Influencia de las condiciones de operación de una

Influencia de las condiciones de operación de una

ARTICULOS
Resumen
Se analiza la operación de la EDAR del
municipio de Sada (A Coruña), apta para 20.000 habitantes equivalentes, que
incluye un pequeño aporte de industria
agroalimentaria. En las 3 semanas estudiadas se observaron en la EDAR problemas ocasionales en el decantador,
causados básicamente por la entrada de
agua de mar en el alcantarillado, lo que
deteriora al fango biológico al desarrollarse organismos filamentosos causantes de la flotación de la biomasa. Estas deficiencias pueden reducirse aumentando la aireación en los tanques, o
bien actuando en el alcantarillado para
separar las aguas residuales de las pluviales. Sin embargo, la planta consigue
depuraciones de materia orgánica, sólidos en suspensión y nitrógeno total por
encima del 88%, 87% y 71%, respectivamente.
Influencia de las condiciones
de operación de una EDAR
municipal en las características
de sedimentabilidad de la biomasa.
1. Descripción y análisis de la operación de la EDAR
Por: Luis M. Morón (*), Henry Laíño (*), Francisco Omil (**)
(*)
Palabras clave:
EDAR, aguas residuales, fangos activos, bulking, conductividad, organismos filamentosos.
TECNICOS
(**)
Aquagest. Gerencia Zona Centro
Departamento de Producción
Avda. de Rodrigo de Padrón, 2
15705 Santiago de Compostela (A Coruña)
Universidad de Santiago de Compostela
Facultad de Ciencias. Departamento de Ingeniería Química
Campus de Lugo
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Tel.: 981 563 100 - Fax: 981 528 050
E-mail: [email protected]
269 / FEBRERO / 2006
Abstract
Influence of the operating conditions in a
municipal waste water treatment plant on
biomass sedimentability characteristics. 1.
Description and analysis of the operation
of the waste water treatment plant
The operation of a Sewage Treatment Plant
(STP) designed for 20,000 pe and located in
the town of Sada (A Coruña) is studied. During the study, occasional problems of solids
separation in the settling unit were detected.
The results show that these disturbances were mainly due to the entrance of sea water in
the sewer system, which decreases the quality of the biomass generated and promotes
the selective development of filamentous
microorganisms, which cause biomass flotation problems. These problems can be minimised by a better control of operation conditions, such as the increase of the oxygen
level in the aeration tanks, or by the minimisation of the sea water entrance by implementing a separate sewer collection system
for sewage and rainfall runoff. However, in
spite of these problems, this STP operates at
organic matter, suspended solids and nitrogen removal efficiencies higher than 88%,
87% and 71%, respectively.
Keywords:
STP, active sludges, bulking, conductivity,
filamentous organisms.
30
TECNOLOGIA DEL AGUA
1. Introducción
l proceso de fangos activos
sigue siendo en la actualidad
más usado para la depuración
de las aguas residuales urbanas. De
entre los numerosos desarrollos y
avances que se han realizado a lo largo de los años existe todavía un campo de investigación importante como es el relativo a los factores que
afectan a la separación de biomasa
en las unidades de sedimentación.
Esta separación sólido/líquido es
crucial para completar el proceso de
depuración, y en numerosas ocasiones se ha detectado que es la causa
principal de fallos en la obtención de
un efluente final de calidad.
E
2. La calidad del fango
Con el fin de conseguir un funcionamiento óptimo del proceso de
fangos activos, y por tanto, una buena gestión de la planta depuradora,
es necesario realizar un control microscópico de los fangos, que se ba-
sa en la identificación y estructuración de la comunidad microbiana y,
sobre todo, en la caracterización
morfológica de los flóculos del fango activo. De estas características
dependerán una serie de factores relacionados tanto con la actividad
biológica que se desarrolle en el
fango como con las propiedades de
sedimentación y compactación presente durante la fase de clarificación.
Se ha observado que el proceso
biológico de depuración está constituido por comunidades muy variadas de microorganismos que compiten continuamente entre sí por el
sustrato disponible y forman el denominado fango activo. Estas comunidades están constituidas mayoritariamente por bacterias (dispersas, formadoras de flóculos y filamentosas), pero también por especies de protozoos ciliados, amebas,
hongos, nematodos, rotíferos y partículas orgánicas e inorgánicas [1].
En todos los fangos activos existen microorganismos filamentosos
como parte importante de la comunidad bacteriana. Su ausencia puede
dar lugar a flóculos pequeños y sin
cohesión, que en el medio turbulento de las cubas de aireación se rompen, dando lugar a un efluente final
turbio en el sedimentador secundario. Su presencia contribuye a dotar
al fango de una mayor calidad en
cuanto a sus características de decantación, siempre que su número
esté dentro de unos límites. Se supone que estos organismos filamentosos forman una red o espina dorsal
dentro del flóculo, que sustenta a los
demás microorganismos, formándose así flóculos de mayor tamaño
[1].
