REACTORES SECUENCIALES INTERMITENTES UTILIZADOS EN EL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES

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1 XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México, 27 al 31 de octubre, 2002 REACTORES SECUENCIALES INTERMITENTES UTILIZADOS EN EL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES Mallia M. Auxilia D.* Universidad de Carabobo Dautant Rafael* Universidad de Carabobo Ingeniero químico, Magíster en Ingeniería ambiental. Universidad de Carabobo. Venezuela. Docente- Investigador: universidad de Carabobo. Línea de investigación Biotratamientos. Trabajos recientes: Reactores Secuenciales Intermitentes, Fitorremedianción en cuerpos de agua, Biorremediación de suelos petrolizados, entre otros. Profesora de las Cátedras de: Fisicoquímica, Laboratorio de Fisicoquímica y Conservación Ambiental. Dirección: Flor Amarillo Calle El Rosario Nº37. Valencia Estado Carabobo. Teléfono: , Fax: amallia@c-com.net.ve Ingeniero Civil, Magister en Ingeniería Civil. ITESM. Monterrey. México. Docente: Universidad de Carabobo. Línea de investigación Biotratamientos. Trabajos recientes: Reactores Secuenciales Intermitentes, Fitorremedianción en cuerpos de agua, entre otros. Profesor de la Cátedra de: Tratamiento de aguas residuales. Profesor del área de postgrado Maestría en Ingeniería ambiental. Dirección: Urb. El trigal Norte. Tele-fax: avisa@unete.com.ve RESUMEN El presente trabajo está orientado al estudio de los sistemas de reactores secuenciales intermitentes (SBR) para la remoción de DBO, fósforo y nitrógeno; así como el de recopilar información bien documentada para este tipo de procesos que recién en la década de los ochenta se reintrodujeron nuevamente en el mundo de los tratamientos de las aguas residuales. Es importante hacer notar, que la fase experimental se desarrolló en la empresa Diseños Ambientales, C.A., la cual cuenta con un sistema SBR a escala de laboratorio. La metodología seguida para el desarrollo de esta investigación contempló dos fases bien diferenciadas, la primera de carácter documental para establecer las bases para el análisis de los resultados obtenidos en la segunda etapa que comprendió una investigación experimental donde a través de un equipo a escala de laboratorio se registró una data importante para la evaluación de la eficiencia de este tipo de procesos. Entre los resultados mas destacados cabe mencionar que la remoción conjunta de DBO y fósforo presentó una alta eficiencia, alrededor de un 90 %, no así con la eliminación de DBO y nitrógeno dado que no se llegó a la fase de desnitrificación por el corto tiempo de la etapa de aireación; sin embargo se logró remover la DBO en un 96 % en promedio. Por otra parte, se sugiere un estudio mas detallado y amplio para determinar las constantes cinética que permitan implementar el proceso para la remoción simultánea de DBO, fósforo y nitrógeno. Palabras Claves: SBR, reactores, remoción de nutrientes, eliminación de DBO, DBO.

