ANÁLISIS DE LAS CORRELACIONES ENTRELOS PARÁMETROS OPERACIONALES,

FÍSICO-QUÍMICOS Y BIOLÓGICOSASOCIADOS AL PROCESO DE FANGOS ACTIVOS

REALIZADO POR:ANDRÉS ZORNOZA ZORNOZAJULIO, 2012

DIRIGIDO POR:DR. JOSÉ LUIS ALONSO MOLINA

DRA. SUSANA SERRANO BARRENO

DR. GONZALO CUESTA AMAT

• INTRODUCCIÓN GENERAL

CAPITULO 1

• OBJETIVOS

CAPÍTULO 2

• MATERIAL Y MÉTODOS

CAPITULO 3

• RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CAPITULO 4

• CONCLUSIONES

CAPITULO 5

CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN

1. IMPORTANCIA DE LA DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

no depuración; contaminación, pérdida energética y económica

producción diaria de aguas residuales; necesidad de EDAR

2. SISTEMA DE FANGOS ACTIVOS

¿qué es el fango activo?

EL FLÓCULO

ProtozoosMetazoos

BacteriasHongos

Materia orgánica e inorgánica

2. SISTEMA DE FANGOS ACTIVOS

FLÓCULO

SEDIMENTABILIDAD

PROTISTAS, METAZOOS, BACTERIAS FILAMENTOSAS

PARÁMETROS OPERACIONALES

ANÁLISIS AFLUENTE Y EFLUENTE

3. VARIABLES DEL PROCESO DE FANGOS ACTIVOS

ANÁLISIS INTEGRADO EN PLANTAS

A ESCALA REAL

CAPITULO 2: OBJETIVOS

1. Estudio de la relación entre CARGA MÁSICA y EDAD DE FANGO.

2. Búsqueda de nuevas formas de expresión de la CARGA MÁSICAy EDAD DE FANGO que expliquen mejor la DINÁMICA DELECOSISTEMA.

3. Estudio de la relación entre los PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DEL LICOR MEZCLA y resto de variables.

4. Estudio del grado de asociación de PARÁMETROSOPERACIONALES, FÍSICO-QUÍMICOS y BIOLÓGICOS con elproceso de NITRIFICACIÓN.

5. Estudio del grado de asociación e interpretación delFRACCIONAMIENTO DEL AFLUENTE y EFLUENTE con lasvariables BIOLÓGICAS.

6. Estudio de la dinámica de la comunidad de PROTISTAS,METAZOOS y BACTERIAS FILAMENTOSAS y búsqueda deBIOINDICADORES de proceso.

CAPITULO 3: MATERIAL Y MÉTODOS

EDAR Quart

Benàger

Duración del estudio 12 meses

Frecuencia de muestreo

15 días

24 muestras de fango

activo

1. TOMA DE MUESTRAS

74 muestras afluente

25 muestrasefluente

1. CAMPAÑA DE MUESTREO

DÍA 1 2 3 4

MU

ESTR

EO AFLUENTE AL REACTOR

AFLUENTE AL REACTOR Y

EFLUENTE DECANTADOR

SECUNDARIO

LICOR MEZCLA

COMPUESTA (HORARIA)SIMPLE

(PUNTUAL)

Relación de la CM y EF

Rendimiento del proceso

2. PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS

FRACCIONAMIENTO SOLUBLE < 0.45 µm PARTICULADA COLOIDAL 0.45 – 1.2 µm PARTICULADA SUSPENDIDA > 1.2 µm

3. IDENTIFICACIÓN Y RECUENTO DE PROTISTAS Y MICROMETAZOOS

2 réplicas de 25 µL 6 réplicas de 25 µL para ciliados sésiles

colonialesTOTAL 200 RECUENTOS

PARÁMETRO SÍMBOLO UNIDADES OBSERVACIONES

Tiempo retención hidráulico reactor

TRHr1 TRHr2aTRHr2bTRHr3

horasTRHr1: día3TRHr2a: promedio días 2 y 3TRHr2b: promedio días 1 y 2TRHr3: promedio días 1, 2 y 3

