Operación de Plantas de Barros Activados: ¿Qué pasa después de la aireación? – 3º Parte

Todos los diversos tipos de microorganismos presentes en el licor mezclado remueven el sustrato orgánico y producen un barro floculento. A fin de completar el proceso de depuración dicho barro deberá ser separado del líquido.

Uno de los propósitos claves del tratamiento es producir un barro que posea elevada sedimentabilidad. Esto es necesario por dos motivos: (1) un floc de elevada sedimentabilidad arrastrará las partículas finas en suspensión, evitando su arrastre en el efluente final y (2) se reducen sensiblemente los costos de equipamiento al requerirse unidades menores para un barro que sedimenta bien.

La fase de separación y remoción del barro se lleva a cabo en una unidad denominada sedimentador secundario o sedimentador final.

Una sedimentación eficiente depende de mantener el mejor balance entre el caudal de ingreso y el de recirculación, de la sedimentabilidad del barro (IVL: Indice Volumétrico del Lodo) y de la concentración de SSLM (Sólidos en Suspensión en el Licor Mezclado). El arrastre de sólidos ocurrirá si:

Las condiciones para una sedimentación óptima son:

CLARIFICACION: Cualesquiera sólidos que escapen a la separación reducirán la calidad del efluente en términos de DBO y sólidos en suspensión. Por lo tanto es de fundamental importancia que el sedimentador sea operado de modo que la remoción de barro sea máxima.

SEDIMENTACION: Operativamente, la mayor eficiencia en la captura de sólidos se obtendrá cuando las propiedades de los sólidos que ingresan son tales que la tensión superficial de los mismos es rápidamente eliminada, permitiendo que éstos sedimenten. Este fenómeno sucede cuando los microorganismos no son ni demasiado jóvenes ni viejos. El barro joven es demasiado liviano y no sedimenta bien. El barro viejo como es más pesado sedimenta demasiado rápido y reduce la oportunidad de choque necesaria para capturar los sólidos finos en la parte superior del recinto.

A medida que el licor mezclado fluye a través del recinto, los sólidos sedimentan creando un manto de lodos de altura variable. En ciertos momentos este manto puede ascender a la superficie y desbordar por el vertedero de salida. Este situación se denomina a menudo “abultamiento del barro”.

Los sólidos se asentarán por gravedad si su peso específico es ligeramente superior al del agua. La sedimentación gravitacional depende de ambos la concentración de SSLM y de la sedimentabilidad del barro tal como se mide con el índice IVL. El IVL ideal es 100. La velocidad de sedimentación mejora también con la velocidad de extracción de la recirculación.

ESPESAMIENTO O CONCENTRACION: La concentración de sólidos en la recirculación incide directamente sobre el nivel de SSLM en el recinto de aireación.

Factores que influyen en la concentración son el IVL del barro, la velocidad de extracción del barro (recirculación más purgas) y la concentración de SSLM en el ingreso. En general, al incrementar la remoción disminuye la concentración de sólidos sedimentables y viceversa. Una disminución en la concentración de la recirculación produce una disminución equivalente en los SSLM si el caudal de la misma permanece invariable. Por lo tanto, uno de los objetivos operacionales es obtener una concentración suficiente en la recirculación a fin de controlar el valor de M y mantenerlo. Si el sedimentador no puede desarrollar esta concentración, una alternativa será incrementar el caudal de recirculación en orden a suministrar la masa adecuada de barro activo al recinto de aireación. Este recurso sin embargo puede tener las limitaciones siguientes:

También se requiere una elevada concentración de sólidos en la fase de purga de barros a fin de reducir los volúmenes a evacuar así como el tamaño de los eventuales equipos de deshidratación.

REMOCION DE SOLIDOS: La remoción de sólidos en los sedimentadores actuales se realiza mediante algún dispositivo de aspiración (air-lift, bomba a diafragma, bomba centrífuga, etc.), auxiliado en algunos casos por mecanismos barredores que arrastran el barro del fondo hacia una poceta colectora.

La velocidad de remoción de sólidos (recirculación más purgas) y la concentración del barro sedimentado son recursos empleados por el operador para controlar, ajustar o mantener la concentración de sólidos en el licor mezclado del recinto de aireación. La aplicación de este método permite así ajustar M en respuesta a las variaciones de F.

La carga y las características de sedimentabilidad del barro afectarán la clarificación, la concentración y las funciones de remoción del sedimentador.

HIDRAULICA: La carga hidráulica es una consideración importante en la operación del sedimentador. Veamos en primer lugar qué es lo que sucede cuando el líquido ingresa al sedimentador. Independientemente de la disposición geométrica de la alimentación, el líquido debe permanecer un tiempo determinado en condiciones de quietud para permitir la sedimentación. La velocidad del flujo debe ser lo suficientemente lenta de modo que las corrientes ascensionales no arrastren partículas de floc hacia los vertederos de salida.

La sobrecarga hidráulica puede deberse a un inadecuado balance entre dos o más sedimentadores que operan en paralelo. Asi, cuando se operan dos sedimentadores en paralelo, el operador debe balancear ambos caudales de alimentación y de remoción de modo que se obtenga en cada uno un óptimo flujo hidráulico. La sobrecarga también puede producirse cuando el caudal de ingreso a la planta (Q) excede la capacidad del sedimentador para la condición en la cual se encuentra el barro en dicho momento.

Los sedimentadores se dimensionan hidráulicamente de acuerdo a uno o ambos de los siguientes parámetros:

CARGA DE SOLIDOS: La carga máxima, en términos de kg/h o concentración de SSLM, en la cual los sólidos pueden aplicarse a un sedimentador en un determinado momento es variable. La carga está determinada por su volumen y por dos condiciones adicionales; la sedimentabilidad de los sólidos y el régimen hidráulico existente. La carga máxima de sólidos pude definirse como la carga de los sólidos alimentados no superior a la carga en la cual la totalidad de sólidos a remover es capaz de alcanzar el fondo. A la inversa, una carga excesiva significa que el barro se acumula en el sedimentador a mayor velocidad de la que puede sedimentar y ser removido. Un exceso de carga implica presencia de sólidos en la parte superior del sedimentador los que son arrastrados hacia el vertedero de salida por la corriente líquida ascendente. Esto se observa fácilmente en forma de nubes ondulantes de partículas en proximidad del vertedero.

En una situación operativa concreta la sedimentabilidad del barro, tal como se mide mediante el IVL, es un indicador importante de la acumulación de sólidos en el sedimentador y determina la concentración de SSLM en el recinto de aireación, el caudal de recirculación, la cantidad y frecuencia de las purgas de barro y el nivel efectivo de la carga de sólidos.

La sedimentabilidad de los sólidos que se desarrollan en el recinto de aireación están influenciados por dos factores:

1. Factor de carga – elevados factores de carga (F/M) para un proceso dado resultarán en una operación en condiciones inestables y el IVL correrá riesgo de aumentar dando lugar al abultamiento de barros.

2. El tiempo de residencia celular, esto es, la edad del barro – afecta la calidad del barro recirculado. Si la edad del barro es baja se desarrollará un barro joven poco oxidado y de baja sedimentabilidad. A la inversa, si la edad es elevada el barro sedimenta demasiado rápido para una clarificación adecuada o para una óptima calidad del recirculado.

Ricardo Tylka