Para caracterizar de forma adecuada una muestra de un fango activo es importante realizar un estudio
morfológico de los flóculos que lo
componen atendiendo a su forma,
tamaño, estructura, consistencia,
existencia de crecimiento disperso y
diversidad bacteriana. Además, es
necesario completar este estudio
mediante la identificación de las
bacterias filamentosas que estructuran el flóculo observando, bajo contraste de fases, los caracteres morfológicos y estructurales relativos a su
forma, tamaño, formación o no de
colonias, presencia de ramificaciones, etc. A partir de tinciones específicas (Gram, Neisser, prueba de
oxidación del azufre, PHB, etc.) se
ponen de manifiesto determinadas
características metabólicas y estructurales.
Existen varios tipos de problemas de separación de sólidos según
sea el estado de agregación de microorganismos y la proliferación de
organismos filamentosos. Estos
problemas pueden ser: ‘crecimiento
disperso’, ‘pin point floc’, ‘manto
ascendente’, ‘formación de espumas y natas’, siendo el más habitual
en plantas de tratamiento el fenómeno conocido como bulking.
La causa de que un fango activo
presente bulking se debe a la excesiva proliferación de organismos fila-
TECNICOS
mentosos, que se disponen extendiéndose fuera de los flóculos, interfiriendo en la compactación y sedimentación del fango activado.
Como consecuencia de este problema el índice volumétrico del fango
(IVF) es alto y la concentración de
fangos recirculados y en exceso es
baja. En casos muy severos se producen pérdidas de fango con el
efluente [2].
Para caracterizar
un fango activo es
necesario un estudio
morfológico de los
flóculos que
lo componen
e identificar sus
bacterias
filamentosas
Dependiendo de cómo se desarrolle el crecimiento de los organismos filamentosos, se producen dos
fallos importantes en la estructura
del flóculo. Se habla de estructura
flocular abierta o estructura en red.
La estructura flocular abierta se presenta cuando los filamentos crecen
mayoritariamente en el interior del
flóculo, disgregando su estructura y
dejando muchos huecos internos.
Esta estructura se traducirá en valores del IVF mayores de 150-200
ml/g. La estructura flocular en red
se presenta cuando los filamentos
crecen y se extienden desde la superficie del flóculo hacia el exterior,
actuando a modo de barreras mecánicas, que mantienen a los flóculos
separados impidiendo la correcta
agregación flocular. Este fango
también presenta IVF altos, por encima de 150-200 ml/g. El tipo de interferencia en la compactación y se-
dimentación del flóculo depende
del microorganismo filamentoso
que la motiva [1].
La experiencia demuestra que
son varios los factores que pueden
afectar al metabolismo de los microorganismos responsables de la
degradación de la materia orgánica
contenida en las aguas residuales.
Puede observarse una clara relación
entre las propiedades de los flóculos
y su capacidad para decantar con los
parámetros operacionales de la
planta (edad del fango, carga másica, razón de recirculación, oxígeno
disuelto, purga de fangos, y concentración de sólidos volátiles en el licor mezcla) y con las propiedades
del influente (conductividad, entrada de sustancias sépticas, pH, temperatura, carga orgánica, etc.). Es
necesario mantener un control sobre
los parámetros operacionales y sobre las propiedades del influente para evitar posibles problemas operacionales como puede ser el desarrollo de un bulking filamentoso [3, 4].
El objetivo de este trabajo es describir la naturaleza de los problemas
de separación de sólidos del fango
activo presentes en una EDAR municipal, que trata aguas residuales
procedentes del núcleo urbano con
una pequeña aportación de la industria agroalimentaria. Previamente,
se analiza la operación de la EDAR
citada (diseñada para 20.000 habitantes equivalentes (eh), se identifican los principales problemas de
operación encontrados y se proponen las acciones precisas para solucionarlos o minimizarlos.
3. Descripción de la EDAR
municipal analizada
La estación depuradora de aguas
residuales estudiada, cuyo esquema
se presenta en la Figura 1, está situada en Sada, un municipio costero
de cercano a la ciudad de A Coruña.
Está dimensionada para un caudal
de 270 m3/h. Los principales datos
de diseño se recogen en la Tabla 1.
Esta planta consta de una etapa de
pretratamiento y tratamiento primario, seguidas de un tratamiento seTECNOLOGIA DEL AGUA
269 / FEBRERO / 2006
ARTICULOS
31
ARTICULOS
TECNICOS
269 / FEBRERO / 2006
Figura 1. Esquema de la EDAR municipal de Sada (A Coruña).