Carga másica

CM1CM2aCM2bCM3

kg DBO5/kg SSVLM.dkg DQOs/kg SSVLM.d

CM1: día3CM2a: promedio días 2 y 3CM2b: promedio días 1 y 2CM3: promedio días 1, 2 y 3

Edad del Fango

EF1, EF2, EF3 EF4, EF5 EF6,

EF7

díasEFX. Donde X = nº díasanteriores empleados en elsumatorio de las variables

Temperatura en el reactor Tªr ºC

Oxígeno disuelto reactor

ObOmOa

%Ob: < 0.8 mg/LOm: 0.8-2 mg/LOa: >2 mg/L

4. PARÁMETROS OPERACIONALES

5. IDENTIFICACIÓN Y RECUENTO DE ORGANISMOS FILAMENTOSOS

(Escala de abundancia subjetiva: Eikelboom, 2000)

6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO

ANÁLISIS BIVARIANTE

Coeficiente de correlación de Pearson. Análisis paramétrico Coeficiente de correlación de Spearman. Análisis no paramétrico

+1

RELACIÓN INVERSA

- 1

AUSENCIA DE RELACIÓN

RELACIÓN DIRECTA

TRANSFORMACIÓN LOGARITMICALn (Variable+1)

CAPITULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Valores medio, mínimo, máximo y desviación estándar de los parámetros operacionalesVariable Med. Min.-max. D. estándar

EF1 (días) 39.9 3.-785 155

EF2 (días) 11.9 2.9-52 10.3

EF3 (días) 12 3.5-36 7.2

EF4 (días) 11 4.6-28 5.7

EF5 (días) 10.8 5.1-32 6.1

EF6 (días) 10.8 5.3-31 6.1

EF7 (días) 10.8 5.2-29 5.7

?

Coeficientes de correlación entre PROTISTAS, METAZOOS y la CM.

CM1(DBO5)

CM2a(DBO5)

CM2b(DBO5)

CM3(DBO5)

CM1(DQOs)

CM2a(DQOs)

CM2b(DQOs)

CM3(DQOs)

P.trichophorum C. P -0.57 -0.61 -0.62 -0.63 -0.50 -0.52 -0.54 -0.55C. S -0.69 -0.63 -0.63 -0.67 -0.63 -0.59 -0.52 -0.61

Entosiphon sp. C. P -0.45 -0.43 -0.41 -0.40C. S -0.43

Euglypha sp. C. P -0.44 -0.48 -0.41 -0.45 -0.41C. S -0.65 -0.60 -0.42 -0.54 -0.50 -0.54 -0.45

E.affinis C. P +0.43 +0.41C. S +0.52 +0.50 +0.46 +0.50 +0.53 +0.51 +0.42 +0.52

T.minuta C. P -0.48 -0.51 -0.45 -0.45 -0.45 -0.42C. S -0.55 -0.55 -0.46 -0.57 -0.53 -0.44

V. microsotoma C. P +0.45C. S +0.44 +0.40

Lecane sp. C. P -0.86 -0.76 -0.55 -0.75 -0.83 -0.76 -0.53 -0.75C. S -0.58 -0.47 -0.47 -0.48 -0.53 -0.42 -0.43

Gastrotricos C. P -0.44 -0.47 -0.61 -0.55 -0.49 -0.43 -0.56 -0.50C. S -0.57 -0.61 -0.69 -0.69 -0.59 -0.59 -0.64 -0.68

A.variegatum C. P -0.41 -0.43 -0.46 -0.47C. S -0.53 -0.51 -0.43 -0.52 -0.47 -0.48 -0.42 -0.46

Coeficientes de correlación entre PROTISTAS, METAZOOS y la EFEF1 EF2 EF3 EF4 EF5 EF6 EF7

P.trichophorum C. P +0.44 +0.48C. S +0.40 +0.50 +0.61 +0.65

Euglypha sp. C. P +0.68 +0.67 +0.47 +0.40 +0.40 +0.40 +0.40C. S +0.57 +0.60 +0.52 +0.47 +0.53 +0.55 +0.57

P.operculata C. P +0.47 +0.51 +0.55 +0.56C. S +0.44 +0.43 +0.48 +0.50 +0.51 +0.51