2 INTRODUCCIÓN El vertido de aguas residuales con elevados contenidos en compuestos de nitrógeno y fósforo puede llevar asociado el desencadenamiento o aceleración de un proceso de eutroficación. Los procesos de eliminación de nutrientes son más complejos que los de remoción de materia orgánica (DBO). Así, tanto para la eliminación de nitrógeno como para la de fósforo se requiere la combinación de por lo menos dos etapas: aerobia y anóxica en el caso de nitrógeno, anaerobia y aerobia en el caso del fósforo. En este trabajo se evalúa la eficiencia de un sistema de reactores secuenciales intermitentes (SBR) en cuanto a remoción de la DBO, fósforo y nitrógeno; realizándose el estudio a escala de laboratorio. El área de investigación está enmarcada en el ámbito de los tratamientos biológicos semi-intensivos, principalmente enfocada a los procesos por carga en este caso los sistemas SBR. El aporte de la presente investigación radica en la necesidad de contar en la facultad de ingeniería de la U.C., de información bien documentada sobre los reactores secuenciales intermitentes (SBR), debido a su creciente aplicación a nivel industrial dada su versatilidad. Por otra parte, está el estudio a nivel de laboratorio de este tipo de sistema con lo cual se suministran datos experimentales importantes que permitan su escalamiento a nivel industrial. METODOLOGÍA El tipo de investigación involucrada en este estudio en atención al diseño de la misma se clasifica en : investigación experimental, la cual consiste en someter a un proceso a determinadas condiciones, para observar los efectos que se producen. La investigación que se realizó, para llevar a cabo el objetivo general, es de naturaleza experimental ya que a través de un estudio a escala piloto se generó una data que permitió determinar la eficiencia del sistema SBR tomando la información directamente de la realidad y controlando las variables de estudio ( DBO; N;P). Este estudio se realizó en la empresa Diseños Ambientales C.A., la cual tiene en sus instalaciones un sistema SBR a escala de laboratorio. Esta empresa está ubicada en Valencia, Edo. Carabobo. La metodología seguida para llevar a cabo este estudio se puede resumir en los siguientes pasos: 1.- Entrenamiento para la operación del equipo. 2.- Preparación del efluente a ser tratado en el sistema. 3.- Arranque y puesta en marcha del SBR. 4.- Fase de estabilización del equipo. 5.- Definición de los ciclos de trabajo 6.- Definición de los tiempos de duración de los ciclos 7.- Planificación del muestreo 8.- Estos pasos se efectuaron también para la eliminación de fósforo. RESULTADOS OBTENIDOS Entre los resultados mas destacados cabe mencionar que la eliminación de DBO resultó muy eficiente, hecho que ratifica la ocurrencia del metabolismo anabólico y catabólico. Por otra parte, la remoción conjunta de DBO y fósforo presentó una alta eficiencia alrededor de un 90 %, observándose que a medida que aumenta el tiempo de agitación (fase anaerobia) aumenta la eficiencia de remoción de la DBO ( Ver tabla 1), esto es lo que se aprecia en los resultados pero lo que ocurre aquí es que los microorganismos acidogénicos captan la materia orgánica presente en el agua residual y la almacenan, en la fase anaerobia, mas no la degradan, es decir lo que ocurre es una biosorción de la materia carbonácea lo que se evidencia como una reducción de la DBO pero no hay remoción de estos parámetros como tal.

3 TABLA 1: Valores de la DBO para las distintas fases del proceso SBR SEMANA TIEMPO FASE DBO DBOTFA DBO % ANAEROBIA ENTRADA SALIDA REMOCIÓN ( T.F.A) (h) , , , , ,6 Por otra lado, se observa que los resultados obtenidos en la fase anaerobia fueron los esperados evidenciándose un aumento en el contenido de fósforo, esto debido a la liberación de moléculas de ortofosfato durante esta etapa, como se puede apreciar en la siguiente tabla. TABLA 2: Resultados Experimentales del Fósforo SEMANA TIEMPO FÓSFORO FÓSFORO FASE FÓSFORO % REMOCIÓN FASE ENTRADA ANAEROBIA SALIDA ANAEROBIA (h) ,8 N.M 15,4 13, ,6 N.M 12,0 31, ,8 19,0 9,1 45, ,5 19,9 6,3 61, ,6 22,2 3,9 75,0 N.M: No se efectúo medición Ahora bien, una vez en presencia de oxígeno (fósforo a la salida) se metabolizan las sustancias carbonosas almacenadas (en la fase anaerobia), al mismo tiempo que vuelven a llenar sus reservas de poli-p capturando moléculas de ortofosfato, lo cual se manifiesta en la disminución del contenido de fósforo del agua residual a la salida. En condiciones anaerobias la biomasa libera fósforo al licor en forma de ortofosfatos solubles. En condiciones aerobias (alta tasa de aireación), esta biomasa pobre en fósforo absorbe este compuesto a gran escala: no sólo el liberado en la etapa anaerobia sino además parte considerable del fósforo aportado continuamente por el agua residual a tratar. (ver tabla 2). En cuanto a la eliminación de DBO y nitrógeno no se llegó a la fase de desnitrificación, ya que no se logro la mezcla de microorganismos facultativos adecuada aerobios/anóxicos; sin embargo se logró remover la DBO en un 96 % en promedio, tal y como se observa en las tablas que a continuación se presentan.

