Autor: Pedro Infante Romero

Universidad Pablo de OlavideMáster en Biotecnología Ambiental, Industrial y

Alimentaria

PROYECTO FIN DE MÁSTER

OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO DEPURATIVO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES DE LA

INDUSTRIA QUÍMICA

OBJETIVO DEL PROYECTO

Aplicar un estudio multifactorial para la optimización del proceso de control y operación de la Planta de Tratamiento Biológico de Efluentes (PTBE).

(La planta recoge efluentes contaminados de Fenol, Aminas, Derivados, Servicios Generales y Expediciones. Son homogeneizados y después de un ajuste de pH, se alimentan a los reactores biológicos para su depuración).

Dos vertientes; por una parte, el mantenimiento diario y operación continua en la planta de efluentes, y por otra, el control biológico diario de la planta.

En el primer punto, las medidas que se han realizado principalmente, han sido el control del suministro del oxígeno en los reactores y el control en la correcta relación de nutrientes.

En el segundo punto, para el control biológico de la planta, se ha recurrido a la Bioindicación y la Respirometría.

CONTROL BIOLÓGICO

Las medidas solamente relacionadas con la naturaleza del agua o comportamiento físico no combinan suficientes datos decisivos para una completa caracterización del proceso biológico de depuración que ocurre en los fangos activos. Para evaluar la calidad de un sistema de tratamiento biológico es necesario obtener parámetros derivados de la biomasa que lleva a cabo los procesos de depuración.

Necesitamos tener en cuenta que el fango activo es un proceso vivo con respiración propia y una falta de información sobre esta “bioactividad” puede causar una seria confusión a la hora de establecer criterios coherentes de valoración, control y protección del proceso de depuración.

En relación a esto, es necesario contar con parámetros de la propia biomasa (fango activo) y del efecto que el agua residual provoca en la misma, y esto solo se consigue con la Respirometría y la Bioindicación. Estos son dos de los objetivos de estudio principales de este proyecto.

La Respirometría y la Bioindicación son las dos herramientas más directas para obtener información de los microorganismos que llevan a cabo la actividad depuradora.

RESPIROMETRÍA

La Respirometría es una técnica que mide el consumo de oxígeno de las bacterias contenidas en un fango activo: por sí mismas (respiración endógena) o en su fase de degradación de un sustrato orgánico o nitrógeno amoniacal (respiración exógena). Por tanto, está basada en la respiración de los propios microorganismos del proceso de depuración.

Podemos saber:

La salud y capacidad actual de un proceso de fango activo Carácter contaminante del agua residual para dicho fango activo.

Este consumo de oxígeno se mide principalmente bajo dos variantes:

Tasa de Respiración: mide la velocidad de consumo del oxígeno. Actividad Biológica: mide el oxígeno consumido en la degradación de un sustrato.

Respirómetro BM-T de SURCIS.

¿Qué nos interesa de la respirometría?

Obtener información respecto a la actividad biológica de los microorganismos presentes en el fango activo de los reactores.

Pruebas de posible toxicidad de las líneas que llegan a la balsa de homogeneización previa a los reactores.

También se ha indagado en la influencia de la elevada concentración de sales presente en el fango activo, Este punto es importante, si en un futuro se quiere adaptar la planta para la eliminación completa de Nitrógeno.

Toxicidad de los piezómetros S-A y S-B

La finalidad de la instalación de un piezómetro recae en la necesidad de un control de las aguas subterráneas. Esto permite un seguimiento y control analítico de la calidad de esta agua, que son recogidas y tratadas posteriormente en la PTBE.

Con este estudio, se ha podido concluir que no se encuentran sustancias tóxicas o inhibitorias para la microfauna del fango en las muestras de los piezómetros S-A y S-B. Además, aumenta la actividad del fango después de realizar los ensayos con las muestras de los piezómetros y por último, hay una gran cantidad de fenol en las aguas de los piezómetros pero éste, en las cantidades presentes, no intoxica a los microorganismos ni inhibe la actividad de los fangos.