A.grandes C. P -0.54 -0.44 -0.40C. S -0.41 -0.44

A.pequeñas C. P +0.40C. S

E.affinis C. P

C. S -0.40T.minuta C. P

C. S +0.47Lecane sp. C. P +0.43 +0.47 +0.46

C. S +0.42 +0.45A.variegatum C. P

C. S +0.45 +0.42 +0.44 +0.46

Independencia biológica entre CM y

EF

Coeficientes de correlación entre PROTISTAS, METAZOOS y las diferentes fracciones de la DQO y DBO5

DQO rDQO DQOs rDQOs DBO5 rDBO5 DBO5f rDBO5fP.trichophorum C. P -0.43

C. S -0.50 -0.46 -0.44Arcella vulgaris C. P +0.48 -0.59

C. S -0.55P.operculata C. P -0.74A. pequeñas C. P -0.45

C. S +0.57 -0.53 +0.62U.nigricans C. P -0.43

C. S -0.56E.affinis C. P +0.51 +0.53

C. S 0.48P.fluviatis C. S -0.51T.minuta C. S -0.44O.articulata C. P +0.51

C. S +0.41 +0.48 -0.48V.convallaria C. S -0.44V. microsotoma C. P +0.61 +0.50 +0.52

C. S +0.63 -0.42 +0.44 +0.52 +0.53Gastrotricos C. P -0.58 -0.40 -0.43 -0.69 -0.46

C. S -0.74 -0.40 -0.44 -0.72 -0.47

Coeficientes de correlación entre la EDAD DE FANGO y los rendimientos y estados del NITRÓGENO del efluente

EF1 EF2 EF3 EF4 EF5 EF6 EF7

NTs C. P -0.44 -0.47 -0.48 -0.45 -0.50

C. S -0.43 -0.45 -0.48 -0.54 -0.55 -0.58

rNTs C. P

C. S 0.40 -0.4

N-NH4+ C. P -0.46 -0.48 -0.48 -0.42 -0.47

C. S -0.45 -0.44 -0.47 -0.49 -0.52 -0.53

rN-NH4+ C. P

C. S +0.44 +0.42 +0.42 +0.41 +0.41 +0.42

N-NO2- C. P -0.44 -0.48 -0.49 -0.46 -0.44 -0.48

C. S -0.41 -0.49 -0.42 -0.45 -0.51 -0.52 -0.52

N-NO3- C. P

C. S

NKTs C. P

C. S -0.43 -0.46 -0.48 -0.51 -0.52

rNKTs C. P

C. S

Coeficientes de correlación entre el TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO, OXÍGENO y TEMPERATURA en elreactor y los diferentes rendimientos y estados del nitrógeno del efluente.

TRHr1 TRHr2a TRHr2b TRHr3 Ob Om Oa Tªr

NTs C. P -0.48 -0.45C. S -0.41 -0.56 -0.43 -0.50

rNTs C. P

C. S

N-NH4+ C. P -0.41

C. S -0.47 -0.49

rN-NH4+ C. P

C. S +0.45

N-NO2- C. P -0.54 -0.58 -0.46

C. S -0.56 -0.51 -0.52

N-NO3- C. P +0.49 +0.46 -0.47

C. S +0.68 +0.77 -0.50

NKTs C. P

C. S -0.50 -0.49

rNKTs C. P

C. S +0.42

¿ahorro energético?

Coeficientes de correlación entre la CARGA MÁSICA y los rendimientos y estados del NITRÓGENO del efluente

CM1(DBO5)

CM2a(DBO5)

CM2b(DBO5)

CM3(DBO5)

CM1(DQOs)

CM2a(DQOs)

CM2b(DQOs)

CM3(DQOs)

