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ERRORES de diseño en los procesos de fangos activos de una EDAR

07/05/2017

ERRORES de diseño en los procesos de fangos activos de una EDAR

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Jorge Chamorro Alonso

Jorge Chamorro Alonso

  • Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación
  • Profesor asociado en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid
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La complejidad del diseño de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) es tal que no es posible incluirlas en la formación de ninguna titulación universitaria. Ni siquiera los masters que se ofertan en el mercado educativo cumplen con las exigencias mínimas para conseguir capacitar adecuadamente a los alumnos que los cursan.
 

En consecuencia, el diseño se ha ido enseñando y aprehendiendo en las empresas mediante la transmisión de los seniors a los juniors. Sin menoscabo de considerar esta formación como la más natural, no es menos cierto que ha ido perpetuando una serie de errores en el diseño bajo el eslogan: “Siempre se ha hecho así”.
 
Con objeto de ir corrigiendo errores en el diseño, que luego en explotación dificultan las labores de operación hasta límites insospechados, he recogido varios de los errores más comunes que aún se siguen manteniendo en el diseño de las EDAR por razones obviamente conceptuales y, especialmente, económicas.
 
Antes de nada, debemos de recordar que una EDAR es una fábrica de biosólidos, esto significa que el diseño tiene que ser versátil y funcional para que durante la fabricación del biosólido no haya fallos en la cantidad y calidad. Cualquier fallo en la producción supondrá daños medio ambientales considerables, posiblemente. a corto plazo no, pero si a medio y largo plazo, máxime si los fallos son recurrentes. 
 
Es decir, tenemos que pensar, al diseñar una EDAR, que estamos diseñando una fábrica que trabaja veinticuatro horas al día durante 365 días al año y que, ATENCIÓN, NO SE PUEDE SELECCIONAR LA CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA QUE LE LLEGA, solo acotar algunas de las características de la misma. Imaginaros como diseñarían una fábrica de coches si le dijeran que algunos de los componentes que le llegan no son los más adecuados para su incorporación al modelo fabricado y que deben de acondicionarlo para evitar fallos posteriores. Cuan flexible sería esa fábrica.
 
Por consiguiente, debemos de incorporar la máxima flexibilidad posible a los procesos que constituyen una EDAR para evitar limitar la capacidad de respuesta del operador frente a potenciales problemas.
 


Aspectos de diseño

 
Como todos sabemos, las EDAR se diseñan desde dos aspectos: Proceso e hidráulico. La mayoría de los errores de diseño se producen por olvidar uno de estos aspectos. Por ejemplo, de nada sirve hacer un diseño de un proceso de fangos activos brillante, si luego los decantadores secundarios no tienen la altura necesaria para las características del fango. Al final la contaminación (fangos) acabarán en el cauce receptor.
 
Para el diseño hidráulico se necesita conocer el caudal medio (obtenido de multiplicar los habitantes de hecho por la dotación), el caudal punta (caudal máximo de aguas negras) y el caudal máximo (caudal máximo de aguas, pluviales y negras, que se procesan en la EDAR). En España, los caudales máximos reciben un tratamiento primario, mientras que los puntas solo tratamiento secundario y/o terciario.
 
Para el diseño de procesos se necesita conocer la DBO5 (obtenida de multiplicar los habitantes-equivalentes- que siempre tienen que ser mayores que los de hecho- por 60 gr DBO5/e-h/d en Europa), la DQO, los sólidos en suspensión (SS), el NTK, el fósforo total (P) del agua residual bruta.
 
Aclarados estos conceptos pasamos a describir los errores más comunes en el diseño, empezando por el más frecuente y que coarta de capacidad de respuesta del operador en uno de los procesos más potentes (observar que he dicho potente no más importante) como es el de los fangos activos.
 
 El diseño tradicional es el recogido en el esquema siguiente:
 
 
Veamos que ocurre en las diferentes etapas de operación de una EDAR.
 
  1. En la etapa de puesta en marcha y debido al lento crecimiento de la biomasa:
     
    1. Se puede tardar entre 30 y 60 días.
       
    2. Se tarda entre 30 y 60 días en determinar cuáles son los parámetros de funcionamiento óptimos para las características del agua bruta actual (recordad que hemos diseñado para el agua residual de dentro de 25 años).
       
  2. En los cambios estacionales, como consecuencia de los cambios de temperatura (siempre) o de cambios en las cargas contaminantes (caudales y contaminación) se debe de proceder a realizar ajustes en los parámetros de funcionamiento para optimizar el proceso. Se suele tardar entre 15 y 30 días.
     
