MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Bioindicación y Respirometría: Dos herramientas de control complementarias Meritxell Mas 1/

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Bioindicación y Respirometría Para evaluar la calidad de un sistema de tratamiento biológico es necesario obtener parámetros derivados de la biomasa que lleva a cabo los procesos de depuración. La Microscopía y la Respirometría son las dos herramientas más directas para obtener información de los microorganismos que llevan a cabo la actividad depuradora. Tratamiento secundario o biológico El objetivo es transformar la materia orgánica disuelta en sólidos sedimentables que se retiren fácilmente del proceso. Adicionalmente se consigue el confinamiento de sólidos coloidales y en suspensión. Si bien todos los tratamientos biológicos consiguen disminuir la DBO5, solamente se consigue eliminar nitrógeno y fósforo si se diseña el proceso para ello. El tratamiento biológico se realiza en varios reactores biológicos . Éstos pueden presentar apariencias muy diversas (circulares, rectangulares, canales...). Para conseguir que haya oxígeno para los microorganismos y producir la necesaria agitación suele haber electroagitadores superficiales o turbinas o inyección de aire que sale en forma de burbujas. El aire es captado de la atmósfera por varias soplantes de gran potencia. La decantación secundaria o clarificación final, se realiza en varios decantadores generalmente circulares dotados de rasquetas que van suspendidas de un puente radial, arrastrando el fango hacia la zona central del decantador, desde donde dicho fango es recirculado mediante bombas sumergibles o tornillos de Arquímedes a la entrada del tratamiento biológico. Con esta recirculación se consigue concentrar los microorganismos hasta valores muy altos. Para mantener controlado el proceso hay que sacar continuamente fango. Las purgas de fangos en exceso se pueden realizar desde el reactor biológico o desde la recirculación, esta última estará más concentrada.

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Bioindicación y Respirometría La Microscopía permite la observación directa de los microorganismos de los sistemas de depuración, así como la cuantificación de: Protozoos Metazoos Microorganismos filamentosos La Respirometría analiza la actividad metabólica del conjunto de microorganismos del sistema COMPOSICIÓN Tratamiento secundario o biológico El objetivo es transformar la materia orgánica disuelta en sólidos sedimentables que se retiren fácilmente del proceso. Adicionalmente se consigue el confinamiento de sólidos coloidales y en suspensión. Si bien todos los tratamientos biológicos consiguen disminuir la DBO5, solamente se consigue eliminar nitrógeno y fósforo si se diseña el proceso para ello. El tratamiento biológico se realiza en varios reactores biológicos . Éstos pueden presentar apariencias muy diversas (circulares, rectangulares, canales...). Para conseguir que haya oxígeno para los microorganismos y producir la necesaria agitación suele haber electroagitadores superficiales o turbinas o inyección de aire que sale en forma de burbujas. El aire es captado de la atmósfera por varias soplantes de gran potencia. La decantación secundaria o clarificación final, se realiza en varios decantadores generalmente circulares dotados de rasquetas que van suspendidas de un puente radial, arrastrando el fango hacia la zona central del decantador, desde donde dicho fango es recirculado mediante bombas sumergibles o tornillos de Arquímedes a la entrada del tratamiento biológico. Con esta recirculación se consigue concentrar los microorganismos hasta valores muy altos. Para mantener controlado el proceso hay que sacar continuamente fango. Las purgas de fangos en exceso se pueden realizar desde el reactor biológico o desde la recirculación, esta última estará más concentrada. ACTIVIDAD

Bioindicación y Respirometría COMPOSICIÓN - Microscopía FLÓCULO PROTOZOOS METAZOOS FILAMENTOS