Composición de los piezómetros S-A y S-B

Estudio de toxicidad del piezómetro S-B Estudio de toxicidad del piezómetro S-A

Influencia de la conductividad

Uno de los puntos de estudio de gran interés, es la influencia que una elevada conductividad puede tener sobre el fango activo, como ocurre en la planta.

Esta comprobado que valores altos de conductividad, imposibilita que la formación flocular sea la correcta, además restringe enormemente la presencia de la microbiota asociada al fango activo, debido al choque osmótico que conlleva. Otro de de los efectos que provoca, es que las elevadas conductividades suelen interferir en el proceso de nitrificación y desnitrificación en los reactores. Por tanto, si en un futuro se opta por adaptar la planta para la eliminación del Nitrógeno, este es uno de los puntos que deberían de solucionarse.

Durante el seguimiento, se ha determinado que la conductividad media en las muestras de fango activo de todos los reactores de las dos Líneas de la Planta de Efluentes, se encuentra en torno a un valor de 20 mS/cm en los reactores biológicos. Este valor es excesivo, lo que imposibilita prácticamente el crecimiento de formas de vida en el fango activo (está registrado que por encima de 10 mS/cm, resulta dificultoso el crecimiento de protistas en el fango activo).

Ante esta situación, se ha estudiado cual puede ser el origen donde observan dichos valores tan elevados. Para ello, se han realizado mediciones de conductividad en las diferentes corrientes que llegan a la balsa de homogeneización, ya que se entiende que una o varias debe ser la problemática. Estas corrientes son la AD-1, AD-2, AD-3 y AD-4. Los valores medios mensuales obtenidos durante el seguimiento se muestran en la siguiente Tabla. Estos valores registrados oscilan siempre en torno a las medias obtenidas, por tanto se puede confirmar que es una condición continua y patente en la planta difícil de solucionar, y que no suele aparecer en momentos puntuales.

Valores medios de la conductividad de las corrientes de llegada a la balsa de homogeneización.

Como era de suponer, en la balsa de homogeneización donde llegan todas las corrientes que posteriormente se mezclan, el valor obtenido es muy semejante al registrado en los reactores (20 mS/cm), ya que de esta balsa se alimenta a las dos Líneas de Efluentes. De las cuatro corrientes analizadas que conectan con la balsa de homogeneización, tres de ellas presentan unos valores aceptables (AD-1, AD-2 y AD-3), que son compatibles para un correcto desarrollo de la microbiota y del flóculo. Sin embargo, una de ellas (AD-4) es la que resulta problemática y donde se alcanza un valor medio de 34 mS/cm. En muestras puntuales, se ha llegado a alcanzar valores incluso superiores a los 40 mS/cm en esta línea, semejante al registrado en el agua de mar. La corriente AD-4 proviene de una unidad de producción de Fenol y el origen de estos valores, está relacionado directamente con la presencia de Sulfatos en el fondo de salida del PRU de dicha planta.

Siguiendo, con el estudio del origen de estos valores tan elevados, analizamos aguas arribas las corrientes de llegada a la línea AD-4. Estas corrientes son: E-1, E-2, E-3 y E-4. En este análisis, es importante registrar tanto los valores de conductividad de cada línea, como saber cuál es el caudal medio (m3/h) de cada una de ellas. Los datos de la Tabla, muestran estos resultados para una carga de las plantas al 100% de producción de fenol.

Valores de conductividad y caudales medios, de las corrientes de llegada a la balsa AD-4.

La importancia de saber el caudal medio de dichas corrientes, radica en la posibilidad de estudio para un tratamiento previo de estas corrientes con el fin de evitar su entrada en la Planta de Efluentes, así se podría mitigar en gran medida el problema que plantea la conductividad. Desgraciadamente, la corriente que presenta el valor de conductividad más elevado, es la E-3, que es la que mayor caudal medio tiene (alrededor de 12 m3/h). Esto hace más inviable la posibilidad del tratamiento previo planteado inicialmente.

