V10. Encarnación, Barcelona Fax

Transcripción

1 APLICACIONES EN EL ANALIZADOR DE RESPIROMETRÍA BM-T V10 Tel Encarnación, Barcelona Fax

2 APLICACIONES EN EL RESPIRÓMETRO BM-T En este tratado se exponen algunas aplicaciones representativas que se pueden llevar a cabo con el respirómetro BM-T de Surcis, S.L. de forma resumida y básica. Estas aplicaciones constituyen la base para la confección de análisis y estudios más complejos y pueden, así mismo, dar lugar a otras sub-aplicaciones diseñadas por el propio operador. El respirómetro BM-T es un equipo multifuncional tipo batch de circuito cerrado, de carácter abierto y provisto de varios modos de trabajo. 1. MEDIDAS Y ENSAYOS AUTOMÁTICOS Los principales ensayos y medidas que se pueden llevar a cabo de forma automática con el BM-T son las siguientes: Modo estático & cíclico OUR (mg O2/l.h) SOUR (mg O2/g.h) Tasa de Consumo de Oxígeno en el Licor-Mezcla. OUR específico. Modo dinámico Rs (mg O2/l.h) Rsp (mg O2/g.h) CO (mg O2/l) DQOb (mg O2/l) Tasa de Respiración dinámica. Rs específico. Demanda de Oxígeno del Sustrato. Fracción DQO biodegradable 2

3 1.1. TIPOS DE OUR & SOUR Dependiendo del agua residual y punto de muestreo podemos distinguir los siguientes OUR y SOUR. FED OUR & SOUR: Valoración del OUR y SOUR de la entrada al reactor biológico. En el primer paso del ensayo, la aireación se ajustará al 90% y la velocidad de la bomba se podrá a 3. Si el caso lo requiere, también se puede obtener el licor-mezcla con mezcla equivalente a caudales entre agua residual influente y fango de recirculación (pero no es aconsejable) UNFED OUR & SOUR: Valoración del OUR y SOUR en salida de reactor Se puede obtener directamente del licor-mezcla de salida de reactor, o por mezcla de agua efluente con fango de recirculación con mezcla equivalente a caudales. OUR end & SOUR end: Valoración del OUR y SOUR de un fango en respiración endógena. OURs & SOURs: OUR y SOUR correspondientes a la oxidación del sustrato. Se obtiene por la diferencia entre el FED y el end. OURs = FED OUR OUR end. En caso de proceso con nitrificación, se debe añadir Allil Tiourea antes del ensayo FED OUR - en la proporción de 4 mg. por g. de MLVSS - con el fin de eliminar la nitrificación TIPOS DE R El ensayo R puede tener las siguientes orientaciones: Análisis Cualitativo: Valoración individual o comparativa de la trayectoria de los valores Rs y Rsp: Actividad Biológica, Detección de Nitrificación Toxicidad, Análisis Cuantitativo: Determinación de OC, Determinación de la DQOb 3

4 2. APLICACIONES 2.1. VALORACIÓN DE LA ACTIVIDAD DEL FANGO DESDE EL UNFED SOUR Se trata de un test primario en donde podemos hacer una rápida valoración del estado del fango, dependiendo del tipo de proceso y sus condiciones. Tipo deproceso Edad del Fango (días) F/M (kgdbo/kgvss.d UNFED SOUR (mg O2/g VSS.h) MLVSS (g/l) Convencional ,2 0, ,5 3 Mezcla Completa ,2 0, Alimentación Escalonada ,2 0, ,5 Aireación Prolongada ,05 0, Doble Etapa (2ª Etapa) ,2 0, ,5 3 Canales de Oxidación ,2 0, PULSO AL PROCESO: FACTOR DE CARGA (FC) Denominamos factor de carga (FC) a la relación entre FED OUR y UNFED OUR. FC = FED OUR / UNFED OUR FC Diagnóstico FC < 1 Carga inhibitoria o tóxica 1 < FC < 2 Bajo Rendimiento (1) o Baja Carga 2 < FC < 5 Carga aceptable FC > 5 Posible sobrecarga Fuente: Ron Sharman linnbenton.edu), Water and Wastewater Technology, LBCC. (1) Cuando el UNFED SOUR está por encima del rango de normalidad Velocidad Específica de Consumo de Sustrato referida a un estándar: q Esta aplicación nos permite conocer el estado de actividad del fango. Se lleva a cabo con un ensayo R en donde registramos la DQOb parcial en el punto de su respiración máxima. En caso de que se desee hacer un estudio comparativo con varios fangos, podemos hacer uso de un compuesto estándar (acetato sódico) 4

