AAPPLLIICCAACCIIÓÓNN DDEE LLAA RREESSPPIIRROOMMEETTRRÍÍAA AALL TTRRAATTAAMMIIEENNTTOO BBIIOOLLÓÓGGIICCOO PPAARRAA LLAA EELLIIMMIINNAACCIIÓÓNN DDEELL NNIITTRRÓÓGGEENNOO

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AAPPLLIICCAACCIIÓÓNN DDEE LLAA RREESSPPIIRROOMMEETTRRÍÍAA AALL TTRRAATTAAMMIIEENNTTOO BBIIOOLLÓÓGGIICCOO PPAARRAA LLAA

EELLIIMMIINNAACCIIÓÓNN DDEELL NNIITTRRÓÓGGEENNOO RReessuummeenn En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el tratamiento biológico para la eliminación del nitrógeno (BNR) está adquiriendo una importancia fundamental. Los procesos BNR son la Nitrificación (aerobio) y la Desnitrificación (anóxico). Puesto que ambos procesos se realizan por medio microorganismos vivos, una falta de información sobre su bioactividad podría ser causa de confusión en cuanto a criterios de control y seguimiento. Por esta razón, la aplicación de la Respirometría a estos procesos ha alcanzado un importante papel al conseguir una información esencial a través de las medidas de la tasa de respiración en sus modos estático y dinámico y aplicaciones tales como AUR (Tasa específica de eliminación de Amonio), Capacidad de Nitrificación, DQORB DQO rápidamente biodegradable), así como AUR relacionado con SRT (Edad del Fango), DQORB relacionado NUR (Tasa específica de eliminación de Nitratos) entre otros. Por otro lado, en este artículo hemos introducido una aplicaciones no muy conocidas relacionadas con la desnitrificación, acerca de la aclimatación del metanol y la bioactividad generada. PPaallaabbrraass CCllaavvee:: Respirometría, Tasa de Respiración, Proceso anóxico, Actividad-Biológica, DQOB (DQO Biodegradable), DQORB (DQO Rápidamente Biodegradable), DQOLB (DQO Lentamente Biodegradable), OUR (Tasa de captación de oxígeno), SOUR (OUR específico), AUR (Tasa de eliminación de Amonio), NUR (Tasa de eliminación de Nitratos), Nitrificación, Desnitrificación, Toxicidad. 11.. TTrraattaammiieennttoo BBiioollóóggiiccoo ppaarraa llaa EElliimmiinnaacciióónn ddeell NNiittrróóggeennoo En una Estación Depuradora de Aguas Residuales, el tratamiento biológico para la eliminación del Nitrógeno (BNR) consta de dos etapas: La Nitrificación y la Desnitrificación.

11..11.. NNiittrriiffiiccaacciióónn La Nitrificación se refiere al proceso en el cual las bacterias nitrificantes (microorganismos autótrofos: Nitrosomas y Nitrobacter) pasan a oxidar el nitrógeno amoniacal (N_NH4

+) en dos etapas consecutivas (oxidación a nitrito N_NO2- y finalmente a nitrato N_NO3- Nitrógeno Orgánico ⇒ Hidrólisis ⇒ NH4

+ 2 NH4

+ + 3 O2 ⇒ Nitrosomas ⇒ 2 NO2- + 4 H2O + 4 H+ + Nuevas células

2 NO2

- + O2 ⇒ Nitrobacter ⇒ 2NO3- + Nuevas células

Los términos biomasa autótrofa y biomasa heterótrofa hacen referencia a las formaciones de MLVSS asociadas respectivamente con la degradación aerobia de los compuestos nitrogenados y carbonados de las aguas residuales. Por cada mg de NH3

- oxidado a N_NO3,

• 4,57 mg O2 son consumidos. • 7,15 mg de alcalinidad (como CaCO3) se destruye. • 0,15 mg de nuevas células son creadas. • 0,08 mg de carbón inorgánico es consumido.

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11..11..11.. CCoonnddiicciioonneess ppaarraa llaa NNiittrriiffiiccaacciióónn

Edad del Fango: 4 a 15 días. F/M < 0,5 pH: entre 7 y 8,5, ya que valores fuera de este rango pueden provocar efectos de

inhibición. Temperatura ideal: 25ºC Oxígeno disuelto óptimo: > 2 ppm

El factor clave en la Nitrificación es la Edad del Fango. Muchos estudios y pruebas sobre la Nitrificación se pueden llevar a cabo con la intervención del Cloruro de Amonio (ClNH4) como fuente de N_NH4. ClNH4 x 0,26 = N_NH4 ClNH4 (mg/l): Concentración de Cloruro de Amonio. [N_NH4 (mg/l): Concentración de Nitrógeno Amoniacal.

