Eliminacin y determinacin de fosfato

INFORME PRCTICOANALTICA DE LABORATORIO Y SISTEMA DE CONTROL DE PROCESONUTRIENTESFOSFATO

El aumento del crecimiento de las algas, que en el peor de los casos puede

llevar a la eutrofizacin de las aguas superficiales, es consecuencia de

unas altas concentraciones de fosfato. Los valores lmite legales para

PO4-P en las descargas de aguas residuales deberan evitar escenas tales

como las arriba indicadas. Las E.D.A.R., por lo tanto, deben llevar a cabo la

eliminacin de fsforo: biolgicamente, junto con la nitrificacin/desnitri-

ficacin, y/o qumicamente, con unos precipitantes apropiados. Un anlisis

de PO4-P fiable es indispensable, no slo para cumplir con el control de

los valores lmite sino tambin para el control ptimo, y por tanto ms renta-

ble, de la eliminacin de fsforo.

Autora:

Petra Ptz

- Ing. Dipl., Qumica- Productos de aplicacin de

laboratorio, HACH LANGE

Fosfato en el agua; origen y eliminacin

De dnde viene el fosfato?

Los compuestos de fosfato que se

encuentran en las aguas residuales o se

vierten directamente a las aguas superfi-

ciales provienen de:

Fertilizantes eliminados del suelo por el agua o el viento

Excreciones humanas y animales Detergentes y productos de limpiezaLa carga de fosfato total se compone de

ortofosfato + polifosfato + compuestos

de fsforo orgnico, siendo normalmen-

te la proporcin de ortofosfato la ms

elevada.

Los fosfatos existen en forma disuel-

ta, coloidal o slida. Antes de realizar

un anlisis, por tanto, es importante

considerar qu tipo de fosfatos debe-

rn determinarse. Si solamente se va

a determinar ortofosfato (p.ej. para el

control de la precipitacin de fsforo),

slo hay que filtrar la muestra antes

de analizarla. Sin embargo, si se va a

determinar la concentracin de fsforo

total (p. ej. para el control de los valores

lmite), primero hay que homogeneizar la

muestra y despus hidrolizarla (someter-

la a digestin).

ANALTICA DE AGUAS RESIDUALES_FOSFATO

Efectos del fosfato en las aguas

superficiales

Los compuestos del fsforo son nutrien-

tes de las plantas y conducen al creci-

miento de algas en las aguas superficia-

les. Dependiendo de la concentracin de

fosfato existente en el agua, puede pro-

ducirse la eutrofizacin. Tan slo 1 g de

fosfato-fsforo (PO4-P) provoca el creci-

miento de hasta 100 g de algas. Cuando

estas algas mueren, los procesos de

descomposicin dan como resultado

una demanda de oxgeno de alrededor

de 150 g. Las concentraciones crticas

para una eutrofizacin incipiente se

encuentran entre 0,1-0,2 mg/l PO4-P en

el agua corriente y entre 0,005-0,01 mg/l

PO4-P en aguas tranquilas.

En vista del peligro potencial para las

aguas superficiales, la directiva EU

91/271/CEE especifica unos valores

lmite para el vertido de compuestos

de fosfato a las aguas receptoras. En

funcin del tamao de la E.D.A.R.,

estos valores son 2 mg/l P total

(10.000 100.000 h-e) o 1 mg/l P total

(> 100.000 h-e).

2

www.hach-lange.es

Fig. 1: Espectrofotmetro DR 3800 sc con

230 mtodos HACH LANGE preprogramados,

p. ej. para la determinacin de DQO, NH4-N,

NO3-N, NO2-N, N total, orto PO4-P y P total

Compuestos de P Frmula Preparacin de la muestra Cubetas-test Instrumento de

proceso

Indicacin del resultado +

Campo de aplicacin

Ortofosfato PO43- Filtrar LCK049*

LCK349*

LCK348*

LCK350*

PHOSPHAX sc

(mtodo de

vanadato-molib-

dato)

- Orto PO4-P (p. ej. agua residual:

control de la precipitacin

de P)

- Orto PO4 (p. ej. agua potable y

agua de calderas)