5 q = (DQObparcial * Vm / 1000) * 24 / (VSS * t) Vm (ml): Volumen de muestra estándar añadida t (h): Tiempo transcurrido en horas Dependiendo del tipo de proceso, si la q se sitúa por debajo de su valor mínimo, podemos suponer que la actividad del fango para la degradación del sustrato es débil DETERMINACIÓN DE CONSTANTES CINÉTICAS: Yh, kd, Yobs, Ks Yh: Índice de producción de la biomasa heterótrofa Kd: Fracción de MLVSS por día, oxidada durante la respiración endógena Yobs: Y observada relacionada con la respiración endógena Ks: ½ Constante de Saturación DETERMINACIÓN DE Yh A DESDE ACETATO SÓDICO Nota: El valor Yh corresponde a Y de la configuración del respirómetro cuando en su determinación se elimina la actividad por nitrificación por lo que, una vez calculado, se debe de actualizar. El valor de Yh es específico de cada fango. La determinación de Y se realiza a partir de un ensayo R y por lo tanto hay que preparar el fango activo en condiciones óptimas: Fango libre de sólidos gruesos. Para ello, es conveniente filtrarlo (con un colador de paso estrecho) Fango activo (recogido del final o salida de reactor biológico) en situación de respiración endógena. Normalmente se alcanza la respiración endógena habiendo sometido al fango a una sobreaireación durante al menos 24 horas. Fango sin ningún síntoma de inhibición ni toxicidad. 5

6 Procedimiento 1. Se disuelven 200 mg de acetato en 1 litro de agua destilada. Para la solución de 200 mg/l de AcNa podemos tomar una DQO = 150 mg/l Esta DQO sería soluble rápidamente biodegradable En caso de duda de la DQO real. Se deberá determinar la DQO de la solución por procedimiento Standard (o equivalente) 2. Se realiza un ensayo R para determinar el valor OC. Se utilizará un volumen de muestra entre 30 ml y 50 ml. Se programará la velocidad del ensayo a 1 (s = 1) 3. Cuando finalice el respirograma del ensayo se da por hecho que el acetato, al ser rápidamente biodegradable, se ha eliminado (oxidado) en su totalidad. Por lo tanto: DQO eliminada (acetato) = Se calcula Yh desde la siguiente expresión matemática: Yh = 1 - OC / DETERMINACIÓN DE kd kd = SOUR end / 1,42 Kd: Fracción de MLVSS por día, oxidada durante la respiración endógena 1,42: es una forma práctica de cálculo, comúnmente aceptada, que proviene de la supuesta fórmula empírica de los MLVSS como C5H7NO2 Fuente: "Tratamiento de Aguas Residuales" R.S. Romalho 1991) Para este cálculo debemos pasar las unidades del SOUR a Kg O 2 /Kg.d SOUR end (mg/g.h) x 24/1000 = SOUR end (Kg O 2 / Kg.d) El SOUR END, muchos tratados la denominan simplemente b. Tabla orientativa: F/M 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 1,00 Kd 0,041 0,067 0,080 0,092 0,100 0,109 0,118 0,123 0,128 0,131 0,133 0,136 Fuente: Curso de Tratamiento Biológico Aguas Residuales (CSIC) Dr. Fco. Colmenarejo Morcillo DETERMINACIÓN DE Yobs Yobs: Y observada, función de la respiración endógena Yobs = Yh / (1 + kd *Θ) Θ: Edad del fango (dias) 6

