Tratamiento de aguas residuales procedentes de la industria de resinas poliméricas con aceptores de electrones simultáneos Public Deposited
Las aguas residuales de la industria productora de resinas poliméricas presenta compuestos químicos peligrosos para la salud humana y dañinos a la ecología. Para el tratamiento de estas aguas, se trabaja con reactores anaerobios-aerobios en serie, sin embargo los costos de operación y mantenimiento de dos reactores son muy altos. Con base en la coexistencia sinérgica de bacterias aerobias estrictas, facultativas y anaerobias, se han implementado sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales con reactores aerobio-metanogénicos, los cuales favorecen la reducción de la DQO con una alta eficiencia mediante metanogénesis y la eliminación de compuestos químicos peligrosos por microorganismos facultativos y aerobios estrictos. Por lo que en este trabajo se estudio el efecto de la adición de oxígeno a un reactor anaerobio y el comportamiento de este a diferentes concentraciones de compuestos químicos peligrosos, con el objetivo de establecer los parámetros más importantes para la implementación de un sistema aerobio-anaerobio en un sólo reactor en el tratamiento de aguas residuales reales con variaciones notables en concentración y compuestos químicos presentes. El tratamiento de aguas residuales de resinas poliméricas se llevó a cabo en dos reactores UASB en cinco etapas. Etapa 1. Los dos reactores bajo condiciones anaerobias fueron alimentados con una mezcla de agua residual y medio mineral, con acetato de sodio como fuente de carbono alterna, teniendo una DQO variable (entre 1000 y 1500 mg/L). Tuvieron una eficiencia de eliminación de la DQO de 60 ± 5% cada reactor, y redimientos de CH4 de 0.7 y de CO2 de 0.3, con una remoción baja de algunos compuestos químicos (17% global) y no hubo remoción de estireno. También presentaron una baja producción de CH4 en los dos reactores (0.13 ± 0.01 Lmetano/LR), debido a que los lodos se encontraban en fase de adaptación metabólica presentando una mayor susceptibilidad a los cambios de composición y concentración de químicos presentes. Al final de esta etapa se realizaron pruebas de actividad metanogénica en lote para diferentes sustratos con dos inóculos (lodo adaptado a los compuestos químicos peligrosos y un lodo granular), donde el inóculo presente hasta ese momento en los reactores tuvo una baja actividad metanogénica con los compuestos químicos como sustrato (0.202 gDQO/gSSV·d). Etapa 2. Con los reactores más estables bajo condiciones anaerobias se alcanzó el estado estacionario. En esta etapa se tuvo una eficiencia de remoción de la DQO global de 75 ± 4%, con una eliminación de compuestos químicos peligrosos de 33% en cada reactor, sin embargo aunque aumentó la eficiencia de eliminación de los compuestos químicos en general, pero en esta etapa tampoco hubo remoción de estireno. La producción de CH4 se mantuvo estable, alcanzando una producción de 0.18 ± 0.01 Lmetano/LR en un reactor y de 0.19 ± 0.01 Lmetano/LR en el otro, sin embargo la producción de CH4 estuvo por debajo del valor teórico (0.3 Lmetano/LR), con rendimientos de CH4 de 0.65 y de CO2 de 0.35. Antes de iniciar la etapa 3, se realizaron pruebas abióticas y de actividad metanogénica en presencia de aire y oxígeno, demostrando que no existe volatilización