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Bioindicación y Respirometría ACTIVIDAD - Respirometría Toxicidad Cálculo de parámetros de diseño Optimización energética Carga de entrada y F/M Tiempo de tratamiento Biodegradabilidad Nitrificación Toxicidad Evaluación del estado de la depuración Tratamiento secundario o biológico El objetivo es transformar la materia orgánica disuelta en sólidos sedimentables que se retiren fácilmente del proceso. Adicionalmente se consigue el confinamiento de sólidos coloidales y en suspensión. Si bien todos los tratamientos biológicos consiguen disminuir la DBO5, solamente se consigue eliminar nitrógeno y fósforo si se diseña el proceso para ello. El tratamiento biológico se realiza en varios reactores biológicos . Éstos pueden presentar apariencias muy diversas (circulares, rectangulares, canales...). Para conseguir que haya oxígeno para los microorganismos y producir la necesaria agitación suele haber electroagitadores superficiales o turbinas o inyección de aire que sale en forma de burbujas. El aire es captado de la atmósfera por varias soplantes de gran potencia. La decantación secundaria o clarificación final, se realiza en varios decantadores generalmente circulares dotados de rasquetas que van suspendidas de un puente radial, arrastrando el fango hacia la zona central del decantador, desde donde dicho fango es recirculado mediante bombas sumergibles o tornillos de Arquímedes a la entrada del tratamiento biológico. Con esta recirculación se consigue concentrar los microorganismos hasta valores muy altos. Para mantener controlado el proceso hay que sacar continuamente fango. Las purgas de fangos en exceso se pueden realizar desde el reactor biológico o desde la recirculación, esta última estará más concentrada.

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Bioindicación y Respirometría ACTIVIDAD - Respirometría Biodegradabilidad Nitrificación Toxicidad Toxicidad Evaluación del estado de la depuración Evaluación del estado de la depuración Retorno de flotantes Discos rotativos Retorno de fangos Decantador secundario Pretratamiento Tratamiento secundario o biológico El objetivo es transformar la materia orgánica disuelta en sólidos sedimentables que se retiren fácilmente del proceso. Adicionalmente se consigue el confinamiento de sólidos coloidales y en suspensión. Si bien todos los tratamientos biológicos consiguen disminuir la DBO5, solamente se consigue eliminar nitrógeno y fósforo si se diseña el proceso para ello. El tratamiento biológico se realiza en varios reactores biológicos . Éstos pueden presentar apariencias muy diversas (circulares, rectangulares, canales...). Para conseguir que haya oxígeno para los microorganismos y producir la necesaria agitación suele haber electroagitadores superficiales o turbinas o inyección de aire que sale en forma de burbujas. El aire es captado de la atmósfera por varias soplantes de gran potencia. La decantación secundaria o clarificación final, se realiza en varios decantadores generalmente circulares dotados de rasquetas que van suspendidas de un puente radial, arrastrando el fango hacia la zona central del decantador, desde donde dicho fango es recirculado mediante bombas sumergibles o tornillos de Arquímedes a la entrada del tratamiento biológico. Con esta recirculación se consigue concentrar los microorganismos hasta valores muy altos. Para mantener controlado el proceso hay que sacar continuamente fango. Las purgas de fangos en exceso se pueden realizar desde el reactor biológico o desde la recirculación, esta última estará más concentrada.

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos EDAR industrial OUR=5,70 mg/l·h OUR bajo. Posibles causas: MLVS demasiado baja Efecto inhibitorio del afluente Ambas cosas

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos EDAR industrial: Toxicidad del agua de entrada Toxicidad por dosis progresivas frente a fango de referencia (2 g/l MLSS) en buen estado La actividad del fango se mantiene hasta una dosis de 0,1 ml de agua residual por ml de fango de referencia. A partir de esta dosis se produce una inhibición aguda de la actividad aerobia

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos EDAR industrial: Toxicidad del agua de entrada Al cabo de un año el proceso no se ha recuperado. Se piensa en inocular con fango de una EDAR de producción parecida Se realizan ensayos de toxicidad sobre el fango activo a inocular: Ensayos respirométricos de toxicidad Ensayos de toxicidad sobre microorganismos > 20 µm (microscopía) EDARI problema EDARI inóculo Agua residual ARp ARi Licor mezcla L-Mp L-Mi

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos EDAR industrial: Toxicidad del agua de entrada Ensayos respirométricos de toxicidad Ensayo OUR (respirometría estática) Ensayo R (respirometría dinámica) L-Mi referencia L-Mi +ARp El Agua Residual Problema no tiene efectos tóxicos inmediatos para el Fango Inóculo Actividad superior del L-Mi frente al ARp El ARp no causa reducción de la actividad del L-Mi

