Análisis de las causas de fallos en el sistema de tratamiento por lodo activo en las plantas de tratamiento de aguas residuales de la industria papelera

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En los sistemas de tratamiento mediante lodos activados para la industria papelera, existen numerosos puntos anómalos en el funcionamiento de las distintas estructuras de los sistemas comunes. El análisis y resumen de estos puntos anómalos es un aspecto clave que debe abordarse y comprenderse; esto contribuye enormemente a mejorar nuestra capacidad de evaluación del sistema. A continuación, se realiza un análisis detallado de las causas más comunes de los fallos en todo el sistema, con el objetivo de ayudar a los administradores y operadores a comprender mejor estos fallos. 1. Causas de las fluctuaciones anormales del valor de pH. Las fluctuaciones anormales del valor de pH están relacionadas principalmente con las sustancias ácidas y alcalinas que se emiten en el lugar de producción. En el caso de las grandes empresas papeleras, las aguas residuales ácidas y alcalinas provienen principalmente de la limpieza periódica del equipo. 2. Análisis de las anomalías en la cantidad y calidad del agua de entrada. La cantidad de agua de entrada suele mantenerse constante, pero en caso de accidentes relacionados con el drenaje, la línea de producción genera grandes cantidades de agua para limpiar los tanques y equipos. Además, en caso de accidentes, también se desperdician grandes cantidades de materias primas y productos químicos. Este tipo de aguas residuales que llegan a las plantas de tratamiento causan un gran impacto en el sistema; esta es también la razón por la cual el contenido de COD en las aguas que salen de los tanques de sedimentación inicial y de los tanques biológicos es elevado. Dado que las materias primas presentes en las aguas residuales son, en su mayoría, fibras y almidón de cadena recta —en particular, el almidón de cadena recta tiene un peso molecular elevado y una baja capacidad de precipitación físico-química—, además, los dispersantes presentes en estas aguas también afectan la eficacia de los procesos de coagulación con PAC y PAM. Estos son los efectos del caudal y la calidad del agua residual entrante en el sistema. 3. Análisis del impacto de los sedimentos en exceso en el tanque de ajuste. Los sedimentos en exceso en el tanque de ajuste provienen de las partículas de carbonato de calcio y de las fibras de pulpa que no han sido filtradas en el agua de entrada diaria. Debido a que el dispositivo de agitación del tanque de ajuste está ubicado en el centro, la fuerza centrífuga generada por su agitación hace que se acumule una gran cantidad de sedimentos en las cuatro esquinas del tanque. Esta es la principal causa de la acumulación excesiva de lodo en dicho tanque. Dado que en el tanque de ajuste no se han instalado dispositivos de aireación específicos, el lodo sedimentado sufre una reacción de hidrólisis y acidificación en condiciones anaerobias. Esto supone, de forma indirecta, un pretratamiento de las aguas residuales que entran en el sistema: a través de la reacción de hidrólisis y acidificación del lodo acumulado en los tanques, las fibras de pulpa de gran tamaño y el almidón de cadena lineal se convierten en compuestos orgánicos de menor tamaño y más fáciles de descomponer. La tasa de descomposición de los compuestos orgánicos es de aproximadamente el 10%. Al comparar el valor de pH de las aguas residuales que entran al tanque de ajuste con el valor de pH de las aguas residuales que salen de dicho tanque, se observa que el pH de las aguas que salen es aproximadamente 0.5 a 1.0 unidades más bajo que el pH de las aguas que entran. Esto es una prueba contundente de que en el estanque de ajuste tienen lugar reacciones de acidificación por hidrólisis debido a la acumulación de lodo. También es posible conocer el grado exacto de estas reacciones de acidificación por hidrólisis a través de esta diferencia en el valor de pH. Es muy típico que esta diferencia sea significativamente mayor en verano que en invierno. Se puede observar el efecto de la temperatura en la reacción de acidificación por hidrólisis. 4. Análisis de las causas de la deficiente eficacia de la coagulación en la zona de fisuración química-física. La deficiente eficacia de la coagulación en esta zona está relacionada con varios factores, entre los cuales se incluyen: un contenido excesivo de dispersantes en las aguas residuales que entran al sistema, una dosis inadecuada de coagulantes y aglutinantes, la influencia del valor de pH, problemas relacionados con la mezcla rápida o lenta, la relación entre el caudal de carga y la cantidad de partículas en suspensión en las aguas residuales, así como la presencia de sustancias que no son fáciles de coagular en cantidades elevadas. En cuanto a los factores mencionados anteriormente, a continuación se realizará un análisis detallado de las fallas. (1) Efecto del dispersante. Una gran empresa papelera añadió un dispersante para que la pulpa se distribuyera de manera uniforme sobre la manta de la máquina papelera, sin formar grumos. Los dispersantes y los coagulantes son dos sustancias químicas que actúan de manera opuesta. El agua blanca, después de pasar por el proceso de filtración en la máquina de papel, contiene una gran cantidad de dispersantes. A través de las aguas residuales, estas aguas enriquecidas en dispersantes llegan a las plantas de tratamiento de aguas residuales. Esto, a su vez, afecta la zona donde se añaden coagulantes para lograr la sedimentación físico-química de