11..22.. DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn La eliminación del nitrógeno en una planta depuradora se puede completar mediante el proceso de Desnitrificación. La Desnitrificación se lleva a cabo en medio anóxico por medio de bacterias heterótrofas facultativas y por lo tanto utilizan DBO como fuente de carbón orgánico para la síntesis y energía, así como el nitrato (NO3

-) como fuente de oxígeno. NO3

- + DBO ⇒ N2 + CO2 + H2O + OH- + Nuevas Células Cada mg de N_NO3 reducido:

• Consume 2,86 mg de oxígeno • Produce 0,45 mg de VSS. • Produce 3,57 mg de Alcalinidad.

Al tratarse de bacterias heterótrofas, existe una relación entre su actividad aerobia y anóxica. Normalmente, la fuente de carbono externa para la Desnitrificación puede provenir del Agua Residual o de una fuente externa: Metanol. El proceso de la Desnitrificación puede existir en la propia fase endógena de la biomasa (desnitrificación endógena), sin aporte de una fuente externa de carbono, pero su velocidad de desnitrificación (NUR) es baja en comparación con las conseguidas por las fuentes externas. Fuente de Carbón NUR

(Kg N_NO3d/Kg VSS.día) Temperatura ºC

Metanol 0,10 – 0,32 10 - 27 Agua Residual 0,03 – 0,12 10 - 27 Fase Endógena 0,03 – 0,06 10 - 27 Podemos establecer unas condiciones comunes para cualquiera de las fuentes de carbono utilizadas y condiciones especificas de cada fuente:

3

11..22.. CCoonnddiicciioonneess CCoommuunneess

1. pH: 6,5 – 8

2. Oxígeno Disuelto: OD < 0,3 ppm

3. Concentración de nitratos a desnitrificar: N_NO3d = N_NH4n - Norge - N_NO3e

N_NH4n: nitrógeno nitrificado en la zona aerobia. Norge: nitrógeno orgánico en el efluente de planta. N_NO3e: nitrógeno nítrico en el efluente de planta.

4. Recirculación requerida: Qr + Qn = Qi (N_NO3d/N_NO3e – 1)

Qr: Caudal fango de recirculación. Qn: Caudal de recirculación de Nitratos. Qi: Caudal del influente a planta. N_NO3d: Concentración de Nitratos a desnitrificar. N_NO3e: Concentración de Nitraos en efluente.

5. Para una desnitrificación total: Carga DQORB/Carga N_NO3d = 2,86

Considerando un mismo caudal para ambas cargas: DQORB/ N_NO3d = 2,86

DQORB: Fracción orgánica soluble de la DQO rápidamente biodegradable por el fango activo.

6. DQORB/NKT = 2,5 ~ 5

22.. EEnnssaayyooss ddee RReessppiirroommeettrrííaa eenn eell TTrraattaammiieennttoo BBiioollóóggiiccoo ppaarraa llaa EElliimmiinnaacciióónn ddeell NNiittrróóggeennoo En este apartado nos vamos a referir a las técnicas de la Respirometría que se puede llevar a cabo en un Respirómetro de laboratorio. El respirómetro a utilizar deberá estar dotado de dos modos de trabajo:

Modo estático: Modo OUR Modo dinámico: Modo R

Ambos modos deben llevarse a cabo mediante la utilización de un sistema de acondicionamiento de la temperatura del ensayo. En cualquier caso, los resultados deben pasarse a la referencia de 20ºC, por el siguiente algoritmo: R @20°C = RT x K (20 – T)

R: Resultado relacionado con la tasa de respiración (Rs, Rsp, OUR, SOUR) T = Temperatura a la que se realiza el ensayo K = 1,05 para T > 20º C K = 1,07 para T < 20º C SSttaannddaarrdd MMeetthhooddss:: 22771100ªª,, 22771100BB En el modo R, el sistema de medida deberá tener la suficiente sensibilidad como para confeccionar un respirograma tanto de la demanda de oxígeno correspondiente a la fracción orgánica rápidamente biodegradable (DQORB) como de la lentamente biodegradable (DQOLB)

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22..11..11.. MMOODDOO OOUURR Lo denominamos modo estático por llevarse a cabo bajo una única secuencia y en condiciones de no-recirculación del fluido. El modo OUR está basado en la respirometría tradicional en donde, una vez alcanzado un nivel suficiente de oxígeno en el licor-mezcla, se para la oxigenación en el fluido y se mide en el tiempo la pendiente del oxígeno disuelto resultante de la respiración de los microorganismos. En el modo OUR se llevan a cabo dos tipos de medidas: OUR y SOUR OUR (mg O2/l.h): Velocidad de consumo de oxígeno en el licor-mezcla. SOUR (mg O2/g VSS.h): OUR específico SOUR = OUR / VSS

Respirograma en modo OUR En los ensayos OUR & SOUR podemos distinguir los siguientes tipos:

