¿Cómo controlar las condiciones ambientales?
De alguna manera nosotros debemos garantizar que las condiciones ambientales se cumplan, con la condición de que son las más adecuadas para que los microorganismos puedan desarrollarse y llevar a cabo su ciclo vital por tanto si no controlamos las condiciones ambientales, los microorganismos no van a desarrollarse adecuadamente y por ende tendremos una deficiencia en nuestro tratamiento de aguas residuales. Los parámetros para controlar se explicarán a continuación:
La temperatura en el tratamiento de aguas
La temperatura, tiene un efecto relevante en el desarrollo de los microorganismos y, por lo tanto, en la producción de biogás. Debemos tener en cuenta que cuando trabajamos con bacterias anaerobias existe una clasificación dependiendo del rango de temperatura en el que actúan, las bacterias se clasifican en:
Aunque la DA (digestión anaerobia) se puede llevarse a cabo en cualquier rango de temperatura, el más utilizado es el mesofílico. El termofílico NO porque se necesita mucha energía para calentar el horno a 55°C además que causa una inestabilidad en el sistema, y en el rango psicrofilico el inconveniente es que baja mucho la producción de biogás.
El pH en el tratamiento de aguas
Cuando se produce un desbalance en el biorreactor no es que ese desbalance haya sucedido a causa de una variación del pH, sino que el pH suele ser resultado del desbalance y no la causa, es decir, que un cambio en el pH no es que genera el problema o sea no es la causa, entonces si bien es importante medirlo pero habitualmente es otro el parámetro que se necesita para cuantificar y de alguna manera monitorear la operación de un reactor anaerobio. La digestión anaerobia se lleva a cabo en un intervalo de pH entre 6.2 y 7.8, siendo el óptimo entre 7.0 y 7.2, pero este depende del grupo bacteriano en particular con el que se está trabajando por lo que el valor del PH optimo va a ser distinto como por ejemplo las bacterias acidogenicas pueden aceptar pH muy bajos, pero no sucede igual con las acetogenicas ni metanogenicas.
Ácidos grasos volátiles en el tratamiento de aguas
Principalmente estos sistemas se monitorean midiendo los ácidos grasos volátiles más que el pH, porque en una concentración normal los ácidos grasos volátiles NO pueden ser mayor a 100 mg/L, (y lo que en realidad se mide es la alcalinidad, pero la alcalinidad es una medida indirecta de los ácidos volátiles).
Los AGV son un indicador de la actividad metabólica de las bacterias formadoras de ácidos. En condiciones normales de operación, los AGV son inferiores a 100 mg/L Los aumentos de los AGV está directamente relacionado con el pH.
Un aumento de los AGV, se puede deber a:
- Sobrecarga en la alimentación o inhibición de las metanobacterias
- Desbalance entre bacterias metanogénicas y acetogénicas
- Presencia de sustancias tóxicas para las bacterias metanogénicas
Alcalinidad en el tratamiento de aguas
La alcalinidad es un parámetro por excelencia que se usa para monitorear la operación de un reactor anaerobio. En un reactor anaerobio se produce alcalinidad porque hay una producción significativa de iones bicarbonato, los cuales le dan una capacidad tampón (capacidad de mantener constante su PH)
Hay dos tipos de alcalinidad, a alcalinidad intermedia o parcial o la alcalinidad total, se determinan con protocolos que ya están establecidos, se hacen a través de pruebas de laboratorio.
Amoniaco en el tratamiento de aguas
Las especies no disociadas son las que son más tóxicas es decir el sistema acepta concentraciones muy bajas de especies de amoniaco y ácido sulfhídrico no disociados porque la fracción no disociada no tiene carga y puede ingresar y atravesar fácilmente la pared celular de las bacterias, las especies disociadas tienen carga y por ese efecto de repulsión es más difícil que puedan ingresar por eso es que estos sistemas aceptan concentraciones altas de especies no disociadas es por eso que vamos a ver que a pH alcalinos pueden aceptar concentraciones de 1500 a 3000 mg/L por carga de nitrógeno amoniacal, es importante tener en cuenta porque esos van a experimentar fuerzas de repulsión y van a evitar que estas ingresen dentro de la pared celular pero cuando el pH es neutro o está en un pH que no está disociada las concentraciones con mucho menores y eso está relacionado con que especies NO disociadas ingresan y especies disociadas es más difícil su ingreso por lo tanto las concentraciones que soportan estas especies son mayores por el hecho de tener en cuenta si tienen carga o no tienen carga.