los contaminantes. Lo típico es que, después de añadir coagulantes y aglutinantes, las partículas en suspensión no logran formar grumos grandes. Lo que se observa son partículas pequeñas que no son fáciles de aglutinar. Estas partículas pequeñas son muy sensibles a las perturbaciones causadas por el flujo del agua; por lo tanto, su sedimentación en la cámara de sedimentación inicial no es óptima. En condiciones de alta carga, estas partículas tienden a salir de la cámara de sedimentación inicial, lo cual puede afectar al sistema bioquímico posterior. (2) Las cantidades de coagulantes y aglutinantes utilizados no se encuentran dentro del rango óptimo. La cantidad de floculante y coagulante a añadir, así como la proporción entre ambos, es crucial; esto constituye el elemento clave para mejorar la sedimentación de los flóculos y reducir la cantidad de floculante y coagulante utilizados. Cuando se aplica una cantidad insuficiente del coagulante PAC, en la etapa de mezclado lento se produce una situación en la que no es posible obtener una mezcla fina y homogénea, con agua limpia entre las partículas. En particular, el grado de limpieza del agua entre las partículas es un indicador clave para determinar si la cantidad de coagulantes como el PAC aplicados es adecuada. Por el contrario, la adición excesiva de coagulantes y coadyuvantes tampoco permite lograr el mejor efecto de coagulación. Cuando se añade una cantidad excesiva de coagulantes y floculantes, las estructuras gelatinosas que se forman en la mezcla son bastante grandes. Pero el mismo problema persiste: el agua que queda entre estas estructuras gelatinosas no se vuelve más clara, incluso con la adición de una cantidad excesiva de estos productos químicos. Básicamente, cuando se añade una cantidad excesiva de producto químico, se forman plumas coloidales grandes; sin embargo, estas plumas son muy susceptibles de romperse debido a la acción de la agitación hidráulica en las piscinas de mezcla lenta. Una vez rotas, estas plumas coloidales pierden su capacidad de flocculación. En este caso, las plumas rotas se convierten en partículas que ensucian el agua presente en los espacios intersticiales. En la estructura de toda la zona de dosificación de sustancias químicas, se puede observar que, delante de la piscina de mezcla rápida, existe una piscina para el ajuste del valor de pH. Solo después de ajustar el pH se puede añadir coagulantes y aditivos coagulantes para que estos funcionen de manera óptima. Tras añadir PAC o otro tipo de coagulantes al tanque de mezcla rápida, la agitación intensa no afecta negativamente al proceso de formación de flocos. Por el contrario, permite que los coagulantes se mezclen rápidamente con todo el agua residual, lo cual sienta las bases para la formación de los primeros flocos en el tanque de mezcla lenta. El objetivo de la agitación lenta en el tanque de mezcla lenta es precisamente permitir que las plumas coloidales formadas se vuelvan aún más grandes, y asegurarse de que la fuerza de cizallamiento del flujo de agua no destruya esas plumas coloidales. El agente coagulante que se utiliza en esta planta de tratamiento de aguas residuales es el PAM (poliacrilamida). El punto de dosificación designado es en la primera cámara de mezcla lenta; de este modo, la existencia de la segunda cámara de mezcla lenta permite que los flocos sigan creciendo gracias a la acción del agente coagulante. 5. Análisis de las causas de los fallos en el funcionamiento del tanque de sedimentación inicial. Los fallos en el funcionamiento del tanque de sedimentación inicial se deben principalmente al hecho de que este sirve como lugar donde se separa el lodo del agua tratada, después de que se haya añadido químicos para facilitar la coagulación. Si la separación entre lodo y agua no es eficaz, esto afectará negativamente al correcto funcionamiento del sistema de tratamiento biológico posterior. La eficacia en la separación de lodos y agua en el tanque de sedimentación inicial no es buena. Aparte de los problemas que pueden surgir durante su diseño, esto se debe principalmente a que los coagulantes y aditivos utilizados en la zona de dosificación no son adecuados. Los resultados derivados de una dosificación insuficiente, que provoca una coagulación insuficiente de los flocos, y de una dosificación excesiva, que hace que los flocos sean demasiado grandes y se rompan durante la separación de lodos en el tanque de sedimentación inicial, son los mismos. Cuando el tiempo de retención en la cámara de sedimentación era suficiente para que los floculados se sedimentaran por completo, el agua que salía de dicha cámara era clara y no contenía partículas que no se hubieran sedimentado. Por el contrario, si ese tiempo no era suficiente, era probable que las partículas floculadas salieran de la cámara de sedimentación, lo cual afectaría negativamente al sistema bioquímico posterior. Los problemas en la eliminación de lodos en los tanques de sedimentación inicial se deben, en su mayoría, a fallos en los equipos encargados de ello. Las causas principales son: fallos en las bombas de eliminación de lodos, una eliminación inadecuada de los lodos, y el hecho de que las aguas residuales contengan una gran cantidad de partículas en suspensión, sin que se aumente la cantidad de lodos que se eliminan. Al observar si hay demasiado lodo acumulado en la cámara de sedimentación inicial, lo importante es verificar si la máquina para retirar el lodo funciona correctamente. Si se observa que la máquina tiembla o se desliza al moverse, entonces es necesario confirmar si realmente existe un exceso de lodo en dicha cámara. 