El salt de la Universitat a la indústria

Exemple de com la limnologia pot incidir en el món de la depuració d’aigües

Ainhoa Gaudes Saez

Cap de laboratori de microbiologia. Laboratori d’anàlisi Dr. Borrell

I després de la tesi....QUÈ?

El Salt:

Microestructura o matriu polimèrica

Formació del flòcul

Bactèries disperses + partícules orgàniques i inorgàniques

Macroestructura (flòculs 150-1500µm)

Microorganismes filamentosos

Formació del flòcul

Microestructura o matriu polimèrica

(flòculs 30-150µm)

Flòcul ideal:Macroestructura colonitzada per ciliats sèssils

Biodegradació dels efluentsFlora associada

temps, dies

DQ

O s

olub

le ,

mg

O2/

l

Flagelats

Ciliats rotífers

Bacteries en flòculs

Tractament biològic: control microscòpic

� a: Peranema;� b Bodo;� c: Pleuromones; d Trepomones.

Rizópodes gimnameboideos� e y f: Vahlkampfia; � g: Mayorella;� h: Thecamoeba.

Rizópodes tecameboideos� j: Euglypha; � k: Centropyxis;� m:Arcella.

� Lliure nedadors� a: Glaucoma;� b: Dexiostoma;� c: Uronema;� d: Coleps;� f: Paramecium.� Reptants� g: Acineria;� h: Litonotus;� i: Aspidisca;� j: Euplotes;� k: Trithigmostoma.� Sèssils :� l: Vorticella microstoma;� m: Opercularia; � n: Podophrya;� o: Vorticella� convallaria; � p: Tokophrya� ; r: Carchesium;� s: Epistylis.

Tractament biològic: control microscòpic

. Metazous. a: rotífer filodínide;b : rotífer lecánide;c: nematode; d: oligoquet;f: gastròtric;

g: tardígrad.

Tractament biològic: control microscòpic

Característiques del flòcul:Forma irregular, mida mitjana (150-500 µm)Estructura dèbil. Més de 20 fil/flocPoca matèria interflocular, pocs filaments lliures

Aspecte del flòcul

Microorganismes filamentosos tinció Gram

Microorganismes filamentosos tinció Neisser

Gimnameba (sup) i Aspidisca (inf)

Podophrya

Coleps sp.

Aspecte dels filaments en el flòcul

Thiothrix spp

Organismo NALO

Monocolonia de bactèries desnitrificants

Problemes ocasionats per les bactèries filamentoses

Bulking filamentós:

•augment del volum dels fangs a decantar

• flotació dels fangs

Indicis macroscòpics:

•Augment de volum en el conus de decantació

•Augmento del IVF (correcte aprox. 80-150)

(IVF= (Sòlids Sedimentables (ml/L)/MES(g/L)

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

Acció de las bactèries sobre el nitrogen� Formes en que es troba el nitrogen en les aigües residuals.

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

Dos vies d’acció de les bactèries sobre l’amoni

� 1- Incorporació a la biomassa : BACTERIES HETEROTROFES

� 2- Procés de nitrificació : BACTERIES AUTOTROFES

EL PROCES DE NITRIFICACIÓ BAIXA EL pH

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

Bactèries autòtrofes

•Font de carboni INORGÀNICA

•Font d’energia NITROGEN INORGÀNIC

Bactèries nitritooxidants (NOB)

Bactèries amonioxidants (AOB)

Dos tipus clarament definits:

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

Bacteries amonioxidants (AOB)

� Forma bacil·lar, espiral o esfèrica

� Gram negatives

� Mòbils por flagel polar,subpolar o perítric

Habiten al sòl, oceans, rius y llacs

Aeròbies o microaeròfiles

Quimioautòtrofes

Gènere NITROSOMONES

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

Bacteries nitritooxidants (NOB)

� Generes: NITROBACTER, NITROSPIRA, NITROCOCCUS

� Oxidants del nitrit� El·lipsoïdals, esfèrics i espirals

� Gram negatius

� mòbils per flagel polar o lateral o immòbils� Habiten en ambients marins

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

També poden fer aquesta funció:

bactèries heterotròfiques

Artrobacter

Azotobacter

Pseudomones fluorescens

Aerobacter aerogenus

fongs

Aspergillus flavis

PenicilliumNeurospora

Actinomicetos (streptonocardia)

Qui depura les aigües?Eliminació del nitrogen

Condicions per l’eliminació del nitrogen� pH: control del carboni inorgànic.� Oxigen: és imprescindible per l’oxidació de l’amoni.� Temps de retenció cel·lular: las bactèries autòtrofes són

de creixement lent.� Disponibilitat d’amoni.� Carbono orgànic baix.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:PARÀMETRES A CONTROLAR MACROSCOPICAMENT A PLANTA

Entrada:- pH- Color- Terbolesa- Olor

Sortida:- Color- Terbolesa- Arrossegament de

fangs

Recinte d’aireació:- pH- V30’(amb l’aireació

engegada 5h. Sempre al mateix temps)

- Aspecte (presència de flotants, escumes,...)

- Redox/O2- Olor

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:MATÈRIA ORGÀNICA

La composen principalment proteïnes, carbohidrats, greixos, alcohols, cetones, aldehids, fenols, detergents, etc.

Es pot mesurar d’una manera general o específica per cada compost.

