1. ARTÍCULOS TÉCNICOS
Resumen
Correlaciones entre parámetros
operacionales y fisicoquímicos
El conocimiento integrado de las va-
riables fisicoquímicas, biológicas y
operacionales permite aportar nuevos
datos para optimizar la nitrificación en
relacionados con el proceso
las estaciones depuradoras de aguas re-
siduales (EDAR) con sistema anóxico-
óxico, ámbito con pocas experiencias
biológico de la nitrificación
a escala real. Este trabajo establece la
relación entre las distintas variables
y el rendimiento del proceso de bio-
nitrificación, utilizando para ello un
en fangos activos de una EDAR
análisis de correlación bivariante. Los
datos obtenidos han definido los pará-
metros operacionales y fisicoquímicos
de mayor relevancia para el control del
proceso, como la carga másica, la DQO
o el tiempo de retención hidráulico. La
temperatura y el oxígeno no parecen Por: iz Avendaño, ingeniera química1; José Luis Alonso, doctor en Ciencias
L
ser parámetros limitantes para el proce- Biológicas1; Inmaculada Amorós, licenciada en Ciencias Biológicas1;
so de nitrificación. Andrés Zornoza, licenciado en Ciencias Químicas1,2; Susana Serrano,
doctora en Ciencias Biológicas3; Ignacio Bernácer, licenciado en Farmacia4;
Juan Luis Martínez, doctor en Farmacia4
Palabras clave:
EDAR, fangos activos, nitrificación, 1
Universidad Politécnica de Valencia
bacterias nitrificantes, eficiencia, edad Instituto Universitario de Investigación de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente
del fango, carga másica. Área de Química y Microbiología del Agua
Camino de Vera, s/n - 46022 Valencia
E-mail: jalonso@ihdr.upv.es; iamoros@ihdr.upv.es; anzorzor@upv.es
www.iiama.upv.es
2
Grupo Bioindicación de Sevilla
www.grupobioindicacionsevilla.com
Abstract 3
Universidad Complutense de Madrid
Correlations between operational and Facultad de Biología, Departamento de Microbiología III
physical-chemical parameters associa- C/ José Antonio Novais, 2 - 28040 Madrid
ted with the biological process of nitri- Tel.: 913 944 964 - Fax: 913 944 964
fication in activated sludge in a WWTP E-mail: suserra@bio.ucm.es
The knowledge of the physico-chemi- 4
Entitat de Sanejament d’Aigües de la Comunitat Valenciana (EPSAR)
cal, biological and operational variables C/ Álvaro de Bazán, 10, Entlo. - 46010 Valencia
under an integrated perspective can pro- Tel.: 963 604 555 - Fax: 963 603 469
vide new data to improve the process. http://epsar.cop.gva.es
The present study was carried out in
an anoxic-oxic WWTP with biological
nitrogen removal system. The aim of
L
this study has been the establishment of 1. Introducción encuentra en forma de amonio, urea,
significative relationships between the
a nitrificación biológica con- ácido úrico, proteínas, azúcares ami-
different variables and the nitrification
process performance, using bivariate co-
siste en la oxidación del ion nados y aminas, entre otros. El ni-
rrelation analysis. The results obtained amonio a nitrito y, posterior- trógeno orgánico es transformado a
have allowed to stablish the expression mente, a nitrato. Durante este proce- ion amonio por la actividad micro-
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of the operational and physical-chemi- so, las bacterias oxidantes de amonio biana. Los microorganismos proteo-
cal parameters of greatest relevance for (BOA; Nitrosomonas y Nitrosospi- líticos degradan las proteínas hasta
the process control as the masic load, ra), las arqueas oxidantes de amonio aminoácidos que, a su vez, son de-
the QOD or the hydraulic retention (AOA) y las bacterias oxidantes de gradados a amonio por los organis-
time. The temperature and oxygen have
nitritos (BON; Nitrobacter, Nitrococ- mos amonificantes (Catalán, 1997),
not been established as restricting para-
meters for the nitrification process. cus, Nitrospina y Nitrospira) realizan con lo que el amoníaco o el ion amo-
Keywords: una respiración aerobia a partir de nio se reintroducen en el ciclo del
donadores inorgánicos de electrones nitrógeno. La urea, el compuesto
WWTP, activated sludge, nitrification,
nitrifying bacteria, efficiency, sludge (Mota et al., 2005). orgánico con mas nitrógeno, es hi-
retention time, masic load. El nitrógeno presente en las aguas drolizada por la enzima ureasa has-
24 residuales urbanas generalmente se ta amoníaco y anhídrido carbónico,
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2. ARTÍCULOS TÉCNICOS
por lo que la liberación del amonía- trificantes aumenta dentro del rango iones hidrógeno y de iones nitrito
co se produce antes de llegar las de 8 ºC a 30 ºC, con un aumento del durante el proceso (Gerardi, 2002).
aguas residuales a la estación depu- 10% por cada incremento de 1 ºC Durante la oxidación del amonio
radora (Catalán, 1997). Para com- en el caso del género Nitrosomonas también se produce ácido nitroso,
pletar el ciclo, los iones nitrato y (Gerardi, 2002). En general, la ve- con el resultado de una disminución
nitrito son convertidos al estado ga- locidad del proceso disminuye mu- de la alcalinidad.
