Nota al OperadorM.Sc. Ing. Alí A. González
(Director)
Lic. Química – U.C.V
MS.c Ing. Sanitaria – U.C.V
MS.c Ing. Civil – Pittsburgh, USA
MS.c Ing. Sanitaria – U.C.V
MS.c Ing. Civil – Pittsburgh, USA
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NOTA AL OPERADOR
Espero que esta nota dirigida al operador le sea útil; he trabajado durante algunos años como operador de sistemas tratamiento de Lodos Activados, asesor del mismo y se, que es una actividad que requiere de mucha experiencia práctica y conocimientos teóricos. En la operabilidad de este sistema, se presentan problemas muy variados, desde un mal diseño hasta una simple mala recirculación de los lodos; además la falta de literatura “practica” del tema impiden el avance para que en nuestro país se pueda utilizar en forma “aceptable…”esta modalidad de tratamiento biológico altamente eficiente.
A . G
INTRODUCCIÓN:Uno de los errores más frecuente que comete el operador al llegar a la planta de tratamiento es la toma de muestra y realizar análisis; mucho de los cuales son poco útiles, para una decisión inmediata. Se recomienda al operador que su primera actividad sea llevar a cabo una inspección general en la planta de tratamiento (ahorrará tiempo y mejorará su eficiencia ).
a: INSPECCION GENERAL.
- Chequeo del sistema preliminar: desbastes (rejas, rejillas, tamices )
desgrasadores,
tanque de compensación
Por ejemplo, el tanque de compensación a la llegada del operador, debería tener el nivel mínimo ¿Por qué?
.- Reactor Biológico:
. Color del lodo.
. Cantidad de espuma.
. Grado de concentración de X.
. Grado de agitación.
. Línea de recirculación en la cual, debe observar:
Grado de concentración, caudal y color
.- Sedimentador Secundario: . Turbiedad del efluente
. Gases emergentes: se percibe mal olor
. Material flotante, su color,gris , negro
.- Equipos: Ruidos poco común
Bote de aceite,
Vibración,
Temperatura alta en el motor.
Con esta inspección general, el operador podría detectar alguna falla en el sistema de tratamiento y tener una idea de su magnitud, posible causa y solución.
b: ANALISIS PRELIMINARES.
La segunda actividad a realizar por el operador es llevar a cabo algunos análisis en forma preliminar que le permitan confirmar la sospecha que obtuvo durante la inspección. Por ejemplo, si el operador durante la inspección piensa que el grado de concentración de la masa microbiana en el reactor biológico ( X ) esta diluida ( es baja ), simplemente toma un litro del LMSS, lo deja sedimentar media hora en el cono de IMHOFF y si el valor de los sólidos sedimentables es menor de 75ml/l confirma su sospecha ( y usualmente aumenta la línea de recirculación ).
También podría confirmar la ausencia de O2 en el reactor biológico si la coloración del lodo es negruzca ¿Cómo?, con la aparición de un precipitado blanco cuando al líquido mezclado del reactor biológico, se le agrega sulfato de manganeso y solución alcalina de yoduro ( método de WINKLER ).
La actividad más importante que debe realizar el operador es el control biológico del sistema de tratamiento.
Diseñar un sistema de tratamiento biológico para aguas residuales utilizando unas simples ecuaciones que permitan predecir el comportamiento de un sistema tan complejo y totalmente heterogéneo de una masa bacterial, no es nada fácil. ¿Que hace el Ingeniero?, simplemente simplifica las ecuaciones de diseño mediante suposiciones y aproximaciones. Algunas de las principales suposiciones y aproximaciones son:
1.- Que todo el crecimiento bacterial es sincrónico
2.- Que la cinética del consumo del sustrato es de primer orden.
3.- Que toda la actividad bacterial que no genera crecimiento bacterial (bacterias no viables, las degradadas por predadores superiores, etc ) se pueden expresar con un termino de proporcionalidad llamado Kd “ coeficiente de decaimiento bacterial ” .