UNFED (no alimentado) FED (alimentado) EN (endógeno) S (exógeno)

22..11..11..11.. UUNNFFEEDD OOUURR El UNFED OUR se aplica al licor-mezcla efluente del reactor biológico, sin adición alguna de substrato. Para el cálculo del SOUR: (UNFED SOUR) = (UNFED OUR) / VSS

5

22..11..11..22.. FFEEDD OOUURR El FED OUR se aplica a una mezcla equivalente al licor-mezcla del inicio del proceso en el reactor biológico. Para ello en el respirómetro el licor mezcla se formará sobre la base de las siguientes relaciones: Vm + Vfr = Vf Vm/Vfr = Qi/Qr Vm (ml): Volumen de muestra en el respirómetro. Vfr (ml): Volumen de fango de recirculación en el respirómetro. Vf (ml): Volumen de la mezcla en el reactor del respirómetro. Qi (m3/d): Caudal influente al proceso de depuración, Qr (m3/d): Caudal fango de recirculación. (FED SOUR) = (FED OUR)/VSS

22..11..11..33.. EENNDD OOUURR Se refiere exclusivamente al fango en su fase de respiración endógena. Lo podemos aplicar tanto al licor-mezcla del reactor como al fango de recirculación. Para ello, dejaremos que el fango activo degrade cualquier resto de substrato residual. Normalmente, al dejar el fango aireándose durante 24 horas, cualquier resto de substrato queda eliminado y pasa a la respiración endógena. Con el EN OUR calculamos el EN SOUR (END SOUR) = (END OUR) / VSS

22..11..11..44.. OOUURRss Se refiere a la respiración exógena del fango en su fase de metabolización del sustrato. El OURs se obtiene por medio de un cálculo y no por ensayo. OURs = (FED OUR) – (END OUR) SOURs = (FED SOUR) – (END SOUR) SOURs = OURs / VSS

22..11..22.. MMOODDOO RR Lo denominamos modo dinámico por el hecho de que siempre se lleva a cabo bajo el efecto de una constante recirculación del fluido en el reactor del respirómetro.

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Respirograma en modo R

En el modo R, normalmente se llevan a cabo las siguientes medidas: Rs (mg/l.h) Tasa de Respiración Exógena Dinámica. Rsp (mg/g.h) Rs Específica. DQOB (mg/l) Demanda de Oxígeno de la Fracción Degradable de la DQO. La característica fundamental del modo R es la ventaja de poder analizar, mediante la visualización de un respirograma, la evolución de la respiración del fango a lo largo del tiempo.

22..11..22..11.. RRss Rs (mg/l.h) es la tasa de respiración exógena dinámica, referida exclusivamente a la demanda de oxígeno por degradación del sustrato. Sus aplicaciones se basan en el análisis de la trayectoria de su evolución cuando los VSS permanecen invariables y en valoraciones de inhibición / toxicidad. Rs, nos ofrece la base de cálculo para la DQOB.

22..11..22..22.. RRsspp Rsp (mg/g.h) es la tasa específica de respiración exógena dinámica. Se trata de la actividad biológica puntual de cada uno de los valores de Rs. Sus aplicaciones se basan en el análisis de la trayectoria de los valores obtenidos a tiempo fijo, y del máximo valor alcanzado (Rsp.max) en el ciclo de degradación de la muestra en proceso.

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22..11..22..33.. DDQQOOBB Nos referimos a la Demanda de Oxígeno de la Fracción Biodegradable de la DQO Se calcula a partir de la demanda de oxígeno provocada por los microorganismos del fango activo en su proceso de metabolización del sustrato degradable contenido en el volumen de muestra que se está analizando Cuando al licor se le añade un inhibidor de nitrificación la DQOB se refiere exclusivamente a la demanda de oxígeno correspondiente al sustrato orgánico contenido en la muestra. Como inhibidor de la nitrificación normalmente utilizaremos Allylthiourea en la proporción de 0,5 mg por cada gramo de MLVSS. Pero será mejor determinar la cantidad más adecuada para cada fango específico. La DQOB referida a la fracción orgánica degradable incluye la fracción rápidamente biodegradable (DQORB) y la fracción lentamente biodegradable (DQOLB) En un respirograma completo en donde se incluyan ambas fracciones, haciendo uso del zoom, podemos separar la fracción DQORB de la DQOLB

Respirograma para la Fracción DQORB

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RReessppiirrooggrraammaa ppaarraa llaa FFrraacccciióónn DDQQOOLLBB

22..22.. AApplliiccaacciioonneess ccoommuunneess ddee llaa RReessppiirroommeettrrííaa ppaarraa llaa NNiittrriiffiiccaacciióónn -- DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn Existen varias versiones sobre las mismas aplicaciones. Aquí hemos seleccionado las que poseen un carácter práctico y que son relativamente rápidas.

