La DBO en el control del funcionamiento de las...

7
Se presenta el desarrollo de un sensor biológico que permite la medición de la demanda biológica de oxígeno (DBO) en tiempo real. Los prototipos llevan 18 meses de pruebas, habiendo mostrado una fuerte correlación con el método de medida tradicional de la DBO soEl nuevo sistema permite implantar estrategias de optimización de la operación al conocer en tiempo real el grado de contaminación de las aguas. La DBO en el control del funcionamiento de las EDARs Medición on.'ine mediante microbiosensores T. Díez-Caballero, G. Rodríguez Albalat, C. Ferrer Ferrer y V. Erchov Biosensores,S.L. D. Gómez Vera, P. Tejeda Belloch S.A. Agricultores de la Vega J. Claramonte Santarrufina, J.c. Garda López. F.A.C.S.A. 1. Introducción En mayo de 1995, la Entidad de Saneamiento de Aguas de la Gene- ralidad Valenciana contrató a Bio- sensores, S.L. con el fin de investi- gar, desarrollar y fabricar tres uni- dades de un sensor microbiano pa- ra el análisis en continuo de la de- manda biológica de oxígeno en aguas residuales (DBO), con y sin aporte de aguas industriales. En la actualidad, hay tres unidades del equipo microbiosensor que vie- nen trabajando desde su instala- ción un total de 18 meses, esto es, unas 30.000 horas de experiencia en la monitorización en continuo de las aguas residuales. El resultado de este proyecto de in- vestigación y desarrollo, al cabo de tres años y medio de esfuerzo, es una potente herramienta de análisis en continuo, un equipo automati- zado y robusto, capaz de operar de forma autónoma en condiciones reales y de impacto ambiental. 2. El análisis estándar de la DSO La DBO es un parámetro esencial en el control de la calidad del agua y del proceso de depuración de las aguas residuales, así como en la vi- e Isabel Castro EGEVASA gilancia de espacios naturales hú- medos. Este parámetro mide el contenido de materia orgánica bio- degradable en el agua problema. Esta materia puede ocasionar una depresión de oxígeno disuelto en la cuenca receptora, capaz de produ- cir episodios de mortandad masiva de la fauna acuática por anoxia. El método estándar para determi- nar la DBO de un agua, aun hoy en uso, se denomina DBOs y consiste en incubar una muestra del agua problema en oscuridad y a una temperatura de 20°C durante cinco días. Durante este tiempo, los mi- croorganismos presentes en el agua metabolizan una gran parte de la materia orgánica degradable, aproximadamente un 80 % de la DBO total. Esta metabolización re- quiere el consumo de oxígeno di- suelto por parte de estos microor- ganismos, de modo que la diferen- cia entre el oxígeno disuelto medi- do antes y después del período de incubación proporciona una medi- da de la demanda biológica de oxÍ- geno, esto es, del grado de conta- minación orgánica del agua pro- blema. Sin embargo, son múltiples facto- res los que han llevado a cuestio- nar la fiabilidad analítica de la DBOs' De hecho, los valores de DBOs para una misma muestra pueden presentar una dispersión de entre el 10% y el 30%. Entre estos Junio 991- mi

Transcript of La DBO en el control del funcionamiento de las...

Se presenta el desarrollo de unsensor biológico que permite la

medición de la demanda

biológica de oxígeno (DBO) en

tiempo real. Los prototipos llevan18 meses de pruebas, habiendo

mostrado una fuerte correlacióncon el método de medida

tradicional de la DBO soEl nuevosistema permite implantar

estrategias de optimización de laoperación al conocer en tiempo

real el grado de contaminaciónde las aguas.

La DBO en el control delfuncionamiento de las EDARsMedición on.'ine mediante microbiosensores

T. Díez-Caballero, G. Rodríguez Albalat, C. Ferrer Ferrery V. Erchov

Biosensores,S.L.

D. Gómez Vera, P. Tejeda BellochS.A. Agricultores de la Vega

J. Claramonte Santarrufina, J.c. Garda López.F.A.C.S.A.

1. Introducción

En mayo de 1995, la Entidad deSaneamiento de Aguas de la Gene-ralidad Valenciana contrató a Bio-sensores, S.L. con el fin de investi-gar, desarrollar y fabricar tres uni-dades de un sensor microbiano pa-ra el análisis en continuo de la de-manda biológica de oxígeno enaguas residuales (DBO), con y sinaporte de aguas industriales.

