PR O BLEM AS D E EXPLO TAC IÓ N D E LO S FANGOS ACTIVADOS E. Ronzano y J. L. Dapena La explotación de una planta de depuración que utiliza fangos activados suele presentar algunos problemas de explotación inherentes al propio sistema de depuración. A lo largo de este estudio vamos a intentar definir y explicar estos problemas, y proporcionar algunos consejos, para atenuar sus efectos sobre la calidad del agua y del medio ambiente. Contemplaremos por orden de importancia: - Modificaciones de la sedimentabilidad de los fangos (Bulking). - Espumas nocardia. - Detergentes. - Aerosoles. - Olores. - Ruidos. MODIFICACIONES DE LA SEDIMENTABILIDAD DE LOS FANGOS Formas de crecimiento de los microorganismos Esquemáticamente, los microorganismos pueden crecer de tres formas: - Crecimiento disperso: Ocurre cuando la concentración de sustrato es muy baja o muy alta. En estas condiciones, las bacterias ocupan el mayor espacio posible, y la superficie de la membrana celular posee cargas eléctricas negativas que facilitan la dispersión. - Crecimiento floculento: Es el caso de un funcionamiento normal. La concentración de sustrato es media, y es empleada por las bacterias para sintetizar proteínas y reservas, formando un mucílago que rodea la bacteria. Este mucílago tiene gran importancia en la floculación, puesto que modifica las cargas eléctricas facilitando su aglomeración, también ayudada por una acción química. - Crecimiento filamentoso: El crecimiento y la multiplicación de los microorganismos se efectúa según una dirección privilegiada, teniendo como origen una célula libre o fija. En la realidad, las tres formas de crecimiento cohabitan en el licor; para conseguir una buena calidad de agua, hay que disminuir las formas dispersas y filamentosas, y facilitar el desarrollo de la forma aglomerada o floculante. Los organismos filamentosos y floculantes se diferencian por: - Metabolismo distinto: · Con los organismos floculantes el sustrato se metaboliza a reservas nutritivas, que son principalmente azúcares polimerizados de alto peso molecular. En condiciones límites pueden llegar a formarse lactatos. Los azúcares y lactatos necesitan mucha energía para su síntesis, pero después constituyen una buena reserva energética para el desarrollo de las bacterias. · Los organismos filamentosos, en condiciones límites, sintetizan PHB (Poli-BHidroxibutirato), que no necesita energía de síntesis y en consecuencia no constituye una reserva para su crecimiento, sino únicamente para su respiración. - Morfología distinta: los organismos filamentosos tienen una superficie relativa (superficie/volumen) más alta que los floculantes. En resumen, los dos tipos de microorganismos se diferencian, esquemáticamente, por: - Reservas: los organismos floculantes tienen la posibilidad de crear reservas para su crecimiento; los filamentosos, no. - Superficie relativa: la mayor superficie relativa de los filamentos les facilita la adsorción de sustrato y de oxígeno, cuando éstos están en concentración límite. Pero debido a su mayor superficie, son más sensibles a los oxidantes y alcalinizantes. Bulking El bulking es actualmente un fenómeno suficientemente conocido a causa de los problemas que causa en el tratamiento del agua, y su nombre puede considerarse internacional, sin necesidad de traducirse a otros idiomas. Estudios estadísticos (Ref. 65) demuestran que el 40% de las plantas de depuración padecen bulking durante períodos de tiempo muy variables, y a veces en continuo. En la industria agroalimentaria la situación es peor, y casi todas las plantas han sufrido el bulking, en alguna ocasión. Figura 15.1. Fangos activados. Influencia de los filamentos en la floculación. La fuga de materias en suspensión es la responsable del 90% de los casos de degradación de la calidad del agua, y casi siempre estas fugas son la causa de la elevación del índice de fangos. Puede considerarse que el bulking empieza cuando comienzan los problemas de decantación, debido a una insuficiente velocidad de sedimentación de los flóculos. Generalmente, los fangos activados se suponen en bulking cuando el índice de fangos supera los 200 cm3/g. En la figura 15.2 puede verse la gran influencia de la longitud de los filamentos sobre: - La velocidad inicial de sedimentación. - La reducción de volumen, que indica la aptitud del licor para su espesamiento. Figura 15.2. Fangos activados. Relaciones entre la longitud de los filamentos y: · La velocidad de decantación. · El índice volumétrico IVF: · El volumen