7 DETERMINACIÓN DE Ks Sustrato estándar: Acetato Sódico q max q = q max / 2 En general: Ks q = (S 0 S e ) / (Xv * t) Relación cinética basada en el principio de Michaelis-Menten q (t -1 ): Velocidad específica de consumo de sustrato. S 0 (mg/l): Concentración DQOb del inicio del proceso. S e (mg/l): Concentración DQOb al final del proceso. Xv (mg/l): Concentración de sólidos volátiles en el licor-mezcla. t(h): Tiempo de residencia. S Adaptando la expresión al método de acetato sódico: S e = 0 S 0 = DQOb t = DQOb hasta su respiración máxima en el tiempo t. t: tiempo transcurrido hasta la respiración máxima. q t = DQOb t / (Xv * t x ) Procedimiento de ensayo El ensayo a realizar es del tipo R. Preparativos preliminares: 1 litro de licor-mezcla en fase de respiración endógena. Serie de dosis de 100 mg de acetato sódico (mínimo de 10 dosis - cada dosis diluida en unos pocos ml de agua destilada) Configuración del ensayo R: Vf: 1000 ml Vm: 10 ml (este dato no va a intervenir, por estar fd a 1) fd: 1 (importante) Temperatura: la programada en la unidad termostática (que debe ser la habitual en el reactor biológico) S: 1 (aconsejable) La programación de fd a 1 permite que las tasas de respiración se adapten a la concentración del acetato en el fango (concentración = mg acetato / litro de fango) 7

8 Procedimiento: 1. Se inicia el ensayo. Una vez aceptada la línea base, a la orden de añada muestra, se añade la primera dosis de los 100 mg. 2. Esperamos a que alcance la tasa de respiración máxima. Registramos el tiempo transcurrido (t) 3. Añadimos una nueva dosis de 100 mg. 4. Confirmamos que la tasa de respiración sube por encima de la respiración máxima de la dosis anterior. 5. Esperamos de nuevo a que alcance la tasa de respiración máxima. Registramos el tiempo transcurrido (t) 6. Añadimos una nueva dosis de 100 mg de acetato. 7. Así sucesivamente registrando el tiempo transcurrido - hasta que llegue el momento en que al añadir una nueva dosis de 100 mg de acetato la tasa de respiración máxima ya no sube más respecto a la anterior. Registramos el tiempo transcurrido (t) 8. Paramos el ensayo. 9. Obtenemos la gráfica final y la guardamos en memoria. Cálculo de Ks 1. Para cada tiempo registrado (t) de cada tasa de respiración máxima que corresponde a cada una de las dosis añadidas, desde la gráfica o base de datos, obtenemos el valor de la DQOb t en curso. 2. Con estos valores t y sus correspondientes DQOb t, calculamos la q de cada uno de ellos: q t = DQOb t / (Xv * t) 3. Con cada uno de los valores q t y DQOb t obtenidos confeccionamos la gráfica correspondiente, equivalente a la figura Valoramos los ejes q y DQOb. q max q = q max / 2 Ks DQOb 8

9 5. Entonces aplicamos la regla que nos define q q = q max / 2 6. Desde la curva obtenida, determinamos Ks 2.5. FRACCIONAMIENTO DE LA DQO La respirometría tiene su aplicación directa en la materia orgánica biodegradable y desde esta perspectiva la clasificamos en DQOrb (fracción rápida/fácilmente biodegradable) y DQOlb (fracción lentamente biodegradable). Para estos ensayos en modo dinámico hacemos uso de inhibidor de la nitrificación. El respirómetro BM-T lleva a cabo la integración de tasas de respiración dinámicas (Rs) correspondientes a la metabolización de la materia de forma seriada, calculando en continuo el oxígeno que se va consumiendo (CO). DQO total DQO DQO biodegradable DQOb DQO biomasa heterótrofa DQO inerte DQOi DQO soluble facilmente biodegradable DQOrb DQO particulada lentamente biodegradable DQOlb DQO soluble inerte DQOi DQO particulada inerte DQOi Al realizar los ensayos relacionados con las fracciones biodegradables de la DQO, nos estamos refiriendo a las fracciones que el fango activo de un determinado proceso de depuración es capaz de metabolizar y no de las fracciones completas. DQO biodegradable total: DQOb (mg/l) DQOb se puede considerar como la DQO (DQOe) eliminada en un proceso de degradación (oxidación) hasta alcanzar la respiración endógena. Para su determinación se hace uso del modo R. Es importante que se configure la velocidad s a 1 y que se utiliza un volumen de muestra Vm no inferior a 50 ml. El cálculo que realiza el programa es el siguiente: DQOb = COb / (1-Yh) COb (mg/l): CO del sustrato soluble, correspondiente a la fracción biodegradable 9