32
cundario mediante un reactor biológico y un sedimentador y, finalmente, una unidad de deshidratación de
fangos. Las características del agua
residual a tratar son las de las correspondientes a aguas domésticas,
con una pequeña aportación de la
industria agroalimentaria.
La carga contaminante está compuesta fundamentalmente por materia orgánica disuelta y sólidos en
suspensión, así como las bacterias
típicamente asociadas a aguas fecales. El pH tanto en el agua de entrada como de salida es neutro, con variaciones que oscilan entre 6,8 y 7,5.
Son de destacar los valores altos de
conductividad presentes en el agua
a tratar, con oscilaciones que van
desde los 1,8 a 5,0 mS/cm, valores
no habituales en aguas residuales
dulces, como consecuencia de la
ubicación de los colectores y de la
propia planta en la franja costera de
la ría de Betanzos.
El agua bruta llega a través de un
colector de 600 mm de diámetro a la
arqueta de recepción de la EDAR,
en donde se ubica un pozo de gruesos de 2,0 x 1,35 m2 en la planta con
una altura trapezoidal de 0,85 m.
Para la retirada de residuos se utiliza
una cuchara bivalva tipo pluma de
capacidad 250 l.
TECNOLOGIA DEL AGUA
La elevación del agua bruta se realiza mediante cinco bombas centrífugas sumergibles de 180 m 3/h a
10,5 m.c.a, que permiten evacuar el
caudal máximo que viene por el colector. La descarga del agua impulsada por cada bomba se realiza en la
arqueta de cabeza del desbaste, donde se sitúa un vertedero de 2 m de
longitud que limita el caudal de entrada a la planta a 270 m3/h.
3.1. Tratamiento primario
Desde la arqueta de rotura de carga, el agua desemboca por gravedad
en dos tamices rotativos. Un solo tamiz es capaz de tratar el caudal máximo de diseño, 270 m3/h, permaneciendo el otro como unidad de reserva. El tamiz rotativo consta de un
tambor filtrante de 632 mm de diámetro y 900 mm de longitud (Tabla
1). El cuerpo del filtro lo forma una
malla de 2,5 mm de tamaño de paso.
El conjunto tambor-filtro está accionado mediante un grupo motorreductor acoplado sobre el eje del
tambor filtrante. Los residuos extraídos por los tamices se vierten sobre
una cinta transversal, común a los
dos, que descarga directamente a un
contenedor.
Una vez eliminados los sólidos
más gruesos, el tratamiento prima-
rio se completa mediante una unidad de desarenado/desengrasado
provista de aireación. Esta unidad
consta de un canal de 10 m de longitud dividido en dos, uno de 1,80 m
de anchura que actúa como desarenador, y uno lateral de 0,70 m de anchura que actúa como desengrasador. Ambos canales se separan entre
si por medio de un tabique de 0,20 m
de espesor, que configura una zona
de reposo en la superficie del canal
desengrasador, donde que se recoge
la grasa desemulsionada.
Sobre la unidad de desarenadodesengrasado, se dispone de un
puente móvil, el cual es soporte del
bombeo de arenas depositadas en el
canal desarenador y del sistema de
rasquetas de superficie que retiran
las grasas de la zona de reposo. La
separación agua/arena se realiza
con un sistema clasificador/lavador.
La Tabla 1 indica los principales
datos de estas unidades.
3.2. Tratamiento
secundario
Posteriormente, el agua se conduce a un reactor biológico de fangos activos, donde se producirá el
tratamiento biológico mediante oxidación prolongada. Cada canal, de
longitud 54 m, semiancho 5,5 m y
ARTICULOS
TECNICOS
Tabla 1
Dimensiones unitarias
54 x5,5 x 4,04
11.000 hab. Equiv.
