REDUCCIN DE LA PRODUCCIN DE FANGOS DEBIDO A LA MODIFICACIN DE LAS COMUNIDADES DE MICROORGANISMOS EN SISTEMAS DE FANGOS ACTIVOSMeritxell Mas ; Jessica VascoHydrolab Microbiologica. c/ Blanco 38. 08028 Barcelona. Telf. 93 411 09 40 info@hydrolab.es

RESUMENEl uso de los microorganismos presentes en los sistemas biolgicos de depuracin por fangos activos convencionales se basa en la prdida de energa que se produce durante las transformaciones de materia orgnica a biomasa de bacterias y de biomasa de bacterias a biomasa de depredadores. Cuanto ms ineficientes sean estas transformaciones menos biomasa final se obtendr, producindose menos fangos excedentes. Se han estudiado tres modelos diferentes, a escala piloto, con el objetivo de reducir la produccin de fangos excedentes mediante ligeras modificaciones a partir de un sistema convencional de fangos activos: tanque previo al reactor biolgico con biopelcula fija sumergida, lechos mviles (crriers sumergidos en el reactor aerbico) y la implantacin de una etapa bacteriana (o quemostato): tanque con proliferacin de bacterias libres y pequeos agregados bacterianos previo al reactor aerbico. En estos sistemas se han estudiado los microorganismos presentes as como su papel en la reduccin de la produccin de fangos. Los resultados obtenidos oscilan entre un 6% de reduccin de la produccin de fangos a un 20%, siendo ms eficiente el sistema con etapa bacteriana (o quemostato), donde se observa un incremento tanto de depredadores de bacterias como de microorganismos que se alimentan de flculos. En los sistemas menos eficientes el incremento de microorganismos que se alimentan de flculos no tiene importancia y los microorganismos ms importantes son los que se alimentan de bacterias libres. La potenciacin del crecimiento de depredadores, especialmente de los que se alimentan de flculos, es una herramienta til para minimizar la produccin de fangos excedentes en los sistemas de fangos activos.

1. INTRODUCCIN El efecto de la microfauna en la minimizacin de la produccin de fangos se basa en el consumo de la materia orgnica i de comunidad bacteriana del sistema segn sus requerimientos metablicos. Los microorganismos transforman la materia orgnica en nueva materia orgnica (crecimiento celular), agua y dixido de carbono durante el proceso de respiracin. En la conversin de materia orgnica a biomasa de bacterias y de bacterias a biomasa de depredaciones ocurre una prdida de energa debido a que esta conversin no es eficiente al 100% (Ratsak, 1994). Las mejores condiciones para obtener una produccin de fangos baja son aquellas en que la eficiencia de conversin de biomasa durante el proceso de depredacin es la menor posible, obteniendo una baja produccin de biomasa de depredadores a igual biomasa ingerida de presas. Los protozoos son los depredadores de bacterias ms comunes en un sistema de fangos activos y, dentro de este grupo, los protozoos filtradores es el grupo ms importante en trminos de abundancia. Se ha descrito que los protozoos de ciliados son esenciales para conseguir una buena calidad del efluente en un proceso de tratamiento de aguas residuales debido a su capacidad de depredacin sobre bacterias, adems de estimular la floculacin (Cruds, 1969).