4 TABLA 3: Contenido de Nitrógeno en sus Diferentes Formas para el Proceso S.B.R. SEMANA ORGÁNICO ENTRADA ORGÁNICO SALIDA AMONIACAL ENTRADA AMONIACAL SALIDA NITRATOS SALIDA 1 42,2 3,3 5,6 44,5 0,3 2 36,0 9,0 6,3 26,3 0,7 3 20,6 1,4 7,4 20,2 2,0 TABLA 4: Medidas de la D.B.O. en el Proceso S.B.R Remoción de Nitrógeno y D.B.O. Semana DBO ENTRADA DBO SALIDA %REMOCIÓN , , ,6 CONCLUSIONES Se ratifica que el proceso para reducir la D.B.O es muy eficiente cumpliéndose que ocurre el metabolismo anabólico y catabólico. Probablemente no se logró una buena remoción de nitrógeno, motivado a la competencia de microorganismos facultativos. La remoción de fósforo si se llevo a cabo satisfactoriamente, debido a que estos microorganismos tienen mayor capacidad de supervivencia en condiciones extremas. La conversión de nitrógeno amoniacal a nitrato fue muy baja, hecho por el cual no se llegó a la fase de desnitrificación; esto motivado a que el tiempo de la fase aerobia, no fue suficiente para lograr a plenitud la nitrificación. La capacidad que tienen las bacterias para almacenar fósforo está relacionada con el almacenamiento previo de materia carbonácea en un medio anaerobio, lo que implica que mientras mayor sea la cantidad de materia carbonosa a degradar mayor será la capacidad de almacenamiento de fósforo. La concentración de fósforo fue disminuyendo en el transcurso de la etapa aeróbica, debido a que las bacterias metabolizan la materia orgánica almacenada, proporcionando energía que se utiliza para la acumulación de fosfato en forma de polifosfato.

5 BIBLIOGRAFÍA AMDS-SBR Reactor. (S/F) Rebiable Biological Treatment for Wastewater Discharges. AMDS. Group.Inc. COTORUELO, M.(1999). Eliminación de Nutrientes en Aguas Residuales. Dpto. de Ingeniería Química. Facultad de Ciencias. Universidad de Málaga. CHAIRMAN, Greenberg. (1975) Standards Methods for Examination of Wastewater Catorceava Edición. APHA- AWWA-WPCF.USA. DAUTANT, Rafael. (1981). Tratamientos Biológicos de Aguas Residuales. Trabajo de Ascenso. Universidad de Carabobo. Escuela de Ingeniería Civil. Valencia. Venezuela. DEGREMONT. (1979). Manual Técnico del Agua. 4ª edición. Degremont S.A. Madrid, España. Depuración de las Aguas Residuales para Pequeñas Comunidades. (S/F). [Página Web en línea], Disponible: [Consulta: febrero 2001]. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (EPA) (1983) Sequencing Bacth Reactors. FERRARA, G. (2001). Reactores por Carga Secuenciales (SBR).. I Jornadas Regionales Sobre Tratamiento Biológico de Aguas Residuales. GONZÁLEZ, Simón.(1994) Eliminación Biológica de Fosfatos de Aguas Residuales. II Simposio Internacional sobre control de Polución de aguas por procesos biológicos. Instituto de Ingeniería UNAM. Ciudad Universitaria. México. GONZÁLEZ, Simón. (1994). Eliminación Biológica de Fosfatos: Microbiología y Bioquímica. II Simposio Internacional sobre control de Polución de aguas por procesos biológicos. Instituto de Ingeniería UNAM. Ciudad Universitaria. México. IRVINE, R. (1979). Sequencing Batch Reactors: An Overview. J. Water Pollut. Contr. Fed. 51: LEVIN, Morris. (1998). Biotratamiento de Residuos Tóxicos y Peligrosos. Selección, estimación, modificación de microorganismos y aplicaciones. Mc Graw Hill. Colombia. METCALF, Eddy.(1985) Tratamiento, Evacuación y Reutilización de Aguas Residuales. Editorial Labor S.A. España. The Hydromantis Team. (1998). Final Reaport on Evaluation & Optimization of Design/Operation of Sequencing Bacth Reactors for Wastewater Treatment. U.S. ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY (1986). Sequencing Batch Reactors. EPA/625/8-86/011, Cincinnati, OH. USEPA. (1992). Sequencing Bacth Reactors for Nitrification and Nutrient Rmoval. EPA 832-R WARTER ENVIROMENTAL FEDERATION. (1979). Design of Wastewater Treatment Plant. Manual of Practice Nº 8. USA.