NTs C. P +0.49 +0.59 +0.71 +0.69 +0.57 +0.55 +0.56 +0.62C. S +0.67 +0.68 +0.69 +0.74 +0.72 +0.63 +0.59 +0.70

rNTs C. P -0.43 -0.44 -0.47 -0.48 -0.44 -0.46 -0.43 -0.48

C. S -0.51 -0.54 -0.48 -0.54 -0.58 -0.57 -0.44 -0.54

N-NH4+ C. P +0.65 +0.66 +0.69 +0.71 +0.63 +0.63 +0.57 +0.67

C. S +0.75 +0.76 +0.78 +0.76 +0.82 +0.75 +0.60 +0.75

rN-NH4+ C. P -0.57 -0.59 -0.61 -0.63 -0.58 -0.60 -0.56 -0.63

C. S -0.68 -0.71 -0.60 -0.69 -0.77 -0.71 -0.84 -0.69

N-NO2- C. P +0.57 +0.42 +0.47

C. S +0.45 +0.50 +0.66 +0.61 +0.48 +0.45 +0.60 +0.60

N-NO3- C. P

C. S

NKTs C. P +0.66 +0.67 +0.75 +0.75 +0.64 +0.64 +0.61 +0.67C. S +0.76 +0.79 +0.78 +0.83 +0.83 +0.79 +0.70 +0.82

rNKTs C. P -0.59 -0.61 -0.62 -0.65 -0.60 -0.62 -0.59 -0.64C. S -0.68 -0.73 -0.67 -0.72 -0.79 -0.76 -0.59 -0.73

Coeficientes de correlación entre parámetros FÍSICO-QUÍMICOS DEL LICOR MEZCLA y los diferentes rendimientos y estados del NITRÓGENO del efluente

SSLM pHLM CondLM %SSVLM IVF NTLM PTLM DQOLM

NTs C. P +0.77 +0.43 +0.53 +0.57C. S +0.76 +0.49 +0.53 +0.57

rNTs C. P -0.49C. S -0.51 -0.42

N-NH4+ C. P +0.70 +0.48 +0.42 +0.52

C. S +0.71 +0.46 +0.40 +0.53

rN-NH4+ C. P -0.56 -0.41

C. S -0.62 -0.42 -0.44

N-NO2- C. P -0.43 +0.74 +0.62 +0.61

C. S +0.74 +0.56 +0.62

N-NO3- C. P +0.41

C. S

NKTs C. P +0.74 +0.54 +0.45 -0.51C. S +0.77 +0.55 +0.48 +0.56

rNKTs C. P -0.56C. S -0.61 -0.46 -0.44

Coeficientes de correlación entre los TENSIOACTIVOS ANIÓNICOS y DQO soluble afluente al reactor y los diferentesrendimientos y estados del NITRÓGENO del efluente

TA %DQOs1 %DQOs2a %DQOs2b %DQOs3

NTs C. P +0.51 +0.43C. S +0.45

rNTs C. P -0.43 -0.48C. S -0.53

N-NH4+ C. P +0.56

C. S +0.57

rN-NH4+ C. P -0.49 -0.60

C. S -0.68

N-NO2- C. P

C. S

N-NO3- C. P -0.55 -0.44

C. S -0.50 -0.41

NKTs C. P +0.40 +0.56C. S +0.53

rNKTs C. P -0.46 -0.64C. S -0.59 -0.43

Coeficientes de correlación entre parámetros FÍSICO-QUÍMICOS AFLUENTE al reactor y los diferentes rendimientos y estados del NITRÓGENO del efluente

Niquel Zinc Fenoles Sulfatos Cloruros DB05/NKT DB05f/NKTs DQOs/NKTs

NTs C. P +0.72 -0.68 +0.44 +0.42 +0.41C. S +0.74 -0.73

rNTs C. P -0.44C. S -0.51 +0.48

N-NH4+ C. P +0.57 -0.58 +0.42 +0.43

C. S +0.58 -0.57 +0.48 +0.48 +0.45

rN-NH4+ C. P -0.43 +0.42 -0.52

C. S -0.48 +0.47 -0.46 -0.49

N-NO2- C. P +0.69 -0.42 +0.55

C. S +0.69 +0.49

N-NO3- C. P -0.42 -0.49

C. S +0.41 -0.51 -0.51 -0.48

NKTs C. P +0.61 -0.58 +0.44 +0.45C. S +0.62 -0.56 +0.53 +0.50 +0.46

rNKTs C. P -0.42 +0.41 -0.45 -0.56C. S -0.43 -0.53 -0.62

RESULTADOS CONTRADICTORIOS

Coeficientes de correlación entre la CM y MORFOTIPOS FILAMENTOSOS

Morfotipo Cod. CM1(DBO5)

