A mediados del pasado año 2016 concluyeron las obras de ampliación de la EDAR de Badajoz, ejecutadas por la UTE SACYR/SADYT y entregadas al Ayuntamiento de Badajoz en septiembre de 2016. Las obras de la EDAR permitirán tratar un caudal medio de 66.000 m3/día con una posible ampliación a 80.000 m3/día.

 

Entre las actuaciones previstas de la ampliación de la EDAR Badajoz se contempló un tratamiento específico para la corriente de escurridos o retornos de la deshidratación de lodo de la digestión anaerobia. Estas corrientes internas se caracterizan por tener una elevada concentración en nitrógeno amoniacal (500 - 1.500 mg/L N-NH4+) y reducida en carbono biodegradable y se suelen recircular de forma habitual a cabecera de planta. Debido a su elevado contenido en nitrógeno, la recirculación o retorno de los escurridos puede llegar a representar hasta el 25 – 30 % de la carga nitrogenada de diseño, comprometiendo las prestaciones de la línea principal de agua.

 

Debido a la descompensada relación C/N que presentan estas aguas, son susceptibles de ser tratadas mediante procesos de eliminación autotrófica de nitrógeno, más conocidos como Anammox (anaerobic ammonium oxidation). La tecnología BIOMOX^® de WEHRLE está basada en estos procesos. Se trata de un proceso biológico en dos etapas: una primera donde el amonio (NH4+) presente en el agua residual se oxida de forma parcial a nitrito (NO2-), en presencia de bacterias AOB (ammonium oxidizing bacteria) y en condiciones aerobias. En una segunda etapa, el amonio y el nitrito formado en la primera etapa son transformados a nitrógeno gas en condiciones anóxicas por el grupo de bacterias denominadas de forma genérica Anammox, pero que corresponden principalmente al género Planctomycetes. La reacción metabólica en esta segunda etapa presenta la siguiente estequiometría:

 

 

En ese sentido, el metabolismo Anammox puede considerarse un “atajo” a los procesos convencionales de nitrificación/desnitrificación del ciclo del nitrógeno en los tratamientos de aguas residuales, tal y como se muestra en la Figura 1.

 

Desde el punto de vista de aplicación práctica, los procesos Anammox presentan varias características que le dan carácter competitivo frente a los procesos convencionales de eliminación de nitrógeno. La primera es la no necesidad de oxidar completamente el ión amonio a nitrato, tan sólo hasta el estado de ión nitrito y además sólo parcialmente (aproximadamente el 50%). Ello implica una reducción significativa en el consumo energético de aireación (hasta el 60%).

 

La segunda característica es que las bacterias Anammox responsables de la segunda etapa metabólica son bacterias autótrofas, no requieren la presencia de una fuente de carbono orgánico para llevar a cabo los procesos metabólicos de combinación de nitrógeno. Se elimina, por tanto, la necesidad de dosificar una fuente externa de carbono biodegradable (metanol, ácido acético, melazas, etc.) en aquellos casos en los que la DBO del efluente sea insuficiente para permitir la desnitrificación heterotrófica.

 

Las bacterias Planctomycetes se caracterizan además por un crecimiento muy lento, con lo que el volumen de lodos exceso generado en el proceso es menor que en los procesos convencionales, reduciendo los costes de tratamiento de lodos.

 

La tabla 1 resume las ventajas del proceso BIOMOX^® frente a los procesos convencionales de eliminación de nitrógeno en aguas residuales.

 

 

 

La planta BIOMOX^® en la EDAR de Badajoz fue diseñada para una carga inicial de aprox. 400 kg N/d, con un caudal de entrada de 495 m3/d y una concentración media de amonio de 820 mg/L. Se trata de un proceso biológico en continuo, en dos etapas, tal y como muestra la Figura 1. El escurrido se acumula en un depósito de laminación de aprox. 1.500 m3 de capacidad, desde donde se bombea de forma continua al proceso BIOMOX^® mediante dos bombas sumergidas (una de reserva), reguladas mediante variador de frecuencia.