Polifosfatos PO4-PO4-PO4- Homogeneizacin, digestin

Compuestos de fsforo

orgnico

R-PO4 Homogeneizacin, digestin

Carga total

(ortofosfato + polifos-

fatos + compuestos de

fsforo orgnico)

PO4 total Homogeneizacin, digestin LCK349*

LCK348*

LCK350*

PHOSPHAX sigma

(mtodo del azul

de molibdeno de

acuerdo con EN

1189)

- P total = PO4-P total (p. ej.

agua residual: control de valor

lmite)

- PO4 total (p. ej. agua potable y

agua de calderas)

Importante: En la analtica de las aguas residuales, la concentracin de PO4 se expresa siempre en trminos del contenido de fsforo del fosfato!

Es decir, el resultado se indica como PO4-P (factor de conversin: PO4-P x 3,07 = PO4). Los valores lmite definidos en la legislacin aplicable, p. ej.

el valor lmite en la salida de una E.D.A.R., se expresan en la unidad P total = PO4-P total.

*) LCK348, 349 y 350: mtodo del azul de molibdeno conforme a EN 1189; LCK049: mtodo del vanadato-molibdato

Tabla 1: Composicin de la carga de fsforo, y su determinacin

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00

0

100

200

300

400

500

600

700

800

3

Anlisis de fosfato

Para el control y la comprobacin de la

eliminacin de P y controlar los valores

lmite son necesarios unos anlisis peri-

dicos en varios puntos de medida del

proceso de tratamiento del agua residual.

Adems, la adicin selectiva de precipi-

tantes en funcin de la carga de fsforo

puede conllevar ahorros de costes.

La determinacin de PO4-P puede

realizarse en el laboratorio con una

cubeta-test o en continuo mediante un

instrumento de medida de proceso. Por

regla general, se registran unas curvas

temporales, (p. ej. durante un periodo de

24 horas) en un nico punto de medida,

con el fin de obtener una vista exacta

de la magnitud de la carga de PO4. La

adicin necesaria de precipitante se

puede entonces regular partiendo de la

curva (vase la Fig. 2). Ms efectiva es la

medida en continuo de la concentracin

de PO4-P con una conexin directa a los

sistemas dispensadores de precipitante.

Eliminacin de fosfato

Hoy en da, puede suponerse que la

concentracin media en la entrada de

una depuradora municipal es 9 mg

P total. Esta concentracin debe reducir-

se, durante los procesos de depuracin

del agua residual, hasta el valor lmite en

la salida especificado legalmente. Exis-

ten dos modos de llevar esto a cabo: la

eliminacin biolgica de fsforo o

la precipitacin qumica de fosfato

(vanse los cuadros de texto a la dere-

cha). Las desventajas asociadas a los

mtodos de precipitacin son el aumen-

to de la salinidad del agua residual (y

por tanto tambin del agua receptora)

y el constante aumento del precio de

los precipitantes. Adems, las sales de

fosfato precipitadas llevan al aumento

del volumen de fango. Por este motivo,

en la prctica se utiliza una combinacin

de eliminacin biolgica y qumica de

fsforo para minimizar el consumo de

precipitante.

Curvas temporales de 24 horas de la concentracin de fosfato

Tiempo

mg/l

PO

4-P

l/h

Concentracin de orto PO4-P antes de la precipitacin

Cantidad de precipitante

Concentracin de orto PO4-P despus de la precipitacin

Fig. 2: Curvas temporales de 24 horas de la carga de fosfato en una gran E.D.A.R. alemana

Fig. 3: Cubeta-test LANGE LCK349 para la

determinacin de ortofosfato y fosfato total

(rango de medida 0,05-1,5 mg/l PO4-P)

Eliminacin biolgica de fsforo

Almacenamiento de ms fosfato del normal-

mente necesario en el fango activo flocu-

lado. Esto se produce cuando el fango est

en un entorno unas veces aerbico y otras

veces anaerbico (entrada de oxgeno acti-

vada/desactivada). La eliminacin biolgica

eficaz de fsforo depende de la presencia de

suficientes materias orgnicas fcilmente

biodegradables (DBO5).

Una relacin P/DBO5 de < 0,03 y una rela-

cin N/DBO5 de < 0,25 en la entrada del

tanque de aireacin favorecen el aumento de

la degradacin biolgica de fsforo.

