1

EESSTTUUDDIIOO DDEE RREESSPPIIRROOMMEETTRRÍÍAA

PPRRIIMMEERR EEJJEERRCCIICCIIOO IINNTTEERRLLAABBIIOORRAATTIIOO DDEE GGBBSS

22000088

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FFIICCHHAA TTÉÉCCNNIICCAA Tipo / Parámetro Modo / Valor Fecha Descripción / Comentario

Tipo de proceso

Convencional Fangos activos

pH medio en Reactor biológico aerobio

7.3

DQO integrada de agua de entrada a biológico (mg/l)

464 11/2/08

DQO soluble integrada de agua entrada a biológico (mg/l)

11/2/08

Filtrada a 0,45 micras

DBO5 media de agua de entrada a reactor biológico (mg/l)

245

Enero/08

DQO integrada efluente (mg/l)

86

DBO5 media efluente (mg/l)

19 15-31/enero/08

Q: Caudal medio de entrada a reactor biológico (m3/h)

972 Enero/08

Volumen reactor biológico (m3)

6365

MLSS / MLVSS (mg/l) medio

79 % MLMV ENERO/08 MLSS:1750 mg/l 12/02/08 MLVSS: 1380

Tiempo medio de Retención Hidráulica en biológico (h)

9.2

Θ media: Edad del Fango (d)

2 15-31/ENERO/08

F/M: Carga Másica

0.38 15-31/ENERO/08

la Carga Másica se calcula por DBO

TR: Tasa de Recirculación de Fango (%)

130 % 15-31/ENERO/08

IVF (mg/l) media 125 15-31/ENERO/08

Oxígeno Disuelto en reactor biológico (ppm)

0.9 al final 0.5 en el medio

Tipo de aireación

Difusores de membrana

Kg O2/kwh del sistema de

aireación.

2804 kg. O2/h (medio) 3749 kg. O2/h (situación más desfavorable)

Potencia instalada en el sistema de aireación (kW)

3 X 560 KW

C/N/P en Proceso Biológico

100/23/4.5 IMPORTANTE C se relaciona con DBO

Nitrógeno total medio en influente

65 12/02/08

Fósforo total soluble medio en influente

12.1 12/02/08 p-total (no soluble)

Nitrógeno total medio en efluente

52 12/02/08

Fósforo total soluble medio en efluente

53.2 12/02/08

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DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS, PECULIARIDADES Y/O PROBLEMA

EN EL PROCESO DE DEPURACIÓN BIOLÓGICA Y/O DECANTACIÓN.

Fecha:

• Flóculo poco compacto. • Escapes de flóculos en decantadores secundarios. • Vertidos no controlados puntuales procedentes de aceituneras (conductividades

altas y puntas de DQO). • Desequilibrios hidráulicos puntuales entre líneas

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ESTUDIO El informe de este estudio se produce con los resultados obtenidos a partir de los ensayos de respirometría llevados a cabo por personal de Surcis, S.L., por el acuerdo entre Surcis y GBS. Este servicio se lleva a cabo con muestras de fango y agua residual provenientes del proceso de depuración por fangos activos desde la línea de depuración biológica por fangos activos. El personal de Surcis que ha intervenido en este trabajo: Josep Xavier Sensada Emilio Serrano Los instrumentos y compuestos utilizados son: Sistema de respirometría de laboratorio tipo BM-T Unidad de termostatización Reactivos: Acetato sódico Periodo Los ensayos de respirometría se llevan a cabo durante los días 16. 18 y 19 de Febrero del 2008, con muestras de fango y agua residual enviadas por GBS, correspondientes a la planta depuradora en estudio (según ficha técnica) Puntos de estudio Respiración Endógena. Pulso a la actividad actual del proceso de depuración biológica. Aireación. Respirometría de Entrada a Biológico. Biodegradabilidad. Análisis de la Edad del Fango y F/M. Relación de Nutrientes Resumen y Conclusiones.