seoso N2 o N2O mediante la acción cho para valores bajos de Tªr, siendo El pH influye sobre la tasa de
de las bacterias desnitrificantes (Ca- muy difícil que se lleve a cabo la crecimiento de las bacterias nitrifi-
talán, 1997). nitrificación a temperaturas por de- cantes. Se ha observado que la tasa
Las bacterias nitrificantes se en- bajo de los 10 ºC. En estas condi- máxima de nitrificación se produce
cuentran en una gran variedad de ciones, es necesario operar con alta a valores de pH entre 7,2 y 9,0
hábitats, incluyendo agua dulce edad del fango (EF) para que se pue- aproximadamente, mientras que con
(agua potable y aguas residuales), da llevar a cabo el proceso de forma valores inferiores a 6,5 la velocidad
agua de mar, agua salobre y en el eficaz (González et al., 2010). Por de nitrificación se reduce de forma
suelo. Las principales especies pre- encima de los 10 ºC, la nitrificación brusca (González et al., 2010).
sentes en los fangos activos son au-
tótrofas, es decir, utilizan el dióxido 1.1.3. Oxígeno
de carbono o carbono inorgánico La concentración de oxígeno di-
como fuente de carbono para la sín-
tesis de material celular. Por cada
El proceso suelto (OD) en el reactor puede con-
vertirse en un factor limitante para
molécula de dióxido de carbono asi- de nitrificación el crecimiento de las bacterias nitri-
milado se oxidan aproximadamente
30 moléculas del ion amonio o 100
es un paso crítico ficantes, pues estas se reducen sig-
nificativamente a concentraciones
moléculas de nitrito. Debido a la en la depuración bajas de OD (González et al., 2010).
gran cantidad de iones amonio y
nitrito necesarios para asimilar
de las aguas La concentración óptima de OD para
lograr una buena nitrificación se si-
dióxido de carbono, las bacterias residuales debido túa en 2-3 mg/l.
nitrificantes tienen una velocidad de Los factores responsables de la
crecimiento muy baja (Gerardi,
a la baja tasa limitación de OD en el proceso de
2002). de crecimiento nitrificación son la falta de difusión
de oxígeno a través de los flóculos
1.1. Factores que afectan
de las bacterias y la competencia en el consumo de
a la nitrificación nitrificantes oxígeno por otros organismos aero-
El proceso de nitrificación es un bios. El aumento de la concentración
paso crítico en la depuración de las de OD puede acelerar la nitrifica-
aguas residuales debido a la baja tasa ción, lo que permite una mejor pe-
de crecimiento de las bacterias ni- netración de este en los flóculos y,
trificantes, a la extrema sensibilidad aumenta casi de forma proporcional por tanto, su acceso a las bacterias
a los cambios del sistema y a las a la Tªr. Las bacterias del género nitrificantes (Gerardi, 2002).
diversas sustancias inhibidoras que Nitrosomonas aisladas de los fangos El OD debe estar bien distribuido
impiden su crecimiento y su activi- activos tienen una tasa de crecimien- en el tanque de aireación y no es
dad. Este proceso se encuentra bajo to óptima a 30 ºC, por lo que esta se recomendable que su nivel sea infe-
la influencia de distintos factores considera la Tªr ideal para que tenga rior a 2 mg/l. Para oxidar 1 mg de
(González et al., 2010; Bitton, lugar el proceso de nitrificación. Las amonio se necesitan 4,6 mg de O2
1994), que se señalan a continua- temperaturas bajas inhiben el creci- (Bitton, 1994). La cantidad de OD
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ción. miento de Nitrobacter de forma más afecta a la actividad de las bacterias
drástica que en Nitrospira, por lo nitrificantes en función de la Tªr. A
1.1.1. Temperatura que es común que los iones nitrito niveles bajos de OD se puede pro-
La temperatura en el reactor bio- se acumulen en estas condiciones ducir una nitrificación parcial (Yen
lógico (Tªr) es el factor operacional (Gerardi, 2002). et al., 2010).
con más influencia en el crecimien-
to de las bacterias nitrificantes. Hay 1.1.2. Alcalinidad y pH 1.1.4. Amonio y nitrito
una importante reducción en la tasa La alcalinidad disminuye durante Los nutrientes pueden afectar y
de nitrificación a medida que dismi- el proceso de nitrificación, debido a limitar la síntesis celular y el creci-
nuye la Tªr. Por el contrario, la tasa que las bacterias nitrificantes son miento bacteriano. Los principales
de crecimiento de las bacterias ni- autótrofas y por la generación de nutrientes inorgánicos necesarios 25
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3. ARTÍCULOS TÉCNICOS
para los microorganismos son: N, S, 1.2. Objetivos racionales y fisicoquímicos de ma-
P, K, Mg, Ca, Fe, Na y Cl (Madigan En algunos estudios se propone yor relevancia para el control del
et al., 2009). El crecimiento de las la independencia entre algunos pa- proceso de nitrificación. Se han es-
BOA y BON siguen la cinética de rámetros operacionales y fisicoquí- tablecido también aquellos paráme-
Monod y dependen de las concen- micos con el proceso de nitrifica- tros no limitantes del proceso de
traciones de amonio y de nitrito res- ción. Sin embargo, la eficiencia del nitrificación: temperatura y oxígeno
pectivamente (Bitton, 1994). proceso en las estaciones depurado- disuelto en el reactor, este último de
ras de aguas residuales (EDAR) es gran interés por el ahorro de coste
1.1.5. Relación el resultado de la interacción entre de explotación para la EDAR. Este
entre DBO5 y NKT todos los parámetros. A pesar de que artículo es un resumen de la docu-
El agua residual afluente al pro- el diseño y operación de varias mentación presentada en el networ-
ceso de fangos activos contiene una EDAR sea muy similar, se pueden king sobre la problemática biológica
elevada concentración de materia dar situaciones muy diferentes y, por en sistemas de eliminación de nitró-
orgánica y otros nutrientes que son lo tanto, distintos rendimientos. La geno, celebrado el 27 de octubre de
utilizados por las bacterias como modificación de los parámetros, con- 2011 y organizado por el Grupo Bio-
fuente de carbono y energía para su templados desde un punto de vista indicación de Sevilla.