Gracias a Curds y Cockburn (1968) se sebe que la tasa de ingestin de los ciliados depende de dos factores: la disponibilidad y la concentracin de alimento. En este sentido, los resultados obtenidos mediante bioensayos muestran que una sola especie de metazoo (sin competencia interespecfica por el alimento) es capaz de reducir hasta un 80% de la produccin de fangos, mientras que una comunidad estructurada (con competencia interespecfica por el alimento) es capaz de reducir hasta un 30% de la produccin de fangos. Curds y Cockburn calcularon tambin que, en condiciones estndar, un ciliado puede transformar el 50% de la biomasa ingerida a biomasa individual, mientras que para un gran metazoo, este valor se encuentra alrededor del 10%. Para una concentracin de fangos de 1500 mg/L y una comunidad de ciliados de 10000 individuos/ml es posible reducir la produccin de fangos entre 1 y un 20%. Esta gran variacin es debida a la cantidad de bacterias dispersas del medio (a ms concentracin de bacterias ms se reduce la produccin de fangos). As, potenciando la concentracin de bacterias libres en el sistema se consiguen valores ms elevados de mineralizacin del fango y, en consecuencia, una mayor reduccin de la produccin de fangos. Por otro lado, cuanto ms elevada sea la complejidad de la comunidad de microorganismos, ms elevada ser la prdida de energa en el sistema debido al incremento del nmero de transformaciones diferentes de biomasa que tendran lugar, lo que conduce a una disminucin de la biomasa final. No todos los protozoos aparecen en las mismas condiciones; en sistemas con bajas cargas msicas, los ciliados reptantes pueden sobrevivir ingiriendo flculos; estos ciliados tienen tasas de crecimiento bajas y son muy eficientes en la transformacin de la materia. En sistemas con condiciones de cargas msicas elevadas son los pequeos protozoos (pequeos flagelados y amebas) los grupos dominantes. Estos grupos tambin son capaces de consumir materia orgnica soluble adems de particulada (en forma de bacterias). En condiciones intermedias los grupos dominantes son de protozoos libre-nadadores, que se alimentan de bacterias dispersas; stos protozoos se caracterizan por presentar elevadas tasas de crecimiento y bajas eficiencias en la transformacin de materia orgnica (Ratsak, 1994). Se ha descrito que se puede reducir el factor de produccin de fangos entre un 12 y un 43% aplicando diferentes etapas en un sistema convencional de fangos activos para potenciar la depredacin por parte de los protozoos (Ratsak, 1994). Lee y Welander (1996) y Ghyoott y Verstraete (1999) aplicaron un sistema de fangos activos de dos etapas donde el segundo reactor consista en un reactor aerbico convencional. Existen dos maneras de influir en el proliferacin de depredadores: influenciando sobre el TRC (tiempo de retencin celular) o cambiando el suministro de alimento. Incrementando el TRC se potencia el crecimiento de los protozoos con una baja tasa de crecimiento, los cuales se caracterizan por presentar una elevada eficiencia en la transformacin de materia orgnica. Adems, a medida que el TRC aumenta, el

nmero de transformaciones de biomasa tambin incrementa, lo que se traduce en un incremento de biomasa perdida en trminos de energa. Por otro lado, disminuyendo el TRC se incrementa la proliferacin de pequeos protozoos, que se caracterizan por presentar elevadas tasas de crecimiento y bajas eficiencias en la transformacin de materia orgnica, aumentndose la biomasa que se disipa en forma de energa. La produccin de fangos disminuye a medida que se incrementa el TRC (Saunamki, 1988; Henze et al., 1987; Camacho). Segn Ghyoot y Verstracte (1999), los mejores resultados en reduccin de la produccin de fangos los obtuvieron operando a 102 das de TRC. Una manera de incrementar el TRC es implantando un sistema con biopelcula. En este sentido, Lee y Welander (1996) trabajaron con sistemas de biopelcula fija sumergida y con lechos mviles para minimizar la produccin de fangos, obteniendo los mejores resultados con el sistema de biopelcula fija. Para cambiar el alimento suministrado a reactor aerobio se han realizado experimentos donde se coloca un tanque previo al reactor aerobio que potencie el crecimiento de bacterias dispersas (etapa bacteriana). Ratsak (1994) describe que un suministro extra de bacterias dispersas en un proceso convencional de tratamiento de aguas residuales potencia la capacidad de depredacin de los protozoos y esto contribuye a una reduccin de la produccin de fangos. Ghyoot y Verstraete (1999) estudaron diferentes TRH (tiempos de retencin hidrulicos) para el tanque de la etapa bacteriana. Demostraron que a menor TRH, menor era el factor de produccin de fangos del sistema. Ghyoot y Verstraete (1999) observaron que los valores de baja produccin de fangos estaban relacionados con elevadas abundancias de protozoos flagelados y ciliados bacterifagos, siendo stos ltimos especialmente abundantes en los sistemas de biopelcula. As, Ghyoot y Verstraete (1999) concluyeron que estos grupos eran causantes de los valores bajos de produccin de fangos. Lee y Welander (1996) observaron que los protozoos y metazoos dominantes en la segunda etapa de su sistema experimental (posterior a una etapa bacteriana) consumieron ms biomasa que los depredadores del sistema sin etapa bacteriana previa. En este trabajo se ha estudiado el efecto de diferentes cambios estructurales introducidos en un sistema convencional de tratamiento de aguas residuales urbanas por fangos activos sobre comunidades de microorganismos con el objetivo de reducir la produccin de fangos. 2. MATERIAL I MTODOS 2.1. Procedimiento analtico y frecuencia de anlisis Se han analizado las siguientes variables fsico-qumicas: DQO total, DQO soluble, SST, pH, O2, conductividad, temperatura, amonio, nitratos, nitritos, fsforo soluble y

