Control del bulking filamentoso mediante

Control del bulking filamentoso mediante

ARTICULOS
Resumen
La utilización de un coagulante como el
policloruro de aluminio concentrado al
18% (PAX-18 en su forma comercial) y
de un polímero catiónico sintético ha
mostrado su eficiencia contra el bulking producido por bacterias filamentosas Tipo 021 N y Microthrix parvicella. En la EDAR de Calasparra (Murcia) inciden vertidos de la industria
agroalimentaria y láctea, dando lugar a
unas condiciones idóneas para la proliferación los microorganismos indicados, la dosificación de ambos productos ha resultado eficiente, en tanto en
cuanto ha permitido el aumento de la
capacidad de tratamiento de las instalaciones, que se encontraba muy limitada
por efecto de los procesos de bulking
citados.
Control del bulking filamentoso
mediante policloruro de aluminio
y polielectrólito catiónico en la
EDAR de Calasparra (Murcia)
Por: ESAMUR (*) y Red Control (**)
(*)
Palabras clave:
Agua residual, EDAR, fangos activados, bulking, eliminación, policloruro
de aluminio, polielectrólito.
269 / FEBRERO / 2006
Abstract
Control of filamentous bulking by means of aluminium polychloride and a
cationic polyelectrolyte in the Calasparra waste water treatment plant
(Murcia, Spain)
The use of synthetic polymers, such as
cathionic polyelectrolyte and coagulants as polychlorure of alumine (PAX18 known commercially) have shown
efficiency in the treatment of bulking
produced by Type 021 N and Microthrix parvicella. In case of the Water Sewage Treatment Plant of Calasparra
(Murcia, Spain), the reception of waste
waters from agroalimentary and lactary
industries gives way to good conditions
for the proliferation of these microorganisms. Dosage of both products has
shown efficiency and has permitted to
increase the treatment capacity of the
installations, which was very reduced
by effect of bulking processes.
(**)
Entidad Regional de Saneamiento y Depuración de Murcia (ESAMUR)
Avda. Juan Carlos I, s/n. Edificio Torre Jemeca
30009 Murcia
Tel.: 968 879 520 - Fax: 968 721 047
Web: www.esamur.es
Red Control
Parque Tecnológico, C/ Leonardo da Vinci, 8
46980 Paterna (Valencia)
Tel.: 961 366 490 - Fax: 961 318 049
E-mail: [email protected]
Web: www.redcontrol.com
1. Introducción
l objeto de este estudio es
comprobar el efecto de la
aplicación de policloruro de
aluminio (PAX) y de polielectrólito
catiónico en los fangos activos de un
proceso biológico, como es el caso
de la EDAR de Calasparra, colonizado en su mayoría por bacterias filamentosas tales como Microthrix parvicella y Tipo 021 N, entre otras, dados los elevados aportes al influente
global a la EDAR de la industria
agroalimentaria y láctea del municipio, que provocan una notable insuficiencia de oxígeno disuelto en el
E
Keywords:
Wastewater, WWTP, activated sludge,
bulking, elimination, aluminium polychloride, polyelectrolyte.
40
Figura 1.
TECNOLOGIA DEL AGUA
TECNICOS
tratamiento biológico, así como unas
condiciones variables en la escala
temporal en lo que a carga y caudal
influente se refiere. Estas condiciones dan lugar a la proliferación de las
bacterias filamentosas ya citadas y a
los problemas de proceso asociados,
bulking y foaming filamentosos, que
dificultan el tratamiento de las aguas
residuales.
2. Problemática de la
depuradora de Calasparra
En el proceso biológico de la
EDAR de Calasparra y debido a las
características del influente (con
materia orgánica muy fácilmente
biodegradable) y a la enorme irregularidad de cargas y caudales, proliferan las bacterias filamentosas
que provocan problemas de funcionamiento en las instalaciones. Las
dos bacterias dominantes son Microthrix parcvicella, que genera
grandes formaciones de espumas
con episodios de desbordamiento de
los reactores biológicos (Figura 1),
y Tipo 021N, que impide la compactación del flóculo.
