Albert Magrí Aloy. GIRO Centro Tecnológico. España ()
09-ago-2007 (hace 17 años 2 meses 27 días)El tratamiento biológico de la fracción líquida de purines
mediante nitrificación-desnitrificación persigue la transferencia
a la atmósfera del nitrógeno amoniacal (NH
4+)
inicialmente contenido en el residuo líquido, en forma de nitrógeno
molecular (N
2). Asimismo, el carbono orgánico biodegradable
también será eliminado de la fase líquida en forma gaseosa
(dióxido de carbono, CO
2).
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Representación
esquemática del proceso de nitrificación-desnitrificación. |
Aunque son posibles varias configuraciones para este tratamiento, los sistemas
discontinuos tipo SBR (
Sequencing Batch Reactor) han logrado una elevada
popularidad debido a su gran flexibilidad y robustez. La operación de estos
reactores está basada en una secuencia de tratamiento -ciclo- que se repite
a lo largo del tiempo. La forma más sencilla de controlar la duración
de las distintas etapas de un ciclo -llenado, reacción anóxica/aerobia,
decantación, vaciado y espera- es mediante el funcionamiento temporizado
de los equipos implicados (agitadores, bombas, soplantes, etc.). En estas condiciones,
la etapa de reacción transcurrirá ajena a posibles fluctuaciones
en la carga del sistema, y por lo tanto, el tratamiento tendrá lugar sin
considerar la variabilidad composicional inherente a un sustrato complejo como
es la fracción líquida de los purines. Una estrategia de control
dinámica, basada en la interpretación a tiempo real de medidas tomadas
en el interior del reactor permitirá, en cambio, ajustar el funcionamiento
del reactor a las verdaderas necesidades del proceso. Este enfoque habilitará
un funcionamiento más eficiente del sistema, permitiendo mejorar la calidad
del líquido depurado así como reducir los costes asociados al consumo
eléctrico, básicamente por aireación.
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Reactor
SBR a escala laboratorio para el tratamiento de la fracción líquida
de purines y su correspondiente unidad de adquisición de datos,
monitorización y control. |
La actividad microbiana responsable del tratamiento comporta una serie de cambios
fisicoquímicos en el líquido que pueden ser detectados mediante
la monitorización en línea de parámetros como el pH, el oxígeno
disuelto (OD) o el potencial redox (ORP). Diferentes puntos críticos pueden
ser identificados utilizando sensores específicos, ya sea en condiciones
aerobias o anóxicas.
pH
La evolución del pH durante el proceso de nitrificación-desnitrificación
presenta dos puntos característicos:
- Ammonia Valley. En condiciones aerobias, el consumo de alcalinidad
(HCO
3-) vinculado al proceso de nitrificación conlleva
una disminución del pH hasta alcanzar un valor mínimo, que se corresponde
con el final de la nitrificación. Superado este punto, el pH se recupera
parcialmente debido a la transferencia del CO
2 disuelto a la fase gaseosa.
El rango de variación del pH será función directa de la capacidad
tampón del líquido.
- Nitrate Apex. En condiciones anóxicas y presencia de materia
orgánica biodegradable, la desnitrificación comporta un aumento
del pH hasta alcanzar un punto de inflexión, justo antes de iniciar una
ligera disminución. Este punto coincide con el final de la desnitrificación.
Oxígeno disuelto
El control de la aireación durante un período aerobio puede realizarse
de acuerdo con dos estrategias distintas, según si el caudal de aire suministrado
se mantiene constante o, por el contrario, es variable. En el primer caso, el
perfil de OD presentará un punto característico:
-
αOD. Fijado el caudal de aireación, la concentración de oxígeno
disuelto en el líquido aumentará progresivamente hasta alcanzar un punto de inflexión
que indicará el final de la nitrificación. Esta evolución se debe a la menor disponibilidad
de sustratos oxidables a medida que aumenta el tiempo de exposición al oxígeno.
En caso de trabajar con una aireación variable, el objetivo será mantener una concentración constante de OD en el interior del reactor a lo largo de todo el período aerobio, siendo necesaria la utilización de un controlador tipo PID.
Durante los períodos anóxicos debe asegurarse que no existe una entrada significativa de oxígeno en el sistema debido, por citar un ejemplo, a una agitación excesiva.
Potencial redox
El potencial redox es una medida del estado oxidativo de un sistema acuoso. Su evolución a lo largo de un ciclo presenta dos puntos característicos:
- αORP. La evolución del ORP en condiciones aerobias
está muy relacionada con la del oxígeno disuelto. Así pues, con la aireación el
valor del ORP aumenta progresivamente hasta alcanzar un punto de inflexión, momento
en que finaliza la nitrificación. Este punto coincide en el tiempo con OD.
- Nitrate Knee. En condiciones anóxicas, el ORP tomará valores negativos
y su perfil presentará un punto de inflexión coincidiendo con el agotamiento del
nitrato acumulado en el sistema.
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Evolución del pH, el OD y el ORP en un reactor SBR durante el proceso
de nitrificación-desnitrificación. |
Conclusiones
A modo de conclusión respecto a la eliminación biológica de
nitrógeno en un SBR decir que, el control en línea de se presenta
como estrategia más interesante que la simple temporización. Los
parámetros habitualmente considerados son el pH, el oxígeno disuelto
y el potencial redox, pues dichas sondas son fáciles de utilizar y no excesivamente
caras. Es posible controlar en base a la consecución de un determinado
valor de consigna, o bien, a la interpretación de la dinámica observada.
En cualquier caso, este tipo de control permitirá optimizar el funcionamiento
del sistema, tanto en términos de eficiencia como de costes de tratamiento.