significativa de los compuestos químicos peligrosos por la presencia de aire u oxígeno, y se obtuvo que con una concentración de 0.6 mgO2/L y 1.0 mgO2/L no se afecta significativamente la actividad metanogénica en los reactores con los compuestos químicos como sustrato, la cual se mantuvo en 0.50 gDQO/gSSV·d. Etapa 3. Se operó un reactor con oxígeno (0.6 mg/L) y otro bajo condiciones anaerobias, obteniéndose una eficiencia de eliminación de la DQO de 70 ± 1%, con rendimientos de 0.65 para CH4 y de 0.35 para CO2, en el reactor anaerobio, y una eficiencia de 80 ± 2%, con rendimientos de 0.45 para CH4 y de 0.55 para CO2, en el reactor con oxígeno. La diferencia en las eficiencias se debió a la adición de oxígeno, ya que aumento la eficiencia de eliminación de los compuestos a un 45% en promedio, y a partir de esta etapa comenzó la eliminación de estireno a una velocidad de 2.34 mg/L·d. La producción de CH4 en el reactor anaerobio se mantuvo en 0.18 ± 0.02 Lmetano/LR y en el reactor con oxígeno hubo disminución de la producción de CH4 a 0.14 ± 0.04 Lmetano/LR. Al final de la etapa 3, se evaluó el efecto de la fuente de carbono en la eliminación de los compuestos químicos. Demostrando que se puede disminuir la concentración de la fuente de carbono alterna hasta 375 mgDQO/L, sin afectar notablemente la actividad metanogénica del inóculo que disminuyó a 0.47 gDQO/gSSV·d. Etapa 4. Se aumentó la carga de compuestos químicos peligrosos a 1125 mgDQO/L, observándose que existe un mayor efecto de la concentración de compuestos químicos peligrosos sobre la eficiencia de los dos reactores, ya que ésta disminuyó a 47% en el reactor anaerobio y 66% en el reactor con oxígeno, con los mismos rendimientos de CH4 y CO2 de la etapa anterior. La producción de CH4 en el reactor anaerobio disminuyó de 0.14 a 0.12 Lmetano/LR, debido a inhibición por la presencia de altas concentraciones de los compuestos químicos. En el reactor con oxígeno, esta disminución en la eficiencia de remoción se debió a que la concentración de oxígeno presente era menor al oxígeno estequiométrico para lograr la biotransformación total de los compuestos químicos. Etapa 5. Se aumento la concentración de oxígeno disuelto a 1mg/L, obteniéndose que la eficiencia de remoción de la DQO en el reactor con oxígeno aumento a 82%, con rendimientos de 0.4 para el CH4 y 0.6 para el CO2, y el reactor anaerobio tuvo una disminución notable en la remoción hasta del 33% al final de esta etapa, manteniendo los mismos rendimientos. Al final de esta etapa se logró un aumento en la eliminación de los compuestos químicos hasta 80% global con aumento en las velocidades de consumo, y la eliminación completa de estireno, metil acrilato y ácido acrílico. La producción de CH4 en el reactor con oxígeno se recuperó llegando hasta 0.13 Lmetano/LR, sin embargo la producción de CH4 en el reactor anaerobio disminuyó notablemente a 0.095 ± 0.01 Lmetano/LR. Los resultados mostraron que un reactor UASB con oxígeno, puede ser utilizado para la biotrasformación parcial de los compuestos químicos peligrosos a intermediarios que son utilizados como sustratos de la metanogénesis, demostrando que este sistema con aceptores simultáneos de electrones puede ser utilizado eficientemente en la eliminación de compuestos químicos peligrosos presentes en las aguas residuales de resinas poliméricas.
