Operación de Plantas de Barros Activados: ¿Qué se requiere para mantener un Barro Activado sano? – 4º Parte

Puede establecerse una analogía conveniente entre un barro activado normal y un ser humano sano. Los microorganismos normales trabajan duro, hacen bien su trabajo y son resistentes a las enfermedades. Pueden entrar en contacto con todo tipo de cosas y aún así permanecer sanos. No obstante, pueden sobrealimentarse, pasar hambre, envenenarse, asfixiarse, sufrir maltratos por otras causas y así perder su resistencia. El signo universal de enfermedad en un barro activado es el arrastre de sólidos en el efluente final.

Una operación efectiva y eficiente del proceso biológico depende del mantenimiento de condiciones estacionarias. Esto es, la mejor operación deberá llevarse a cabo sin cambios bruscos en ninguna de las variables del proceso. Cualquier cambio repentino que tienda a distorsionar el proceso al punto de generar arrastre de sólidos o incremento de la DBO final puede definirse como un “shock” al sistema. Las plantas normalmente están diseñadas de manera tal que permiten diversas respuestas operativas para combatir condiciones de shock. La mayoría de las veces hay indicadores de cambios que avisan al operador sobre un problema inminente. Así, la primera defensa consiste en estar atento a estas desviaciones de la normalidad en orden a identificar correctamente el problema y tomar la acción más apropiada para corregirlo.

Los tipos de microorganismos que floculan bien son más numerosos cuando existen condiciones óptimas para su desarrollo. Estas condiciones incluyen un pH neutro de 6.8 a 7.4 y una temperatura de 20°C. Es cierto también que los organismos vivirán y trabajarán bajo condiciones fuera de las óptimas, pero es importante señalar que en ese caso será cada vez más difícil mantenerlos como predominantes.

Uno de los problemas operativos más comunes es el shock por carga orgánica. Pueden ocurrir bruscos e importantes decrementos o incrementos en el tenor de DBO. Cuando ello sucede la respuesta operativa es hacer ajustes en la concentración de SSLM para minimizar o reducir el efecto shock.

Los incrementos en la carga de DBO pueden darse de varias formas:

El cambio en la carga orgánica puede ser progresivo o de duración variable, o también puede darse por descargas batch. En este último caso pueden surgir graves problemas si la red de alcantarillado es relativamente corta y no posibilita el tiempo necesario para una dilución suficiente. Si este tipo de problema se repite de manera frecuente, una solución sería instalar un equipo de monitoreo tal que permita una detección temprana para generar respuestas inmediatas en vez de depender de los cambios en la DBO efluente.

La pregunta clave es ¿cuánto incremento puede tolerarse en la carga orgánica sin que el proceso se deteriore?. La respuesta es variable dependiendo del factor de recuperación que el mismo proceso posea. La recuperación es la capacidad de absorción del proceso y de regreso a la normalidad, la misma depende a su vez de la estrategia operativa que se emplee. Pueden adelantarse algunas directivas generales al respecto, pero las respuestas correctas sólo podrán desarrollarse en base a la experiencia concreta.

Así entonces, si todos los factores existen y están disponibles, pueden absorberse incrementos de hasta el 200% sólo con pérdidas menores.

Debe señalarse también aquí que los efectos de un shock orgánico no se evidencian de inmediato. Un tiempo de demora de varias horas existirá desde el momento en que la carga anómala ingresa a la planta hasta que puedan apreciarse efectos medibles. La lista siguiente es una enumeración en aproximado orden cronológico de aparición:

El pH es uno de los dos factores ambientales primordiales (el oxígeno o el suministro de aire es el segundo) que puede ser variado ampliamente por el operador. Un pH de 7.0 es neutro –valores por debajo de 7.0 se definen como ácidos y valores por encima se definen como alcalinos.

El pH en el licor mezclado debería mantenerse cerca del valor neutral ya que en ese medio la actividad metabólica es óptima, los microorganismos están contentos y el proceso está en las mejores condiciones para soportar cargas shock. Aunque el desarrollo ocurrirá también a valores de pH de 6.0 y 9.0, lo hace a una velocidad mucho más reducida. También en dichas condiciones es más probable la formación de organismos indeseables que pueden causar el abultamiento del barro. La asimilación del oxígeno es óptima a valores de pH entre 7.0 y 7.4 y muestra una sensible reducción al alejarse de este rango. La eficiencia de remoción de DBO por su parte también disminuye al salirse el pH del rango anterior. No obstante, experimentos de laboratorio han mostrado que la actividad metabólica es mejor a valores de pH mayores que menores a la neutralidad.

