EFECTO DE UN ESTIMULANTE EN LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DE LODOS RESIDUALES

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1 EFECTO DE UN ESTIMULANTE EN LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DE LODOS RESIDUALES Violeta E. Escalante, Gabriela E. Moeller, Cecilia A. Martínez, Francisco Hipólito Z. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso. Jiutepec, Morelos 62550, México Tel. y Fax (73) , vescalan@tlaloc.imta.mx Palabras clave: Lodo residual, Digestión anaerobia, Nutrientes RESUMEN Este trabajo presenta el estudio del efecto de la adición de extracto de levadura como estimulante de crecimiento en la degradación de un lodo primario. El experimento se llevó a cabo a temperatura ambiente en dos digestores anaerobios de tipo huevo con capacidad para 30 litros de lodo, en régimen batch. Se realizaron 4 etapas, la primera sin adición de nutrientes, las siguientes con 0.05, 0.10 y 0.15% de extracto de levadura, durante el proceso se determinaron los parámetros de control (ph, temperatura, alcalinidad, ácidos grasos volátiles, volumen de biogás generado, % de metano en el biogás), la eficiencia de remoción de carga orgánica y de sólidos. De los resultados obtenidos se concluye que la mayor degradación de carga orgánica para el lodo primario, se presentó en la etapa con adición de 0.05% de extracto de levadura, a un tiempo de retención de 21 días y una temperatura de 26 grados centígrados.

2 INTRODUCCIÓN Los lodos de las aguas residuales son una mezcla de aguas residuales y sólidos sedimentados; por su origen reciben el nombre de primarios, secundarios o terciarios; por su estado de tratamiento pueden denominarse crudos o frescos, digeridos o tratados, húmedos o secos. Los lodos se tratan para facilitar su disposición. Los diversos procesos de tratamiento tienen como objetivos: Disminuir su volumen y degradar la materia orgánica. Los procesos de tratamiento que comúnmente se emplean son: Espesamiento, Oxidación húmeda, Deshidratación de lodos, Acondicionamiento químico, Filtración al vacío, Secado con calor e incineración, Estabilización aerobia, Digestión anaerobia con o sin calentamiento. Esta última tiene como ventajas que produce metano, una fuente aprovechable de energía y una reducción de sólidos de 25 a 45%. Su principal desventaja es un alto costo de inversión inicial, ya que se requieren tanques de digestión muy grandes y cerrados, que deberán contar con sistemas para alimentación, calentamiento y mezclado de lodo. Los factores ambientales que influyen en el funcionamiento del proceso anaerobio son: ph, temperatura, nutrientes, la toxicidad e inhibición, etc. En este trabajo se presenta el efecto de la adición de nutrientes (extracto de levadura) en la biodegradación de un lodo primario. METODOLOGÍA. Para la realización del trabajo se utilizaron dos reactores tipo huevo, con capacidad de tratamiento para 30 litros de lodo (ver figura 1. La fase experimental se llevó a cabo a temperatura ambiente y en régimen batch, en 4 etapas. La primera sin adición de nutrientes y las siguientes tres con 0.05, 0.10 y 0.15 % de extracto de levadura (ver tabla 1). Tabla 1 Condiciones de operación para los digestores anaerobios tipo huevo. Tratamiento (proceso) Concentración de extracto de levadura,% en peso Extracto de levadura (gramos) Primero 0.0% 0 Segundo 0.05% 15 Tercero 0.10% 30 Cuarto 0.15% 45

3 Figura 1 Esquema del digestor anaerobio, tipo huevo B I OG ÁS RECI RCUL ACI ÓN M E D I C I Ó N D E M E T A NO ALI MENTACI ÓN ( ENTRADA) V 1 V 2 B O M B A P E R I S T Á L T I C A D I G E S T O R A N A E R O B I O T I P O H U E V O P U R G A ( S A L I D A ) V 1 = V Á L V U L A D E A L I M E N T A C I Ó N V 2 = V Á L V U L A D E R E C I R C U L A C I Ó N

