En el proceso de tratamiento de aguas residuales, se utiliza un tratamiento biológico secundario para eliminar la materia orgánica disuelta mediante microorganismos. Una práctica común para determinar el rendimiento de este tratamiento es la relación entre alimentos y microorganismos (F:M). Para determinar la porción de alimentos (F) de la proporción, el análisis de carbono orgánico total (TOC) puede proporcionar datos más precisos y confiables que otros métodos para reducir el riesgo de incumplimiento normativo y ayudar a optimizar el tratamiento biológico secundario.
El tratamiento biológico secundario es un paso crítico en el tratamiento de aguas residuales que utiliza microorganismos para eliminar los nutrientes orgánicos y de otro tipo (nitrógeno y fósforo). Una operación óptima requiere un equilibrio entre los microorganismos y la contaminación (alimentos orgánicos) de las aguas residuales. La implementación del tratamiento biológico puede variar de un establecimiento a otro. Las instalaciones de aguas residuales municipales tienden a tener una carga orgánica más constante en sus aguas residuales, mientras que las aguas residuales industriales tienden a fluctuar con mayor frecuencia y rapidez en función de las actividades de producción. Estas fluctuaciones pueden ser problemáticas para el tratamiento biológico porque los microorganismos utilizados en este proceso reaccionan lentamente a los cambios de carga y se ven fácilmente abrumados. Esto puede provocar una interrupción en la eficiencia del tratamiento y la eliminación de contaminantes. Para evitar la interrupción del tratamiento y optimizar el rendimiento del proceso, los operadores pueden monitorear sus tasas de carga orgánica y la población de microorganismos utilizando la proporción de alimentos a microorganismos (F:M). La relación F:M se utiliza a menudo para controlar y gestionar la aireación, la ecualización, el retorno del lodo activado y el mantenimiento de cualquier microorganismo.
La relación F:M puede ser un parámetro beneficioso para los operadores de aguas residuales porque proporciona una comprensión fundamental del equilibrio entre la carga orgánica en las aguas residuales y la población de microorganismos disponibles para usarlas como fuente de combustible. Sin embargo, la determinación de la relación adecuada depende de mediciones adecuadas, confiables y oportunas para el F y M que logren una eliminación óptima de contaminantes y una operación eficiente.
La porción de alimento (F) de la carga de aguas residuales de F:M generalmente se determina mediante el uso de la demanda biológica de oxígeno (BOD) o la demanda química de oxígeno (DQO). La DBO y la DQO son procedimientos analíticos que miden el consumo biológico o químico de oxígeno de una muestra que se correlaciona con la cantidad de materia orgánica presente en las aguas residuales. La velocidad de estos métodos y su susceptibilidad a las interferencias no son ideales para la optimización de procesos, mientras que el carbono orgánico total ofrece muchas ventajas. Estos se discutirán más a fondo en la siguiente sección.
La porción de microorganismo (M) o la biomasa en el reactor se mide mediante sólidos suspendidos de licor mezclado (MLSS), sólidos totales o sólidos suspendidos volátiles de licor mezclado (MLVSS), fracción volátil de sólidos totales también considerada suspensión microbiológica. Los operadores calculan el MLSS multiplicando la concentración de MLSS (mg/L) por el volumen del tanque de aireación (MG) y la densidad del agua. Para calcular el MLVSS, el MLSS se multiplica por el % de materia volátil. Si bien estos métodos pueden parecer simples y directos, existen algunos inconvenientes en estas mediciones que pueden dificultar la confianza en la relación F:M para la optimización del proceso.
Cómo el carbono orgánico total mejora el control del proceso
Los operadores no pueden confiar únicamente en el uso de la relación F:M con estos métodos tradicionales debido a varias desventajas e interferencias. La porción F puede incluir compuestos que no serán degradados fácilmente por los microorganismos, mientras que la porción M asume que los sólidos son microorganismos (incluso los muertos). La DBO tarda hasta 5 días en obtener resultados y es susceptible a interferencias como desinfectantes, cloro y sales que pueden dar lugar a resultados inexactos. Si bien la DQO tarda entre 2 y 3 horas en obtener resultados, también es susceptible a interferencias que incluyen nitritos, compuestos férricos, sulfuro y cloruros, y utiliza productos químicos tóxicos durante el análisis. Además, la demanda de oxígeno por métodos regulados se basa en el laboratorio, lo que aumenta el tiempo para obtener los resultados de los datos.