6. Análisis de fallos en los procesos operativos habituales de los filtros biológicos. Los fallos durante el funcionamiento de los filtros biológicos se deben principalmente a la influencia de las fluctuaciones en el agua de entrada sobre la biopelícula ya formada. Si el funcionamiento del filtro biológico no es óptimo, ello tendrá un gran impacto en el sistema de lodo activo posterior. A continuación se analizan las causas más comunes de fallo en los filtros biológicos. (1) Causas de las averías en los filtros biológicos debido a valores anormales de pH. Al igual que el lodo activo, la biopelícula también es capaz de soportar fluctuaciones anormales en el pH; sin embargo, cuando se ve afectada por aguas residuales con valores de pH anormales, también sufre daños significativos. Dado que los microorganismes en la superficie de la biopelícula mueren y se desprenden cuando son afectados por algún impacto, los microorganismos que se encuentran en su interior también se ven afectados y se desprenden, lo que finalmente provoca que toda la biopelícula se desintegre. Las membranas biológicas desprendidas pueden obstruir fácilmente los espacios entre los materiales filtrantes del filtro biológico, lo que impide un flujo adecuado del agua y provoca desbordamientos. Después de que la biopelícula se desprenda debido a fluctuaciones en el pH, necesita un tiempo de reparación automática; por lo general, tras eliminar los efectos de dichas fluctuaciones, tarda alrededor de una semana en recuperarse. (2) Crecimiento deficiente de las membranas biológicas: El crecimiento deficiente de las membranas biológicas se debe, por lo general, a que estas son demasiado gruesas o demasiado delgadas. Además, es común que el espesor de la biopelícula sea irregular. Además de estar relacionado con el contenido de materia orgánica en las aguas que ingresan a los filtros biológicos, también está relacionado con la suficiencia de nutrientes en esas mismas aguas. Cuando la cantidad de materia orgánica en el agua es demasiado baja, la membrana biológica se vuelve más delgada ； Y cuando el contenido de materia orgánica en el agua es demasiado alto, la biomasa crece de forma excesiva; por lo general, se forma una capa biológica demasiado gruesa sobre los materiales filtrantes. En la operación real, se observó que cuando el biofilm es demasiado grueso, su eficiencia en la eliminación de los compuestos orgánicos no necesariamente es mayor que la de un biofilm más delgado. La razón de esto es que la eficiencia del biofilm para eliminar los compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales depende del área de contacto efectivo entre el biofilm y dichas aguas, y no de su espesor. La escasez de nutrientes en las aguas residuales puede entenderse de la misma manera que la demanda de nutrientes durante el funcionamiento del método de lodo activo. Para ello, es necesario añadir nutrientes en la etapa previa a la entrada del agua al biofiltro. Dado que la cantidad de nutrientes a añadir debe tener en cuenta las necesidades de los microorganismos en los filtros biológicos y en el proceso de lodos activados, la selección del contenido de materia orgánica de los nutrientes a añadir debería ser bastante importante. En la planta de tratamiento de aguas residuales de esta gran empresa papelera, el valor de la materia orgánica de la agua de entrada necesario para calcular la cantidad de nutrientes que se debe añadir antes de la torre biológica se obtiene del contenido de materia orgánica en el efluente del sedimentador primario. Este método de cálculo inevitablemente resultará en que haya nutrientes no utilizados en el filtro biológico; dichos nutrientes fluirán hacia el sistema de lodos activos para ser reutilizados. Aparentemente, la adición de dichos nutrientes no supone ningún problema; sin embargo, en la práctica se ha observado que, debido a la excesiva cantidad de nutrientes en el filtro biológico y a que este no cuenta con una cubierta, se desarrolla una gran cantidad de algas en la superficie del material filtrante. Esto también reduce la eficiencia de tratamiento del filtro biológico; por lo general, la eficacia en la eliminación de contaminantes disminuye en un 10%. La razón es que las algas que crecen no tienen la capacidad de descomponer los compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales. Para crecer y reproducirse, estas algas solo necesitan nutrientes y luz solar como fuente de energía. En cuanto a la alteración en la que el color de la biopelícula se vuelve blanco lechoso, no se comprende del todo este fenómeno. Teniendo en cuenta la calidad del agua de entrada y el funcionamiento general del sistema, se considera básicamente que está relacionado con la proliferación de filamentos microbianos en la biopelícula. Las observaciones bajo microscopio permiten detectar que los agregados de color lechoso están compuestos por una gran cantidad de estructuras filamentosas. Alrededor de los filamentos fúngicos casi no hay protozoos, lo cual también es comprensible en el análisis de la comunidad biológica, ya que los filamentos fúngicos no pueden proporcionar alimento a los protozoos, como sí lo hacen los coloidees bacterianos y otros microorganismos similares. Dado que las células filamentosas también tienen la capacidad de purificar las aguas, podemos observar que, cuando estas células se multiplican en gran cantidad dentro de las membranas biológicas, la eficiencia del filtro biológico para eliminar los compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales no disminuye significativamente. En