The residual waters of the industrial polymer synthesis plant present chemicals dangerous compounds for the human health and harmful to the ecology. For the treatment of these waters, one works with anaerobic-aerobic reactors in series, nevertheless the costs of operation and maintenance of two reactors are very high. On the basis of the synergistic coexistence of strict bacteria aerobic, facultative and anaerobic, systems of industrial residual water treatment have been implemented with aerobic-metanogénica reactors, which help the reduction of COD with a high efficiency by means of methanogenesis and the dangerous chemicals compounds through removal of strict facultative and aerobic micro organisms. This is the reason why this work studies the effect of the addition of oxygen to an anaerobic reactor and its behaviour at different concentrations of chemicals compounds, in order to establish the most important parameters for the implementation of an aerobeanaerobic system in a single reactor in the treatment of real residual waters with remarkable variations in concentration and present toxic compounds. The residual water of polymer synthesis treatment was carried out in two UASB reactors in five stages. Stage 1. Both reactors under anaerobic conditions were fed with a residual water mixture and medium mineral, with sodium acetate as an alternating carbon source, having a variable COD (between 1000 and 1500 mg/L). Each reactor had a COD removals efficiency of 60 ± 5%; nevertheless there were not significant removal of toxic compounds (global 17%) neither styrene removal. Also both reactors presented low methanogenic activity of 0.13 ± 0.01 Lmetane/LR because that the inoculums presented a greater susceptibility to the changes of composition and toxic concentration. At the end of this stage tests of methanogenic activity in batch for different substrates with two inoculums were made (sludge adapted to toxic compounds and a granular sludge). On the basis of the results the alternating carbon source was modified by glucose, since with this substrate a greater methanogenic activity and it was chosen to make the reinoculation of the reactors with a mixture of a mud previously adapted to toxic compounds and granular mud. Stage 2. The stationary state was reached with the most stable reactors under anaerobic conditions. In this stage there was an efficiency of removal of the global COD of 75 ± 4%, with a toxic compound degradation of 33% in each reactor, nevertheless although it did not increase the efficiency of degradation of toxic compounds in general, there was not styrene removal either. The methane production stayed stable, reaching a production of 0.18±0.01 Lmetane/LR in a reactor and of 0.19±0.01 Lmetane/LR in the other, nevertheless the CH4 production was below 0.3 Lmetane/LR of the theoretical. Before initiating stage 3, abióticas tests and of methanogenic activity in the presence of air and oxygen were made, demonstrating that volatility of toxic made up of the presence of air or oxygen does not exist, and the conclusions was that with a concentration of 0,6 mgO2/L and 1,0 mgO2/L the methanogenic activity in the reactors is not significantly affected. Stage 3. A reactor was operated with oxygen (0,6 mg/L) and another one under anaerobic conditions, obtaining efficiencies of removal of the COD of 70 ± 1% in the anaerobic reactor and 80±2% in the reactor with oxygen. This difference in the removal efficiencies was due to the oxygen addition since it increased the efficiency of degradation of compounds in a 45% on average. From this stage the styrene degradation began. The methane production in the anaerobic reactor stayed in 0.18 ± 0.02 Lmetane/LR and in the reactor with oxygen the composition of biogas was modified to 60% of CO2 and 40% of CH4 with a diminution of the methane production to 0.14 ± 0.04 Lmetane/LR. At the end of stage 3, the effect of the carbon source was evaluated in the biodegradation of toxic compounds, demonstrating that the concentration of the alternating carbon source can be diminished up to 375 mgCOD/L, without remarkably affecting the methanogenic activity of inoculum. Stage 4. The load of toxic compounds was increased to 1125 mgCOD/L, being observed that a greater effect of the toxic compound concentration exists both on the efficiency of reactors, since this diminished to 47% in anaerobic reactor and 66% in the reactor with oxygen. In the reactor with oxygen, this diminution in the removal efficiency had that the concentration present oxygen been smaller to stoichiometric oxygen to obtain the total biotransformation of toxic compounds. The methane production in the anaerobic reactor diminished from 0.14 to 0.12 Lmetane/LR, due to inhibition by the presence of high concentrations of these compounds Stage 5. Increase of the dissolved oxygen concentration in 1mg/L, caused that the efficiency of removal of the COD in the reactor with oxygen were increased to 82%, and the anaerobic reactor had a remarkable diminution in the removal up to 33%, at the end of this stage. Also, at the end of this stage an increase in the removal of toxic compounds up to 80% was reached, and the complete elimination of styrene, acrylate methyl and acid acrylic was obtained. The methane production in the reactor with oxygen was recovered arriving up to 0.13 Lmetane/LR, nevertheless the methane production in the anaerobic reactor diminished remarkably to 0.095 ± 0.09 Lmetane/LR. The results showed that a UASB reactor with oxygen can be used for the partial biotransformation of toxic compounds to intermediaries who are used as substrates of the methanogenesis, demonstrating that this system with simultaneous electron acceptors can be efficiently used in the present toxic compound degradation in residual waters of the industrial polymer synthesis plant.
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