fsforo total. Los mtodos analticos utilizados y la frecuencia de anlisis se muestran en la Tabla 1.Tabla 1.Mtodos analticos utilizados en los experimentos.

Anlisis DQO Amonio-N Nitratos-N Nitritos-N Fsforo soluble-P Fsforo total-P Slidos solubles totales (SST) Slidos solubles voltiles (VSS) Protozoos y metazoos > 20 m Protozoos < 20 m Microorganismos filamentosos

Rango de deteccin 0-500 ppm 0-2.50 ppm 0-30 ppm 0-150 ppm 0-45 ppm 0-100 ppm

Mtodo analtico Reflujo cerrado Mtodo titulomtrico USEPA. Aceptado para el anlisis de aguas residuales Mtodo de reduccin de cadmio Mtodo del sulfato de hierro Mtodo del molibdovanato Mtodo del molibdovanato con digestin con persulfato Slidos totales a 105C Slidos voltiles a 550C Microscopio ptico (campo claro) Microscopio ptico (contraste de fases) Microscopio ptico (contraste de fases)

La produccin de fangos se ha calculado mediante la ecuacin siguiente: Variacin [STT purga ] + [STT salida ] + interna STT Px = das El recuento de protozoos y metazoos de gran tamao (>20 m) del licor mezcla se ha realizado mediante la observacin directa al microscopio de dos gotas de fango activo de 25 l cada una. Los resultados se expresan en individuos por mililitro. Los protozoos se identificaron mediante Foissner et al. (1991, 1992, 1994 y 1995) y utilizando mtodos de impregnacin en plata descritos por Fernndez-Galiano (1994). Las tecamebas fueron identificadas segn Odien y Hedley (1980). Los rotferos fueron identificados segn Koste (1978a; 1978b). Los microorganismos filamentosos se identificaron segn Jenkins (1993) y su abundancia se calcul segn Salvad (1990). 2.2. Diseo de los experimentos Cada experimento realizado compara dos lneas, una sin modificaciones (lnea control) y otra con modificaciones (lnea experimental). El agua residual de entrada tanto de los sistemas experimentales como de las lneas control estaba formada por una mezcla de un 50% de agua residual urbana procedente del influente decantado de la planta de tratamiento de aguas residuales de Montcada i Reixach y de otro 50% de agua residual sinttica, cuya composicin se muestra en la Tabla 2.

Tabla 2. Composicin del agua residual sinttica.

Composicin Peptona Triptona NaCl Na2SO4 K2HPO4 MgCl26H2O FeCl22H2O CaCl22H2O MnSO4 H2MoO4 NaOH ZnSO4 CoSO4 CuSO4

Concentracin (mg/L) 769.65 1062.87 407.4 44.6 44.6 3.7 3.7 3.7 0.057 0.031 0.008 0.046 0.049 0.076

Las caractersticas fsico-qumicas del agua de entrada de cada experimento se resumen en la Tabla 3.Taula 3. Caractersticas del influente en cada etapa experimental.

