filamentoso en una EDAR mediante un selector

ARTICULOS
Resumen
Se describe la experiencia realizada en
una EDAR de fangos activados para la
eliminación del “foaming” producido
en dos temporadas diferentes y ocasionado principalmente por Nocardia sp. y
Microthrix parvicela. Se instala un selector previo al reactor biológico, mediante la conversión del desarenador
presente en la EDAR, en un selector
óxico y se realiza un control analítico
en el selector observando el porcentaje
de reducción de DQO que tiene lugar en
él. Se realizan respirometrías que aportan más datos a la experiencia y se observa como radicalmente el DSVI en el
fango biológico disminuye y como la
desaparición total de espumas en reactores y decantadores, tiene lugar al cabo
de 35-40 días de haber puesto en servicio el selector.
Esta experiencia ha sido realizada por
Infilco, en una de las plantas de tratamiento de aguas residuales que actualmente está explotando.
TECNICOS
Eliminación del “foaming”
filamentoso en una EDAR
mediante un selector aerobio
Por: María Dolores López Carrasco, Joserra Jordá Llona, Pedro Polo Cañas
Infilco Española, S.A.
Avenida de Burgos 29
28036 Madrid
Tel.: 917 663 400
E-mail: [email protected]
Web: www.infilco.es
Palabras clave:
Espumas, selector, microorganismos
filamentosos, índice volumétrico de
fangos diluido, carga másica.
251 / AGOSTO / 2004
Abstract
30
Elimination of filamentous foaming
by means of an aerobic selector in a
waste water treatment plant
Description of the experience realized
in an activated sludge WWTP for the
elimination of foaming produced in
two different seasons and caused
mainly by Nocardia sp. and Microthrix
parvicela. Previously to the biological
reactor, a selector is installed by means
of converting the WWTP grit chamber
into an oxic selector and analytical control in the selector is done observing the
percentage of COD reduction which
occurs in it. Respirometries are realized
which provide more data to the experience and it is observed how radically
DSVI decreases in activated sludge and
the total disappearance of foaming in
reactors and settling tanks after 35-40
days of selector operation.
This experience has been realized by
Infilco, in a wastewater treatment plant
which is being operated at present.
Keywords:
Foaming, selector, filamentous microorganisms, diluted sludge volume index DSVI, food ratio.
TECNOLOGIA DEL AGUA
1. Introducción
a aparición de espumas filamentosas en esta EDAR tuvo
su inicio de forma intermitente y con diferente grado de importancia desde el año 2001. La causa principal es el hecho de que el agua influente presenta las características
de un agua muy poco cargada en diferentes épocas del año. Esto, junto a
la entrada de vertidos de grasa y el
trabajar a edades de fango altas, para
garantizar la estabilización del fango, crea las condiciones idóneas para
la aparición de este tipo de microorganismos (Nocardia sp. y M.parvicela) causantes de una gran cantidad
de espumas en la superficie de las
unidades de tratamiento (Jenkins, et
al., 1993).
En un principio se intentó controlar mediante la utilización de hipoclorito sódico instalando un sistema
de aspersión en la salida del reactor
biológico, consiguiendo resultados
en los niveles de espumas, pero en
ningún caso la eliminación del problema, pues la realimentación es
continua y el sistema no acaba con
L
ninguna de las condiciones que favorecen la aparición de las citadas
poblaciones de organismos filamentosos.
En vista de que, entre los objetivos de un selector está la de elevar la
carga másica y esto haría cambiar
las condiciones habituales en la
planta, se planteó la posibilidad de
convertir el desarenador en un selector aerobio y estudiar su comportamiento e influencia sobre las poblaciones de bacterias filamentosas
causantes del “foaming” en la
EDAR.
Ya es sabido que la utilización de
selectores previos al reactor biológico es una de las formas de controlar y eliminar los efectos producidos
por algunas de las especies de bacterias filamentosas que aparecen habitualmente en las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Un selector del tipo que nos ocupa, básicamente es un reactor donde
se crean las condiciones necesarias
para promover un mayor crecimiento de los microorganismos formadores de flóculo, frente a los micro-
organismos formadores de filamentos. Este tipo de reactor se caracteriza por su alta carga másica y su corto período de retención hidráulico.
