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EXPERIENCIAS PRÁCTICAS EN LA OPTIMIZACIÓN YMANTENIMIENTO DE UN SISTEMA DE DEPURACIÓN

FÍSICO-QUÍMICO Y BIOLÓGICO

Dr. Josep Miquel Carceller RosaS.A. DAMM

RESUMEN

El tratamiento de las aguas residuales tanto urbanas como industriales es un aspectoimportante para asegurar un crecimiento sostenible con la conservación del medio ambiente.La mayor parte de las estaciones depuradoras que tratan estas aguas residuales tienen sistemasbiológicos aerobios de fangos activados. En un sistema biológico aerobio convencional(reactor biológico con decantador secundario) existen unos parametros de operación básicosque deben tenerse en cuenta para el buen funcionamiento del sistema. El fango activado debemostrar una buena decantabilidad para que pueda separarse del agua depurada.

En ocasiones, se produce una proliferación excesiva de bacterias filamentosas, dando lugar aun abultamiento del fango (“bulking”), lo que impide la correcta decantabilidad del fango.Algunas de estas bacterias pueden dar lugar también a la formación de espumas (“Foaming”).Para controlar estas disfunciones que aparecen con frecuencia en las depuradoras, es de granimportancia identificar correctamente las bacterias filamentosas, ya que la solución másadecuada depende del tipo filamentoso presente.

Las aguas residuales procedentes de determinados sectores especialmente industriasalimentarias y papeleras son muy propensas a experimentar el fenómeno del “bulking”. Enestos casos la experiencia ha demostrado que introduciendo sistemas de depuraciónanaerobios previos al tratamiento aerobio existente eliminan el fenómeno del bulking en éstosúltimos.

En el presente trabajo se expone las ampliación efectuada en una depuradora biológicaaerobia con un pretratamiento biológico anaerobio.


1. INTRODUCCIÓN

En el conjunto de una EDAR, el tratamiento biológico o tratamiento secundario constituyeuna de las etapas fundamentales, en la que la mayor parte de la carga orgánica es eliminadapor el efecto de la biomasa presente.

Existe un gran número de sistemas biológicos dependiendo de las condiciones fisiológicaspresentes (aerobios, anaerobios, anóxicos), o de las condiciones en que se encuentra labiomasa (biomasa en suspensión o biomasa fijada).

El sistema biológico más ampliamente extendido en las estaciones depuradoras de aguasresiduales, y especialmente en las urbanas, es el sistema biológico aerobio de fangosactivados en suspensión.

Los fangos activados están constituidos por una gran variedad de microorganismos, peromayoritariamente por bacterias, en menor proporción por protozoos, y ocasionalmente porinvertebrados inferiores.

Se trata por tanto de un consorcio de microorganismos interrelacionados entre sí, y por tantoson sistemas complejos y delicados cuyo comportamiento es en ocasiones difícil de predecir.En cualquier caso, para comprender y para controlar los sistemas de fangos activados debentenerse presente las leyes que rigen el comportamiento de los microorganismos.

2. PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS AEROBIOSDE FANGOS ACTIVADOS

En un sistema biológico aerobio convencional de fangos activados, reactor biológico de biomasaen suspensión, con decantador secundario existen unos parámetros básicos que debenconsiderarse para el buen funcionamiento del sistema:

• Caudal diario Q en m3 / día.

• Concentración de DBO5 ó DQO a la entrada al reactor, se expresa en mg O2 / L.

• Carga orgánica F, es la cantidad diaria de DBO5 ó DQO que entra en el reactor y se deducede la concentración de DBO5 ó DQO, y del caudal diario, se expresa en Kg O2 / d.

• Volumen del reactor V, se expresa en m3.

• Concentración de biomasa o fango activado, suele medirse como MESV (materias ensuspensión volátiles), se expresa en mg/L, y equivale al MES105° - MES550° es decir lasmaterias en suspensión totales (a 105°C) menos las materias en suspensión inertes (a550°C), representa la materia en suspensión de naturaleza orgánica.


• Biomasa total M, es la masa total de microorganismos existentes en el reactor biológico, se

expresa en Kg y se deduce de la concentración de MESV y del volumen del reactor V, enm3.

