Estudio del proceso respiratorio y estructura de un lodo desnitrificante en presencia de acetato y tolueno en un SBR Public Deposited
El tolueno es un hidrocarburo monoaromático usado como aditivo en diversos productos del petróleo, como la gasolina y el diesel. Ha sido considerado un contaminante de alta prioridad por la Agencia de protección ambiental de los Estados Unidos, ya que ocasiona daños a la salud humana así como al ambiente. La eliminación del tolueno ha sido estudiada en diversos procesos, uno de ellos es la desnitrificación. La desnitrificación es un proceso de tipo anóxico el cual acopla la oxidación de la materia orgánica con la reducción de nitrato. Por lo anterior, es necesario estudiar sistemas biológicos los cuales permitan evitar que descargas de estos compuestos causen daño a los cuerpos receptores de agua. Uno de los problemas operativos más comunes en el tratamiento de aguas residuales es la falta de sedimentabilidad del lodo. Esta falta se ha asociado con las sustancias exopoliméricas (SEP) del lodo, ya que cuando aumenta la concentración de SEP, se presenta inestabilidad en el lodo aún cuando el proceso respiratorio no se ve afectado. En sistemas de lote secuencial (SBR), los cambios de sedimentabilidad en el ciclo, son un problema serio. Cuando en el influente se encuentran cartuchos como el tolueno, el problema se hace más notorio. El objetivo de este trabajo fue estudiar la fisiología del proceso respiratorio desnitrificante con acetato y tolueno como fuentes de energía en un SBR y la sedimentabilidad del lodo a través de las SEP, así como evaluar el efecto de la concentración de los SSV sobre el proceso respiratorio. y la sedimentabilidad del lodo con tolueno. En la primera etapa con acetato, se obtuvieron EC-acetato y EN-NO3 cercanos al 100%, así como YN2 y YC-HCO3 cercanos a 1. Las velocidades específicas de consumo y de producción aumentarán 4 veces su valor inicial, durante los primeros 24 ciclos, después se mantuvieron constantes. En la segunda etapa con el tolueno, las EC-tolueno y EN-NO3 fueron de 63 y 100%, respectivamente. Los YN2 y YC-HCO3 se mantuvieron cercanos a 1. Las velocidades de consumo de sustratos aumentaron 1.5 veces y las velocidades de producción 2 veces su valor inicial durante los primeros 17 ciclos y después permanecieron constantes. Esto indica que el proceso respiratorio no se vio afectado en presencia de tolueno. Se ensayaron tres diferentes concentraciones de SSV (2, 4 y 8 g SSV/l) y se encontró que las eficiencias de consumo de tolueno y nitrato fueron 66 y 94%, respectivamente. Los YN2 y YC-HCO3 se mantuvieron cercanos a 1, lo anterior nos indica que la concentración de SSV no tuvo efecto sobre el proceso respiratorio. En los ensayos con acetato, el lodo tuvo una buena sedimentabilidad con valores de IVL de 57 ± 2 ml/g. La concentración de proteína exopolimérica (PE) fue de 28 ± 14 mg/L, y la de carbohidratos exopoliméricos (CE) fue de 6 ± 1 mg/L. Cuando se alimentó tolueno, el lodo mantuvo una buena sedimentabilidad y valores de índice volumétrico del lodo (IVL) de 40 ± 27 ml/g. Sin embargo, se encontró que la PE generada era 1.75 veces mayor que con acetato (49 ± 32 mg/L). En cuanto a los CE, se encontró que la concentración con tolueno era 3.4 veces mayor que con acetato (21 ± 9 mg/L). Aunque las velocidades de sedimentación (Vs) obtenidas con tolueno disminuyeron un 49%, y las concentraciones de SEP aumentaron, no se presentó pérdida de sedimentabilidad del lodo. Un análisis estadístico mostró que las PE presentan una mejor evaluación con las Vs (0.635), que con el IVL (0.087). La alimentación con tolueno, promovió cambios en la concentración de las PE y CE producidas en el lodo desnitrificante, sin embargo, estos cambios en las SEP no afectarán la sedimentabilidad del lodo. Por lo que se puede decir que el sistema SBR puede ser una propuesta tecnológica adecuada. Cuando se ensayaron las diferentes concentraciones de SSV se encontró que las concentraciones de PE y CE aumentaron 2 veces en los reactores inoculados con 4 y 8 g SSV/L con respecto al reactor inoculado con 2 g SSV/L. La falta