metabolismo, crecimiento y repro- independiente y basada en la expe-
ducción. La fracción de organismos 2. Material y métodos
nitrificantes disminuye al aumentar
la proporción de la demanda bioquí-
mica de oxígeno y el nitrógeno Kjel- La fracción 2.1. Toma de muestras
Las muestras se tomaron en una
dahl total (DBO5/NKT). En procesos de organismos EDAR de Valencia, que trata un cau-
combinados de eliminación de car-
bono y de nitrificación esta propor-
nitrificantes dal de 39.748 m3/día (datos EPSAR
2010) y una población de 141.689
ción es superior a 5, mientras que disminuye habitantes equivalentes. Cuenta con
en los procesos en los que se separan al aumentar un proceso biológico llevado a cabo
ambos procesos, en la etapa de ni- en cuatro reactores anóxicos-óxicos
trificación, la proporción es superior la proporción de geometría rectangular (75 x 20 x
a 3 (Bitton, 2011). de la DBO5 4,5 m). Se han realizado campañas
de muestreo con una frecuencia
1.1.6. Sustancias tóxicas y el NKT quincenal durante un año, desde di-
Las bacterias nitrificantes son ciembre de 2008 hasta enero de 2010
muy sensibles a numerosas sustan- (25 campañas). Cada una de ellas se
cias tóxicas que pueden inhibir su riencia de otras instalaciones, supo- ha desarrollado durante cuatro días
crecimiento, lo que provoca una dis- ne asumir un alto compromiso prin- consecutivos repartidos de la si-
minución en la tasa de nitrificación, cipalmente cuando dicha modifi- guiente forma: en los tres primeros
o una interrupción del proceso, por cación implique un incremento en días (1, 2 y 3) se muestreó el afluen-
la muerte de las bacterias implicadas el coste de explotación, por ejemplo te al reactor, en el tercer día (3) se
debido a una elevada toxicidad en el gasto energético. De ahí el in- muestreó también el efluente del
(Bitton, 1989). terés de la divulgación de metodo- decantador secundario. Estas mues-
Los compuestos orgánicos más logías prácticas y sencillas que per- tras fueron compuestas, es decir, se
tóxicos para las bacterias nitrifican- mitan estudiar y evaluar la influencia obtuvieron a partir de la mezcla de
tes son el cianuro, la tiourea, los de todas las variables sobre el pro- muestras simples horarias en rela-
fenoles, las anilinas y los metales ceso de nitrificación en plantas de- ción al caudal. En el cuarto día (4)
pesados (plata, mercurio, níquel, puradoras a escala real. se tomó una muestra simple de licor
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cromo, cobre y zinc) (Bitton, 1994). El presente estudio tiene como mezcla en la salida del reactor bio-
Wells et al., (2009) observaron objetivo establecer las relaciones lógico.
que a pesar de que el cromo, el ní- entre los distintos parámetros ope-
quel, el mercurio, el cadmio, el zinc racionales y fisicoquímicos con los 2.2. Parámetros
y el cobre demostraron tener efectos distintos estados y rendimientos del fisicoquímicos
inhibitorios sobre la actividad de las nitrógeno en el efluente de una Los días 1 y 2 se analizaron en el
BOA en cultivo puro y mixto, solo EDAR de Valencia, utilizando el afluente al reactor la DQO total, la
la presencia de cromo y níquel en el análisis de correlación bivariante. DQO soluble (DQOs) y la DBO5,
afluente tienen una correlación sig- Los resultados obtenidos han permi- mientras que el día 3 se llevó a cabo
nificativa con la variabilidad de tido definir los promedios y formas un análisis completo del afluente y
26 BOA. de expresión de los parámetros ope- efluente. El objetivo del primer aná-
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4. ARTÍCULOS TÉCNICOS
lisis fue estudiar la influencia de la
Tabla 1
carga orgánica y del segundo, esta-
blecer el rendimiento del proceso Parámetro Símbolo Unidades Observaciones
biológico. El día 4 se procedió al TRHr1: día 3
análisis completo del licor mezcla. Tiempo de retención TRHr3, TRHr1, TRHr2a: promedio días 2 y 3
Los parámetros se determinaron si- horas
hidráulico en reactor TRHr2a, TRHr2b TRHr2b: promedio días 1 y 2
guiendo los procedimientos norma- TRHr3: promedio días 1, 2 y 3
lizados (APHA, 1998). La fracción CM1: día 3
filtrada (f) se obtuvo utilizando un CM1, CM2a, CM2b, kg DBO5/kg SSVLM.d CM2a: promedio días 2 y 3
filtro de lana de vidrio (Whatman Carga másica
CM3 kg DQOs/kg SSVLM.d CM2b: promedio días 1 y 2
GF/C), con un tamaño nominal de CM3: promedio días 1, 2 y 3
poro de 1,2 μm. La fracción soluble EFX. Donde X = nº días
(s) se obtuvo a través de un filtro de Edad del fango
EF1, EF2, EF3, EF4,
días anteriores empleados en
0,45 μm (Grady, 1989). EF5, EF6, EF7
el sumatorio de las variables
Temperatura rector Tªr ºC
2.3. Parámetros
operacionales ODb: 0,8 mg/l
Oxígeno disuelto
ODb, ODm, ODa % ODm: 0,8 - 2 mg/l
Los parámetros operacionales reactor
ODa: 2 mg/l
fueron calculados según Metcalf y
Eddy (1991) (Tabla 1). Tabla 1. Parámetros operacionales.