La principal finalidad del selector es el de mantener un equilibrio
entre las poblaciones de bacterias
formadoras de flóculo y filamentosas del sistema.
Existen dos tipos de comportamiento de los microorganismos
(Wanner, J., 1994):
K-Strategy: son aquellos microorganismos que presentan constantes de semisaturación (Ks) bajas.
R-Strategy: son aquellos microorganismos que presentan constantes altas de semisaturación.
Se basa en combatir el problema
estableciendo una competencia entre poblaciones de microorganismos que presentan estos dos tipos
de comportamiento. Esta competencia se fundamenta en mecanismos
de selección cinética y/o metabólica
y pretende dar ventaja a los formadores de floculo y que sean estos los
que tengan acceso al sustrato, de esta manera se reproducirán en mayor
proporción que los filamentosos.
En los mecanismos de selección
cinética, las condiciones de desarrollo en el selector son controladas para favorecer un tipo específico de
microorganismo, mientras que la
selección metabólica esta basado en
la habilidad de los microorganismos
para utilizar el carbono y las fuentes
de energía bajo diferentes condiciones de cultivo.
Las bacterias no filamentosos
tienen una alta velocidad máxima
de crecimiento (_m), pero baja afinidad por el sustrato (KS). Sin embargo las bacterias formadoras de
filamentos tienen una menor velocidad máxima de crecimiento pero
mayor afinidad por el sustrato (Figura 1). Así pues en el reactor de la
EDAR, La baja concentración de
sustrato que se encuentra en el licor
mezcla, favorece el crecimiento de
los organismos filamentosos.
Los selectores pueden trabajar en
condiciones óxicas, anóxicas o anaerobias dependiendo de los tipos fi-
TECNICOS
Figura 1. Variación de la velocidad de crecimiento
frente a la concentración del sustrato en el medio.
lamentosos predominantes (Wanner, J. 1994). Estos diferentes tipos
de selector presentan diferentes
condiciones de diseño pudiéndose
comparar de la siguiente forma
(Water Environment Federation,
1994).
Según las características del selector se distinguen en:
Selector aerobio. Proceso sencillo, requiere recirculación externa, y un sistema de aporte de aeración que proporcione el oxígeno necesario.
Selector anaerobio. Sólo requiere
recirculación externa. Es el más
simple de operar. Puede no ser
compatible con SRT altas. Requiere cuidados en el diseño para
minimizar la introducción de nitratos y oxígeno en el sistema. La
incorporación de materia orgánica por las PAO favorece el crecimiento de los formadores de flóculo. La selección metabólica de
los microorganismos, alternando
condiciones anaerobias-aerobias
esta relacionado con la eliminación de fósforo. Las bacterias fermentativas y las PAO contribuyen a una mejor floculación en
los fangos activos.
Selector anóxico. Requiere una
recirculación con nitratos, por lo
que no es factible en procesos
que no tengan nitrificación. Tiende a equilibrar la alcalinidad consumida en la nitrificación, requiere cuidados en el diseño y
operación para minimizar la introducción de oxígeno en la zona
anóxica.
2. Descripción
de la experiencia
La planta donde se desarrolla la
experiencia está diseñada para la
eliminación de materia carbonosa,
nitrógeno y estabilización del fango. La EDAR no dispone de ningún
tipo de selector de los descritos anteriormente, por lo que se planteó la
posibilidad de utilizar los canales
desarenadores, recirculando fango
procedente del reactor biológico,
esta configuración nos permitirá estudiar el comportamiento e influencia sobre las poblaciones de bacterias filamentosas causantes del “foaming” en la EDAR (principalmente Nocardia sp. y M.parvicella).
Según la bibliografía las cargas
másicas recomendadas son entre 9 y
11 kg de DQO/MLVSS d y los tiempos de retención hidráulico variaron
entre 15-30 minutos (Neil K. Mackey, 1998).