4.- Otras actividades bacteriales fuera del reactor biológico no se toman en consideración para el diseño.
5.- Constantes cinéticas obtenidas de la literatura extranjera. Ningunas de las suposiciones citadas se cumple en la practica. Pero si hay una suposición que hace el Ingeniero y que compete directamente al operador, el cual debe cumplirla para que el sistema de tratamiento pueda operar eficientemente en forma estable.
Ilustremos este punto con un ejemplo simple (Lodos Activados ).
Ecuación de diseño: ( Balance de masa microbiana en el reactor biológico )
Donde: dx/dt = Velocidad de cambio de la concentración de la masa microbiana en el reactor biológico : Acumulación bacterial
V = Volumen del reactor biológico
Q . Xa = Masa bacterial que entra al reactor biológico.
Q. Xe = Masa bacterial que sale del reactor biológico.
GB = Generación Bacterial: [ Y dS/dX - Kd . X ]
Donde: Y = Coeficiente de producción bacterial/masa de sustrato utilizado.
dS/dX = Velocidad de utilización del sustrato/microorganismos.
Kd = Coeficiente de desaparición ó decaimiento de microorganismos.
X = Concentración de microorganismos en el reactor biológico.
El termino dx/dt en la expresión ( 1 ) es una derivada que complica la resolución de la ecuación ¿Que hace el Ingeniero? elimina este termino de la ecuación haciéndolo igual a CERO ; es decir;
dx/dt = 0 (Estado Estacionario)
¿Como el operador puede alcanzar el Estado Estacionario?. Simplemente extrae del reactor biológico el crecimiento bacterial que se produce por día . Ejemplo, si hoy Jueves la masa microbiana en el reactor biológico es de 1200Kg ( V . X) y mañana Viernes es de 1250Kg, el operador debe extraer 50Kg/día para poder mantener constante los 1200Kg de masa microbiana en el reactor biológico.
¿Cómo el operador extrae esta cantidad de lodo biológico o masa microbiana/día?.
Básicamente se utilizan dos métodos cuantitativos:
a.- Utilizando el tiempo de retención celular; es decir, fija el crecimiento bacterial, los cálculos de reducen a:
Donde : Qw = Caudal de lodo a extraer por la línea de recirculación, m3/día. Generalmente lo dispone en una unidad de lecho de secado de arena.
V = Volumen del reactor biológico, m3.
X = Concentración de masa microbiana en el reactor biológico, mg/l.
Oc = Tiempo de retención celular, días
Xr = Concentración de masa microbiana en la línea de recirculación, mg/l
Ejemplo: Si V = 400m3, X = 2500mg/l, Xr 10000mg/l y Oc es 20 días, el operador debe sacar diariamente 5m3 de lodos por la línea de recirculación.
NOTA: El producto Qw . Xr debe ser igual a la cantidad de sólidos biológicos producidos por día. 5m3 . 10.000mg/ = 50Kg /día (cantidad de lodos producidos por días)
2.- Este primer método requiere conocer la relación X/X r en la expresión (2), lo cual crea problema de análisis para el operador.
La relación X/Xr se puede determinar con una pequeña centrifuga ¿explique?.
Si se extrae el lodo en exceso directamente por el reactor biológico, el operador debe extraer un caudal de:
Este caudal a extraer es constante cuando se fija Oc. (El caudal es 4 veces el caudal por la línea de recirculación).¿porque ?