Sistema agitación
Sumergido acelerador de corriente
4325 m /d
Tipo de difusores
Membrana
Población a servir
Caudal de agua a tratar
3
Caudal medio
180 m /h
Necesidades medias de oxígeno
189 Kg/h
Caudal máximo
720 m /h
Nº de soplantes
1 Soplante - 1 Turbocompresor
DBO5 media del agua bruta
347 mg/l
Sistema de regulación
Continuo por variación de frecuencia
DBO5 máxima del agua bruta
521 mg/l
DBO5 en el efluente
<20 mg/l
3
3
Estabilidad del fango
Sequedad del fango
<24%
Pozo de sólidos gruesos
Volumen del pozo
2,50 m3
Tiempo de retención
Recirculación
Caudal a recircular
0,90 . Qmedio = 162 m3 / h
Capacidad del sistema de recirculación
Qmedio = 270 m3 / h
Concentración en balsas de activación
3,85 kg /m3
Sistema de elevación
Bombas sumergibles
Nº de unidades
3 (1de reserva)
33 s
Sistema de extración de residuos
Cuchara bivalva
Desbaste de sólidos finos
Número de tamices
2 Unidades
Decantador secundario
Tipo de decantador
Circular
Altura
3m
Superficie unitaria / Diámetro
283 / 19 m2
Tipo de tamiz
Rotativo
Volumen unitario
349 m3
Paso de malla
2,5 mm
Carga superficial a Q medio
0,64 m3 / m2 / h
Diámetro del tambor
632 mm
Tiempo de retención a Qmedio
4,72 h
Longitud del tambor
900 mm
Sistema extracción de flotantes
Barredor superficial automático
Descarga de sólidos
Cinta transportadora
Destino
Arqueta de lodos en exceso
Sistema de limpieza
Automática
Desarenador-Desengrasador
Tipo de desarenador
Longitudinal aireado
Superficie zona desarenado
18 m2
Superficie zona desengrasado
7m
Volumen de agua
2
37,5 m3
Carga superficial a Qmax
15 m3/m2/h
Sistema de aireación
Soplantes-Difusores
Producción de arenas
300 g/m
Espesador de fangos por flotación
Concentración de entrada
7 kg / m3
Caudal de alimentación
143 m3 / d
Diámetro / Altura
5 / 2,60 m
Superficie de flotación
19,6 m2
Volumen de flotación
51 m3
Concentración esperada de salida
30 kg / m3
Tiempo de retención
4,2 h
Acondicionamiento de fangos
3
Sistema de extracción final
Clasificador lavador
Reactivo
Polielectrolito 0,5%
Extacción de grasas
Rasquetas en puente
Nº de cubas de dilución
1 Ud de 1000 l
Extracción y destino final
Separador estático-Contenedor
Reactor Biológico
Numero de balsas
2 Unidades
Deshidratación de fangos
Tipo de máquina
Filtro banda a presión
Nº de unidades
2 Ud (1 de reserva)
Volumen adoptado
2783 m / Unidad
Ancho de banda
1m
Sistema de tratamiento
Canal de oxidación
Caudal de fangos a secar por día útil
5,83 m3 / h
Carga DBO5 al tratamiento
1.500 Kg/d
Volumen de fangos secos
5,83 m3 / d
Concentración prevista de SSLM
3,85 Kg/m3
Sequedad de la torta
> 24 %
Carga másica proyectada
0,07 Kg DBO5/(Kg SSLM.d)
Extración de fango seco
Tiempo de retención a Qmedio
30,9 h
Por cinta transportadora
a vertedero
3
269 / FEBRERO / 2006
Datos de diseño
33
Tabla 1. Datos de diseño de la EDAR municipal de Sada (A Coruña).
TECNOLOGIA DEL AGUA
269 / FEBRERO / 2006
ARTICULOS
34
4,04 m de altura útil tiene un volumen 2.783 m 3 y se ha establecido
una carga másica de diseño 0,07 kg
DBO5/kg SSLM/d. El oxígeno necesario para la nitrificación, respiración endógena y oxidación de la
DBO5 se proporciona mediante un
grupo motosoplante y un turbocompresor. Para la distribución y difusión de aire en las balsas se utilizan
difusores elásticos de membrana.
Las corrientes de salida de los canales de oxidación se juntan en una
arqueta común, de dónde parte una
tubería de fundición que va a parar
al sedimentador, quedando así completo el tratamiento secundario. El
sedimentador es una unidad circular
de 19 m de diámetro, con un calado
en el borde de 3 m, lo que proporciona un volumen total unitario de 849
m3 y un tiempo de retención a caudal máximo de 3,14 h.
Los fangos depositados en el fondo del sedimentador se conducen
mediante unas rasquetas hacia un
pozo central de concentración, del
que se extraen hacia la arqueta de
bombeo de fangos en recirculación
y en exceso. Además, la unidad de
sedimentación secundaria lleva incorporada un sistema de eliminación de flotantes compuesto por varios barredores superficiales que
arrastran estas materias hacia una
caja de espumas.
Posteriormente, la mezcla agua
y flotantes se conduce a la arqueta
de bombeo de fangos en exceso.
Los fangos producidos pueden ser
reciclados en parte a las cubas de
aireación (lodos recirculados),
manteniendo así la concentración
deseada de lodos activados en la
cuba, o extraídos de la línea de
agua (lodos en exceso) y enviados
a la línea de fangos para su estabilización. El caudal de recirculación
de lodos de retorno es función del
caudal medio diario, de la concentración de SSLM a mantener en las
cubas y del IVF. El efluente del decantador secundario, que compone
el vertido final de agua depurada,
se conduce a una arqueta de bombeo, desde la cual parte un emisario
TECNOLOGIA DEL AGUA
TECNICOS
de 1,555 m de longitud y 300 mm
de diámetro.
3.3. Línea de fangos
Los fangos extraídos en exceso
se bombean hacia una unidad de espesamiento por flotación, donde se
concentran en superficie mediante
la ayuda del flujo ascendente de
burbujas inyectadas.