• Carga másica F/M, (“food to microorganisms ratio” o “feed/mass”), es la relación entre lacarga orgánica F y la biomasa presente en el reactor. Se expresa como Kg de DBO5 / KgMESV, ó como Kg DQO / Kg MES. Los valores normales de carga másica para sistemasbiológicos convencionales de carga media, oscilan entre 0,2 y 0,6. En los sistemas conoxígeno puro se consideran bajos valores inferiores a 0,5.

• pH: Debe encontrarse preferentemente entre 6,5 y 8, dado que el pH óptimo de las bacterias

(componentes mayoritarios de la biomasa) está entre 7 y 7,5. Este valor se puede controlarmediante un pH-metro en el reactor o a la entrada al mismo y puede mantenerse mediante laadición de ácidos o álcalis.

• OD: El oxígeno disuelto es esencial para el buen funcionamiento de los sistemas aerobios.

Normalmente la concentración no debe ser inferior a 2, y debe controlarse mediante unoxímetro, y suministrar más aire u oxígeno si la concentración desciende. Los sistemasbiológicos con oxígeno puro pueden llegar a trabajar con concentraciones de hasta 15 - 20ppm O2/L.

• Nutrientes: Dado que en un reactor biológico se está formando biomasa a expensas del

agua residual, y que para la formación de la biomasa es necesario un equilibrio entre lafuente de carbono (expresado como DBO5 o DQO) y el nitrógeno y el fosforo, debecontrolarse que el agua de entrada al reactor biológico mantenga este equilibrio. Larelación adecuada DBO5 / N / P es de 100 : 5 : 1. De hecho la composición de labiomasa tiene también esta misma relación. Según el tipo de industria y otros factorescomo puede ser la edad del fango, la DBO5 puede tener valores más altos. El nitrógeno sesuele expresar como como nitrógeno total Kjeldahl (NTK), que equivale al nitrógenoorgánico y amoniacal, y el fósforo puede expresarse como fósforo total o comoortofosfatos. Normalmente las aguas residuales urbanas no suelen tener déficit denutrientes, mientras que en las industriales es frecuente que exista déficit de nitrógeno, defosforo, o de ambos. En el caso de industrias cerveceras suele existir déficit de nitrógeno.

Además del buen funcionamiento del sistema biológico, el fango debe mostrar una buenadecantabilidad para que pueda separarse del agua depurada en el decantador secundario. Launidad funcional que tiene que depurar y a la vez separarse por decantación es el flóculo que seencuentra presente en el fango activado del reactor biológico. Los parámetros que definen ladecantabilidad de los fangos son:

• V30 : Es el volumen que ocupa el fango cuando un litro de muestra del reactor esdecantado durante 30 minutos. Aunque este parámetro es dependiente del material ensuspensión, es un indicador inmediato de si el fango es compacto y decantará bien, o siempieza a abultarse


• IVF: El índice volumétrico de fangos (IVF) es el volumen que ocupa 1 g de fango.Orientativamente se considera que si el IVF supera el valor de 150, tiene que pensarse queno se producirá una buena decantación debido al fenómeno del “bulking”

IVF = V30 (ml) / MES (g).

Si alguno de los parámetros arriba mencionados no se encuentra en los valores adecuados, elsistema biológico puede funcionar deficitariamente, o la decantabilidad de los fangos puedeverse comprometida.

Las deficiencias en la decantabilidad de los fangos pueden ser debidas a un flóculo muy pequeño(“Pin point floc”) normalmente como consecuencia de la ausencia de microorganismosfilamentosos, y que puede acabar en un crecimiento disperso (ausencia de flóculo), o en el casocontrario, a una proliferación excesiva de microorganismos filamentosos. Un exceso demicroorganismos filamentosos produce uniones entre flóculos, o un flóculo de estructura abiertay poca consistencia (difuso). En ambos casos el IVF aumenta considerablemente con lo que elfango no decanta bien y sale por el decantador secundario.