A raíz de unas pruebas realizadas en diferentes laboratorios, se
ha observado que el policloruro de
aluminio (PAX-18) tiene actividad
antibacteriana, afectando negativamente a determinadas bacterias
de tipo filamentoso, entre las que
se encuentran Microthrix sp. Por
este motivo se planteó la posibilidad de dosificar este reactivo en
los reactores biológicos de la
EDAR de Calasparra, a fin de
comprobar el efecto sobre las bacterias filamentosas existentes.
3. Planteamiento de los
trabajos
Tras encontrarse serias dificultades en el tratamiento de las aguas
residuales, relacionadas con la escasa sedimentabilidad de los fangos activos en la etapa de decantación secundaria provocada por los
fenómenos de bulking filamentoso, y con la formación masiva de
espumas en el recinto de aireación,
que dan lugar a escapes frecuentes
con el consiguiente perjuicio estético sobre las instalaciones, se procede a realizar la dosificación de
PAX en el tratamiento biológico,
dadas las referencias encontradas
en la bibliografía (…), en las que
se alude a la capacidad de este producto para controlar la proliferación de Microthrix parvicella, bacteria filamentosa predominante en
un primer momento de realización
de los ensayos que describimos. La
capacidad de control del PAX está
basada, según la información consultada, en la presencia de hidróxidos de Aluminio, que proporcionan más densidad a los flóculos
biológicos y al mismo tiempo se
vuelven más compactos debido a
las fuerzas electrostáticas que actúan, traduciéndose en una mejora
de la decantabilidad. En segundo
lugar, parece existir una acción específica del reactivo sobre los filamentos que se manifiesta al cabo
de unos días del tratamiento y que
provoca una fragmentación de los
mismos, una disminución en su
longitud, sobre todo de aquellos
TECNICOS
que sobrepasan la estructura del
flóculo y una reducción del número de microorganismos.
A lo largo del ensayo con PAX,
que se prolonga durante varias semanas, se observa una sucesión en
la colonización de bacterias filamentosas de los fangos activos.
De esta forma, una vez finalizado
el tratamiento inicial, prácticamente se observa la desaparición
de Microtrhix parvicella para dar
paso a un predominio de Tipo
021N. Dados los problemas de
bulking asociados a esta bacteria,
que además se agravan por su alta
El policloruro
de aluminio tiene
actividad
antibacteriana
densidad en los fangos activos, se
plantea la necesidad de recurrir a
polímeros sintéticos, tales como el
polielectrólito catiónico que permitan mejorar la sedimentabilidad
de los fangos en la etapa de decantación secundaria al permitir la
formación de aglomerados floculares y, de esta forma, aumentar la
capacidad de tratamiento de la instalación. Previamente se realizaron ensayos en probeta, cuyos resultados fueron muy satisfactorios, mostrando claramente la diferencia entre un fango activo sin
adición de polielectrólito catiónico y otro en el que sí se ha aplicado
este producto. Se observaron entonces diferencias en la V30 en
torno a 500 ml/l entre un fango
conteniendo polímeros sintéticos
y otro que no presentaba concentración alguna de estos productos.
4. Material y métodos
El punto idóneo para la dosificación de PAX es la recirculación
de fangos. Dadas las dificultades
de operación que nos encontramos
en la instalación objeto de estudio,
que imposibilitaban realizar una
dosificación directa a los fangos de
recirculación, se decidió llevar a
cabo la aplicación al tratamiento
biológico directamente, mediante
el empleo de una bomba peristáltica que repartía igual caudal a ambas balsas de aireación, garantizándose una buena mezcla del producto con los fangos activos. Se
estimó una dosificación de partida
de 15 gramos de aluminio por kilogramo de SSLM (período 1). Esta
dosis se redujo a 10 g Al/kg SSLM
a partir del cuarto día de tratamiento (período 2), y a 5 g Al/kg SSLM
a las tres semanas de tratamiento
(período 3).
