La carga de nutrientes es un término clave en el tratamiento del agua y de las aguas residuales y describe la cantidad de nutrientes disueltos, en particular nitrógeno (N) y fósforo (P), que se transportan en un ciclo del agua o en un sistema de aguas residuales. Este parámetro es de especial importancia, ya que los nutrientes son esenciales para los procesos biológicos en las plantas de tratamiento de aguas residuales, pero unas concentraciones excesivas también pueden provocar problemas medioambientales como la eutrofización y el deterioro de la calidad del agua.
La determinación y el control precisos de la carga de nutrientes son esenciales para el diseño y el funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas. Influye en la eficacia de los sistemas de tratamiento biológico, el cumplimiento de los límites legales y la sostenibilidad de los ciclos del agua.
La carga de nutrientes se define como la cantidad total de un nutriente específico que se transporta a través de un sistema en un periodo de tiempo definido. Suele expresarse en kilogramos por día (kg/d).
Índice
Importancia de la carga de nutrientes en la práctica
La carga de nutrientes es un parámetro crítico en diversos ámbitos del tratamiento de aguas industriales y residuales:
1. tratamiento biológico de las aguas residuales
- Los nutrientes como el nitrógeno y el fósforo son esenciales para el crecimiento y la actividad de los microorganismos que descomponen los contaminantes en los sistemas biológicos (por ejemplo, los lodos activados).
- A proporción equilibrada de nutrientes (C:N:P) es crucial para una purificación biológica estable.
- Proporción óptima: 100:5:1 (carbono:nitrógeno:fósforo).
- El carbono (C) está representado por la DQO.
2. eutrofización y protección del medio ambiente
- El exceso de nutrientes en las masas de agua conduce a la eutrofización, un crecimiento excesivo de algas y microorganismos.
- Este proceso elimina el oxígeno del agua y pone en peligro los ecosistemas acuáticos.
- Deben respetarse los límites legales de concentración de nutrientes (por ejemplo, nitrógeno total y fósforo total) en las aguas residuales.
3. tratamiento del agua de proceso
- En los circuitos cerrados de agua, como en la industria alimentaria o química, una carga excesiva de nutrientes puede provocar bioincrustaciones que merman la eficacia de sistemas como los intercambiadores de calor o los sistemas de ósmosis inversa.
Foto: Nuestra planta de lodos activados biológicos ALMA BHU BIO
Tipos de nutrientes y su importancia
La carga de nutrientes comprende varias formas químicas que tienen propiedades y efectos específicos:
1. nitrógeno (N)
Amonio (NH₄⁺):
- Forma principal en sistemas anaerobios y con poco oxígeno.
- Puede ser tóxico para los organismos acuáticos si la concentración es demasiado elevada.
Nitrato (NO₃-):
- Forma oxidada que se forma en los sistemas nitrificantes.
- Principal responsable de la eutrofización de las masas de agua.
Nitrógeno orgánico:
- Ligado a proteínas y aminoácidos.
- Debe convertirse en amonio mediante procesos hidrolíticos.
2. fósforo (P)
Ortofosfato (PO₄³-):
- Forma biológicamente disponible que puede ser utilizada directamente por los microorganismos.
- Importante para la estructura celular y el suministro de energía (ATP).
Fósforo particulado:
- Forma ligada en partículas que pueden eliminarse mediante procesos químicos o físicos.
Tecnologías para controlar y reducir la carga de nutrientes
El control de la carga de nutrientes requiere tecnologías específicas que se adapten a los requisitos y retos respectivos.
1. eliminación de nitrógeno
Nitrificación y desnitrificación:
Nitrificación:
- Oxidación del amonio a nitrito (NO₂-) y posteriormente a nitrato (NO₃-) por bacterias nitrificantes (por ejemplo, Nitrosomonas y Nitrobacter).
- Requiere condiciones aeróbicas (suministro de oxígeno).
Desnitrificación:
- Reducción del nitrato a nitrógeno gaseoso (N₂) en condiciones anóxicas.
- fuente de carbono (por ejemplo, metanol o ácido acético).
Eliminación del amoníaco:
- Eliminación del amonio mediante soplado con aire o vapor a un valor de pH elevado.
Foto: Tratamiento posterior de las aguas residuales de nuestra planta de biogás con recirculación de biomasa, nitrificación y desnitrificación.
2. eliminación de fósforo
Precipitación química:
- Adición de precipitantes como cloruro de hierro (III), sulfato de aluminio o cal.
- Fijación del fósforo a sales insolubles (por ejemplo, fosfato de hierro), que pueden sedimentarse o filtrarse.
Eliminación biológica del fósforo:
- Utilización de organismos acumuladores de polifosfato (PAO) que absorben fósforo en sus células.
- Se requiere un cambio cíclico entre condiciones aeróbicas y anaeróbicas.
3. procesos basados en membranas
- Eliminación de nutrientes disueltos mediante separación física.
Nanofiltración (NF):
- Eliminación selectiva de iones divalentes como el fosfato.
4. biofiltración
- Utilización de filtros bioactivos que reducen los nutrientes mediante procesos biológicos y adsorción.
- Ideal para la fase de pulido tras el tratamiento biológico.
Foto: Nuestro sistema de biofiltración ALMA BioFil Compact con nitrificación y desnitrificación
Retos en el control de la carga de nutrientes
Cargas fluctuantes:
- Los picos de producción y los ciclos de limpieza provocan fluctuaciones en la carga de nutrientes.
- Solución: uso de tanques pulmón y de mezcla.
Desequilibrio de nutrientes:
- La distribución desigual de carbono, nitrógeno y fósforo puede perjudicar la biodegradación.
- Solución: Dosificación de fuentes externas de carbono o precipitación química.
Costes:
- Los precipitantes y la energía necesaria para la aireación aumentan los costes de explotación.
- Solución: Integración de tecnologías eficientes desde el punto de vista energético, como el tratamiento anaeróbico.
Conclusión
La carga de nutrientes es un parámetro clave para la planificación, control y optimización de las plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales. Su control es crucial para cumplir los requisitos legales, estabilizar los procesos biológicos y minimizar el impacto ambiental. Las tecnologías modernas, como la biofiltración, los procesos de membrana y la precipitación química, ofrecen soluciones eficaces para reducir el nitrógeno y el fósforo. Un buen conocimiento de la carga de nutrientes no sólo permite el funcionamiento eficaz de las plantas de tratamiento de aguas residuales, sino que también contribuye a la sostenibilidad y a la conservación de los recursos.
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