10 DQOb Fuente de Carbón Orgánico Respiración aceptor de electrón OC = DQOb - DQOb*Y Compuestos Oxidados Crecimiento Biomasa Y DQOb*Y Respiración Endógena Kd Otros Nutrientes Biomasa decadencia Productos Residuales La DQOb incluye la DQOrb y la DQOlb. El ensayo de la DQOb con mezcla equivalente es normalmente de larga duración. Con este ensayo, no solamente determinamos los valores CO y DQOb total sino que además podemos analizar el tiempo real de depuración del sustrato orgánico en las condiciones establecidas en el sistema. DQO rápidamente biodegradable: DQOrb (mg/l) Se obtiene desde el sustrato soluble filtrado con filtro de membrana de 0,45 micras. Para la determinación de la DQOrb, no se necesita confeccionar un licor-mezcla equivalente y el ensayo se puede llevar a cabo con fango en respiración endógena y u pequeño volumen de muestra. DQOrb = COrb / (1-Yh) COrb (mg/l): CO del sustrato soluble, correspondiente a la fracción rápidamente biodegradable DQO lentamente biodegradable: DQOlb (mg/l) DQOlb = DQOb - DQOrb La DQOlb normalmente se asocia a la DQO particulada biodegradable y corresponde a la DQO lentamente hidrolizable por la biomasa. 10

11 2.6. BIODEGRADABILIDAD DEL AGUA RESIDUAL La valoración de esta biodegradabilidad se refiere exclusivamente a la capacidad de biodegradación de un determinado fango activo y no al carácter biodegradable general de la muestra (normalmente valorado por la relación DBO/DQO) Se valora base a la DQOb relativa al fango y su relación con la DQO total. DQOb/DQO Carácter > 0,6 Biodegradable > 0,3 y < 0,6 Medianamente biodegradable < 0,3 No biodegradable / Muy poco biodegradable 2.7. PARÁMETROS DE PROCESO F/M F/M (DQOb) (Kg. DQOb/Kg. VSS. d) = DQOb x 24 / (VSS x Trh) En ocasiones, podemos estimar el valor F/M (DBO) : F/M (DBO) (Kg. DBO/Kg. VSS. d) Estimado = DQOb (mg/l)*24 /(1.6*VSS*Trh) DBO (mg/l): DBO5 soluble DQOb (mg/l): DQOb del influente a biológico (con inhibición de nitrificación) VSS (mg/l): MLVSS Trh (h): Tiempo de retención hidráulica EDAD DEL FANGO Θ 1/TRC = Yh * F/M - kd TRC (d) = Edad del Fango (Tiempo de Retención Celular) En el caso de que el tratamiento incluya un proceso de Nitrificación la edad del fango mínima se calculará de acuerdo al punto TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO OPTIMO 1/TRC = Yh * DBO * 24 / (VSS * Trh) - kd DBO (mg/l): DBO5 soluble TASA DE RECIRCULACIÓN (RR) RR = 1 / [V / (TRC * Qp) 1] Qp (m3/d): Caudal medio de fango de purga Se confirmará su viabilidad con los ensayos de fango V30 y IVF. 11

12 2.8. ESTIMACIÓN DE LA F/M A PARTIR DEL SOURs Existe una relación directamente proporcional de SOURs con F/M F/M = SOURs * K K: Factor específico de de correlación. El cálculo de K se lleva a cabo mediante la determinación de SOURs y su F/M (con la DBO 5 correspondiente) La calibración de K se llevará a cabo periódicamente ANÁLISIS DE RELACIÓN F/M CON EDAD DEL FANGO (θ) 1/ TRC = Y * F/M kd 1/TRC Pendiente = Y + kd/y 0 - ordenada en origen = kd F/M 12