final (origen 10.4 l en 60 mm.) - El índice de fangos IVF. Factores que afectan al crecimiento relativo de los microorganismos filamentosos y floculantes Existen más de 20 tipos de organismos filamentosos, morfológicamente distintos (Ref. 57), con una sensibilidad propia a la influencia de diversos factores, es decir, que solamente pueden darse algunas ideas generales, complicadas además por la interacción de unos factores sobre otros. Por orden de importancia podemos mencionar: A. CARGA MÁSICA O EDAD DEL FANGO La relación entre carga másica (o edad del fango) e índice de fangos parecía clara hasta hace 10 ó 15 años, y en muchos manuales se encontraban curvas del tipo de la de la Figura 15.3 (curva CHAO). Cuando una planta de fangos activados de media carga se calcula con cargas másicas de 0,3 a 0,5 kg DBO · kg MS-1 · d-1, en operación, el índice de fangos puede variar entre 100 y 600 cc · g-1. Figura 15.3. Fangos activados. Relaciones entre: · Carga másica. · Índice de fangos. Otros estudios, como los de Chudoba (Ref. 59), muestran una relación muy diferente con una influencia muy alta, función del tipo de flujo hidráulico en la cuba de aeración. La Figura 15.3 muestra estas relaciones; las dos rectas deben interpretarse como indicación de tendencia y no como valor absoluto. Es decir, que no es posible calcular una planta con una carga másica que permita obtener índices de fango favorables. De todas formas, aunque fuese posible, las condiciones de carga reales son, generalmente, distintas de las previstas. Veremos a continuación que, en lugar de la carga másica, es más adecuado el concepto de concentración de sustrato. B. CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO La concentración de sustrato influye considerablemente en el crecimiento relativo de los dos tipos de microorganismos: filamentosos y floculantes, como muestra la Figura 15.5. La consecuencia inmediata de esta influencia es que el tipo de flujo hidráulico en la cuba de aeración es muy importante. - Con mezcla integral: El sustrato disponible tiene la misma concentración que la del agua tratada, es decir, muy baja: esta situación favorece el crecimiento de los organismos filamentosos. - Con flujo pistón: A la entrada y en una parte importante del recorrido del licor, el crecimiento de los organismos floculantes es superior al de los filamentosos, y después baja hasta igualarse, e incluso hacerse inferior. En cabeza de un flujo pistón, o en una cuba selector (ver Capítulo 9, pág. 196), el bajo tiempo de retención y la elevada concentración de sustrato no influyen en el crecimiento, pero permiten que los organismos floculantes se aseguren un buen almacenamiento de sustrato, que después pueden utilizar cuando las condiciones de concentración se ponen a favor de los filamentosos. C. CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO Debido a que su superficie es relativamente mayor, los organismos filamentosos aprovechan mejor el oxígeno que los floculantes cuando su concentración es baja. En los organismos filamentosos, el oxigeno disuelto penetra fácilmente hacia el interior de las bacterias. En los flóculos, la penetración es mucho más difícil, y el doctor Jenkins (Ref. 3) descubrió que, para que el oxígeno no sea demasiado bajo en el centro de los flóculos, su concentración en el licor debe tener un valor que depende de las necesidades de O2: cuanto más elevadas sean éstas, mayor será la dificultad de penetración, y se necesitará una mayor concentración de oxígeno. Así, para una cierta carga másica, corresponden unas necesidades de oxígeno determinadas, y a éstas una concentración de oxígeno límite en el licor que permita su utilización por las bacterias en las mismas condiciones que con los organismos filamentosos. Figura 15.4. Fangos activados. Factores que afectan al crecimiento relativo de los microorganismos filamentosos y floculantes. La Figura 15.6 (Ref. 3) representa la relación entre la concentración limite de oxígeno y la carga másica. Esta relación experimental debe considerarse variable según el tipo de agua residual, y no podemos adoptarla como general. Además, este gráfico es muy «decepcionante», puesto que indica un gasto importante de energía: a 15º C, mantener una concentración de oxígeno de 5 mg · l-1 en lugar de 2 mg · l-1 supone un 60% más de energía. Sin embargo, la curva obtenida es interesante, ya que indica claramente la importancia fundamental de la concentración de oxígeno en la lucha contra el bulking. Figura 15.5. Fangos