Donada la varietat de compostos, es fa una mesura general i si es precís es determinen alguns compostos concrets.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:PARAMETRES PER MESURAR LA MATÈRIA ORGÀNICA

DBO5: Demanda bioquímica d'oxigen. Indica la matèria susceptible de ser degrada biològicament, a través de l’oxidació. Unitats: mg O2/L

DQO: Demanda química d'oxigen. Indica la matèria susceptible de ser oxidada químicament, amb un oxidant fort (dicromat potàssic, medi sulfúric i a 150ºC). Unitats: mg O2/L

Tradicionalment s’ha denominat així l’Oxidabilitat al permanganat, que s’utilitza per aigües relativament netes ( consum, rius, piscines i bany...) i que es una oxidació menys enèrgica.

TOC: Carboni orgànic total. Indica el carboni present a la mostra. El mètode mes utilitzat es la combustió sobre catalitzador de platí a 680ºC. Es converteix tot el carboni en CO2 i es llegeix al infrarroig. Habitualment es determina sobre mostra filtrada. Unitats: mg C/L

MES: Matèria en suspensió. Indica la quantitat de sòlids en l’aigua. Determina per igual sòlids orgànics i inorgànics, que podem diferenciar mitjançant la determinació de Matèria en suspensió volàtil mitjançant una combustió a 550ºC, temperatura a la que es volatilitza la matèria orgànica. Els sòlids orgànics donen DQO i poden donar DBO5. Unitats: mg /L

.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:PER QUE SERVEIXEN?

La DQO es el paràmetre que dona el contingut en matèriaorgànica por excel·lència.

La DBO5 te un interès mes relatiu, s’utilitza molt peròha perdut el vigor que tenia. Les seves dificultats principals sonque dona un error estàndard mes gran i que pot variar segons elinòcul utilitzat (bactèries mes o menys adaptades alsubstrat). També triga mes temps en realitzar-se (cinc dies).

El TOC, es important però no tan informador como la DQO,ja que desconeixem la quantitat d’oxigen equivalentque pot reaccionar amb el substrat a estudiar. Esinteressant sobre tot, quan tenim interferencies ooxidacions parcials a la DQO.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:MATÈRIA NITROGENADA

L'orgànica la composen principalment compostos amoniacals i ureics, proteïnes, amines, amides, detergents, etc.

L’inorgànica nitrats i nitrits.

El nitrogen orgànic es pot mesurar d’una manera general o específica per cada compost.

Donada la varietat de compostos, es fa una mesura general i si es precís es determinen alguns compostos concrets.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:PARAMETRES PER MESURAR EL NITROGEN

NH4+: Amoni. Indica l’amoni present a l’aigua. Unitats: mg N/L, mg NH4

+/L

NTK: Nitrogen total Kjeldahl. Es una digestió acida molt enèrgica que ens dona la suma del nitrogen orgànic en les seves diverses formes (proteïnes, urea, amines...) i l’amoni. NO inclou ni nitrats ni nitrits. Unitats: mg N/L

NO-2: Nitrits. Indica els nitrits presents a l’aigua. És una espècie inestable i per tant pot variar segons les condicions d’ emmagatzematge. Unitats: mg N/L, mg NO2/L

NO-3: Nitrats. Indica els nitrats presents a l’aigua. És una espècie inestable i per tant pot variar segons les condicions d’emmagatzematge. Unitats: mg N/L, mg NO3/L

NT: Nitrogen Total calculat. Es la suma de NTK+ NO-2+ NO-

3

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:MATÈRIA FOSFORADA

Forma part de la matèria orgànica. Es troba a detritus animals i vegetals, a fertilitzants, detergents,...

Dissolució de fosforites i altres minerals.

El fòsfor es determina com Fòsfor total i com a fosfats

Donada la varietat de compostos, es fa una mesura general i si es precís es determinen alguns compostos concrets.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:MATÈRIA FOSFORADA

Forma part de la matèria orgànica. Es troba a detritus animals i vegetals, a fertilitzants, detergents,...

Dissolució de fosforites i altres minerals.

El fòsfor es determina com Fòsfor total i com a fosfats

Donada la varietat de compostos, es fa una mesura general i si es precís es determinen alguns compostos concrets.

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:PARAMETRES PER MESURAR EL FOSFOR

PT: Fòsfor total. Es determina mitjançant una digestióàcida i ens dona la suma del fòsfor orgànic i els fosfats. Unitats: mg P/L

PO4=: fosfats. Ens dona els fosfats lliures a l’aigua. Unitats:

mg P/L, mg PO4=/L

TRACTAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL :ALTRES PARÀMETRES BÀSICS� pH / Alcalinitat pels seus efectes sobre els

processos biològics.

� Temperatura, pels seus efectes sobre els processos biològics.

� Conductivitat, efectes sobre l’activitat bacteriana (180000 uS/cm)

Control ideal de l’EDAR (SBR)Entrada:- DQO- MES

- pH- NH4/NTK

- PT

Sortida:- pH

- DQOtotal

- DQO dec 2h- DBO5total

- MES

- NH4

- NTKt

- NO2/NO3

- PTt

- Conductivitat- Cl

- Fe

- Tensioactius aniònics- Al

- Matèries inhibidores

Reactor:durant l’aireació

- V30/IVF

- DQOsoluble- OM

- MES/MESv

(Sortida segons exigència administrativa)

TRATAMENT DE L’AIGUA RESIDUAL:NUTRIENTS

Parametres de quantificació dels nutrientsBàsicament son el Nitrogen i el Fòsfor. Junt amb el

carboni son els nutrients essencials pel creixement.

Els podem determinar com:N: NH4, NTK, NO2, NO3P: PO4, PT

Altres components d’interès son els micronutrients, elements que els microorganismes precisen en quantitats molt petites (µg/l) como por ejemplo: Mn, Mo, Zn, Cu, Fe,Co,Ni...