13 Desde esta perspectiva, esta relación nos permite valorar la edad del fango más adecuada desde la F/M óptima (F/M óptimo) de trabajo actual. Este hecho tiene una importancia fundamental y merece especial atención en el requerimiento de oxígeno global, formación del flóculo, proceso de nitrificación, producción de fango y su decantabilidad AIREACIÓN REQUERIMIENTO ACTUAL DE OXÍGENO: AOR AOR (kg O 2 /d) = OUR media (Kg O 2 /m 3.d) * V (m 3 ) = (FED OUR + UNFED OUR) / 2 AOR pico (kg O 2 /d) = AOR * 1,75 AOR end (kg O 2 /d) = OUR end (Kg O 2 /m 3.d) * V (m 3 ) AOR: Requerimiento Real de Oxígeno. V: Volumen del tanque de aireación VALORACIÓN DE LA AIREACIÓN ACTUAL EN EL REACTOR BIOLÓGICO 1. Cálculo de SOTR (kg O 2 /d) SOTR: Tasa de Transferencia de Oxígeno Standard - En el Sistema de Aireación instalado. SOTR (kg O 2 /d) = P(kW) (kg O2/Kwh) * 24 P (kw): Potencia total utilizada en el sistema de aireación. kg O2/Kwh: Transferencia de Oxígeno Estándar (Tabla) 13

14 2. Por fórmula calculamos la OTR OTR (kg O 2 /d) = SOTR (0,95Cs Cw) * 1,024 T-20 * α / 9,3 OTR: Tasa de Transferencia de Oxígeno con el sistema de aireación actual. Cs: Saturación de oxígeno en agua potable. Cw: Oxígeno en el proceso del agua residual. α: Kla / Kla s. T (ºC) Cs (mg/l) 10 11,4 20 9,3 30 7,8 40 6,9 50 6,3 3. Valoramos las relación OTR con respecto a AOR AOR > OTR Aireación deficiente. AOR < OTR Aireación suficiente en régimen normal de carga. AOR pico > OTR Aireación deficiente para puntas de carga DETECCIÓN DE TOXICIDAD / INHIBICIÓN POR EQUIVALENCIA CON EL PROCESO REAL En cualquiera de sus modalidades la prueba se lleva a cabo por medio de ensayos tipo R. S (mg/l): Concentración de sustrato (DQO) VSS (mg/l): Concentración de MLVSS Preparativos El día anterior a los ensayos se preparan dos vasijas (1,5 L) de licor-mezcla desde el propio fango de recirculación del proceso en cuestión o desde un fango de otra planta (que no tenga problemas) licor-mezcla de referencia: 500 ml de agua destilada con una dosis de acetato situada entre 200 y 300 mg ml de fango de recirculación del reactor biológico. En lugar de acetato, podría también utilizarse un agua residual no-tóxica de características similares a la de la muestra problema. licor-mezcla de muestra: 500 ml de muestra integrada ml de fango de recirculación del reactor biológico. Ambas vasijas de licor-mezcla se ponen a airear (aireador tipo pecera) entre 18 y 24 horas. Caso de que por cualquier circunstancia no se tuviera acceso al fango de recirculación, podemos hacer uso del fango (licor-mezcla) del propio reactor recogido del final del proceso de depuración (salida a decantador) En estas condiciones la mezcla aconsejable sería de 300 ml de agua y muestra, y 700 ml de fango. 14

15 Procedimiento: Una vez transcurrido el tiempo de acondicionamiento (18 24 horas), se llevan a cabo dos ensayos R, uno con el licor-mezcla de referencia y otro con el de la muestra. Cada uno de los ensayos R se lleva a cabo con una dosis de acetato de ½ gramo por gramo de VSS. Se permite la confección gráfica del respirograma hasta alcanzar su Rs máximo. Nota: En el caso de que se tenga intención de proseguir con la prueba de toxicidad en función del efecto de la muestra en un ensayo completo, deberá dejarse que el ensayo R de la muestra problema prosiga hasta su completa finalización. Una vez alcanzadas las tasas de respiración máximas (Rs máx.) en cada uno de ellos, se comparan y se puede determinar el tanto por ciento de inhibición (si la hubiere) I% = (1 Rs max,m / Rs max,ref) * 100 Rs max,m: Rs max con muestra Rs max,ref: Rs max con acetato En el caso de que se tratara de un proceso que se apartara sensiblemente de la proporción típica de una planta urbana, deberíamos conservar la relación S / VSS correspondiente en el reactor del respirómetro. S / VSS en reactor planta = S / VSS en reactor respirómetro 15