3. LOS FENÓMENOS DE “BULKING” Y DEL “FOAMING”

El “bulking” (= abultamiento), es por tanto un fenómeno en el cual, el fango activado quehabitualmente se separa eficazmente en el decantador secundario debido a una correctafloculación, pierde esta capacidad de decantar debido generalmente a la proliferación excesivade bacterias filamentosas. En estas circunstancias, las bacterias filamentosas tienden a unir losflóculos entre sí o forman un flóculo de estructura abierta y poco compacto, siendo elresultado un incremento en el volumen del fango (hinchamiento o “bulking”). Comoconsecuencia se produce una pérdida de fango en el decantador secundario, lo que conduce auna disminución de la biomasa en el sistema biológico y por lo tanto a una disminución en laeficiencia de depuración. Asimismo la calidad del efluente empeora por la presencia delfango.

Algunos de estos micoorganismos filamentosos pueden dar lugar a la formación de espumas(“Foaming”). En este caso, estos microorganismos se emulsionan con las grasas que no han sidoeliminadas eficazmente por el sistema de desengrasado de la EDAR, y tienden a acumularse enla superficie por flotación, empujados por las burbujas de aire, dando lugar a unas espumasdensas que pueden llegar a tener una gran consistencia, constituyendo en ocasiones un graveproblema eliminarlas.

A este fenómeno, se le conoce con el nombre de “BULKING” (= abultamiento), y es uno de losproblemas más frecuentes y más difíciles de solucionar con los que se enfrentan losresponsables de las estaciones depuradoras.

Las causas fundamentales que llevan a un episodio de bulking son fundamentalmente:


1. Baja concentración de oxígeno disuelto2. Septicidad (presencia de sulfuros)3. Baja relación F/M (carga másica).4. Déficit de nutrientes: Nitrógeno y / ó fósforo.5. pH inferior a 6,5 en el reactor

Cuando se produce un episodio de bulking es importante observar detenidamente el fango almicroscopio e IDENTIFICAR los microorganismos filamentosos, y su abundancia, puesto queno todos estos microorganismos proliferan por la misma causa. En general encuentran en lassituaciones arriba mencionadas, unas condiciones más favorables para el crecimiento que losmicroorganismos formadores del flóculo. Esto lleva a un sobrecrecimiento de losmicroorganismos filamentosos y a una dificultad para la decantación, con lo que se pierde fangopor el decantador secundario, y no puede mantenerse la biomasa necesaria para la correctadepuración.

Algunos de estos micoorganismos filamentosos pueden dar lugar a la formación de espumas(“Foaming”). En este caso, estos microorganismos tienden a acumularse en la superficie porflotación, empujados por las burbujas de aire, dando lugar a unas espumas densas que puedenllegar a tener una gran consistencia, constituyendo en ocasiones un grave problema eliminarlas.

4. OBSERVACION MICROSCÓPICA DEL FANGO

La observación microscópica del fango es uno de los análisis rutinarios más importantes quedeben ser realizados en una planta de fangos activados. De la observación del aspecto del fangopuede deducirse si el sistema está bien equilibrado o existe alguna disfunción.

En el examen microscópico tenemos que observar fundamentalmente:

1. El tamaño, y la morfología del flóculo.2. La presencia de los tipos de protozoos y de invertebrados inferiores pueden ser

orientativos.3. La presencia de microorganismos filamentosos, su identificación, su abundancia, y el

efecto que tienen en el flóculo (flóculo difuso, o puentes entre flóculos).

Para la observación microscópica precisamos de un microscopio de campo claro y con contrastede fases, el equipo de coloración de Gram, de Neisser, la tinción de PHB (poli β-hidroxibutirato),tinta china, el test del azufre.

La observación microscópica se realiza primeramente en contraste de fases a 100 o 200aumentos para ver el aspecto del flóculo, el tipo de protozoos e invertebrados inferiores y su lacantidad relativa de cada tipo, y por último, la abundancia de microorganismos filamentosos.Seguidamente se pasa a una observación a 1000 aumentos con objetivo de inmersión, encontraste de fases, para observar la morfología de los tipos filamentosos reconocer las


características diferenciales que nos permitan identificar el tipo de microorganismo filamentoso.Finalmente si se considera oportuno pueden realizarse las tinciones de Gram y Neisser, así comolas de PHB, el test del azufre o la tinción con tinta china, para confirmar la identificación.

