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¿Quién mató a los pejerreyes?
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Antiguamente ir de pesca a la laguna de Aculeo era una aventura llena de magia: pesca nocturna y abundante y pejerreyes asados bajo la luz de las estrellas. Hoy la cosa es distinta. Y uno de los grandes responsables puede ser el exceso de fósforo. Aquí se habla de su eliminación biológica.
Revista Nº 18, enero-febrero 1996
Cuentan que allá por la década de los 60, la laguna de Aculeo era una lugar excepcionalmente bello. Y esta era una belleza que no sólo tenía que ver con lo agreste del paisaje, sino también con la pureza de sus aguas. Las de la laguna eran unas aguas azules y casi transparentes, que estaban colmadas de pejerreyes. Había tantos que en las noches de verano se veían decenas de pescadores capitalinos, armados de linterna y una red rudimentaria, sacando peces por docenas para asarlos y comerlos ahí mismo, bajo la luz acogedora de las estrellas.
En cambio, hoy día ya no es lo mismo. El paisaje ha perdido casi todo su encanto. Las aguas se volvieron turbias y pegajosas. Y los pejerreyes se fueron para siempre.
¿Qué pasó para que se llegara a un estado tan calamitoso? Veamos: La mayoría de las legislaciones sobre descargas de residuos industriales líquidos establecen límites para algunos componentes como el fósforo y el nitrógeno, que si bien en concentraciones moderadas son nutrientes indispensables para la mayoría de los vegetales, en concentraciones altas pueden causar graves desequilibrios a los ecosistemas acuáticos. Para ilustrar lo anterior observemos lo ocurrido en la laguna de Aculeo.
Debido a su ubicación ésta recibe las aguas que escurren de los cordones montañosos que la rodean, cuyas tierras están dedicadas preferentemente a la agricultura. De esta manera, el agua de riego y de lluvia que llega a la laguna arrastra gran cantidad de fertilizantes fosfatados y nitrogenados. Estos elementos, sumados al hecho de que la tasa de recambio de agua es baja y a la poca profundidad promedio (3,5 mts.) hacen que se produzca un crecimiento explosivo de una de las microalgas presentes (Microcystis sp) disminuyendo el número de las otras especies. Es esta microalga la que le confiere a la laguna su aspecto de "sopa de arvejas".
De los pejerreyes que ayer solían pescarse en abundancia, hoy quedan muy pocos. Sin embargo, en forma impresionante se han multiplicado dos especies introducidas: la carpa (Cyprinus carpio) y el dorado (Carassius sp.) ¿Tendrá alguna relación este cambio en la composición de la fauna íctica con el aporte antrópico (producto de la actividad humana) de fósforo y nitrógeno?
Los estudios efectuados así lo demuestran. Sucede que el aumento de la biomasa de algas que describimos anteriormente modifica fuertemente las características físico-químicas del agua, en particular la concentración de oxígeno disuelto. Como la microalgas, al igual que los vegetales superiores, consumen oxígeno durante la noche como parte del metabolismo, esto produce una disminución drástica del oxígeno disuelto en el agua, oxígeno que es vital para la respiración de los peces.
De este modo, sólo aquellas especies de peces que tengan una gran resistencia a la hipoxia (disminución del oxígeno) podrán sobrevivir, como es el caso de la carpa y el dorado. Lamentablemente, el pejerrey chileno (Basilicthys australis y el pejerrey argentino (Odontesthes bonaeriensis) son extraordinariamente lábiles a la falta de oxígeno, por lo que su cantidad fue disminuyendo a medida que la laguna se eutroficaba (aumento en la biomasa microalgal).
Con frecuencia la prensa informó de mortandades masivas de pejerreyes en la laguna, atribuyéndolas a pesca con dinamita, derrames de productos tóxicos, etc. Probablemente estas mortandades se debieron al fenómeno descrito anteriormente.
Lo del fósforo y su tratamiento para eliminarlo cuando más que un nutriente se convierte en un contaminante, no es sencillo. Este artículo nos introduce en el tema.
ELIMINANDO AL FOSFORO
Los tratamientos de eliminación biológica de fósforo se caracterizan por el uso de determinados microorganismos para retirarlo del agua residual. De este modo se logra una baja concentración del mismo en el agua efluente. Pero, al mismo tiempo, pueden reducirse de manera muy importante (o total, si las condiciones son favorables) los costos de los reactivos químicos de precipitación. También así se evita la mayor producción de fangos y el incremento del contenido de sales disueltas en el agua de salida, los que se producen como consecuencia del uso de reactivos químicos.