3. Materiales y métodos
La experiencia se implementó
una primera vez en abril del 2003 y
una segunda en mayo del 2004.
En ambas se realizaron observaciones microbiológicas del fango y
las espumas presentes a lo largo del
período de funcionamiento del selector, para así conocer exactamente
que tipo de bacterias son las que estaban originando el problema y su
evolución (Salvado, H., 1990 ).
Posteriormente se llevó a cabo un
control analítico en los puntos de
entrada y salida del selector tomando muestras puntuales a la misma
hora y teniendo en cuenta el tiempo
de retención hidráulico del selector.
Se analizaron los siguientes parámetros según el “Standard Methods” (For the Examination of Water and Wastewater. 17 Ed.): demanda química de oxígeno total
(DQOt), demanda química de oxígeno filtrada (DQOf), demanda química de oxígeno soluble (DQOsoluble), oxígeno disuelto, temperatura
y sólidos suspendidos totales y volátiles en el selector.
Para analizar la DQOt de entrada
y salida del selector se dejó decantar
TECNOLOGIA DEL AGUA
251 / AGOSTO / 2004
ARTICULOS
31
ARTICULOS
previamente la muestra, la DQOf se
analizó a partir de la muestra filtrada previamente con un filtro de 0,45
micras, para determinar la DQO soluble se sometió a la muestra a una
coagulación con sulfato de zinc
(Melcer, H. et al. 2003).
El índice volumétrico de fangos
diluido (DSVI) fue el parámetro a
controlar en el fango biológico. Los
detalles del método del DSVI se encuentran en Ekama, G.A., et al.,
1997.
Por último también se realizaron
respirometrías (Oxigen Uptake Rate) de las muestras de entrada y salida del selector mediante un equipo
de medición de consumo de oxígeno en continuo (Melcer, H. Dold,
P.L., Jones, R.M., Bye, C.M., Takacs, I., Stensel, H.D., Wilson,
A.W., Sun, P., Bury, S. 2003, Klaus
Dircks et al., 2003).
TECNICOS
Figura 2. Evolución del DSVI durante el funcionamiento del selector.
Los microorganismos
causantes del
“Foaming” eran
Nocardia sp. y
251 / AGOSTO / 2004
4. Resultados
32
4.1. Caso 1
Tras analizar microscópicamente
la muestra se pudo constatar que el
organismo más abundante causante
del “foaming” en el licor mezcla es
Nocardia sp.
Se puso en servicio como selector el desarenador con la recirculación de fangos adecuada para conseguir las condiciones de funcionamiento descritas anteriormente,
obteniéndose los siguientes resultados.
Analizando el agua de entrada y
salida del selector y trabajando a
distintas cargas másicas en el selector se pudo observar que:
La reducción de la DQO filtrada
varía entre el 4 y el 20%.
Hay que tener en cuenta las reacciones de hidrólisis que se están
produciendo simultáneamente en el
selector, por lo que el resultado final
de DQOf puede enmascarar la reducción de DQO fácilmente biodegradable esperada:
Disminución considerable del
DSVI a valores menores de 100
(Figura 2). Recordemos que se
considera que un fango comienza
TECNOLOGIA DEL AGUA
M. Parvicella
a tener problemas de sedimentabilidad cuando supera un DSVI
de 150 (Lee et al., 1983).
Desaparición total de espumas al
cabo de los 40 días del inicio de la
experiencia (Figura 3 y 4).
4.2. Caso 2
Tras analizar al microscopio la
muestra se pudo determinar que los
microorganismos predominantes
causantes del “foaming” eran Nocardia sp. y M. Parvicella en proporciones similares.
El inicio de la experiencia tuvo
lugar en el mes de mayo 2004, utilizando de nuevo el selector según las
características descritas anteriormente.
Disminución del DSVI a valores
< 100.
La reducción de la DQO filtrada
varió entre 15 y un 36 %.
Disminución de los microorganismos filamentosos presentes
en el sistema.