realidad, solo hay una ligera disminución; generalmente, es de alrededor del 10% menos que la eficiencia normal de las membranas biológicas para eliminar los compuestos orgánicos. Según la morfología observada bajo el microscopio en estos hongos filamentosos, existen especies que presentan características similares a las que se observan durante la expansión de los hongos filamentosos en el método de lodo activo; es decir, tienen un cuerpo alargado y rígido, y no son fáciles de doblar ； También hay formas de vida con estructura blanda, que son células filamentosas propias de las membranas biológicas. En resumen, la reproducción masiva de los hongos filamentosos provoca la formación de grupos de células de color blanco lechoso sobre la biopelícula del filtro biológico. A diferencia de los grupos de bacterias que se adhieren al material filtrante gracias a la capa anaeróbica, los hongos filamentosos de color blanco lechoso se mantienen en el material filtrante gracias a su superficie densa y compacta, lo que les permite resistir las agresiones del agua residual y no caerse del material filtrante. Aunque la capacidad de degradación de las sustancias orgánicas en las aguas residuales no disminuye significativamente después de que la biopelícula genera masas microbianas de color blanco lechoso, observamos que dichas masas filamentosas tienden a provocar fácilmente una proliferación de bacterias filamentosas en los sistemas posteriores de lodos activados. La razón principal es que, durante el funcionamiento diario, una cierta cantidad de estas membranas biológicas blancas se desprenden y llegan a los tanques de aireación siguientes. En la fase inicial, debido a la incompatibilidad con el entorno, los filamentos bacterianos pasan del entorno de la biopelícula al tanque de aireación; sin embargo, les resulta difícil sobrevivir eficazmente, por lo que no se produce un brote en dicho tanque. Pero, con el paso del tiempo, una parte de estas células filamentosas que se desprenden y llegan al tanque de aireación logrará adaptarse al nuevo entorno. De este modo, formarán una población dominante dentro del tanque de aireación, lo que afectará la calidad general del funcionamiento del sistema de lodo activo. 7. Análisis de las causas más comunes de fallos en el funcionamiento de los tanques de aireación (1) Causas de la formación de escamas en la superficie del líquido en los tanques de aireación. Al analizar la formación de escamas en la superficie del líquido en los tanques de aireación, debemos tener en cuenta una causa fundamental: es decir, las escamas se forman porque su densidad es menor que la del líquido presente en el tanque, lo que hace que floten en la superficie. Por lo tanto, para determinar las causas de la formación de escamas en el tanque de aireación, se puede partir de este aspecto. Desde el punto de vista de su funcionamiento en la práctica, la causa principal es la presencia de burbujas mezcladas con la escoria. En cuanto a las burbujas como causa de la formación de espuma, ellas son simplemente lo que hace que la espuma flote; sin embargo, la razón por la cual las burbujas pueden sostener la espuma es la causa fundamental que debe determinarse. Se puede considerar que la formación de burbujas es inevitable debido a la existencia de la aireación. Por lo tanto, el problema principal es si el lodo activo tiene la capacidad de adsorber y envolver burbujas. Si se cuenta con esta capacidad, los flóculos bacterianos tras absorber las burbujas naturalmente flotarán en la superficie del líquido; esta es la razón por la que observamos espuma flotando en la superficie de los tanques de aireación. La capacidad del lodo activo para adsorber burbujas está determinada principalmente por el propio lodo activo. La secreción excesiva de sustancias viscosas por parte de estos mismos hace que la viscosidad del lodo activo aumente considerablemente, lo que a su vez potencia su capacidad de adsorción de burbujas pequeñas. Volviendo atrás, analicemos las causas de la formación de burbujas. Como ya se mencionó, la aireación puede generar una gran cantidad de burbujas pequeñas que son adsorbidas por el lodo activo viscoso, lo que finalmente conduce a la formación de espuma. Además, la causa de la formación de burbujas es el gas que se libera cuando el lodo activo descompone los materiales orgánicos; este gas contiene dióxido de carbono e hidrógeno, entre otros gases. En la práctica, estas burbujas pueden causar que el lodo activo, que es viscoso, se adhiera a otras sustancias y forme escorias flotantes. De manera similar, si el lodo activo sufre denitrificación debido a un desequilibrio en la relación carbono-nitrógeno, también se formarán burbujas que causarán la aparición de escamas flotantes. Identificar qué tipo de burbujas causan las escamas en la superficie del líquido es algo sumamente necesario para poder ajustar los procesos en la gestión operativa. El método de identificación más utilizado aquí es la relación de sedimentación del lodo activo. Después de observar la relación de sedimentación del lodo activo, y al examinar las burbujas que se encuentran en la superficie del líquido en el matraz, se puede ver claramente que existen burbujas en dicha superficie. Estas burbujas provienen del proceso de aireación. No es posible observar estas burbujas a simple vista, pero si se utilizan microscopios, se puede comprobar que estas burbujas se generan debido a la descomposición de los materiales orgánicos por parte del lodo activo. La diferencia aquí es un indicador que compara el tamaño de las burbujas. Por otro