16 2.12. DETECCIÓN DE TOXICIDAD POR INCREMENTO PROGRESIVO DE CONCENTRACIÓN DE MUESTRA EN EL FANGO CON STANDARD La muestra standard nos proporciona un nivel de referencia sobre el que añadimos dosis progresivas de la muestra problema para analizar la evolución de los valores de tasa de respiración. Cuando la trayectoria de los valores se sitúe por debajo de la referencia, demostraría un signo inequívoco de inhibición o toxicidad, en caso contrario indicaría ausencia de toxicidad o inhibición. Toxicidad Inhibición en la Nitrificación Los procedimientos pueden ser similares a los descritos anteriormente, pero utilizando Cloruro de Amonio como Standard de referencia (en lugar del acetato) El análisis de toxicidad específica para la nitrificación también admite el uso del inhibidor de nitrificación, para llevar a cabo comparaciones entre distintas gráficas con y sin uso de inhibidor NITRIFICACIÓN TASA DE CONSUMO DE AMONIO (Rn) Se utiliza licor-mezcla en fase de respiración endógena y una cantidad de Cloruro de Amonio, con una concentración de N-NH 4 equivalente a la que se encuentra en el reactor biológico de la planta. El fango debe encontrarse a un ph y temperatura equivalentes al del reactor biológico. Si no fuera así hay que acondicionarlo para ello. La concentración equivalente en el reactor de planta se calcula del siguiente modo: [N-NH 4 ]o = [N-NH 4 ]i x Qi / (Qi + Qr) = [N-NH 4 ]i x 1 / (RR/ ) [N-NH 4 ]i (mg N-NH 4 /l): Concentración Nitrógeno amoniacal en influente a reactor. Qi (m3/h): Caudal del influente a reactor. Qr (m3/h): Caudal de fango de recirculación. RR (%): Tasa de recirculación. Si no se conoce la relación Qi/(Qi+Qr), se multiplicará simplemente [N-NH 4 ]i por 0,5. 16

17 Al hacer uso del cloruro de amonio (ClNH 4 ), tendremos en cuenta que cada mg de ClNH 4 equivale a 0,26 mg de N-NH 4. Por lo tanto, conociendo [N-NH 4 ]o, prepararíamos la cantidad correspondiente dividiendo los mg de ClNH 4 entre 0,26. El objetivo de este ensayo es conseguir una tasa de respiración máxima (Rs.max) real en un licor mezcla que contenga una concentración de Amonio equivalente a la del proceso real. En la configuración del ensayo R, el valor fd debe ponerse a 1. Como muestra se preparará el cloruro de amonio correspondiente, diluido en un poco de agua destilada (p.e. entre 5 y 10 ml) Por lo demás, el ensayo R se llevará a cabo de forma habitual. En el respirograma se podrá detener una vez alcanzado el valor máximo Rs.max (n) y Rsp.max (n) Rn (mg N-NH 4 / l.h) = Rs.max (n) / 4, TASA GLOBAL ESPECÍFICA DE CONSUMO DE AMONIO (AUR) AUR (mg N-NH 4 / mg VSS.d) = Rn / VSS TASA ESPECÍFICA DE NITRIFICACIÓN (q N ) q N (mg N-NH 4 / mg VSS A.d) = Rn * 24 / VSS A VSS A (mg/l): VSS biomasa autótrofa VSS A se puede estimar a partir de la relación DBO/NKT, según la siguiente tabla: Fracción de nitrificantes (Fn): factor sobre la concentración total de VSS (MLVSS) VSS A = Fn * VSS EDAD DEL FANGO MINIMA PARA LA NITRIFICACIÓN (TRC min.) A modo de guía podemos afirmar lo siguiente: A medida que sube la temperatura la µ A crece (en el rango de 4º a 35º C) 17