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11.. RReessppiirroommeettrrííaa

1.1. Respiración endógena Los ensayos de respirometría relacionados con la respiración endógena se llevan a cabo con el fango de salida del reactor biológico, que se ha sometido a una sobre-aireación durante un tiempo mínimo de 24 horas, sin alimento alguno.

1.1.1. OUR & SOUR end OUR end (mg O2/l.h): Velocidad de consumo de oxígeno disuelto en respiración endógena. SOUR end (mg O2/g VSS.h): OUR END específico.

Respirograma OUR & SOUR end

Datos OUR & SOUR end OUR end = 4.68 SOUR end = 3.39 Análisis del resultado Los valores de 4.68 y 3,39 son valores NORMALES.

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1.2. Fracción MLVSS por día, oxidada durante respiración endógena (Kd) Kd = SOUR end / 1,42 1,42: es una forma práctica de cálculo, comúnmente aceptada, que proviene de la supuesta fórmula empírica de los MLVSS como C5H7NO2

Para este cálculo debemos pasar las unidades del SOUR a Kg O2/Kg.d SOUR end (Kg O2/Kg.d) = 3,39 * 24 / 1000 = 0,081 Kd = 0,081 / 1,42 = 0,057 Análisis del resultado F/M 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 1,00 Kd

0,041

0,067

0,080

0,092

0,100

0,109

0,118

0,123

0,128

0,131

0,133

0,136

Según la tabla orientativa, teniendo en cuenta que el valor de F/M puede estar entorno a 0,38 (ver ficha técnica) el valor de kd no concuerda con la carga másica (F/M) reportada. No podemos sacar, de momento conclusiones, de este resultado.

1.3. Pulso a la actividad biológica

1.3.1. FED OUR & SOUR

Respirograma FED OUR & SOUR

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Datos FED OUR & SOUR FED OUR = 46,58 mg/l.h FED SOUR = 33,75 mg/g/h

1.3.2. UNFED OUR & SOUR

Respirograma UNFED OUR & SOUR

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Datos UNFED OUR & SOUR UNFED OUR = 23,39 mg/l.h UNFED SOUR = 16,95 mg/g/h Análisis del resultado Según tabla orientativa, el valor UNFED SOUR se sitúa en rango NORMAL y por encima de la media. Por ello, la muestra de fango analizada sugiere que el proceso anda bien con un ligero despunte.

Tipo deproceso Edad del

Fango (días)

F/M (kgDBO/kgVSS.d

UNFED SOUR (mg O2/g VSS.h)

MLVSS (g/l)

Convencional

5 - 15 0,2 – 0,4 8 - 18 1,5 – 3

Mezcla Completa

5 - 15 0,2 – 0,6 8 - 20 3 – 5

Alimentación Escalonada

5 - 15 0,2 – 0,4 8 - 18 2 – 3,5

Aireación Prolongada

20 - 30 0,05 – 0,1 1 - 12 3 - 6

Doble Etapa (2ª Etapa)

5 - 15 0,2 – 0,6 8 - 20 1,5 – 3

Canales de Oxidación

10 - 30 0,2 – 0,4 3 - 12 3 - 6

Fuente: 1994 – Probe: Basic Activated Sludge Control (Adaptación) – Water Pollution Environment Federation

1.3.3. Factor de carga (FC) La relación entre el FED SOUR y el UNFED SOUR nos da una valoración preliminar del proceso.

FC = FED SOUR / UNFED SOUR FC = 33,75 / 16,95 = 1,94 FC = 1,99

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FC Diagnóstico

FC =< 1 Carga inhibitoria o tóxica 1 < FC < 3 Tendencia a bajo rendimiento 3 < FC < 5 Carga aceptable FC => 5 Posible sobrecarga

Fuente: Ron Sharman (sharmar @ linnbenton.edu), Water and Wastewater Technology.