BIOINDICACIÓN

Mediante esta técnica, se realiza una observación microscópica, que nos permite establecer un estudio relacionado con la vida y con su posible aplicación a determinar o indicar alguna circunstancia.

Mediante la Microscopía podemos realizar la observación directa de los microorganismos presentes en los sistemas de depuración (protozoos, metazoos y bacterias filamentosas), así como su cuantificación. También nos permite realizar un análisis de la formación flocular y determinar si es lo suficientemente correcta para no tener problemas posteriormente en los decantadores.

Microscopio óptico Olympus de 5 cabezales.

FLÓCULOUnidad ecológica y estructural del fango activo.

Unidad donde se lleva a cabo la depuración biológica y separación de fases

Formado por:

•Materia orgánica

•Bacterias filamentosas

•Bacterias formadoras del flóculo

•Protozoos

Macroflóculo. Macroflóculo. (AD-054B). In vivo. 100x. Contraste de fases. (AD-B). (1/7/11). In vivo . 100x. Contraste de fases. (AD-B). (1/7/11).

Opercularia sp. Opercularia sp. In vivo. 400x. Contraste de fases. (AD-B). (1/9/11). In vivo. 400x. Contraste de fases. (AD-B). (1/9/11).

Euplotes sp. Euplotes sp. In vivo. 400x. Contraste de fases. (AD-B´). (2010). In vivo. 400x. Contraste de fases. (AD-B´). (2010).

Población de protistas y metazoos

T0581. T0581. In vivo. 1000x. Contraste de fases. In vivo. 1000x. Contraste de fases.

Microthrix calida. Microthrix calida. In vivo. 1000x. Contraste de fases. In vivo. 1000x. Contraste de fases.

Población de bacterias filamentosas

T0041. T0041. In vivo. 1000x. Contraste de fases. In vivo. 1000x. Contraste de fases.

T1701. Tinción Gram: 1701. In vivo. 1000x. Contraste de fases. (Gram -). 1000x. Campo claro.

Población de bacterias filamentosas

Agrupaciones coco-bacilares. In vivo. 1000x. Contraste de fases. (AD-B). (1/7/11).

Agrupaciones coco-bacilares. In vivo. 1000x. Contraste de fases. (AD-B). (1/9/11).

Agrupaciones coco-bacilares

Evaluación del Tiempo de Residencia Hidráulico (TRH). Uno de los puntos de mayor interés, ha consistido en la, evaluación del Tiempo de Residencia Hidráulico

(TRH), ya que se ha comprobado, que es uno de los aspectos que condicionan enormemente que la decantación del fango no sea la adecuada en todos los reactores.

El TRH, debe ser suficiente para permitir un tiempo de contacto adecuado entre el material orgánico disuelto y los microorganismos. Los sistemas convencionales de aguas urbanas presentan un TRH entre 6 y 10 horas. Sin embargo, si se excede en este tiempo, esto puede desencadenar en determinados problemas.

Nada mas iniciado el seguimiento, se comprobó que el TRH en ambas Líneas era muy elevado. Su cálculo se realiza de la siguiente manera:

Para la Línea de Efluentes 1:TRH (AD-A) = Volumen (1500 m3)/Caudal (m3/h)TRH (AD-B) = Volumen (1500 m3)/Caudal (m3/h)TRH (AD-C) = Volumen (1400 m3)/Caudal (m3/h)

Para la Línea de Efluentes 2:TRH (AD-A´) = Volumen (1100 m3)/Caudal (m3/h)TRH (AD-B´) = Volumen (1080 m3)/Caudal (m3/h)

Valores medios del TRH durante el mes de Julio

Valores totales de ambas Líneas, entre 7 y 8 días muy elevados.

Posibilidad de reducir el TRH por dos razones:

Escasa capacidad de decantación del fango, como consecuencia de una elevada proliferación de bacterias filamentosas y una presencia de agrupaciones coco-bacilares también alta.

Por otra parte, el ahorro energético que puede suponer la reducción del TRH.