22..22..11.. AAccttiivviiddaadd ddeell FFaannggoo ppoorr FFaaccttoorr ddee CCaarrggaa Antes de iniciar cualquier tipo de estudio seguimiento o resolución de problema, debemos conocer si el fango se encuentra en el proceso con actividad normal o no. Denominamos factor de carga (LF: Load Factor) a la relación entre FED OUR y UNFED OUR. LF = (FED OUR) / (UNFED OUR)

Comparación Respirogramas UNFED OUR vs FED OUR

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LF se valora sobre la base de la siguiente tabla: LF Diagnóstico LF < 1

Carga inhibitoria o tóxica

1 < LF < 2

Carga diluida o estabilizada

2 < LF < 5

Carga aceptable

LF > 5

Posibles problemas de oxigenación

22..22..22.. TTooxxiicciiddaadd rreeffeerriiddaa aa llaa AAccttiivviiddaadd TToottaall ddeell FFaannggoo AAccttiivvoo.. Se trata de un ensayo de toxicidad total. Es decir que la posible toxicidad detectada en el ensayo afectaría a la totalidad de la biomasa, incluidos los microorganismos nitrificantes. Para ello, prepararemos volúmenes equivalentes a caudales de entrada de muestra influente a reactor de planta y fango de recirculación. Calculamos los volúmenes del ensayo por medio de esta ecuación: Qi/Qr = Vm / Vfr Vm + Vfr = Vf Qi: Caudal del afluente a reactor de planta. Qr: Caudal de recirculación externa. Vm: volumen de muestra en el vaso reactor del respirómetro. Vfr: Volumen de fango de recirculación en el vaso reactor del respirómetro. Vf: Volumen de la mezcla en el reactor del respirómetro. La determinación de toxicidad se realiza por medio de dos ensayos OUR: OUR de referencia (OURo) y OUR de comparación (OURs) OUR de referencia (OURo) En este ensayo se prepara como muestra un volumen Vm formado por una solución de agua destilada y 0,5 gramos de acetato sódico por cada gramo de VSS. OUR de comparación (OURs) Este ensayo se lleva a cabo de forma similar con la marcada diferencia de que Vm se forma con la muestra problema y con la misma cantidad de acetato utilizada anteriormente. Una vez ejecutados y registrados ambos ensayos OUR, se comparan las pendientes de OURo con OURs

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OD

cs

t

cb

OUR0

OURS

acetato + agua d. + fango recirculado (decantado)

acetato + muestra + fango recirculado (decantado)

TOXICIDAD

Superposición de OURo con OURs para la medida de la Toxicidad total

En ausencia de toxicidad, la pendiente de OURs debe ser igual o mayor que la de OURo. En el caso de que OURs adquiera un pendiente inferior podemos afirmar que existe un claro síntoma de inhibición.

22..33.. AApplliiccaacciioonneess ppaarraa llaa NNiittrriiffiiccaacciióónn Para las aplicaciones de la Nitrificación nos hacemos servir del cloruro de amonio (CLNH4) en proporciones equivalentes. Como regla --> N-NH4(mg/l) = 0,26 * ClNH4(mg/l)

22..33..11.. TTooxxiicciiddaadd pprroovvooccaaddaa ppoorr uunn CCoommppuueessttoo EEssppeeccííffiiccoo rreeffeerriiddaa aa llaa NNiittrriiffiiccaacciióónn El procedimiento es el mismo que el descrito para la toxicidad total, con la diferencia de que en lugar de utilizar la muestra utilizamos una solución de volumen equivalente de compuesto problema y agua destilada. En el caso de que queramos realizar pruebas con distintas concentraciones, prepararíamos una batería de soluciones de compuesto a distintas concentraciones, y llevaríamos a cabo los ensayos OUR correspondientes a cada una de ellas.

OD

cs

t

cb

OUR0

OURS

cloruro de amonio+ agua d. + fango recirculado

cloruro de amonio + solución compuesto/agua d.+ fango recirculado

TOXICIDAD

Superposición de OURo con OURs para medida de la Toxicidad referida a la Nitrificación

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22..33..22.. OOUURRnn ((OOUURR ppoorr NNiittrriiffiiccaacciióónn)) Para depuradoras dotadas de nitrificación, una de las formas de medir la tasa media específica de nitrificación es por medio del ensayo OUR & SOUR que, por tratarse de una actividad nitrificante, lo denominaremos OURn (mg O2 / l.h) & SOURn (mg O2/ g VSS. h) Como paso previo, llevaremos a cabo un ensayo OUR de un fango endógeno, al que denominamos END OUR. Este valor lo registramos. A continuación, realizaremos un ensayo OUR con la utilización de cloruro de amonio. Para ello utilizaremos fango en fase de respiración endógena y una dosis de cloruro de amonio con una concentración equivalente de N_NH4

+ en el biológico.