 

En un primer reactor tiene lugar la etapa de nitritación parcial, para la transformación de aproximadamente el 50% del amonio contenido en el escurrido en ion nitrito. Esta reacción metabólica requiere condiciones aerobias por lo que el reactor de nitritación cuenta con un sistema de aireación formado por dos soplantes (una de reserva) y una parrilla de difusores de burbuja fina. La aireación tiene lugar de forma intermitente para controlar la concentración de oxígeno disuelto en el medio y no fomentar el desarrollo de bacterias NOB (nitrite oxidizing bacteria), responsables de la oxidación del nitrito a nitrato.

 

El lodo del reactor de nitritación pasa por rebose a un decantador, donde se dejan sedimentar los sólidos, que son recirculados de nuevo al reactor mediante una bomba de recirculación. La fase clara pasa a un segundo reactor llamado de deamonificación. En esta segunda etapa se lleva a cabo la oxidación anaeróbica del amonio en presencia de nitrito mediante la acción metabólica de las bacterias denominadas de forma genérica como bacterias Anammox. Como ya se ha comentado, esta reacción tiene lugar en condiciones anóxicas y, a diferencia de los procesos convencionales de eliminación de nitrógeno, no requiere la presencia de materia orgánica biodegradable, al ser las bacterias Anammox organismos autótrofos. Un agitador sumergido mantiene condiciones homogéneas en el reactor de deamonificación. El lodo biológico pasa al decantador de deamonificación, donde se recircula una vez decantado de vuelta al reactor. El agua clarificada se recoge en una cámara de mezcla y de ahí por gravedad se recircula a cabecera de planta, ya sin apenas carga de nitrógeno.

 

Mediante la separación de las dos fases metabólicas en reactores distintos se consigue disponer de las condiciones óptimas para el desarrollo y metabolismo de las dos poblaciones microbianas en cuanto a concentración de oxígeno y amonio disuelto, pH, temperatura, TRH, etc., mejorando de forma significativa los rendimientos de depuración en comparación con otro tipo de tecnologías con un único reactor como, por ejemplo, las de tipo SBR. Se garantiza asimismo una operación más estable y robusta en el tiempo.

 

Es conocido que las bacterias Anammox presentan una mayor actividad metabólica y velocidad de crecimiento en rangos de temperatura mesofílicos, siendo recomendable trabajar a temperaturas superiores a 25ºC para obtener los máximos rendimientos del proceso. La operación a estas temperaturas también favorece la selección de bacterias AOB frente a las NOB en la etapa de nitritación parcial, debido a la mayor velocidad de crecimiento de las primeras a temperaturas superiores a 30ºC, lo que evitaría la proliferación de las segundas y la nitratación del nitrito generado. Por todo ello, se ha previsto un sistema de calefacción, consistente en dos intercambiadores de calor de aprox. 200 kW de capacidad cada uno, para elevar la temperatura del lodo en caso de que ésta caiga por debajo de 25ºC.

 

Para el control y seguimiento on-line del proceso se instalaron diferentes sondas de instrumentación en ambos reactores: pH, temperatura, oxígeno disuelto, amonio y nitratos en el reactor de nitritación y de pH, temperatura y nitritos en el de deamonificación. La determinación on-line de estos parámetros permite al sistema de control regular diferentes parámetros variables para proporcionar las condiciones de operación óptimas en cada momento del proceso.

 

 

 

La puesta en marcha de la planta BIOMOX^® en la EDAR Badajoz se inició en octubre de 2016. Los valores promedio del escurrido generado en la deshidratación se muestran en la tabla 2.