Según los resultados obtenidos,
como se puede observar en la Tabla 1, el porcentaje de reducción de
m/ml de microorganismos filamentosos al cabo de los 36 días de haber iniciado la experiencia era de
77%. La bibliografía indica que el
nivel crítico a partir del cual podemos considerar que nos encontramos ante un proceso de “bulking” o
“foaming” es de 200 metros de filamentos por mililitro (Salvado, H.,
Figuras 3 y 4. Aspecto del decantador secundario al inicio y al final de la prueba.
TECNICOS
Tabla 1
Mayo 2004
Licor
mezcla
Espumas
Junio 2004
Licor
mezcla
metros/ml
Espumas
Reducción
Licor
mezcla
Espumas
metros/ml
TOTAL Microorg.
Filamentosos
300
10305
67.2
-
77.6%
100%
Act. nocardiformes
81
8010
15.6
-
80%
100%
M.parvicella
114
1665
6.0
-
94.7%
100%
N.limicola III
6.0
0
0
-
100%
100%
Tipo 0041
24.0
157.5
14.4
-
40%
100%
Tipo 1851
75.0
472.5
30
-
60%
100%
Tabla 1. Niveles de los distintos microorganismos filamentosos al comienzo y al final de la experiencia del caso 2 y sus porcentajes de reducción.
1990). La reducción del 77% en
metros de filamentos totales por
ml, desde la puesta en marcha del
selector hasta su parada, ha conseguido dejar esta cifra en 67 m/ml
en el licor mezcla y la eliminación
total de las espumas, por ello en la
Tabla 1 no aparece analítica de las
mismas.
La disminución de M.parvicella
es de un 94% y de Actinomicetos
nocardiformes es de un 80%, llegando a desaparecer algunas especies que aparecían de forma incipiente al principio de la experiencia
como es el caso de Nostocoida limicola III.
Como resultado de las respirometrías realizadas podemos ver en
la Figura 5 que el porcentaje de re-
ducción de la DQO fácilmente biodegradable es de un 45%.
El agua filtrada de entrada y salida del selector en estudio se sometió a ensayos de respirometría,
determinando el consumo de oxígeno (OUR mg/l·h) frente al tiempo. Estos ensayos se realizan mediante un equipo diseñado especialmente para ello y conectado a
un ordenador que almacena toda la
información.
De las curvas presentadas en la
Figura 5 nos interesa analizar especialmente la primera parte de las dos
curvas, es decir, hasta el punto que
marca el segundo 1.200, que corresponde al oxígeno consumido para la
oxidación de la DQO fácilmente
biodegradable.
Figura 5. Curvas resultantes de los ensayos de OUR del agua de entrada y salida del selector aerobio.
Podemos apreciar que el área que
delimita la curva correspondiente al
agua de entrada al selector es mayor
que la delimitada por la respirometría del agua de salida. Esta área corresponde a los mg/l de oxígeno
consumidos por el fango activo para
oxidar la muestra, así pues la diferencia del área que delimitan las dos
curvas resultará ser la DQO consumida en el selector. Si nos centramos en la primera parte de las dos
curvas, hasta el punto de inflexión
sobre el segundo 1.200, veremos
que esta diferencia se encuentra entorno al 45%.
En las condiciones de funcionamiento del selector de alta carga másica, esta DQO rápidamente biodegradable consumida, como ya se explicó anteriormente, favorece el
crecimiento de las bacterias formadoras de flóculo frente a las filamentosas, haciendo que la composición de poblaciones en el fango activo vaya cambiando.
5. Conclusiones
Tanto en el caso 1 como en el caso 2, al cabo de los 35-40 días de
funcionamiento del selector las espumas causadas por los microorganismos filamentosos desaparecen
totalmente del sistema.
La asimilación de la DQO en el
selector en condiciones de muy alta
carga másica, como ya contempla la
bibliografía, favorece a las poblaciones de bacterias formadoras de
flóculo, que se van imponiendo en
la comunidad bacteriana, como evidencia el seguimiento de las observaciones en el microscopio.