Para aplicar esta dosificación,
se tuvo en consideración el volumen de las balsas de aireación, la
edad del fango y la riqueza del
producto que se utiliza. Como se
puede observar a continuación, la
dosificación no depende del caudal de agua tratada, sino que se ha
de mantener una concentración
determinada de aluminio en la
biomasa.
Se utilizó PAX con una riqueza
en aluminio del 18%.
Los datos de partida del proceso
biológico de la EDAR de Calasparra para el ensayo con PAX fueron
los siguientes:
Edad del fango: 7 días.
SSLM: 2.100 mg/l.
Volumen de aireación: 3.040
m 3.
Según estos datos, la dosificación de PAX se establece de la siguiente forma:
Período 1: 110 litros de PAX/día
(durante cuatro días).
Período 2: 70 litros de PAX/día
(durante diecisiete días).
Período 3: 35 litros de PAX/día
(durante treinta días).
Se llevó a cabo una aplicación
aproximada de 4.000 kg de PAX a
TECNOLOGIA DEL AGUA
269 / FEBRERO / 2006
ARTICULOS
41
ARTICULOS
TECNICOS
lo largo de siete semanas aproximadamente.
La dosificación de polielectrólito catiónico líquido se realizó en la
arqueta de reparto del licor-mezcla
a los decantadores secundarios,
empleando una bomba de aspiración que conduce la mezcla desde
el equipo de preparación a un depósito emplazado sobre la arqueta
para llevar a cabo la dosificación.
Para garantizar la mezcla del producto con los fangos activos, se realizó la aplicación sobre las cascadas de reparto del licor-mezcla a
cada uno de los clarificadores.
269 / FEBRERO / 2006
5. Resultados
42
5.1. Adición de policloruro
de aluminio PAX para el
control del bulking
filamentoso
Los resultados derivados de la
utilización de PAX en el tratamiento
biológico de la EDAR de Calasparra los observamos a nivel macroscópico o de campo, mediante la inspección ocular diaria de las condiciones de los clarificadores, y a nivel microbiológico, mediante la utilización de un microscopio, que nos
permitió llevar a cabo la identificación de la microfauna presente en el
fango activo y, de forma específica,
de las bacterias filamentosas dominantes.
Al comienzo del tratamiento (Figura 2), los reactores biológicos de
la EDAR de Calasparra presentaban
una cantidad de espumas de origen
filamentoso, en concreto provocadas por Microthrix parvicella de carácter importante. En no pocas ocasiones se produjo el rebose de dichas espumas, inundando el perímetro del recinto de aireación, provocando serios problemas de operación al personal de mantenimiento y
conservación y graves perjuicios a
la calidad del efluente, así como al
aspecto estético de las instalaciones
en general. Las observaciones microscópicas del fango activo realizadas en planta, demostraban la presencia de bacterias de tipo filamenTECNOLOGIA DEL AGUA
Figura 2.
toso era claramente dominante. Predominaban las de los géneros Microthrix en el interior de los flóculos
y Tipo 021N fuera, formando puentes interfloculares. Se observó así
mismo algo de Nocardia sp y Nostocoida sp aunque de forma aislada.
Los flóculos eran muy pequeños,
con poca materia inorgánica, lo que
se traduce en una limitada actividad
de las bacterias floculantes. Así
mismo, éstos estaban formados casi
exclusivamente por madejas de bacterias filamentosas del género Microthrix.
En lo que se refiere a la fauna
protozoaria, ésta era muy reducida. Prácticamente no se apreciaba
la presencia de ciliados sésiles.
Los grupos predominantes eran los
ciliados Holotricos y algas verdes
del grupo de los Euglenofitos (Euglena sp y Peranema sp), aunque
en un número muy bajo y poco importante.
