Caracterización de aguas residuales

Cuando se requiere tratar un importante caudal de aguas residuales, la primera alternativa que generalmente conviene considerar es la utilización de un proceso biológico, puesto que es uno de los tratamientos completos más económicos y la cantidad de residuos que se generan es relativamente baja. No obstante, será decisivo conocer la naturaleza de la contaminación presente en el agua para evaluar la idoneidad de un tratamiento u otro, puesto que éstos son muy selectivos en cuanto al tipo de contaminación que eliminan.

Para conocer el tipo de contaminación es necesario llevar a cabo una caracterización del agua residual, la cual proporciona una amplia variedad de información sobre el tipo y la concentración de los contaminantes. Los parámetros que deberán ser analizados, a parte de los generales como pH y conductividad, serán los que den idea del contenido de materia orgánica, nutrientes (nitrógeno y fósforo), sólidos en suspensión, alguno relacionado con la toxicidad de las aguas residuales en relación a los microorganismos, además de los más específicos y relacionados con el tipo de actividad que genera el efluente (metales, tensioactivos, sulfatos, cianuros, etc.).

Para conocer la cantidad de materia orgánica que los microorganismos son capaces de asimilar, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) ha sido un parámetro muy utilizado a la hora de caracterizar las aguas residuales, aunque es poco preciso (la aclimatación de los microorganismos al agua residual influye en la medida), de determinación lenta (se requieren al menos 5 días para realizar la medida) y no es práctico para su utilización en la gestión de las plantas de tratamiento. En contrapartida, la demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro preciso, de rápida obtención, que mide toda la materia orgánica del agua (la biodegradable y la no biodegradable), por lo que es el mayormente empleado. Pero, precisamente porque mide toda la materia orgánica, a la hora de conocer mejor el efluente que se desea tratar, es una información necesaria pero no suficiente. Para realizar una caracterización completa y profunda del efluente, junto a los parámetros citados, se deberá llevar a cabo un fraccionamiento de la DQO, que aportará información del efluente en términos de las diferentes velocidades de degradación de las distintas fracciones de DQO.

Las fracciones de la DQO con las que se acostumbra trabajar son las mismas que emplean los modelos de lodos activados de la International Association of Water Quality (IAWQ) y son las siguientes:

  • DQO f√°cilmente biodegradable (DQOfb). Esta fracci√≥n, que se asimila a la DQO soluble en el agua, es la que la biomasa consume m√°s r√°pidamente (en pocos minutos), generando una r√°pida y elevada demanda de ox√≠geno. Los compuestos que conforman esta fracci√≥n son sustancias solubles, de bajo peso molecular, como es el caso de los az√ļcares, alcoholes y √°cidos grasos.
  • DQO lentamente biodegradable (DQOlb). Esta fracci√≥n se relaciona con la DQO biodegradable no soluble, o particulada, y habitualmente es la fracci√≥n biodegradable mayoritaria. Est√° formada por mol√©culas solubles de elevado peso molecular, sustancias coloidales y part√≠culas s√≥lidas. Todas ellas tienen en com√ļn que no son de f√°cil degradaci√≥n por la biomasa. Antes, deben ser hidrolizadas por las enzimas segregadas por los microorganismos y convertidas en mol√©culas solubles, de bajo peso molecular y, por tanto, de f√°cil asimilaci√≥n para las c√©lulas. La etapa de hidr√≥lisis es lenta, es la etapa que controla el proceso y lleva asociadas tasas de consumo de ox√≠geno mucho m√°s bajas que las de consumo de la DQO f√°cilmente biodegradable.
  • DQO soluble no biodegradable (DQOsnb). Esta fracci√≥n no se ve alterada por el contacto con la biomasa, no sufre ning√ļn tipo de variaci√≥n durante el tratamiento y sale con el efluente. Si esta fracci√≥n es mayoritaria en el efluente, los procesos biol√≥gicos quedan directamente descartados.
  • DQO particulada no biodegradable (DQOpnb). Esta fracci√≥n, aunque no es consumida por la biomasa, gran parte decanta junto a los lodos, reduci√©ndose la concentraci√≥n a la salida en relaci√≥n a la entrada.

El hecho de que la DQO soluble no se corresponda perfectamente con la DQO fácilmente biodegradable, de la misma manera que la DQO particulada no se corresponde totalmente con la DQO lentamente biodegradable, hace que la forma idónea de determinación de las diferentes fracciones sea mediante respirometría. Esta técnica mide el consumo de oxígeno por parte de la biomasa al degradar los sustratos en relación al tiempo, lo cual proporciona una información muy precisa tanto de la actividad de los organismos como de la velocidad a la que los diferentes sustratos son consumidos. La tasa de respiración es la velocidad de consumo de oxígeno, por unidad de volumen y tiempo. Representando los datos obtenidos de la tasa de respiración respecto al tiempo se obtiene un respirograma, como el ejemplo de la figura, en el cual se diferencian las siguientes áreas:

  • A1: √°rea proporcional a la concentraci√≥n de DQO f√°cilmente biodegradable. Es la primera DQO que se consume y con la tasa de respiraci√≥n m√°s elevada.
  • A2: √°rea proporcional a la concentraci√≥n de DQO lentamente biodegradable. La velocidad de consumo de ox√≠geno es menor y se prolonga m√°s en el tiempo.
  • A3: √°rea proporcional a la cantidad de ox√≠geno consumido en el proceso de nitrificaci√≥n.
  • A1+A2+A3: indica la cantidad de ox√≠geno necesaria para una oxidaci√≥n completa de los contaminantes.
  • Una vez finalizada la respirometr√≠a, si se realiza una DQO del licor mezcla filtrado (0,45 ÔĀ≠m) se obtiene la DQO soluble no biodegradable. Y finalmente, si a la DQO inicial (total) se le resta la DQO biodegradable (suma de la f√°cilmente biodegradable y de la lentamente biodegradable) y la DQO soluble no biodegradable, por diferencia se obtiene la fracci√≥n de DQO particulada no biodegradable.

respirograma

Una vez determinadas las diferentes fracciones en funci√≥n de su respectiva biodegradabilidad, se dispone de una caracterizaci√≥n completa de la materia org√°nica del agua residual, la cual complementa el resto de par√°metros analizados. Esta informaci√≥n ser√° fundamental para tomar decisiones en la etapa de dise√Īo del sistema de tratamiento de los efluentes; servir√° para seleccionar los procesos que pueden ser eficientes y cu√°les pueden ser descartados directamente. Por ejemplo, un agua con una fracci√≥n lentamente biodegradable que sea mayoritaria, no puede ser tratada mediante un sistema biol√≥gico en el que el agua est√© muy poco tiempo en contacto con la biomasa.

Asimismo, la determinación de las diferentes fracciones en base a su diferente biodegradabilidad también permite calibrar los modelos cinéticos que posteriormente describirán el comportamiento del sistema (calidad del efluente, demanda de oxígeno, producción de lodos, etc.) en respuesta a fluctuaciones en tiempo real de la carga y del caudal del afluente.

As√≠ pues, la caracterizaci√≥n completa del agua residual es fundamental para poder acometer con garant√≠as de √©xito la etapa de selecci√≥n del tipo de tratamiento y su posterior dise√Īo.