Superposición de Respirogramas END OUR con OUR total

Con el OUR y el END OUR, calculamos el OURn correspondiente a la actividad por nitrificación del amonio. OURn = OUR – (END OUR) OURn representa la velocidad de consumo de oxígeno durante el proceso de nitrificación. SOURn sería el valor específico de OURn SOURn = OURn / VSS Nota importante: Todos los valores OUR obtenidos se deben referenciar a 20ºC (ver punto 2.)

22..33..33.. TTaassaa ddee NNiittrriiffiiccaacciióónn ((RRnn)) Teniendo en cuenta que la oxidación de cada mg de Nitrógeno Amoniacal significa el consumo de 4,57 mg de oxígeno. Rn (mg N_NH4 / l . h) = OURn / 4,57 Rn: Tasa de nitrificación. A partir del resultado Rn podemos estimar el tiempo necesario Tn para la nitrificación de una muestra con una determinada concentración de Amonio [N-NH4] y la capacidad de nitrificación.

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Tn (h) = N_NH4 / Rn [N-NH4] : Concentración de amonio N-NH4

+ en el afluente. Definimos como capacidad nitrificante CN [N-NH4], a la cantidad de [N-NH4] capaz de nitrificar en el tiempo disponible para la nitrificación Tn Cn [N_NH4] = Tn * Rn

22..33..44.. AAUURR ((TTaassaa EEssppeeccííffiiccaa ddee llaa NNiittrriiffiiccaacciióónn)) AUR es el parámetro más representativo de la Nitrificación y el normalmente utilizado para evaluar su actividad. AUR (mg N_NH4 / g VSS . h) = SOURn / 4,57 AUR: Tasa específica de nitrificación.

22..33..33.. RReellaacciióónn AAUURR//MMCCRRTT MCRT: Edad del Fango (también denominada SRT y EF) Conocemos que la edad del fango es un parámetro fundamental en la Nitrificación. Por lo tanto la confección de una tabla específica que nos relacione el AUR con MCRT puede ser clave para determinar la edad del fango que nos proporcione una Nitrificación óptima. Para ello, adaptándonos a los parámetros de diseño dela planta y sin salirnos del rango establecido de entre 4 y 15 días, periódicamente iremos modificando la edad del fango y realizando el AUR correspondiente a la misma.

3

10

4 15MCRT(días)

AU

R (m

g N

_NO

4/gV

SS

.h)

Gráfica de correlación de la Edad del Fango con AUR

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22..33..44.. PPrroottooccoolloo ppaarraa llaa NNiittrriiffiiccaacciióónn

CondicionesNitrificación OK ?

S

NCorregir condiciones

Respirometría:Medida de la

Actividad del Fangopor Factor de Carga

Comprobar condicionesde la Nitrificación

Factor de Cargaen Rango ?

N

S

Solucionar Actividaddel Fango

Respirometría:Medida del AUR &Rn & Capacidadde Nitrificación

Capacidad deNitrificación OK ?

S

N

FIN

Respirometría:Ensayo de Toxicidad

Toxicidad ?N

S

Eliminar Tóxico

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22..44.. AApplliiccaacciioonneess ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn Ya conocemos que la desnitrificación se desarrolla en un proceso anóxico, Sin embargo la respirometría es fundamental por su participación en ensayos aerobios de dos tipos:

1. Para la obtención de la Demanda de Oxígeno correspondiente a la fuente de carbono utilizada: Este parámetro no es otro que la demanda de oxígeno de la fracción orgánica rápidamente biodegradable (DQORB), que es la que realmente se utiliza en la desnitrificación. La DQORB normalmente solo se puede obtener por respirometría y, de aquí, la importancia del papel que puede desempeñar el uso del respirómetro.

2. Para seguimiento de la actividad biológica del fango en su proceso de adaptación al

metanol: Para ello nos basamos en el reconocido principio de que la actividad aerobia global de la biomasa heterótrofa está ligada con la actividad de la biomasa heterótrofa facultativa del proceso anóxico

En estas aplicaciones distinguiremos las aplicaciones en donde la fuente de carbono es el agua residual y en donde la fuente de carbono es el metanol.

22..44..11.. AApplliiccaacciioonneess ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn ccoonn FFuueennttee ddee CCaarrbboonnoo ppoorr AAgguuaa RReessiidduuaall El agua residual debe ser la primera fuente de carbono que se debe tener en cuenta.