Aprovechando la época estival, se planteó la posibilidad de reducir el TRH en la Línea de Efluentes 2. En Agosto se vació el reactor AD-A´ de la Línea 2, funcionado a partir de esa fecha únicamente con el reactor AD-B´. El nuevo cálculo del TRH medio en las dos Líneas de Efluentes queda así:

Valores medios del TRH desde el vaciado del reactor AD-8554A.

Los nuevos valores, muestran una reducción del TRH en ambas Líneas.

En la Línea 1 la reducción del TRH se debe al incremento del caudal influente tratado en la planta. Al tratarse mayor caudal, el tiempo que permanece el influente en la planta es menor. Sin embargo, este valor no deja de ser elevado.

En la Línea 2, las medidas operacionales llevadas a cabo (vaciado del reactor AD-A´y aumento del caudal en el reactor AD-B´), han condicionado que el TRH descienda considerablemente de 7.5 a 2.5 días.

A partir de finales del mes de Octubre, como consecuencia de la llegada de las lluvias, se puso de nuevo en marcha el reactor AD-A´, obteniéndose nuevos valores medios del TRH.

Valores medios del TRH desde el llenado del reactor AD-8554A.

Los valores del TRH de ambas Líneas vuelven a aumentar, asemejándose a los valores registrados al principio del seguimiento en el mes de Julio, siendo incluso ligeramente superiores.

CONCLUSIONES GENERALES En el análisis Respirométrico, los principales estudios realizados han estado relacionados con la posible toxicidad de los

influentes que llegan a la PTBE. Se ha comprobado que el fango activo de los reactores, está bien adaptado para resistir y depurar las posibles corrientes tóxicas que llegan a la planta, ya que prácticamente no existen condiciones que inhiban su funcionamiento. También se ha analizado la capacidad de eliminación total de Nitrógeno, ante una posible remodelación de la planta con dicho objetivo. Se ha comprobado que resultaría bastante dificultoso dicho fin, como consecuencia de la elevada conductividad presente en el sistema debido a la corriente AD-4 que llega a la planta. Además, está comprobado que la elevada conductividad afecta negativamente tanto a la formación flocular, como a la microfauna asociada al fango activo.

Mediante la Bioindicación, se puso de manifiesto que el TRH presente en el sistema, era uno de los factores principales que condicionaban el funcionamiento de la planta, ya que era muy elevado. Debido a este TRH tan elevado, tanto la proliferación filamentosa, como la de las agrupaciones coco-bacilares, eran excesivas, desencadenado en un Bulking filamentoso y viscoso respectivamente. Esta situación condicionaba enormemente la decantación del fango.

Analizando esta situación, se tomó la decisión de parar el reactor AD-A´, de la Línea de Efluentes 2. Esta parada conllevaba a que el TRH, disminuyera considerablemente en esta Línea y sus efectos se observaron notoriamente a los 17 días de la parada. La decantación del fango mejoró notoriamente, alcanzándose unos valores no registrados hasta el momento. Esta mejoría en la decantabilidad del fango, era consecuencia del descenso tanto de la densidad filamentosa, como de las agrupaciones coco-bacilares.

Observando los resultados obtenidos, se detallan una serie de recomendaciones futuras que se han ido planteando a lo largo del proyecto:

Se ha observado que la disminución del TRH, ha resultado exitosa en la Línea de Efluentes 2. Esta misma prueba se podría realizar en la Línea de Efluenes 1, con la parada del reactor AD-C.

Otras de las recomendaciones, sería el estudio de alguna tecnología (por ejemplo, la ósmosis inversa o floculantes) para disminuir la conductividad de la corriente AD-4 que llega a la PTBE. Esta medida estaría condicionada principalmente si en un futuro se debiera adaptar la planta para la eliminación total del Nitrógeno.

Sería recomendable en casos extremos de escapes de sólidos, la dosificación de un floculante en la recirculación de los decantadores a los reactores biológicos para mejorar la decantabilidad del fango. Sería necesario controlar la justa dosificación, ya que un exceso de floculante, puede retardar el metabolismo de los protistas presentes en el fango activo, llegando incluso a desaparecer.