Debido a la inercia en el proceso
biológico de algunos parámetros [variable + 1]) (Esteban et al., 1991), La EF presentó en general una
operacionales, como la carga orgá- considerándose significativas las correlación negativa moderada fren-
nica afluente al reactor biológico relaciones entre parámetros cuando te a las formas reducidas del nitróge-
(Salvadó et al., 1993), se han calcu- p 0,05 y p 0,01. En las tablas no (Tabla 5). Respecto a los rendi-
lado para su estudio distintos pará- siguientes se han omitido aquellos mientos de eliminación del nitrógeno,
metros con valores promedio de la coeficientes que no mostraron al se ha obtenido una correlación posi-
carga másica (CM) y tiempo de re- menos alguno de los dos niveles de tiva moderada del rN-NH4+ con la EF.
tención hidráulico (TRHr) en el significación. El tratamiento estadís- No se observó correlación significa-
reactor biológico. En el caso de la tico de los datos se realizó con el tiva con el rNKTs. La ausencia de
EF, esta fue calculada a partir del programa SPSS versión 19. relaciones significativas en el caso
sumatorio de las variables corres- del N-NO3- pudo deberse a la eficien-
pondientes hasta un máximo de sie- 3. Resultados cia en el proceso de desnitrificación.
te días anteriores a la toma de mues- Los rendimientos de eliminación La EF6 y la EF7 mostraron las co-
tras del licor mezcla (día 4). De esta de nitrógeno (rN-NH4 y rNKTs) y rrelaciones y niveles de significación
forma, se obtuvieron para su estudio los rangos de las variables bajo las más altos en pruebas no paramétricas
siete expresiones distintas (EF1- que operó la EDAR durante el pe- (coeficientes Sperman).
EF7). riodo de estudio se resumen en las POr su parte, la CM presentó de
Los valores de OD en el reactor Tablas 2, 3 y 4. forma general una alta correlación
fueron distribuidos en tres intervalos
(ODb, ODm y ODa) y expresados
en porcentaje de tiempo (%). Los Tabla 2
datos correspondieron a medidores Parámetro Media Mínimo-máximo Desviación estándar
en continuo situados en la parte final NKTs (mg/l) Afl. 45 24 - 72 16
del reactor biológico.
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NKTs (mg/l) Efl. 11,1 1,0 - 36,0 10,4
2.4. Análisis estadístico rNKTs (%) 78 45 - 96 17
Se realizó un análisis bivariante
N-NH4 (mg/l)
+
Afl. 40 24 - 62 12
con el fin de evaluar la relación li-
neal entre pares de variables, calcu- N-NH4 (mg/l)
+
Efl. 9,2 0,1 - 32,6 9,7
lándose para ello los coeficientes de rN-NH4 (%)+
80 42 - 100 19
Pearson (CP) y Spearman (CS). Pre-
N-NO2 (mg/l)
-
Efl. 1,36 0,04 - 5,67 1,47
viamente se realizó una transforma-
ción logarítmica de aquellas varia- N-NO3 (mg/l)
-
Efl. 6,2 0,4 - 11,1 2,6
bles que no mostraron una Tabla 2. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar de los rendimientos y estados del nitrógeno
distribución normal (variable = ln en el afluente (Afl) y efluente (Efl) al reactor.
27
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5. ARTÍCULOS TÉCNICOS
Tabla 3 Tabla 4
Mínimo- Desviación Mínimo- Desviación
Variable Media Parámetro Media
máximo estándar máximo estándar
CM1 (kg DBO5/kg SSVLM.d) 0,25 0,09 - 0,85 0,16 pH (ud.) LM 7,44 7,05 - 7,79 0,18
CM2a (kg DBO5/kg SSVLM.d) 0,23 0,10 - 0,64 0,12 Conductividad (µS/cm) LM 2.042 1.330 - 2.740 425
CM2b (kg DBO5/kg SSVLM.d) 0,18 0,08 - 0,33 0,07 Tºr (ºC) LM 21 14 - 29 4
CM3 (kg DBO5/kg SSVLM.d) 0,20 0,08 - 0,47 0,09 SSLM (mg/l) LM 2.460 1.790 - 3.120 386
CM1 (kg DQOs/kg SSVLM.d) 0,23 0,10 - 0,92 0,17 SSVLM (%) LM 79 68 - 87 4
CM2a (kg DQOs/kg SSVLM.d) 0,21 0,09 - 0,69 0,12 IVF (mL/g) LM 119 59 - 167 27
CM2b (kg DQOs/kg SSVLM.d) 0,16 0,06 - 0,29 0,06 NT (mg/g SSVLM) LM 71 41 - 108 21
CM3 (kg DQOs/kg SSVLM.d) 0,18 0,10 - 0,49 0,09 PT (mg/g SSVLM) LM 29 19 - 40 5
EF1 (días) 39,9 3,0 - 785 155 DQO (g/g SSVLM) LM 1,42 1,25 - 1,63 0,10
EF2 (días) 11,9 2,9 - 52 10.3 T. aniónicos (mg/l) Afl. 3,3 1,2 - 7,5 1,8
EF3 (días) 12 3,5 - 36 7,2 DQOs1 (%) Afl. 52 42 - 75 8
EF4 (días) 11 4,6 - 28 5,7 DQOs2a (%) Afl. 51 43 - 70 6
EF5 (días) 10,8 5,1 - 32 6,1 DQOs2b (%) Afl. 47 28 - 63 6
EF6 (días) 10,8 5,3 - 31 6,1 DQOs3 (%) Afl. 49 37 - 61 5
EF7 (días) 10,8 5,2 - 29 5,7 Níquel (mg/l) Afl. 0,13 0,02 - 0,45 0,18
TRHr1 (h) 14,3 8,7 - 25 3,3 Zinc (mg/l) Afl. 2,10 0,18 - 4,02 1,32
TRHr2a (h) 15,4 10,7 - 23,6 2,6 Fenoles (mg/l) Afl. 0,94 0,37 - 2,05 0,49
TRHr2b (h) 18,4 14,8 - 24,4 2,3 Sulfatos (mg/l) Afl. 221 159 - 293 35
TRHr3 (h) 17 13,5 - 22 2 Cloruros (mg/l) Afl. 341 133 - 520 94
ODb (%) 33 5 - 69 18 DB05/NKT Afl. 4,5 2,7 - 7,9 1,1
ODm (%) 62 12 - 95 19 DB05f/NKTs Afl. 3,3 1,9 - 8,0 1,4
ODa (%) 5 0 - 40 10 DQOs/NKTs Afl. 4,9 2,9 - 10,1 1,5
Tabla 3. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar de los parámetros Tabla 4. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar de los parámetros
operacionales. fisicoquímicos en el afluente (Afl) y licor mezcla (LM).