En general en los fangos activados existe una cierta cantidad de bacterias filamentosas. Esdeseable que se encuentren en cierta proporción ya que ayudan a la formación del flóculo,dándole consistencia, como si se tratara de la espina dorsal del mismo. Una proliferaciónexcesiva de bacterias filamentosas puede dar lugar a la unión entre flóculos (“interbridging”) conlo que el flóculo no actúa como una unidad independiente a la hora de decantar, o puede tambiéndar lugar a un flóculo difuso o de estructura abierta y poca consistencia (“open floc structure”).En ambos casos el fango muestra una pobre decantabilidad.

Los protozoos suelen ser buenos indicadores del estado del sistema. Una abundancia de amebas,flagelados y ciliados libres de pequeño tamaño indica que se está trabajando a una cargademasiado alta, mientras que un predominio de ciliados fijados, e invertebrados inferiores(rotíferos, nemátodos), indica que se está operando a una carga demasiado baja. En un sistemabien equilibrado tiene que existir una buena diversidad de protozoos, con predominio de ciliadoslibres y fijados. La ausencia (desaparición) súbita de protozoos e invertebrados inferiores puedeindicar que se ha producido un “shock” tóxico. Esta situación también se da cuando se produceuna sobrecloración del fango para eliminar bacterias filamentosas.

5. IDENTIFICACION DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS

Para poder identificar los tipos de microorganismos filamentosos, hoy por hoy sólo se disponede un conjunto de características morfológicas, las tinciones de gram, Neisser, PHB, tinta china,y el test del azufre. Entre las características morfológicas tienen que considerarse:

• Filamento: Morfología, longitud, diámetro, localización respecto al flóculo (dentro delflóculo, extendiéndose hacia el exterior, o libre en el líquido, presencia de vaina, decrecimiento adherido (bacterias epifíticas), de gránulos de S, y de inclusiones de PHB.

• Célula: Morfología y tamaño celular

Los métodos convencionales de identificación de microorganismos suponen un aislamientoprevio y posteriores pruebas fenotípicas, quimiotaxonómicas y genéticas. Desgraciadamente lamayor parte de los microorganismos filamentosos responsables de procesos de “Bulking” o“Foaming” no han podido aislarse todavía o su aislamiento es sumamente complicado, y por lotanto no existe una descripción taxonómica adecuada que permita definirlos. En 1975,Eikelboom y colaboradores, después de examinar un gran número de muestras de fangos demuchas depuradoras, desarrollaron una nomenclatura basada en la observación microscópica deunas características morfológicas, para referirse a una serie de microorganismos filamentososque aparecían repetidamente. Esta nomenclatura, actualizada posteriormente por Jenkins ycolaboradores (TABLA 1) se fue adoptando y en la actualidad es el punto de referencia


obligado, y sigue vigente a pesar de que ya se están desarrollando métodos moleculares másobjetivos. A efectos prácticos la observación microscópica es suficiente para identificar estosmicroorganismos, y por lo tanto, para encontrar la solución más adecuada.


ESPECIE O TIPO Tinción Tinción Neisser InclusionesT R I C O M A C E L U L A

DE FILAMENTO(Notas)

Gram Tricoma Gránulos S testde S

PHB Anchoµm

Largoµm

Forma Locali-zación

Septovisible

Vaina Bacteriasadheridas

Morfología

Tamaño

S. natans1701

1 --

--

--

--

--

++

1,0-1,40,6-0,8

>50020-80

RR,D

EI,E

++

++

-++

BcBc

1,4x2,00,8x1,2

00410675

+,V+,V

--

-,+-,+

--

--

--

1,4-1,60,8-1,0

100-50050-150

R,LCR,LC

I,EI

++

++

++,-++,-

CC

1,5x1,51,0x1,0

021N 2 - - -,+ -,+ + + 1,0-2,0 50-1000 R,LC E + - - R 1,0-2,0x1,5-2,0Thiothrix IThiothrix II

22

-,+-

--

-,+-,+

+,-+,-

++

++

1,4-2,50,8-1,4

100- >50050-200

R,LCR,LC

EE

++

++

--

RR

2,0x3,0-5,01,0x1,5

0914Beggiatoa spp.

