Fósforo en efluentes de PTAR: cómo bajarlo

La remoción de fósforo en plantas depuradoras es uno de los pocos tratamientos donde el problema y la solución convencional comparten la misma factura. Precipitar fosfato con sales de hierro o aluminio funciona, y es lo que hace la mayoría de las plantas; el costo aparece del otro lado, en el volumen de lodo químico que hay que espesar, deshidratar, transportar y disponer. Este artículo explica por qué el fósforo es tan difícil de bajar a valores estrictos, qué límite tiene cada ruta y cómo se plantea una etapa terciaria de adsorción con un medio reactivable. Para el diagnóstico de base conviene repasar DQO recalcitrante en efluentes.

Qué son los fosfatos y por qué aparecen en las plantas depuradoras

Definición y química del problema

El fósforo en un efluente cloacal aparece en varias formas: ortofosfato —la fracción reactiva soluble, que es la biodisponible y la que alimenta la eutrofización—, fosfatos condensados provenientes de detergentes y aditivos, y fósforo orgánico asociado a la biomasa y a la materia particulada. El parámetro que suele figurar en el permiso es el fósforo total, que los engloba a todos.

La dificultad para alcanzar valores bajos tiene dos raíces. La primera es que la precipitación química tiene un piso de solubilidad y requiere dosis crecientes de coagulante a medida que baja la concentración objetivo: la relación entre reactivo y fósforo removido empeora justo en el tramo final. La segunda es que una parte del fósforo viaja con los sólidos suspendidos, de modo que sin una buena separación de sólidos no hay bajo fósforo total posible.

El efecto ambiental es la eutrofización: en la mayoría de los cuerpos de agua continentales el fósforo es el nutriente limitante, y por eso un aporte pequeño produce una respuesta grande en forma de floraciones algales.

Valores típicos en plantas depuradoras

El fósforo total de un efluente cloacal crudo depende del aporte domiciliario, de la contribución industrial conectada a la red y de la dilución por infiltración o por lluvia. Un tratamiento secundario convencional remueve una fracción por asimilación en la biomasa, pero rara vez alcanza por sí solo los valores más exigentes. El dato de diseño es el protocolo del efluente secundario de la propia planta, medido en varias jornadas, porque la variabilidad diaria y semanal es alta.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Fósforo total y ortofosfato sobre muestra sin filtrar y filtrada: la diferencia indica cuánto fósforo viaja con los sólidos.
• Sólidos suspendidos totales en el efluente secundario, que acota el mínimo alcanzable de fósforo total.
• pH, alcalinidad, hierro y aluminio residuales si ya se dosifica coagulante.
• DQO, nitrógeno total y amonio, para evaluar el desempeño global del secundario.
• Indicador de campo: si el ortofosfato es bajo pero el fósforo total es alto, el problema es arrastre de sólidos y se corrige mejorando la clarificación antes de agregar química.

Causas: de dónde viene el problema

Detergentes y aportes domiciliarios

El aporte domiciliario es la base de la carga: excretas, detergentes y productos de limpieza. Aun con formulaciones de bajo fósforo, el volumen de población servida hace que el aporte total sea significativo.

Aportes industriales conectados a la red

Alimentos, bebidas, lácteos, frigoríficos, metalmecánica con tratamientos de fosfatizado y lavaderos industriales aportan fósforo concentrado. Identificar y controlar esos aportes en origen suele ser más económico que tratarlos diluidos en la planta.

Liberación de fósforo desde el lodo

Es la causa que más desconcierta al operador. En condiciones anaerobias, el lodo libera el fósforo que había acumulado. Si el sobrenadante del espesador o del digestor se recircula a cabecera, ese fósforo vuelve a entrar al sistema y genera un lazo interno que puede representar una fracción relevante de la carga total. El tratamiento de la línea de lodos se desarrolla en el artículo sobre componentes y tratamiento del lodo.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

Dosificar coagulante para fósforo aumenta la producción de lodo, sobrecarga la línea de deshidratación y altera las características del barro. En plantas ajustadas de capacidad, la línea de lodos se convierte en el cuello de botella antes que el tratamiento de agua.

