XIV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS – CHILE Santiago, Octubre de 2001

RESPIROMETRIA: UNA HERRAMIENTA NECESARIA PARA EL OPERADOR DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS Jorge Arrueste Hasson, Ing. Ambiental Senior, M.Sc. AMEC International (Chile) S.A. Alcántara 44, Piso 8o , Santiago, Chile e-mail: [email protected]

RESUMEN Los datos de consumo de oxígeno obtenidos como resultado de las distintas experiencias de respirometría desarrolladas durante la operación de plantas de tratamiento de lodos activados, representan una herramienta de mayor importancia para el seguimiento, control y optimización operacional.

El trabajo describe en forma teórica y práctica los distintos tipos de respiración de los microorganismos asociados a los procesos de remoción de materia orgánica, nitrificación, desnitrificación, y respiración endógena.

Se describe un

respirómetro de operación manual, y técnicas de respirometría recomendadas para su ejecución en los laboratorios de terreno de las plantas de tratamiento de lodos activados, de acuerdo a una rutina de medición a definir por el operador, junto a las otras pruebas habituales de seguimiento y control operacional. Asimismo, se describe un respirómetro de operación automática, y se destaca su especial aplicación en plantas de lodos activados que presentan zonas aeróbicas y anóxicas en forma simultánea, dirigido a la optimización de los consumos de energía de aireación, y de los procesos de nitrificación y desnitrificación.

Se presentan resultados de experiencias respirométricas desarrolladas por el autor en el pasado, durante la operación de dos plantas piloto de lodos activados a escala técnica en Israel, donde fueron obtenidos los parámetros de diseño y operacionales de la Planta de Tratamiento Soreq de Tel-Aviv, y su sistema de control automático de la aireación. Las experiencias respirométricas continúan siendo realizadas rutinariamente en la planta Soreq.

Lodos Activados; Respiración; Respirómetro; Nitrificación; Desnitrificación; Aireación; Control Operacional.

XIV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS – CHILE Santiago, Octubre de 2001

RESPIROMETRIA: UNA HERRAMIENTA NECESARIA PARA EL OPERADOR DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS Jorge Arrueste Hasson, Ing. Ambiental Senior, M.Sc. AMEC International (Chile) S.A. Alcántara 44, Piso 8o , Santiago, Chile e-mail: [email protected]

INTRODUCCION

En procesos de tratamiento de lodos activados, cuando el proceso de nitrificación no es requerido, el oxígeno será demandado por aquellos microorganismos heterotróficos aeróbicos responsables de la remoción de materia orgánica, generando una demanda de oxígeno específica. Para el caso de Nitrificación, los autótrofos aeróbicos generarán una demanda adicional de oxígeno, requerido para la oxidación del amoníaco. Cuando es requerida la Desnitrificación, oxígeno será ganado debido a la reducción biológica de los nitratos, a través de la actividad de los heterótrofos facultativos,

El ingeniero de procesos tiene la importante responsabilidad de determinar cuanto oxígeno será requerido por los microorganismos, con el objetivo de diseñar un sistema de aireación apropiado, y posteriormente, controlarlo y operarlo económicamente. Si los microorganismo s son privados de un suministro adecuado de oxígeno, ocurrirá una falla del proceso, generando un deterioro en la calidad del efluente y lodos, y limitando la capacidad de tratamiento de la planta.

La tasas de respiración de los microorganismos (OUR) son factores básicos a considerar en el diseño y operación de plantas de lodos activados. La demanda de oxígeno es medida a través de la Respirometría, pudiendo sus resultados ser relacionados con otros parámetros operacionales de la planta. Varios tipos de respirómetros han sido desarrollados en distintas partes del mundo a través de años de investigación.

En el marco de una investigación comprensiva desarrollada por el autor en Israel en dos plantas piloto de lodos activados a escala técnica, se desarrollaron mediciones respirométricas a través de eficientes respirómetros de tipo manual (batch) y automático (continuo), cuyos resultados fueron utilizados en el diseño del sistema de aireación y control de la planta de tratamiento Soreq de la Región Dan de Israel, lográndose importantes beneficios operacionales y económicos (1, 2, 3).