activados. Influencia de la concentración de DBO en el crecimiento relativo de los organismos filamentosos y floculantes (Ref 3). D. EQUILIBRIO NUTRICIONAL Por razones todavía desconocidas, un desequilibrio en nutrientes favorece el crecimiento de los organismos filamentosos. Según diversos autores, y dependiendo de la edad del fango, se considera un agua desequilibrada cuando: - N/DBO es inferior a: 0,035 a 0,050. - P/DBO es inferior a: 0,007 a 0,010. Normalmente, un agua residual urbana tiene siempre concentraciones de N y P superiores a los mínimos necesarios. Una deficiencia de hierro puede dar origen a algunas formas de bulking (Ref. 3). En estos casos, se recomienda una concentración mínima de Fe = 2 mg/l (Ref. L11). Figura 15.6. Fangos activados. Concentración límite de oxígeno para evitar el Bulking en relación con la carga másica. E. pH Un pH ligeramente bajo, de 6 a 6,5, favorece el bulking; alto, de 8,5 a 9,5, disminuye el riesgo. La influencia del pH sobre el bulking es una razón más para realizar una desnitrificación cuando hay nitrificación. Una pequeña disminución de pH, de 7 a 6,5, puede tener gran influencia en el crecimiento de los microorganismos filamentosos. Una adición de cal del orden de 10 g por m3 de agua, en algunos casos produce una disminución del índice de fangos. F. OXIDANTES Debido a su gran superficie específica, los microorganismos filamentosos tienen una sensibilidad a los oxidantes mayor que los floculantes. El cloro puede emplearse con dosis de 2 a 5 g por kilogramo de materia seca. El agua oxigenada, en dosis de 100 a 400 g por kg de MS, da también buenos resultados, pero a un precio prohibitivo. En una fábrica de puré de patata se utilizó cloro con buenos resultados para luchar contra un bulking muy fuerte, con IVF de 600 a 1000 cc · g-1. Pero para su empleo es necesario tomar muchas precauciones. Es similar a la quimioterapia. Deben emplearse dosis suficientes para eliminar los organismos nocivos, pero sin producir daños excesivos a los organismos útiles. Las dosis deben corregirse con oscilaciones muy suaves: - Aumentando, cuando la proporción de microorganismos filamentosos sobrepasa el limite tolerable para la decantación. - Disminuyendo, cuando en el examen microscópico baja la movilidad de los protozoos. G. INHIBIDORES El H2S produce, aparentemente, un efecto inhibidor más importante en los microorganismos floculantes que en los filamentosos (Ref 60). Pero, en realidad, la producción de H2S causa una concentración de oxigeno insuficiente. El aumento de los organismos filamentosos, coincidente con una mayor concentración de H2S, en realidad se debe a una baja oxigenación. El hierro tiene efecto inhibidor sobre cinco formas de organismos filamentosos (Ref. 66), y en especial sobre Sphaerotilus. Dos de estas formas (1701 y 0041) se encuentran en las tres más frecuentes. En Alemania se obtienen buenos resultados con dosis de 20 a 50 g de Fe por m3 de agua. Generalmente se utiliza en forma de sulfato ferroso, que es la de suministro más económico. Resumen de las posibles soluciones PLANTA NUEVA Prever un flujo pistón con una oxigenación suficiente, especialmente en cabeza de la cuba de aeración. PLANTA EXISTENTE - Si las cubas de aeración son de mezcla integral, o con un efecto pistón insuficiente, construir un reactor anóxico selector de fangos utilizando una parte de las cubas existentes o realizando una nueva. - Si no es posible la modificación, o si el bulking persiste después de realizarla, hacer pruebas con los productos químicos siguientes, y en el orden indicado: · Sulfato ferroso: de 20 a 50 g de Fe por m3 de agua. · Cal: l0 a 30 g por m3. · Cloro: 2 a 5 g por m3 a utilizar solamente con un bulking alto (IVF > 600 cc · g-1) y persistente. ESPUMAS NOCARDIA Descripción del problema Algunos fangos activados pueden producir, de forma continua o intermitente, unas espumas persistentes, viscosas y de color marrón. Son completamente distintas de las espumas blancas que aparecen, principalmente, en las caídas de agua tratada; no es posible eliminarías, como éstas, con un simple chorro de agua. Estas espumas llegan a cubrir las cubas de aeración con espesores de hasta 1 m, en casos extremos (Ref. 68), produciendo los siguientes inconvenientes: - Pueden permanecer en las cubas durante mucho tiempo, y al estar constituidas únicamente por materias orgánicas, se desarrollan fermentaciones ligeramente ácidas con producción de malos olores, del tipo «leche cortada» o «leche agria». - Pueden llegar hasta las