Análisis del resultado Teniendo en cuanta que el UNFED SOUR está por encima del rango, el resultado de 1,99 nos indica que el proceso tiene a una ligera TENDENCIA A BAJO RENDIMIENTO. 1.4. Requerimiento actual de oxígeno (AOR) AOR (kg O2/d) = V * FED OUR V: Volumen del reactor (Línea 1) = 19.125 m3 (según ficha técnica) FED OUR = 46,58 * 24 / 1000 = 1,11 (kg O2/m3.d) AOR = 6.365 * 1,11 = 7.065 (kg O2/d) AOR = 7.065 (kg O2/d) Análisis de resultado Sin tener en cuenta los posibles estados en que el proceso pueda estar sometido a puntas de carga superiores al actual del licor mezcla, el valor de AOR es COHERENTE con su factor de carga. 1.5. Fraccionamiento de la DQO Para establecer unos rangos de referencia nos basamos en la siguiente tabla:

COD = DQO DQO total BCDO = DQOb Fracción biodegradable de la DQO RBCOD = DQOrb Fracción fácilmente biodegradable de la DQO SBCOD = DQOlb Fracción lentamente biodegradable de la DQO UCOD = DQOi Fracción inerte (no-degradable) de la DQO

1.5.1. Fracción fácilmente biodegradable de DQO0 de entrada a biológico: DQOrb0 Se lleva a cabo por medio de un ensayo R con la muestra de entrada filtrada.

Respirograma de la DQOrb0 de entrada a biológico

Datos de la DQOrb0 de entrada a biológico

DQOrbo = 61 mg/l Análisis del Resultado El valor de 61 mg/l representa aproximadamente el 13% de la DQO0. Ello representa un valor BAJO de DQO fácilmente biodegradable.

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1.5.2. Fracción biodegradable de la DQO0 de salida: DQObe

Respirograma de la DQObe de salida

Datos de la DQObe de salida a biológico DQObe = 4 mg/l 1.5.3. Fracción biodegradable total de la DQO (DQOb) DQOb = DQOr + DQObe DQOr: DQO eliminada en el tratamiento biológico = DQO total de entrada – DQO salida DQOb = (464 – 86) + 4 = 382 DQOb = 382 mg/l

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Análisis del Resultado Este análisis está supeditado a la representatividad del valor de la DQO (DQOr) eliminada según datos de la ficha técnica. El valor de 382 mg/l representa aproximadamente el 82 % de la DQO0. Ello representa un valor NORMAL de la DQOb en la total. 1.5.4. Fracción lentamente biodegradable de la DQO (DQOlb) DQOlb = DQOb – DQOrb DQOlb = 382 – 61 = 321 Análisis del Resultado El valor de 299 mg/l representa aproximadamente el 69% de la DQO0. Ello representa un valor en rango pero ALTO de la DQO lentamente biodegradable. Es importante, no obstante, reseñar que dado que el valor de la DQOrb es algo bajo y ello, quiere decir que la mayor parte de la DQO biodegradable (DQOb) es lentamente biodegradable. Ello puede representar el inconveniente de una pobre relación de carbono como nutriente de la biomasa. 1.5.5. Fracción inerte de la DQO (DQOi) DQOi = DQO – DQOb = 464 – 382 = 82 mg/l DQOi = 82 mg/l Análisis del Resultado El valor de 82 mg/l representa aproximadamente el 17 % de la DQO0. Ello representa un valor ALTO en el contexto global de la DQO inerte en la DQO total. 1.6. Diagrama de bloques del fraccionamiento de la DQO

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1.7. Biodegradabilidad 1.7.1. Biodegradabilidad DQOb/DQOo Tal y como hemos descrito en el análisis del resultado de la DQOb, su valor representa un 82 %; es decir DQOb/DQO = 0,82 Análisis del Resultado Basándonos en la siguiente tabla, ello quiere decir que la biodegradabilidad está en rango y lo podemos calificar como BIODEGRADABLE.

1.7.2. Biodegradabilidad DQOrb/DQOo Tal y como hemos descrito en el análisis del resultado de la DQOb, su valor representa un 16 %; es decir DQOrb/DQO = 0,16 Análisis del Resultado Basándonos en la siguiente tabla, ello quiere decir que la biodegradabilidad es baja y lo podemos calificar como POCO BIODEGRADABLE.