La determinación de los consumos de oxígeno representan información fundamental en la etapa de diseño de plantas de tratamiento de aguas servidas por lodos activados. Durante la etapa operacional, la medición de las OUR debería ser incorporada como parte integral de las experiencias de seguimiento y control desarrolladas habitualmente por los operadores en su laboratorio de terreno. Estas representan información muy valiosa

en la obtención de: la demanda

de oxígeno; estado operacional y control de sistemas de aireación; actividad de los microorganismos; calidad de la biomasa; grado de estabilización del exceso de lodo; sobrecargas al sistema; presencia de elementos tóxicos en las aguas servidas y/o RILES de alimentación, entre otros.

RESPIRACIÓN Y DEMANDA DE OXIGENO

El proceso de lodos activados es básicamente una reacción bioquímica, donde el suministro de oxígeno es uno de sus factores primarios, junto al factor F/M (relación alimento/microorganismos), y la temperatura. Las ecuaciones utilizadas para calcular los requerimientos de oxígeno han sido desarrolladas por distintos investigadores, en estudios donde han sido operadas plantas piloto en diferentes condiciones operacionales. La demanda de oxígeno de la biomasa ha sido medida a través del uso de Respirómetros, siendo sus resultados correlacionados con otros parámetros operacionales, tales como: F/M; MLSS; MLVSS; edad de lodos, temperatura, entre otros.

El oxígeno demandado por los heterótrofos durante la utilización de la energía asociada a la materia orgánica es requerido para la Síntesis de microorganismos, y Respiración Endógena. El nitrógeno orgánico contenido en las aguas residuales es transformado a amoníaco (NH3 ), y la actividad de los microorganismos autótrofos sobre el NH3 impone una significativa demanda de oxígeno denominada Respiración por Nitrificación. Esta respiración debe ser considerada cuando se calcula los requerimientos totales de oxígeno. Cuando el proceso de Desnitrificación ha sido considerado en el diseño de la planta, la demanda de oxígeno debería ser menor debido al O2 ganado por la reducción de nitratos (NO3 ) a nitrógeno gas (N2 ). La determinación de las diferentes respiraciones de oxígeno es fundamental para lograr un diseño y operación seguros de la planta de tratamiento.

Remoción de Materia Orgánica y Respiración La demanda de oxígeno representa la medida de la energía que puede ser liberada por el metabolismo bacterial. Durante la oxidación de materia orgánica, la molécula es dividida liberando CO2 , H+, y energía. El CO2 escapa como gas, pero el ión de hidrógeno permanece, y debe ser removido uniéndolo a un receptor. En condiciones aeróbicas, el receptor del H+ es el oxígeno (O2 ), para producir agua (H2 O). Este proceso libera energía, la cual es proporcional al oxígeno utilizado. En el proceso de remoción de materia orgánica, adicionalmente al oxígeno requerido para el Proceso de Síntesis Bacterial, una masa de oxígeno debe ser suministrada en forma proporcional a la masa volátil de sólidos que desaparece del sistema biológico.

Respiración por Síntesis: Cuando los microorganismos aeróbicos heterotróficos son puestos en contacto con la materia orgánica biodegradable en un medio físico-químico adecuado, parte de la materia orgánica es oxidada para formar H2 O y

CO2 , y la energía liberada como calor es usada para sintetizar la materia orgánica remanente. Esta fracción de energía perdida como calor es directamente proporcional al oxígeno utilizado, denominado Respiración por Síntesis. La reacción química cualitativa relacionada con la estabilización de materia orgánica puede ser expresada como sigue: Materia Orgánica + Materia Orgánica No-Biodegradable + O2 + Nutrientes + Microorganismos ? ?

?

Nuevos Microorganismos + CO2 + H2 O + Materia No-Biodegradable Adicional

Respiración Endógena: Cuando la materia orgánica ha sido removida de las aguas residuales, los microorganismos oxidan su propio material celular. Hay una pérdida de masa viva para proveer energía para el mantenimiento de la célula, denominado Respiración Endógena. La oxidación de material celular representado por C7 H11 NO3 sería la siguiente: C7 H11 NO3 + 7.5 O2 ? 7CO2 + 4 H2 O + NH3 Nitrificación y Respiración La nitrificación se define como la oxidación biológica del nitrógeno presente en las aguas servidas - originalmente presente como amoníaco (NH3 ), o como ligados a compuestos orgánicos - en nitritos( NO2 -N) y nitratos( NO3 -N). Este proceso biológico ocurre en un ambiente aeróbico, requiriendo la presencia de oxígeno atmosférico disuelto.