pasarelas, lo cual las hace resbaladizas y peligrosas para el personal. Una vez desaparecidas, las paredes y pasarelas quedan sucias, con una costra seca muy difícil de eliminar. Cuando la cantidad de espumas es importante, una parte de ellas puede pasar a la decantación secundaria, donde sobrenadan, perjudicando la calidad del agua tratada. Formación de espumas Existe una correlación muy estrecha entre la cantidad de espumas y la concentración en la biomasa de algunos actinomicetos del género Nocardia; el más común es una nueva especie descubierta por Lechevalier (Ref. 69 y 70), denominada Nocardia Amarae. Este microorganismo no es fácilmente detectable en un estudio microscópico, ya que necesita un aumento de 1 · 1.000 y una técnica especial de preparación (Ref. 69). El Nocardia Amarae se presenta en formas muy cortas, con muchos filamentos de color blanco o gris. Los Nocardia segregan una sustancia líquida, el Nocardomyco/ate, que favorece la aglomeración de los microorganismos con el aire, de forma que sobrenadan en la superficie formando espumas. Como los Nocardia son predominantes en este tipo de espumas, a falta de un nombre específico, hemos adoptado, para caracterizarlos, la denominación de Espumas Nocardia». Factores que favorecen el crecimiento de los Nocardia La primera observación de espumas Nocardía se hizo en 1969, en una planta de Milwaukee, en Wisconsin (Ref. 68). Los primeros estudios serios fueron los de Lechevalier en 1975 (Ref. 69). Actualmente, todavía se conoce poco sobre este tema. El problema se complica, ya que, por un lado, tenemos el del crecimiento de los Nocardia y, por otro, el de la producción de Nocardomycolate. Este puede segregarse en cantidades distintas con las mismas cantidades de Nocardia, lo cual también produce efectos variables. Se conocen pocos factores influyentes, y, como ocurre con el crecimiento de los organismos filamentosos, algunos factores interfieren sobre otros con posibles efectos sinergéticos. A. EDAD DE LOS FANGOS SRT. TEMPERATURA El crecimiento de los Nocardia es relativamente lento en comparación con la mayoría de los organismos heterótrofos. Se trata de un problema parecido al de la nitrificación: para crecer, los Nocardia deben producirse en cantidades superiores a las de su eliminación con los fangos en exceso. Según Pipes (Ref. 68), se necesita una edad del fango de nueve días para obtener una concentración significativa, de 100 unidades por mg. Los problemas inducidos por los Nocardia empiezan a partir de 1.000 unidades por mg, lo cual supone una edad del fango SRT de 12 días. Contemplando únicamente este aspecto, el problema parece sencillo de resolver; es decir, solamente con el control de la edad del fango. Pero aparecen otros tres problemas: - La edad límite indicada es válida en el sentido del crecimiento; en sentido contrario, esta edad tiene que disminuir hasta 3 días. El efecto aparece después de 4 días, y una eliminación efectiva, sólo después de 11 días (Ref. 7). La duración de la reducción de la edad del fango debe ser como mínimo de 3 semanas; si no, los Nocardia comienzan a crecer rápidamente con edades inferiores a los límites anteriores, de 9 y 12 días. Los valores indicados son edades aproximadas, y, en realidad, pueden variar de un fango a otro con la influencia de otros factores, como por ejemplo la temperatura. - La edad límite, de 9 y 12 días, es superior al rango normal, de 3 a 6 días, necesario para la eliminación de la contaminación orgánica. Una disminución provisional a 3 días aumentará la DBO soluble, pero no lo suficiente como para constituir un problema importante. En el caso de la nitrificación, la edad a mantener es del mismo orden que la que produce un crecimiento de Nocardia, suficiente para dar problemas. Como la temperatura influye más en el crecimiento de los Nocardia que en otros organismos heterótrofos, los crecimientos de Nocardia y Nitrosomonas varían en el mismo sentido, con relación a la temperatura. Con un crecimiento del mismo orden y una influencia de la temperatura parecida, la purga de los indeseables (Nocardia) acarrea la de los deseables (Nitrosomonas). Es decir, no se puede limitar la concentración de los Nocardia sin perjudicar la nitrificación. Una parte importante de los Nocardia se encuentra en las espumas. La disminución de la edad del fango solamente tiene efecto sobre la fracción contenida en los fangos. Es decir, cualquier reducción de la edad del fango debe ir acompañada por una purga de las espumas; si no, para