Indice Buffer para Reactores Anaerobios

CONTROL OPERACIONAL DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE
AGUA RESIDUAL
Departamento de Energética y
Mecánica
Facultad de Ingeniería
Docente Nancy Vásquez Sarria

Material de apoyo para docencia
La alcalinidad en el control operacional
La alcalinidad puede definirse como la capacidad del agua para neutralizar ácidos,
también como la capacidad para reaccionar con iones de hidronios (H+) hasta un pH de
4,5 unidades; o como la medida del contenido total de sustancias alcalinas (OH-) y se
debe principalmente a la presencia de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos presentes
en solución, y, en menor grado, boratos, fosfatos y silicatos.
Módulo I. Variables de calidad para la operación, control y seguimiento de los procesos

En la mayoría de aguas naturales y residuales la alcalinidad está asociada al sistema

carbonato (Carbonato, bicarbonato y ácido carbónico), por esta razón, la alcalinidad
suele tomarse como un indicativo de la concentración de carbono inorgánico sin que
ello quiera decir que, para todos los casos, la alcalinidad esté asociada al sistema
carbonato.
En las aguas residuales esta asociación es útil porque proporciona un amortiguamiento
para resistir los cambios de pH; internacionalmente es aceptada una alcalinidad mínima
de 20 mg de CaCO3/L para mantener la vida acuática (Lazcano, 2016)
Lazcano Carreño, C. A. (2016). Biotecnología ambiental de aguas y aguas
residuales (2a. ed.). Ecoe Ediciones.
https://ezproxy.uao.edu.co:2196/es/ereader/bibliouao/122526?page=3
La figura muestra esquemáticamente el cambio de
especies a medida que se reduce el pH. mediante la
adición de ácido a un agua que contiene alcalinidad.
Tenga en cuenta que el pH comienza por encima de
12,3 y a medida que se agrega ácido, el pH desciende
lentamente a medida que la primera adición de ácido
(H) es consumida por el hidróxido (OH), evitando una
caída significativa del pH, y luego el ácido es
consumido por el carbonato (CO32) hasta convertirse
en bicarbonato (HCO3). Aproximadamente a pH 8,3 el
carbonato es esencialmente todo convertido en
bicarbonato, en cuyo punto hay otra área algo plana
donde el ácido es consumido al convertir bicarbonato
en ácido carbónico.
Fuente: Mackenzie L. Davis. Water and Wastewaer
Curva de titulación para la mezcla de carbonatos-hidróxidos
Engineering. Design Principles and Practice. Mc Graw
Hill. 2010. (Figure 6-8 pag. 6-13)
En los reactores biológicos, la alcalinidad proporciona la capacidad tampón para

amortiguar la generación de ácidos durante los procesos de oxidación-reducción, y
proporcionar una fuente de carbono inorgánico para las bacterias nitrificantes.
En los sistemas de biomasa en suspensión, la alcalinidad influye sobre la estabilidad

del floc, por lo tanto es necesario mantener una alcalinidad superior a 75
mgCaCO3.L-1 en el efluente del reactor, para evitar problemas de funcionamiento en el
proceso de tratamiento, como defloculación o destrucción de los flocs. (Wang et al.
2009). WANG, L. K., SHAMMAS, N. K. y HUNG, Y. T. 2009.
Handbook of Environmental Engineering: Advanced Biological
Treatment Processes, Humana Press, New York.
En los reactores anaerobios el control de la alcalinidad permite garantizar un buen

desempeño en el proceso biológico, ya que permitirá garantizar un pH dentro de los
rangos adecuados para la actividad biológica.
En los procesos anaerobios, los dos principales factores que afectan el pH son el ácido
carbónico (H2CO3) y los ácidos grasos volátiles (AGV – ácidos acético, propiónico,
isobutírico, butírico) (Rittman y McCarty, 2001).
Rittman B. E. y McCarty P. L. (2001). Biotecnología del medio
ambiente: Principios y aplicaciones. McGraw-Hill, Madrid.
Si en los reactores anaerobios la producción de los ácidos orgánicos se hace superior al

consumo de los mismos, la concentración de ácidos volátiles aumenta y disminuye la
de bicarbonatos, lo que se refleja en la formación de sales de ácidos volátiles y en
consecuencia disminuye el pH en el medio.
HA + NaHCO3  NaA + H2O + CO2
Donde HA representa un ácido genérico que se disocia en H+ y A-