Los fangos espesados pasan al
bombeo de fangos para posteriormente ser deshidratados en dos filtros banda, en los que se pretende
obtener una sequedad para el fango
del 24%. Para el acondicionamiento
químico de los lodos biológicos se
utiliza un polielectrólito que se suministra en forma de polvo y se diluye en una cuba hasta el 0,5%. Esta
disolución de polielectrólito se in-
Los rendimientos
medios de
eliminación de
materia orgánica,
sólidos en
suspensión
y nitrógeno
son altos, superiores
al 96%, 90% y 74%,
respectivamente
yecta en las tuberías de impulsión
de lodos espesados para facilitar la
deshidratación en el filtro banda. La
descarga del agua de filtrado se envía a cabecera de la línea de agua.
La descarga de la torta de fangos secos se realiza mediante una cinta
transportadora hacia un contenedor
para su posterior transporte a vertedero.
3.4. Instalaciones
auxiliares
Para albergar todas las dependencias se han construido varios edificios en la EDAR. Un edificio de
control de 2.354 m2 alberga las dependencias de control, explotación
y de personal. Un edificio de deshidratación de 180 m2 adosado al edificio de control, alberga los equipos
de deshidratación, bombeo de fangos y presurización de agua para la
flotación, así como las adiciones de
polielectrolito. Un edificio de transformación que alberga todos los elementos de alta tensión, el transformador y el cuadro de distribución de
baja tensión. La edificación se completa con el edificio de soplantes
ubicado bajo la plataforma, en donde se alojan los tamices rotativos de
desbaste y las dos soplantes que suministran el aire necesario en el proceso de desarenado y desengrasado.
4. Operación de la EDAR
4.1. Análisis de los
parámetros de operación
de la planta
El estudio de microorganismos
filamentosos en el fango activo de la
EDAR se realizó durante un período
de 3 semanas comprendido entre los
meses de junio y julio del 2003. Durante el mismo se recogieron datos
de las condiciones de operación de
la planta y de las principales características del agua residual (T, pH,
SSLM, V30, IVF, SSFR, DBO 5,
conductividad, etc.). Posteriormente se establecieron correlaciones entre el tipo de biomasa desarrollada
en el reactor, las condiciones de
operación y las características del
agua residual. En la Tabla 2 se presenta un resumen de los principales
parámetros que caracterizan el proceso.
El influente a la planta depuradora presenta una concentración de
materia orgánica variable a lo largo
del año debido a la oscilación del
número de habitantes en el municipio, que aumenta significativamente durante la temporada estival. En
ARTICULOS
TECNICOS
Tabla 2
Día
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
3300
3230
3228
3210
4250
5000
5100
3300 3390
4600
4500 3400
3380 3200
QF (m /d)
3170 3180
3176
QW (m3/d)
152
163
147
150
145
157
168
165
170
152
147
151
168
149
163
r
4,79
5,12
4,63
4,64
4,49
4,89
3,95
3,3
3,33
4,6
4,33
3,28
3,73
4,38
4,82 4,68
3
150
Balance materia orgánica
Si (mg DBO5/l)
245
200
280
230
180
300
190
680
325
220
315
212
270
400
425
320
530
SE (mg DBO5/l)
11
12
19
24
18
8
4
7
4
11
13
18
23
15
12
9
6
DBO5 elimin (%)
95
94
93
89
90
97
96
98
98
95
96
91
91
96
97
97
98
V30 (ml/l)
650
700
720
910
890
825
780
700
630
680
700
675
680
640
590
600
675
IVF (ml/g)
112
170
216
239
140
145
188
205
201
245
292
278
312
300
309
267
279
SSLM (mg/l)
5790 4120
3340
3800
6370
5700
4150
3420
3130
2770
2400 2430
2180
2130 1910
2250 2420
SSFR (mg/l)
6840 6300
6160
5720
6850
7530
6900
6780
5350
4880
5430 6280
5460
4130 3910
5200 5780
T (°C)
21,5
21,8
22,1
22
21,5
21,8
22
22,2
21,7
21,3
20,4
22,3
22,1
19,9
20,5
21,3 22,1
pH
7,2
7,4
7,2
7,3
7
6,9
7,5
6,9
7,2
7
6,8
7
6,9
6,8
6,8
6,8
40
40,86
40,9
41,12 31,05
26,4
25,88
40
38,9
tF(h)
41,64 41,51 4 1,56
F/M (d-1)
7,3
28,69 29,33 38,82 39,05 41,25
0,02
0,03
0,05
0,04
0,02
0,03
0,03
0,15
0,09
0,07
0,08
0,05
0,1
0,15
0,14
0,09 0,13
Cv (kg DBO5 /m /d)
0,14
0,11
0,16
0,14
0,1
0,17
0,11
0,52
0,29
0,2
0,19
0,13
0,22
0,33
0,26
0,19 0,31
0c(d)
30,63 22,07 20,29
34,1
28,71 21,07 16,51
19,5
18,36 15,99 14,48 14,54 16,88 18,03
14,6 15,35
3,9
1,83
1,94
1,96
2
2,77
3,2
3,86
4,26
3,06
3,23
3,32 1,92
2,61
2,78
2,67 2,67
3
Conductividad (mS/cm) 2,3
3,48
3,6
4,49
2,86
2,63
2,68
3,09
3,16
3,23
2,72
2,66
2,89
3,13
2,69
15,63 11,78
8,78
17,07 14,87 11,53 10,56
9,89
8,94
6,53
6,46
6,3
6,66
5,13
Decantador secundario
Vup (m3/m2/h)
CSA (Kg/m /d)
2
2,7
6
6,46
general, la carga orgánica de entrada a la planta es media/baja debido a
la dilución que presenta por la no
separación de las aguas pluviales.