positiva frente a las formas reduci- niveles de significación (Tabla 7).
das del nitrógeno y negativa con sus No se observó prácticamente corre-
rendimientos de eliminación (Tabla Según el estudio, lación significativa con el OD. La
6). Las CM expresadas como CM2b
y CM3 mostraron ocasionalmente
la edad del fango Tªr se correlacionó negativamente
con la especie intermedia (N-NO2-).
valores de correlación ligeramente presenta en general La correlación negativa observada
superiores a CM1 y CM2a y, en el
caso del N-NO2-, claramente supe-
una correlación de la concentración de N-NO3- con
la Tªr podría tener relación con la
riores. Los coeficientes obtenidos de negativa moderada eficiencia del proceso de desnitrifi-
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la CM calculada con el parámetro
DQOs fueron aproximadamente del
frente a las formas cación.
Los tensioactivos aniónicos (TA)
mismo orden que los calculados con reducidas del y el porcentaje de DQO soluble
la DBO5. La ausencia de coeficientes
significativos con el N-NO3- pudo
nitrógeno, mientras (%DQOs1) presentaron una mode-
rada correlación negativa frente a
deberse a la eficiencia en el proceso que para la carga los rendimientos del proceso de ni-
de desnitrificación.
El TRHr presentó una correlación
másica es una alta trificación (Tabla 8). En general,
se observó una ausencia de coefi-
negativa frente a las formas reduci- correlación positiva cientes de correlación significativos
das del nitrógeno, siendo el TRHr2b con %DQOs2a, %DQOs2b y
28 y TRHr3 los que mostraron mayores %DQOs3.
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6. ARTÍCULOS TÉCNICOS
Tabla 5
Nitrógeno Coeficiente EF1 EF2 EF3 EF4 EF5 EF6 EF7
CP
NKTs
CS -0,43* -0,46* -0,48* -0,51** -0,52**
CP
rNKTs
CS
CP -0,46* -0,48* -0,48* -0,42* -0,47*
N-NH4+
CS -0,45* -0,44* -0,47* -0,49* -0,52** -0,53**
CP
rN-NH4+
CS 0,44* 0,42* 0,42* 0,41* -0,41* 0,42*
CP -0,44* -0,48* -0,49* -0,46* -0,44* -0,48*
N-NO2-
CS -0,41* -0,49* -0,42* -0,45* -0,51** -0,52** -0,52**
CP
N-NO3-
CS
Tabla 5. Coeficientes de correlación entre la edad de fango y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno del efluente. Nota: CP = coeficientes de Pearson;
CS = coeficientes de Spearman; y nivel de significación: ** p 0,01 y * p 0,05.
Tabla 6
CM1 CM2a CM2b CM3 CM1 CM2a CM2b CM3
Nitrógeno Coeficientes
(DBO5) (DBO5) (DBO5) (DBO5) (DQOs) (DQOs) (DQOs) (DQOs)
CP 0,66** 0,67** 0,75** 0,75** 0,64** 0,64** 0,61** 0,67**
NKTs
CS 0,76** 0,79** 0,78** 0,83** 0,83** 0,79** 0,70** 0,82**
CP -0,59** -0,61** -0,62** -0,65** -0,60** -0,62** -0,59** -0,64**
rNKTs
CS -0,68** -0,73** -0,67** -0,72** -0,79** -0,76** -0,59** -0,73**
CP 0,65** 0,66** 0,69** 0,71** 0,63** 0,63** 0,57** 0,67**
N-NH4+
CS 0,75** 0,76** 0,78** 0,76** 0,82** 0,75** 0,60** 0,75**
CP -0,57** -0,59** -0,61** -0,63** -0,58** -0,60** -0,56** -0,63**
rN-NH4+
CS -0,68** -0,71** -0,60** -0,69** -0,77** -0,71** -0,54** -0,69**
CP 0,57** 0,42* 0,47*
N-NO2-
CS 0,45* 0,50* 0,66** 0,61** 0,48* 0,45* 0,60** 0,60**
CP
N-NO3-
CS
Tabla 6. Coeficientes de correlación entre la carga másica y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno del efluente. Nota: CP = coeficientes de Pearson;
CS = coeficientes de Spearman; y nivel de significación: ** p 0,01 y * p 0,05.
