Efecto de la temperatura y la concentración de sustrato en el tratamiento anaerobio de aguas residuales municipales en un reactor de alta tasa Public Deposited
Los efluentes de aguas residuales municipales son una mezcla de aguas provenientes de redes de drenaje residuales domésticas e industriales. La concentración orgánica depende de diversos factores. Algunos de estos factores son: la separación de aguas pluviales en la red de saneamiento, el consumo per cápita de agua potable determinado por los hábitos de la población, uso del agua en diferentes ramos de la industria entre otras. En el caso de las aguas residuales municipales fluctúan entre los 200 a 2000 mgDQO/L (Kato et al., 1994), y para las aguas residuales industriales tienen concentraciones entre los 2 a 47 gDQO/L. Las Fluctuaciones en las concentraciones de materia orgánica (DQO), de flujo y temperatura en las ciudades, repercuten sobre el tratamiento de aguas residuales municipales sobre la eficiencia de eliminación de la materia orgánica, provocando una inestabilidad en los sistemas de tratamiento secundarios biológicos. Para evitar esta problemática los procesos anaerobios son utilizados. Estos procesos tiene la ventaja de que sólo una pequeña cantidad de la energía contenida en el sustrato es utilizada en el mantenimiento y crecimiento celular, quedando una gran parte en los productos, en forma de biogás, principalmente de CH4 y CO2, evitando la desestabilización del reactor. A pesar de estas ventajas descritas, las variaciones de concentración de sustrato, de temperatura, de tiempo de residencia hidráulica (TRH), de velocidad ascensional (Vs) y Carga orgánica volumétrica de materia orgánica (Bv), pueden afectar le eficiencia de operación del reactor anaerobia. Estos problemas son comunes en las plantas de tratamiento de efluentes, por lo que surge la necesidad de estudiar la influencia de las variaciones de la temperatura (13- 20ºC) y concentración de sustrato sobre el tratamiento anaerobio de aguas residuales municipales en reactores de alta tasa, con la finalidad de contrarrestar sus efectos adversos. Los reactores de tipo UASB (reactor de cama de lodos de flujo ascendente), han sido los más utilizado para llevar a cabo los estudios de procesos tratamientos anaerobios, sin embargo este presentan algunas desventajas zonas de baja velocidad de flujo, las cargas que soportan son de 2g DQO/L.d, además de que la velocidad ascensional es de 1 m/h. Debido a estas desventajas el estudio en este trabajo se decidió utilizar el reactor tipo EGSB (Lecho de lodos granular expandido). La selección del reactor de EGSB de alta tasa obedece a su configuración derivado de las deficiencias de su antecesor el rector UASB ya que posee una recirculación del efluente que le permite mantener una carga constante y una velocidad ascensional, jugando un papel primordial en el contacto biomasa - sustrato. Bajo condiciones ideales (sustrato modelo, temperatura óptima), el reactor EGSB mostró una eficiencia de eliminación de materia orgánica arriba del 97 %. Al cambiar las condiciones de sustrato modelo por agua residual municipal (agua residual de la UAM-I, con una carga característica de 3g/L.d) y manteniendo los mismos parámetros se reportó una pérdida en la eficiencia de materia orgánica hasta un 75%, este comportamiento está asociado con las características del agua residual. Las fluctuaciones de la concentración de materia orgánica (DQO) del agua residual municipal y la temperatura en el intervalo de 13 a 20 ºC, no mostraron una influencia significativa por el tratamiento de digestión anaerobia. El efecto del tiempo de residencia hidráulica (TRH) sobre la digestión anaerobia para el tratamiento de aguas residuales municipales mostró un comportamiento adecuado a 5h. La velocidad ascensional presentó un gran influencia sobre la degradación de materia orgánica debido al contacto entre sustrato-biomasa. El reactor EGSB es adecuado para el tratamiento de aguas residuales municipales ante variaciones de concentración de sustrato y temperatura en los intervalos de 13 a 20 ºC. El reactor EGSB como se observó es ideal para el tratamiento anaerobio del agua residual municipal, ya que permite operar altas cargas orgánicas volumétricas de materia orgánica (Bv), más compacto y TRH cortos, comparado con su homologó el reactor UASB.
The municipal wastewater effluents are mixture of water drainage systems from domestic and industrial wastewater. The organic concentration depends on several factors. Some of these factors are: the separation of rainwater in the sewerage, per capita consumption of drinking water determined by the habits of the population, water use in different branches of industry among others. In the case of municipal sewage range from 200 to 2000 mgDQO/L (Kato et al., 1994), and industrial wastewater have concentrations between 2 to 47 gDQO/L. The fluctuations in the concentrations of organic matter (COD), flow and temperature in the cities, impact on the treatment of municipal wastewater on the removal efficiency of organic matter, causing instability in the secondary biological treatment systems. To avoid this problem anaerobic processes are used. These processes have the advantage that only a small amount of energy contained in the substrate is used in the maintenance and cell growth, leaving a large part in products, in the form of biogas, mainly of CH4 and CO2, preventing the destabilization of reactor. Despite these advantages described, changes in substrate concentration, temperature, hydraulic retention time (HRT) of upward-flow velocity (Vs) and volumetric organic loading rate of organic matter (Bv), can affect efficiency of operation will anaerobic reactor. These problems are common in wastewater treatment plants, as the need arises to study the influence of variations of temperature (13-20 ºC) and concentration of substrate on the anaerobic treatment of municipal wastewater in high rate reactors, in order to counteract their adverse effects. UASB-type reactors (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) have been most used to carry out the anaerobic treatment process studies, however have some disadvantages that areas of low flow rate, the Bv are 2 g COD / Ld, in addition to the Vs is 1 m / h. Because of these disadvantage the study in this paper we decided to use the reactor type EGSB (expanded granular sludge bed). The selection of reactor EGSB high rate due to its configuration resulting from the deficiencies of its predecessor, the UASB rector since it has an effluent recirculation allows you to maintain a constant load and a climb rate, playing a leading role in biomass contact - substrate. Under ideal conditions (substrate model, optimum temperature), the EGSB reactor showed a removal efficiency of organic matter above 97%. By changing the conditions of substrate model municipal wastewater (wastewater from the UAM-I, with a load feature 3g/Ld) and mantaining the same parameters reported a loss in efficiency of organic matter up to 75%, this behavior is associated with the characteristics of the wastewater. Fluctuations in the concentration of organic matter (COD) of municipal wastewater and the temperature in the range of 13 to 20 ºC, showed no significant influence on the anaerobic digestion treatment. The effect of TRH on the anaerobic digestion for treatment municipal wastewater showed an appropriate behavior to 5m/h. The Vs had great influence on the degradation of organic matter due to contact between substrate-biomass. EGSB The reactor is suitable for municipal wastewater treatment to changes in substrate concentration and temperature ranges from 13 to 20ºC. The reactor EGSB as noted is ideal for the anaerobic treatment of municipal wastewater, as it allows to operate high (Bv), more compact and shorter HRT, compared with its counterpart in the UASB reactor.
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