22..44..11..11.. DDQQOORRBB TTeeóórriiccaa ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn En líneas generales, el procedimiento es el siguiente:

1. Ensayo de Respirometría tipo R para determinación de la DQORB actual en el agua residual.

2. Cálculo de la concentración de nitratos a desnitrificar y carga de Nitratos:

N_NO3d = N_NH4n - Norge - N_NO3e

N_NH4n: nitrógeno nitrificado en la zona aerobia Norge: nitrógeno orgánico en el efluente de planta N_NO3e: nitrógeno nítrico en el efluente de planta

3. Cálculo teórico de la DQORB para una desnitrificación máxima:

Carga DQORB / Carga Nitratos = 2,86

DQORB teórica = 2,86 x Carga Nitratos / Qi

Para un mismo caudal de Carga (Qi): DQORB/ N_NO3d = 2,86

4. Confirmación DQORB/NKT = 2.5 ~ 5

5. Cálculo teórico de la DQORB mínima:

R = (N_NO3d - N_NO3e) /N_NO3d = 1 - N_NO3e /N_NO3d R: rendimiento para la eliminación de nitratos. N_NO3e: Concentración de Nitratos permitida en el efluente final.

DQORBmín = R x DQORB teórica

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22..44..11..22.. RReellaacciióónn DDQQOORRBB vvss NNUURR El objetivo de esta aplicación es la confección de una gráfica que nos relacione los valores de DQORB con la velocidad específica de la desnitrificación (NUR), con el fin de conocer las posibilidades de desnitrificación que podemos tener de acuerdo a la DQORB actual del influente. Para ello, los valores de NKT se deben considerar como representativos y sin grandes variaciones. El procedimiento es como sigue:

1. Desde una muestra representativa del influente, con el respirómetro obtenemos la DQORB.

2. Se calcula el valor de la concentración de DQORB y N_NO3d en el proceso anóxico.

3. Con concentraciones equivalentes de DQORB y N_NO3d en el proceso, en un vaso

reactor anóxico, experimentalmente obtenemos el NUR real que corresponde a la DQORB en anóxico.

NUR = [(N_NO3d)o – (N_NO3d)e] / VSS. t) NUR, T = NUR, 20 x θ (T-20)

4. Hacemos una batería de varias diluciones de la muestra

5. De cada muestra obtenemos DQORB y su correspondiente valor en el anóxico.

6. En el vaso reactor anóxico se obtienen los NUR correspondientes a cada valor de

DQORB.

7. Se confecciona la gráfica DQORB en anóxico / NUR, sobre la base de los resultados obtenidos.

0,1

0,2

0,3

25 50 75 100DQORB (mg/l)

NU

R (

mg N

O3d/g

VS

S.d

)

Gráfica de correlación de la DQORB con NUR

22..44..11..33.. RReellaacciióónn DDQQOORRBB//NNKKTT vvss NNUURR El objetivo de esta aplicación es el de conocer las variaciones del NUR y, por lo tanto, las posibilidades de la desnitrificación, con las variaciones de la relación DQORB/NKT. Procedimiento desde el proceso real El procedimiento es como sigue:

1. Desde una muestra representativa del influente, con el respirómetro obtenemos la DQORB.

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2. Se calcula el valor de la concentración de DQORB y N_NO3d en el proceso anóxico.

3. Se obtiene el valor representativo actual del NKT.

4. Se calcula la relación actual correspondiente DQORB/NKT.

5. En paralelo, a los ensayos para la obtención de valores del respirómetro, N_NO3d y

NKT, se obtiene el NUR actual del proceso anóxico.

NUR = [(N_NO3d)o – (N_NO3d)e] / VSS. t) Ajustándonos a las condiciones de la planta, dispondremos la secuencia de ensayos para que los resultados DBO y NKT correspondan al NUR obtenido

6. Periódicamente se llevan a cabo los puntos 1 a 5, hasta obtener una tabla representativa de la realidad del proceso en la planta.

7. Se confecciona la gráfica DQORB/NKT con NUR, sobre la base de los resultados

obtenidos. Procedimiento experimental

1. Desde una muestra representativa del influente, con el respirómetro obtenemos la DQORB.

2. Se calcula el valor de la concentración de DQORB y N_NO3d en el proceso anóxico.

3. Se obtiene el valor representativo actual del NKT. 4. Se calcula la relación actual correspondiente DQORB/NKT. 5. Sin salirnos del rango DQORB/NKT de entre 2.5 y 5, mediante la adición de cloruro

de amonio, preparamos una batería de muestras con incrementos progresivos del NKT (y disminución progresiva de la relación DQORB/NKT)

6. En el vaso reactor anóxico se obtienen los NUR correspondientes a partir de cada una

de las muestras con distinto DQORB/NKT. NUR = [(N_NO3d)o – (N_NO3d)e] / (VSS. t) NUR, T = NUR, 20 x θ (T-20)

7. Se confecciona la gráfica DQORB/NKT con NUR, en base a los resultados obtenidos.

0,1

0,2

0,3

2 3 4 5DQORB/NKT

NU

R (

mg

NO

3d/g

VS

S.d

)

Gráfica de correlación de DQORB/NKT con AUR

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22..44..11..44.. PPrroottooccoolloo ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn ccoonn FFuueennttee ddee CCaarrbboonnoo ppoorr AAgguuaa RReessiidduuaall

Condiciones OK?