337 / MARZO / 2012
La evolución del rendimiento de contrario una disminución del NKTs frente a la concentración de
eliminación del NKTs frente a la rNKTs. Según los resultados obte- TA del afluente al reactor (Figura
CM3 y %DQOs1 fue claramente nidos, cuando los valores de 2), se puede observar cómo el incre-
inverso (Figura 1). En algunos %DQOs1 y CM3 se presentaron por mento de TA por encima de 6 mg/l
muestreos (12-18), los niveles bajos encima del 50% y 0,30 kg DBO5/kg coincidió con una disminución del
de CM3 junto con valores bajos de SSVLM.d, se observó una disminu- rNKTs en los muestreos 8 y 9.
%DQOs1 coincidieron con valores ción del rendimiento en el proceso El níquel presentó una correla-
altos de rNKTs. En otros muestreos de nitrificación. ción positiva moderada o alta frente
(19, 20 y 24) también se presentaron Si se comparan los muestreos 7, a las especies reducidas del nitróge-
valores bajos de CM3 junto con ele- 8 y 9 (CM3 similar) en la evolución no y negativa con sus rendimientos
vado %DQOs1, observándose por el del rendimiento de eliminación de de eliminación (Tabla 9). Los feno- 29
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7. ARTÍCULOS TÉCNICOS
Tabla 7
Nitrógeno Coeficiente TRHr1 TRHr2a TRHr2b TRHr3 ODb ODm ODa Tªr
CP
NKTs
CS -0,50* -0,49*
CP
rNKTs
CS 0,42*
CP -0,41*
N-NH4+
CS -0,47* -0,49*
CP
rN-NH4+
CS 0,45*
CP -0,54** -0,58** -0,46*
N-NO2-
CS -0,56** -0,51** -0,52**
CP 0,49* 0,46* -0,47*
N-NO3-
CS 0,68** 0,77** -0,50*
Tabla 7. Coeficientes de correlación entre el tiempo de retención hidráulico, oxígeno, temperatura en el reactor y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno
del efluente. Nota: CP = coeficientes de Pearson; CS = coeficientes de Spearman; y nivel de significación: ** p 0,01 y * p 0,05.
(%SSVLM, NTLM, DQOLM) rela-
Tabla 8
cionadas entre sí presentaban fre-
Nitrógeno Coeficiente TA %DQOs1 %DQOs2a %DQOs2b %DQOs3 cuentemente una correlación positi-
va moderada con las especies
CP 0,40* 0,56**
NKTs reducidas del nitrógeno y negativa
CS 0,53** con sus rendimientos. De todas ellas,
CP -0,46* -0,64** la DQOLM fue la que mostró coefi-
rNKTs cientes más altos.
CS -0,59** -0,43*
CP 0,56** 4. Discusión
N-NH4+
CS 0,57**
4.1. Edad de fango
CP -0,49* -0,60**
rN-NH4+ y temperatura en el reactor
CS -0,58** biológico
CP La EF y la Tªr están íntimamente
N-NO2-
CS relacionas en el proceso de nitrifica-
ción debido a la baja tasa de creci-
N-NO3-
CP -0,55* -0,44* miento de las BOA y BON (Gerardi,
CS -0,50* -0,41* 2002). La Tªr, al ser una variable que
viene impuesta por la estacionalidad,
determina la EF a mantener en el
Tabla 8. Coeficientes de correlación entre los tensioactivos aniónicos, DQO soluble afluente al reactor
y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno del efluente. Nota: CP = coeficientes de Pearson;
CS = coeficientes de Spearman; y nivel de significación: ** p 0,01 y * p 0,05. reactor biológico. Según los resul-
tados obtenidos, la alta EF favorece
337 / MARZO / 2012
les presentaron tan solo correlación La conductividad del licor mezcla el proceso de nitrificación (Gerardi,
positiva moderada con las especies (CondLM) presentó una correlación 2002). De las siete expresiones es-
reducidas y el zinc, el efecto contra- positiva moderada o alta con las es- tudiadas, la EF6 y EF7 fueron las
rio al níquel. Las correlaciones sig- pecies reducidas del nitrógeno, que presentaron un mayor grado de
nificativas con sulfatos, cloruros y mientras que la correlación fue ne- significación en el proceso. Estas
DBO5f/NKTs estuvieron práctica- gativa con sus rendimientos de eli- expresiones minimizaron el efecto
mente ausentes. La relaciones DBO5/ minación (Tabla 10). No se obtu- de los días sin purga de fangos en
NKT y DQOs/NKTs mostraron una vieron correlaciones significativas exceso y se correspondieron con la
correlación positiva moderada con con SSLM, pH, IVF y fósforo total estabilidad de la población autótro-
el N-NH4+, NKTs y negativa con sus del licor mezcla (PTLM). Se obser- fa. La Tªr, en el rango 14-29 ºC, no
30 rendimientos de eliminación. vó que un grupo de variables presentó una influencia significativa
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8. ARTÍCULOS TÉCNICOS
Figura 1. Representación de la carga másica (CM3) y DQO soluble (%DQOs1) frente al rNKTs.
Figura 2. Representación de los tensioactivos aniónicos (TA) frente al rNKTs.
