Digestión anaerobia de las aguas cafés: efecto del NaClO y del papel higiénico Público Deposited
La separación de efluentes domésticos utilizando inodoros ahorradores permite obtener aguas cafés con altas concentraciones de materia orgánica. Sin embargo, el uso de compuestos desinfectantes y celulosa podría afectar los tratamientos anaerobios. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la digestión anaerobia de la materia orgánica de las aguas cafés concentradas considerando el efecto del hipoclorito de sodio (NaClO) y el papel higiénico sobre la producción de metano, empleando lodos granulares anaerobios como fuente de inóculo con una actividad metanogénica específica (AME) de 2.23±0.073 gDQOCH4/gSSV.d y una concentración de SV de 43 g/L. En primera instancia, se aplicó una encuesta a 161 personas para conocer los hábitos sobre el uso y limpieza de los inodoros. Este instrumento fue de utilidad para conocer los principales desinfectantes comerciales utilizados destacando el NaClO. Cabe destacar que para los estudios en lote y continuo se prepararon muestras de aguas cafés simulando inodoros de baja descarga menores a 1.5 L de agua. Las pruebas de biodegradabilidad de las aguas cafés se desarrollaron a 35°C en botellas serológicas (120 mL) con un volumen de trabajo de 80 mL, empleando cuatro concentraciones de SV (6, 9.2, 14.6 y 17 g/L). Los estudios se desarrollaron durante 30 días y por duplicado. Se utilizaron muestras de aguas cafés sin inóculo como controles. Además se inyectó nitrógeno en cada unidad experimental para desplazar el aire y garantizar condiciones anaerobias. Para determinar el efecto del NaClO sobre la digestión anaerobia de las aguas cafés (14.5 g/L) se desarrollaron estudios en lote y por triplicado. Se evaluaron diferentes concentraciones de NaClO (50, 125, 250, 500, 1000, 2500 y 7500 mg/L). Las unidades experimentales se incubaron a 35 ± 2 °C durante 35 días. Las variables de respuesta analizadas fueron el porcentaje de inhibición, morfología de los lodos, AME y compuestos exopoliméricos. El efecto de la celulosa (contenida en el papel higiénico) sobre la digestión anaerobia del agua café fue evaluado empleando diferentes concentraciones de papel (2.5, 5 y 8.75 g papel/Lagua café). El agua café utilizada como sustrato contenía 64.47 g/L de DQOt, 21.67 g/L de DQOs y 36.50 ± 2.60 g/L de SV. Posteriormente, se desarrollaron estudios en continuo donde se evaluó el efecto de la carga orgánica volumétrica en un reactor anaerobio de 3 L utilizando como sustrato aguas cafés (heces fecales diluidas en 0.5 L de agua) a 30 °C y a diferentes TRH (60- 280 d). Se utilizó un medidor de flujo volumétrico para cuantificar la producción de biogás. Las variables de respuesta analizadas para los estudios fueron la producción de metano, remoción de SV, DQOt, DQOs, pH, producción de AGV y solubilización. Como resultado de las pruebas de biodegradabilidad de las aguas cafés se obtuvo una alta degradación de SV alrededor del 60% en un periodo de 27 días para 6, 9 y 14.6 g/L de SV iniciales. La solubilización de la materia orgánica aumentó en todos los controles con concentraciones de AGV mayores a 3 gDQO/L. En los ensayos del NaClO se observó una degradación de SV iniciales de hasta el 55% en un periodo de 35 días empleando bajas concentraciones de NaClO (<125 mg/L). Mientras que a altas concentraciones de NaClO (> 250 mg L), se observó la ruptura de los gránulos liberando sustancias exopoliméricas (3080 mg/L). Además, se observó la inhibición de la AME en más de un 90 %. Por consiguiente, estos resultados demuestran que el NaClO actúa como un agente oxidante de los compuestos orgánicos. Por otro lado, en los ensayos de digestión anaerobia de aguas cafés con celulosa (8.75 g papel/L agua café) se obtuvo una producción de metano de 22.7 mL CH4/Lr d y 0.87 ± 0.02 gDQOAGV/g SVremovido. De esta forma, estos resultados son indicio de una codigestión de los sustratos. Por otro lado, en los estudios en continuo la remoción de la DQOt fue cercana al 90 % con una producción de metano de 1.26 L CH4/Lr empleando cargas orgánicas (Bv) menores a 0.2 gDQO/L d. Mientras que para Bv de 2.3 gDQO/Ld, la remoción de DQOt se mantuvo en un 41 %. Por lo tanto, los resultados de este estudio revelan que el NaClO (> 125 mg / L) disminuye la eficiencia de los tratamientos de las aguas cafés, y su efecto debe ser considerado para implementar la digestión anaerobia en sistemas de inodoros ahorradores de agua. Asimismo, el papel higiénico y las aguas cafés son sustratos adecuados para la codigestión anaerobia. Sin embargo, considerando el análisis del diseño de una planta modelo se encuentran dificultades económicas, de ingeniería, operación por ello es importante seguir investigando sobre el tema considerar cosustratos que aumenten el potencial de producción de metano e integrar al proceso tecnologías mixtas para aumentar el potencial del tratamiento y diversidad de productos. Finalmente, este trabajo contribuye a entender la degradación de las aguas cafés concentradas y los retos del tratamiento anaerobio en presencia de compuestos desinfectantes como el NaClO.