En la Tabla 3 puede observarse que
los rendimientos medios de eliminación de materia orgánica, sólidos
en suspensión y de nitrógeno son altos, superiores al 96%, 90% y 74%,
respectivamente.
La carga másica, junto con la
edad del fango, son dos parámetros
que deben estar especialmente controlados durante la explotación de
una EDAR. La carga másica se define como la relación existente entre
la masa de materia orgánica que entra en el reactor por unidad de tiempo, y la masa de microorganismos
existentes en el mismo. Se expresa
en kg DBO5 por día y kg SSLM presentes en la cuba. Los principales
parámetros del proceso (rendimiento, concentración de sólidos en el reactor, etc.), están relacionados directamente con la carga másica. En
esta unidad de fangos activos se
opera a valores muy bajos de carga
másica, por debajo de 0,1 kg DBO5
/kg SSLM/d e intervalos de aireación largos, consiguiendo de esta
manera rendimientos de operación
superiores al 96% (Tabla 3). En la
Figura 2 se presenta la evolución de
la relación F/M aplicada durante el
período estudiado. Para conseguir
los rendimientos deseados, es fundamental mantener una carga másica determinada, controlando la concentración de sólidos en suspensión
en el licor de mezcla (SSLM). Durante los primeros días de estudio,
se observa que la carga másica es
muy baja debido a la alta concentración de sólidos en el reactor y bajo
aporte de carga orgánica de entrada
al sistema (Figura 2).
Debido a los aumentos puntuales
de caudal que se producen en la
planta a consecuencia de las lluvias
y a la posible infiltración de agua de
mar durante las mareas altas, se produce una pérdida de sólidos con el
efluente (Figura 2), y la capacidad
de sedimentación de los flóculos
disminuye debido a la disgregación
flocular que presenta su estructura.
Este hecho desencadena un aumento de la carga másica del sistema. Se
observa también un incremento
TECNOLOGIA DEL AGUA
269 / FEBRERO / 2006
Tabla 2. Balances de materia en la EDAR municipal de Sada durante el periodo estudiado.
35
ARTICULOS
TECNICOS
El principal
problema detectado
en la planta durante
el estudio es la baja
capacidad
de sedimentación
que presentan
los fangos activos
Figura 2. Relación entre la concentración de sólidos en el licor mezcla (SSLM) y la carga másica aplicada.
de los lodos y la carga másica del
sistema.
269 / FEBRERO / 2006
puntual en la carga másica cuando
la concentración de materia orgánica en el influente es mayor, como
sucede cuando se produce el vaciado de fosas sépticas de domicilios
particulares.
La edad del fango se expresa como la relación entre la masa de fangos existentes en la cuba y la masa
de fangos en exceso extraídos por
unidad de tiempo. Por lo general,
esta EDAR trabaja con edades de
fango comprendidas entre 15-20
días. Durante los primeros días de
estudio, se aprecia que la edad del
fango es alta, disminuyendo progresivamente hasta estabilizarse en
torno a 15-18 días. Esta estabilización se debe a la pérdida de sólidos
provocada por un aumento puntual
del caudal. En la Figura 3 puede
observarse una relación inversamente proporcional entre la edad
36
en la decantación de la biomasa. Este aumento de conductividad se debe a la entrada de agua de mar en la
red de saneamiento como consecuencia de los ascensos de las mareas. En la Figura 4 se refleja este aumento de conductividad a lo largo
del estudio, que tiene un efecto inmediato sobre la biomasa. Así, se
observa un rápido descenso de la diversidad bacteriana que habita en
los fangos y que son responsables
de gran parte del proceso de degradación de la materia orgánica. Parte
de esta comunidad se presenta
muerta, resistiendo únicamente los
más tolerantes, como es el caso de
rotíferos, ciliados libres y pequeños
zooflagelados.