Precipitacin qumica de fosfato

Los compuestos de ortofosfato son precipi-

tados como fosfatos de metales difcilmente

solubles con la ayuda de productos qumicos

(sales de hierro o de aluminio, lechada de

cal). Las sales se sedimentan y permane-

cen en el lodo de las aguas residuales. El

precipitante se puede agregar durante el

tratamiento primario (pre-precipitacin) o en

el tanque de aireacin (precipitacin simul-

tnea), o en un tanque de reaccin adicional

aguas abajo del tanque de aireacin (post

precipitacin). El mtodo ms utilizado es la

precipitacin simultnea, ya que se trata de

la variante ms econmica.

Causas de concentraciones elevadas de PO4-P en el efluente, y remedios

DO

C0

40

.61

.10

01

1.S

ep0

8

FOSFATO_ANALTICA

Fig. 4: PHOSPHAX sc para la determinacin en

continuo de ortofosfato para el control ms

eficaz posible de la eliminacin de fsforo

Valores altos de PO4-P en la

salida

Si los valores de P total en una E.D.A.R.

son ms altos de lo que debieran, debe-

r determinarse la diferencia entre P total

y orto PO4-P. Si la diferencia es peque-

a, la concentracin de orto PO4-P es

demasiado alta.

Causas y soluciones posibles:

1. Se est aadiendo muy poco preci-

pitante, o ste se est agregando en

un punto poco favorable

Controlar la adicin de precipitante Aumentar la cantidad a adicionar o

agregar el precipitante en otro punto

2. El fsforo se est redisolviendo en el

decantador secundario

La concentracin de orto PO4-P en la salida del decantador secundario es

mayor que en la etapa de nitrificacin

Aumentar el contenido de oxgeno en la etapa de nitrificacin o aumentar la

relacin de lodo de recirculacin

Ortofosfato o Fsforo Total, salida de

planta o proceso? Son cuestiones habi-

tuales al estudiar la medida en continuo

de fsforo. El objetivo de la medicin nos

debe responder ambas cuestiones. Para la

optimizacin del proceso de eliminacin

qumica de fsforo, es recomendable la

medida de ortofosfato en el punto de

adicin de la sal metlica; el analizador

PHOSPHAX sc con el sistema de filtra-

cin por membranas FILTRAX ofrece la

solucin adecuada. Para monitorizar en

continuo la calidad de efluente, especial-

mente en aquellas plantas ubicadas en

zona sensible, la medida de fsforo total

en el efluente de planta es el parmetro

adecuado. El analizador PHOSPHAX sigma

junto con el sistema homogeneizador Sig-

matax, permite realizar la medida precisa

de fsforo total, incluyendo su fraccin

particulada.

Carlos Merino

Process Product Manager

HACH LANGE

Si hay una gran diferencia entre P total y

orto PO4-P, es que existe una alta pro-

porcin de compuestos de fsforo no

disueltos.

Causas y soluciones posibles:

1. Proporcin de slidos demasiado

alta, provocada por la prdida de

lodo

Flculos o estructura del fango acti-vado demasiado ligeros, pequeos

o filamentosos en combinacin con

sobrecargas hidrulicas (lluvia, des-

hielo)

Controlar la capacidad cida en el tanque de aireacin o adoptar medi-

das para combatir los lodos no sedi-

mentables

2. Existen polifosfonatos dificlmente

degradables, posiblemente proce-

dentes de agentes de limpieza indus-

triales

Esta situacin slo se puede mejo-rar mediante una eliminacin en el

punto donde tiene lugar, pues los

precipitantes no reaccionan con tales

compuestos

Bibliografa

- Informe prctico de HACH LANGE Die

richtige Prozess-Messtechnik fr den

N- und P-Abbau, Febrero 2008.

- Informe prctico de HACH LANGE

Optimale Nhrstoffverhltnisse fr die

Abwasserreinigung, Marzo 2008

- Kirsten Slter, Norbert Weber, Bundes-

verband der Deutschen Kalkindustrie:

Anwendungsbericht Ch. No. 76 Opti-

mierte P-Elimination, Marzo 2000.