Industria: ACUICULTURA
¿Qué es la alcalinidad?
La alcalinidad del agua es una medida de su capacidad para neutralizar ácidos. También se refiere a la capacidad amortiguadora, o la capacidad de resistir un cambio en el pH.
Para las operaciones de aguas residuales, la alcalinidad se mide y se informa en términos de carbonato de calcio equivalente (CaCO3).
La alcalinidad se mide comúnmente a un cierto pH. Para aguas residuales, la medida es la alcalinidad total, que se mide a un pH de 4,5. Aunque el pH y la alcalinidad están relacionados, existen claras diferencias entre estos dos parámetros y cómo pueden afectar las operaciones de su instalación.
Alcalinidad y pH
La alcalinidad se utiliza a menudo como indicador de la actividad biológica. En las operaciones de aguas residuales, hay tres formas de oxígeno disponibles para las bacterias: oxígeno disuelto (O2), iones de nitrato (NO3-) e iones de sulfato ( ).
Los metabolismos aeróbicos usan oxígeno disuelto para convertir los alimentos en energía. Ciertas clases de bacterias aeróbicas, llamadas nitrificantes, emplean amoníaco (NH3) como alimento en lugar de compuestos orgánicos a base de carbono. Este tipo de metabolismo aeróbico, que usa oxígeno disuelto para convertir el amoníaco en nitrato, se conoce como “nitrificación”. Los nitrificantes son las bacterias dominantes cuando se han consumido suministros de alimentos orgánicos.
Otros procesos incluyen la desnitrificación o metabolismo anóxico, que ocurre cuando las bacterias emplean nitrato como fuente de oxígeno. En un ambiente anóxico, el ion nitrato se convierte en gas nitrógeno, mientras que la bacteria convierte el alimento en energía. Finalmente, se producirán condiciones anaeróbicas cuando el oxígeno disuelto y el nitrato ya no estén presentes y las bacterias obtendrán oxígeno del sulfato. El sulfato se convierte en sulfuro de hidrógeno y otros compuestos relacionados con el azufre.
La alcalinidad se pierde en un proceso de lodos activados durante la nitrificación. Durante la nitrificación, se destruyen 7,14 mg de alcalinidad como CaCO3 por cada miligramo de iones de amonio oxidados. La falta de alcalinidad del carbonato detendrá la nitrificación.
Además, la nitrificación es sensible al pH y las tasas de nitrificación disminuirán significativamente a valores de pH inferiores a 6,8. Por lo tanto, es importante mantener una alcalinidad adecuada en el tanque de aireación para brindar estabilidad al pH y también para proporcionar carbono inorgánico para los nitrificantes. A valores de pH cercanos a 5,8 a 6,0, las tasas pueden ser del 10% al 20% de la tasa a pH 7,0. Normalmente, se usa un pH de 7,0 a 7,2 para mantener tasas de nitrificación razonables, y para lugares con aguas de baja alcalinidad, se agrega alcalinidad en la instalación de recuperación de recursos hídricos para mantener valores de pH aceptables. La cantidad de alcalinidad añadida depende de la concentración de alcalinidad inicial y de la cantidad de NH4-N a oxidar. Después de la nitrificación completa, es deseable una alcalinidad residual de 70 a 80 mg/L como CaCO3 en el tanque de aireación. Si esta alcalinidad no está presente, se debe agregar alcalinidad al tanque de aireación.
¿Cuánta alcalinidad se necesita?
Para nitrificar, los niveles de alcalinidad deben ser al menos ocho veces la concentración de amoníaco en las aguas residuales. Este valor puede ser mayor para las aguas residuales no tratadas con concentraciones de amoníaco en el afluente más altas de lo normal. La reacción teórica muestra que se consumen aproximadamente 7,14 mg de alcalinidad (como CaCO3) por cada miligramo de amoníaco oxidado. Una regla general es una proporción de 8 a 1 de alcalinidad a amoníaco. Una alcalinidad inadecuada podría resultar en una nitrificación incompleta y valores de pH reducidos en la instalación. Las plantas con la capacidad de desnitrificar pueden volver a agregar alcalinidad valiosa al proceso, y esos valores deben tenerse en cuenta al realizar el balance de masa.
Para determinar los requisitos de alcalinidad para la planta de operaciones, es fundamental conocer los siguientes parámetros:
- Nitrificación biológica en tanques de aireación, filtros percoladores y contactores biológicos giratorios
- Alcalinidad total del influente, en mg/L
- Alcalinidad total del efluente, en mg/L.
Niveles adecuados de alcalinidad para el tratamiento.
La alcalinidad es un requisito químico importante para la nitrificación y puede ser una herramienta útil y beneficiosa para su uso en el control de procesos. Varias cosas a tener en cuenta:
- La alcalinidad proporciona un entorno óptimo para los organismos microscópicos cuya función principal es reducir los desechos.
- En lodos activados, los microorganismos deseables son aquellos que tienen la capacidad, bajo las condiciones adecuadas, de agruparse y formar un flóculo gelatinoso lo suficientemente pesado como para asentarse. El flóculo o lodo formado se puede caracterizar entonces por tener un índice de volumen de lodo.
- El rango óptimo de pH está entre 7,0 y 7,4. Aunque el crecimiento puede ocurrir a valores de pH de 6 a 9, lo hace a tasas muy reducidas También es bastante probable que formas indeseables de organismos se formen en estos rangos y causen problemas de volumen. El pH óptimo para la nitrificación es 8,0, con la nitrificación limitada por debajo de pH 6,0.
- La absorción de oxígeno es óptima a un pH de 7,0 a 7,4. La eficiencia de eliminación de la demanda bioquímica de oxígeno también disminuye a medida que el pH se mueve fuera de este rango óptimo.
Aplicación
En HANNA Instruments contamos con equipos que usan el método colorimétrico estándar para agua para la medición de alcalinidad. El Checker HI 775 es una manera simple, precisa y económica para análisis de alcalinidad. Es diseñado como una alternativa digital más precisa a los test kit.
Por otro lado, también contamos con el fotómetro multiparámetro HI 83303, en el que además de medir la alcalinidad, se pueden medir otros parámetros de interés en calidad de aguas para acuicultura, tales como amonio, nitratos, nitritos, pH, fosfatos entre otros.
La medición de alcalinidad es una prueba rápida, fácil de realizar y con resultados muy precisos. Basta con tomar 10 ml de la muestra y leer un Zero o blanco en el medidor. Luego se adiciona 1 mL del reactivo HI 775-26 y se procede a medir nuevamente en el equipo. El equipo arroja la medición de alcalinidad en mg/L de CaCO3.
Bibliografía
- HOW ALCALINITY AFFECTS NITRIFICATION. The Water Environment Federation (WEF)
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