b.- Metodo que usa los solidos sedimentables del reactor biologico Este metodo es bastante aproximado( cuando el lodo biologico sedimenta relativamente bien), se trata de tomar un litro del liquido mezclado contenido en el reactor biologico y medir cuando solidos sedimenta en media hora en un cono de Inhoff, la masa del lodo se determina indirectamente determinando facilmente este volumen de lodo.La practica indica que este volumen no debe ser mayor de 1/3 del volumen de contenido en el recipiente (1 litro ); evidentemente si el volumen del lodo fuera mayor de 1/3, el volumen util del sedimentador disminuyera significativamente. ( Volumen del lodos recomendable: entre (150 y 250 )ml/l (no mayor de 1/3 Volumen util PROBLEMAS OPERACIONALES: II) MALA SEDIMENTACION DEL FLOC-BIOLÓGICO. Como sabemos, el sistema de Lodos Activados debe cumplir con dos condiciones básicas : la primera es que debe biodegradar la materia orgánica contenida en el líquido a tratar lo más practico-rápido posible ( condición biológica ) y la segunda es la separación del líquido tratado y el floc-biológico en el sedimentador secundario (condición física ). Este segundo requisito muy a menudo representa un verdadero dolor de cabeza al operador, el floc-biológico presenta con frecuencia mala característica de sedimentación, ocupa mucho volumen, tiene poca densidad y el efluente tiene alto contenido de sólidos suspendidos y generalmente no cumple con las normativas de vertidos de líquidos (decretos 883º y 3219º ).
Casos típicos de mala sedimentación del floc-biológico.
1.- PRODUCCION DE GASES EN EL SEDIMENTADOR SECUNDARIO ( LODO ASCENDENTE ).
El origen de los gases puede ser por :
a) DESNITRIFICACIÓN: Cuando el O2 se agota en el sedimentador secundario y existe el ion nitrato(caso típico de una aireación extendida ); este, actúa como aceptor del electrón los cuales se originan por la oxidación de la materia carbonada; y el nitrógeno del nitrato, se reduce a nitrógeno gas ( su estado de oxidación pasa de + 5 a 0).
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Se estima: (Requerimiento de energía para mezcla completa ( bhp del motor))
a.- Para aireador superficial : 0.05 HP/m3 de reactor biológico.
b.- Para sopladores con < 2000 rpm. Entonces los HP valen 1.5 por ( m3/min. de aire del soplador).
c.- Para sopladores con > de 2000 rpm Entonces los HP = 1.8 por (m3 /min. de aire del soplador).. |
.- Exceso de energía afluente al sedimentador.
Este caso, se presenta cuando el líquido afluente al sedimentador tiene una elevada energía (en especial cuando el líquido es bombeado ); se rompen los floculos, los cuales no favorecen su sedimentación y se presenta fuerte corto-circuito.
:: Colocar pantalla reductora de energía para el afluente.
5.- GRASAS EN EL FLOC - BIOLÓGICO.
Es muy importante acondicionar o preparar el líquido residual para ser tratado biológicamente , lo cual se hace en el llamado tratamiento preliminar. Con frecuencia, se observa que las unidades desgrasadoras no cumplen con su función y dejan pasar una cantidad significativa de aceite y grasas al reactor biológico, la cual es perjudicial para la actividad bacterial: no facilita la penetración del sustrato y del oxigeno disuelto al interior del floc, además de no favorecer la sedimentación del lodo biológico ( grasa- floc tiene menor densidad del agua). Este problema se agrava si el aceite-grasa esta en forma emulsionada ( NO SE ROMPE EN EL TRATAMIENTO PRELIMINAR) permitiendo su pase al reactor biológico donde la actividad bacterial puede romper la emulsión pudiéndose observar una cantidad significativa de material flotante ó grasoso en la superficie del reactor.
NOTA: Se considera una concentración de aceite-grasa perjudicial al floc-biológico si sobrepasa un porcentaje mayor del 10% con respecto al peso total de sólidos suspendidos del floc.
El operador puede sospechar la presencia de grasa en el floc- biológico si al agitar suavemente el sólido flotante, no hay producción de gases y este no sedimenta.
6.- EFLUENTE TURBIO.
Son diversas las causas por las cuales el efluente puede presentar una turbiedad significativa, además de las citadas anteriormente.
a).- Toxicidad en el afluente.
El afluente a tratar contiene elementos ó compuestos tóxicos que eliminan a los microorganismos, se rompe el floculo originando unidades de floc más pequeños ó bacterias muertas difícil de sedimentar, originado un efluente turbio.