lado, se puede comparar esto con el caso en que se agita rápidamente y en pequeña medida la capa de escamas en la superficie del líquido. Si estas escamas vuelven a hundirse después de ser agitadas, se puede considerar que las burbujas presentes en dichas escamas provienen de la descomposición de los materiales orgánicos por parte del lodo activo, o bien de la desnitrificación que ocurre en dicho lodo. Y cuando, tras agitar la escoria en la superficie del líquido, no se observa una disminución significativa en su cantidad, en la mayoría de los casos se considera que las burbujas presentes dentro de dicha escoria provienen de la aireación del lodo activo. Se trata de determinar la fuente de las burbujas en los residuos en la superficie del líquido, a partir de los fenómenos que ocurren tras agitar dicha superficie. (2) La causa del olor a tierra que emana del lodo activo se debe al hecho de que, durante las inspecciones en la cámara biológica, se puede percibir un olor muy marcado a tierra. Este olor es propio del lodo activo y se genera durante el proceso de descomposición de los materiales orgánicos y durante su propio metabolismo. Además de las bacterias vivas, en el lodo activo también hay bacterias muertas. Por lo tanto, el lodo activo posee las características propias del lodo en general. Debido a la aireación, los diversos olores presentes en el lodo activo también son expulsados al exterior. Esta es la razón principal por la cual se percibe un olor a tierra cuando se inspeccionan las zonas cercanas a las piscinas de aireación. Aquí no se rechaza la presencia de un olor a tierra en el lodo activo; por el contrario, ese olor es necesario para confirmar que el lodo activo funciona correctamente. Sin embargo, cuando no se percibe ese olor a tierra en la cámara biológica, o se percibe otro tipo de olor, entonces hay algún problema en el sistema de lodo activo, y es necesario realizar una investigación más detallada. La intensidad del olor a lodo activo está relacionada con la temperatura y el grado de reacción del lodo activo. En verano, el olor a tierra que emana de las piscinas bioquímicas se intensifica debido a las altas temperaturas, y esa es la razón por la cual en verano se percibe con más facilidad ese olor ； En invierno ocurre lo contrario. Al mismo tiempo, el olor a tierra del lodo activo también está relacionado con la intensidad de las reacciones en el sistema bioquímico. Cuando se controla una concentración excesiva de lodo activo, las reacciones bioquímicas se intensifican, y por lo tanto, se puede percibir un olor a tierra más fuerte. En la práctica, se ha observado que el grado de intensidad del olor a tierra permite determinar si el sistema de lodo activo está funcionando de manera adecuada. Por lo general, en las fases en que la carga de lodo activo es excesiva y cuando el lodo activo está en estado de envejecimiento, resulta difícil percibir ese fuerte olor característico del lodo activo. Esto es de gran ayuda para realizar una evaluación integral de las condiciones de funcionamiento del lodo activo. Además del olor a lodo activo que se percibe en las piscinas bioquímicas, también se pueden detectar otros olores, en particular olores ácidos o alcalinos. La causa principal es la entrada en el sistema bioquímico de aguas residuales con un valor de pH excesivamente alto o bajo, lo que provoca fluctuaciones anormales en el valor de pH del lodo activo presente en dicho sistema. En tales situaciones, es fácil percibir un olor ácido o alcalino alrededor del sistema bioquímico. En estos casos, es muy necesario realizar ajustes en dicho sistema, de lo contrario, podría sufrir daños innecesarios. (3) Problema de espuma en las estaciones de aireación. Las causas del problema de espuma en las estaciones de aireación son diversas y su análisis es bastante complejo. Sin embargo, desde el punto de vista de las regularidades observadas en la práctica, existen patrones que se pueden seguir. Se puede analizar y estudiar este problema desde los siguientes aspectos. 1) La espuma que se forma en las celdas de aireación es, hasta cierto punto, el resultado de la formación de burbujas. Con la acumulación continua de espuma, la escoria se volverá cada vez más gruesa. El problema que surge a continuación es que dentro de la escoria se produce un ambiente anaeróbico, lo que provoca su ennegrecimiento. La disipación de las escamas que se desintegran y la aparición de nuevas escamas determinan, a través de procesos recíprocos, el espesor final de la capa de escamas. Las escamas que se disuelven y desaparecen son la causa principal de la turbidez del agua que sale del tanque de sedimentación; además, también son la razón por la cual aumentan los valores de contaminantes orgánicos en ese agua. A través del análisis anterior, debemos prestar una gran atención a la formación de espuma en los tanques bioquímicos, a fin de evitar que esto contribuya a la formación de escamas en la superficie del líquido presente en dichos tanques. 2) La presencia de escamas en la cámara de aireación está relacionada con una viscosidad excesiva del lodo activo; de igual manera, se puede observar que la formación de espuma también está relacionada con la viscosidad del lodo activo. 