En la actualidad, hay tres unidadesdel equipo microbiosensor que vie-nen trabajando desde su instala-ción un total de 18 meses, esto es,unas 30.000 horas de experienciaen la monitorización en continuode las aguas residuales.

El resultado de este proyecto de in-vestigación y desarrollo, al cabo detres años y medio de esfuerzo, esuna potente herramienta de análisisen continuo, un equipo automati-zado y robusto, capaz de operar deforma autónoma en condicionesreales y de impacto ambiental.

2. El análisis estándarde la DSO

La DBO es un parámetro esencialen el control de la calidad del aguay del proceso de depuración de lasaguas residuales, así como en la vi-

e Isabel CastroEGEVASA

gilancia de espacios naturales hú-medos. Este parámetro mide elcontenido de materia orgánica bio-degradable en el agua problema.Esta materia puede ocasionar unadepresión de oxígeno disuelto en lacuenca receptora, capaz de produ-cir episodios de mortandad masivade la fauna acuática por anoxia.

El método estándar para determi-nar la DBO de un agua, aun hoy enuso, se denomina DBOs y consisteen incubar una muestra del aguaproblema en oscuridad y a unatemperatura de 20°C durante cincodías. Durante este tiempo, los mi-croorganismos presentes en elagua metabolizan una gran partede la materia orgánica degradable,aproximadamente un 80 % de laDBO total. Esta metabolización re-quiere el consumo de oxígeno di-suelto por parte de estos microor-ganismos, de modo que la diferen-cia entre el oxígeno disuelto medi-do antes y después del período deincubación proporciona una medi-da de la demanda biológica de oxÍ-geno, esto es, del grado de conta-minación orgánica del agua pro-blema.

Sin embargo, son múltiples facto-res los que han llevado a cuestio-nar la fiabilidad analítica de la

DBOs' De hecho, los valores deDBOs para una misma muestrapueden presentar una dispersión deentre el 10% y el 30%. Entre estos

Junio991-mi

factores conviene señalar la depen-dencia del valor final obtenido deDBO con la actividad metabólicade los microorganismos presentesen la muestra. Esto es debido a quela actividad, tipo y concentraciónde estos microorganismos hetero-géneos no son factores controladosen este análisis. Así, un agua pro-blema con microorganismos de ba-ja actividad (por ejemplo, en el ca-so de contener un tóxico) puedepresentar una DBO baja aun cuan-do su contenido orgánico sea signi-ficativo. Por añadidura, se conoceque los microorganismos del aguasufren variaciones estacionales ensu cuantía y tipo y, por tanto, pode-mos decir que la unidad de medidade la DBO en el análisis clásicotiene una variabilidad intrínsecaconsiderable.

Otro factor interferente en el análi-sis de la DBOs es la presencia y ac-tividad de microorganismos nitrifi-cantes porque consumen oxígenodisuelto, pero no a expensas de lamateria con carbono orgánico sinode materia nitrogenada. En un aná-lisis de DBO a tiempo largo, lacontribución de la nitrificación a lademanda de oxígeno total no esdespreciable y, por tanto, resultanecesario añadir a la muestra ana-lizada un compuesto inhibidor queimpida la actividad de este tipo debacterias.

Una limitación operativa impor-tante del análisis de la DBOs es laduración del análisis, de cincodías. En un contexto socioeconó-mico marcado por una demandacreciente de agua y con la perspec-tiva de que el volumen de aguas re-siduales se cuadruplique en lospróximos 20 años, se impone el re-querimiento de una tecnología de

oesO

RECEPTOR

BIOACTIVO

IJ

medición rápida de la DBO. Unatecnología que salve los inconve-nientes expuestos. Sólo así, me-diante la monitorización en conti-nuo de la calidad del agua, es posi-ble garantizar una intervención rá-pida sobre el proceso de depura-ción de unas aguas cuyo tránsito escontinuo a través de la instalación.

Por supuesto, la vigilancia conti-nuada del agua requiere una auto-matización del análisis con el obje-tivo de evitar la intervención hu-mana y reducir el coste por deter-minación.

