Indicadores de salud de los sistemas biológicos en tratamiento de aguas residuales: concepto de rendimiento biológico (RB) vs tasa de degradación biológica (TDB)
Tasa de degradación biológica de la materia orgánica (T.D.B.)
Definición
La TDB es la velocidad a la que la biomasa consume y elimina la materia orgánica soluble biodegradable en el reactor biológico
Concepto clave sobre la DQO
La DQO puede entrar en un sistema biológico como DQO en suspensión o DQO disuelta. A su vez, la DQO soluble se divide en DQO biológicamente degradable y DQO recalcitrante o difícilmente biodegradable. El rendimiento debe calcularse sobre la DQO soluble, pero conocer la naturaleza de biodegradabilidad de la DQO del sistema es necesario para interpretar correctamente las analíticas
La T.D.B. como indicador de la salud del sistema biológico
Rendimiento biológico (R.B.)
Definición
El rendimiento biológico es la cantidad de biomasa (fango) que genera el proceso biológico por cada unidad de materia orgánica que elimina. Es decir, define la tasa de conversión de materia orgánica a biomasa
El rendimiento biológico como indicador de salud
Un sistema saludable, con buen equilibrio nutricional y un ecosistema bien estructurado, tendrá rendimientos altos.
- Rendimiento biológico normal (sano): 0,4 – 0,6
- Sistema estresado, viejo o inhibido: < 0,3
Factores que afectan a los indicadores de salud de los reactores biológicos (T.D.B. y R.B.)
Factores operativos
- Oxígeno disuelto
- Temperatura
- Ajuste de nutrientes
- pH y alcalinidad
- Estrategia de mezcla / tipo de reactor
- Relación F/M
Factores propios del agua
- Fracción soluble biodegradable
- Naturaleza de la industria
- Compuestos inhibidores
- Relación C/N
- Edad del fango
Desmineralización del tratamiento primario: concepto
Un tratamiento primario típico incluye:
- Coagulación
- Corrección de pH
- Floculación
Desmineralizar el tratamiento primario significa eliminar el aporte de elementos de origen mineral, especialmente cuando se usan sales metálicas tradicionales como:
- Policloruro de aluminio (PAC)
- Sulfato de alúmina
- Cloruro férrico
La desmineralización consiste en sustituir estas sales por coagulantes de base orgánica, más sostenibles.
También incluye la reducción o eliminación del uso de alcalinizantes como sosa o CaO.
Efectos de la desmineralización del tratamiento primario en los indicadores de salud
Nivel operativo
Reducción de TDS
Cloruros / Sulfatos
Eliminar coagulantes metálicos reduce significativamente:
- Cloruros (muy corrosivos → riesgo de pitting)
- Sulfatos
Esto mejora la aptitud del agua para:
- Reutilización industrial
- Uso agrícola
Si el agua pasa por membranas, la ausencia de Fe/Al reduce los OPEX significativamente.
Calidad del fango
- Contenido en Al/Fe: Aunque no hay normativa específica, concentraciones altas pueden dañar cultivos sensibles.
- Conductividad eléctrica (CE):
- CE < 2 dS/m → apto para la mayoría de cultivos
- 2–4 dS/m → riesgo para cultivos sensibles
- 4 dS/m → riesgo alto de salinización
Otros beneficios
- Mayor potencial de biometanización
- Mayor contenido en materia orgánica → mejor para compost o uso agrícola
Nivel biológico
Toxicidades habituales
En este artículo se profundiza en los efectos tóxicos que afectan a TDB y R.B.
Entre las especies más problemáticas destacan:
- Amonios cuaternarios
Usados como desinfectantes; inhiben el metabolismo microbiano. - Metales pesados y aluminio.
Metales como Hg, Pb o Cd son altamente tóxicos.
El artículo se centra especialmente en la toxicidad por Al³⁺, que provoca:- Inhibición del crecimiento
- Daño enzimático
- Pérdida de integridad de membrana
- Estrés oxidativo (formación de ROS)
- Compuestos aromáticos volátiles (COVs).
Benceno, tolueno, etc., afectan la actividad microbiana.
Efectos sobre el rendimiento biológico (R.B.)
Cuando el sistema está inhibido:
- Las bacterias gastan energía en sobrevivir
- Aumenta la respiración de mantenimiento
- Hay más lisis celular
- Parte de la DQO se oxida sin generar biomasa
- Se genera menos biomasa
Cuando la inhibición desaparece:
- R.B. vuelve a >0,3 (normal 0,4–0,6)
- Metabolismo eficiente
- Crecimiento estable
- Menos episodios de bulking/foaming
- Mejor decantabilidad
- Menor pérdida de biomasa
Efectos sobre la tasa de degradación biológica (T.D.B.)
Con inhibición:
- Menor actividad microbiana
- Se prioriza mantenimiento frente a crecimiento
- Menor consumo de DQO soluble por tiempo
- Riesgo de sobrecarga
Al retirarse la inhibición:
- Reactivación enzimática → aumento de TDB
- Flóculo bien formado
- Baja mortalidad
- Reducción del estrés metabólico
- Recuperación de la nitrificación
Nivel económico
Desmineralizar el tratamiento primario aporta ventajas claras en OPEX:
- Reducción del consumo químico:
- Menos coagulante
- Sin alcalinizante
- Menos floculante
- Optimización del consumo de oxígeno
- Optimización del uso de nutrientes
- Reducción de fangos → menor coste de gestión
- Menor riesgo de sanciones
- Menos paradas no programadas (bulking/foaming)
- Mayor rendimiento en biometano
- Los productos orgánicos no son corrosivos → mayor vida útil de la instalación