CM2a(DBO5)

CM2b(DBO5)

CM3(DBO5)

CM1(DQOs)

CM2a(DQOs)

CM2b(DQOs)

CM3(DQOs)

M. parvicella QB07 +0.56 +0.50 +0.52 +0.54 +0.52 +0.45 +0.43 +0.50

GALO QB01 +0.75 +0.72 +0.71 +0.76 +0.73 +0.65 +0.57 +0.69

N. limicola QB02 +0.41

T0914/0803 QB14 -0.45 -0.55 -0.61 -0.58 -0.43 -0.53 -0.60 -0.59

T0041/0675 QB05 -0.60 -0.61 -0.66 -0.65 -0.53 -0.64 -0.65 -0.66T0092 QB10 -0.51 -0.48 -0.49 -0.53 -0.44 -0.44 -0.42 -0.46H. hydrossis QB11 -0.46 -0.43 -0.46 -0.50 -0.40 -0.43 -0.45

Coeficientes de correlación entre la EF y MORFOTIPOS FILAMENTOSOS.Morfotipo Cod. EF1 EF2 EF3 EF4 EF5 EF6 EF7

T021N QB12 -0.43M.parvicella QB07 -0.51 -0.49GALO QB01 -0.55 -0.63 -0.53 -0.59 -0.67 -0.70 -0.74T0914/0803 QB14 +0.41 +0.49 +0.47 +0.41 +0.50 +0.47 +0.44T0041/0675 QB05 +0.46 +0.50 +0.54

T0092 QB10 +0.44 +0.49 +0.54 +0.54H. hydrossis QB11 +0.40 +0.46 +0.49

RESULTADOS CONTRADICTORIOS

Coeficientes de correlación entre los diferentes estados del N, P, TA afluente y MORFOTIPOS FILAMENTOSOS

Morfotipo Cod. NT NTs N-NH4+ N-orgs PT PTs P-PO4

3- P-orgs TA

M. parvicella QB07 +0.50 +0.45 +0.46 +0.48 +0.41 +0.45GALO QB01 +0.63 +0.60 +0.56 +0.52 +0.62 +0.57 +0.55 +0.49

N. limicolaQB02 +0.63 +0.60 +0.56 +0.62 +0.61 +0.53 +0.50 +0.59QB15 +0.47 +0.48 +0.46 +0.42 +0.43

T0914/0803 QB14 -0.52 -0.51T0041/0675 QB05 -0.50 -0.42 -0.46T0092 QB10 -0.44 -0.48 -0.46H. hydrossis QB11 -0.51 -0.49 -0.43 -0.56 -0.53 -0.51

Coeficientes de correlación entre los diferentes rendimientos y estados del N en el efluente y los MORFOTIPOSFILAMENTOSOS

Morfotipo Codigo NKTs rNKTs N-NH4+ rN-NH4

+ N-NO2- N-NO3

-

GALO QB01 +0.59 -0.46 +0.51 -0.43 +0.53

N. limicola QB02 +0.52T0914/0803 QB14 -0.50 -0.46 +0.40 -0.62

T0041/0675 QB05 -0.52 +0.42 -0.41 -0.48

T0092 QB10 -0.43H. hydrossis QB11 -0.56 +0.40 -0.48 -0.58

Interesante seguir estudiando el

NTLM

Coeficientes de correlación entre PROTISTAS, METAZOOS y rendimientos y estados del N en el efluente.

NTs rNTs N-NH4+ rN-NH4

+ N-NO2- N-NO3

- NKTs rNKTs

P. trichophorum C. P -0.44 -0.40 -0.43C. S -0.46 -0.44 -0.46 -0.51

A.grandes C. S +0.46 +0.40U.nigricans C. P +0.44

C. S +0.48A.cicada C. S +0.51P.pusillus C. P -0.40E. affinis C. P +0.58 -0.46 +0.54 -0.52 +0.55 -0.50

C. S +0.62 -0.50 +0.60 -0.52 +0.61 -0.52T.minuta C. P +0.42E.chrysemidiss C. P -0.48

C. S -0.50V.convallaria C. S -0.40V. microsotoma C. P +0.40 +0.44

C. S +0.42Rotaria sp. C. P -0.46 +0.40 -0.42 +0.43 -0.47 +0.45

C. S -0.43 -0.40Gastrotricos C. P -0.45 -0.45 -0.60 -0.54

C. S -0.44 -0.48 -0.65 -0.58 +0.46A.variegatum C. S -0.44 -0.41

Coeficientes de correlación entre PROTISTAS, METAZOOS y los diferentes rendimientos y concentración deCOLIFORMES FECALES y E. COLI en el efluente.