3. Tecnología delbiosensor

Durante la última década, la poten-cialidad comercial de los procesosy sistemas biológicos ha impulsa-do la tecnología de los biosenso-res. Estas herramientas de monito-rización y control, llamadas a revo-lucionar la biotecnología analítica,pueden proporcionar informaciónen tiempo real sobre parámetrosclave en procesos de muy distintasáreas (medicina, agricultura, me-dio ambiente, etc.). Un rasgo dis-tintivo de un biosensor es la inter-fase entre un material biológico-enzima, anticuerpo, orgánulo, cé-lula, etc.- y un transductor -poten-ciométrico, amperométrico, ópti-co, etc.-. La interacción del mate-rial biológico sensible con lamuestra produce un cambio en unoo más parámetros fisicoquímicosoriginando una señal. Esta señal ti-sicoquímica es transformada enuna señal eléctrica mediante untransductor que puede ser amplifi-cada y procesada en la forma ade-cuada.

AMPLIFICACION

1=:[>TRANSDUCTOR

Figura1.Esquemaexplicativo de la

configuraciónbásica de un

biosensor El

elemento sensor

o receptorinteracciona con

un ana/ito

y la señal

fisicoquímica

originada ( un

cambio de pH.

emisión de luz.

un cambio en la

concentración

de oxígeno. etc)

es transformada

poruntransductor en

unaseñaleléctrica

Cuando el componente biológicosensor es una célula entera comoun microorganismo, el dispositivorecibe el nombre de microbiosen-sor o sensor microbiano (Fig. 1).

4. Aproximacionestécnicas al análisisde la DBO mediantebiosensores

Los equipos presentes en el merca-do para determinar la DBO de unaforma rápida utilizan básicamentedos tipos de estrategia en la reali-zación de las medidas:

a) Bioelectrodos, consistentes enuna membrana que contiene mi-croorganismos inmovilizados, aco-plada a una sonda de oxígeno di-suelto.

b) Biorreactores, consistentes enun reservorio conteniendo una fan-go activo procedente de una esta-ción depuradora de aguas residua-les, y una sonda de oxígeno disuel-to sumergida.

La tecnología de membrana ha ori-ginado equipos comerciales coninteresantes aplicaciones medio-ambientales (ARAS Doctor Lange,de Alemania; BOD Module deMedingen, de Alemania; BOD2200 de CKG, de Japón, etc.). Es-tos equipos son manuales o se-miautomáticos, y entre medidassucesivas requieren pasar a travésde la membrana un lÍquido nutriti-vo para no comprometer la viabili-dad de las células inmovilizadas.La retención de materia orgánicaen el interior de la membrana re-quiere un prolongado lavado, loque significa consumo de tiempo yreactivos considerable si se quiererecuperar la línea base original.Las células inmovilizadas en mem-brana pierden actividad con el uso,lo cual lleva a una pérdida de la ca-pacidad de respuesta. Además, latoxicidad del agua problema po-dría inactivar estas células irrever-siblemente. Para efectuar nuevasmedidas, sería necesario un recam-bio continuo de la membrana, queharía a estos equipos inoperantes ycostosos.

Figura2.Diagramatemporaldeoxigenodisueltodelsistemamicrobiosensor(respirograma).Encadacicloseanalizandospatrones,PlyP2,Ylamuestradeaguaproblema.Elsensormicrobianoestáprogramadoparaanalizaralternativamenteaguadelinfluente(sinde-purar)ydelefluente(depurada).Entreciclosconsecutivoshayunaetapadeacondicionamientodelaunidaddereacciónparamante-nercondicionesequivalentesentremedidassucesivas.

"

RESPlROGRAMA OBTENIDO CON EL MJCROBIOSENSOR

ciclo"

,.A

rmue.tr.es.ulld. (OBO b8j.)

~L.!

Ar

muealr. de entrada (080 alta)

.00100941 0:1\'11202843 038,13 04144 O~7-15 1"646 11617 1~4!I "3518 ~:444\115420 235~ 2-1322 222:53 23223 24154 25125

3I'11m 3/271Q9 3121/99 3l27J99 31'Z11'i19 3/ZT/99 3fZ7m 3fZ1f99 3IZ1f99 3127199 YX1/99 3117f99 3/21f99 3/21199 3IZ1!'39 3mf'1& 3I27M 3117199 Y17/9fdT-