Biopelcula fija sumergida

Lechos mviles

Quemostato Quemostato Quemostato Exp. P. I Exp. P. II Exp. P. III (100%) (85%) (70%) 1.50.5 7.50.1 5.3 8.9 27.0 2.3 5.0 147.897.9 302.322.5 186.080.0 7.70.1 9.91.8 11.01.8 47.013.2 6.52.8 3.60.9 126.7113.1 280.554.1 177.751.2 2.50.3 7.70.2 13.80.2 17.32.8 43.84.6 4.53.5 1.50.7 103.748.2 374.365.4 270.763.1

Conductividad (mS/cm2) 2.250.4 2.00.6 pH 7.370.3 7.40.3 Fsforo disuelto (ppm P) 8.04.8 7.71.0 Fsforo total (ppm P) 8.32.1 13.80.9 Amonio (ppm N) 24.18.3 117.150.6 Nitrato (ppm N) 4.01.7 11.92.1 Nitrito (ppm N) 1.00.8 5.85.9 SST (mg/L) 51.914.74 274.6196.6 DQO total (mg O2/L) 890.3297.5 594.0175.2 DQO disuelto (mg O2/L) 738.5270.4 314.5112.8

2.2.1. Lnia control El esquema de la lnea control se muestra en la Figura 1. Se trata de un reactor aerobio de 9 L y un decantador secundario de 2 L, con una tasa de recirculacin entre el decantador secundario y el reactor aerobio de 3,87 L/da. El reactor aerobio es de mezcla completa, con homogenizacin realizada mediante el sistema de aireacin. El cabal de entrada era de 9 L/da, con un TRH de 24 horas.

REACTOR

DECANTADOR

Influente Efluente

Recirculacin de fangos Figura 1. Lnea control.

2.2.2. Lneas experimentales Segn las estrategias experimentales propuestas en la introduccin se estudiaron dos maneras de incrementar el metabolismo de las comunidades de microorganismos: la primera consiste en incrementar la abundancia y diversidad de microorganismos y el segundo en aumentar la fuente de alimento. Segn estas dos estrategias se han aplicado dos tipos de experimentos diferentes: 1. Segn la primera estrategia se ha incrementado el TRC del sistema para incrementar la complejidad de la comunidad de microfauna. Se han probado dos lneas experimentales: con biopelcula fija sumergida en un tanque posterior al reactor aerobio y mediante lechos mviles dentro del mismo reactor aerobio. 2. Segn la segunda estrategia, el suministro de alimento se ha aplicado a partir de un quemostato (etapa bacteriana) colocado antes del reactor aerobio. Se estudaron diferentes TRH del quemostato as como diferentes porcentajes de entrada de agua de entrada. En la Tabla 4 se muestra un resumen de las caractersticas de diseo de los sistemas experimentales.Taula 4. Diseo de las lneas experimentales.

Biopelcula Lechos fija mviles sumergida Volumen del reactor Volumen del decantador Caudal de recirculacin Caudal de entrada TRH TRC 9L 9L 2L 2L 3.87 L/da 3.87 L/da 9 L/da 9 L/da 24 horas 24 horas 15 das 15 das

Quemostat Quemostato Quemostato o Exp. P. I Exp. P. II Exp. P. III (100%) (85%) (70%) 9L 2L 3.87 L/da 9 L/da 24 horas 15 das 9L 2L 3.87 L/da 9 L/da 24 horas 15 das 9L 2L 3.87 L/da 9 L/da 24 horas 15 das

Los diagramas correspondientes a los diferentes modelos estudiados se muestran en la Figura 2.

REACTOR Afluente

DECANTADOR REACTOR DECANTADOR

Efluente

Influente Efluente

Recirculacin LECHOS MVILES

BIOPELCULA FIJA SUMERGIDA QUEMOSTATO (TRH = 4h) REACTOR

a)QUEMOSTATO (TRH = 4h)

Recirculacin

b)DECANTADOR

DECANTADOR

REACTOR

Influente (100%)

Efluente

Influente (85%)

Efluente

Recirculacin

c)REACTOR

Recirculacin

d)DECANTADOR

QUEMOSTAT (TRH = 4h)

Influente (70%)

Efluente

Recirculacin

e)

Figura 2. Sistemas experimentales: a) Biopelcula fija sumergida en un tanque posterior al reactor aerobio. b) Lechos mviles (biopelcula sumergida dentro del reactor aerobio). c) Sistema con quemostato (etapa bacteriana) previo al reactor aerobio con el 100% del influente directo al quemostato. d) Sistema con quemostato previo al reactor aerobio con el 85% del influente directo al quemostato. e) Sistema con quemostato previo al reactor aerobio con el 70% del influente directo al quemostato.