S

NCorregir condiciones

Respirometría:Medida de la

Actividad del Fangopor Factor de Carga

Comprobar condicionesde la Desnitrificación

Factor de Cargaen Rango ?

N

S

Respirometría:Ratios

DQORB / NO3d = 2,86DQORB / NKT > 2,5

Ratios OK ?

S

N

NUR & CapacidadDesnitrificación

Respirometría:Toxicidad

Toxicidad ?N

S

Eliminar Tóxico

Posible fuenteMetanol

CapacidadDesnitrificación

OK ?

N

S

FIN

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22..44..22.. AApplliiccaacciioonneess ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn ccoonn FFuueennttee ddee CCaarrbboonnoo ppoorr MMeettaannooll Es bien conocida la utilización del Metanol como fuente de carbono orgánico para la Desnitrificación. El Metanol se utiliza normalmente cuando no hay suficiente fuente de carbono (DQORB) en el agua residual de la planta para conseguir la desnitrificación. Por esta razón el uso de la Respirometría en este capítulo merece especial atención ya que con la utilización de esta tecnología se puede conseguir una importante optimización del uso del metanol en el proceso.

22..44..22..11.. CCáállccuulloo TTeeóórriiccoo ddee llaa CCaarrggaa ddee MMeettaannooll ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn MMááxxiimmaa En líneas generales, el procedimiento es el siguiente:

1. Cálculo de la concentración de nitratos a desnitrificar (N_NO3d)

2. Determinación con el respirómetro de la DQORB del influente. 3. Cálculo teórico de la carga de metanol para una desnitrificación máxima

(Carga Metanol + Carga DQORB) / Carga Nitratos = 2,86

Carga Metanol = 2,86 x Carga Nitratos – Carga DQORB

1 litro Metanol = 1,2 Kg. DQORB

Litros Metanol/ día = Carga Metanol / 1,2

4. Cálculo teórico de la Carga Metanol mínima

R = (N_NO3d - N_NO3e) /N_NO3d = 1 - N_NO3e /N_NO3d

DQORBmín = R x DQRB Carga Metanol mínima = R x Carga Metanol

22..44..22..22.. CCoommpprroobbaacciióónn ddee llaa TTooxxiicciiddaadd ddeell MMeettaannooll eenn CCaarrggaa IInniicciiaall El sentido de esta aplicación se basa en tomar una medida de precaución por un posible riesgo de que la toxicidad del metanol pueda afectar peligrosamente a la actividad del fango. Para llevar a cabo esta prueba podemos seguir el siguiente procedimiento:

1. Para el vaso reactor del respirómetro, calcularemos el volumen (Vm) equivalente al caudal (Qm) de metanol en el proceso.

Vm / Vf = Qm / (Qi + Qr) Vm (ml) = Vf x Qm/(Qi + Qr)

Vm (ml): Volumen de metanol a añadir al vaso reactor del respirómetro Vf (ml): Volumen de fango en el respirómetro Qm (m3/d): Caudal de metanol al proceso Qi (m3/d): Caudal de agua residual influente Qr (m3/d): Caudal del fango de recirculación

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2. Haremos una dilución conocida del Vm con agua destilada de modo que, al preparar tres dosis del metanol diluido, la suma de las tres contenga la cantidad de metanol a añadir al vaso reactor (Vm)

3. Desde la dilución, preparamos las tres dosis de metanol diluido.

4. Iniciamos un ensayo R añadiendo una sobredosis de acetato sódico como muestra (0,5

g de acetato por g de VSS)

5. El respirograma de valores Rs, como consecuencia del acetato, creará una meseta que nos servirá como referencia para el análisis de la toxicidad.

6. Una vez iniciada la meseta, añadiremos progresivamente las dosis de metanol

espaciadas por un tiempo de espera (5 minutos) para su análisis.

7. En el caso de que en alguna de las dosis añadidas se demuestre algún síntoma de toxicidad, podemos parar el ensayo.

Respirograma de seguimiento de la toxicidad del metanol en carga de inicio

8. Con los resultados obtenidos, en caso de toxicidad, calcularemos la correspondencia de los volúmenes añadidos de metanol con la carga real que supondría en el proceso, y distinguiremos hasta que carga no es tóxico y a partir de qué carga empieza a ser tóxico.

9. Si no se demostrara toxicidad alguna, supondremos que al proceso se le puede

dosificar la carga total de metanol sin peligro alguno.