llegar al mismo resultado, sería necesario bajar a una edad inferior. Esta puede ser una explicación de los 3 días señalados anteriormente (Ref. 7). Figura 15.7. Fangos activados. Recuento de actinomicetos en relación con la edad de los fangos SRT. (W.O. Pipes; ref. 68.) B. GRASAS Y ACEITES Algunos actinomicetos pueden degradar aceites y grasas más fácilmente que otros organismos, y, de esta forma, la competición es a su favor. La experiencia en plantas muestra que, efectivamente, altas concentraciones de grasas favorecen el crecimiento de los Nocardia (Ref. 7). C. SELECTOR Como los Nocardia son aerobios estrictos, puede utilizarse con buenos resultados un reactor anóxico. En el caso de una nitrificación no permanente, este reactor debe ser mixto, anóxico y aerobio, y emplear el modo anóxico en períodos de nitrificación o de problemas de Nocardia; el resto del tiempo puede funcionar como selector aerobio. D. DIGESTIÓN ANAEROBIA En 1975, cuando Lechevalier descubrió la nueva especie de Nocardia (Amarae), también realizó unas observaciones muy interesantes (Ref. 69 y 70): - El aumento de las depuradoras que tienen problemas de espumas coincide con la aparición de instalaciones sin digestión anaerobia, que disponen de estabilización aerobia o tratamiento directo de fangos frescos. - Las plantas que tienen digestión anaerobia, y que envían los sobrenadantes de digestión o los filtrados de deshidratación a cabeza de la instalación, no tienen problemas de espumas Nocardia; mejor dicho, tienen bastantes menos problemas, puesto que hay excepciones como la señalada por Dhaliwal (Ref. 67). - En una planta con alta concentración de Nocardia, éstos pueden reducirse con una ligera adición de fangos digeridos, de aproximadamente 50 a 100 kg de MS por 1.000 kg de MS del licor, de forma diaria hasta la desaparición de las espumas. Esta operación es muy sencilla en una planta con digestión, pero en este caso, tampoco hay muchas probabilidades de tener problemas con las espumas Nocardia. Si la planta no tiene digestión anaerobia, y existe una próxima a ella, esta operación precisa un transporte de 10 a 20 m3 de fangos digeridos diariamente, para una instalación de 50.000 habitantes. E. AERACIÓN La reducción al mínimo posible de la aeración, produce dos efectos desfavorables en el crecimiento de los Nocardia: - Menos energía utilizada, lo que significa una menor producción de espumas. - Como los Nocardia son aerobios estrictos, una baja concentración de oxígeno reduce su crecimiento. Pero, como se comprende fácilmente, este remedio es de uso muy limitado. F. pH Los actinomicetos son muy sensibles (como los nitrosomonas) a los pH bajos. Con un pH de 6,5, el crecimiento es del 66%, y con un pH de 5, del 1%. Pero esta sensibilidad tampoco es de utilidad práctica, porque la acidificación, además de su costo, favorece los organismos filamentosos. El objetivo debe encaminarse a suprimir un problema y no a cambiarlo por otro. G. ADITIVOS La adición de bacterias mutantes produce muy pocos efectos, a pesar de las promesas de los fabricantes (Ref. 7). Con una elevada cloración de los fangos en exceso, se han obtenido, algunas veces, efectos nulos (Ref. 7), y otras, buenos efectos (Ref. 67), pero en estos casos es muy difícil discernir los efectos producidos por métodos distintos empleados al mismo tiempo. Como el resultado es muy discutible y la aplicación difícil y costosa, la cloración no se considera un remedio práctico. H. SEPARACIÓN FÍSICA La evacuación superficial de las espumas y envío a cabeza, con una fuerte dilución, puede ser una solución si la planta dispone de un buen desengrasador. Con cubas provistas de turbinas, esta evacuación es más fácil, ya que las espumas se concentran en las paredes, en el eje de simetría de dos turbinas. Resumen de posibles soluciones PLANTAS NUEVAS Prever un selector con posibilidad de funcionamiento aerobio y anóxico, dividido en 2 compartimientos de 8 minutos de tiempo de contacto medio efectivo cada uno. PLANTA EXISTENTE Hay dos remedios prácticos que deben emplearse a la vez: separación y eliminación de las espumas; y reducción de la edad del fango hasta 3 días, durante un tiempo de 3 semanas como mínimo. ESPUMAS BLANCAS Y DETERGENTES En este capítulo vamos a analizar los efectos de los detergentes sobre la marcha de una planta de depuración y sobre el cauce receptor, y, en especial, del más visible y conocido: la formación de espumas blancas. Los detergentes, o más exactamente su parte activa, representan solamente una