C. Cfec rCfec Cfecexp Ecoli rEcoli Ecoliexp

Arcella vulgaris ind/mL C. P

C. S

ind/mL.h C. P -0.46C. S

P.operculata ind/mL C. P -0.41C. S

ind/mL.h C. P -0.49C. S

E.plicatilis ind/mL C. P +0.45C. S

ind/mL.h C. P

C. S

Rotaria sp. ind/mL C. P

C. S +0.47ind/mL.h C. P +0.44

C. S +0.42 +0.55Lecane sp. ind/mL C. P -0.56 +0.79 -0.52 +0.51

C. S -0.45 +0.47 -0.41ind/mL.h C. P -0.45 +0.59

C. S +0.42

Interesante la expresión

“ind/mL.h”

•CAPITULO 5: CONCLUSIONES

1. La EF no siempre evoluciona de forma inversa con la CM,mostrando una independencia con las variables biológicas. Lasexpresiones EF6 y EF7, CM3 y TRHr3 se presentan como las másadecuadas para el control operacional. La CM expresada comoDQO soluble se muestra como una alternativa plausible frente ala DBO5.

2. El valor elevado de la V30 debido a una elevada concentraciónde SSLM origina sesgos en el IVF.

3. El fraccionamiento de la DQO y DBO5 es fundamental paradiferenciar episodios de depuración y separación del fangoactivo. La falta de este origina sesgos en la asociación con lasvariables biológicas.

4. Alta CM, bajo TRHr, baja EF y elevado %DQOs1 se asociaronnegativamente con la eficiencia del proceso de nitrificación. Nila Tªr ni el OD influyeron de forma significativa en el proceso.

5. La CondLM se asoció negativamente al proceso de nitrificación,por lo que se plantea como una alternativa interesante para sucontrol. Seria de interés completar el estudio de la asociaciónde la DQOLM, %SSVLM y NTLM con es resto de variables delproceso de fangos activos.

6. Microthrix parvicella se asoció con baja EF y alta CM. Losmorfotipos Nostocoida limicola y GALO lo hicieron con unaelevada concentración de nutrientes en el afluente. Este últimose asoció con una nitrificación incompleta. Seria interesantedesarrollar estudios que relacionen bacterias filamentosas conactividad exoenzimática del N orgánico.

7. La expresión de los porcentajes de densidad de protistas ymetazoos como ind/mL.h en función del TRHr1, se planteacomo un posible bioindicador del rendimiento de eliminaciónde coliformes fecales y Escherichia coli .

8. Trochilia minuta es un buen bioindicador de baja carga másica,mientras que Peranema trichophorum, Rotaria sp. y el grupode los gastrotricos son bioindicadores de nitrificación.

VII Jornadas de Transferencia de Tecnología sobre microbiología del Fango Activo. GBS. Sevilla, Octubre de 2010

Networking sobre problemática biológica en sistemas de eliminación de nitrógeno. GBS. Sevilla, Octubre de 2011.

VIII Jornadas de Transferencia de Tecnología sobre microbiología del Fango Activo. GBS. Sevilla, Abril de 2012.

Revista Tecnología del Agua. Volumen 337. Marzo 2012.

ANÁLISIS DE LAS CORRELACIONES ENTRELOS PARÁMETROS OPERACIONALES,

FÍSICO-QUÍMICOS Y BIOLÓGICOSASOCIADOS AL PROCESO DE FANGOS ACTIVOS

REALIZADO POR:ANDRÉS ZORNOZA ZORNOZAJULIO, 2012

DIRIGIDO POR:DR. JOSÉ LUÍS ALONSO MOLINA

DRA. SUSANA SERRANO BARRENO

DR. GONZALO CUESTA AMAT