Los microorganismos autotróficos aeróbicos, conocidos como nitrificadores, son los responsables de oxidar el nitrógeno en una reacción de dos etapas - primero el amoníaco es convertido a nitritos por acción de las bacterias del grupo Nitrosomonas, y a continuación, los nitritos son convertidos a Nitratos por acción de las bacterias del grupo Nitrobacter. Las siguientes reacciones representan los dos pasos señalados: 2 NH4 + + 3O2 ? 2 NO2 - + 2 H2 O + 4H+ 2 NO2 - + O2

? 2 NO3 - ; Al sumar ambas ecuaciones tenemos lo siguiente:

2 NH4 - + 4 O2 ? .2 NO3 - + 2 H2 O + 4 H+

De esta ecuación, se desprende que 4 moles de O2 son requeridos para oxidar 2 moles de NH4 a 2 moles de NO3 -, por lo cual, los requerimientos de oxígeno para el proceso de Nitrificación son: 1 mol de NH4 +- N requiere 2 moles de O2 , por lo cual: 14 mg NH4 + - N requiere 64 mg de O2

;

1 mg NH4 + - N requiere 4.6 mg O2

Los factores que influencian al proceso de Nitrificación son: temperatura, pH, substancias tóxicas, y la concentración de oxígeno. Las mediciones respirométricas permiten tener un seguimiento adecuado de los microorganismos involucrados, e indicar en forma temprana problemas potenciales en el proceso

Desnitrificación y Respiración La desnitrificación se define como la reducción biológica respiratoria de nitratos y nitritos a nitrógeno gas (N2 ). Este proceso ocurre en ausencia de oxígeno disuelto (ambiente anóxico), así forzando a las bacterias heterotróficas facultativas a utilizar el oxígeno ligado al radical NO3 .

Los microorganismos heterotróficos facultativos son los responsables de proveer la Desnitrificación a través de la respiración de los nitratos, donde un medio de energía orgánica actúa como el donante del electrón y el nitrato actúa como el receptor de éste. La siguiente reacción presenta el proceso de desnitrificación. NO3 - + 6H+ + 5e- ?

1/2 N2 + 3 H2 O

;

NO2 - +4H+ + 3e- ?

1/2 N2 + 2 H2 O

Los requerimientos para la desnitrificación son: Nitrificación, sustrato como medio de energía, y ambiente anóxico. La oxidación de los componentes orgánicos proveen la energía requerida para los heterotróficos facultativos para desnitrificación y síntesis. Los heterotróficos facultativos obtienen sus requerimientos de energía de la energía liberada en la transferencia de electrones del componente orgánico (donante del electrón) al O2 , NO3 , NO2 (receptores finales potenciales del electrón). Si el O2 , NO3 , y NO2 se encuentran todos disponibles, la elección del receptor final del electrón será siempre aquel que genere la mayor cantidad de energía por unidad de materia orgánica oxidada. La energía liberada por cada electrón transferido es levemente mayor cuando el O2 actúa como el receptor final del electrón, en reemplazo del NO3 . Así, los electrones son preferentemente t ransferidos al oxígeno en vez del nitrato. La presencia de O2 disuelto inhibe el proceso de desnitrificación. La demanda de O2 equivalente por la reducción del NO3 sería: O2 + 4H+ + 4e - = 2 H2O ; ¼ O2 + H+ + e - = ½ H2 O

La transferencia de 1 electrón es equivalente a la reducción de ¼ mol (8g) O2 . Por lo cual, la transferencia de

1 electrón

equivalente implica una energía liberada del compuesto orgánico de 8gr O2 , o la remoción de 8 gr DQO desde el compuesto orgánico. La representación del NO3 actuando como el receptor final del electrón es la siguiente: NO3 - + 6H+ + 5e - = ½ N2 + 2H2 O; En términos de concentraciones molares: 1/5 (NO3 -) + 6/5 (H+) + e-q = 1/10 (N2 ) + 3/5 (H2 O)

Así, la transferencia de 1 eq- es equivalente a la reducción de 1/5 mol (64/5 g) NO3 : si NO3 es medido en términos de NO3 -N, entonces 1eq- es equivalente a la reducción de (64/5) (14/64) g NO3 , lo que implica 2.8 g NO3 -N. 2.8 gr NO3 -N = 8 gr O2

;

1 gr NO3 -N = 8 / 2.8 = 2.86 gr O2 = 2.9 gr O2 (aprox.)