de sedimentabilidad se hizo visible en el reactor inoculado con 8 g SSV/L donde la concentración de PE era mayor que 100 mg PE/L. El tolueno es un hidrocarburo monoaromático utilizado como aditivo antidetonante en diversos productos derivados del petróleo, como la gasolina y el diésel. Ha sido considerado un contaminante de alta prioridad por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, ya que se han observado efectos nocivos en la salud humana así como en el medio ambiente. Se ha estudiado la eliminación del tolueno en diversos procesos, uno de ellos mediante la desnitrificación. La desnitrificación es un proceso de tipo anóxico que acopla la oxidación de la materia orgánica con la reducción de nitrato. Debido a esto último, es importante la necesidad de desarrollar sistemas biológicos que no permitan que las descargas de aguas residuales con estos compuestos causen daños a los cuerpos receptores de agua. Uno de los problemas operacionales más comunes en el tratamiento de aguas residuales es la falta de sedimentabilidad de los lodos. Esta deficiencia se ha asociado con las sustancias exopoliméricas (EPS) de los lodos, ya que a medida que aumenta la concentración de EPS, se presenta inestabilidad en los lodos aun cuando no se afecta el proceso respiratorio. En los sistemas de reactores discontinuos secuenciales (SBR), los cambios en la sedimentabilidad en el ciclo son un problema serio. Cuando se encuentran disolventes como el tolueno en el influente, el problema es más notorio. En este trabajo, se estudió la fisiología del proceso respiratorio desnitrificante con acetato y tolueno como fuentes de energía en un SBR, y la sedimentabilidad de los lodos a lo largo del EPS. También se evaluó el efecto de los sólidos volátiles suspendidos (VSS) en el proceso respiratorio y la sedimentabilidad de los lodos con tolueno. En la primera etapa con acetato, la EC-tolueno y EN-NO3 obtenidos fueron casi del 100%, y el YN2 y el YCHCO3 fueron cercanos a 1. Las velocidades específicas de consumo y de producción aumentaron 4 veces su valor inicial, durante los primeros 24 ciclos, luego se mantuvieron constantes. En la segunda etapa, con tolueno, EC-tolueno y EN-NO3 fueron 63 y 100%, respectivamente. YN2 y YC-HCO3 se mantuvieron cerca de 1. A mayor número de ciclos, las velocidades de consumo de los sustratos aumentaron 1.5 veces y las velocidades de producción 2 veces su valor inicial durante los primeros 17 ciclos y posteriormente se mantuvieron constantes. El proceso respiratorio no fue afectado por la presencia de tolueno. Se estudiaron tres concentraciones diferentes de VSS (2, 4 y 8 g VSS/L), para las cuales las eficiencias de consumo de tolueno y nitrato fueron 66 y 94%, respectivamente. YN2 y YC-HCO3 se mantuvieron cerca de 1, lo que indica que la concentración de VSS no tuvo efecto sobre la vía respiratoria. En los ensayos con acetato, los lodos presentaron buena sedimentabilidad con valores de IVL de 57 ± 2 g/mL. La concentración de proteínas exopoliméricas (PE) fue de 28 ± 14 mg/L, y la de carbohidratos exopoliméricos (CE) fue de 6 ± 1 mg/L. Cuando se alimentó con tolueno, el lodo mantuvo una buena sedimentabilidad y valores de IVL de 40 ± 27 g/mL. Sin embargo, se encontró que la PE generada fue 1,75 veces mayor que con acetato (49 ± 32 mg/L). Con respecto a la CE, se encontró que la concentración con tolueno fue 3,4 veces mayor que con acetato (21 ± 9 mg/L). Aunque las velocidades de sedimentación (Vs) obtenidas con tolueno disminuyeron en 49%, y las concentraciones de EPS aumentaron, no se presentaron pérdidas en la sedimentabilidad del lodo. El análisis estadístico mostró que la PE presentó una mayor correlación con la Vs (0,635), que con la IVL (0,087). La alimentación con tolueno promovió cambios en la concentración de PE y CE producidos en el lodo desnitrificante, sin embargo, estos cambios en el EPS no afectaron la sedimentabilidad del lodo. Cuando se estudiaron diferentes concentraciones de VSS, las concentraciones de PE y CE aumentaron dos veces en los reactores inoculados con 4 y 8 g VSS/L con respecto al reactor inoculado con 2 g VSS/L.