Tabla 9
Nitrógeno Coeficiente Níquel Zinc Fenoles Sulfatos Cloruros DB05/NKT DB05f/NKTs DQOs/NKTs
CP 0,61** -0,58* 0,44* 0,45*
NKTs
CS 0,62** -0,56* 0,53* 0,50* 0,46*
CP -0,42* 0,41* -0,45* -0,56**
rNKTs
CS -0,43* -0,53** -0,62**
CP 0,57* -0,58* 0,42* 0,43*
337 / MARZO / 2012
N-NH4+
CS 0,58** -0,57** 0,48* 0,48* 0,45*
CP -0,43* 0,42* -0,52**
rN-NH4+
CS -0,48* 0,47* -0,46* -0,49*
CP 0,69** -0,42* 0,55*
N-NO2-
CS 0,69** 0,49*
CP -0,42* -0,49*
N-NO3-
CS 0,41* -0,51* -0,51* -0,48*
Tabla 9. Coeficientes de correlación entre parámetros fisicoquímicos afluente al reactor y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno del efluente. Nota:
CP = coeficientes de Pearson; CS = coeficientes de Spearman; y nivel de significación: ** p 0,01 y * p 0,05.
31
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9. ARTÍCULOS TÉCNICOS
Tabla 10
Nitrógeno Coeficiente SSLM pHLM CondLM %SSVLM IVF NTLM PTLM DQOLM
CP 0,74** 0,54** 0,45* 0,51*
NKTs
CS 0,77** 0,55** 0,48* 0,56**
CP -0,56**
rNKTs
CS -0,61** -0,46* -0,44*
CP 0,70** 0,48* 0,42* 0,52**
N-NH4+
CS 0,71** 0,46* 0,40* 0,53**
CP -0,56** -0,41*
rN-NH4+
CS -0,62** -0,42* -0,44*
CP -0,43* 0,74** 0,62** 0,61**
N-NO2-
CS 0,74** 0,56** 0,62**
CP 0,41*
N-NO3-
CS
Tabla 10. Coeficientes de correlación entre parámetros fisicoquímicos del licor mezcla y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno del efluente. Nota:
CP = coeficientes de Pearson; CS = coeficientes de Spearman; y nivel de significación: ** p 0,01 y * p 0,05.
en la eficiencia del proceso de nitri- la concentración de NO2-, convir- proceso frente al resto de promedios
ficación. Esta ausencia de correla- tiéndose en las mejores candidatas calculados (DQOs2a, DQOs2b y
ciones significativas pudo ser debida en la planta para el seguimiento de DQOs3), los cuales presentaron au-
a la adecuada EF de fango con la la CM en el control del proceso de sencia de correlación significativa.
que operó la EDAR QB. nitrificación. Los coeficientes de Los valores situados por encima de
correlación obtenidos de la CM cal- 50% de %DQOs1 influirían negati-
4.2. Carga másica y culada con el parámetro DQOs son vamente en el proceso.
porcentaje de DQO soluble del mismo orden que los calculados
Los elevados coeficientes de co- con la DBO5, lo que demuestra su 4.3. Oxígeno disuelto
rrelación indicaron que los periodos interés como parámetro de rutina El OD en la EDAR se situó por
de altas CM y sobrecargas puntuales operacional de carga, siendo además debajo de 2 mg/l el 95% del tiempo.
produjeron un efecto negativo en el más rápido su cálculo (de horas, Estos valores se encontraron en el
proceso de nitrificación. Durante frente a los cinco días necesarios intervalo 0,5-1,9 mg/l, en el que el
estos periodos se incrementa la po- para la determinación de la DBO5). proceso de nitrificación se considera
sibilidad de acceso de la materia Los valores por encima de 0,30 kg ineficiente (Bitton, 1994). No se ob-
orgánica no oxidada del selector DBO5/kg SSVLM.d podrían también servaron coeficientes de correlación
anóxico a la zona óxica, pues se dan influir en el proceso. significativos con los niveles de OD
condiciones que favorecen el creci- Según los resultados obtenidos, mantenidos en el reactor biológico,
miento y la respiración de la pobla- existe una influencia negativa del no siendo este un factor limitante del
ción heterótrofa y, por consiguiente, aumento en porcentaje de DQO so- proceso. Schramm et al. (1999) in-
se produce un mayor consumo de luble en el afluente al reactor sobre dicaron que el género Nitrospira es
oxígeno y condiciones limitantes el proceso de nitrificación. El aumen- más competitivo con niveles bajos
para la población bacteriana autó- to de la fracción soluble, aunque no de oxígeno que el género Nitrobac-
337 / MARZO / 2012
trofa. En estos casos se favorece la diferencie entre fracción biodegra- ter, siendo el primero dominante en
presencia de elevadas concentracio- dable y lentamente biodegradable, las muestras analizadas en este estu-
nes de especies reducidas del nitró- implica una mayor disponibilidad de dio (Avendaño, 2011). Este hecho
geno (NO2- y NH4+). No se observa- materia orgánica y por tanto condi- pone de manifiesto la posibilidad de
ron diferencias significativas entre ciones favorables de crecimiento y colonización del fango activo de de-
las distintas expresiones de la CM, respiración de la población heteró- terminadas géneros de BON con
debido probablemente a que las va- trofa frente a la autótrofa. La expre- requerimientos bajos de OD y, por
riaciones diarias de la EDAR no sión del porcentaje de DQO soluble, tanto, de gran interés por el ahorro
fueron bruscas. De todas ellas, la día anterior (%DQOs1) al análisis energético que puede suponer la re-
CM2b y la CM3 presentaron los va- del licor mezcla (día 4), se presenta ducción de los niveles de OD en el
32 lores más significativos respecto a como candidata en el control del tanque de aireación.