MEDICIONES RESPIROMETRICAS Respirómetro Manual Las mediciones respirométricas representan una herramienta necesaria para el operador de plantas de tratamiento por lodos activados como parte de su rutina de trabajo. Para ello, el laboratorio de terreno debería ser dotado de un respirómetro manual de tipo batch.

A continuación se presenta un respirómetro recomendado a instalar en cada planta de tratamiento, en base a un diseño probado por el autor, experimentado durante años en la operación de plantas piloto y full scale de Tel-Aviv, Israel (1). Fig No. 1 muestra un esquema del aparato recomendado para efectuar las mediciones de las respiraciones. Tabla 1 resume las componentes e instrumental requerido para implementar el equipo de medición.

TABLA 1: Componentes del Respirómetro Batch Componentes

Notas

Medidor Portátil de Oxígeno Disuelto (OD)

Precisión mínima 0.1%

Sensor de OD

Tipo Membrana Permeable

Registrador de Hoja

Velocidad Variable

Agitador Magnético con Barra

Con/Sin Calefactor

o

Termómetro para C

Especial para Terreno

Vaso de Reacción

Plástico Transparente de 300 ml, aprox.

Tapa de Vaso de Reacción, con orificios para Hermética, de peso adecuado Sensor DO, y Jeringa (o Termómetro) Jeringas para Inyección de Lodo, u otros De 5 ml y 20 ml Frasco Erlenmeyer de 500 ml, con Tapa

Plástico o vidrio

Vasija Plástica

Para recibir derrames de Vaso de Reacción

Calibración de los Instrumentos Previamente al inicio de cada grupo de mediciones diarias, se debe proceder a calibrar el medidor de OD, y el registrador en forma conjunta. Se recomienda calibrar en agua el medidor de OD. No es suficiente una calibración atmosférica. La calibración del medidor de OD y registrador debe ser realizada para 0.0 mg/l, y para la concentración de saturación, de acuerdo a la temperatura del líquido. El procedimiento debe ser el siguiente: ?

Introducir agua saturada en O2 al vaso de reacción. Medir temperatura del agua, y obtener concentración de saturación de acuerdo a tabla. Calibrar para concentración de saturación.

?

Reducir OD a 0.0 mg/l agregando al agua cloruro de cobalto (CoCl2 ), y Sulfito de Sodio (NaSO3 ). NaSO3 absorberá el OD, y CoCl2 actuará como catalizador de la reacción. NaSO3 debe ser agregado en una cantidad en una cantidad suficiente para reducir el OD a cero (considerar 76.9 mgNaSO3 /mg O2 ). Cuando el OD llegue a cero, proceder a calibrar a esta concentración.

Técnicas de Medición de la Respiración (OUR) Posteriormente a la calibración de los instrumentos, es posible iniciar las mediciones de OUR, de acuerdo al programa del operador. A continuación se resumen los pasos básicos que se requieren para efectuar las mediciones: ?

Airear manualmente la muestra de lodos por agitación en frasco erlenmeyer parcialmente lleno.

?

Verter 300 ml de lodos aireados manualmente en vaso de reacción. Vaso de reacción debe incluir en su interior la barra magnética

?

Cerrar la tapa, y excesos son derramados en vasija

?

Operar agitador magnético

?

Instalar sensor de OD y termómetro en su lugar.

?

Iniciar operación del registrador a velocidad preestablecida

?

Medir temperatura del lodo, y extraer el termómetro

?

Inyectar lodo, o aguas residuales, u otro producto, de acuerdo a la experiencia de OUR requerida

?

Registrar en el papel la reducción del OD debido a la respiración de los microorganismos

?

Calcular la pendiente de la reducción de OD en un intervalo de tiempo.

Mediciones de OUR Se recomienda considerar la medición de las siguientes OUR, de importancia operacional en plantas de tratamiento de lodos activados: ?

