En los tanques de aireación o tanques de sedimentación secundaria pueden aparecer una gran cantidad de microorganismos filamentosos, haciendo que la espuma flote y se acumule en la superficie del agua. Esto puede conducir a mayores concentraciones de materia orgánica y sólidos suspendidos en el efluente, generar malos olores o gases nocivos, reducir la eficiencia de la transferencia de oxígeno en los sistemas de aireación mecánica y causar excesiva espuma en la superficie durante la posterior digestión de los lodos.
Sin embargo, se debe evitar el uso indiscriminado de antiespumantes químicos cuando se intenta controlar la espuma biológica.
¿Por qué se produce la espuma biológica?
Cuando se introduce gas en un líquido, el líquido se expande y rodea el gas formando espuma.
La formación y estabilidad de la espuma requiere tres condiciones esenciales: burbujas de aire, tensioactivos y partículas hidrofóbicas.
Las burbujas de aire se generan principalmente durante la aireación aeróbica.
Los surfactantes se originan en el afluente y también son sintetizados por microorganismos en el lodo activado.
Las partículas hidrofóbicas en el tanque biológico provienen de microorganismos con superficies celulares hidrofóbicas presentes en el lodo activado.
Cómo determinar la capacidad de formación de espuma
El método más sencillo consiste en simular tasas de aireación estándar en una probeta graduada que contiene un cierto volumen de lodo activado y luego clasificar la espuma en función de su volumen y estabilidad en el tiempo.
La flotación repetida también se puede utilizar midiendo la proporción de masa de sólidos suspendidos antes y después de la aireación.
Ambos métodos proporcionan resultados rápidos pero es posible que no representen con precisión las condiciones reales del tanque de aireación.
Las pruebas de hidrofobicidad de la superficie celular implican la distribución de microorganismos entre fases acuosa e hidrofóbica en una solución mixta. La capacidad de formación de espuma se determina midiendo la absorbancia de la fase acuosa antes y después del tratamiento. Este método funciona bien para cultivos puros, pero se ve fácilmente afectado por sustancias complejas en aguas residuales reales.
El método de tensión superficial aprovecha el hecho de que las bacterias-que producen espuma reducen la tensión superficial de la solución. Este método se puede aplicar tanto a licores mezclados de lodos reales como a cultivos puros, pero los resultados también se ven influenciados por la composición de las aguas residuales.
El índice de espuma-evalúa las características biológicas de la espuma utilizando siete parámetros: color de la espuma, tamaño de las burbujas, estabilidad, área de cobertura, presencia de bacterias filamentosas, potencial de formación de espuma y contenido total de sólidos suspendidos. Se asignan diferentes pesos a cada parámetro mediante análisis de ruta y modelado de ecuaciones estructurales para calcular el índice final.
El índice de espuma-espuma muestra una fuerte correlación lineal con la gravedad de la formación de espuma biológica.
Tipos de espuma biológica-Microorganismos que causan
1. Bacterias filamentosas nocardioides
Durante mucho tiempo, las bacterias filamentosas nocardioides fueron consideradas la principal causa de la espuma biológica. También se han identificado otras bacterias filamentosas Gram-positivas que contribuyen a la acumulación grave de lodos y espuma.
"Nocardioide" se refiere a bacterias filamentosas con apariencia de actinomiceto-al microscopio. Son bacterias Gram-heterótrofas, aeróbicas, con verdadera ramificación.
Longitud del filamento: normalmente entre 5,0 y 30 μm
Ancho: aproximadamente 1,0 μm
Células: de forma irregular, sin vaina.
Crecimiento: crecimiento adjunto, no-móvil
Estas bacterias tienen una gran capacidad para almacenar nutrientes, lo que les permite sobrevivir y acumularse en entornos de espuma con nutrientes-limitados.
Pueden utilizar una amplia gama de fuentes de carbono, nitrógeno y fósforo, lo que les proporciona una ventaja competitiva-especialmente en aguas residuales que contienen abundantes sustratos hidrofóbicos.
2. Bacterias microfilamentosas
Estas bacterias rodean el interior y la superficie de los flóculos de lodos activados.