Durante la primera semana (Figura 3) de tratamiento apenas se
observó efecto alguno sobre las espumas que invadían la totalidad del
recinto biológico. Las observacio-
nes microscópicas daban como resultado la persistencia en las condiciones de origen, esto es, dominancia de Microthrix sp y como filamento secundario se encontraba Tipo 021N. Todavía se producían escapes de espumas a través del recinto de aireación.
La presencia de bacterias filamentosas en el flóculo sigue siendo
abundante, con predominancia de
los géneros Microthrix dentro de los
flóculos y Tipo 021N fuera, formando puentes interfloculares y con la
presencia aislada de Nocardia sp y
Nostocoida sp.
Flóculos muy pequeños y escasamente mineralizados.
Respecto a la fauna protozoaria,
sigue sin apreciarse presencia de ciliados de tipo sésil. Así mismo, el
resto de grupos sigue siendo muy
reducido.
Durante la segunda semana (Figura 4) de tratamiento se observó
una disminución en el espesor de
natas que cubren la totalidad del reactor biológico. Ya no se producían
escapes a través del recinto de aireación.
Figura 3.
Figura 4.
TECNICOS
El tamaño de los flóculos había aumentado sensiblemente, habiéndose
reducido considerablemente la presencia de la bacteria Microthrix parvicella en el interior de los mismos.
Sin embargo había aumentado
comparativamente la cantidad de
021N, formando un entramado reticular que atrapa los flóculos e impedía su compactación.
Se apreció también una mayor
presencia de protozoos. Predominaba la presencia de gimnamebas, las
cuales no se habían observado hasta
el momento.
También se pueden ver ciliados
holotricos del género Acineria y ciliados sésiles del género Opercularia, aunque escasos, junto a micrometazoos como los Rotíferos.
Durante la tercera semana (Figura 5) desaparecieron prácticamente
en su totalidad las espumas de origen filamentoso, producidas por Microthrix parvicella. Tan sólo se observó un residuo en las zonas curvas
de los reactores biológicos de tipo
Carrusel, retenidas por el recinto de
aireación. La superficie de los decantadores secundarios se apreció
limpia en su totalidad. Al microscopio se observó una disminución
drástica en la concentración de Microthrix, que había cedido su dominancia a Tipo 021N. Esta bacteria no
genera espumas, pero forma una retícula muy consistente que impide la
agregación de los flóculos entre si,
dando lugar a problemas de abultamiento o “bulking”. El aumento en
la concentración de 021N se debió,
con seguridad, a la desaparición de
Microthrix, dado que esta desaparición conllevó la pérdida de la relación de competencia que existía entre ambas. De esta forma, los problemas de abultamiento de los fangos
se agravaron debido a la sucesión en
la colonización de los fangos activos
por bacterias filamentosas.
Los flóculos eran mayores y con
mayor cohesión que en observaciones anteriores.
Hay que destacar el aumento en
la presencia de ciliados sésiles peritricos, observados muy raramente
TECNOLOGIA DEL AGUA
269 / FEBRERO / 2006
ARTICULOS
43
ARTICULOS
Figura 5.
TECNICOS
hasta el momento. Se veían grandes
formaciones coloniales de Epistylis
sp y Opercularia sp, junto a numerosas amebas y tecamebas. La actividad protozoaria se incrementó de
forma importante.
Durante la cuarta semana (Figura 6), las condiciones persistieron.
Los flóculos presentaron características similares a la observación anterior.
La presencia de Microthrix parvicella fue casi ocasional, habiendo
prácticamente desaparecido del
proceso. Sin embargo, la presencia
de 021N era masiva, provocando
problemas de bulking.
La fauna protozoaria seguía siendo muy rica, con abundantes formaciones de ciliados peritricos, junto a
rizópodos y ciliados holotricos. No
se han observado ciliados spirotricos como Aspidisca o Euplotes.
Pese a esta proliferación de la
bacteria tipo 021N, las espumas generadas por Microthrix sp desaparecieron casi totalmente de los reactores (Figura 7).
269 / FEBRERO / 2006
Figura 7.
