Optimización de la aireación en un biorreactor

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En este blog de MicroPlanet Bioindicación hemos dedicado varios posts a mostrar las ventajas del uso de la ATPmetría de segunda generación de LuminUltra para el control microbiológico en una planta de tratamiento de aguas residuales. En este post les hablaremos del uso de los análisis de ATP2G para la optimización de la aireación en un biorreactor.

Aireación de los biorreactores: un gasto importante para las EDARS

En todas las estaciones depuradoras, las aguas residuales se vierten a un depósito con dos cámaras. En la primera se realiza el pre-tratamiento: se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión, formado por un gran número de microorganismos agrupados, el llamado “licor mezcla”.  Y a su vez en esta cámara se realiza la oxidación del agua por medio de aireadores mecánicos (turbinas o soplantes) o difusores de membrana alimentados por un compresor externo. La aireación, además de oxigenar, permite la homogenización del licor mezcla, evitando que los fangos sedimenten.

Es sabido que la parte más importante del consumo energético en una EDAR se debe a la aireación del biorreactor, ya sea por insuflación o por turbina (Brogdon, Jennifer et al., 20081)¹.

En general, la duración diaria de esta aireación se determina, o bien con un simple reloj, o bien sujeta a una concentración de oxígeno disuelto. En ambos casos, en realidad no tenemos en cuenta las necesidades reales de la depuradora de biomasa. Por lo tanto, como consecuencia de una loable preocupación por la eficiencia, a menudo se da el caso de que la aireación sea excesiva.

Este es un mal menor ya que si una aireación demasiado prolongada provoca gastos innecesarios, la falta de oxígeno conduce inevitablemente al desarrollo de organismos anaeróbicos, malos olores y procesamiento imperfecto. Sin embargo, ¿debemos continuar en esta dirección cuando los precios de la electricidad amenazan con aumentar drásticamente y existen herramientas de medición efectivas para determinar con precisión el oxígeno esencial para la biomasa?

De hecho, por falta de medios reales para cuantificar con precisión la biomasa depuradora (la única, finalmente, que requiere un suministro de oxígeno), los operadores de las depuradoras dependen de la materia seca (MS) o de la materia volátil en suspensión (MVS). Aunque esta última es más precisa y relevante que la MS, sigue siendo un dato sumamente impreciso respecto a las necesidades reales de un biorreactor aireado, ya que la biomasa viva representa solo una parte (variable) de la materia seca y de la materia volátil en suspensión (figura 1).

Figura 1: La biomasa viva está incluida en el MVS, a su vez incluido en el MS

Podemos clasificar el oxígeno disuelto en un tanque de aireación en tres partes:

• El oxígeno esencial para la biomasa.
• Oxígeno “de seguridad” (del 15 al 25% en general)
• Exceso de oxígeno

El propósito de estas manipulaciones es, por supuesto, eliminar el exceso de oxígeno.

Cuantificación de la biomasa viva para dosificar la aireación

El kit QG21-W ™ de ATP2G de LuminUltra permite cuantificar esta biomasa viva y determinar su proporción en la materia seca de un tanque de aireación: por lo tanto, podrá realizarse una dosificación mucho más precisa de la aireación gracias a un mejor conocimiento de la microbiología del biorreactor.

Variaciones de oxígeno disuelto y BSI según la aireación del biorreactor

Observemos la siguiente tabla dónde se relaciona el oxígeno disuelto y el estrés de la biomasa:

Tabla 1: variaciones de oxígeno disuelto y BSI según la aireación del biorreactor

• Se evidencia que una reducción del tiempo de aireación de 20 a 30 minutos por día durante un cierto período de tiempo provocará un aumento del estrés de la biomasa (aumento de BSI: Biomass Stress Index = proporción de biomasa muerta en relación con la biomasa total) y una reducción del oxígeno disduelto (ya que el suministro de O₂ será menor). Gradualmente, el BSI volverá a su nivel inicial, mientras que el oxígeno disuelto se estabilizará (paso A).
• Este paso de reducción del tiempo de aireación se repetirá (pasos A1, A2, A3) hasta que el BSI ya no disminuya (paso B).
• Aumentar la aireación (paso C) hará que el BSI vuelva a su nivel inicial. El oxígeno disuelto en el biorreactor habrá disminuido globalmente: este será el nuevo umbral a respetar para una aireación óptima (si el efluente entrante no es demasiado variable) y, sobre todo, el tiempo de aireación se habrá reducido considerablemente. Como la actividad bacteriana sigue siendo la misma, los rendimientos de la purificación no se verán afectados.

Aunque el ahorro de esfuerzo y dinero será “sólo” un pequeño porcentaje, resulta muy sustancial en términos de kWh. Con este método, LuminUltra, el fabricante canadiense del kit de análisis QG21-W™ basado en la tecnologgía de ATP de 2ª generación, ha ahorrado a varios fabricantes norteamericanos hasta 180,000$ al año en la factura eléctrica.

Incluso sin llegar necesariamente a esta suma, el interés pecuniario y ambiental es innegable. La calidad de los tratamientos no se ve afectada y los gastos de explotación disminuyen considerablemente.

Esperamos que le haya resultado útil e interesante este post sobre la optimización de la aireación en un biorrecator. Póngase en contacto con nosotros para conocer más sobre el uso de los kits de análisis rápido de LuminUltra para el control microbiológico en su estación depuradora de aguas residuales. Somos especialistas en ofrecer los productos más adecuados para cada necesidad en concreto.

1 Brogdon, Jennifer y col. Mejora de la eficiencia energética de la aireación de aguas residuales, Water Environment Federation, 2008.

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MicroPlanet: Hacemos brillar las bacterias