3) El color de la espuma que se forma en la superficie del tanque bioquímico también puede ofrecer muchas indicaciones a las personas. Cuando aparece espuma de color marrón oscuro, se puede determinar si se trata de espuma causada por el envejecimiento del lodo activo, tomando en cuenta la fragilidad de dicha espuma y su tasa de acumulación. Los puntos de conocimiento mencionados anteriormente pueden utilizarse para determinar si el lodo activo está envejeciendo. Entre estos parámetros se encuentran la relación de sedimentación del lodo activo, el valor SVI, el valor F/M y la edad del lodo. Aquí queremos destacar un punto importante: cuando el lodo activo sufre un envejecimiento severo, en la superficie del tanque biológico aparecen espumas de color marrón oscuro. Las características de estas espumas incluyen su color marrón oscuro, su facilidad para romperse, su tendencia a acumularse en forma de escamas, y su baja viscosidad. Además de la espuma marrón oscuro que es común, otra espuma frecuente es la espuma blanca. Además de su color blanco, las espumas blancas se caracterizan por su alta viscosidad, por acumularse fácilmente y por no generar escamas, lo cual también constituye una de sus principales características distintivas. La aparición de este tipo de espuma suele indicarnos de manera bastante clara signos de fallo en el sistema de lodos activos. Otra indicación de gran importancia práctica que cabe destacar aquí es que la aparición de esta espuma blanca está relacionada con una carga de estrés repentina en el sistema de lodo activo. Desde el punto de vista de su mecanismo, se puede decir que en las aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica, y siempre que haya una buena aeração, también es posible que se forme espuma en cantidades considerables. Es similar a lo que ocurre en las piscinas de descarga, donde, en los lugares donde hay saltos de agua, suele acumularse mucha espuma. Por lo tanto, se puede imaginar que la concentración de sustancias orgánicas en el agua que es liberada (tomando como ejemplo el COD) generalmente no supera los 100 mg/L. En este caso, es posible que se forme una cantidad considerable de espuma debido a las condiciones de caída de nivel del agua. En cambio, en las aguas residuales que ingresan al tanque biológico, la concentración de sustancias orgánicas (también en términos de COD) suele ser superior a los 500 mg/L. Estas aguas residuales, con un alto contenido de sustancias orgánicas, tienden a generar mucha espuma cuando entran al tanque biológico y son sometidas a procesos de aireación. En resumen, cuando el lodo activo se ve sometido a una gran cantidad de agua y a una alta carga de aguas residuales, puede producirse una gran cantidad de espuma blanca y pegajosa. La superficie de esta espuma no contiene residuos marrones del lodo activo. Esto significa que, al estar sometido a una alta carga, el lodo activo no entra en estado de envejecimiento; por lo tanto, no hay restos de lodo activo adheridos a la superficie de la espuma blanca y pegajosa. Por el contrario, los microorganismos presentes en el lodo activo se encuentran en un estado de crecimiento exponencial, lo que hace que su actividad sea muy alta. Además, no hay grupos de bacterias libres que puedan adherirse a la superficie de la espuma blanca y pegajosa. 4) En cuanto a los problemas de espuma causados por el envejecimiento de los lodos y las cargas de impacto, ya explicados en el punto anterior, es necesario distinguirlos también de algunas situaciones especiales. Lo que es necesario distinguir principalmente son estas dos situaciones especiales: la espuma que se genera por el flujo del detergente, y la espuma que se produce cada vez que se descompone el lodo activo. El detergente llega al sistema bioquímico; lo que podemos observar es espuma blanca y pegajosa. Sin embargo, su grado de adherencia no es tan alto como el de la espuma blanca que se forma cuando la carga es excesiva. Además, debido a los detergentes y a las sustancias dispersantes en la superficie, la espuma adquiere un ligero tono de color bajo la luz solar. Esto se debe a que dichos detergentes y dispersantes, así como los surfactantes, provienen en su mayoría del petróleo y, por lo tanto, contienen componentes oleosos; por eso, bajo la luz solar, la espuma presenta reflejos de color. Para determinar con mayor precisión si la espuma se debe a detergentes, dispersantes de superficie o surfactantes, se puede realizar una verificación en la zona fisicoquímica situada al inicio del tanque bioquímico; lo importante aquí es observar si se genera espuma en el borde del vertedero del agua del sedimentador primario. Por lo general, debido a la alta carga y al exceso de materia orgánica en las aguas residuales, siempre que el salto de agua no sea demasiado pronunciado, generalmente no se acumula espuma. Sin embargo, las espumas generadas por los detergentes, dispersantes superficiales y tensioactivos se forman con facilidad, incluso bajo una pequeña presión hidráulica. A veces, también se forman espumas en la zona donde se mezclan los productos químicos, en el eje del agitador. Esto es diferente de las espumas que se forman en las aguas residuales debido a la alta concentración de materia orgánica. La espuma que se genera debido a la intoxicación del lodo activo puede distinguirse de la espuma que se produce por el envejecimiento del mismo, según su color. Tras la intoxicación, el lodo activo se desintegra rápidamente y también puede ser empujado por la aireación hacia la superficie del agua, formando espumas. Sin embargo, estas espumas tienen un color apagado, siendo el gris el color predominante. No son como las espumas que se forman cuando el lodo activo envejece; en ese caso, el lodo activo sigue teniendo un aspecto “vivo” y se adhiere a las espumas. Por supuesto, el mejor método para el diagnóstico complementario es combinar el uso del microscopio para observar los protozoos, lo que facilita la confirmación del diagnóstico. 