4 Se utilizó como inóculo, 10 litros de lodo digerido de un proceso anaerobio anterior, verificando que estuviera dentro de los parámetros de control del proceso. Diariamente se tomaron muestras, a las que se les midió temperatura, ph, se determinó la demanda química de oxígeno (DQO), los sólidos suspendidos totales (SST) y volátiles (SSV), alcalinidad, ácidos grasos volátiles (AGV), también se midió el volumen de biogás generado y su contenido de metano. Los análisis se realizaron por duplicado con excepción del metano y el volumen de biogás, se siguieron métodos estándares para los análisis. El mezclado se llevo a cabo por recirculación del lodo, la velocidad de bombeo fue de 7 veces el volumen del reactor por día. La concentración inicial del lodo en promedio fue de: 30 g/l de DQO, 7 g/l de SSV, 21 g/l de ST, 19 g/l de SST. RESULTADOS Las mejores eficiencias de remoción de carga orgánica (DQO) y de SST, se obtuvieron con la adición de 0.05 y 0.15% de extracto de levadura. Los parámetros de control del proceso se mantuvieron dentro del rango. El contenido de metano en el biogás fue en promedio del 40%. (ver tabla 2) Tabla 2. Resultados a un tiempo de retención de 21 días. Etapa DQO (%) SST (%) SSV (%) Temperatura ( C) ph Alcalinidad (mg/l) La remoción de materia orgánica medida como DQO para cada proceso entre el reactor (R 1 ), y reactor (R 2 ), fue similar. Los tratamientos 2 y 4 mostraron una degradación constante en cuanto a remoción de DQO, no así el tratamiento tres (ver figura 2), en el que la degradación fue menor, debido a que durante esta etapa se presentaron temperaturas ambientales bajas (13 grados centígrados) lo que ocasionó una disminución en la temperatura del lodo (21ºC), y como consecuencia disminución en la actividad microbiana del proceso. Las eficiencias de remoción de DQO variaron entre 20 y 45% a tiempos de retención hidráulica de 21 días y entre (21 y 26ºC). La literatura reporta eficiencias de remoción para este parámetro entre 50 y 75 % en condiciones particulares de operación, concentraciones iniciales de DQO menores a las utilizadas en este trabajo y a temperaturas entre 30 y 35 ºC.

5 Figura 2. Demanda química de oxígeno (DQO) DQO mg/l Miles En la figura 3 se puede observar la disminución del contenido de SSV en los 4 tratamientos, observándose mejores eficiencias en los tratamientos dos y cuatro. Los SST y ST presentaron comportamientos similares a los SSV. Figura 3 Sólidos suspendidos volátiles (SSV) SSV mg/l Miles

6 En la figura 4 se puede observar el incremento de ph con respecto al TRH, para los cuatro tratamientos. Similar comportamiento presenta la alcalinidad, ver figura 5. En los tratamientos con adición de nutrientes se observa un incremento en la generación de ácidos grasos volátiles hasta llegar a un máximo y después éstos disminuyen con el TRH (ver figura 6). El reactor sin adición de nutrientes presentó una variación constante con el tiempo. Figura 4 Comportamiento del ph Unidades de ph Figura 5 Comportamiento de la alcalinidad CaCO3 mg/l

7 Figura 6 Comportamiento de los ácidos grasos volátiles (AGV) A Acético mg/l CONCLUSIONES. En el presente trabajo se obtuvo un lodo digerido, con mejores características que el lodo inicial, sin olor, menor densidad y disminución de la materia orgánica. En cuanto a remoción de carga orgánica se obtuvieron resultados similares en la segunda y cuarta etapa, 21 días de tiempo de TRH. Se selecciona la etapa en que se adicionó el 0.05% de extracto de levadura por requerir menor cantidad de este nutriente. Se obtuvieron las constantes cinéticas y se determinó que el tiempo de retención hidráulico (TRH) necesario para la biodegradación anaerobia del lodo primario en estudio es de 20 días, a una temperatura de 26 C. El incremento de ph y alcalinidad es directamente proporcional al TRH. El % de gas metano en el biogás fue menor, con respecto a lo reportado en régimen en continuo. Se obtuvieron porcentajes de remoción de carga orgánica adecuados a la temperatura a la que se operó (26 C). AGRADECIMIENTOS. El estudio fue realizado en la Subcoordinación de tratamiento de aguas residuales y financiado por el IMTA.

8 BIBLIOGRAFÍA. Austin Teresa, Digestores de lodos en E.U., de los convencionales a los tipo huevo. Octava conferencia internacional de digestión anaerobia, vol. 1, 1992, pp Chen, Y. R. And A. G. Hashimoto, kinetics of methane fermentation, In: Proc. Symposium on Biotechnology in Energy production and convertion., C. D., Scott de. John Wiley and Sons, Inc., N.Y., 1979, pp Helmut Six, Digestores anaerobios en forma de huevo. Información tecnológica, SMISA, 1991, pp Huang, Tain-Jyue, The Effects of Organic Loading on the Kinetics of substrate Removal in a Multi-stage, Municipal Sludge Digestion System University of Pittsburgh, 1986 pp. 50. Malina, J. Jr. y Pohland, G. (1992), Design of Anaerobic Processes for the Treatment of Industrial and Municipal Wastes, ED. Technomic Publishing Co. Ing, Vol. 7, Cap. 5, Moeller G; (1993), Estabilización de los lodos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Chapultepec por el Proceso de Digestión Anaerobia, DGCOH, DDF. Moeller, Ch. G. Y Cruz O. A., Digestión Anaerobia de Lodos Residuales, Informa del Proyecto UI-9411 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), Pp Pavlosthatis, S. G. And Giraldo-Goméz, Kinetics of Anaerobic Treatment (IAWPRC), International Specialized Workshop, Anaerobic Treatment Technology For Municipal and Industrial Wastewaters, September 1990, Valladolid Spain, pp Speece, R. E and P. L McCarty Nutrient Requirements and Biological Solids Accumulation in Anaerobic Digestion, Advanced in Water Pollution Research, Vol. 2, 1964, pp