pequeña fracción (del 10 al 30%) de los productos comerciales empleados para los lavados domésticos o industriales. El resto está formado por aditivos que pueden ser involuntarios, como resultado de la fabricación, tales como sulfato de sodio, o voluntarios, como polifosfatos (secuestrantes y estabilizantes), silicato de sodio (anticorrosión), perborato (agente de blanqueo), suavizantes, etc. Existen varios detergentes de base que, mezclados entre sí y con los aditivos, forman centenares de productos comerciales para todos los usos. La fracción más importante de la producción, un 80%, es la de los lavados domésticos; el resto se reparte en diversas industrias: textil, curtidos, mecánica, papeleras, separación de minerales, farmacia, etc. La concentración en las aguas residuales urbanas puede variar entre 5 y 30mg · l-1. Efectos de los detergentes A. SOBRE EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES a) Oxigenación Desde el punto de vista de la oxigenación, los tensoactivos tienen una acción muy importante y doble: - Positiva: disminuyen el tamaño de las burbujas, aumentando así la superficie de contacto aire-agua, y en consecuencia, también la disolución de oxígeno. - Negativa: por creación de una barrera a la difusión del oxigeno. En los sistemas de turbinas de aeración o de inyección de aire por burbujas gruesas o medias, el efecto global puede ser nulo o muy pequeño. En los sistema de inyección de aire con burbujas finas, la influencia global es negativa. Como no puede hacerse nada sobre estas interferencias, la única solución es tenerlo en cuenta en la determinación del factor alfa, de transferencia de oxígeno. b) Toxicidad sobre la masa activa Hay algunos detergentes «antisépticos» catiónicos, pero representan una pequeña parte de los detergentes fabricados. Para el resto, el poder bacteriano es muy bajo: algunos empiezan a provocar una cierta inhibición bacteriana con dosis de 30 mg · l-1, y otros no tienen influencia hasta concentraciones de 500 mg · l-1 (Ref. 72). c) Decantación La influencia es pequeña, pero negativa. d) Cubas de aeración Hemos visto, en el Capítulo 9, pág. 206, que los tensoactivos, como disminuyen la tensión superficial, disminuyen también las velocidades. La diferencia de velocidad relativa entre agua clara y licor es del orden del 100 al 65 %, lo cual influye sobre la energía de agitación. e) Espumas Veremos este punto posteriormente. B. SOBRE LOS CAUCES RECEPTORES a) La parte activa de los detergentes tiene unas toxicidades, directas e indirectas, variables de un producto a otro. · Directa: Algunos peces quedan afectados con concentraciones de 3 mg · l-1, pero la mayoría de las especies pueden soportar de 7 a 8 mg · l-1 (Ref.72). · Indirecta: Los detergentes favorecen la absorción de productos por las mucosas, y, por lo tanto, de los tóxicos o de los hidrocarburos. b) Los aditivos conocidos también producen cierto efecto. Los polifosfatos constituyen una de las principales fuentes de fosfatos en las aguas residuales, con los problemas ya conocidos que representan. Los perboratos producen un efecto de acumulación en los fangos y problemas en las aguas de consumo (Ref. 71 y 72). Eliminación de detergentes A. FÍSICO-QUÍMICO - Por espumación: Empleando los equipos existentes de separación de minerales, algunos experimentos han demostrado los buenos rendimientos del sistema: del orden del 80 al 90% sobre los detergentes, y del 50% sobre las materias en suspensión. Pero este sistema es inaplicable por su enorme consumo energético. - Por floculación y cambiadores de iones, sistemas técnicamente posibles, pero económicamente irrealizables. B. BIODEGRADABILIDAD Ante los problemas producidos por los detergentes, las autoridades de algunos paises, desde 1960, consideran que la única vía para resolver estos problemas es la limitación de los detergentes en los cauces, mediante su buena degradabilidad. Existen diversas soluciones técnicas para producir detergentes con alta degradabilidad, pero los productos comerciales son más caros y las nuevas fabricaciones necesitan grandes inversiones. Los primeros países que realizaron un gran esfuerzo fueron Alemania (Ley de 1964), Gran Bretaña (Ley de 1966) y U.S.A. (acuerdo de 1960 a 63); otros las han seguido poco a poco, como Francia (Ley de 1971). El 6 de Mayo de 1968, el Consejo de Europa aprobó una Carta del Agua: todos los países firmantes se comprometieron a respetar una biodegradabilidad del 80%. Espumas blancas Es curioso observar que una pequeña