8. Análisis de las causas más comunes de fallos en el funcionamiento del tanque de sedimentación secundaria. La mayoría de los fallos en el tanque de sedimentación secundaria se deben a un mal funcionamiento del tanque de aireación. Dado que ambos tanques están estrechamente relacionados, el tanque de sedimentación secundaria, como lugar donde tiene lugar la separación entre el lodo activo y el agua en el sistema bioquímico, su correcto funcionamiento es fundamental para garantizar la calidad del agua que se descarga después de esta separación. Por eso, es necesario analizar las causas de las fallas comunes. (1) Espuma en la superficie del agua del secundario: El secundario en sí produce muy poca espuma; esta proviene principalmente del tanque de aireación. Debido a que los residuos flotantes generados en la cámara de aireación pueden llegar fácilmente a la cámara de sedimentación, donde vuelven a flotar en la superficie. Dado que la cámara de sedimentación no cuenta con función de mezcla, esto facilita aún más la formación de residuos flotantes. Por supuesto, en comparación con las celdas de aireación. En los tanques de sedimentación secundaria, es más fácil que ocurra la denitrificación del lodo activo. Esto hace que una gran cantidad de lodo activo flote hacia la superficie, formando así escamas en ella. La razón es que la denitrificación requiere condiciones de falta relativa de oxígeno y condiciones anaeróbicas; sin embargo, en los tanques de aireación no se dan condiciones anaeróbicas. Esta es la razón por la cual en los tanques de sedimentación secundaria puede ocurrir la denitrificación del lodo activo, especialmente cuando el oxígeno disuelto en la salida del tanque de aireación es demasiado bajo y existe un grave desequilibrio en la relación carbono-nitrógeno. (2) En el agua que sale del tanque de sedimentación secundaria se observa la presencia de lodo en suspensión. La aparición de este lodo está relacionada principalmente con el envejecimiento del lodo activo; cuando el lodo activo envejece, se descompone y forman pequeños flóculos que permanecen en suspensión en el agua. Estos flóculos salen del tanque de sedimentación secundaria antes de que puedan asentarse, convirtiéndose así en lodo en suspensión. Por supuesto, en muchos casos, la presencia de lodo es el resultado de varios factores, como una carga hidráulica excesiva; los grumos de lodo activo presentes en la mezcla no tienen tiempo de precipitarse de forma normal antes de salir del tanque. (3) Ascenso de los grupos de flocos de lodo activo en la sala de sedimentación secundaria. Cuando realizamos inspecciones en la sala de sedimentación secundaria, solemos verificar las condiciones del agua cerca de la entrada de agua, ya que allí son donde aparecen primero los signos que indican si el proceso de sedimentación se está desarrollando bien o no. Si se observa que en la entrada de agua hay una gran cantidad de grupos de lodo activo que ascienden, generalmente el problema es bastante grave. Si los grumos de lodo activo que se forman en estos grupos no logran precipitarse a tiempo en la cámara de sedimentación, inevitablemente saldrán de ella. Eso sería fatal para todo el sistema de lodo activo, ya que, una vez que esos grumos salgan de la cámara de sedimentación, la cantidad de microorganismos en la cámara de aireación disminuirá drásticamente. Por lo tanto, hará falta mucho tiempo para que la cámara de aireación vuelva a funcionar normalmente. Además, el agua que sale de allí seguramente tendrá niveles superiores a los permitidos. ¿Cuál es, entonces, la causa que hace que los grumos de lodo activo se eleven en el tanque de sedimentación secundario? En la práctica, se ha observado que este tipo de situaciones está estrechamente relacionado con la expansión de los hongos filamentosos en el lodo activo. Esa es también la razón por la cual nos causa tantos problemas la expansión de dichos hongos. Por lo tanto, después de que el lodo activo sufra una expansión por parte de los hongos filamentosos, si se produce un impacto debido a una carga hidráulica adicional, es muy probable que los grupos de flocos de lodo activo se eleven hacia arriba. (4) La proliferación excesiva de musgo en la abertura de salida del agua del tanque de sedimentación secundaria se debe principalmente a que los nutrientes presentes en el agua de salida son demasiado altos, lo que permite que las algas crezcan en grandes cantidades donde hay luz. Al combinar la detección de nutrientes en el agua que sale del tanque de sedimentación secundario, se puede determinar si la proliferación de algas se debe a una cantidad excesiva de nutrientes restantes. 9 Análisis de las fallas en el funcionamiento de los tres tanques de sedimentación. En esta gran empresa papelera, generalmente no hay muchas fallas en los tres tanques de sedimentación, ya que su función es garantizar nuevamente el proceso de sedimentación en los dos tanques siguientes. Pero el problema radica más bien en la zona de reacciones físico-químicas que se encuentra antes de las tres celdas de sedimentación; es fácil que algunos operadores cometan errores en esta área. Al operar en la sección de reacciones físico-químicas de esta zona, el objetivo principal es fortalecer las partículas finamente sedimentadas que se encuentran en el agua resultante de la segunda sedimentación. Mediante la adición de sustancias químicas, se logra su eliminación más eficaz en la tercera sedimentación. Pero con la administración de los medicamentos suelen surgir problemas, ya que los fármacos utilizados son exactamente