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1.7.3. Análisis comparativo de la Biodegradabilidad DQOb/DQOo frente a la de DQOrb/DQOo La biodegradabilidad total es normal, pero la que corresponde a la fracción fácilmente biodegradable es sensiblemente pequeña. Desde el análisis de ambas relaciones se deduce que la mayor parte de la biodegradabilidad está referida a la fracción lentamente biodegradable. 1.8. F/M de la DQOb eliminada (F/M DQOb) & Edad del fango (TRC) Los cálculos desarrollados en este apartado están supeditados a la fiabilidad del dato proporcionado a Surcis de la DQO eliminada. 1/TRC = F/M DQOb * YH – kd; TRC = 1 / (F/M*Y – kd) YH: Valor calculado por respirometría a partir de una solución de acetato = 0,7 F/M DQOb = Qi * DQOb eliminada * 24 / (VSS * V) DQOb eliminada (DQOr) = 382 - 4 = 378 mg/l F/M DQOb = 972 * 378 * 24 / (1.380 * 6.365) = 8817984 / 8783700 = 1 F/M DQOb = 1 TRC = 1 / (1 * 0,7 – 0,081) = 1,6 TRC = 1,6 días. Análisis del resultado El valor calculado de TRC de 1,6 días es coherente con el TRC actual del proceso (2 días). 1.9. Relación de nutrientes desde la DQOrb Aunque tradicionalmente, para depuradoras municipales, se viene estipulando una relación idónea de nutrientes para DBO/N/P para un valor de 100/5/1; la realidad es que la mayor parte de la fuete de carbono utilizada por los microorganismos deriva de la DQO fácilmente biodegradable. Por ello, aunque el valor de la DBO5 pueda mantenerse dentro de valores normales, la respirometría demuestra que el valor de la DQOrb es excesivamente bajo Si nos atenemos a los datos proporcionados sobre el nitrógeno total (65 mg/l) y fósforo total soluble (12 mg/l) en el influente. Al establecer el ratio correspondiente con la DQOrb (61 mg/l), nos aparece el siguiente resultado: DQOrb/N/P = 100/105/19 Análisis del resultado La relación de nutrientes de 100/105/19 es totalmente ANORMAL; especialmente la relación DQOrb/N de 100/105. Ello nos indica que la fracción de carbono como nutriente es excesivamente baja, comparativamente con el resto de nutrientes.

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22.. RReessuummeenn yy CCoonncclluussiioonneess

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2.1. Resumen de los resultados de la Respirometría Nº Parámetro Resultado Rango de

normalidad

Comentario

1 SOUR end mg O2/(gVSS.h)

3,39 < 5 NORMAL

2 Kd d-1

0,057 0,03 – 0,07 NORMAL

3 UNFED SOUR mg O2/(gVSS.h)

16,95 8 - 18 NORMAL • Por encima de la media • Tendencia a estar muy justo

de rendimiento

4 FC

1,99 3 - 5 BAJO • Tendencia a bajo rendimiento

5 DQOrb

mg/l

61 (13 %)

10 – 35 % BAJO • Bajo en el contexto global

6 DQOb mg/l

312 (82 %) 80 – 95 % NORMAL

7 DQOlb mg/l

251 (69 %) 45 – 85 % ALTO • Alto en el contexto global

8 DQOi

mg/l

82 (17 %) 5 – 20 % ALTO • Alto en el contexto global

9 Biodegradabilidad

DQOb/DQO %

82 80 – 95 % NORMAL • Algo bajo

10 Biodegradabilidad DQOrb/DQO

%

13 15 – 35 % BAJO • Poco biodegradable

11 Ratio DQOlb/DQOb

%

80 50 – 70 % ALTO • La mayor parte de la DQO

biodegradable esta en la fracción lentamente biodegradable

12 TRC

d 1,6 2 - 15 BAJO

• Se puede bajar un poco

13 Relación de nutrientes desde

DQOrb/N/P

100/105/19 100/5/1 ANORMAL CARBONO BAJO

• DQOrb excesivamente baja

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2.2. Conclusiones desde los ensayos de respirometría En este apartado hemos querido considerar un punto exclusivamente relacionado con la Respirometría a partir de las aplicaciones que se pueden realizar con el respirómetro BM-T.