44
Figura 6.
TECNOLOGIA DEL AGUA
5.2. Adición de
polielectrólito catiónico
para aumentar la
sedimentabilidad del fango
Una vez eliminada la presencia
de Microthrix sp. Se afrontó el problema de la bacteria tipo 021N.
Según nuestra experiencia, estos
efectos de abultamiento del fango a
causa de 021N pueden ser controlados mediante la adición de polielectrolito catiónico en el reparto del licor-mezcla a los clarificadores, aumentando así el grado de compacta-
ARTICULOS
TECNICOS
Figura 8.
progresivo de los caudales tratados
biológicamente. Salvo en episodios
de lluvias, en los que por efecto de la
entrada de caudales anormalmente
elevados y por las fluctuaciones de
carga asociadas, se producían ascensos incontrolados de fangos en la decantación secundaria, la aplicación
de polímeros sintéticos permitió
mantener un caudal prácticamente
constante en la entrada al tratamiento biológico durante todo el día.
En la Figura 10 se muestra la
evolución de la V30 frente al incremento de caudal y consiguiente aumento de la velocidad ascensional, a
medida que dura el estudio. Como
6. Conclusiones
La dosificación de policloruro de
aluminio proporciona una mejora de
las condiciones del fango activo, con
una importante reducción de la población de microorganismos filamentosos del tipo Microthrix parvicella, que repercute favorablemente
en las propiedades del fango. Los resultados no se han observado de forma inmediata. Transcurrieron dos
semanas hasta que se percibieron
mejoras en el proceso. A partir de ese
momento, desapareciendo prácticamente en su totalidad las espumas.
269 / FEBRERO / 2006
ción del fango y favoreciendo su sedimentabilidad. Por este motivo, se
decidió llevar a cabo la prueba de
dosificación de estos polímeros a la
salida de los reactores biológicos,
manteniendo la dosificación de policloruro de aluminio en el interior
de los mismos. Previamente se realizaron ensayos en probeta. En ellas
se apreciaba claramente la diferencia entre un fango activo sin adición
de polielectrólito catiónico y otro en
el que sí se ha aplicado este producto (Figura 8), obteniéndose valores
de V30 inferiores para aquéllas que
presentaban adición del polímero
sintético.
Debido a la escasa bibliografía
existente al respecto de la utilización de polielectrólitos catiónicos
en la línea de agua para el control
del bulking filamentoso, las dosis
empleadas en los ensayos realizados se basaron exclusivamente en
nuestra experiencia. De esta forma,
se procedió a dosificar concentraciones entre 2 y 10 ppm de polímero, obteniéndose los mejores resultados de sedimentabilidad de los
fangos activos en los clarificadores
cuanto más alta era la concentración
aplicada.
En la tabla adjunta (Figura 9) se
aprecia una relación directa entre el
caudal que se logró tratar y la dosis
de polielectrólito empleada. Como
se puede apreciar, a partir del día 9
de mayo se produjo el incremento
se puede apreciar, la dosificación
del polímero mejora sensiblemente
la capacidad de sedimentación del
lodo, pudiéndose así tratar un volumen mayor de agua.
De esta forma, se logró llevar a
cabo un incremento en los caudales
tratados biológicamente en la
EDAR de Calasparra. Durante el
período de tiempo en el que tuvo lugar el empleo de estos polímeros, se
observó la pérdida casi inmediata de
eficiencia en la sedimentabilidad de
los fangos activos tras interrupciones esporádicas en la dosificación
del producto, lo cual indicaba la relación directa entre su empleo y el
rendimiento en la decantación secundaria.
Figura 10.