3. RESULTADOS I DISCUSIN 3.1. Produccin de fangos y factor de produccin respecto DQO eliminada. 3.1.1. Sistema con biopelcula fija sumergida. Los valores mximos de produccin de fangos obtenidos con el sistema de biopelcula fija sumergida fueron de 1,75 g SST/da en la lnea experimental y de 1,96 g SST/da para la lnea control. Los valores medios de produccin de fangos fueron de 0,42 y 0,49 g SST/da para la lnea experimental y la lnea control respectivamente. Estos resultados suponen que el sistema dotado de un tanque con un sistema de biopelcula fija sumergida present una minimizacin de la produccin de fangos del 15% respecto la lnea control. En la Figura 8 se muestra la dinmica de la produccin de fangos SST media semanal durante todo el experimento.1,2

Produccin de fangos (g TSS/da)

Control Experimental 1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tiempo (das)

Figura 3. Comparativa de la evolucin de la produccin de fangos entre la lnea control y la lnea con biopelcula fija sumergida40

Produccin SST acumulada (g)

Control TSS = 1.6704COD- 2.652530

r = 0.9904

2

20

10

Experimental TSS = 1.333COD - 2.4768 r = 0.95982

0 0 5 10 15 20 25 30

DQO eliminada acumulada (g)

Figura 4. Relacin entre la produccin de fangos acumulada y la DQO eliminada acumulada en la lnea control y la lnea con pelcula fija sumergida.

Respecto la calidad del tratamiento, la produccin de fangos producida por DQO eliminada se mantiene bastante constante en las dos lneas, siendo algo menor en la lnea experimental (Figura 4) Los valores medios de factor de produccin fueron de 0,88 g SST/g DQO eliminada en la lnea control y de 0,75 g SST/g DQO eliminada en la lnea experimental, suponiendo una reduccin del factor de produccin en la lnea con biopelcula fija sumergida del 15%.

3.1.2. Sistema de lechos mviles Los valores mximos de produccin de fangos en la lnea con lechos mviles fueron de 1,80 g SST/da mientras que en la lnea control se produjo una produccin mxima de slidos de 2,02 g SST/da. Los valores medios de produccin de fangos fueron de 0,97 g SST/da en la lnea experimental mientras que en la lnea control fueron de 1,03 g SST/da, lo que supone una disminucin de la produccin de fangos nicamente del 6%. En la Figura 5 se muestra la evolucin de los valores medios semanales de la produccin de fangos. Durante prcticamente todo el periodo experimental la concentracin de SST fue prcticamente igual en las dos lneas. Al final del periodo se observa un incremento de la produccin de fangos en la lnea control respecto la lnea con lechos mviles.1,8

Produccin de fangos (g SST/da)

1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Control Experimental

Tiempo (das)

Figura 5. Produccin media de fangos en la lnea control y en la lnea con lechos mviles.

120

Produccin SST acumulada (g)

100

Experimental TSS = 2.538COD + 2.8978 r = 0.97242

80

60

40

Control TSS = 1.6704COD- 2.6525 r = 0.99042

20

0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

DQO eliminada acumulada (g)

Figura 6. Produccin de fangos acumulada respecto DQO eliminada acumulada en la lnea control y en la lnea con lechos mviles.

Respecto la relacin entre la produccin de fangos y la DQO eliminada (Figura 6), las dos lneas presentan un patrn prcticamente igual. De estos resultados se extrae que el sistema con lechos mviles no es una solucin adecuada para reducir la produccin de fangos.