los mismos que se emplean en la etapa físico-química anterior al tanque de sedimentación inicial. Aquí surge el problema: en la etapa de tratamiento físico-químico que precede al tanque de sedimentación inicial, los productos químicos utilizados están dirigidos contra las sustancias en suspensión en las aguas residuales; estas sustancias suelen ser similares a partículas de arcilla y tienen carga negativa. Por lo tanto, los granos que se forman después de agregar PAC en esta etapa son muy pequeños. Solo al agregar además un coagulante como el PAM (de carga negativa), es cuando los flocos se vuelven más grandes. La razón radica en que el PAC actúa como esqueleto para la formación de flocos. Gracias a su capacidad de coagulación, el PAC permite que las partículas presentes en las aguas residuales se unan entre sí. En los grupos poliméricos del PAC pueden adsorberse grandes cantidades de partículas coloidales con carga negativa, o partículas con propiedades similares a las del barro. Sin embargo, la desventaja del PAC es que no puede seguir adsorbiendo otros grumos sobre los ya formados, con lo que no se logra aumentar el volumen de esos grumos. Por eso, los grumos que se forman después de añadir PAC suelen ser pequeños. En este caso, para determinar si es adecuado utilizar PAC, hay que observar si existe un espacio claro entre los grumos en la mezcla general; es decir, si hay espacios de agua entre las partículas. Esta observación es muy útil para evaluar la eficacia del uso del PAC. Después de añadir PAC, se añade PAM para potenciar el efecto de aumento de los coágulos formados; también contamos con soporte teórico para ello. El PAM es un coagulante auxiliar polimérico orgánico con un peso molecular muy elevado. Tras la hidrólisis, genera una gran cantidad de monómeros floculantes; posee una fuerte capacidad para adsorber y capturar las partículas en el agua. Por lo general, se utiliza en combinación con el PAC; el PAM negativo es el monómero resultante de la ionización e hidrólisis del PAM (que lleva carga negativa). Como ya se ha mencionado, después de que los grupos cargados positivamente por el PAC se adhieran a algo, los grupos presentes en una cadena de PAC suelen quedar completamente cubiertos por partículas similares a arcillas, que son cargadas negativamente. Cuando se añade PAM, que tiene una carga negativa intensa, el esqueleto formado por el PAM puede adsorber una gran cantidad de cadenas de PAC. Cuando un grupo central del PAM adsorbe una gran cantidad de cadenas de PAC, entonces podemos observar la formación de partículas muy grandes. Aquí podemos ver claramente cómo las partículas presentes en las aguas con carga negativa son adsorbidas por el PAC, que tiene carga positiva, formando así agregados de cadena larga. Luego, se añade el agente coagulante PAM, que también tiene carga negativa; este agente hace que el PAC, que ya ha adsorbido las partículas, forme aún más agregados de cadena larga. Este es el proceso general mediante el cual se forman los grandes agregados. Para garantizar la calidad del agua que sale de los tres tanques de sedimentación, es necesario precipitar y eliminar los floculos de lodo activo que salen del segundo tanque de sedimentación, mediante la adición de agentes coagulantes. Descubrimos que la adición de una pequeña cantidad de coagulante no tiene ningún efecto coagulante. La razón de esto es que los floculados que salen del tanque de sedimentación son, en su mayoría, lodos activos desfloculados. En cuanto a los lodos activos, se trata de partículas floculadas con una carga negativa muy fuerte. Pero, debido a diversas razones, estos lodos activos se desfloculan. Es bastante difícil volver a flocular estas partículas desfloculadas, ya que, sin la acción de las sustancias adhesivas propias de los microorganismos presentes en los lodos activos, las partículas con carga negativa no pueden unirse entre sí para formar floculados más grandes. Esto es especialmente evidente en las partículas de lodo activo desfloculado que se llevan consigo las aguas que salen del tanque de sedimentación secundaria. Por lo tanto, si no se añade una cantidad suficiente de PAC en la zona fisicoquímica de la parte anterior de los tres sedimentadores, será difícil lograr un buen efecto de floculación. Y muchos operadores, al ver esta situación, suelen pensar que se debe a una dosis insuficiente de PAM. Por eso, aumentan continuamente la cantidad de PAM utilizado. Como resultado, hay una gran cantidad de monómeros de PAM con carga negativa, los cuales no pueden aglutinarse con los gránulos de lodo activo que también tienen carga negativa. En consecuencia, no solo no se forman gránulos aglutinados, sino que además los gránulos de lodo activo se vuelven aún más estables entre sí, por lo que no se observa ningún efecto de aglutinación. Para resolver este problema, es necesario aumentar la cantidad de PAC que se añade al agua. El PAC sirve como estructura que permite que las partículas se unan entre sí. Dado que las partículas de lodo activo que provienen del tanque de sedimentación a veces no son muchas, cuando hay pocas partículas en el agua, disminuyen las posibilidades de que estas se unan entre sí. Estas partículas floculadas dispersas solo pueden tratarse aumentando la dosificación de PAC, utilizándolo como esqueleto floculante para mejorar el efecto de floculación. La práctica también ha demostrado que determinar con claridad la carga eléctrica del lodo flotante en el sedimentador secundario es de gran ayuda para elegir y determinar las cantidades adecuadas de floculante y cofloculante a añadir.