La Figura 4 refleja además los
valores del volumen ocupado por
los sólidos en suspensión procedentes del tanque de aireación después
de una sedimentación durante 30
minutos en un cilindro graduado de
1.000 ml (V30). Puede observarse
4.2. Principales problemas
de operación detectados
El principal problema detectado
en la planta durante el estudio es la
baja capacidad de sedimentación
que presentan los fangos activos,
debido a la excesiva proliferación
de organismos filamentosos que
ocasionan problemas de flotación o
bulking. Puede observarse que las
propiedades de los flóculos y su capacidad para decantar están relacionadas con el desarrollo de ciertos
organismos filamentosos y, a su vez,
con los parámetros operacionales de
la planta y las propiedades del influente.
El influente tratado tiene una alta
conductividad, en torno a 1,8 y 4,5
mS/cm, siendo un factor importante
Tabla 3
Nº DE MUESTRAS (23)
PARÁMETRO
ENTRADA
SALIDA
RENDIMIENTO
Valor máx
Valor min
Valor med
Valor máx
Valor min
Valor med
Min
Máx
Med
DBO5 (mg/l)
680
180
313
24
4
12
96,47
97,78
96,17
DQO (mg/l)
733
489
615
88
14,56
48,56
87,99
97,02
92,1
SST (mg/l)
350
216
277,2
45
21
27
87,14
90,28
90,26
NTK (mg/l)
63,5
27,5
45,37
18
2
11,62
71,65
92,73
74,39
Tabla 3. Rendimientos de operación obtenidos en la EDAR municipal de Sada durante el estudio.
TECNOLOGIA DEL AGUA
ARTICULOS
TECNICOS
Figura 3. Relación entre la edad de los lodos y la carga másica del sistema.
Figura 4. Variación del volumen de sedimentación obtenido con respecto a la conductividad
del agua tratada.
que los valores de V30 aumentan en
el momento que la conductividad
asciende, oscilando entre 890-590
ml/l.
En relación a la estructura flocular, el aumento de conductividad
provoca disgregación flocular en
los flóculos del fango activo. La estructura del flóculo se rompe, perdiendo su firmeza y presentando
muchos huecos vacíos en su interior, por lo que disminuye su densidad y, por tanto, su capacidad de sedimentación, tal y como indican los
valores de V30. Se aprecia que a
medida que la densidad del flóculo
desciende, el manto de fangos en el
sedimentador asciende, produciéndose una pérdida de fango con el
efluente que se traduce en un descenso de sólidos en el fango de recirculación (SSFR) y en el licor
mezcla (SSLM). Como consecuencia de esta pérdida de sólidos, se
producen desajustes en el sistema
que se traducen en un aumento de la
carga másica y disminución de la
edad del fango.
Como consecuencia de la disgregación flocular que presentan
los fangos, puede apreciarse la formación de natas de aspecto viscoso
y de color marrón en los canales de
oxidación. Estas natas incrementan
su volumen en momentos en los
que la conductividad es mayor porque la estructura de los fangos presenta mayor disgregación. Durante
la fase de aireación del fango activo, las burbujas de aire se introducen en los huecos vacíos que presentan los flóculos con estructura
disgregada, haciendo que asciendan a la superficie y arrastrando
partículas y pequeños flóculos que
forman una capa de color marrón
en la superficie.
Otro problema detectado en la
planta es la variabilidad del caudal
de entrada al sistema que aumenta
de manera puntual debido a las
lluvias y con la entrada de agua de
mar. Como consecuencia de este
aumento de caudal, se produce
una pérdida de sólidos en el decantador secundario que se traduce en una disminución de la edad
del fango y un aumento de la carga
másica del sistema. Realizando el
ensayo de V30 diariamente puede
observarse un descenso de la biomasa (SSLM) debido al aumento
de caudal.
La carga contaminante que entra
al sistema está compuesta fundamentalmente por materia orgánica,
sólidos en suspensión y microorganismos presentes en aguas fecales.
En momentos puntuales, se produce
alternancia de la carga contaminante debido al vaciado de fosas séptiTECNOLOGIA DEL AGUA
269 / FEBRERO / 2006
Para mantener la
edad de los lodos
entre unos valores
adecuados y obtener
buenos rendimientos
de operación es
necesario actuar
sobre la purga
de fangos en exceso
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ARTICULOS
269 / FEBRERO / 2006
cas de domicilios particulares que
se realiza directamente en la EDAR.
Estos aumentos bruscos de carga orgánica, se traducen también en ascensos bruscos de carga másica.