RECUERDE:
.- Para la floculación bacterial los microorganismos deben elaborar unos polímeros enlazantes ( su producción esta favorecida a mayor Oc ).
.- Cuando existe toxicidad, la concentración del oxigeno disuelto aumenta en el reactor biológico ¿Porque?.
b).- Faltan Protozoarios Ciliados: Estos microorganismos son considerados como pulidores del efluente( se alimentan de bacterias no floculantes ). La ausencia d estos microorganismos pueden indicar toxicidad.
c).- Muy bajo Factor de Carga F/M. ( sustrato diluido )
A muy bajo Factor de Carga (Con un Oc mayor de 30 días ) quedan por así decirlo la costra ó cáscara de las bacterias, la cual es poco biodegradable y demandan muy bajo DBO ó DQO en el efluente; pero originan turbiedad porque este material obstruyen el paso de la luz.
NOTA:
.- La literatura reporta que a muy bajo factor de carga F/M menor de 0,01día -1 se favorece el crecimiento de algunos microorganismos filamentosos que tienen una alta afinidad por el sustrato a muy baja concentración, razón por la cual su crecimiento esta más favorecido que los microorganismos floculantes ( Ejemplos, Parcivella, y Microlhix ).
.- Tanque Selector
Es un tanque donde se airea el líquido residual y el lodo recirculado con la finalidad de aprovechar la capacidad que tiene el lodo biológico de ad-absorber al sustrato y por así decirlo, se lo lleva directamente al reactor biológico disminuyendo el efector diluyente del líquido residual que lo contiene cuando este alcanza al reactor biológico.
.- Características del tanque selector:
: Tiempo de retención hidráulico : ( 20 - 30 minutos )
: Factor de carga : 10 Kg de DQO/Kg de SS – día.
.- Este caso de muy bajo factor de carga F/M, suele presentarse cuando en una industria no tiene actividades los fines de semana y no existe un tanque de almacenamiento del líquido residual (usualmente se usa un tanque de compensación ). Se recomienda alimentar el sistema con sustrato artificial para evitar los problemas citados y la perdida de la viabilidad bacterial.
Ejemplos: Industrias cuya actividad es de Lunes-Vienes, Hoteles (playas ) cuya actividades principal son los fines de semana ´ días feriados
d) CRECIMIENTO BACTERIAL EXPONENCIAL:
Cuando el sistema de Lodos Activados opera con un Factor de Carga F/M mayor de 0.5 días -1 y Oc menor de 5 días, el crecimiento bacterial forma una fase dispersa, formada por microorganismos muy jóvenes incapaces de producir polímeros enlazantes que permiten la floculación bacterial; así mismo, su gran actividad bacterial no favorece la floculación – sedimentación del lodo biológico en el sedimentador secundario y su efluente es turbio.
NOTA:
Esta modalidad de lodos activado, se utiliza como tratamiento preliminar para disminuir la carga contaminante que tiene un líquido residual, usualmente tiene una eficiencia entre el 50 y 60 % en la remoción del DBO.
Este problema se puede presentar cuando hay una perdida excesiva de sólidos suspendidos en el efluente ¿ porque?.
e) EXCESO DE POLIMEROS ENLAZANTES ( REQUERIDO PARA LA FLOCULACION BACTERIAL ).
La literatura indica que es posible encontrar microorganismos que son capaces de producir un exceso de polímeros enlazantes (Ejemplo ACINETOBACTER), se reproducen preferiblemente cuando existen un alto contenido de grasa, de X y déficit de nitrógeno en el reactor biológico.
Este exceso de polímero enlazante aumenta el volumen del floc- biológico permitiendo que contenga un alto contenido de agua y grasa (floc-biológico viscoso ), su densidad es muy cercana al la del líquido, lo cual no favorece la sedimentación del lodo biológico.
BIBLIOGRAFIA.
- CURSO : TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (CONTRASER. PROF: ALÍ GONZÁLEZ).
- PROBLEMARIO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ( 300 PREGUNTAS-PROBLEMAS ). EDICIÓN 2008 (ALÍ GONZÁLEZ ).