3.1.3 Sistemas con etapa bacteriana (quemostato). 3.1.3.1. Periodo I. El 100% de del influente al quemostato. Este periodo experimental (Periodo I) se caracteriz por presentar un agua de entrada con una DQO baja. El valor de DQO disuelto del influente fue de 186 mg/L, el cual fue eliminado prcticamente (el 72,6%) por la etapa bacteriana, lo que condujo a la desintegracin del fango activo del sistema y, en consecuencia, a una baja calidad del agua de salida por escape de slidos. 3.1.3.2. Periodo II. El 85 % del influente al quemostato. Durante el segundo periodo experimental (Periodo II) se aplic un bypass del 15% del agua de entrada hacia el reactor aerobio para evitar la desintegracin del fango debido a la baja concentracin de DQO de entrada. En la Figura 7 se muestran los valores medios semanales de la produccin de fangos para la lnea control y experimental. Los valores mximos de produccin de fangos fueron de 1,13 g SST/da en la lnea control y de 0,81 g SST/da en la lnea experimental. Los valores medios de produccin de fangos fueron de 0,51 g SST/da y 0,43 g SST/da en la lnea control y experimental respectivamente, lo que supone un 16% de reduccin de la produccin de fangos en la lnea experimental.

0,9

Produccin de fangos (g TSS/da)

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Control Experimental

Tiempo (das)

Figura 7. Valores medios semanales de produccin de fangos durante el periodo experimental.

La produccin de fangos por DQO eliminada en la lnea experimental result ser de un 11% ms baja en esta ltima, mantenindose una evolucin bastante paralela en las dos lneas (Figura 8).70

Produccin TSS acumulada (g)

60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30

Control TSS = 2.5666.COD + 0.7365 r2 = 0.9994

Experimental TSS = 1.6704COD- 2.6525 r2 = 0.9904

DQO eliminada acumulada (g)

Figura 8. Relacin entre la produccin de fangos acumulada y la DQO eliminada acumulada en la lnea control y en la lnea con quemostato y bypass del 15% de agua de entrada al reactor aerobio.

3.1.3.3. Perodo III. El 70 % del influente al quemostato. Durante el Periodo III el sistema experimental se oper de una manera similar al Periodo II pero con un cabal de agua de entrada al reactor aerobio del 30%. Con estas condiciones, la reduccin de la produccin de fangos de la lnea experimental alcanz el 20%, siendo los valores medios de produccin de fangos fueron de 0,52 g SST/da en la lnea con quemostato y de 0,66 g SST/da en la lnea control.. Los valores mximos de produccin de fangos fueron de 0,79 g SST/da en la lnea experimental y de 0,97 g SST/da en la lnea control.

En la Figura 9 se muestra la produccin de fangos promedio semanal de la lnea control y la experimental. Durante todo el periodo experimental se mantuvo superior en la lnea control.0,9

Produccin de fangos (g TSS/da)

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

Control0,2 0,1 0,0 0 5 10 15 20 25 30

Experimental

Tiempo (das)

Figura 9. Valores promedio semanales de la produccin de fangos de la lnea control y experimental con quemostato y 30% de entrada al reactor aerobio.

En la Figura 10 se muestra la relacin entre la produccin de fangos acumulada y el acumulativo de DQO eliminada en la lnea control y la lnea experimental. Se observa una diferencia significativa entre las dos lneas, siendo superior el factor de produccin en la lnea control. La lnea experimental present un factor de produccin de 0,25 g SST/g DQO eliminada mientras que la lnea control present un 0,32 g SST/g DQO eliminada, lo que supone una disminucin del factor de produccin en la lnea experimental del 22,55%.60

Produccin TSS acumulada (g)

50

Control TSS = 2.5666.COD + 0.7365 r2 = 0.9994 Experimental TSS = 1.6704COD- 2.6525 r2 = 0.9904

40

30

20

10

0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

DQO eliminada acumulada (g)

Figura 10. Relacin entre la produccin de fangos acumulada y la DQO eliminada acumulada en la lnea control y en la experimental con quemostato y bypass del 30% de agua de entrada al reactor aerobio.