Losequiposbasadosenbiorreacto-res (Rodtox de Kelma, Bélgica;Biomonitor de LA.R., Alemania;BM3 deNeurtek,España;Respiró-metrodeColumbus,EE.UU.,etc.)tienencomo elementosensorunapoblaciónmicrobianaheterogéneade un fangoactivo,pero el tóxicopresenteenun efluentepasaal re-actorjunto con la muestray puedellegar a afectar severamente elconjunto de la biomasa interrum-piendo la autonomía del equipo yhaciendo necesaria la intervencióndel operario. En muchos casos seda una aclimatación de la pobla-ción del fango frente a determina-dos niveles de un tóxico en parti-cular,con la consiguientepérdidade sensibilidad para la detecciónde toxicidad. Además, la dinámicade cambio cualitativo y cuantitati-vo en la población microbiana delfango (variaciones estacionales,relaciones de depredación, etc.)hacen de estos microorganismosun reactivo de variabilidad incon-trolable en la determinación deDBO. Los sistemas biorreactoresutilizan como elemento sensor unfango activo procedente de una Es-tación Depuradora de Aguas Resi-duales, comprometiendo seriamen-te su utilidad operativa continuadaen un entorno distinto, como lo sonlas zonas húmedas de importanciaecológica. La complejidad del fan-go activo utilizado como elementosensor y la inmersión directa de las

sondas de medida implican un rá-pido ensuciamiento de estos ele-mentos,afectandola medidaobte-nida y haciendo necesario un man-tenimiento con elevada frecuencia,en algún caso incluso diario.

En otros sistemas, como el equipodenominado BIOX 10IO de STIPen Alemania, se programan paramantener un valor consigna deDBO en el reactor diluyendo o noel contenido del mismo en funcióndel efecto que sobre este valor ten-ga la muestra de agua residual ana-lizada. Utiliza los microorganismosdel agua residual y no difiere eneste sentido de los biorreactores.

5. Tecnología para lamonitorización encontinuo de la DSO

Se ha desarrollado un sistema quepermite disponer en todo momentode microorganismos en suspensióncon características definidas yequivalentes en concentración, ti-po y actividad metabólica para ladeterminación en tiempo real de laDBO. Esto elimina la dependenciade la disponibilidad, actividad ycomposición del fango activo. Portanto, el equipo puede ser aplicadono sólo al control de procesos dedepuración,sino tambiéna la mo-nitorización de aguas superficiales

en general. El principio de medidautilizado es el respirométrico, mi-diendo el consumo de oxígeno quelos microorganismos emplean enla oxidación de la materia orgánicadel agua problema en un tiempo deensayo real de entre 15 y 25 minu-tos, dependiendo de la compleji-dad de la muestra.

El sistema proporciona una estima-ción de la DBOs del agua proble-ma a partir de su señal respiromé-trica, tomando como referencia laseñal respirométrica de una sustan-cia patrón cuya DBOs es conocida.

En cada ciclo de análisis se inyec-tan dos patrones de la mismacuantía y composición, uno antesde la muestra y otro después, elprimero permite la calibración delsistema y el segundo permite esti-mar la posible toxicidad de lamuestra. Entre ciclos de análisisconsecutivos se incluye una etapade acondicionamiento de la unidadde reacción para garantizar condi-ciones equivalentes en cada medi-da (Fig. 2).

Todo el ciclo de trabajo del sensormicrobiano se encuentra automati-zado, por consiguiente no requiereintervención humana salvo para lareposiciónde reactivos.El equipoestá capacitado para la captura re-mota de los datos o para su incor-poración en redes locales y admitela implementación de otros senso-res convencionales (pH, conducti-vidad, cJoruros, etc.).

6. Evaluación en . ,campo de losmicrobiosensores

Ha finalizado recientemente laevaluación en campo de tres senso-res microbianos por los técnicos detres EDARES de empresas explo-tadoras distintas analizando aguaresidual tanto depurada como sindepurar, y en este último caso tan-to de agua bruta como de agua pro-cedente del decantador primario.Los datos han sido obtenidos a par-tir de tres unidades del sensor mi-crobiano ubicadas cada una deellas en una EDAR distinta con di-

Junio 99

11

ferentes proporciones de agua resi-dual urbana e industrial.

Se han tomado en total 30 mues-tras puntuales que son analizadasen paralelo por el sensor microbia-no y por el método estándar DBOyDe estas muestras trece de ellasson de agua depurada, seis son deagua del clarificado del tratamien-to primario de planta y once deagua sin depurar. Para garantizar laequivalencia entre las muestrasanalizadas por el sensor microbia-no (DBOMB) y el método estándar(DBOs)' las muestras para deter-minar la DBOs se toman en el mo-mento en que el sensor microbianoinyecta la muestra correspondienteen la celda de reacción. En la figu-ra 3 se presenta el gráfico compa-rativo DBO/DBOMB para todaslas muestras analizadas.