18 A medida que sube la µ A, la edad del fango requerida decrece. Podemos calcular la TRC mínima para la nitrificación por medio de la siguiente fórmula: TRC min. = 1 / (µ A kd) (Metcalfe & Heddy) µ A : Tasa de crecimiento de la biomasa autótrofa (nitrificantes) máxima corregida. Kd: tasa de decaimiento de la respiración endógena. µ A = µ Amax * C µ Amax : Tasa de crecimiento de la biomasa autótrofa (nitrificantes) máxima. C: Factor de corrección. C = C ph * C NH4 * C OD C ph : Factor de corrección por ph C NH4 : Factor de corrección por concentración de N-NH 4 + C OD : Factor de corrección por oxígeno disuelto actual. C ph = [1 0,833 (7,2 ph)] ph: ph actual del proceso C NH4 = NH 4 / (K N + NH 4 ) NH 4 (mg N-NH 4 + /L): Concentración de NH 4 + -N. K N (mg N-NH 4 + /L): Constante ½ saturación del N-NH 4 + oxidado. C OD = DO /(1,3 + DO) DO (mg/l): Oxígeno disuelto medio en el proceso de nitrificación. Nota: No se corrige por temperatura, ya que se va a aplicar un Rn /Tasa de nitrificación) a una temperatura equivalente a del proceso real. Para nuestros cálculos, podemos hacer uso de la siguiente tabla: 18

19 µ Amax = Y A * q H Y A (mg X A /mg N-NH4): Coeficiente de crecimiento de la biomasa autótrofa - Por defecto: Y A = 0,15 q H (mg N-NH4/L.d): Tasa específica de nitrificación a la temperatura actual del proceso. Nota: Tanto Y A como VSS A, se podría también determinar con la Respirometría BM-T, pero en esta aplicación se ha pretendido realizar los cálculos de forma rápida y bajo un sentido práctico que, en definitiva, es uno de los objetivos de la Respirometría BM-T. NOTA IMPORTANTE: Si el valor de Rn se encuentra por debajo del rango de valores típicos, el cálculo de µ A y la aplicación de la tabla para la estimación de VSS A pueden ser incoherentes debido a una actividad nitrificante inferior a lo normal. Debe entonces procederse a encontrar las causas de esta baja actividad mediante el análisis de las condiciones físicoquímicas para la nitrificación, parámetros operativos, posible toxicidad o inhibición específica y determinación real de VSS A por respirometría. Ejemplo de cálculo de TRC mínima para la Nitrificación Datos del proceso: MLVSS = 1800 mg/l N-NH 4 = 60 mg/l Rn = 5 mg N-NH4/L.h = 120 N-NH4/L.d DBO 5 /TKN = 4 ph = 8 T = 20ºC µ Amax = 0,15 * Rn / X A X A = 0,064 * 1800 = 115 µ Amax = 0,15 * 120 / 115 = 0,156 µ A = µ Amax * C C ph = [1 0,833 (7,2 ph)] C ph = [1 0,833 (7,2 8)] 1,67 C NH4 = NH 4 / (K N + NH 4 ) C NH4 = 60 / (0, ) = 0,98 C OD = DO / (1,3 + DO) C OD = 2 / (1,3 + 2) = 0,60 C = 1,67 * 0,98 * 0,60 0,98 µ A = 0,156 * 0,98 = 0,153 TRC min. = 1 / (µ A kd) TRC min. = 1 / (0,153 0,04) = 8,8 9 días TRC min. = 9 días 19

20 2.14. DESNITRIFICACION ESTIMACIÓN DE LA TASA DE DESNITRIFICACIÓN (NUR) NUR (g NO 3 N/g VSS.d) estimado = FED SOUR (g O 2 / g VSS.d) / 2,8 Fuente: W.W. Eckenfekder & J.L. Musterman 1995 Fuente: Long Island Sound Training Nitrogen Removal (EPA) DEMANDA DE MATERIA CARBONADA PARA LA DESNITRIFICACION. Relación de la Fracción Biodegradable con Nitratos a desnitrificar DQOrb(dn) / N_NO 3 d = 2,86 N_NO 3 d = N_NH 4 n - N org e - N_NO 3 e DQOrb(dn) : DQOb influente al proceso de la desnitrificación (con inhibición de nitrificación) N_NH4n: nitrógeno a nitrificar en la zona aerobia N org e: nitrógeno orgánico en el efluente de planta N_NO3e: nitrato en el efluente de planta PRODUCCIÓN DE FANGO EN EL PROCESO BIOLÓGICO (Px) Yobs = Y (1 + kd * TRC) Y: Índice de producción de biomasa Yobs: Y observada kd: Fracción de MLVSS por unidad de tiempo oxidada durante el proceso de oxidación endógena Asumimos como valores medios normales: Y = 0,67 kd = 0,06 d -1 (por defecto) TRC: Edad del fango (días) Suponiendo que en el reactor eliminamos toda la DQO soluble fácilmente biodegradable: Px = Yobs *Qo* So Qo: Caudal influente a biológico (m3/d) So: DQOb (Kg/m3) Px: Producción de fango en el proceso 20