En este artículo se dan a conocer los parámetros fundamentales, los criterios de diseño y las tendencias actuales.
PARÁMETROS FUNDAMENTALES DEL PROCESO
Para conseguir una eliminación biológica incrementada de fósforo, el fango activo debe recorrer zonas anaerobias (donde tiene lugar la redisolución de P) y aerobias (donde tiene lugar la toma de P) de forma consecutiva, consiguiendo con ello un enriquecimiento del contenido de P en el fango. Evidentemente la retirada de fangos en exceso tiene que tener lugar después de la fase aerobia, en la que se produce la toma incrementada de P por el fango.
Los factores o parámetros que influencian la magnitud de la definición biológica de P son:
- Edad del fango
- Tiempo de retención en la zona anaeróbica
- Fracción anaeróbica de la masa de fango
- DQO influente
- Número de reactores anaeróbicos (en serie)
- Carga de la zona anaeróbica con oxígeno o nitratos procedentes de las recirculaciones
EDAD DEL FANGO
En principio, al aumentar la edad del fango disminuye la eliminación biológica de P, debido a una menor retirada diaria de los microorganismos que realizan la toma incrementada de aquel.
En los procesos combinados de eliminación biológica de N y P, al requerirse una cierta edad del fango mínima para la nitrificación, es posible que esta variable no sea optimizable (ni decisiva) en lo que respecta a la eliminación de P, ya que viene fijada por las necesidades de nitrificación.
TIEMPO, FRACCION
Tiempo de retención en la zona anaeróbica. Fracción anaeróbica de la masa total de fangos.
Estos dos parámetros están lógicamente relacionados entre sí y, a su vez, con la concentración de fangos en el reactor. Hablando en términos de fracción anaeróbica de la masa de fangos, un aumento de dicha fracción produce un incremento en la retirada de fósforo.
Ello se debe a un incremento en la conversión de la materia orgánica, fácilmente biodegradable, en ácidos orgánicos secuestrables en el reactor anaeróbico por los microorganismos que realizan la redisolución (en dicho reactor) y toma posterior del fósforo, así como a un aumento en la cantidad
de estos microorganismos.
Hay que tener en cuenta que este aumento de rendimiento puede no existir a partir de cierta fracción anaeróbica si la relación DQO/P en la entrada al reactor es suficientemente importante.
DQO INFLUENTE
Si aumenta la concentración de la DQO influente, la eliminación de P aumenta casi proporcionalmente debido a la mayor cantidad de materia orgánica fácilmente biodegradable disponible para ser tomada por los organismos acumuladores de P previa su conversión, si es necesaria, por bacterias facultativas en el reactor anaeróbico. Por supuesto, y como se ha dicho anteriormente, el que se realice una mayor eliminación de P depende de la relación DQO/P en la entrada. En unas condiciones de proceso determinadas hay una relación DQO/P límite.
En dicha relación puede lograrse una eliminación importante de P en el entorno del 90%. Si la relación DQO/P aumenta, el contenido de P en el fango se acomoda y disminuye porcentualmente por la mayor cantidad de biomasa producida, pero la salida de P con el efluente sigue siendo muy baja. Si la relación DQO/P es menor de la límite u óptima, el proceso sigue eliminando fósforo en proporción a la biomasa producida, pero la salida con el efluente empeora.
Lo dicho anteriormente puede expresarse de otra manera refiriéndolo a medidas analíticas realizadas en muestras tomadas en una planta concreta:
a) La toma de DQO en el reactor anaeróbico es proporcional a la carga de DQO en dicho reactor, y
b) La redisolución de P en el reactor anaeróbico aumenta casi linealmente (si hay P suficiente) con la toma de DQO en dicho reactor .
Estas dos fases tienen su complemento en el reactor aeróbico en el que la toma de P es a su vez proporcional a la redisolución en el reactor anaeróbico.
NUMERO DE REACTORES EN SERIE
Disponer varios reactores anaeróbicos en serie aumenta el rendimiento de eliminación de P. Ello se debe a un incremento en la conversión de la materia orgánica fácilmente biodegradable en reactores en serie. Este efecto, sin embargo, no es muy decisivo y parece que, en general, disponer dos cámaras en serie es suficiente.