34

-,+-,+

--

-,+-,+

-,++,-

-+

++

1,01,2-3,0

50-200100- >500

RR,LC

E,LL

+-,+

--

--

RR

1,0x1,02,0x6,0

1851H. hydrossis 5

+ débil-

--

--

--

--

--

0,80,5

100-30010-100

R,LCR,D

EE,L

+,--

++

-,+-,+

R-

0,8x1,5-

00920961 6

--

+-

--

--

--

--

0,8-1,00,8-1,2

20-6040-80

R,DR

IE

+,-+

--

--

RR

0,8x1,50,8-1,4x2,0-4,0

N. limicola IN. limicola IIN. limicola III

+-,++

++,-+

---

---

---

-++

0,81,2-1,4

2,0

100100-200200-300

CCC

I,EI,EI,E

-++

---

---

DDD

-1,2x1,02,0x1,5

Nocardia spp.M. parvicella1863

7

8

++-

---

++-

---

---

++-

1,00,80,8

5-3050-20020-50

ICI

II

E,L

+,--+

---

---

I-O

--

0,8x1,0-1,5

LEYENDA: + positivo FORMA DEL TRICOMA LOCALIZACION DEL TRICOMA MORFOLOGIA CELULAR- negativo R Recto E Se extiende desde la superficie del fóluco Bc BacilarV variable D Doblado I Mayoritariamente en el interior del flóculo C Cuadrada+,- ó -,+ variable siendo el primero C Curvado L Libre en el líquido entre los flóculos R Rectangular

el más frecuente LC Ligeramente curvado Br Barril I Irregular D Discoidal

O OvalNOTAS: 1. Falsas ramificaciones. 2. Rosetas y gonidios. 3. Gránulos de azufre cuadrados. 4. Móvil.

5. Aspecto de agujas. 6. Transparente. 7. Ramificaciones verdaderas. 8. Cadenas de células.

TABLA 1. Clave de identificación de los microorganismos filamentosos (Jenkins , Richard y Daigger, 1993)


6. CONTROL DEL BULKING Y DEL FOAMING

En general, el control del bulking y del foaming se basa en eliminar la causa que favorece laproliferación excesiva del microorganismos filamentoso que lo produce. Existen muchascausas que favorecen el crecimiento de los microorganismos filamentosos frente a losformadores del flóculo. Algunas de ellas están recogidas en la TABLA 2. Losmicroorganismos filamentosos y los formadores del flóculo están en competencia, y losprimeros encuentran una ventaja selectiva de crecimiento cuando la concentración desustrato es baja tal y como ilustra la FIGURA 1. Esta circunstancia de competencia cinéticapuede verse agravada si el agua es muy biodegradable. Este es el motivo por el cual losfenómenos del bulking y del foaming son especialmente relevantes en cuanto a frecuencia eintensidad en las EDAR que tratan aguas de industrias alimentarias cuyos vertidos contienenmateria orgánica facilmente biodegradable (azúcares, aminoácidos, etc). La TABLA 3ilustra este hecho: Tomando como referencia el agua residual municipal, el sectoralimentario (aunque también las industrias papeleras) tiene unas aguas residuales muypropensas al bulking. En estos casos, estrategias como cambiar la configuración del reactorbiológico de mezcla completa a flujo pistón o incorporar un selector (compartimento previoen el que el fango recirculado se mezcla con el agua que entra al reactor), no suelen tenermucho éxito. Esto explica que la mayor parte de industrias cerveceras y también otrasindustrias alimentarias, y papeleras, tengan sistemas biológicos anaerobios previos a lossistemas biologicos aerobios de fangos activados. Los sistemas anaerobios eliminanfundamentalmente el agua facilmente biodegradable, con lo que reducen en una parte muyimportante el riesgo de bulking.

Por último, está muy extendida la práctica de añadir generalmente a la entrada al decantadorsecundario, productos que incrementan la sedimentabilidad del fango como cloruro férrico,alúmina o polielectrolitos. También la adición de biocidas como hipoclorito o másraramente ozono o peróxido de hidrógeno, se utiliza para combatir el exceso de bacteriasfilamentosas. Estas estrategias deben ser las últimas que deben utilizarse, ya que no se estáeliminando la causa sinó que se controla el síntoma. Pueden ser útiles en momentospuntuales pero nunca son una solución cuando los episodios de bulking y foaming serepiten.