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos EDAR industrial: Toxicidad del agua de entrada Ensayos de toxicidad sobre microorganismos > 20 µm (microscopía): Mortalidad de los microorganismos > 20 µm Agua Residual Dosis (AR : L-Mi) 1:10 3:10 5:10 ARi 54 % 63 % 100 % ARp 66 % 97 % La mortalidad que ocasiona el ARp > ARi Se alcanza una toxicidad aguda (> 50%) en todos los ensayos: la concentración de ARp debería ser < 1:10 El Agua Residual Problema puede acabar inhibiendo al Fango Inóculo a medio-largo plazo

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos EDAR industrial: Toxicidad del agua de entrada Soluciones: Mejorar el Tratamiento Físico-químico Ajustar el pH del agua de entrada al Reactor biológico (se producen grandes oscilaciones de pH) Inocular con el L-Mp cuando se haya mejorado el Tratamiento Físico-químico Aclimatar el nuevo fango activo con dosis crecientes del ARp

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Cambios en homogenizador Sistema de homogenización antiguo Sistema de homogenización nuevo Espumas blancas en el homogenizador Decantación deficiente del fango Escape de sólidos con el efluente Descenso de los rendimientos de depuración Decantación correcta del fango Efluente claro Rendimientos de depuración dentro de límite

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Cambios en homogenizador Toxicidad global de efecto rápido Cierto efecto inhibitorio inmediato del agua de salida del homogenizador Se sospecha un efecto inhibitorio a largo plazo Toxicidad global a tiempo > 24 h entrada homogenizador salida Efecto inhibitorio total del agua de salida del homogenizador a tiempo de contacto > 24 h

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Cambios en homogenizador Soluciones: Dosificar antiespumante en el homogenizador Baipás del homogenizador hasta reactivar el fango activo Reactivar el fango incrementando la concentración de oxígeno disuelto Aclimatar el fango activo una vez reactivado con dosis crecientes del agua de salida del homogenizador Al cabo de un mes:

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Bulking y espumas Factor de Actividad (FA): SOUR (carga) = 14 mg/gSS.h SOUR endógeno = 4 mg/gSS.h FA = 14 / 4 = 3,5 Grasas y/o aceites F/M demasiado baja FA por debajo de la media (FA normal = 3,2 a 8) El fango se encuentra bajo los efectos de F/M baja

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Bulking y espumas Causas de la baja F/M: Biodegradabilidad del AR = 85% (Rango 80-95%): Normal Relación DQOb / MLSS =0,015 (Rango 0,08-0,16): Muy baja Soluciones: Disminuir MLSS → Se inhibe la nitrificación Separar aguas blancas de aguas negras…

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Inhibición de la nitrificación El amonio NO experimenta cambios en contacto con el fango Edad del fango alta Nitrificación

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Inhibición de la nitrificación Causas: Biodegradabilidad del AR: DQOrb = 30% (Rango 10-30%): Normal F/M: F/M del proceso (Kg DQOrb/Kg MLSS·d)=0,07 F/M máxima (Kg DQOrb/Kg MLSS·d)=0,026 F/M proceso > F/M máxima: Sobrecarga orgánica Temperatura: entre 8 y 10 ºC: Muy baja Soluciones: Incrementar MLSS

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Acumulación de nitritos F/M bajas Nitrificación

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Acumulación de nitritos Tasa respiración específica final proceso Tasa de respiración específica inicio proceso UNFED SOUR = 23 mg/gVSS·h FED SOUR = 29 mg/gVSS.h Bajo rendimiento de degradación de sustrato en general (sin especificar si se trata de carga orgánica o amoniacal) FC = FED SOUR / UNFED SOUR = 29 / 23 = 1,26 FC Diagnóstico FC < 1 Carga inhibitoria o tóxica 1 < FC < 2 Bajo Rendimiento 2 < FC < 5 Carga aceptable FC > 5 Posible sobrecarga

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Acumulación de nitritos Tasa de nitrificación RN = 4,26 mg NH4/L.h RN entre 2 y 6: Actividad nitrificante normal a 1ppm O2