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10. ARTÍCULOS TÉCNICOS
4.4. Tiempo de retención EDAR, las conclusiones obtenidas
hidráulico en el reactor
Un aumento del TRHr implica
Un aumento de deben tomarse como recomendacio-
nes u orientaciones para el control
una mayor capacidad de oxidación TRHr implica una en el resto de instalaciones. Así, el
de las especies reducidas del nitró- mayor capacidad estudio del grado de las correlaciones
geno para una misma densidad de significativas entre los parámetros
bacterias nitrificantes. Este hecho de oxidación operacionales y fisicoquímicos rela-
fue corroborado por la obtención de de las especies cionados con el proceso biológico de
coeficientes de correlación signifi- nitrificación mostró que:
cativos, principalmente con las ex-
reducidas – Las altas cargas másicas se aso-
presiones TRHr2b y TRH3. Estas del nitrógeno ciaron negativamente con el ren-
coinciden con el mismo número de dimiento del proceso de nitrifica-
días que las obtenidas en la CM ción, siendo las variables CM2b y
(CM2b y CM3). La relación entre CM3 las que muestran valores más
ambos tipos de variables se basa en (%SSVLM), nitrógeno (NTLM) y altos de correlación y por lo tanto
que el aumento del TRHr minimiza DQO (DQOLM) también presentó las más indicadas para el control
el efecto negativo que pueden pro- una asociación negativa en el pro- operacional. El parámetro DQO
ducir las altas CM. ceso. Estos parámetros se encuen- soluble sería un parámetro de gran
tran relacionados entre sí de forma interés para el control de la carga
4.5. DBO5/NKT, que un incremento de la biomasa en másica.
DBO5f/NKTs, DQOs/NKTs el flóculo (con una mayor densidad – El porcentaje elevado de DQO
Los resultados obtenidos sobre la de bacterias heterótrofas) se asocia soluble afluente al reactor se aso-
disminución de la actividad nitrifi- de una forma muy aproximada con ció negativamente con el rendi-
cante en relación con el aumento de el incremento del %SSVLM, lo que miento del proceso de nitrifica-
la proporción de DBO5/NKT coin- supone, a su vez, un aumento de la ción. La determinación de dicho
ciden con los de Bitton (2011). El DQO, expresada en función de la porcentaje en el día anterior al
aumento de esta relación se produce concentración de SSVLM, y del análisis del licor mezcla
debido a un aumento de materia or- contenido en nitrógeno (proteínas) (%DOOs1) se presenta como una
gánica disponible, lo que favorece de los biopolímeros. Estos resulta- variable a controlar.
el crecimiento y respiración de las dos convierten a estas variables en – La alta edad del fango se asoció
bacterias heterótrofas frente a las parámetros de interés para seguir positivamente con altos rendimien-
autótrofas. La relación DQOs/NKTs estudiando sus variaciones en el pro- tos en el proceso de nitrificación.
presentó mayor grado de significa- ceso de nitrificación. De todas las formas de expresión
ción que la DBO5/NKT, convirtién- de la edad del fango estudiadas, se
dose esta como una alternativa inte- 4.7. Sustancias tóxicas proponen como las más adecuadas
resante para el control del proceso Los resultados respecto a las sus- para el control operacional aque-
debido a la rapidez de la determina- tancias toxicas estudiadas coinciden llas calculadas a partir del suma-
ción de la DQO frente a la DBO5. con la concentración mínima inhi- torio de sus variables de los seis
bidora para el níquel (Gerardi, (EF6) y siete días (EF7) anteriores
4.6. Parámetros 2002), observándose una asociación al análisis del licor mezcla.
fisicoquímicos del licor negativa con el proceso dentro del – La temperatura en el reactor bio-
mezcla rango 0,02-0,45 mg/l. En el caso lógico no influyó de forma signi-
El valor del pH observado del del zinc, a pesar de presentar valores ficativa en el proceso de nitrifica-
licor mezcla no presentó una asocia- por encima de la concentración mí- ción, debido probablemente a la
ción significativa con el proceso. nima inhibidora y contrariamente a adecuada edad del fango manteni-
337 / MARZO / 2012
Este se situó dentro de los valores lo esperado, se asoció a momentos da durante el periodo de estudio.
que producen una tasa máxima de en los que se produjo una nitrifica- – La concentración de oxígeno di-
nitrificación (González et al., 2010). ción eficiente. La concentración de suelto en el reactor no influyó de
Aunque la conductividad es un pa- fenoles y sulfatos, los cuales no so- forma significativa, aun estando en
rámetro general que depende de la brepasaron la concentración mínima, el intervalo considerado como
concentración de sales disueltas, su no mostraron una asociación nega- poco eficiente ( 2 mg/l). Este he-
aumento en el licor mezcla puso tiva en el proceso. cho pone de manifiesto que una
de manifiesto, dentro del rango adecuada combinación en los va-
1.330-2.740 μS/cm, una asociación 5. Conclusiones lores del resto de variables hace
negativa en el proceso de nitrifica- Aunque la metodología de estudio posible operar con bajos niveles
ción. El porcentaje de SSVLM tenga una aplicación práctica para las de oxígeno. 33
TECNOLOGÍA DEL AGUA
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11. ARTÍCULOS TÉCNICOS
– l alto tiempo de retención hidráu-
E nitrificantes y su relación con (2009). ‘Brock biología de los
lico en el reactor se asoció positi- los parámetros fisicoquímicos, microorganismos’. Pearson
vamente con el rendimiento del biológicos y operacionales en Addison Wesley, 12ª ed., Ma-
proceso de nitrificación, siendo las una EDAR con sistema conven- drid.
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