Riesgo normativo y de descarga

Los límites de fósforo en la descarga de plantas depuradoras dependen de la jurisdicción y del cuerpo receptor: en la provincia de Buenos Aires intervienen la Autoridad del Agua (ADA) y, en la cuenca Matanza-Riachuelo, ACUMAR; en el resto del país rigen las resoluciones provinciales de vertido. Los criterios de diseño del sector se orientan por los lineamientos de ENOHSA. Corresponde consultar el límite aplicable, que en cuerpos receptores sensibles suele ser más exigente.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

El costo de remover fósforo por precipitación no es el del coagulante: es el del lodo adicional. Hay que sumar polielectrolito, energía de deshidratación, horas de equipo, transporte y disposición final por tonelada. Cuando el objetivo de fósforo se hace más estricto, ese costo crece de forma no lineal, porque la dosis de coagulante requerida por unidad de fósforo removido aumenta en el tramo final.

Remoción de fósforo en plantas depuradoras: soluciones convencionales y sus límites

Precipitación con hierro o aluminio: lodo químico

Es la ruta más difundida y la más simple de implementar: se dosifica, se mezcla, se separa. Sus límites son el piso de solubilidad, la dosis creciente para objetivos estrictos y, sobre todo, el volumen de lodo químico generado, que es difícil de deshidratar y caro de disponer.

Remoción biológica de fósforo: control operativo fino

La remoción biológica aprovecha organismos acumuladores de fósforo mediante una secuencia controlada de zonas anaerobias y aerobias. Bien operada, reduce enormemente el uso de químicos. Su límite es la exigencia operativa: requiere una relación adecuada de carbono fácilmente biodegradable, ausencia de nitrato en la zona anaerobia y una gestión cuidadosa de la línea de lodos para que el fósforo acumulado no se libere y vuelva a cabecera.

Descarga sin tratar: eutrofización del receptor

Donde el permiso todavía no exige fósforo, la tentación es no tratarlo. El problema es que el fósforo se acumula en el sedimento del cuerpo receptor y genera una carga interna que se libera durante años, aun después de que el aporte externo cese.

Solución Watch Water: Ferrolox® y OXYSORB®

Ferrolox®: mecanismo de acción y qué resuelve

Ferrolox®, el hidróxido férrico granular de alta pureza es un medio de Fe(OH)₃ amorfo producido por un proceso patentado de tamizado y trituración que genera granos altamente porosos, con los iones férricos representando cerca del 40% de su peso seco. Su mecanismo es la quimisorción sobre la superficie del hidróxido férrico, cuya actividad química es especialmente afín a los oxianiones: arseniato, fosfato y sulfito.

La diferencia conceptual con la precipitación es importante: no se dosifica un reactivo que genera lodo, sino que el agua atraviesa un lecho que retiene el fosfato. El residual declarado para fosfato es de menos de 50 µg/L como PO₄, equivalente a menos de 20 µg/L como P, con una superficie específica de 270 m²/g y una porosidad mínima del 70%.

El rasgo económico decisivo es que Ferrolox® puede reactivarse y reutilizarse, lo que el fabricante señala como ventaja frente al intercambio iónico y a las membranas para remoción de fosfatos. La remoción de fosfatos en efluentes de PTAR para cumplir límites de descarga y controlar la eutrofización figura expresamente entre sus aplicaciones municipales. Las capacidades publicadas corresponden a condiciones de laboratorio: la capacidad real depende de los iones competitivos y debe estimarse con un ensayo de columna sobre el efluente del cliente.

OXYSORB®: mecanismo de acción y qué resuelve

OXYSORB®, el granulado oxidante y adsorbente de liberación controlada resuelve el otro frente del problema: el cuerpo receptor y las lagunas del propio sistema. Combina liberación controlada de oxígeno activo por períodos de hasta un año con una sola aplicación y un núcleo adsorbente de grado alimenticio que atrapa fosfato, nitratos y sulfuro de hidrógeno, con una adsorción declarada de hasta el 99% del fósforo y del nitrógeno en el fondo. Durante el tratamiento el pH se mantiene alrededor de 7,6.

Su fundamento es directamente aplicable a lagunas de estabilización y a receptores comprometidos: sin oxígeno en el fondo, las bacterias anaeróbicas producen ácidos y provocan una liberación masiva de fósforo y nitrógeno desde el sedimento, además de amonio, metano y H₂S.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Optimización del secundario y control del sobrenadante de la línea de lodos, que suele aportar una fracción relevante de la carga.
2. Mejora de la separación de sólidos: sin bajos sólidos suspendidos no hay bajo fósforo total.
3. Filtración del efluente secundario, imprescindible antes de cualquier lecho adsorbente.
4. Columna de Ferrolox® como etapa terciaria de adsorción de fosfato.
5. OXYSORB® en lagunas del sistema o en el cuerpo receptor, cuando el problema incluye carga interna acumulada.

