Es el V30, sin duda alguna el ensayo

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1 Resumen Desde que en 1934 Mohlman describió el SVI como una medida cuantitativa de la decantabilidad de un fango, éste ha sido el método más utilizado hasta nuestros días. En el presente trabajo se comparan tres índices volumétricos, SVI, DSVI y el SSVI, mediante ensayos en siete reactores de EDARs durante ocho meses. El análisis de la bibliografía y los resultados desaconsejan la utilización del tradicional SVI o IVF por diversas razones y recomiendan la utilización de índices más modernos como el DSVI o el SSVI. Palabras clave: Índice volumétrico de fangos, decantabilidad del fango activo, IVF, DSVI, SSVI, V30. Valoración de los tres índices de sedimentación del fango más utilizados Por: José Rafael Jordá, Aída Velasco, Pedro Polo Cañas Infilco Española, S.A. Avda. de Burgos Madrid Tel.: Fax: Abstract An assessment of the three most commonly used sludge sedimentation indices Since Mohlman described, in 1934, the SVI as a quantitative measure of sludge settleability, it has been the most commonly used method until today. This study compares three different volumetric indices, SVI, DSVI and SSVI, through experiments in seven reactors from WWTP during eight months. The analysis of the bibliography and the results advise against the use of the traditional SVI for several reasons and recommend the utilization of more modern indices as DSVI or SSVI. Keywords: Sludge volumetric index, active sludge settleability, SVI, DSVI, SSVI, V30. Es el V30, sin duda alguna el ensayo por excelencia en los reactores de las estaciones depuradoras de aguas residuales. Su sencillez y bajo costo y la gran cantidad de información que puede llegar a arrojar lo hacen indiscutible en los planes analíticos de cualquier EDAR. A pesar de esto, a finales de los años 60 y principios de los 70 se comenzó a poner en duda la fiabilidad de la información de este ensayo, proponiéndose unas pequeñas modificaciones que mejoran los resultados del mismo, haciéndolos más representativos de la realidad. En el presente trabajo se describen, analizan y comparan los tres índices volumétricos de la decantabilidad del fango (SSP sludge settleability parameters), llegándose a unas claras conclusiones. 2. Definición y descripción de los índices volumétricos de fango (SSP) 2.1. SVI El índice volumétrico del fango (SVI o IVF) (Mohlman 1934) es el test más comúnmente utilizado para la medida de la decantabilidad del fango activo (Standard Methods 1985 nº 213C). Se define como el volumen (en ml) ocupado por un gramo de fango sedimentado en un cilindro de un litro sin agitación después de 30 minutos de decantación. SVI=V 30 /X, (ml/g) X = concentración del fango (g MLSS/l) V 30 =Volumen que ocupa un litro de fango después de 30 minutos de decantación (ml/l) Ya en 1969 Dick y Vesilind señalan importantes deficiencias del SVI, como su dependencia del diámetro y la profundidad del cilindro y su sensibilidad a pequeños movimientos, pero la más importante es sin duda su dependencia de la concentración del fango. Como podemos apreciar en la Figura 1, se dan casos en los que en un mismo reactor y para un mismo fan-

2 ensayo del SVI para que diera una información más útil. Stobbe propuso realizar el ensayo de SVI con fango diluído y lo llamó SVI diluído (DSVI). White propuso la agitación (1-2 rpm) del fango durante la sedimentación y descubrió que esta lenta agitación disminuía el efecto pared, de tal modo que se crean condiciones que simulan con mayor fidelidad el manto de lodos en los tanques de decantación. Él llamó a este ensayo Índice Volumétrico de Fangos Agitado (SSVI). Figura 1. Representación del IVF en tres reactores distintos DSVI El DSVI se define como el volumen (ml) ocupado por 1 gramo de fango después de 30 minutos de sedimentación en una probeta de un litro en reposo, con la condición de que: 150 < V 30 dil < 250 ml/l, DSVI=V 30 dil/x dil, (ml/g) Figura 2. DSVI en dos reactores con episodios filamentosos. go (T) el SVI varía notablemente con la concentración de sólidos: a bajas concentraciones de fango, el SVI se encuentra entre valores de 100 a 150 ml/g hasta alcanzar concentraciones de mg/l, sube súbitamente entre y mg/l y vuelve a bajar entre y Esta disminución, como exponen Ekama et al. (1997), no sucede a causa de una relativa mejora en la sedimentabilidad, sino que surge del método de cálculo del valor del SVI. Por ejemplo, a una concentración de fango de 8 g/l, incluso no habiendo sedimentación en la probeta (V 30 = 1000ml) el resultado es 125 ml/g, lo cual supone una buena decantabilidad del fango; similarmente, a 10 g/l el SVI es 100 ml/g sin sedimentación. Para fangos con buena decantabilidad (bajos SVI), la concentración por encima de la cual el SVI comienza a estar fuertemente influenciado por la concentración es relativamente alta (sobre 6 g/l), mientras que para fangos de mala decantabilidad (altos SVI) la concentración crítica puede estar por debajo de 2 g/l (como puede verse en el caso del REACTOR T en la Figura 1). Dick y Vesilind (1969) llegaron a la concusión de que el valor del SVI en estudios y diseños es limitado y deberían ser utilizadas otras medidas. Stobbe (1964) y White (1975, 1976) modificaron el método del X dil = concentración del fango (g MLSS/l), después de las necesarias diluciones o concentraciones V 30 dil =Volumen que ocupa un litro de fango tras 30 minutos de decantación (ml/l), después de las necesarias diluciones o concentraciones del fango para cumplir la condición de 150 < V 30 dil< 250 ml/l, en una probeta en reposo Ekama et al. (1997) justifican la razón para elegir como límite superior del V 30 dil los 250 ml/l, y no es otra más que en todas las plantas analizadas el SVI es insensible a las concentraciones del fango, siempre y cuando el V 30 esté por debajo de 250 ml/l. Las diluciones deberían ser hechas con agua del efluente antes de la desinfección, para minimizar las posibilidades de que sustancias extrañas afecten al proceso de sedimentación. Los detalles del método del DSVI se encuentran en Lee et al. (1983), Jenkins et al. (1984, 1993) y 25

3 Figura 3. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor T. Figura 4. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor A. Figura 5. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor BA. Figura 6. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor BB. 26 Ekama y Marais (1984) y también en el Standard Method DEVS2 DIN 38409T2 en Alemania. Lee et al., tras analizar la respuesta de los diferentes índices de sedimentabilidad frente a la presencia de organismos filamentosos, descubrieron que el DSVI daba una mejor correlación y menor dispersión en relación a la presencia cuantitativa de estos organismos, concluyendo que un fango se encuentra en estado de bulking (punto donde el exceso de organismos filamentosos comienza a afectar a la sedimentabilidad del fango) cuando tiene un DSVI por encima de 150 ml/g. Esta conclusión es importante pues proporciona una aproximación, con un único test sencillo y rápido, para identificar un fango en estado de bulking. En el presente estudio dos de las plantas presentaban este tipo de problemas, Figura 2. Otra ventaja del DSVI es su insensibilidad a la concentración del fango, esto lo convierte en una base consistente para contrastar la decantabilidad de fangos de distintas plantas de fangos activados. Esta insensibilidad le ha permitido ser parte integrante de los procedimientos de diseño de decantadores como es el caso de la norma alemana ATV, donde aunque lo llaman SVI, hay que aclarar que se trata del índice diluido DSVI. En Alemania y Holanda viene siendo utilizado como el ensayo estándar de decantabilidad para el fango desde finales de los 60 y desde los 80 promovido en otros países como Estados Unidos (Lee et al. 1983) y Sudáfrica (Ekama y Marais 1984) SSVI El tercer método analizado es el SSVI, que se define como el volumen (ml) ocupado por 1 g de fango después de 30 de decantación suavemente agitada (1rpm) en una columna de decantación SSVI=V30agit/X, (ml/g) X = concentración del fango (g MLSS/l) V 30 agit = Volumen que ocupa un litro de fango después de 30 minutos de decantación (ml/l) siendo agitado por un mecanismo que gira a 1-2 rpm. Vesilind (1968), hablando del SVI, advierte en contra del uso de columnas de decantación que sean demasiado pequeñas, pues los efectos pared y formadores de puentes influyen significativamente en los resultados obtenidos. Estos efectos se incrementan con el aumento de la concentración en el fango. El efecto pared queda minimizado por el suave movimiento en el método agitado. Tanto en los trabajos de White (1976) como en los de Rachwal et al. (1982) y Pitman (1984), se obtienen resultados fiables del SSVI en un amplio rango de concentraciones de fango, hasta 10 g/l en fangos de buena decantabilidad y hasta 7 g/l en fangos de mala decantabilidad. 3. Metodología, resultados y análisis de los mismos Durante ocho meses se han recogido los resultados correspondien-

4 Figura 7. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor MA. Fotografía 1. tes a los ensayos de decantabilidad de siete reactores diferentes pertenecientes a cinco EDARs. Se realizaron simultáneamente en el tiempo y con el mismo fango los ensayos de V 30, V 30 dil, V 30 agit, para cada reactor. Se realizaron con probetas convencionales de 1 litro como muestra la Fotografía 1, y se determinaron los correspondientes índices volumétricos de fango. En las Figuras 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9, se representan los resultados obtenidos en cada uno de los reactores de los que se realizó el seguimiento. Hay que hacer notar que en los reactores denominados BA, BB, MA, y V, no hubo necesidad de realizar el ensayo diluído debido a la buena decantabilidad del fango durante el estudio, ya que el V30 en la mayoría de los casos dio valores por debajo de 250 ml/g. En estas mismas plantas y a causa de la buena característica de sedimentabilidad, podemos observar tanto en las Figuras 5, 6, 7 y 9 como en la Figura 10, donde se representan las desviaciones típicas de los ensayos, que las diferencias entre el V30 tradicional y el agitado son mínimas y cualquiera de los dos índices sería válido. El análisis de los resultados obtenidos de los reactores T y A, Figuras 3 y 4, evidencia el buen comportamiento del ensayo agitado (V 30 agit) frente a los otros dos en plantas con problemas de organismos filamentosos. Es sobre todo en el reactor T, Figura 3, donde el amplio rango de concentraciones durante el período de estudio, permite ver la gran influencia de la concentración en el SVI y a la vez la independencia del SSVI. El tercer reactor que permitió estudiar los tres métodos fue el identificado como MB. La característica de buena sedimentabilidad de este fango hace que los métodos diluido (DSVI) y agitado (SSVI) se comporten prácticamente igual; pero no ocurre lo mismo con el SVI tradicional, cuya dispersión de puntos es mucho mayor debido, principalmente, a las grandes concentraciones con las que tiene que trabajar este reactor. 4. Conclusiones A la vista de los resultados, el comportamiento del V 30 agit. es el que facilita el índice (SSVI) con menos desviaciones, siendo más fiel en todo momento a la característica de sedimentabilidad para cada tipo de fango. El valor en las plantas con episodios de organismos filamentosos se encuentra entorno a 100 ml/g y para el resto de las plantas muy por debajo del mismo. El DSVI, parámetro que viene siendo utilizado en manuales de diseño (norma ATV) y promoviéndose en los países con mayor cultura y tradición en el tratamiento del agua, hemos visto que se comporta igual- Figura 8. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor MB. Figura 9. Representación de los índices volumétricos de fango en el reactor V. 27

5 28 Figura 10. Representación de las desviaciones típicas de los índices en los diferentes reactores. mente con gran fiabilidad, siempre que se siga el procedimiento correcto para realizar el ensayo del V 30 dil. Como en el caso anterior, vemos que los dos reactores afectados por episodios filamentosos dan valores entorno a 200 ml/g, siempre por encima de los 150 ml/g que indica la bibliografía. Se ha podido comprobar que el tradicional V 30 (SVI) con fango esponjoso o a altas concentraciones se comporta de forma irregular, pudiendo dar informaciones falsas. Es cierto que en reactores con fangos de buena decantabilidad sigue siendo válido, pero para ello deberíamos poder elegir nuestro fango activo y si así fuera no necesitaríamos ningún índice de sedimentabilidad. En Ekama et al. (1997) encontramos un párrafo que recuerda que catorce años después de las críticas de Dick y Vesilind (1969) sobre el SVI, Lee et al. (1983) fueron más rotundos, estableciendo que estaría bien ahora que el SVI estándar, después de 45 años de uso, fuera sustituido por un índice más aplicable al diseño y operación del proceso de fangos activados. La adopción universal del SVI diluido (o SSVI según autores) como este índice, significaría un oportuno avance en el campo del control del tratamiento de aguas residuales. Han pasado 20 años desde los trabajos de Lee et al. (1983) que desaconsejaban el uso del SVI o IVF, y 34 desde los de Dick y Vesilind (1969), podemos seguir así, pero de qué sirve recoger tanta información que engaña en la operación y no sirve para el diseño? Han pasado 20 años desde los trabajos de Lee et al. (1983) que desaconsejaban el uso del SVI o IVF 5. Bibliografía [1] ATV (Abwassertechnische Vereinigung) (1991) Dimensioning of single stage activated sludge plants upwards from 5000 total inhabitants and population equivalents. ATV Rules and Standards, Wastewaterwaste, UDC : (083). [2] DICK, R.I. AND VESILIND, P.A. (1969) The sludge Volume Index What is it? J. Wat. Pollut. Control Fed. 41 (7), [3]DUPONT, R. AND DHAL, C. (1995) A one-dimensional model for a secondary settling tank including density current and shortcircuiting. Wat. Sci. Technol. 31 (2), [4] EKAMA, G.A., BARNARD, J.L., GÜNTHERT, F.W., KREBS, P., MCCORQUODALE, J.A., PAR- KER, D.S. AND WAHLBERG, E.J. (1997) Secondary Settling Tanks: Theory, Modeling, Design and Operation. IAWQ Scientific and Technical Report, nº 6, (3), [5] EKAMA, G.A. AND MARAIS, G.R. (1984) Two improved sludge settleability parameters. IMIESA 9 (6), [6] JENKINS,D., PALM, J.H. STORM, P.F. AND KOOPMAN, B.L. (1981) Discussion of paper The role of filamentous microorganisms in activated sludge settling Wat. Sci. Technol. 13 (4/5), [7] LEE, S.E., KOOPMAN, B.L., BO- DE, H AND JENKINS,D., (1983) Evaluation of alternative sludge settleability indices. Wat. Res. 17 (10) [8] PITMAN, A.R. (1984) Settling of nutrient removal activated sludges. Wat. Sci. Technol. 17, [9] RACHWAL, A.J. ET AL. (1982) The application of settleability tests for control of activated sludge plants. In Bulking of activated sludge preventative and remedial methods ed. B. Chambers and E.J. Tomlinson, pp Ellis Horwood, Chichester. [10] VESILIND, P.A. (1968) Discussion of Evaluation of activated sludge thickening theories J. Sanit. Engng. Div., AS- CE 94 (SA1), [11] WHITE, M.J.D. (1976) Design and control of secondary settling tank. Wat. Pollut. Control 75 (4),