La denitrificación es a menudo un proceso que tiende a bajar el pH. Esto se acompaña normalmente con una baja relación F/M y flotación de barro en el sedimentador.

Si los cambios de pH son graduales, no habrá importantes cambios en el proceso. Los cambios repentinos o abruptos, tal como los producidos por una variedad de descargas industriales, son los más nocivos pudiendo matar parte o la totalidad de la población microbiana. Si se detecta este problema el operador puede aprovechar la detención en la sedimentación primaria para establecer un esquema de neutralización o bien efectuar un by pass para proteger el proceso. El control del pH es usualmente más conveniente en su origen y todos los esfuerzos deben orientarse en dicha dirección

Las cargas tóxicas se definen como aquellos elementos o compuestos que ingresan a la planta de tratamiento en concentración suficiente como para matar la población microbiana residente. Son típicos el cianuro y los metales pesados tales como el cromo descargado en los vertidos de las industrias de procesamiento de metales.

Probablemente el mejor método para asimilar este tipo de residuo sea la dilución y el mantenimiento de la mayor cantidad de barro en el recinto de aireación. Otro método es retener el residuo contaminante en una unidad ociosa y reinyectarlo luego paulatinamente al ingreso o disponerlo por separado a través de procesadores de residuos especiales.

La temperatura también afecta la actividad metabólica. La actividad decrecerá con la disminución de la temperatura. Por ejemplo una disminución de 10°C reducirá la actividad metabólica a la mitad, lo cual a su vez implicará una caída en la cantidad de microorganismos. También esta disminución producirá una menor velocidad de respuesta frente a alteraciones del sistema. Las temperaturas elevadas del verano favorecerán la denitrificación y el crecimiento de formas filamentosas. Operativamente, el procedimiento más indicado para contrarrestar este problema es incrementar el nivel de sólidos en el sistema.

El oxígeno o el aire es uno de los dos factores ambientales (el otro es el pH) que puede ser controlado por el operador.

El oxígeno hace la diferencia entre una operación en un medio aerobio o anaerobio. Un medio aerobio se obtiene cuando la concentración de oxígeno disuelto en el licor mezclado es superior a 0.5 mg/l. El oxígeno disuelto en el licor mezclado debe ser suficiente para trasladarse al sedimentador y a la recirculación del barro al recinto de aireación.

Las condiciones anaerobias se desarrollan en ausencia de oxígeno disuelto medible. La mayoría de los operadores trata de mantener el nivel de oxígeno disuelto en el licor mezclado entre 1.0 y 2.0 mg/l y también mantener alrededor de 0.5 mg/l en el sedimentador para asegurar las condiciones aerobias. Algunas plantas han mostrado que produciendo condiciones anaerobias temporarias pueden curarse abultamientos de barros por formaciones filamentosas y también por problemas de denitrificación.

El oxígeno molecular (O2) de suministra forzando aire al recinto de aireación mediante diversos tipos de equipos difusores. Este equipamiento también está diseñado para proveer una adecuado nivel de mezcla. La turbulencia es necesaria para lograr una elevada transferencia de oxígeno y para mantener los microorganismos en constante movimiento a fin de permitir un contacto continuo con el sustrato y evitar su sedimentación.

El oxígeno se transfiere del aire al agua mediante un proceso de difusión en el cual la temperatura, la presión y la turbulencia son los factores claves en la velocidad de dicha transferencia. A medida que la temperatura del aire aumenta éste se vuelve menos denso y por consiguiente contendrá menos oxígeno que el aire frío.

La temperatura tiene un efecto directo sobre la solubilidad del oxígeno en agua. Por ejemplo, el agua fría requerirá menos aire que el agua caliente para mantener un dado nivel de oxígeno disuelto.

Operativamente el volumen de aire requerido es función de la carga de DBO y de la masa de microorganismos bajo aireación. Se requerirá más aire cuando alguno de ellos aumente. Una operación normal requiere un suministro de aire suficiente como para mantener un oxigeno disuelto entre 0.5 y 2.0 mg/l . La insuficiencia de oxígeno creará un medio desfavorable, con decremento de la actividad metabólica y la posible formación de bacterias filamentosas. Si el oxígeno es excesivo no habrá mejora en el metabolismo y en la subsiguiente remoción de DBO, constituyéndose tan sólo en una operación antieconómica.

Las lecturas de oxígeno disuelto pueden hacerse en puntos específicos del recinto de aireación y sobre el efluente final. Las lecturas en este último punto deberán reflejar algún residual de oxígeno, de lo contrario deberá sospecharse un metabolismo incompleto requiriéndose ajustes en el proceso. Las causas típicas de esta situación son: