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La influencia de la Temperatura, pH y Oxígeno en los procesos de NITRIFICACIÓN

10/07/2017

La influencia de la Temperatura, pH y Oxígeno en los procesos de NITRIFICACIÓN

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Emilio Serrano

Emilio Serrano

  • Ingeniero Técnico Industrial
  • Cofundador y administrador solidario de SURCIS S.L.
  • Experto en Respirometría
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La respirometría actual, con sus potentes software, constituye una herramienta muy valiosa para propósitos de cálculo y diseño de nuevos tratamientos, operación y mantenimiento, investigación y trabajos didácticos
 

Este artículo de opinión, se genera tras la lectura y como complemento a la tesis doctoral publicada recientemente en este medio titulada "Efectos de la Temperatura en los Procesos Biológicos por Fangos Activos", con el fin de aportar conocimiento, sobre el papel que puede jugar la respirometría en el análisis de la influencia que ejercen las condiciones no solo de la Temperatura sino además del pH y Oxígeno en la actividad biológica de los procesos de depuración de aguas residuales urbanas e industriales.
 
Para una mejor comprensión, hemos creído oportuno recopilar de forma resumida los respirogramas y resultados provenientes de ensayos respirométricos de casos de estudio reales relacionados con el proceso de la nitrificación, ya que este proceso es que el sufre una mayor incidencia por las condiciones de Temperatura, pH y Oxígeno en que se están desarrollando.  
 

 

Influencia de un rango bajo de Temperatura en la Nitrificación

 
En este caso, se analiza la influencia de un rango bajo de temperatura en la tasa de nitrificación (velocidad con que el proceso está eliminando el amonio en la nitrificación). Este análisis se lleva a cabo por medio de un único ensayo dinámico (R) de respirometría con fango en estado de respiración endógena, a pH de 6,8, al que se le añade una dosis de cloruro de amonio de concentración equivalente a la del proceso real.
 
En este ensayo, desde la unidad termostática del sistema de respirometría, se hace variar la temperatura a los niveles de 6, 12 y 16 grados en cuanto la tasa de respiración se estabiliza en cada fase.
 
 
Figura 1. Influencia de la temperatura en la tasa de respiración Rs por nitrificación
 
 
Como se puede ver en la Figura 1, el software del respirómetro permite la visualización simultánea de la temperatura y la tasa de respiración dinámica a lo largo del ensayo.
 
Los resultados de las tasas de respiración obtenidas en cada una de las temperaturas son la base de cálculo de las distintas tasas de nitrificación y capacidad de nitrificación correspondientes (Tabla 1), para un TRHN disponible en la nitrificación de 9 horas.
 
 
 
Tabla 1. Tabla de valores derivados del ensayo respirométrico de la influencia de la temperatura en la nitrificación
 


Influencia del pH en la nitrificación

 
En este caso se analiza no solo la influencia de distintos niveles de pH en la nitrificación, sino además el pH máximo por el que este proceso empieza a perder actividad (*).
(*) Con otro tipo de estudio, también se puede determinar el pH mínimo por el que el proceso empieza a inhibirse.
 
Del mismo modo en que se actuó en el inicio del ensayo del análisis de la temperatura, se hace uso de una solución de cloruro de amonio con concentración de amonio equivalente.
 
Para el análisis del efecto del pH, el equipo de respirometría permite ir variando automáticamente el nivel de pH y, de este modo, obtener las tasas de respiración Rs (mg O2/l.h) correspondientes.  
 
 
Figura 2. Influencia del pH en la tasa de respiración Rs por nitrificación
 
 
Al igual que se procedió en el caso de la Temperatura, desde los distintos valores de Rs, podemos calcular las tasas de nitrificación (AUR) y Capacidad de nitrificación (CN) correspondientes
 


Influencia del oxígeno disuelto en la nitrificación

 
Con unas condiciones adecuadas para la nitrificación, el requisito indispensable para una optimización energética consiste en que el proceso trabaje con un rango mínimo de oxígeno, sin que ello represente un deterioro de la biomasa o perjuicio de su rendimiento.
 