3.1.3.4. Microorganismos A partir del anlisis de microfauna es posible observar variaciones entre un periodo experimental a otro. La abundancia total de protozoos ciliados se ha mantenido elevada en todos los sistemas estudiados. Se advierte que el comportamiento de las lneas de control es bastante inconstante, lo que ha hecho difcil extraer conclusiones sobre el papel de los microorganismos en la reduccin de la produccin de fangos en los diferentes periodos experimentales.Biopelcula fija sumergida

Lechos mviles

FP AP FF FB AB 0 20 40 60 80 100

Experimental Control

FP AP FF FB AB

Experimental Control

120

140

0

20

40

60

80

100

120

140

Biomasa (mg microfauna/g TSS)

Biomasa (mg microfauna/g TSS)

Quemostato 85%

Quemostato 70%

FP AP FF FB AB 0 20 40 60 80

Experimental Control

FP AP FF FB AB

Experimental Control

100

120

140

0

20

40

60

80

100

120

140

Biomasa (mg microfauna/g TSS)

Biomasa (mg microfauna/g TSS)

Figura 11. Biomasa de ciliados por unidad de slidos totales en los diferentes sistemas experimentales (AB=Bactervoros ssiles, FB= Bactervoros libres, FF=Reptantes, AP= Depredadores ssiles, FP=Depredadores libres).

La abundancia de los diferentes grupos ecolgicos de ciliados cuantificados en los experimentos realizados se muestra en la Figura 11. En trminos generales es posible observar que la abundancia de ciliados en los sistemas de biopelcula es especialmente elevada (sobretodo en el sistema con lechos mviles). En conjunto, el grupo ecolgico ms importante en los sistemas de biopelcula fue el de protozoos filtradores de bacterias. En los sistemas con quemostato tambin toman relevancia los ciliados reptantes, especialmente en el Periodo II (con un 85% de entrada al quemostato). En el Periodo III (en el que se obtuvo la mxima

minimizacin de la produccin de fangos) la diversidad de grupos ecolgicos fue la ms elevada de todos los periodos de experimentacin. Se constata tambin que en todos los sistemas, tanto en los sistemas con quemostato como en los sistemas con biopelcula, se cumple el objetivo de incrementar la fauna y generar cambios en el ecosistema. Las poblaciones de microorganismos filamentosos fueron analizadas durante los experimentos con quemostato y en el sistema con lechos mviles. La presencia de estos microorganismos fue baja en las lneas experimentales con quemostato y en la lnea experimental con lechos mviles. En todos los casos se mantuvo por debajo de concentraciones susceptibles de producir esponjamiento del fango (se considera que puede producirse bulking filamentoso a partir de valores de 200 m/ml en el licor mezcla). 3.1.1. Discusin De todos los modelos experimentales testados, el sistema con quemostato y una entrada previo al reactor aerobio y el 30% de agua residual dirigida al reactor aerobio es con el que se obtuvo una reduccin tanto de la produccin de fangos como del factor de produccin mayor (Tabla 5). En este experimento se obtuvo una reduccin de la produccin de fangos del 20%, mantenindose unos rendimientos de depuracin elevados.Tabla 5. Resultados de factor de produccin (produccin de fangos por DQO eliminada) y produccin de fangos de los periodos experimentales.

Factor de produccin (g SST/g DQO) C Biopelcula fija sumergida Lechos mviles Quemostato P.II (85%) Quemostato P.III (70%) 0,88 0,41 0,43 0,32 E 0,75 0,36 0,38 0,25

Prod. de fangos (g SST/da) C 0,494 1,027 0,509 0,657 E 0,421 0,969 0,429 0,524

% Reduccin

Factor de produccin 15 10 11 23

Prod. de fangos 15 6 16 20

Se constata que las modificaciones realizadas sobre un sistema de tratamiento convencional basadas en dos etapas reducen ms la produccin de fangos que los formados por una nica etapa (Ratsak et al., 1994). En el caso de los sistemas con biopelcula, el sistema con biopelcula fija sumergida (de doble etapa) present una reduccin de la produccin de fangos mayor que el sistema con lechos mviles (sistema de una nica etapa). En el caso de los sistemas con quemostato se obtuvo mejores resultados con los sistemas modificados (de dos etapas: quemostato y reactor aerobio) que en los sistemas control (de una sola etapa: el reactor aerobio). Lee y Welander (1996) y Ghyoot y Verstraete (1999) ha descrito que los mejores resultados en trminos de reduccin de la produccin de fangos se obtienen combinando un quemostato con un reactor con pelcula fija sumergida. Nuestros resultados muestran que el sistema con quemostato y el sistema con biopelcula fija sumergida dan buenos resultados y, sin embargo, el sistema convencional modificado