 

 

 

En una primera fase de la puesta en marcha se procedió al arranque del reactor de nitritación. Durante esta etapa el efluente clarificado del decantador de nitritación se canalizaba a través de una válvula de bypass directamente a la cámara de salida de la planta, sin alimentar el reactor de deamonificación. Una vez alcanzado el régimen estacionario en el reactor de nitritación, con concentraciones estables de nitrito y amonio, se procede a la inoculación de lodo Anammox en el reactor de deamonificación y a alimentarlo de forma paulatina con el efluente de la nitritación parcial.

 

En la Figura 3 se recoge la evolución de los parámetros de amonio y nitritos en el reactor de nitritación durante la puesta en marcha. Se observa cómo la nitritación alcanzó el régimen estacionario aproximadamente 10 días después del inicio de la puesta en marcha con caudales de operación próximos a los de escurrido generado. A partir de ese momento el comportamiento del proceso es bastante estable con concentraciones de nitrito y amonio oscilando en torno a 220 y 200 mg/L, respectivamente.

 

 

 

Es a partir de ese momento cuando se inicia la alimentación de la mezcla nitrito / amonio al reactor de deamonificación. En la Figura 4 se recoge la evolución de la puesta en marcha para este reactor con las concentraciones de amonio, nitrito y nitrato en la salida final del proceso BIOMOX^®. El caudal de alimentación al reactor de deamonificación se fue incrementando de forma paulatina hasta alcanzar el caudal nominal (≈200 m3/d) a los 15 días del inicio del proceso. Se aprecia que el ión nitrito se consume prácticamente en su totalidad en el reactor de deamonificación, mientras que también los valores de ión nitrato son inferiores a los esperados de acuerdo a la estequiometría del metabolismo Anammox, por lo que puede ser que se esté produciendo de forma secundaria la desnitritación o desnitrificación heterotrófica de las especies oxidadas de nitrógeno. No obstante, la reducida DBO presente en el escurrido (< 100 mg/L DBO5) limitaría este mecanismo a un valor residual.

 

 

 

Los rendimientos de eliminación de nitrógeno alcanzados en el proceso BIOMOX^® se muestran en la Figura 5. Tras sólo un mes de puesta en marcha el grado de eliminación de nitrógeno amoniacal superaba el 90% respecto al amonio de entrada, mientras que el de nitrógeno inorgánico (expresado como la suma de nitrógeno amoniacal, de nitrito y de nitrato respecto al nitrógeno amoniacal de entrada) alcanzaba el 88%. Al final de la puesta en marcha estos valores llegaban a situarse en torno al 95-96% y 92-93%, respectivamente.

 

Es relevante también significar que en el último mes de la puesta en marcha no se requirió más el aporte de calor externo, regulándose el proceso de forma autotérmica con temperaturas en torno a 29-30ºC en ambos reactores.

 

 

 

El proceso BIOMOX^® de WEHRLE ha sido implantado por primera vez en España para el tratamiento de los escurridos de deshidratación de la EDAR de Badajoz.

 

Basado en los procesos de nitritación parcial y Anammox, permite eliminar el nitrógeno contenido en corrientes ricas en amonio y pobres en DBO, con reducidos costes de operación en comparación con los procesos convencionales de nitrificación/desnitrificación. La planta BIOMOX^® en la EDAR Badajoz, diseñada para una operación en continuo en dos etapas, se puso en marcha con éxito a finales del año 2016. 

 

Los resultados presentados en este artículo muestran un proceso estable, con rendimientos de eliminación de nitrógeno por encima del 90% y sin necesidad de aporte de calor externo una vez alcanzado el régimen estacionario. Con esta son más de diez las plantas BIOMOX^® que WEHRLE ha puesto en operación en toda Europa, confirmándose así no sólo su viabilidad técnica y económica, sino también la estabilidad de su operación para el tratamiento de aguas residuales con reducida relación carbono/nitrógeno.

 

 

Para más información sobre el proceso BIOMOX^®, puede contactar con:

 

WEHRLE Medioambiente S.L.
Pablo García González
C/ Belice nº1 3ºC
33212 Gijón / SPAIN
Tel: + 34 985 30 85 71
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