CARGA CON OXIGENO O NITRATOS
Es evidente que la entrada en el reactor anaeróbico, con las recirculaciones, de aceptores de electrones como el oxígeno o nitrato da lugar a una utilización de la materia orgánica fácilmente biodegradable por otros microorganismos y, por lo tanto, a una menor conversión y utilización de dicha materia orgánica por los microorganismos acumuladores de P.
Este fenómeno, si se produce en una cuantía suficientemente importante, puede producir la paralización del proceso, por lo que hay que adoptar configuraciones y formas de operación que lo impidan.
CONDICIONES QUE FAVORECEN EL PROCESO
- Relación DBO5/P o DQO/P adecuada. Es difícil dar un límite óptimo, ya que oscila en función de la fracción fácilmente biodegradable. Una relación DBO5/P de 20 a 30 o mayor suele ser adecuada.
- Red de colectores separativa o poca entrada de agua de lluvia y freática en los colectores.
- Decantación primaria de pequeñas dimensiones u omisión de la decantación primaria.
- Espesamiento mecánico de fangos primarios y en exceso.
- No recircular sobrenadantes de deshidratación de fangos o del digestor anaeróbico a la entrada de la planta.
- Operar con la edad del fango mínima requerida para la nitrificación.
- Relación N/DBO5 en la entrada a la etapa biológica que permita una alta desnitrificación.
CRITERIOS DE DISEÑO
En este proceso, hasta el momento, no puede hablarse de formulaciones de conocimiento general suficientemente contrastadas.
Hay criterios excesivamente pragmáticos basados en el volumen de la zona anaeróbica referido al volumen total del reactor biológico, en el tiempo de retención, referido al caudal punta más la recirculación y en el porcentaje de fangos en condiciones anaeróbicas.
Existen, además, algunas formulaciones pero no son demasiado fiables. Pueden citarse, como ejemplo, las basadas en el parámetro denominado Propensity - Factor (PF) según EKAMA, que se define como sigue:
La toma de fósforo, según MEIER, se calcula como sigue:
P=1,55 xe0,2038.PF en mg/l
La salida de Ptotal en el efluente es la diferencia entre el valor de Ptotal en la entrada y la toma P calculada.
Esta formulación recoge la influencia de varios de los factores considerados fundamentales en la eliminación biológica de P.
a) Fracción fácilmente biodegradable de la DBO5. Puede incrementarse con otras fuentes.
b) Recirculación de nitratos al reactor anaeróbico. Puede reducirse su importancia con las medidas indicadas en a) y b).
Sin embargo, como puede observarse estudiando la expresión que define PF, el valor de PF que define la amplitud de la eliminación biológica de fósforo aumenta en la misma proporción incrementando la fracción fácilmente biodegradable de la DBO5 que incrementando el volumen de la zona anaeróbica (fxa). Esto no está confirmado en la práctica.
Tendencias actuales para la optimización del proceso
- Fermentación separada del fango primario
Se basa en la realización de una fermentación, separada de la línea principal, del fango primario para producir ácidos grasos volátiles de cadena corta. Hay que realizarlo con un tiempo de retención suficiente para lograr la fermentación ácida pero no demasiado largo para inhibir la formación de metano. Esta operación puede realizarse en un espesador-fermentador cubierto.
El sobrenadante se envía directamente a la zona anaeróbica de la secuencia de tratamiento reduciendo así, de forma importante, el tiempo de retención hidráulico.
- Control de la recirculación de nitratos a la zona aneróbica
Puede evitarse la recirculación de nitratos desde el decantador secundario al reactor anaerobio, mezclando el fango recirculado con parte del efluente primario antes de entrar en la zona anaeróbica. Con un tiempo de retención no muy importante puede lograrse la desnitrificación del fango recirculado, asegurando que los ácidos volátiles producidos en el fermentador estén disponibles para el mecanismo de eliminación de fósforo.
Si se consigue de esta manera satisfacer las necesidades de desnitrificación del fango recirculado, el efluente primario restante puede enviarse directamente a la zona anóxica de desnitrificación, aumentando así las velocidades de desnitrificación y reduciendo el tiempo de retención necesario en la zona anóxica principal.
Esta mejora puede lograrse, sin embargo, con configuraciones más sencillas ya que no está demostrado que el paso del efluente primario por el rector anaeróbico disminuya el rendimiento de la desnitrificación posterior. Hay numerosas experiencias que no muestran una disminución de la desnitrificación en esta configuración.
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