CAUSA MICROORGANISMO FILAMENTOSOS

Oxígeno disuelto bajo Tipo 1701, S. natans, H. hydrosis

Septicidad (sulfuros) Thiothrix spp. Beggiatoa, tipo 021N

Déficit de nutrientes (N, P) Thiothrix spp., S. natans, H. hydrosis,tipos 021N, 0041, 0675

Carga másico (F/M) baja M. parvicella, H. hydrosis, Nocardia spp.,tipos 021N, 0041, 0675, 0092, 0961

pH bajo (< 6,5) Hongos

TABLA 2. Causas que favorecen la proliferación de algunos tipos de microorganismos filamentosos.

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µ

S

BACTERIAS FILAMENTOSAS

FIGURA 1. Las bacterias filamentosas tienen mayor velocidad de crecimiento a concentraciones bajas de sustrato. Las bacterias formadoras de flóculo crecen más rapidamente a concentraciones altas de sustrato.

BACTERIAS DEL FLOCULO


ORIGEN DEL IVF TIPOS FILAMENTOSOS AGUARESIDUAL

6/12 2/12 PREDOMINANTES

Municipal 103 148 021N, 0041, M. parvicella, S. natans, 1701

Papelera 265 613 021N, 0041, Nocardia, 1701, 0675

Matadero 109 160 021N, 1701, M. parvicella

Láctea 224 490 0092, 021N, 1701, M. parvicella

Vegetales 173 302 Nocardia, 0041, 021N

Frutas 112 209 021N, M. parvicella, S. natans, 1701

Destilería 103 191 021N, 0041, N. limícola

Cervecera 169 283 021N, 1701, S. natans, 0092, 0041, 0675

TABLA 3. Relación de los IVF que son excedidos 6 meses al año (6/12) y 2 mesesal año (2/12), los tipos filamentosos predominantes, y el origen del agua residual.


7. INCORPORACIÓN DE UN SISTEMA ANAEROBIO PREVIO AL SISTEMAAEROBIO DE FANGOS ACTIVADOS

Los sistemas anaerobios están por tanto indicados en aguas residuales que contienenelevadas concentraciones de materia orgánica fácilmente biodegradable. Sectores como elcervecero, papelero, industrias azucareras y en general industrias alimentarias y debebidas que procesan productos de origen vegetal suelen encontrar en los sistemasanaerobios de depuración el sistema de depuración más indicado para las aguas quetienen que tratar.

Las reacciones bioquímicas básicas que tienen lugar en un sistema anaerobio estánesquematizadas en la FIGURA 2. La configuración básica del sistema anaerobio seencuentra representada en la FIGURA 3. Si bien existen distintos tipos de sistemasanaerobio para el tratamiento de aguas residuales, el más extendido es el tipo UASB(upflow anaerobic sludge blanket). En los últimos años se han ido desarrollando a partirde este sistema básico, sistemas de lecho expandido que ofrecen ciertas ventajas, entreellas la posibilidad de tratar cargas mayores, el mayor control sobre el sistema, y muyespecialmente la menor superficie requerida.

En los sistemas anaerobios la biomasa no se encuentra formando flóculos, sino que lasbacterias están agregadas formando gránulos de un tamaño del orden de un milímetro.Estos gránulos están compuestos mayoritariamente por bacterias metanogénicas, enmenor proporción por bacterias acetogénicas, y por una cierta proporción de bacteriassulfatoreductoras. Las causas que mantienen la estructura de este gránulo no son del todoconocidas a pesar de que son muchos los trabajos que se han realizado para conocer losfactores que afectan al equilibrio de la granulación. En general el pH la carga orgánica yla composición de determinados oligoelementos, especialmente el hierro, son importantespara mantener cohesionada la estructura granular, y evitar que pase a forma floculenta, yacabe deshaciendose.

Este fango granular anaerobio tiene una tasa de crecimiento muy baja, del orden de 0.02Kg de SSV/Kg DQO eliminada. Cuando un sistema anaerobio se arranca por primera vez,el fango granular no se instala solo como sucede con el fango activado de los sistemasaerobios sino que es preciso aportar del orden del 30% de la biomasa total y dejar que enel espacio de varios meses vaya creciendo hasta conseguir la totalidad de la biomasa. Porotra parte el excedente de biomasa puede acumularse en un tanque y guardarse durantelargos períodos por si se produjera alguna perdida o deterioro accidental de la biomasaexistente en los reactores anaerobios. Asimismo, esta biomasa se puede vender a otrasindustrias que tengan la necesidad de arrancar el reactor anaerobio de una nuevainstalación.