concentración, de 0,3 a 0,5 mg · l-1 puede producir montones de espumas cuando las condiciones son favorables. En realidad, solamente es necesaria una pequeña fracción de esta concentración, siempre que pueda organizarse una concentración superficial suficiente y que algunos compuestos aseguren la estabilidad. Los detergentes y las grasas forman micelas cuando la concentración micelaria es superior al valor crítico. Estas micelas pueden formar hojas constituidas por capas sucesivas muy finas, del orden de 100 Angstrom (l00.000 capas producen un espesor de 1 mm), es decir, que una pequeña cantidad de detergentes puede producir superficies de hojas enormes. Los iones calcio y las proteínas facilitan la formación de las espumas, y también aseguran su estabilidad. Pero, para formarse, las espumas necesitan condiciones favorables: en primer lugar, reposo para obtener una concentración superficial suficiente; en segundo lugar, un buen contacto agua-aire-micelas, producido por una pérdida de energía del agua, con el mejor contacto posible con aire. Estas condiciones se producen, por ejemplo, en las caídas de los vertederos. Las materias en suspensión del agua reducen la formación de espumas. Esta limitación es suficiente para que, con agua bruta o decantada, y con los bajos niveles de energía disipados, la producción de espumas no sea muy elevada. El problema de las cubas de aeración es distinto, puesto que en ellas se produce una alta disipación de energía: - Cuando comienzan a formarse fangos activados, el alto nivel de energía disipada en la cuba, llena de agua decantada, produce gran cantidad de espumas. - Poco a poco la concentración del licor aumenta, provocando una disminución de la producción de espumas, hasta hacerse muy baja y estable cuando la concentración llega a 1 ó 1,6 g · l-1. Esta mejora procede, por un lado, del efecto de las materias en suspensión del licor, y, por otro, del inicio de la degradabilidad de los detergentes. Los vertederos de los decantadores secundarios producen una cierta cantidad de espumas en función de la altura de caída, pero el mayor problema se presenta en la salida de agua tratada al cauce receptor, en donde pueden ser importantes las diferencias de nivel de agua entre el último punto fijo de la planta, es decir, los vertederos, bien de los decantadores secundarios o bien de la cuba de cloración, y el cauce receptor. Las caídas de 2 a 4 metros son muy frecuentes, pero en ocasiones pueden ser mayores. Se producen grandes cantidades de espuma, muy difíciles de retener y que sobrenadan en la superficie del cauce. La degradabilidad de los detergentes es una posibilidad para reducir la formación de espumas, pero, como no es suficiente, queda una concentración residual que continúa la formación. Recordamos que una concentración de 0,3 a 0,5 mg · l-1 es suficiente para producir espumas. Hemos visto (Figura 15.8) que, para formar espumas, se necesita: AGUA + DETERGENTE + ENERGÍA + AIRE El único de estos cuatro elementos que puede reducirse completamente es el aire. Es decir, la solución para limitar la producción de espumas consiste en perder la energía disponible en un punto en el que no sea posible una introducción de aire. La disposición de la Figura 15.9 permite perder la energía que corresponde a una altura H sin que el vórtice, producido por la alta velocidad de paso por la compuerta B, pueda producir una aspiración del aire. Las dimensiones de la compuerta de control B se calculan para que, estando completamente abierta, pueda pasar el caudal máximo con la mínima pérdida de carga disponible.. La disipación de energía a la salida de la compuerta debe estudiarse cuidadosamente. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA PRODUCIDA POR LOS SISTEMAS DE AERACIÓN Peligros para la salud Todos los sistemas de aeración producen aerosoles muy ligeros que pueden trasladarse fuera de las cubas de aeración, no sólo al interior de la planta, sino también al exterior, a una cierta distancia, relacionada con la velocidad del viento. Un estudio de la Universidad de Carolina del Norte (Ref. 75), dio las siguientes conclusiones: - Es una realidad la producción y el transporte de aerosoles bacterianos a lugares en los que se encuentran operadores de la planta y residentes próximos. - Estos aerosoles contienen diversas bacterias patógenas virulentas, contenidas en partículas de un tamaño tal que pueden ser inhaladas por las personas. Figura 15.8. Formación de espumas. - No se llega a una conclusión, afirmativa o