22..44..22..33.. AAcclliimmaattaacciióónn ddeell MMeettaannooll Al aplicar la carga de metanol que hemos calculado, el fango activo en el anóxico va a necesitar un periodo de aclimatación a esta nueva fuente de carbono. Por esta razón lo más probable es que en sus inicios no se alcance el NUR adecuado. Esta aplicación tiene como finalidad el llevar un seguimiento de la actividad biológica adquirida por el fango en su proceso de desnitrificación cuando se le está aplicando la carga de metanol calculada hasta alcanzar el nivel adecuado.

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Para ello nos basamos en el principio biológico en el que la actividad del fango en condiciones aerobias está relacionado con su actuación anóxica para la desnitrificación. Activated Sludge Treatment of Industrial Wastewater por W.W. Ekenfelder & J.L. Musterman, 1995. En el procedimiento normal:

1. Para cada ensayo, llevaremos el fango anóxico a condiciones aerobias hasta alcanzar su respiración endógena.

2. Realizaremos el seguimiento de la actividad biológica mediante la ejecución periódica

de ensayos R, en modo similar a la aplicación para el seguimiento de la actividad biológica mediante la adición de una determinada cantidad de acetato sódico, solo que en esta ocasión utilizaremos un pequeño volumen de metanol (p.e. 10 ml) en lugar del acetato.

En cualquier caso, podemos establecer la referencia de 20ºC (ver punto 2.)

3. Cuando la actividad del fango, bajo las misma condiciones, haya alcanzado su

máximo nivel de Rsp, podemos suponer que la biomasa ya esta aclimatada al metanol.

Superposición de respirogramas por actividad del metanol para seguimiento de la aclimatación del fango

4. Una vez aclimatado, se deberá obtener el NUR real del proceso y comprobar su coherencia sobre la base de la siguiente tabla:

NUR Temperatura ºC 0,10 ~ 0,32 10 ~ 27

5. El valor Rsp.max obtenido y sus condiciones (configuración) de ensayo deben registrarse y relacionarse con el NUR actual correspondiente.

Rsp.max / NUR = d El valor d será nuestra referencia para conocer la evolución de la actividad del fango en el proceso de la desnitrificación.

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22..44..22..44.. SSeegguuiimmiieennttoo ddee llaa rreellaacciióónn CCaarrggaa MMeettaannooll//NNUURR Una vez que el fango activo se haya aclimatado al metanol, es conveniente hacer un seguimiento de la carga Metanol y su relación con el NUR con el fin de vigilar la eficacia del proceso y, si el caso lo requiere o lo permite, llevar a cabo un reajuste de su carga. Para ello, se seguirá el siguiente procedimiento: De forma periódica se comprobará la relación Rsp.max/NUR y su desviación respecto al valor d. Con la comprobación de la coherencia (+/- 10%) de la actividad del fango, relacionaremos la carga actual de metanol con el NUR.

0,1

0,2

0,3

Litros Metanol / día

NU

R (

mg N

O3d/g

VS

S.d

)

0,4

Gráfica de correlación de L/Metanol con NUR

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22..44..22..55.. PPrroottooccoolloo ppaarraa llaa DDeessnniittrriiffiiccaacciióónn ccoonn FFuueennttee ddee CCaarrbboonnoo ppoorr MMeettaannooll

Condiciones OK?

S

NCorregir condiciones

Respirometría:Medida de la

Actividad del Fangopor Factor de Carga

Comprobar condicionesde la Desnitrificación

Factor de Cargaen Rango ?

N

S

RatiosDQORB / NO3d = 2,86

DQORB / NKT > 2,5

Ratios OK ?

S

N

NUR & CapacidadDesnitrificación

Respirometría:Toxicidad

Toxicidad ?N

S

Eliminar Tóxico

Ajustar Ratios

CapacidadDesnitrificación

OK ?

N

S

FIN

Posible falta deaclimatación del

Metanol

Respirometría:Seguimiento

aclimatación delMetanol

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BBiibblliiooggrraaffííaa

Operating Activated Sludge Using Oxygen Uptake – Water Pollution Control Federation – 1995 SSttaannddaarrdd MMeetthhooddss:: 22771100ªª,, 22771100BB Ron Sharman (sharmar @ linnbenton.edu), Water and Wastewater - 2003 NUR and OUR relationship in BNR process- Euiso Choi & Rhu Daehwan . Korea University 2001 Wageningen University dissertation no. 2803 - Estimation of denitrification potential with

respiration based techniques June 2000. Activated Sludge Treatment of Industrial Wastewater – W.W. Eckenfelder & J.L. Musterman 1995.

Emilio Serrano Jefe de Producto de SURCIS e-mail: eserrano@surcis.com SURCIS Encarnación, 125 08024 Barcelona Tel. +34 - 652 803 255 +34 - 932 194 595 E-mail: surcis@surcis.com

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