Debido a estas circunstancias, los sistemas anaerobios requieren un control constante delpH y de la carga orgánica que llega, para conservar la naturaleza granular de la biomasa yevitar que pueda perderse por el efluente del reactor. En general aunque el control y lacorrección del pH está presente en todos estos sistemas anaerobios, también suelendisponer de por lo menos un tanque de “emergencias” para acumular vertidos que con pHexcesivamente ácidos o alcalinos, o para sobrecargas orgánicas.


FIGURA 2. Actividades microbianas de los sistemas anaerobios

MATERIA ORGÁNICA (substratos poliméricos complejos)polisacáridos proteínas lípidos

MONÓMEROS Y MOLÉCULAS DE BAJO P.M.

azúcares aminoácidosy péptidos

ácidos grasosde cadena larga

H2, CO2, acetato, formato, propionato, butirato . . . (AGV) etanol, lactato, aldehidos, . . . .

Acetato, H2, CO2,

CH4 + CO2

ACTIVIDADES MICROBIANAS EN EL PROCESO ANAEROBIO

Hidrólisis por exoenzimas bacterianos

Fermentativos

Acetogénicos

Metanogénicos

1ª F

AS

E:

AC

IDO

GÉ

NE

SIS

2ª F

AS

E:

ME

TAN

OG

ÉN

ES

IS

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FIGURA 3. Configuración básica del sistema anaerobio

EFLUENTE

DESBASTEDE FINOSDE 0,5 mm

DECANTADORPRIMARIO

pH ácidopH alcalinoCargas altasTemperatura

HOMOGENEIZACION

PREACIDIFICACION

REACTORANAEROBIO

PROCESO DEHIDRÓLISIS YDE ACETOGÉNESIS:Formación de AGV

DECANTACIÓNDE SÓLIDOSSEDIMENTABLES

TRATAMIENTODE OLORES

BIOGASTANQUE DEEMERGENCIA

Bajaconcentraciónde AGV:Riesgo de“bulking” muyremoto


La incorporación de un sistema anaerobio previo al sistema aerobio existente sueleconllevar una serie de ventajas para el sistema aerobio:

• Al disponer de un sistema anaerobio que elimina el 70-80% de la materia orgánica(DQO), el sistema aerobio no se encuentra sobrecargado.

• La fracción fácilmente biodegradable del agua residual ha sido eliminada por elsistema anaerobio por lo que desaparece el fenómeno del bulking. Se produce unaespectacular disminución del IVF.

• El sistema aerobio no requiere el mismo grado de atención, y el control sobre losparámetros de operación (por ejemplo F/M, O.D., SSVLM, etc.) no sonesenciales.

• No suele ser necesaria la adición de nutrientes: Los sistemas anaerobios requierenmenos nutrientes (relación DBO:NTK:P del orden de 1000–350 : 5 : 1)y eliminancerca del 80% de la materia orgánica, por lo que es difícil que exista déficit denutrientes en el sistema aerobio.

• Disminuye la cantidad de fangos producidos por el sistema aerobio.

Los inconvenientes más relevantes que aparecen tras la incorporación del sistemaanaerobio son:

• Requiere un mayor control del pH

• Requiere un mayor control de las cargas orgánicas que llegan al sistema anaerobio.

• La perdida de biomasa debido a un exceso de carga orgánica (acidificación delreactor) a pH excesivamente ácidos o alcalinos, o a un schock tóxico, sonirreversibles y requiere arrancar de nuevo el reactor con aporte externo de fangogranular anaerobio.

Las diferencias más importantes entre los sistemas aerobios y los anaerobios estánrecogidos en la TABLA 4.

En la FIGURA 4 puede verse el diagrama de flujo simplificado de la EDAR con sistemaaerobio únicamente, y en la FIGURA 5, puede verse el diagrama de flujo de la EDARampliada con un sistema anaerobio. En la FIGURA 6. Se pone de evidencia la eficienciade depuración de los sistemas anaerobio (IC) y aerobio.