negativa, sobre el riesgo sanitario de los aerosoles de las aguas residuales. Un estudio sueco proporcionó conclusiones similares, en los casos estudiados. Figura 15.9. Reducción de la formación de espumas en la salida de agua tratada. En nuestra opinión, en una planta debe reducirse al mínimo posible la producción de aerosoles. Emisiones de aerosoles En 1976, el Instituto de Higiene y Fisiología del Trabajo de Zurich realizó un estudio muy completo (Ref. 76). Las medidas se efectuaron por filtración muy fina, de 1 m de aire, y las materias filtradas se depositaron sobre una placa de siembra. Después se efectuó el recuento de las bacterias formadas. Figura 15.10. Contaminación atmosférica por los medios de aeración. Comparación de sistemas. La Figura 15.10 presenta el resumen del estudio. Pueden hacerse algunas consideraciones a partir del número de colonias, PC (placa de recuento): - En todos los casos, la contaminación a 1 m por encima del nivel del agua (columna A) es mucho mayor que a 2 m en la parte lateral de la cuba (columna B) (de 2,5 a 33 veces más). - La aspersión del agua tratada para la eliminación de las espumas produce gran riesgo de contaminación. - El sistema que produce el mínimo de aerosoles es el de difusores finos. - Al lado de la cuba, el peor de los sistemas es el de cepillos. Sin embargo, estas medidas se realizaron sin cubiertas de protección, mientras que actualmente es normal su utilización. Conclusiones prácticas Podemos resumir las siguientes: - Suprimir la aspersión de agua para la eliminación de las espumas; sustituirla por chorros de gran caudal de funcionamiento intermitente. - En el momento de seleccionar un sistema de aeración, desde el punto de vista de emisiones de aerosoles, debemos tener en cuenta que los difusores finos son mucho mejores que los demás sistemas. - Los cepillos no deben emplearse sin capotas. - Las turbinas con sistema de cubierta también presentan menores riesgos. OLORES Y RUIDO Deben tomarse todas las medidas necesarias para suprimir, o al menos reducir, los malos olores y el ruido en la planta, tanto para los operadores como para los residentes próximos, sin olvidar los visitantes. Olores En funcionamiento normal, el sistema de fangos activados no produce olores. Las posibles emisiones pueden ser debidas a: - La obra de llegada, bombeo, desbaste, desarenador y desengrase, sobre todo si el efluente llega en estado séptico. - Las espumas Nocardia que, al permanecer mucho tiempo en las cubas, pueden empezar a fermentar y oler; generalmente estos olores se pueden comparar al de la leche agria o derivados lácteos en mal estado. - Los residuos de las espumas blancas que, una vez secos, pueden producir olores. - En los pozos de recirculación equipados con bombas, puede producirse una acumulación de flotantes que, si fermentan, producen malos olores. De vez en cuando debe bajarse el nivel del pozo todo lo posible, cerrando las entradas hasta que caviten las bombas, y, mediante un chorro de agua, ayudar al bombeo de los flotantes. - Los sistemas de extracción, espesado y secado de fangos. En cualquier caso, la solución mas eficaz es la de cubrir las obras en donde pueden producirse olores y ventilar los edificios u obras de cobertura en depresión, es decir, con flujo de aire del exterior al interior, enviando todo el aire de ventilación a un tratamiento especial del mismo para eliminar o reducir los productos causantes del olor como los mercaptanos, el sulfhídrico y el amoniaco. Ruido - Producción y transporte de aire comprimido: El edificio de compresores se debe construir completamente cerrado, con una puerta estanca y aislada. La ventilación debe ser adecuada, con entradas y salidas de aire, equipadas con buenas protecciones acústicas. Cuando existe una filtración de aire, no es necesaria la protección acústica de la aspiración de los compresores. En un edificio con ventanas, la mejor solución será anularlas. Es necesario impedir las vibraciones de las tuberías de aire; cuando están sobre las cubas, es mejor ponerlas en una canaleta llena de una mezcla de arena y serrín. Las tuberías sumergidas no producen vibraciones, o, al menos, son muy pequeñas. - Turbinas: Para reducir el ruido del motorreductor, éste debe instalarse dentro de un cajón aislante con una buena ventilación. El ruido hidráulico se reduce con una cubierta sobre la zona de acción de la turbina. - Tornillos de recirculación: En este caso, la mejor solución consiste en construir un edificio con puertas y ventanas aislantes.
