En el tratamiento de aguas residuales, el fósforo (P) es un parámetro crítico. Es un nutriente clave para el desarrollo de la biomasa, pero su exceso en los vertidos es el principal responsable de la eutrofización en los cauces receptores (ríos, lagos y mares).
Para operar una EDAR o interpretar una analítica, no basta con saber «cuánto fósforo hay», sino qué tipo de fósforo tenemos y cómo nos lo están midiendo.
Fracciones dentro del Fósforo en EDAR
Definición
Atendiendo al estado de agregación de la materia, podemos encontrar principalmente dos grandes grupos:
Atendiendo a la naturaleza química el fósforo Total (P) que entra a una EDAR es la suma de todas las especies químicas de fósforo presentes en la muestra, tanto disueltas como en suspensión. Se divide principalmente en dos grandes grupos:
A. Fósforo Inorgánico
Es el fósforo que no forma parte de estructuras de carbono (materia orgánica). Se presenta en dos formas:
- Ortofosfatos PO4^-3: Es la forma reactiva y soluble. Es el fósforo «libre», listo para ser consumido directamente por las bacterias del fango activo… o por las algas en un río.
- Polifosfatos: Cadenas complejas de fósforo, muy comunes en detergentes industriales, aditivos alimentarios y productos antiincrustantes. Con el tiempo y la digestión bacteriana en la EDAR, se hidrolizan y pasan a ortofosfatos. Es importante saber que las polifosfatos tienen capacidad para complejar algunos metales;
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
B. Fósforo Orgánico
Es el fósforo integrado en moléculas orgánicas: proteínas, ácidos nucleicos (ADN/ARN de las bacterias o restos fecales), fosfolípidos de las membranas celulares, fluidos fisiológicos, detergentes, pesticidas orgánicos….
Formas de expresar el Fósforo: ¿Mido el Átomo o la Molécula?
Aquí es donde vienen el 90% de los errores de cálculo en planta. Un resultado analítico puede venir expresado en masa de Fósforo elemental (P) o en masa de la molécula de Ortofosfato.
Son dos formas de decir lo mismo, pero los números cambian drásticamente debido a los pesos moleculares.
La Matemática de la Conversión
- Peso atómico del Fósforo (P): 31 g/mol.
- Peso molecular del Oxígeno (O): 16 * 4 = 64 g/mol.
- Peso molecular del Ortofosfato (PO4^-3): 31 + 64 = 95 g/mol.
El factor de conversión se obtiene dividiendo el peso total de la molécula entre el peso del fósforo:
Factor de conversión = 95/31 = aprox 3,068.
¿Qué significa esto en la práctica?
Ejemplo ilustrativo:
Si el kit fotométrico del laboratorio nos da un valor de 3 mg/L de PO4^ {3-}, en realidad solo tenemos 0,97 mg/L de P elemental (3 / 3,07). La forma correcta de expresar esta realidad química seria “tengo 0,97 ppm de P-PO4^3-.
¡Cuidado! Si confundes los términos, puedes pensar que estás incumpliendo el vertido por un factor de 3 cuando en realidad estás dentro de la ley.
La Vida Real en la Empresa: ¿Cómo se expresan los Límites de Vertido?
En el entorno industrial y municipal, la administración ambiental no deja espacio a la ambigüedad.
A. La norma siempre habla de Fósforo Elemental (P)
Las Autorizaciones Ambientales Integradas (AAI), las Ordenanzas Municipales de Vertido y la Directiva Europea de Tratamiento de Aguas Residuales Ubanas (Directiva 91/271/CEE) fijan los límites SIEMPRE referidos a Fósforo Total (P-total), no a la molécula de ortofosfato.
- Vertidos a cauce público (EDAR urbanas en zonas sensibles): Los límites normativos suelen ser de 1 mg/L o 2 mg/L de P_total (según el tamaño de la población).
- Vertidos industriales a red de alcantarillado: Las ordenanzas suelen fijar límites de P-total más laxos (ej. 10 – 20 mg/L de P-total), porque la EDAR municipal se encargará de depurarlo, pero cobrando el correspondiente canon de saneamiento.
