Operación de Plantas de Barros Activados: Control del Proceso – 5º Parte

Como cualquier proceso en operación, un sistema de barros activados sano puede aceptar, adaptarse a y asimilar una increíble cantidad de variaciones en caudal, carga o factores ambientales. No obstante, si no se llevan a cabo compensaciones o ajustes que equilibren dichos cambios, la eficiencia del tratamiento puede disminuir hasta niveles inaceptables. Afortunadamente la mayoría de los cambios pueden detectarse o predecirse tempranamente, posibilitando así los ajustes correctivos necesarios con antelación suficiente.

Operar una planta es similar a conducir un vehículo. El conductor se vale de las señales de tránsito para saber a qué distancia se encuentra de su destino. El combina dicha información con su velocímetro para deducir la distancia recorrida o remanente o inclusive cuánto tiempo le resta por conducir. Las señales de advertencia le informan sobre la reducción de velocidad o si se aproxima a un área riesgosa.

¿Cómo se relaciona la conducción de un vehículo a la operación de un proceso? En primer lugar el operador requiere de medios para evitar que el proceso escape de su control. Esto significa que debe mantener “el vehículo sobre la carretera y circulando a una velocidad segura hasta su destino”. Uno de los métodos más difundidos y empleados para ello es la manutención de una adecuada relación F/M. Cuando se emplea dicha relación, el operador calcula el balance más conveniente entre el sustrato que ingresa y la masa de organismos en la planta a fin de asegurar que la mayoría del sustrato sea removida y que los organismos más favorables para ello sean mayoría.

En segundo lugar el operador necesita controlar físicamente el proceso, en forma semejante a como el conductor utiliza los frenos, el acelerador y el volante para controlar su vehículo. En nuestro caso el proceso se controla variando la recirculación de barros para resiembra del proceso, también con la remoción del barro a fin de incrementar o disminuir el valor de M y por último modificando el caudal de aire que aporta el oxígeno necesario.

En tercer lugar el operador observa y compara signos que le permiten predecir situaciones y le alertan para que ejerza acciones correctivas a tiempo, evitando así inconvenientes o incluso accidentes.

Al igual que en el manejo de un vehículo, la observación continua no sólo mantiene al operador atento, sino que a menudo le aporta los primeros indicios de los problemas que se avecinan.

La observación juega un papel primordial en el conocimiento de cómo se desempeña el proceso. Un operador experimentado recurre a ciertos signos claves, por ejemplo: el color del barro y de la espuma sobrenadante, observa la superficie del líquido para detectar si el flujo es uniforme, etc.. Muchos operadores utilizan inclusive su sentido del olfato.

No obstante el uso de los sentidos por sí solo no es suficiente; el operador debe efectuar análisis del efluente en las distintas etapas del proceso para confirmar y probar sus juicios. A tal fin se emplean diversas determinaciones de laboratorio como indicadores de comportamiento. Las más comunes son: oxígeno disuelto (OD), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos en suspensión (SS), respiración endógena (RE), ensayos de sedimentabilidad (IVL o VL), pH y temperatura.

Por último el operador deberá evaluar los resultados obtenidos mediante la observación y los análisis químicos.

Fundamentalmente el mejor efluente de una planta se obtendrá cuando la calidad del barro sea óptima. Esta, a su vez, depende del estado de los microorganismos. Dicho estado será el más favorable cuando no estén ni en exceso ni en defecto en relación al sustrato disponible. Ello significa que se estará manteniendo un equilibrio constante en la relación F/M, o bien que los microorganismos permanecen el tiempo suficiente para metabolizar el sustrato -tiempo de residencia (q).

F/M y q son los dos métodos más comunes utilizados en la actualidad por los operadores de plantas para controlar sus procesos. El primero de ellos, F/M, es quizás el más antiguo y, por ende, el más empleado. El uso de la F/M se basa en la idea de que la cantidad de materia orgánica biodegradable que ingresa al sistema, afecta directamente la velocidad de crecimiento de los microorganismos. Por lo tanto es deseable que se mantenga una relación definida entre el sustrato (F) y los microorganismos (M). El método de control mediante q relaciona la cantidad de sólidos en el sistema con la tasa de crecimiento. Se expresa en unidades de tiempo (días) que un microorganismo promedio permanece en el sistema.

Es importante comprender diversas funciones básicas relativas a estos controles y sus relaciones, antes que el operador pueda emplearlos eficientemente. El siguiente diagrama ayudará a explicar estas consideraciones.

El diagrama está construído con una línea vertical AB que representa la masa (de microorganismos o sustrato). Comenzando en A, la masa crece hacia B. La línea horizontal AC representa el tiempo (t) en días, el cual se incrementa desde 0 en A hasta X días en C. Dentro de estas dos líneas se han trazado dos líneas curvas. Ambas representan qué es lo que acontece con un reducido grupo de microorganismos, cuando se les proporciona una abundante cantidad de sustrato a lo largo del tiempo.

Si detuviésemos el proceso en el tiempo (t1) podríamos ver que el sustrato es rápidamente asimilado y que los microorganismos se multiplican aceleradamente. Hay, en dichas condiciones, más cantidad de sustrato que de microorganismos. La actividad es elevada y se genera poca cantidad de barro activo. Si un proceso se operara en esta zona, los microorganismos serían jóvenes, altamente activos y, aunque el sustrato es consumido, el mismo no estaría estabilizado.

A medida que el tiempo se incrementa hasta el punto (t2) se ve que ambas curvas se cruzan. En este punto las masas totales de microorganismos y de sustrato son iguales, decimos por lo tanto que la relación F/M es igual a 1,0. Continuando en el tiempo el proceso entra en una fase declinante, en la cual la cantidad de sustrato disponible es limitante para la velocidad de crecimiento de los microorganismos. Nótese que en los puntos ED los microorganismos ya exceden en cantidad al sustrato y más aún en los puntos FG. Esto señala que, a medida que transcurre el tiempo, la relación F/M disminuye.

Nuevamente, avanzando en el tiempo, la actividad decae y, debido a la falta de sustrato disponible, la velocidad de crecimiento también decrece. El proceso entra en la fase endógena y la masa de microorganismos comienza a disminuir. En función de ello parte de los mismos muere, las células se desintegran y liberan algo del sustrato contenido para mantener la población remanente. Así, aún en la fase endógena, existe algo de crecimiento. Los procesos que son operados en esta zona desarrollarán un barro viejo de rápida sedimentación.

Seguidamente se exponen algunas consideraciones generales sobre F/M y q, admitiendo que las demás condiciones están adecuadamente controladas.