Ancho: 0,6–0,8 µm
Longitud: 50–200 micras
No contienen células individuales visibles dentro de los filamentos y carecen de vaina. Los filamentos no están ramificados y no-móviles.
Estas bacterias son sensibles a altas concentraciones de oxígeno y crecen mejor en condiciones microaeróbicas.
Factores que afectan la formación de espuma biológica
1. Temperatura
La formación de espuma a menudo muestra variaciones estacionales, siendo la temperatura un factor de influencia clave. Si bien es posible que la temperatura no cause directamente la formación de espuma, afecta otras variables como la solubilidad del oxígeno y la solubilidad de los lípidos en agua.
2. Edad del lodo
Las bacterias filamentosas-que causan espuma son microorganismos-de crecimiento lento y con ciclos de vida largos. La edad prolongada de los lodos favorece su crecimiento.
En plantas de tratamiento de aguas residuales de baja-carga con tiempos de retención hidráulicos prolongados, los sistemas de aireación prolongada son más propensos a formar espuma. Una vez que se forma la espuma, su tiempo de retención se vuelve independiente del tiempo de retención del lodo en el tanque de aireación, lo que resulta en una espuma persistente y estable.
3. pH
Las aguas residuales municipales suelen tener un pH entre 6,0 y 8,0. Bajar el pH a 5,0–5,6 puede ayudar a reducir la formación de espuma.
Bacterias nocardioides: pH óptimo ≈ 6,5
Bacterias microfilamentosas: pH óptimo 7,1–8,0
Esto explica por qué los sistemas de aireación con oxígeno puro son más propensos a formar espuma que los sistemas de aireación con aire. El pH promedio en la aireación del aire es de alrededor de 7,0, mientras que en los sistemas de oxígeno puro está más cerca de 6,5.
4. Oxígeno disuelto (OD)
Las bacterias nocardioides son estrictamente aeróbicas y no pueden crecer en condiciones anaeróbicas o anóxicas.
Las bacterias microfilamentosas pueden tolerar una gama más amplia de niveles de oxígeno, pero crecen mejor en condiciones de bajo-oxígeno (microaeróbicas).
Bajo DO: favorece el crecimiento de bacterias microfilamentosas
High DO (>6 mg/L): inhibe las bacterias microfilamentosas
Cómo controlar la espuma biológica
1. Métodos fisicoquímicos
Métodos físicos:
Pulverización de agua: simple pero ineficaz a largo-plazo, ya que la espuma dispersa permanece en el sistema
Retiro manual o mecánico: aumenta los costos operativos y crea desafíos de eliminación
Métodos químicos:
Oxidantes/desinfectantes: cloro, ácido hipocloroso, peróxido de hidrógeno, ozono, sales de amonio cuaternario
Coagulantes: poliacrilamida, cloruro de polialuminio, cloruro férrico, cloruro ferroso
Estos métodos sólo proporcionan un alivio temporal porque no abordan las causas fundamentales. Los desinfectantes también pueden dañar el sistema de lodos activados al matar los microorganismos beneficiosos.
No se recomienda el uso indiscriminado de antiespumantes, ya que son eficaces principalmente para la espuma química, no para la espuma biológica, más estable.
2. Control de la edad de los lodos
Reducir el tiempo de retención de lodos (SRT) es el método más eficaz para controlar la espuma biológica.
Este enfoque actúa como un mecanismo de selección biológica, utilizando el ciclo de crecimiento más largo de la espuma-que causa microorganismos para suprimirlos o eliminarlos del sistema.
3. Tecnología de selección
La instalación de un selector (anaeróbico, anóxico o aeróbico) antes del tanque de aireación puede controlar eficazmente las bacterias filamentosas.
Un selector es una zona de mezcla donde el lodo devuelto interactúa con las aguas residuales afluentes antes de ingresar al tanque de aireación. Promueve la rápida absorción de materia orgánica fácilmente biodegradable.
Funciones de los selectores:
Promover bacterias formadoras de flóculos-
Suprime el crecimiento de bacterias filamentosas.
Reducir el volumen de lodos y la espuma biológica.
Controlar la distribución de la población microbiana.
Los selectores se pueden clasificar en:
Aerobio
anóxico
anaeróbico