Para mantener la edad de los lodos entre unos valores adecuados y
obtener buenos rendimientos de
operación es necesario actuar sobre
la purga de fangos en exceso. El
caudal de purga en la EDAR está
condicionado a las horas de funcionamiento de los filtros banda, siendo insuficientes éstas para eliminar
la producción neta de SSVLM. Debido a esto, la edad de los lodos es
alta, favoreciendo la excesiva proliferación de ciertos organismos filamentosos y ocasionando problemas
de sedimentación en el fango activo.
38
4.3. Acciones correctoras
Tras lo expuesto anteriormente,
puede observarse que las condiciones de operación de la planta y las
características del influente a tratar
distan de ser las más adecuadas para
la óptima operación del proceso de
fangos activos. Aunque mediante la
recirculación y la purga de fangos se
pretende mantener constante la cantidad de biomasa en el reactor y con
ello la carga másica y edad de los
fangos en el sistema, en la práctica
esto resulta muy difícil debido a la
pérdida de sólidos que se produce
en el sedimentador a consecuencia
de los aumentos puntuales de caudal
y los bruscos ascensos de conductividad mencionados. Por ello los valores de carga másica y edad de los
lodos resultan afectados.
Con el objeto de minimizar este
problema, durante los días en los
que la conductividad es alta se procede a incrementar los intervalos de
aireación para aumentar los niveles
de oxígeno disuelto. Con esta medida se evita que el fango rompa su estructura debido a la alta concentración de sales. Esta medida también
se toma cuando se producen excesivos vaciados de fosas sépticas en la
EDAR, lo que provoca aumentos
significativos en el nivel de materia
orgánica.
TECNOLOGIA DEL AGUA
TECNICOS
Sin embargo, la solución final del
problema derivado de la infiltración
de agua de mar sólo se puede conseguir mediante la aplicación de medidas que reduzcan este aporte, ya
sea mediante un mejor mantenimiento del sistema de colectores o
bien implementando un sistema separativo de aguas pluviales y residuales que asegurase que las aguas
residuales llegasen a la planta de
tratamiento sin aportes externos de
aguas de lluvia, infiltraciones de
mar, etc.
Mantener el sistema
de colectores o
implantar un sistema
separativo de aguas
pluviales y residuales
son soluciones
al problema
de la infiltración
de agua de mar
5. Conclusiones
El proceso en la EDAR municipal de Sada consigue rendimientos
de eliminación de DBO, DQO, sólidos en suspensión y nitrógeno total
por encima del 96%, 88%, 87% y
71%, respectivamente. Sin embargo
existen alteraciones importantes como consecuencia fundamentalmente de la presencia de agua de mar,
que se incorpora al sistema en los
momentos de marea alta. Así, la
conductividad determinada en los
tanques de aireación oscila entre 1,8
y 4,5 mS/cm, valores muy por encima de los referidos a las aguas residuales urbanas comunes.
Estos incrementos de la salinidad, además de impedir el desarrollo de una comunidad bacteriana estable que compita por la materia orgánica, debilitan la estructura flocular del fango activo, disminuyendo
su densidad y por tanto su velocidad
de sedimentación. Esto se traduce
en desajustes de las condiciones de
operación del sistema y por tanto, en
la disminución de los rendimientos
de eliminación de SS y DBO.
Los desequilibrios que se producen entre la carga orgánica de entrada y la concentración e microorganismos en el tanque de aireación
conducen a una mayor variabilidad
de la carga másica aplicada en el reactor biológico (entre 0,02 y 0,15 kg
DBO5/kg SSLM/d). Durante el estudio se observan ascensos bruscos
en momentos puntuales, debido al
aumento de carga orgánica procedente de los vaciados en planta de
fosas sépticas. Además, la edad de
los lodos también se modifica debido a la pérdida de sólidos que se
produce en el sedimentador, como
consecuencia de la deficiente estructura flocular. Durante los días
estudiados, el tiempo de residencia
celular varió entre 14 y 30 días.
Un mantenimiento adecuado de
las condiciones óptimas de operación, minimizando la entrada de
agua salobre en las conducciones de
saneamiento permitiría mantener el
sistema estable con los altos porcentajes de depuración anteriormente
mencionados.
6. Bibliografía
[1] Emasesa (1997). Microorganismos filamentosos en el Fango
Activo. Publicación de la Empresa Municipal de Abastecimiento y Saneamiento de Aguas
de Sevilla, S.A. Ed. Emasesa,
Sevilla.
[2] Jenkins, D.; Richard, M.; Daigger, G.T. (1993). Manual on the
Causes and Control of Activated
Sludge Bulking and Foaming
(2nd Edition). Lewia Publisher,
inc. Chelsea. Michiga.
[3] Richard, M. (1989). Activated
Sludge Microbiology. The Water Pollution Control Federation.
Ed. Alexandria, Virginia.
[4] Serviour, R.J.; Blackall, L.L.
(1999). The Microbiology of
Activated Sludge. Ed. Kluwer
Academic, London.