El sistema anaerobio que se escogió entre los sistemas existentes fue el BIOPAQ-IC dela empresa PAQUES, por considerar que es el más avanzado de cuantos existen.


PARÁMETRO AEROBIO ANAEROBIO

DQO entrada < 1,500 mg O2 / L >1,500 mg O2 / L

Estado de la biomasa floculenta granular

Formación de biomasa 0.7 Kg / Kg DQO eliminada < 0.02 Kg / Kg DQO eliminada

Carga volumétrica 0.3 – 0.7 Kg / m3 · d 10 – 30 Kg / m3 · d

Carga másica 0.2 – 0.5 Kg / Kg SSV · d 0.5 – 1 Kg / SSV · d

Relación DBO / N / P 100 / 5 / 1 1,000 - 350 / 5 / 1

Rendimiento 90 – 95 % 80 –85 %

Formación de biogas NO SÍ

Superficie requerida Grande Pequeña

Control de pH Según los casos Imprescindible

Parada de un reactor Obliga a vaciar y arrancar de nuevo sies por cierto tiempo

La biomasa puede permanecer paradadurante meses

Arranque del reactor Rápida sin necesidad de aporte debiomasa externa

Lenta, y requiere el aporte de biomasaexterna

TABLA 4. Diferencias existentes entre los sistemas aerobios y anaerobios


DIAGRAMA DE FLUJO DE LA EDAR DE DAMM-31995

POZO DEBOMBEO

DECANTADORPRIMARIO

HOMOGENEIZACIÓN

REACTORBIOLOGICO(oxigeno puro)

DIGESTORAEROBIO

DECANTADORSECUNDARIO

AGUADEPURADA

CENTRIFUGA EVACUACIÓNDE FANGOS

DESBASTEDE GRUESOS

POZO DEBOMBEO

FIGURA 4. Diagrama de flujo simplificado de la EDAR con sistema aerobio únicamente.


DIAGRAMA DE FLUJO DE LA EDAR DE DAMM-31998

BIOGAS

POZO DEBOMBEO

POZO DEBOMBEO

DECANTADORPRIMARIO

HOMOGE-NEIZACIÓN

REACTORESANAEROBIOS( IC )

REACTORBIOLOGICOAEROBIO(oxigeno puro)

DIGESTORAEROBIO

DECANTADORSECUNDARIO

AGUADEPURADA

ESPESADORDE FANGOS( DAF )

CENTRIFUGA EVACUACIÓNDE FANGOS

DESBASTEDE GRUESOS

DESBASTEDE FINOS

PREACIDI-FICACIÓN

POZO DEBOMBEO(decantadores)

EMER-GEN-CIA

TOC

FIGURA 5. Diagrama de flujo de la EDAR ampliada, con sistema anaerobio y aerobio.


EVOLUCIÓN DQO EDAR DAMM-3

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65días

DQ

O m

g/L

DQO influente DQO salida IC's DQO efluente EDAR

FIGURA 6. Eficiencia de depuración de los sistemas anaerobio (IC) y aerobio


8. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

Eckenfelder, W.W. y J.L. Musterman. 1995. “Activated sludge treatment of industrial wastewater”. Technomic publishing. Lancaster, PA.

Habets, L. 1995. “High rate anaerobic processes”. A three day course on Wastewater Management for Indusry. Manchester, 1-3 Novewmbre1995. IBC technical services Ltd.

Jenkins, D., M.G. Richard y G.T. Daigger. 1993. “Manual on the causes and control of activated sludge bulking and foaming”. 2nd De. Lewispublishers. Chelsea. MI

Lettinga,G., A.F.M. Van Velsen, S.W. Hobma, W. Zeeuw y A. Klapwijk. 1980. “Use of upflowsludge blanket (USB) reactor concept forbiological waste water treatment, specially for anaerobic treatment”. Biotechnology and Bioengineering, Vol XXII, p. 699-734.

Richard, M.G. 1989. “Activated sludge Microbiology” Water Pollution Control Federation. Alexandría. VA

Wanner, J. 1994. “Activated sludge bulking and foaming control”. Technomic Publishing co. inc. Lancaster, Basel.

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