Separation of domestic effluents using low flush toilets allows to obtain brown water with high concentrations of organic matter. However, the use of cellulose and disinfectant compounds could affect the anaerobic treatments. Therefore, the aim of this study was to evaluate the anaerobic digestion of organic matter from concentrated brown water (BW) considering the effect of NaOCl and toilet paper on methane production. Anaerobic granular sludge were used as inoculum with a specific methanogenic activity (SMA) of 2.23±0.073 gCODCH4/gVSS.d and 43 g/L of VS. A survey was applied to 161 people in order to know the habits of cleaning of toilets. This instrument was used to determine the main commercial disinfectants used highlighting NaOCl. It is important to mention that brown water samples were prepared simulating low-flush toilets smaller than 1.5 L of water for batch and continuous studies. Biodegradability assays of brown water were conducted at 35 °C using serological bottles (120 mL) with a working volume of 80 mL. In addition, different concentrations of VSo (6, 9.2, 14.6 and 17 g/L) were evaluated. The studies were monitored during 30 days and all analyses were conducted in duplicated. Brown water samples without inoculum were used as the controls. The air was displaced with nitrogen gas to obtain anaerobic conditions. Batch assays were conducted in triplicate to evaluate the effect of NaOCl on the anaerobic digestion of brown water (14.5 g/L). Different concentrations of NaOCl were evaluated (50, 125, 250, 500, 1000, 2500 and 7500 mg/L). The experiments were conducted at 35 ± 2°C during 35 days. In this study were analyzed the SMA, inhibition percentage, soluble exopolymeric compounds and granular sludge morphology. The effect of cellulose (contained in toilet paper) on the anaerobic digestion of BW was evaluated using different amounts of paper (2.5, 5 and 8.75 g paper/ L brown water). at 30 ° C and HRT ranging from 60 to 280 d. Biogas production was quantified using a volumetric flow meter. Different response variables such as methane production, degradation of VS, COD, CODs, pH, VFA production and solubilization were analyzed. As a result of the biodegradability assays of the brown water, high efficiencies of VS degradation were obtained around 60% during 27 d for 6, 9 and 14.6 g/L of VSo. The solubilization of organic matter increased in all controls with VFA concentrations above to 3 gCOD/L. In the case of NaOCl assays, VSo degradations up to 55% were observed during 35 d for low concentrations of NaOCl (<125 mg/L). While at high concentrations of NaOCl (> 250 mg/L), the rupture of the granules was observed releasing exopolymeric substances (3080 mg/L). In addition, the inhibition of SMA above 90% was obtained. These findings reveal that NaOCl has a high oxidant potential on organic compounds. In the assays of anaerobic digestion of brown water using cellulose (3.5 g of toilet paper) were obtained 22.7 mLCH4/Lr d and 0.87 ± 0.02 gCODVFA/g VSremoved. Therefore, these results suggest a codigestion of substrates. In continuous studies, the variability of the HRT was observed. In addition, the removal of COD was close to 90% and 1.26 LCH4/Lr for organic loads (Bv) less than 0.2 gCOD/L d. Conversely, the COD removal was remained at 41% using Bv of 2.3 gCOD/Ld, Therefore, the results of this study show that NaOCl (> 125 mg / L) decreases the efficiency of brown water treatments, and its effect should be considered to implement anaerobic digestion treatments in water-saving toilet systems. In addition, the toilet paper and brown water are suitable substrates for anaerobic codigestion. Based on results of designing of a model plant were observed economical, engineering and operational challenges. Further studies are necessary to increase the biomethane production using different co-substrates and mixed technologies in the anerobic digestion of brown waters. Finally, this work contributes to understand the degradation of concentrated brown water and the challenges of anaerobic treatments in the presence of disinfectant compounds such as NaClO.
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