45
TECNOLOGIA DEL AGUA
ARTICULOS
TECNICOS
Figura 9
269 / FEBRERO / 2006
FECHA
46
01-may-04
02-may-04
03-may-04
04-may-04
05-may-04
06-may-04
07-may-04
08-may-04
09-may-04
10-may-04
11-may-04
12-may-04
13-may-04
14-may-04
15-may-04
16-may-04
17-may-04
18-may-04
19-may-04
20-may-04
21-may-04
22-may-04
23-may-04
24-may-04
25-may-04
26-may-04
27-may-04
28-may-04
29-may-04
30-may-04
31-may-04
01-jun-04
02-jun-04
03-jun-04
04-jun-04
05-jun-04
06-jun-04
07-jun-04
08-jun-04
09-jun-04
10-jun-04
11-jun-04
12-jun-04
13-jun-04
CAUDAL AGUA A TRATAR
(m3/d)
860
717
962
859
724
811
705
670
801
911
794
1.101
1.008
1.611
1.173
1.451
1.844
2.650
1.122
2.338
2.042
1.944
1.654
1.768
2.285
2.013
2.099
2.810
1.408
1.712
2.077
2.877
1.534
2.207
2.045
2.078
1.909
2.034
1.847
1.968
1.800
1.800
1.998
3.347
Figura 9.
TECNOLOGIA DEL AGUA
Velocidad Ascensional
Catiónico
(m3/m2h)
0,17
0,14
0,19
0,17
0,15
0,16
0,14
0,13
0,16
0,18
0,16
0,22
0,20
0,32
0,24
0,29
0,37
0,53
0,22
0,47
0,41
0,39
0,33
0,35
0,46
0,40
0,42
0,56
0,28
0,34
0,42
0,58
0,31
0,44
0,41
0,42
0,38
0,41
0,37
0,39
0,36
0,36
0,40
0,67
Dosis
Polielectrólito
(mg/l)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
3,0
3,0
5,0
4,0
5,0
5,0
6,0
4,0
6,0
5,0
4,0
8,0
9,0
6,0
7,0
8,0
6,0
7,0
6,0
6,0
6,0
6,0
7,0
8,0
6,0
5,0
7,0
7,0
7,0
7,0
8,0
7,0
6,0
6,0
7,0
7,0
8,0
4,0
V30
(ml/l)
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
990
980
980
950
950
950
980
980
980
990
980
990
960
850
840
800
800
650
650
650
600
500
500
450
400
400
400
400
500
400
450
Tras la desaparición de Microthrix parvicella, se produjo un incremento en la presencia de las bacterias filamentosas del Tipo 021N
(que estaba presente junto con la
primera). Al parecer este incremento se debió a la eliminación de la
competencia ejercida por Microthrix sp. Por este motivo, los problemas de abultamiento continuaron
pese a que los generados por la proliferación de espumas desaparecieron con la eliminación de éstas.
Para el posterior control del abultamiento producido por 021N, la
dosificación de polielectrólitos de
tipo catiónico a la línea de agua se
ha demostrado muy efectiva, al incrementar el grado de agregación de
los flóculos pese a su abundancia en
bacterias filamentosas.
Ni la dosificación de PAX ni la de
polielectrólito catiónico en el proceso biológico parecen haber tenido
incidencia negativa sobre la fauna
protozoaria, la cual incluso ha aumentado en cantidad y en número
de especies tras la adición de estos
reactivos. Supuestamente, esta mejoría se ha debido a la mayor cohesión del flóculo que ha dado lugar al
incremento de espacios vacíos interfloculares que permiten el desplazamiento de las formas protozoarias nadadoras y reptadoras.
Cabe señalar que este sistema de
control de poblaciones filamentosas por medio de reactivos es una
medida puntual, cesando sus efectos tras parar la dosificación de los
mismos.
7. Bibliografía
[1] Jenkings, D.; Richard, M.G.;
Daigger, G.T. 1986. Manual de
las causas y control del bulking y
foaming en fangos activados.
[2] I principali microorganismi filamentosi del fango attivi: caratteristiche ecologiche e metodi di
identificazione. Azienda Gas
Acqua Consoeziale, Reggio
Emilia. 1992.
[3] Microorganismos Filamentosos
en el Fango Activo. EMASESA,
1997.