B. Cómo se trabaja en el día a día de la planta
- Control de proceso diario (Operación): Los operadores usan kits rápidos (tipo fotómetro de tubo) para medir P-PO4^3- disuelto a la salida del biológico. ¿Por qué? Porque se tarda 15 minutos en medir y nos da una idea de cómo se esta llevando a cabo la eliminación de P, y el nivel de asimilación bacteriana del elemento.
- Cumplimiento legal (Acreditable): Las muestras oficiales se llevan a laboratorio acreditado para medir P total en muestra sin filtrar mediante espectrofotometría tras digestión con persulfato en medio ácido.
4. ¿ Que métodos de análisis existen en el mercado y cuál es el más adecuado para cada situación?
ANÁLISIS: debemos diferenciar los métodos en base a la especie que estemos buscando, y al rango en el que nos movamos en la aplicación industrial.
- Ortofosfato:
Hay métodos directos de análisis que van desde test kits, con mediciones ultrarrápidas, pero poco precisos, hasta métodos ópticos que ofrecen una mayor precisión.
TEST KITS: Hay infinidad de opciones en el mercado, con límites de detección que se adecuan a la mayor parte de las aplicaciones industriales. Ideales para los controles diarios de gestión de una planta.
Ejemplo test kit para Ortofosfato.
ATENCION: El resultado de uno de estos test rápidos NO vale en una auditoría o ante la Administración.
¿Por que?
Para que un resultado analítico tenga validez legal o pase un control ENAC (ISO/IEC 17025), el laboratorio debe cumplir el principio de trazabilidad metrológica. Los métodos de campo (tiras, gotas, discos de color) fallan en la auditoría por tres motivos principales:
- Subjetividad de la lectura: Dependen de la agudeza visual del técnico, de la luz ambiental (si miden en un día soleado o nublado) y de si el técnico es o no daltónico.
- Falta de registro instrumental: Un fotómetro de laboratorio o un titulador automático deja un registro digital indeleble de la curva de calibración, la longitud de onda y la absorbancia. Una tira de plástico o un conteo de gotas no deja un respaldo «auditable».
- No son Métodos Oficiales Normalizados: La ley exige medir el Fósforo Total según normas internacionales estrictas (como la UNE-EN ISO 6878 o los Standard Methods 4500-P), que exigen digestión ácida previa con persulfato a alta temperatura (120 grados C) y lectura en espectrofotómetro.
METODOS COLORIMÉTRICOS: Son métodos ópticos basados en la absorción de radiación llevada a cabo por una determinada muestra a una longitud de onda concreta; los métodos ópticos se basan en la ley de LAMBERT BEER:
Ejemplo método de análisis colorimétrico de ortofosfato
POLIFOSFATOS:
¿Qué hay del polifosfato? ¿Como se mide??
El polifosfato no se puede medir de forma directa con ningún método convencional.
Hay un metodo oficial para calcularlos de forma indirecta: norma ISO 6878 / Standard Methods 4500-P D.
- Se determina el contenido en ortofosfato libre: A.
- Se hidroliza la muestra, rompiendo los enlaces P-P mediante un hervido de 30 minutos en medio acido. Todo el polifosfato se convierte a ortofosfato libre. Determinamos el ortofosfato libre hidrolizado: H.
- El contenido en polifosfato es la diferencia entre H y A.
- P TOTAL:
Para determinar el Fósforo Total no basta con medir el agua directamente, porque el fósforo viene dispuesto en tres formas diferentes: ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico (ligado a la materia viva y suspensión).
El objetivo del método analítico es romper toda la materia orgánica y las cadenas complejas para convertir el 100% del fósforo presente en la muestra a ortofosfato, que es la única forma que podemos medir cuantitativamente.
Este es el procedimiento estándar paso a paso, basado en las normas internacionales (UNE-EN ISO 6878 o Standard Methods 4500-P):
Esquema General del Método
FALTA FOTO
Si nos fijamos es un método similar al que se plantea para la cuantificación de polifosfatos, con la diferencia de que se añade un agente oxidante para romper la materia orgánica, el persulfato.
4. P organico: Se puede determinar por diferencia entre el valor de P total y el P inorganico:
P organico = P total – P polifosfato – P ortofosfato.