Medición OUR Total Básica

Medición efectuada de acuerdo a lo detallado en ítem anterior, sin inyección. Corresponde a la medición instantánea del OUR para el punto de muestreo del lodo. Esta medición permitirá al operador determinar las variaciones de OUR al interior de la planta, identificar corta circuitos hidráulicos que pudiesen generar requerimientos de oxígeno no balanceados respecto al suministro de aire que pudiesen impactar las concentraciones OD, diferencias entre reactores, problemas de

mezcla, grado de estabilización de lodos, además de representar una herramienta de apoyo en el control de la aireación, entre otros. Ver Figura No. 2-1. ?

Medición OUR Total Efectiva

Medición efectuada de acuerdo a lo detallado en ítem anterior con lodos del reactor, y con inyección de mezcla de aguas servidas y retorno de lodos (caso plantas de aireación extendida), o sólo aguas servidas (caso plantas de reactores secuenciales SBR), de acuerdo a una tasa de inyección equivalente a la alimentación efectiva al reactor biológico. Se recomienda inyección cada 30 segundos. Corresponde a la simulación dinámica del reactor respecto a la demanda de oxígeno. Ver Figura No. 2-1. Esta medición permitirá al operador identificar variaciones en la demanda horaria de oxígeno, demandas promedio en días de semana y fines de semana, calcular y programar sus requerimientos de aireación en función de la demanda, ser una herramienta de apoyo en el control de la aireación, entre otros. ?

Medición de OUR Carbonácea y OUR Nitrificación

Medición efectuada de acuerdo a lo detallado en ítem anterior con lodos del reactor, y con inyección de una solución inhibidora de la nitrificación. Para ello, lo recomendable es utilizar Aliltiurea (ATU) de acuerdo a una carga que genere un shock inhibidor de las bacterias nitrificadoras. De acuerdo a la experiencia del autor, se recomienda utilizar 7.0 mg ATU / litro licor de mezcla para asegurar una total inhibición. Para obtener los resultados de OUR requeridos, se recomienda considerar lo siguiente: OUR Total Efectiva = OURC + OUR Nitrif

;

OUR Nitrif = OUR T Efectiva - OURC

Esta medición permitirá al operador estimar las demandas de oxígeno efectivas por concepto de materia orgánica y nitrificación. ?

Medición de MAX OURC

Medición efectuada de acuerdo a lo detallado para OUR Básica, con una inyección de ATU, seguida de otra de aguas servidas. Respecto a la inyección de aguas servidas, de acuerdo a la experiencia del autor, se recomienda utilizar 20 ml para asegurar una respiración máxima. Ver Figura No. 2.2.

Esta medición permitirá al operador identificar variaciones en la demanda máxima de OURC que pudiesen deberse a efectos de productos tóxicos inhibidores que eventualmente pudiesen ingresar a la planta. Variaciones en la respiración podrían deberse, además, a una variación indeseada de la concentración del licor de mezcla.

La tasa específica (mgO2 /hr. MLSS, mgO2 /hr. MLVSS) permitirá también obtener información del grado de actividad de la biomasa. Para ello, será requerido determinar en forma paralela, la concentración del licor de mezcla (MLSS; MLVSS) de la muestra.

?

Medición de MAX OURNitrif

Medición efectuada de acuerdo a lo detallado para OUR Básica, con una inyección de NH4 Cl, de modo de disponer de una concentración mínima de 5 mg/l de NH4-N a1 interior del vaso de reacción, asegurando con ello una respiración máxima de los bacterias nitrificadoras, e inyectar posteriormente una solución de ATU. La diferencias entre ambas pendientes representará la MAX OURNitrif. Figura No. 2-3 muestra los resultados de una medición realizada.

Esta medición es de mayor importancia en plantas de tratamiento de aguas servidas municipales e industriales (RILES). Los datos obtenidos permitirán al operador identificar en forma temprana, antes de que se manifieste en la calidad del efluente, la presencia potencial de componentes tóxicos inhibidores en la alimentación a la planta. Las bacterias nitrificantes autotróficas son las de mayor sensibilidad a variaciones en su entorno, siendo inhibidas (o muertas) aún a bajas concentraciones de elementos tóxicos, lo que no sucede con las bacterias heterotróficas. Figura No. 2-4 muestra una reducción tipo de la OUR Nitrif, indicando en forma temprana la pérdida de bacterias nitrificadoras del sistema.