Para establecer si ambos métodosde análisis son comparables se hautilizado e] test estadístico de datosapareados. Esto es así porque losvalores de DBOs y la DBO delsensor microbiano se determinansobre la misma muestra y, por con-siguiente, ambas variables son de-pendientes desde un punto de vistaestadístico.

Mediante este test se realiza el si-guiente contraste de hipótesis:

Ho: E (di) =O

H) : E (di) ::t= O

donde Ho se denomina hipótesisnula y afirma que el promedio delas desviaciones (d) es cero, es de-cir, que no existen diferencias sig-nificativas entre ambos métodos, olo que es ]0 mismo, que ambos mé-todos son comparables. Frente a lahipótesis nula, la hipótesis alterna-tiva consiste en afirmar que lasdesviaciones entre ambas medidasson significativas y. que, por tanto,ambos métodos no serían compa-rables. Para realizar el contraste seobtiene en cada muestra la diferen-cia entre los valores obtenidos porel sensor microbiano y el métodoestándar. Consideramos las dife-rencias:

DI =DB05, - DBOMB,D2 =DB052 - DBOMB2

D =DB05 -DBOMBn n n

que representan una muestra de ta-maño 30 de la variable D =DB05- DBOMB.

A partir del promedio y de la dis-persión de tales diferencias seconstruye un estadístico (funciónde los valores muestrales) que si-gue una distribución conocida deprobabilidad denominada t de Stu-dent. Este valor t experimental secompara con el valor t teórico ob-tenido en tabla para el nivel deconfianza (precisión del test) esco-gido, en este caso del 95%, y enfunción de] número de muestras

COMPARATIVA DB05. OBOMB

i~~

t 2 3 .. $ el 1 8

\

\

9 10 11 t2 13 ,. 15 ~ 17 18 ,. ~ ~ n ~ ~ ~ ~ v a ~ ~~.--n

Figura3. Comparación entre el método estándar (DB0sly el método desarrollado basado en microbiosensores. Se presentan un totalde 30 muestras reales analizadas en paralelo por ambos métodos. en tres depuradoras diferentes. dentro de los trabajos de evalua.

ción en campo del sistema

-

analizadas. Si el valor experimen-tal resulta menor que el valor de ta-b]a los métodos son comparables.El valor experimental se calculamediante la fórmula:

es decir, el cociente entre el pro-medio y la desviación de las dife-rencias, multiplicado por la raíz delnúmero de grados de libertad (nú-mero de pares de datos, n, menosuno). Si la HO es cierta esta fun-ción estadística sigue una distribu-ción t de Student con n-1 grados delibertad.

El valor experimental resulta ser0,862, valor menor que el valor detabla de 2,042; por consiguientequeda demostrada la comparabili-dad entre los análisis estándar

(DBOs) y los realizados por el mi-crobiosensor.

Establecida la comparación entreambos métodos se procede a cuan-tificar el grado de concordancia en-tre ambas variables mediante elcálculo del coeficiente de correla-ción lineal, un estadístico que mideel grado de variación conjunta deambas medidas. Para una correla-ción positiva, es decir, cuando am-bas variables evolucionan en elmismo sentido, su valor oscila en-tre Oy 1,considerándose la correla-ción tanto mayor cuanto más próxi-mo a la unidad se encuentra estevalor. En la figura 4 se presenta eldiagrama de dispersión de los datosque permite visualizar el grado enque la nube de puntos experimenta-les se puede ajustar a una línea rec-ta, representando la DBO del sen-sor microbiano (DBOMB) frente ala DBOs del método estándar.

El valor del coeficiente de correla-ción lineal res +0.98 (lo que signi-fica que el coeficiente de regresiónlineal R2 es 0.96). Este valor indica una fuerte correlación lineal en-tre ambos métodos.

6.1. Estudio de losregistros históricos de DBOobtenidos con el sensormicrobiano

El interés de una medición fiable y

"'"

""

..,

""

300

i I1""1

""j o I

I".

,,1>

o o

cial. Posteriormente puede obser-varse cómo la estación depuradorarecupera un comportamiento siste-mático diario con máximos que selocalizan siempre en las primerashoras de la tarde y que tienen unorigen doméstico. El promedio dela DBO de entrada (agua decanta-da) es de 80 mg/l y el promedio delagua depurada es de 15 mg/I. Elsensor microbiano detecta asimis-mo máximos de DBO que se apar-tan de este comportamiento y quecorresponden a dos vertidos pun-tuales de origen industrial, uno deellos casualmente detectado por unoperador de planta. El otro no fuedetectado por la observación delpersonal de la EDAR.