Estas limitaciones dificultan que los operadores obtengan resultados precisos, lo que es especialmente problemático para las instalaciones que varían con frecuencia en la carga orgánica. El uso de carbono orgánico total (TOC) para monitorear el contenido orgánico en las aguas residuales es más eficiente que la DBO y la DQO porque cuantifica directamente la contaminación orgánica (alimentos) en la carga de aguas residuales. Las ventajas adicionales de usar carbono orgánico total sobre la demanda de oxígeno incluyen capturar todos los compuestos orgánicos por completo, obtener resultados en minutos en lugar de horas o días, lograr una precisión del 2-5% en comparación con el 10-20% y evitar interferencias de posibles cocontaminantes en la alimentación de aguas residuales. Para determinar la carga orgánica de un flujo de aguas residuales en tiempo real, se puede instalar un analizador en línea para observar los cambios en la carga orgánica de las aguas residuales y tomar decisiones rápidas para optimizar la eficiencia del tratamiento. Los datos más precisos y confiables del monitoreo de carbono orgánico total pueden reducir el riesgo de incumplimiento normativo y ayudar a optimizar la aireación. De manera similar, el ATP ofrece ventajas significativas sobre MLSS o MLVSS para la porción de microorganismos (M) de la proporción al medir la población real de biomasa activa. Esto puede reducir la variabilidad de un sitio a otro asociada con los sólidos en suspensión. El uso de carbono orgánico total y ATP ofrece relaciones F:M verdaderas, confiables y adaptables que pueden ofrecer rangos operativos óptimos claros.
El tratamiento biológico desempeña un papel fundamental en la eliminación de compuestos orgánicos de las aguas residuales, y el control de la relación F:M ayuda a garantizar la eficiencia del tratamiento. Al monitorear los alimentos desde la carga de aguas residuales usando carbono orgánico total y los microorganismos en el biorreactor usando ATP, los operadores pueden tomar medidas cuando hay un aumento en la carga orgánica y ajustar los parámetros para optimizar el tratamiento usando datos en tiempo real.
Autor: Sara Speak
Sara Speak es especialista en aplicaciones de productos en Veolia Water Technologies & Solutions, y les brinda soporte y experiencia en aplicaciones a los clientes de instrumentos analíticos Sievers en industrias como la química, la petroquímica, la de alimentos y bebidas, y la de aguas residuales municipales.
Sara trabaja con los clientes para brindar capacitación, ayudar en la instalación de productos, optimizar el uso de equipos y demostrar la viabilidad en diferentes aplicaciones de prueba. Antes de su puesto actual, fue técnica de servicio de fábrica, responsable de reparar los instrumentos Sievers y solucionar los problemas que estos tuvieran. Anteriormente, Sara trabajó en la industria de alimentos y bebidas como técnica de laboratorio de control de calidad en MillerCoors y Leprino Foods. Tiene una licenciatura en Ciencias (B.S.) con especialización en Química y otra en Música (B.M.) con especialización en Interpretación de Violín de la Universidad Estatal Metropolitana de Denver.
- Referencias
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- 1H2O3. Bacterias y microorganismos implicados en el tratamiento de aguas. https://www.1h2o3.com/en/learn/bacteria-and-microorganisms/ Consultado el 29/01/2024.
- Mason, Dave, Watson, Laura, Forth, Jesse y Schmidt, Jordan. Alimento para la reflexión: Relación F:M. WE&T Operations and Engineering, 2019 de octubre. https://www.bioindicacion.com/wp-content/uploads/2019/10/2019-WET-Article-Food-For-Thought.pdf Consultado el 29/01/2024.
- Veolia. Tratamiento biológico de aguas residuales. https://www.veoliawatertech.com/en/expertise/applications/biological-wastewater Consultado el 01/29/2024.
- Experto en tratamiento de residuos biológicos. Relación F/M y sistemas operativos de tratamiento de aguas residuales. 01/21/2020.https://www.biologicalwasteexpert.com/blog/fm-ratio-operating-wastewater-treatment-systems Consultado el 12/02/2024.
- MECC. Lección 26: Cálculos de lodos activados. https://water.mecc.edu/courses/ENV148/lesson26.htm Consultado el 21/02/2024.