En el caso de tratamiento de RILES, el uso de esta respiración para determinar efectos tóxicos es de mucha importancia, ya que permitiría además identificar pasos que posibiliten evaluar la adaptación de los microorganismos al sustrato industrial, y/o identificar la concentración máxima de sustrato posible de alimentar sin crear una inhibición indeseada, otorgando posibilidades de dilución del RIL antes de su alimentación a la planta.

?

Medición de OUR Endógena

Medición efectuada de acuerdo a lo detallado para OUR Básica con lodos del digestor aeróbico, o después de la aireación continua por un mínimo de 10 días de la muestra de licor de mezcla del reactor, o retorno de lodos. Esta medición permitirá al operador hacer un seguimiento de su calidad de lodos respecto al grado de estabilización con el objetivo de cumplir la normativa, prevenir olores, optimizar el desaguado de lodos, optimizar tiempos de retención y aireación al interior del digestor, entre otros.

El Anteproyecto de Reglamento de la CONAMA para el Manejo de Lodos no Peligrosos Generados en Plantas de Tratamiento de Aguas incluye en su Párrafo 3, Artículo 23, incluye un criterio basado en la Tasa Máxima Específica aceptable de O2 para Lodos de Digestión Aeróbica a una temperatura de 20o C (< 1.5 mgO2 /hr. MLSS). Será requerido determinar en forma paralela, la concentración del licor de mezcla (MLSS) de la muestra.

Respirómetro Continuo La literatura técnica muestra diferentes tipos de respirómetros continuos. El autor experimentó con diversos tipos de instrumentos desarrollados en plantas piloto, con el propósito de implementar a escala industrial un respirómetro que sea confiable para la medición continua de la OUR, y el control de los múltiples aireadores superficiales (Mammoth Rotors) instalados en los reactores biológicos de la planta de tratamiento de aguas servidas Soreq de Tel-Aviv (1.3 millones de habitantes).

La necesidad de control de los aireadores a través de respirometría automática fue necesaria debido al proceso de nitrificación-desnitrificación de lodos activados, con zonas aeróbicas y anóxicas en forma simultánea, imposibilitando un eficiente control convencional a través de mediciones directas de OD en los reactores.

Principio de Operación La concentración de OD y la OUR están inversamente relacionados matemáticamente. La concentración de OD (Cx; mgO2 /l) ), la cual debe ser medida y recordada continuamente, depende de los siguientes factores: ?

La respiración de los microorganismos (OUR; mgO2 /l ), propósito específico del instrumento

?

Capacidad de oxigenación del sistema de aireación instalado en el respirómetro (OC; mgO2 /l hr)

? ? ? ?

Concentración de saturación del OD (Cs; mgO2 /l ) La concentración de OD del licor de mezcla que ingresa al respirómetro (Cxo, mgO2 /l ) El volumen del respirómetro (V; litros) El flujo de licor de mezcla que es alimentado al respirómetro (Q, l/hr)

La OUR se obtiene matemáticamente del siguiente balance de oxígeno:

Q . Cxo + OC (Cs – Cx)/Cs . V = OUR . V + Q . Cx OUR = Q/V (Cxo – Cx) + OC (Cs -Cx)/Cs

;

al reemplazar: OC = KLA . Cs

OUR = KLA (Cs-Cx) + Q/V (Cxo – Cx)

Si se alimenta el respirómetro con licor de mezcla de una zona anóxica, con OD igual a 0.0 mgO2 /l, se tendría la siguiente relación matemática: OUR = KLA (Cs-Cx) - Q/V Cx)

Tabla No. 2 resume las componentes básicas e instrumental requerido para implementar el equipo de medición de OUR automático:

TABLA 2: Componentes del Respirómetr o Continuo Componentes Monitor y sensor de OD de respirómetro

Notas Precisión mínima 0.1%.

Monitor y sensor de OD de licor de mezcla de No requerido si OD es zero en punto bombeo ML alimentación a respirómetro

en reactor planta. Precisión mínima 0.1%.

Registrador de Hoja

Velocidad Variable

o

Termómetro para C

Especial para Terreno

Reactor del respirómetro

Volumen a definir.

Bomba alimentación licor de mezcla con variador

Centrífuga , Desplazamiento Positivo.