  3. Cuando surgen desequilibrios tróficos con proliferación de microorganismos no deseables (bulking, filamentosos, etc.) encontrar los parámetros óptimos para restituir el proceso a condiciones de funcionamiento normales puede eternizarse, si tenemos suerte en 15 días lo podemos lograr, sino es posible que llegue hasta los 120 días.
     
  4. Cuando se ha detectado un vertido sospechoso el operador solo tiene dos opciones:
     
    1. Se by-pasea y solo recibe un tratamiento primario. Se vierte, al cauce receptor, agua sin depurar, se paga la penalización y se corre el riesgo de ser imputado por daños medio ambientales.
       
    2. Se procesa en el tratamiento biológico y se corre el riesgo de perder la biomasa y tener que partir de cero.  Mientras se recupera el proceso biológico (30 y 120 días) se vierte agua sin depurar, se paga la penalización y se corre el riesgo de ser imputado por daños medio ambientales.

Como veis el panorama no es nada halagüeño para el operador que se encuentra limitado en su capacidad de gestión de un proceso tan potente como el de los fangos activos.
 
El diseño correcto para un proceso de fangos activos es el siguiente:
 
 
 
 
Con este diseño se dispone de tres procesos biológicos diferentes, ya que los microrganismos de cada una de las balsas biológicas NO SE MEZCLAN EN NINGÚN MOMENTO. Ni a la salida de las balsas biológicas ni el bombeo de recirculación externa.
 
Fijaros las ventajas que aportan dos compuertas y tres muros de hormigón en el bombeo de recirculación:
 
  1. En la etapa de puesta en marcha seguiremos teniendo que esperar (entre 30 y 60 días) para la formación de la biomasa (veremos más adelante como podemos acortar este tiempo), pero observemos que pasa con el tiempo para optimizar los parámetros de funcionamiento:
     
    1. Como tenemos tres procesos independientes podemos implementar tres configuraciones diferentes una en cada balsa biológica y reducir hasta tres veces los tiempos de prueba de tal forma que tendríamos la EDAR en régimen entre 10 y 20 días con tres unidades. Con dos unidades entre 15 y 40 días y con cuatro unidades entre 5 y 10 días. ¡SORPRENDENTE!
       
  2. En los cambios estacionales ocurre lo mismo y los tiempos de respuesta se reducen en función de los procesos independientes que se tengan.
     
  3. Con los desequilibrios pasa lo mismo, se reduce la capacidad de respuesta del proceso de forma considerable.
     
  4. Con vertidos sospechoso ya no hay duda, se deben de procesar en una de las unidades, las otras se quedan en reserva.
     
    1. Si el vertido no es perjudica al proceso biológico se depura y no hay problemas.
       
    2. Si el vertido ha dañado al proceso biológico, en cuanto pase, se aísla la unidad afectada y se pone en marcha las otras dos.



Errores frecuentes

 
Otro de los errores más comunes (aunque menos que el anterior) de los fangos activos y especialmente cuando se reducen nutrientes (nitrógeno y fósforo) es el diseñar la entrada al proceso de acuerdo al siguiente esquema:
 
 
 
Aunque la solución es aparentemente inicua, deja al operador inerte frente a la carga de DBO5 que llega a la zona anóxica ubicada en cabecera del proceso.
 
El diseño de un proceso biológico se realiza para condiciones medias de DBO5 y NTK, aunque sabemos que están cambian a lo largo del día, del año e incluso de la vida útil de la EDAR. De la cantidad de DBO5 que entra en la zona anóxica depende el éxito de la desnitrificación y, por tanto, de la reducción de nutrientes.
 
Por consiguiente: ¿PORQUE LIMITAR LA CAPIDAD DEL OPERADOR PARA CONTROLAR LA DBO5 DE ENTRADA AL PROCESO BIOLÓGICO?

Bastaría con una válvula automática, un medidor y un tramo de tubería para revertir esta situación:
 
 
 
Con este diseño permitimos que el operador pueda seleccionar que carga de DBO5 le llega a cabecera de la zona anóxica. Fácil y sencillo con un coste mínimo.
 
Además, el tiempo de puesta en marcha se reduce de forma considerable (entre 10 y 20 días). Al alimentar directamente el proceso biológico con las aguas residuales pretratadas, sin pasar por primarios, los  sólidos en suspensión contribuyen a la formación de los MLSS de las balsas biológicas.
 
 
 
Jorge Chamorro Alonso
 
 
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Comentarios Publicar comentario
08/05/2017
Eduardo Ayesa escribió:
Totalmente de acuerdo con Jorge Chamorro. Consejos sencillos y lógicos que, inexplicablemente, se olvidan frecuentemente.
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