Rittman B. E. y McCarty P. L. (2001). Biotecnología del medio
ambiente: Principios y aplicaciones. McGraw-Hill, Madrid.
Alcalinidad debida a los AGV

Alcalinidad Bicarbonática
Alcalinidad debida a los OH-
Alcalinidad total

Otros índices empleados para el control de la capacidad tampón del sistema son los
índices α y AI / AP.
Tabla. Valoración para el índice α
Índice α - Relación
Indicador de proceso
Alcalinidad bicarbonática/ Alcalinidad Total
> 0,5 Recomendado durante el arranque
0,7 Durante el proceso – Estable
Índice AI/AP - Relación
Alcalinidad AGV/ Alcalinidad bicarbonática
> 0,3 Desequilibrio en el proceso
(Jenkins et al., 1983; Ripley et al., 1986), citados por Pérez y Torres 2008).
Pérez, A. y Torres, P. Indices de alcalinidad para el control del tratamiento anaerobio de aguas residuales fácilmente
acidificables. Ingeniería y Competitividad, Volumen 10, No. 2, p. 41 - 52 (2008)
La medición de la relación entre la alcalinidad debida a los AGV y la alcalinidad total
es usualmente empleada para el control de la estabilidad del proceso anaerobio y se
conoce como el índice tampón (IB) (Speece, 1996, citados por Pérez y Torres 2008).
Tabla. Valoración para el índice tampón
Relación
Alcalinidad AGV/ Alcalinidad Total
Rango adecuado de variación. Mas del 60 % de la
0,2 – 0,4 alcalinidad total del sistema tiene que estar en forma de
alcalinidad bicarbonática.
0,2 – 0,3 Buen funcionamiento del reactor
< 0,20 Reactores subalimentados (Baja generación de AGV)
Principios de acidificación
> 0,35 de calidad para la operación, control y seguimiento de los procesos
Módulo I. Variables
Pérez, A. y Torres, P. Indices de alcalinidad para el control del tratamiento anaerobio de aguas residuales fácilmente
acidificables. Ingeniería y Competitividad, Volumen 10, No. 2, p. 41 - 52 (2008)
La materia orgánica en el control operacional
¿Cuál es el grado de biodegradabilidad del agua?. Este valor nos permitirá establecer si se debe realizar un tratamiento
biológico o químico.
Para este análisis se debe contar con los valores de las variables DQO y DBO 5 y determinar en cual grado se encuentra
teniendo en cuenta la Tabla.

Tabla. Grado de biodegradabilidad del agua en función de la relación DBO5/DQO
RELACIÓN BIODEGRADABILID
DBO5/DQO TIPO DE TRATAMIENTO RECOMENDADO
AD
< 0,2 Baja Químico
0,2 – 0,4 Media Biológico de crecimiento adherido
> 0,4 Alta Biológico de crecimiento adherido y en suspensión
Adaptado de: von Sperling Marcos. Wastewater characteristics, Treatment and disposal. Biological Treatment series. Volume 1. IWA Publishing. 2007.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Correo electrónico:
nvasquez@uao.edu.co
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Módulo I. Variables de calidad para la operación, control y seguimiento de los procesos

En la mayoría de aguas naturales y residuales la alcalinidad está asociada al sistema

En los reactores biológicos, la alcalinidad proporciona la capacidad tampón para

En los sistemas de biomasa en suspensión, la alcalinidad influye sobre la estabilidad

En los reactores anaerobios el control de la alcalinidad permite garantizar un buen

Si en los reactores anaerobios la producción de los ácidos orgánicos se hace superior al

HA + NaHCO3  NaA + H2O + CO2

Donde HA representa un ácido genérico que se disocia en H+ y A-

Alcalinidad debida a los AGV

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