Figura4.-Diagramadedispersiónqueevidenciaunacorrelaciónlinealmuyelevadaentrelasmedidasobtenidasparelmétododere-ferenciadalaOBOsy lasmedidasobtenidasparelmicrabiasensar(OBOMB).Enestediagrama.cadapuntarepresentaunpardevalo-resdeltipo(OBO;-OBOMB)paraunamuestradada.Elvalordelcoeficientedecorrelaciónresultade+D.98

""CORRELACION 080I.oaOMB

...

"'.-

200--.

".

""

'" lO. .'" ""

en tiempo real de la DBO y de latoxicidad inespecífica reside endisponer de información del proce-so de depuración que permitaadoptar las medidas oportunas pa-ra la prevención de cargas conta-minantes y de episodios de toxici-dad que puedan comprometer elfuncionamiento del proceso de de-puración. Por otro lado, la identifi-cación de comportamientos siste-máticos de tales parámetros y decomportamientos relacionados confenómenos puntuales tales comolluvias y vertidos debe contribuir ala optimización del consumo ener-gético de la instalación necesariopara la estabilización de una canti-dad cambiante en pocas horas demateria orgánica del agua influen-te. La ejecución de estas medidaspreventivas y/o correctoras exige lamonitorización en continuo de ta-les parámetros.

En las figuras 5, 6 Y7 se presentanlos gráficos de monitorización dela DBO obtenidos en cada una delas estaciones depuradoras dondeel sistema ha sido evaluado.

En el caso de la EDAR de la Cuen-ca del Carraixet en Alboraya (Va-lencia) (Fig. 5) se analiza agua pro-cedente del clarificado de la decan-tación primaria yagua depurada.Si se observa el gráfico correspon-diente, se puede apreciar un au-

--

-- --- --

"" La DBO del agua depurada presen-ta una mayor uniformidad puestoque el reactor biológico puede me-tabolizar una carga cambiante deDBO de entrada, amortiguando lavariabilidad de esos valores.

'" '" .., ... ""DB05(mg/I)

mento inicial muy significativo dela DBO del agua decantada coinci-diendo con el inicio de un períodode lluvias por efecto del arrastre dela materia orgánica en las primerashoras. Poco tiempo después se ob-serva una disminución de la DBOatribuida al efecto de la dilución dela materia orgánica ocasionada porel aporte de agua pluvial, dada sucontinuidad en el tiempo y una vezconcluido el frente de arrastre ini-

Una situación similar se aprecia enel gráfico de DBO de la EDAR deCamp de Turia (Fig. 6). En este ca-so, las lluvias son un fenómenopuntual y no tienen la continuidadque en el caso anterior. Pero, contodo, se aprecia también una dilu-ción de la DBO del agua sin depu-rar, que en este caso no es agua delclarificado de la decantación pri-

REGISTRO ceo EDAR-ALBORAYA

:1""'¡ -.-

""l.

300+--.---....--

r :OOo~l- I---DBOsalldII .

200VMicIoJUtuII~-~opII8dor"'"

1111 Y 23h., 2MO'88

'SI

-\--- ~..~-

heblual de .. DBO

.00

Figura5.-RegistradelaOBOdeentrada( aguaclarificadadeldecantadarprimaria)ydelaOBOdesalida(aguadepurada),obtenida can el equipamicrabiasensaren la E.O.A.R.de Barrancade CarraixetenAlbaraya (Valencia)

junio 99

IJ

Figura6.- RegistrodelaOBOdeentrada(aguasindepurar)ydelaOBOdesalida(aguadepurada)obtenidasconelmicrobiosensorenla EOARdeCampdeTuria.Nóteseel efectodediluciónenlacargadeOBOdeentradaporefectodeunperiododelluviasdecortaduración

REGISTRO 080 EDAR CAMP DE TURIA

700

600 ~- ~ "

600

oiluclón dela DBOporIluvi.. de corta dut8clón

_L.+

'00

o'924-21 2234~ 2~4624 057:42 J:9«1 4:219 532:39 ,. O9 11:Hi19 0'57~ 25.H 1336~ 144403

23131'199924131'19992513I1~P2713.f19992813119992&'3I1m3IY3I1m 31131'1W91/4o'19i93f4'1m 4141199961""999 71411999Ho....-

maria sino agua bruta. Por esta ra-zón, los valores de DBO en la en-trada registrados son mayores queen el caso anterior, donde dichosvalores corresponden a agua de-cantada. En el caso de la EDAR deCamp de Turia, el valor promediode DBO de entrada registrado porel equipo es de 309 mg/I y en valorpromedio de DBO del agua depu-rada es de 28 mg/l. El perfil de laDBO no se corresponde en este ca-so, cuando se está analizando aguabruta, con el perfil suave y regularpropio del análisis del agua decan-tada.