- A pH neutro, concentraciones de 200-300 mg/L de nitrógeno amoniacal no disociado (NH3), se considera inhibitoria para la metanogénesis.
- A pH alcalinos, concentraciones de 1500-3000 mg/L de NH4+, pueden ser inhibitorias para la metanogénesis.
- Concentraciones superiores a 3000 mg/L, resultan ser fuertemente inhibitorias, independiente del pH.
Ácido sulfhidrico en el tratamiento de aguas
En este caso su comportamiento es similar, las concentraciones van a depender de si están disociadas o no están disociadas, otra cosa que es importante tener en cuenta es que la resistencia de la presencia de estas sustancias contaminantes depende del tipo bacteria o sea que hay bacterias que son más resistentes que otras, las más susceptibles a esto son las metanogenicas y también las acetogenicas.
- Concentraciones de 100 mg/L de H2S, inhiben fuertemente la producción de metano
- Concentraciones de H2S superiores a 200 mg/L, se consideran fuertemente inhibitorias para la digestión anaerobia
- Concentraciones de 26 – 322 mg/L de H2S, inhiben las bacterias acetoclásticas
- Concentraciones de 64 – 96 mg/L de H2S, inhiben las bacterias hidrogenofílicas
A concentraciones muy bajas de contaminantes desequilibran el proceso anaerobio, porque son inhibitorias para las bacterias más sensibles as cuales son las metanogénicas y las acetogenicas. La capacidad de tolerancia va a depender del pH si es que están en su forma disociada o no disociada, la forma más inhibitoria es la no disociada porque tiene la capacidad de penetrar dentro de la célula.
Sulfato en el tratamiento de aguas
El sulfato causa una disminución de la actividad metanogénica (en un sistema anaerobio van a existir siempre bacterias metanogénicas y bacterias sulfato reductoras, es importante tener en cuenta porque son una agrupación simbiótica es decir que va a ser muy difícil que nosotros podamos separar estos grupos bacterianos porque conviven están presentes en cualquier ambiente anaerobio.
El problema de las bacterias sulfato reductoras (viven en ambiente anaerobios) es que esas bacterias van a competir con las bacterias metanogénicas (recordemos que un 30% del metano se produce por una reacción del CO2+H) por el hidrógeno que esté presente en el ambiente y habitualmente estas bacterias sulfato reductoras prevalecen sobre las bacterias metanogénicas entonces esa prevalencia de esas bacterias va a significar que ese hidrógeno que ha sido utilizado por las bacterias metanogénicas e hidrofílicas para la producción de metano, que aproximadamente el 70% de metano se produce por esa vía, va a ser utilizado por las bacterias sulfato reductoras para reducir sulfato y utilizar ese hidrógeno para las funciones del sulfuro de hidrógeno lo cual es tóxico, entonces una acumulación de este compuesto, va a inhibir a las bacterias metanogénicas y las bacterias sulfato reductoras van a prevalecer sobre las bacterias metanogénicas, es por eso que nosotros debemos controlar la concentración de sulfato en las corrientes de aire para evitar eso, por la competencia por el hidrógeno para producir CH4 o H2S.
Nutrientes en el tratamiento de aguas
Es necesario recordar que la digestión anaerobia requiere ciertos nutrientes inorgánicos para el crecimiento de la biomasa (C, N, P, S, Co, Fe, Ni y Mo)
Para que el reactor opere en forma adecuada, los nutrientes se deben encontrar en ciertas proporciones de DQO, nitrógeno, fosforo, y azufre porque esto nos garantiza que el proceso ocurrirá de manera satisfactoria sin que ninguno de estos nutrientes limite el crecimiento bacteriano y por lo tanto la actividad metanogénica. La proporción corresponde a:
En la tabla siguiente, se muestran los metales nutrientes requeridos por la biomasa anaerobia:
Si no están presenten estos elementos van a limitar al crecimiento celular, estos son aspectos que hay que tomarlos en cuenta.
Lo correcto que se debe hace es que todos estos parámetros deben medirse para asegurar el funcionamiento óptimo de la planta de tratamiento de aguas, además que es importante recordar que los tratamientos anaerobios son muy sensibles a cualquier cambio por tanto estos parámetros nos garantizan que las bacterias puedan reproducirse y seguir su ciclo vital de manera adecuada por ende para que puedas mantener una buena eficiencia de tu planta debes hacer un control de estos parámetros.
Autora: Ivette Jully Gomez Serapio
(Participante del programa de empleabilidad Líderes por el Agua 2021-2022)