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Acumulación de nitritos Capacidad de nitrificación: Amonio de entrada: 28,9 mg/L Tiempo necesario para eliminar el amonio: TN = 28,9 / 3,55 = 8 horas Tiempo disponible para la nitrificación: TRH = 12,7 h Suponemos que la zona anóxica ocupa el 10% del reactor biológico: TRH zona aeróbica = 11,43 h La nitrificación efectiva empieza cuando se ha degradado aprox. 80% de la DBO. Estimamos el tiempo de eliminación del 90% de la DBO: FED SOUR – SOUR END = 26 mg DBO/L.h TDBO (90%) = 0,9 * 117 / 26 = 4,05 h Tiempo disponible para la Nitrificación = 11,43 – 4,05 = 7,38 h Con una edad de fango adecuada, pH y temperatura, con 7,38 horas podría eliminar aproximadamente el 90% de la carga de amonio Pero el tiempo de nitrificación es excesivamente justo y ante cualquier alteración la eliminación de amonio puede verse afectada por una nitrificación parcial y acumularse nitritos en el efluente

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Acumulación de nitritos Soluciones: Controlar el pH a valores entre 7,5 y 8. OD medio > 2 ppm a mitad del proceso y de los 2,5 ppm al final del proceso. Consecuencias: Desnitrificación incontrolada Proliferación de actinomicetos nocardioformes Subir la edad del fango a al menos 14 días. Proliferación de Microthrix parvicella Proveer al sistema de un tanque de bioaumentación para incrementar la capacidad de nitrificación.

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Descompensación de nutrientes DBOst= 383 mg/l Nitrificación Bulking filamentoso (Tipo 021N) Bulking viscoso (Zooglea y PAO/GAO) A partir de la DBOst se obtiene la relación de nutrientes: C:N:P=41:5:1→Descompensada

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Descompensación de nutrientes Soluciones: Averiguar la causa de la descompensación de nutrientes: Si es intrínseca del AR: compensar a relación C:N:P=100:5:1 Si es un vertido puntual: incrementar OD para nitrificar el exceso de nitrógeno y reactivar el fango

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Bajos rendimientos de depuración Bioindicación Licor mezcla entrada Licor mezcla salida PROTOZOOS CILIADOS, ind./ml Colpoda sp 20 120 Cyclidium glaucoma 40 QUISTES DE CILIADOS CILIADOS TOTALES 160 DIVERSIDAD DE CILIADOS 0,00 0,81 PROTOZOOS FLAGELADOS, ind./ml Flagelados < 20 µm 24005 37723 Flagelados > 20 µm PROTOZOOS AMEBOIDEOS, ind./ml Gimnamebas < 20 µm 6859 10288 Gimnamebas > 50 µm METAZOOS, ind./ml Rotíferos MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS, m/ml Thiothrix II 21,6 16,8 Bacterias dispersas Muchas Bastantes CARACTERÍSTICAS DEL FLÓCULO Estructura dispersa F/M excesiva Estructuración del fango deficiente

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Bajos rendimientos de depuración Aplicación Parámetro Resultado Conclusión Actividad del fango UNFED SOUR mg/gVSS/L 1 Rango: 1-10 Muy por debajo de la media: Baja actividad DQO rápidamente biodegradable DQOrb mg/L 39 % Rango: 10–35 % Por encima de lo normal Tiempo de degradación de la DQOrb TS h 127,4 Alto, si se compara con la capacidad de nitrificación. Tasa de Nitrificación a pH actual (pH 5) RN mg N-NH4/L.h A pH 5 NO HAY NITRIFICACIÓN. Por lo tanto la capacidad de nitrificación del fango es nula. Tasa de Nitrificación a pH corregido (pH 7) 1,24 Rango: 2–6 A pH 7 existe una tasa de Nitrificación BAJA Capacidad de Nitrificación a pH corregido (pH 7) CN mg N-NH4/L 69 Rango: > 100 A pH 7 existe una capacidad de Nitrificación limitada y crítica para su carga habitual.

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Ejemplos Bajos rendimientos de depuración Causas: pH desequilibrado F/M desproporcionada Soluciones: Ajustar el pH a valores entre 7,5 y 8 Corregir la F/M incrementando los MLSS Mantener una concentración de OD como mínimo a 2 ppm

MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN Hydrolab Microbiologica Blanco 38 – 08028 Tel. 93 411 09 40 www.hydrolab.es