con lechos mviles no parece ser una respuesta a la minimizacin de la produccin de fangos. Por otro lado, el mejor sistema en trminos de eliminacin de DQO es el de lechos mviles, mientras que el sistema ms eficiente en la eliminacin de slidos totales es el sistema de quemostato con un 30% de agua de entrada al reactor aerobio (Tabla 6). Estos resultados no concuerdan con Lee y Welander (1996), que obtuvo los mejores resultados de eliminacin de DQO con un sistema dotado de quemostato.Tabla 6. Rendimientos de eliminacin (%) en lneas control (C) y experimentales (E).

Rendimientos de eliminacin (%) DQO total DQO soluble SST

Biopelcula fija sumergida C 83 89 43 E 82 88 60

Lechos mviles C 85 79 89 E 87 81 90

Quemostato P. II Quemostato P. III (85%) (70%) C 78 74 90 E 75 69 85 C 80 80 81 E 80 83 86

Respecto la eliminacin de nutrientes, los sistemas con quemostato fueron ms eficientes que los sistemas con biopelcula fija. El nico caso donde no se cumple es en el Periodo II, donde se produjo una acumulacin de nitratos debido a una inhibicin de la desnitrificacin por exceso de aireacin y falta de materia orgnica para desnitrificar. Globalmente, el sistema experimental que combina la menor produccin de fangos con una calidad elevada de tratamiento es el sistema con quemostato y el 30% del agua de entrada dirigida al reactor biolgico. Cabe decir que el quemostato consume gran parte de la materia orgnica de entrada (hasta un 73% de DQO soluble). Esto explica que los rendimientos sena mejores en el Periodo III que en el Periodo II, donde el fango activo reciba una entrada insuficiente de materia orgnica. As pues, para aplicar un quemostato a un sistema convencional de fangos activos para disminuir la produccin de fangos, ste sistema debe recibir suficiente materia orgnica de entrada o bien tendr que dividir el cabal de agua de entrada en dos: parte dirigirla al quemostato y la otra parte al reactor aerobio. Sera tambin interesante probar una combinacin de metodologas. Esto significa probar la reduccin de la produccin de fangos en un sistema experimental con quemostato y biopelcula. Se ha descrito que los resultados ms prometedores para la reduccin de fangos modificando las comunidades de microorganismos pasan por cambios de ecosistemas que se consiguen combinando diferentes estrategias de suministro de materia orgnica as como de formacin de biopelcula (Lee y Welander, 1996). 4. Conclusiones - Los sistemas de dos etapas son ms eficientes para reducir la produccin de fangos que los sistemas con una nica etapa y, adems, presentan mejores rendimientos de eliminacin de DQO. - Los sistemas con quemostato producen menos fangos excedentes que el resto de sistemas testados, especialmente con un 70% de agua de entrada dirigida

directamente al quemostato y el otro 30% al reactor aerobio. Se concluye que para llegar a disminuir notablemente la produccin de fangos manteniendo unos rendimientos elevados de tratamiento se necesita incrementar la cantidad de grupos ecolgicos de microorganismos. Adems, la disponibilidad extra de bacterias dispersas es un buen mtodo para conseguir este objetivo sin tener problemas de bulking filamentoso. - El sistema de lechos mviles se descarta como modelo para reducir la produccin de fangos. Los sistemas de biopelcula fija sumergida muestran mejores resultados en trminos de minimizacin de la produccin de fangos. - La cantidad de depredadores en todas las lneas experimentales estudiadas es elevada en comparacin con las respectivas lneas control. En cambio, no se ha encontrado correlacin directa entre la reduccin de fangos y la concentracin de depredadores. Lo que s se observa es que al incrementar la diversidad de grupos ecolgicos del sistema, disminuye la produccin de fangos. - Seria interesante probar si una combinacin de etapa bacteriana (quemostato) y de biopelcula obtiene mejores resultados de reduccin de la produccin de fangos que los dos sistemas por separado.

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