21 2.16. OTRAS APLICACIONES El presente manual de aplicaciones ha pretendido describir algunas aplicaciones prácticas que se pueden llevar a cabo en una rutina de trabajo periódica. Sin embargo, el respirómetro BM-T es un sistema abierto y, por esta razón, el nº de aplicaciones que se pueden llevar a cabo es inmenso. El BM-T ha demostrado que se pueden llevar estudios de envergadura relacionados con cualquier aspecto del proceso de depuración biológica y desarrollar programas para establecer modos específicos de control, diseño, I + D, e intervenir en programas de simulación. Por ello, en caso de interés por alguna otra aplicación específica puede ponerse en contacto con Surcis S.L Por otro lado, Surcis además de suministrar el analizador, como ingeniería especializada en Respirometría y Procesos de Depuración Biológica, está capacitada para dar soporte técnico en esta tecnología sus clientes y a realizar Servicios de Respirometría independientes. 21

22 Protocolo de Respirometría General Tomar el pulso al fango y proceso: kd, q, UNFED SOUR FED SOUR & FC AOR DQOrb Revisión de parámetros operativos: F/M, TRC, RR Sobrecarga? N Baja actividad? N Bulking? N BINGO AOR / OTR OK? S S S Síntomas Toxicidad? S N N Bajar F/M & Subir TRC Revisar DQOrb/N/P & Condiciones físico/químicas N F/M muy baja? S Subir F/M S Ensayos Toxicidad Optimizar Aireación Kd MLVSS oxidada en la respiración endógena / día q (DQO/VSS.d) Velocidad específica de eliminación de sustrato. UNFED SOUR (mgo 2 /gvss.h) Tasa respiración específica del final del proceso. FC Relación entre el OUR de entrada y salida. Toxicidad (%) Ensayo de la actividad del fango comparada con un estándar. AOR (kg O 2 /d) Requerimiento actual de oxígeno. OTR (kg O 2 /d) Transferencia de oxígeno del sistema de aireación. DQOrb (mg/l) Fracción fácilmente biodegradable de la DQO F/M Carga másica (DQOrb) TRC (d) Edad del fango. RR (%) Tasa de recirculación. 22

23 Protocolo de Respirometría para la Nitrificación Comprobar condiciones f/q de Nitrificación Condiciones f/q Nitrificación SRT: 4-15 días. F/M < 0,6 ph: entre 7-8,5 T > 15ºC OD > 1,5 ppm Condiciones OK? N Corregir condiciones Toxicidad para la Nitrificación Ensayo de Respirometría de la actividad por Nitrificación con estándar (NH4Cl) S Test de Nitrificación Hay Nitrificación? S N Ensayo de Toxicidad para Nitrificación Test de Nitrificación Test de reacción del fango al N-NH4 Rn (mgn-nh 4 /l.h) Ensayo de Respirometría para la Tasa de eliminación de N-NH4 AUR (mgn-nh 4 /gvss.h) Capacidad específica de la Nitrificación, desde Rn Capacidad de Nitrificación: Rn, AUR, q N q N (mg N-NH 4 / mg VSS A.d) = Rn * 24 / VSS A Capacidad Nitrificación OK? N TRC min (d) Edad Mínima del fango para la Nitrificación, calculada desde kd y q N S BINGO TRCmin TRC OK? N Corregir TRC min 23

24 Protocolo de Respirometría para la Desnitrificación Comprobar condiciones f/q de Desnitrificación Condiciones f/q para Desnitrificación ph: 6,5 8 OD < 0,3 ppm DQOrb/NKT = 2,5-5 Condiciones OK? DQOrb DQOrb / NO3d 2,86 Corregir condiciones N_NO 3 d Nitratos a desnitrificar: N_NH 4 n - N org e -N_NO 3 e DQOrb Fracción fácilmente biodegradable de la DQO NUR Velocidad específica de la Desnitrificación Ratio OK? Suministrar fuente carbonosa adicional NUR NUR OK? Ensayo Toxicidad BINGO SURCIS, S.L. 24