Medidor de Flujo Magnético

Para rango de caudales requerido

Figura No. 3-1 muestra un respirómetro en forma esquemática. El coeficiente de transferencia de O2 (KLA; hr -1 ) debe ser determinado específicamente para el sistema de aireación del respirómetro. Se debe asegurar que, para una OUR máxima potencial, el OD en el respirómetro no sea menor a 0.7-1.0 mgO2 /l.

Resultados Operacionales La concentración de OD (Cx; mg O2 /l) ), medida continuamente, permitirá calcular la OUR en cada momento. Una reducción en la concentración de OD implica un aumento en la demanda de oxígeno en la planta, y viceversa. Figura No. 32 muestra los resultados operacionales tipo de un día de semana del respirómetro de 50 litros utilizado en las plantas piloto de Tel-Aviv. Dado sus exitosos resultados, se implementó en la planta de Tel-Aviv un respirómetro full scale de 18 m3, dotado de aireación mecánica, lo que ha permitido controlar automáticamente los aireadores lográndose importantes ahorros en la energía de aireación.

CONCLUSIONES

1.

La determinación de los requerimientos de oxígeno y su control son variables de mayor importancia en diseño de una planta de tratamiento por lodos activados. Si los microorganismos son privados de un suministro adecuado de oxígeno, ocurrirá una falla del proceso, generando un deterioro de las calidades del efluente y lodos. Una menor disponibilidad de oxígeno implicará una menor capacidad de tratamiento.

2.

La consideración del proceso de desnitrificación permitirá recuperar parte importante del oxígeno invertido en el proceso de nitrificación.

3.

La respirometría representa una herramienta importante a considerar en las actividades de seguimiento y control operacional de las plantas de lodos activados. Los operadores deberían ser entrenados en su implementación e interpretación.

4.

La desarrollo rutinario de mediciones respiro métricas en los laboratorios de terreno de las plantas de lodos activados es recomendada, junto a las otras experiencias de seguimiento y control operacional, ya que posibilita la obtención de información valiosa a utilizar por el operador para optimizar la eficiencia operacional de la planta, y/o control de la aireación, y/o identificación de problemas operacionales.

5.

El respirómetro manual es de fácil y económica implementación, pudiendo ser integrado a la responsabilidad del operador. El equipo de medición debe incluir instrumental de alta confiabilidad, el cual debe ser calibrado previamente al desarrollo de las experiencias para asegurar la calidad de sus resultados.

6.

Todas las experiencias de respirometría otorgan importante información. La respiración máxima de las bacterias nitrificadoras aportan datos valiosos para identificar en forma temprana problemas potenciales debido a la presencia de elementos tóxicos en las aguas residuales y/o operación con una edad de lodos muy baja. La respiración máxima de las bacterias heterótrofas aporta también importante información en esa materia.

7.

La respiración básica desarrollada en el exceso de lodos y/o digeridos permitirá evaluar su grado de estabilización. Su comparación con resultados de experiencias dirigidas a obtener la respiración endógena aportará datos importantes respecto a su estabilidad.

8.

La implementación de un respirómetro continuo es importante en plantas que presentan zonas aeróbicas y anóxicas simultáneas debido a procesos de nitrificación-desnitrificación. Su operación permitirá controlar eficientemente la energía de aireación, y optimizar los procesos de tratamiento. La alimentación al respirómetro debería ser preferentemente de una zona anóxica.

REFERENCIAS

1.

Arrueste, J., “Oxygen Respiration Rates Measurements in the Activated Sludge System”. Investigación desarrollada como requerimiento para la obtención del grado de Master of

Science en Ingeniería Ambiental en el Instituto

Tecnológico de Israel (Technion), Israel, 1982.

2.

Arrueste, J., Farchill, D., Goldstein, M., and Gruber, Y., “Operation of the Soreq Wastewater Treatment Plant with a Single Stage Nitrification-Denitrification Activated Sludge System”. Wat. Sci. Tech. Vol. 21, Brighton, pp. 1359-1372, 1989.

3.

Arrueste, J., “Nitrificación-Desnitrificación Simultánea en un Reactor de Lodos Activados de Operación Continua”. Artículo técnico presentado en el XXIV Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental desarrollado en Buenos Aires-Argentina durante el 30/10-4/11 de 1994.