El factor clave para determinar el oxígeno mínimo correspondiente a una tasa de nitrificación con el coeficiente de semisaturación KOD, el cual se determina por respirometría a partir de la tasa de respiración por nitrificación a oxígeno máximo y parámetros operativos del proceso actual (procedimiento descrito en el Manual de Aplicaciones de Respirometría de Surcis).
 
Desde la tasa de respiración a oxígeno máximo obtendríamos la tasa de nitrificación a oxígeno máximo (AUROD.max) y, con la participación del coeficiente KOD, estaríamos en condiciones para calcular a continuación la tasa de nitrificación (AUR) y capacidad de nitrificación (CN) para distintos niveles oxígeno disuelto (OD) del siguiente modo:
 
 
AUR = AUROD.max * OD / (KOD + OD)   
 
 
En nuestro caso de estudio específico, la concentración de amonio a nitrificar era de 45 mg N-NH4/L con un posible rango operativo de oxígeno disuelto de entre 0,5 y 1,6 ppm.
 
Desde los valores del AUR, para cada nivel de oxígeno, se obtuvieron los distintos valores de CN, y se comprobó que el valor más próximo de a la concentración de amonio a nitrificar (45) era el valor de 50 y que correspondía a un OD mínimo de 1,5 ppm (Tabla 2).
 
 
Tabla 2. Tabla de resultados obtenidos desde a distintos niveles de OD
 
 
Una vez obtenido el valor del OD mínimo con que el proceso puede operar,  podríamos calcular además el tiempo de retención hidráulica mínimo (TRHN) necesario para obtener el % de rendimiento (R) deseado en el proceso.
 
TRHN = 100 * NN / (R * AUR)
 
 
Así mismo, desde el AUR, se puede calcular la tasa de crecimiento de la biomasa autótrofa (µA) y la edad del  fango (TRC) necesaria para la nitrificación. (procedimientos descritos en el Manual de Aplicaciones de Respirometría de Surcis).
 
 

Conclusión

 
El análisis de la Temperatura, pH y Oxígeno en un proceso de nitrificación se puede llevar a cabo perfectamente y en un tiempo relativamente corto mediante la utilización de un analizador de respirometría avanzado provisto de sensor de temperatura, oxígeno y pH, haciendo uso de su software avanzado, ya que permite visualizar todos lo parámetros de forma simultánea y variar las condiciones durante la ejecución del mismo.
 
Este análisis no solo nos permite tomar una fotografía del perfil actual del proceso, sino además abrir la vía de una posible optimización energética mediante la determinación del oxígeno mínimo con que el proceso podría operar sin perjuicio de rendimiento previsto.
 
La respirometría actual, con sus potentes software, constituye una herramienta muy valiosa para propósitos de cálculo y diseño de nuevos tratamientos, operación y mantenimiento, investigación y trabajos didácticos.
 
Los modernos respirómetros también pueden utilizarse en procesos MBBR y bio-filtros, mediante la utilización de reactores especialmente diseñados para esta labor, trabajando con portadores sólidos de biomasa adherida.
 
 
Nota: Los ensayos de respirometría realizados en el presente trabajo han sido llevados a cabo con un equipo BM-Advance de SURCIS y los respirogramas presentados pertenecen al propio software del equipo.
 
 
Emilio Serrano

 
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Comentarios Publicar comentario
29/08/2017
Emilio Serrano escribió:
Otra aplicación interesante de la Respirometría dirigida a la optimización de la nitrificación podría ser la de obtener distintos valores del Rs, AUR y CN a distintas concentraciones de SSVLM con el fin de averiguar la concentración mínima límite con que el proceso pudiera operar. y de este modo calcular la edad del fango mínima y carga másica correspondiente..
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