En el caso de la EDAR de Caste-llón (Fig. 7), ubicada en la capitaldel mismo nombre en la Comuni-dad Valenciana, se aprecia un com-portamiento regular de la DBO deentrada que en este caso tambiénes agua bruta. Con periodicidaddiaria las DBO máximas (el pro-medio de las cuales es de 384mg/I) se encuentran preferente-mente en la segunda parte de la tar-de, mientras que los valores míni-mos (el promedio de los cuales esde 215 mg/l) se reparten en eltranscurso del día. También aquícomo en los demás casos la DBO

REGISTRO DBO-EDAR CASTELLON

600..

4SO ~ -

<IX>

"O

'00

so

O20:15:58 9:8:73/2S'99 ""...

3:16:. 1608:25- ~.,....s: '-4 17:53:10 6:45:4&3f.J1J99 3"31199 ""'999

22:00:30 10:53:08 n.s:46 12;38;253'26199 3127199 31'21199 3128199

1:31: 3 14:23:263120.90 ",.".

Figura7.- RegistrodelaOBOtantodeentrada(aguasindepurar)comodesalida(aguadepurada).obtenidoconelequipomicrobiosensorenlaEO.A.R.deCastellón

IJ

del agua depurada tiene una fluc-tuación significativamente menor.

6.2. Aplicacióndel microbiosensora la detección deimpactos tóxicos

Las estaciones depuradoras dondese ha evaluado el sistema no hanpresentado impactos de toxicidad,que puedan comprometer la viabi-lidad del reactor biológico. Portanto, se ha realizado una experi-mentación forzada, utilizandomuestras de agua residual a las quese añade un tóxico en una concen-tración determinada. Se evalúa elefecto del tóxico sobre la reduc-ción de la tasa de respiración, esdecir, se comparan las pendientesiniciales de los picos respirométri-cos de los patrones antes y despuésde la muestra. La pendiente repre-senta la velocidad de consumo deoxígeno disuelto por los microor-ganismos sensores. Esta velocidadtiene una relación de proporciona-lidad con la actividad metabólicade los microorganismos. De estemodo, una reducción de la pen-diente refleja la presencia de un tó-xico en la muestra.

En la figura 8 se presenta el efectotóxico debido a una muestra quecontiene l mg/l de mercurio. Unaforma de cuantificar la toxicidadgeneral es mediante el cálculo delporcentaje de inhibición, mediantela fórmula:

1 (%) =(Pl - P2). /00/ Pl

donde P1 es la pendiente inicialdel pico respirométrico del patrón1 y P2 es la pendiente correspon-diente en el patrón 2. En el casopresentado Pl =0.3 mg O2/ I.miny P2 =0.2 mg O2/ l.min. Por tantoel 1(%)=28.

7. Conclusiones.

l. Se ha desarrollado un sistemamicrobiosensor capaz de monitori-zar en continuo la Demanda Bioló-gica de Oxígeno (DBO), en aguascon y sin aporte de aguas indus-triales.

Figura8.Efectodela toxicidaddeunamuestradeaguaresidualconteniendo1.0mg/ldemercuriosobrelarespiracióndelosmicra-organismossensores.Nótesecómolavelocidadinicialdeconsumodeoxígenodisuelto(pendientedelpicorespirométricoJsereduceenelpatrón2 respectodelpatrón1debidoa laadicióndelamuestratóxica.Elexperimentohasidorealizadosininterrupcióndelci-clodetrabajodelsistema

n,

TOXICIDAD Hg -1.0 mgn

10

[ ,.t6xte:at.OtngllHI"~l'886dlNlld~

I'i 1-

..~i.i___~--" .--

O)f'I9'Itnrt

,IIo '

1e21;()I1e:2O"~1e.32051e17)81e 4300 "4837 10.5ot011\t5f3811:OSce 1710W ".1':10 1121-oICI'7:z110 17 ~ 4117 36" n-a.", ..12 17544312f4IN 12/.., 12140W 421A0'8812I4W 12I'4.W 121""" 1210lIIIO,~ ,~ 121"1(1 121 1:zu.w 121"," 1214JOO1~ 121.t.W 1~

HoralFecha

---

2. El sistema desarrollado ha sidoevaluado por la Entidad de Sanea-miento de Aguas de la GeneralidadValenciana, en tres estaciones de-puradoras y a través de un explota-dor distinto en cada caso.

