sustrato, los organismos que se recirculan al reactor aeróbico no son capaces de su utilización máxima.

El operador observará que una gran cantidad de floc minúsculo es arrastrada del sedimentador, pero que el nivel de barros estará a menos de un cuarto de la profundidad total. También se notará una espuma negruzca en la superficie del reactor aeróbico.

Esta situación puede confirmarse mediante los ensayos siguientes:

1. El oxigeno disuelto en el sedimentador es superior al normal.

2. El oxigeno disuelto en el reactor aeróbico es superior al normal.

3. El índice volumétrico del barro activado es bajo ya que asienta con rapidez y se compacta mucho.

4. La tasa de consumo de oxígeno será inferior a la normal.

5. La DBO del efluente final no presentará variación apreciable.

6. Los sólidos en suspensión en el efluente final se incrementarán ligeramente.

7. La relación F/M será baja.

8. El tiempo de residencia celular será demasiado largo, dando lugar a un barro viejo y sobreoxidado.

9. Los sólidos en suspensión en el licor mezclado serán elevados.

Esta situación ocurre a menudo ya que el operador sigue a pie juntillas la regla que dice: “Mantenga los sólidos del licor mezclado al mayor nivel posible, con el objeto de tener suficiente microorganismos a mano y así poder afrontar rápidamente las cargas bruscas”. Obviamente ésta es una operación segura, pero genera sus problemas. La respuesta correctiva consistirá en disminuir el tiempo de residencia celular e incrementar la relación F/M mediante un aumento de la purga de barros.

Dos variantes del proceso de barros activados se operan intencionalmente con barro viejo. La aireación prolongada y los digestores aeróbicos operan en la zona endógena con bajas cargas, una gran masa de microorganismos y prolongados tiempos de residencia celular. Una operación continua bajo estas condiciones produce una masa de barro extremadamente liviano. Curiosamente, cuando la célula muere, se desintegra y libera la materia orgánica acumulada para que sea empleada como sustrato por los organismos restantes.

El proceso de barros activados convencional es más eficiente cuando la masa de barro activado no es ni joven ni vieja. El mayor énfasis está en la calidad del barro más que en su cantidad. La operación del proceso está limitada a un rango estrecho de concentración de sólidos en suspensión y de tiempos de residencia celular.

La operación óptima se caracteriza por:

1. Un suficiente tiempo de residencia en el reactor aeróbico para metabolizar el sustrato.

2. Un tiempo de residencia celular adecuado para la formación de un barro activado sano.

3. Suficiente masa de microorganismos para remover y metabolizar la totalidad de la carga orgánica que adviene.

4. Un barro de buena sedimentabilidad es decir, que asiente con la lentitud suficiente para arrastrar la mayoría de la partículas en suspensión.

5. Los microorganismo en el barro recirculado están preparados para comer de nuevo.

Los sólidos se acumularán diariamente en el sistema como resultado del metabolismo. Se ha determinado de varias plantas que operan con efluentes cloacales que, dadas las condiciones óptimas, el nuevo material celular crecerá a una velocidad de 0,56 kg de sólidos por día por cada kg de sustrato (DBO) removido del sistema. Las velocidades de crecimiento variarán de planta a planta, debido a la diversidad de los contaminantes y otros factores tales como:

1. La velocidad disminuirá con el incremento de la edad del barro ya que el proceso ingresará ha la zona endógena.

2. La velocidad debería disminuír con el incremento de los sólidos en suspensión en el licor mezclado.

3. Una elevada relación F/M producirá velocidades grandes hasta que el crecimiento quede limitado por el sustrato disponible. A la inversa, bajas relaciones producirán bajas velocidades.

4. La velocidad de crecimiento está altamente influenciada por la temperatura. La disminución de la temperatura reduce drásticamente la velocidad del crecimiento y así, durante los fríos meses de invierno la misma es menor que en verano.

Descontando toda oxidación en el sistema, podemos decir que el incremento diario de sólidos es la suma de los intencionalmente purgados más los que continúan arrastrados por el efluente. La purga intencional se requiere por dos razones:

1. Como el método principal de mantener la relación F/M.

2. Reducir al mínimo el arrastre de sólidos en el efluente final.