Qué NO hacen estos productos

• Ferrolox® no reemplaza al tratamiento secundario ni a la separación de sólidos: es una etapa terciaria de pulido sobre efluente clarificado.
• La adsorción no es selectiva: en un efluente cloacal compiten por los sitios activos otros oxianiones —sulfato, silicato— y la materia orgánica disuelta. La capacidad real se estima con ensayo.
• El residual declarado corresponde a condiciones de ensayo; el valor alcanzable en planta depende de la concentración de entrada, del tiempo de contacto y de la matriz.
• La documentación disponible no publica una tabla de dosificación de OXYSORB® por superficie o por metro cúbico ni sus especificaciones físicas completas: corresponde consultar la ficha técnica y definir la aplicación con servicio técnico.
• Ninguna etapa terciaria corrige un secundario mal operado: primero se optimiza el proceso, después se agrega pulido.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Del efluente secundario: fósforo total y ortofosfato sobre muestra sin filtrar y filtrada, sólidos suspendidos, DQO, nitrógeno total y amonio, pH, alcalinidad, sulfatos, silicatos, hierro y aluminio residuales, y temperatura, en varias jornadas. Del sistema: caudal medio y pico en m³/h, esquema del tren, caudal y calidad del sobrenadante recirculado, y límite de vertido aplicable.

Dimensionamiento documentado

Para OXYSORB®, los datos publicados son funcionales: liberación de oxígeno activo por hasta un año con una sola aplicación, núcleo adsorbente de grado alimenticio, adsorción declarada de hasta el 99% de fósforo y nitrógeno en el fondo, y pH del agua en torno a 7,6 durante el tratamiento.

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

La columna se pone en servicio con un retrolavado inicial y con verificación de sólidos suspendidos en la alimentación. El seguimiento se organiza alrededor de la curva de ruptura: ortofosfato a la salida contra volumen acumulado tratado, con muestreo frecuente al inicio y luego espaciado. Conviene un punto de muestreo intermedio en la columna para anticipar la ruptura. El mantenimiento incluye el retrolavado y la reactivación del medio según el procedimiento del fabricante.

Ejemplo típico de aplicación

Columna de adsorción como etapa terciaria en una planta depuradora

Considérese una planta depuradora municipal de tamaño medio del interior bonaerense que descarga a un arroyo y enfrenta la incorporación de un límite de fósforo total en su permiso. El secundario funciona correctamente, pero el fósforo queda por encima del objetivo. El planteo consiste en optimizar primero el manejo del sobrenadante de la línea de lodos, mejorar la separación de sólidos y recién entonces agregar una filtración y una columna de adsorción como etapa terciaria, evitando el salto directo a una dosificación química permanente.

Qué se mide antes y después

Antes: fósforo total y ortofosfato en varias jornadas, sólidos suspendidos, caudal y calidad del sobrenadante recirculado, y producción de lodo por metro cúbico tratado. Después: ortofosfato a la salida de la columna contra volumen acumulado, y el indicador económico que define la comparación con la precipitación química: toneladas de lodo generadas por kilo de fósforo removido.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se puede extrapolar el orden de intervención —proceso primero, sólidos después, adsorción al final— y los criterios de seguimiento. No se puede extrapolar la capacidad del lecho ni la duración del ciclo: dependen de la concentración de entrada y de los iones competitivos del efluente concreto. Esos valores salen de un ensayo de columna sobre la muestra real.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

• Protocolo del efluente secundario en varias jornadas, con fósforo total y ortofosfato.
• Sólidos suspendidos y caudal medio y pico en m³/h.
• Esquema del tren y caudal y calidad del sobrenadante recirculado.
• Límite de fósforo aplicable y organismo de control.
• Producción actual de lodo y costo de disposición.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Con esa información se define el tiempo de contacto y el volumen de lecho, y se realiza un ensayo de columna para estimar capacidad real y curva de ruptura frente a los iones competitivos. Si el sistema incluye lagunas o recibe lixiviados, son útiles los artículos sobre tratamiento de lixiviados de relleno sanitario y sobre trihalometanos en la potabilización.

General Water Company representa a Watch Water® en la Argentina y trabaja con municipios, prestadores y operadores de saneamiento en análisis, ensayo, dimensionamiento, provisión y puesta en marcha. Envíenos el protocolo de su efluente y le devolvemos la propuesta técnica. El panorama completo, con las rutas de tratamiento comparadas, está en DQO recalcitrante.

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