3. El sistema es capaz de determi-nar en tiempo real la DBO de lasaguas del influente y efluente encada EDAR; representa un nuevométodo de análisis de la DBO,comparable con el método de re-ferencia (DBOó)' con el que hamostrado una füerte correlación.

4. El sistema no requiere interven-ción humana y presenta una auto-nomía, fiabilidad y robustez supe-riores frenle a los equipos hoy en e]mercado.

5. El sistema está capacitado parala estimación de impactos tóxicos,puede incluir otros sensores, y per-mite la captura remota de datos.

6. La herramienta desarrollada per-mitirá abordar estrategias de opti-mización del coste energético enlos procesos de depuración al co-nocer en tiempo real e] grado decontaminación orgánica de lasaguas haciendo posible con ello re-gular las necesidades mínimas de

aireación del reactor biológico enla EDAR.

5. Bibliografía

[1] Rawson. D.M., Willmer AJ. y Turner A.P.F..Whole cell biosensors for environmental monito-

ring. Bioscnsorcs 4: 299-311 (1989).

[2J Flaig. K.W. y Shao. I.J. On linc Evaluation ofa Biosensor based BOD analizer. Water Environ-

ment Federation (1994).

13] Kong. Z.. Vcrstractc y col. On line stBOD me-asurcment and toxicity control of waste waterswith a respirographic biosensor. Environm. Tech-nol. 17(4): 399-406 (1996).

141 Voutsa. D.. Zachariadis. G.. Camara. C. yKoumitcis. T. Evaluation of the toxic content ofsludges produced during the biological !reatmentof municipal and industrial waste watersJournalof Environmental Science & Health.31(3):657-671 (1996).

151Simpson e' al. Environmental and energy effi-ciency of dilfercnt sewage treatrnent processes.Water Science and Teehnology. 34(3-4): 203-211(1996).

[6] Praeu et al. Bioreaetors and biomembranes forbiochemical oxygen demand estimation. Trendsin analytical chemistry.VoI14. n' 7. pág. 371-378(1995).

[7] lranpour. R. e' al. "Real time BOD monitoringfor waste water process control". Journal of Envi-ronmental Engineering. February. pág. 154-159(1997).

[8] Marty. J.L.: Olive. D. y Asano. Y. "Measu-remen! of BOD: Correlation between 5-day"(1997).

[91Vitton. G.. y Dutka. B. Toxicity testing usingmicroorganismoCRC Press. Florida ( 1987).

[IOJ Dutka. B.. Nybolm, N. y Petersen. J. "Com-parison of several microbiological toxicity scree-ning tests". Water research. n 10. pp 1363-1368(1983).

[11J Patterson. J. y Putnam, H. Sludge activity pa-rameters and the application to toxicity measu-rements and activated sludge. ppI27-152.

[12] Jansenss, T.. Tanghe. W. y Verstraete.Micra-pollutants: a bottleneck in sustainable waste watertreatmen!. Water Science and Technology. vol 35.pág. 13-26 (1997).

[13J Bowdre. J.H. y Krieg, N. Water quality mo-nitoring: bacteria as indicators. Virginia WalerResources Rcscarch Center. Bullelin 69. pág. 3-19(1974).

[14] Larson. R. y Schaelfer. S. A f'dpidmelhod fordeterminig tbe toxicity of chcmicals to activatedsludge. Water Research. voll6, pág. 675-680(1982).

[15] TothiIJ.A. y Tumer "Development in bioas-say method for toxicity testing in water treat-ment". Trend in AnalyticaJchemistry. Vol 15.pág.408-417 (1996).

Agradecimientos

Agradecemos el interés y colaboración constantesdUf'dnte estos años en el desarrollo del proyecto deD. Pedro Carmona. Comisario de Aguas de laConfederación Hidrográfiea del Júcar.

Ponencia presentada en las 3" Jornadas de Trata-miento de Aguas Residuales, organizadas por IN-GENIERIA QUlMICA en colaboración conADECAGUA y celebradas en Madrid los días 28y 29 de abril de 1999.

IQ

junio 99

I