Puntos del resumen de resultados de Respirometría

(Punto 3. anterior)

Conclusiones

Puntos: 1, 2, 3, 4

Aunque el proceso de depuración pede tener un rendimiento normal, la respirometría nos indica una tendencia a sufrir variaciones dirigidas a un bajo rendimiento.

Puntos. 5, 6, 7, 8 La DQO total contiene una fracción fácilmente biodegradable (DQOrb) muy pequeña (13%) La fracción lentamente biodegradable (DQOlb) es alta (69 %). Por ello, desde una referencia global, podemos considerar que la fracción lentamente biodegradable es elevada y constituye la mayor fracción de las contenidas en la DQO biodegradable. Ello quiere decir, que el proceso de depuración dentro del tiempo de retención hidráulica disponible, emplea un tiempo importante a tratar de depurar una DQO lentamente biodegradable. Este hecho puede traer consecuencias derivadas de una posible falta de materia carbonosa a considerar en la relación de nutrientes, calculada desde la DBO5 (*) La relación de nutrientes calculada desde DQOrb/N/P varía mucho respecto a la de DBO/N/P

Puntos 7, 8 Por la información recibida, dentro de la fracción lentamente biodegradable puede haber aceites. Este hecho sumado a una fracción inerte elevada, esporádicamente puede provocar valores altos en el efluente.

Puntos 9, 10, 11 La Biodegradabilidad DQOrb/DQO y la relación DQOlb/DQOb nos viene a confirmar que la mayor parte de la DQO b es lentamente biodegradable.

Punto 12 Las TRC calculadas son coherentes con los parámetros operativos (TRC y F/M) con que el proceso está actualmente trabajando (*) (*) Si el proceso no tuviera el problema de las espumas por Nocardia, quizás sería preferible subir la TRC a 3 días.

Punto 13

La relación de nutrientes desde la DQOrb es totalmente ANORMAL. La fracción de carbono como nutriente, comparativamente con el resto de nutrientes, es excesivamente baja y ello puede provocar una debilidad del fango activo que estará mucho más propenso a los efectos de los aceites y sobre todo al efecto potencialmente inhibitorio de valores altos de conductividad.

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3.3. Posibles causas de la aparición de espumas por presencia de la bacteria filamentosa Nocardia En este apartado nos limitamos a confeccionar una serie de extractos cortos derivados de bibliografía a modo de soporte y complemento de las conclusiones de la respirometría.

• La filamentosa Nocardia posee una fuerte afinidad por los ácidos grasos de lenta biodegradabilidad. Fuente: Bioresour Technol. 2007 - Y F Tsang , S N Sin , H Chua

• El efecto de aceites y grasas se potencia sensiblemente con la reducción de la temperatura en el reactor biológico. Fuente: Por experiencias de jefes de planta de varias EDAR

• En general, las ordenanzas municipales sobre control de vertidos no permiten

concentraciones de aceites superiores a 100 mg/l.

• Las instalaciones de mayor riesgo son las de inyección de aire por burbuja fina. Fuente: Mountain Empire Community Collage – Wastewater Distance Learning Course. 2007 Fuente: Problemas biológicos por microorganismos filamentosos – Geocities. 2008 (Internet - basado en información de la WEF americana)

• La causa más probable de la aparición de la bacteria filamentosa Nocardia es la presencia

de aceites y grasas. Fuente: Control of Activated Sludge Bulking and Foaming, Second Edition, D. Jenkins, M.G. Richard and G. Daigger, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, 1993.

• Valores bajos de pH favorecen el crecimiento de la Nocardia. Fuente: Jenkins et al. (1993; 2003) El desequilibrio de una relación de nutrientes es una de las causas importantes para la aparición de espumas. Fuente: Control of Activated Sludge Bulking and Foaming, Second Edition, D. Jenkins, M.G. Richard and G. Daigger, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, 1993.

Emilio Serrano Fecha: 03/03/08 SURCIS, S.L.