Toluene is a monoaromatic hydrocarbon used as an antiknock additive in diverse petroleum products, such as gasoline and diesel. It has been considered a high priority contaminant by the Agency of Environmental Protection in the United States, since harmful effects have been observed in human health as well as in the environment. The elimination of toluene in diverse processes, one of them by means of denitrification, has been studied. Denitrification is an anoxic type of process which couples the oxidation of organic matter with the reduction of nitrate. Due to the latter, the necessity to develop biological systems which do not permit residual water discharges with this compounds to cause harm to water receiving bodies is important. One of the most common operational problems in the treatment of residual waters is the lack of sedimentability of the sludge. This deficiency has been associated with the exopolimeric substances (EPS) of the sludge, since as EPS concentration increases, sludge instability is presented even when the respiratory process is not affected. In sequencing batch reactor systems (SBR), changes in the sedimentability in the cycle are a serious problem. When dissolvents as toluene are found in the influent, the problem is more notorious. In this work, the physiology of the denitrifying respiratory process with acetate and toluene as sources of energy in a SBR, and the sedimentability of the sludge throughout the EPS were studied. The effect of the volatile solid suspended (VSS) on the respiratory process and the sedimentability of the sludge with toluene were also evaluated. In the first stage with acetate, EC-toluene and EN-NO3 obtained were nearly 100%, and YN2 and YCHCO3 were close to 1. The specific speeds of consumption and of production they increased 4 times their initial value, during the first 24 cycles, later they stayed constant. In the second stage, with toluene, EC-toluene and EN-NO3 were 63 and 100%, respectively. YN2 and YC-HCO3 remained close to 1. At a greater number of cycles, the consumption velocities of the substrates increased 1.5 times and the production speeds 2 times their initial value during the first 17 cycles and later they remained constant. The respiratory process was not affected by the presence of toluene. Three different concentrations of VSS were studied (2, 4 and 8 g VSS/L), for which the consumption efficiencies of toluene and nitrate were 66 and 94%, respectively. YN2 and YC-HCO3 remained near 1, which indicates that the VSS concentration did not have an effect on the respiratory route. In the essays with acetate, the sludge presented good sedimentability with IVL values of 57 ± 2 g/mL. The concentration of exopolimeric proteins (PE) was 28 ± 14 mg/L, and that of exopolimeric carbohydrates (CE) was 6 ± 1 mg/L. When toluene was fed, the sludge maintained a good sedimentability and IVL values of 40 ± 27 g/mL. However, it was found that the PE generated was 1.75 times greater than with acetate (49 ± 32 mg/L). With respect to the CE, it was found that the concentration with toluene was 3.4 times greater than with acetate (21 ± 9 mg/L). Although the sedimentation speeds (Vs) obtained with toluene decreased in 49%, and the concentrations of EPS increased, losses in the sedimentability of the sludge were not present. Statistical analysis showed that the PE presented a greater correlation with the Vs (0.635), than with the IVL (0.087). Feeding with toluene promoted changes in the concentration of the PE and CE produced in the denitrifying sludge, however, these changes in the EPS did not affect sludge sedimentability. When different concentrations of VSS were studied, the concentrations of PE and CE increased twice in the reactors inoculated with 4 and 8 g VSS/L with respect to the reactor inoculated with 2 g VSS/L. The lack of sedimentability was visible in the reactor inoculated with 8 g VSS/L, where the PE concentration was greater than 100 mg PE/L.
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