Tratamiento biológico del agua eficaz y estable

En los procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales, los microorganismos asumen la tarea central de descomponer los compuestos orgánicos y nitrogenados. Para que estos microorganismos trabajen eficazmente, necesitan no sólo los principales nutrientes carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P), sino también un gran número de oligoelementos. Entre ellos, hierro, cobre, zinc, cobalto, níquel, molibdeno y manganeso.

Estos oligoelementos actúan como cofactores de enzimas responsables de funciones metabólicas clave:

• Nitrificación: Enzimas como la amonio monooxigenasa o la nitrito oxidorreductasa requieren cobre, hierro y níquel.

• Desnitrificación: El molibdeno y el hierro, entre otros, son esenciales para la reducción del nitrato a nitrógeno gaseoso.

• Degradación de la DQO: Muchas enzimas que descomponen compuestos orgánicos de carbono dependen de los metales.

Si estos oligoelementos faltan o no están presentes en una forma biodisponible, esto conduce a:

• Disminución de la actividad biológica,

• Valores de vertido inestables (por ejemplo, aumento del amonio o de la DQO),

• aumento de la acumulación de lodos y alteraciones como el crecimiento de filamentos,

• En el peor de los casos, esto puede provocar un colapso del proceso biológico.

Por ello, ALMA AQUA desarrolla soluciones de sustancias traza personalizadas que se adaptan con precisión a las características respectivas de las aguas residuales. De este modo, se eliminan los déficits y la biología funciona de forma estable y eficiente.

Las aguas residuales industriales difieren mucho en su composición. Las aguas residuales lácteas, por ejemplo, contienen mucho nitrógeno pero a menudo muy pocos oligoelementos. En cambio, las aguas residuales de la industria papelera pueden ser ricas en carbono orgánico pero carecer de metales importantes. Los productos estándar no pueden reflejar estas diferencias.

Por ello, ALMA AQUA opta por la individualización:

1. Análisis del proceso: Análisis detallado del agua de entrada y salida, así como de la biomasa. Se determinan los principales nutrientes, el contenido en oligoelementos y los posibles inhibidores.

2. Pruebas biológicas: medición de las tasas de respiración, rendimiento de nitrificación, tasa de desnitrificación y diagnóstico microscópico de lodos.

3. Derivación de la necesidad: Identificación de factores limitantes - por ejemplo, deficiencia de hierro en nitrificantes o de cobalto en desnitrificantes.

4. Formulación: Desarrollo de una solución de oligoelementos equilibrada con precisión que compense los déficits sin riesgo de sobredosificación ni reacciones secundarias desfavorables.

5. Pilotaje: prueba de la receta en funcionamiento y adaptación en función de los resultados.

El resultado es una solución a medida que garantiza al operador una biología estable, valores de descarga fiables y, a menudo, menores costes de explotación.

Si la biología no se abastece de forma óptima, esto se manifiesta en los típicos problemas de funcionamiento. Estos pueden evitarse específicamente con conceptos de sustancias traza y nutrientes.

Averías frecuentes con deficiencia:

• Formación de espuma: Debido al crecimiento excesivo de bacterias filamentosas, que se descontrolan si el aporte de nutrientes es desequilibrado.

• Formación de olor: El sulfuro de hidrógeno (H₂S) se forma cuando se detiene la desnitrificación y dominan los sulfato reductores.

• Valores de vertido inestables: Superaciones de amonio, DQO o nitrato por falta de actividad enzimática.

• Exceso de lodo: Un metabolismo ineficaz produce más biomasa con la misma degradación de sustrato.

Contramedidas específicas:

• Análisis periódicos de los procesos para detectar deficiencias en una fase temprana.

• Dosificación orientada a la demanda de nitrógeno, fósforo y oligoelementos.

• Soluciones personalizadas de sustancias traza que se adaptan con precisión al proceso.

• Control continuo de parámetros clave como el amonio, el nitrato, el índice de lodos o el consumo de oxígeno.

De este modo se evitan averías a largo plazo y se garantiza un funcionamiento estable, incluso con cargas cambiantes.

Una biología eficiente requiere menos energía externa y produce menos subproductos. Por tanto, el suministro selectivo de oligoelementos y nutrientes tiene un efecto directo en los costes de explotación:

• Ahorro de energía: Los microorganismos con un suministro completo de oligoelementos trabajan de forma más eficiente. Requieren menos aporte de oxígeno para la misma degradación del sustrato, lo que reduce la potencia del aireador, que suele ser la causa del mayor consumo de energía en las plantas de tratamiento de aguas residuales.