Se consiguió una reducción elevada de los organismos filamentosos, causantes de los problemas de
espumas y sedimentabilidad del
fango, concretamente una reducción del 94,7% de M.parvicela, 80%
de Actinomicetos nocardiformes.
En ambas experiencias se consigue mejorar la característica de sedimentabilidad del fango, evidenciada en una disminución considerable del DSVI, a valores inferiores
a 100.
TECNOLOGIA DEL AGUA
251 / AGOSTO / 2004
ARTICULOS
33
ARTICULOS
La utilización del selector como
forma de control de este tipo de microorganismos resulta más ventajoso económicamente, frente a la dosificación de hipoclorito. Así mismo, ofrece ventajas de seguridad,
tanto para la biomasa activa como
para el personal encargado de manipular el producto.
El sistema de control mediante
selector puede convertirse en una
herramienta muy eficaz de control
preventivo frente a la aparición de
un “foaming” o un “bulking” filamentoso causado por el desarrollo
masivo de microorganismos filamentosos del tipo M.parvicela y Actinomicetos nocardiformes.
Una vez más, se pone de manifiesto la utilidad del selector como
de elemento de control en las
EDARs, y debería estar presente en
todo nuevo proyecto de construcción de plantas de fangos activos.
6. Bibliografía
[1] APHA-AWWA-WPCF. Métodos Normalizados para el análisis
SECTORES
■ Agua
■ Construcción
■ Distribución/Alimentación
■ Electrónica
■ Envase y Embalaje
251 / AGOSTO / 2004
■ Hospitalario
■ Hostelería/Catering
■ Industrial
■ Madera
■ Metal
■ Piedra Natural
■ Seguros
■ Soldadura
■ Veterinaria
34
TECNOLOGIA DEL AGUA
[2]
[3]
[4]
[5]
TECNICOS
de aguas potables y residuales.
(1992) Ed. Díaz de Santos.
Ekama, G.A. Barnard, J.L., Günthert, F.W., Krebs, P., McCorquodale, J.A., Parker, D.S. and Wahlberg, E.J. (1997) Secondary Settling Tanks: Theory, Modeling,
Design and Operation. IAWQ
Scientific and Technical Report,
nº 6, (3), 41- 65.
Jenkins D., Richard M.G. &
Daigger G.T. (1993). Manual on
the causes and control of activated sludge bulking and foaming.
2ªEd. ISBN-B-87371-873-9.
Klans Discks, Meter F.Pind,
Haus Mosbaek an Mogens Hense.
Yield determination by respiremetry. The possible influence of
storage under aerobic conditions
in activated sludge. ISSN 03784738. Water SA Vol.25 Nº 1 January 1999.
Lee, S.E., Koopman, B.L., Bode,
H and Jenkins,D., (1983) Evaluation of alternative sludge settleability indices. Wat. Res. 17 (10)
1427-1431.
[6] Melcer, H. Dold, P.L., Jones,
R.M., Bye, C.M., Takacs, I.,
Stensel, H.D., Wilson,A.W., Sun,
P., Bury, S. (2003). Methods for
wastewater characterization in
activated sludge modeling. Copublished by Water Environment
Federation and IWA.
[7] Neil K. Mackey. (1998). Controlling filaments in a high-Strength
industrial wastewater treatement
using the selector process. Faculty of the Cchool of Civil Engineering of Purdue University.
[8] Salvado, H. (1990). Método rápido para el control del bulking:
técnica simple y rápida de contaje
de microorganismos filamentosos. Tecnología del agua Vol. 67:
60-3.
[9] Wanner, J. (1994). Activated
Sludge Bulking and Foaming
Control. Technomic Publishing
co.ins. Lancaster, Basel.
[10] Water Environtment Federation
(1992). Design of Municipal
Wastewater Treatement Plants.
Volume I: Chapters 1-12.
Visite nuestra web
www.rbi.es
Reed Business Information S.A. , una de las editoriales españolas de
mayor prestigio y que ofrece publicaciones y servicios dirigidos a
diferentes sectores profesionales