• Menor consumo de lodos: las vías metabólicas optimizadas evitan el exceso de biomasa. Menos exceso de lodo significa menores costes de eliminación.

• Procesos estables: Menos medidas de emergencia, menor frecuencia de CIP/lavado y ausencia de paradas imprevistas reducen el OPEX.

• Mayor eficacia de la planta: un proceso biológico estable reduce la necesidad de tratamiento posterior y garantiza el cumplimiento permanente de los límites de vertido.

La combinación de análisis de procesos y soluciones de sustancias traza desarrolladas individualmente significa que las plantas de tratamiento biológico de aguas residuales no sólo pueden funcionar de forma más estable, sino también más económica y sostenible.

La nitrificación -es decir, la conversión de amonio (NH₄⁺) en nitrato (NO₃-)- la llevan a cabo bacterias especiales (Nitrosomonas, Nitrobacter). Estos organismos son sensibles a las carencias de oligoelementos porque sus enzimas clave dependen de los metales.

Oligoelementos importantes para la nitrificación:

• Cobre (Cu): Componente de la amonio monooxigenasa.

• Hierro (Fe): Necesario para la nitrito oxidorreductasa.

• Níquel (Ni): Esencial para la ureasa y la hidrogenasa, que a menudo actúan en paralelo.

• Cobalto (Co) y molibdeno (Mo): Intervienen en la desnitrificación y en los sistemas redox.

Signos de deficiencia:

• Aumento del amonio en el efluente a pesar de una aireación suficiente.

• Degradación lenta del nitrito (acumulación de NO₂-).

• Mayor consumo de oxígeno sin la correspondiente degradación del rendimiento.

• Microscópicamente: formación de escamas débiles e inestables.

La dosificación selectiva de oligoelementos basada en análisis garantiza que la nitrificación se mantenga estable incluso con cargas elevadas.

Las bacterias filamentosas suelen aparecer cuando la biología está desequilibrada. Las causas más comunes son las deficiencias de nutrientes, de oligoelementos o el desequilibrio de las proporciones C:N:P. Los filamentos producen espuma , lodos abultados y problemas de drenaje. Los filamentos producen espuma, lodos voluminosos y problemas de drenaje.

Causas del crecimiento de los filamentos:

• Deficiencia de nitrógeno o fósforo en aguas residuales ricas en carbono.

• Falta de oligoelementos que limitan el crecimiento de las bacterias heterótrofas deseadas.

• Gestión operativa desfavorable (por ejemplo, baja edad de los lodos, fluctuaciones de oxígeno).

Estrategias de control:

• Soluciones personalizadas de sustancias traza que fomentan específicamente la biomasa deseada.

• Ajustar el aporte de nutrientes de forma que se mantenga la relación C:N:P (100:5:1).

• Estabilización de la gestión operativa (aireación, edad de los lodos, flujo de retorno).

Con el suministro adecuado de oligoelementos, los operadores pueden controlar las condiciones de crecimiento de tal forma que se empujen los filamentos hacia atrás y se fomente la formación de flóculos estables.

En los procesos anaeróbicos, las bacterias y arqueas convierten la materia orgánica en metano y dióxido de carbono. Estos consorcios son muy sensibles a las deficiencias de oligoelementos, ya que muchas de sus enzimas clave dependen de los metales.

Oligoelementos importantes en bacterias anaerobias:

• Níquel (Ni): Componente de la metil-coenzima M reductasa, enzima clave en la metanogénesis.

• Cobalto (Co): Factor importante para las enzimas dependientes de la vitamina B₁₂ en la escisión del propionato y el acetato.

• Molibdeno (Mo) y wolframio (W): Necesarios para las formiatasas y las hidrogenasas.

• Hierro (Fe): Componente de muchas enzimas redox.

Problemas de escasez:

• Aumento de las concentraciones de propionato o acetato en los lodos de fermentación.

• Descenso de la producción de metano y aumento del contenido de CO₂ en el biogás.

• Caída de la acidez y fermentación inestable.

Las plantas de biogás y de tratamiento anaeróbico de aguas residuales pueden funcionar de forma estable, rica en gas y sin problemas con un suministro específico de oligoelementos, adaptado a la composición del pienso y del sustrato. Para ello, ALMA AQUA desarrolla soluciones a medida basadas en un análisis preciso de los sustratos y las condiciones de fermentación.