EFECTO Y CONTROL DE ESPONJAMIENTO DE LODOS EN UNA TRATADORA DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

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1 EFECTO Y CONTROL DE ESPONJAMIENTO DE LODOS EN UNA TRATADORA DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES Thelma Beatriz Pavón Silva (*) Profesora de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México. Líder del CA de Química Ambiental. Víctor F. Pacheco Salazar Profesor de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México. pacheco@multi-net.com Clemente Avila Gerente de Sistema Ecológico de Regeneración de Aguas Residuales Industriales, S.A. de C.V. Virginia Mejía Pedrero Maestría en Ciencias Ambientales F.Q. COMECYT Estado de México Paseo Colón y Paseo Tollocan s/n Toluca Estado de México. Tel y Fax: (722) , tbps17@uaemex.mx RESUMEN Se identificaron los principales organismos filamentosos en los efluentes de aguas residuales de tres empresas de giro de alimentos, ubicadas en la Zona Industrial Toluca-Lerma; ya que son de los principales flujos que ingresan a la planta de estudio que en su proceso de lodos activados presenta crecimiento de organismos filamentosos. Así mismo se identificaron los filamentosos en el reactor de lodos activados, en la etapa de recirculación, identificando con presencia abundante a Microthrix Parvicella que difiere de los identificados en los efluentes de las industrias mencionadas: Tipo 1863, Tipo 021N, Tipo 0211, Nostocodia limicola II, Thiothrix I y II y Tipo Una vez conocidas las características y punto de crecimiento de dichos organismos se establecieron cambios en los procesos como distribución de agua de recirculación a los reactores, disminución de los tiempos de retención y control de la aeración para mantener el OD los más constante posible y con esto controlar el crecimiento de organismos filamentosos. Lo anterior genero ventajas económicas para la PTARI debido a el gasto de cloro utilizado para eliminar a los microorganismos filamentosos. Palabras clave: Bulking, MIcrothrix parvicella, Residuales industriales. INTRODUCCIÓN El corredor industrial Toluca-Lerma es la segunda zona industrial más importante del país, concentra casi trescientas empresas que generan empleos, recursos económicos y calidad de vida. En 1976, se crea la Empresa para la Prevención y Control de la Contaminación del Agua en la Zona de Toluca, Lerma y el Corredor Industrial (EPCCA), planta de tratamiento de aguas residuales industriales (PTARI). En el año de 1998 y con los activos de EPCCA se creó la actual Empresa, adoptando la razón social de Reciclagua Sistema Ecológico de Regeneración de Aguas Residuales Industriales, S.A. de C.V. sectorizada en la Secretaría de Ecología de la Entidad. Actualmente recibe descargas de 142 empresas de diversas actividades económicas, entre ellas química, farmacéutica, alimentos, automotriz, tenerías y curtidurías, plásticos, pinturas, metal mecánicas, de la construcción, de servicios, entre otras, dando tratamiento a 12.6 millones de metros cúbicos de agua anualmente (400 litros por segundo). Cuenta con tres colectores: Norte, Toluca-EPPCA y Parque Industrial Lerma que convergen a un cárcamo de bombeo para ser introducidas al sistema de tratamiento de la planta, la cual consta de las siguientes operaciones unitarias: 1.- Rejilla de desbaste 2.- Rejilla Automática 3.- Desarenador y trampa de grasas y aceites 4.- Medidor Parshall 5.- Clarificadores primarios 6.- Elevador 7.- Reactores biológicos 8.- Bomba telescópica de retorno de lodos 9.- Clarificadores secundarios 10.- Cámara de cloración 11.- Espesadores de lodos 12.- Coagulación-floculación y prensa de lodos 13.- Incinerador, lavador de

2 gases y chimenea 14.- DAFT KROFTA (actualmente sin operar) 15.- Laboratorio y panel de control. Figura 1. Se ha detectado que aquellas plantas de tratamiento que cuentan con sistema de lodos activados tienen el problema de crecimiento de organismos filamentosos, en el que diversos autores reportan los factores que promueven el crecimiento de éstos como: composición del agua residual alta en grasa y aceites, ph bajo, carga orgánica baja, deficiencia de nutrientes (N y P), concentración de Oxígeno Disuelto (OD) baja, mezclado y homogenización deficiente, relación F/M elevada, DBO residual soluble, mayores TRC, diseño del reactor biológico, tipo de alimentación y recirculación, bajo gradiente de carga a lo largo del reactor, entre otros. El crecimiento de filamentosos esta presente en la empresa reciclagua, por lo con apoyo de personal de la Facultad de química de la UAEM, se busco reducir el crecimiento de estos organismos a través primero de la identificación del organismo filamentoso predominante y segundo realizando algunos ajustes de control de proceso y manejo del agua. Figura 1: Diagrama de distribución de operaciones unitarias de la PTARI Objetivos Identificación de la problemática por microorganismos filamentosos en tren de tratamiento de la empresa y tres empresas usuarias y reingeniería de la PTARI de RECICLAGUA ajustando las variables de proceso. Metodología El estudio que se presenta se dividió en tres fases: a) caracterización de la planta, b) identificación de los microorganismos filamentosos que provocan el esponjamiento de lodos y c) adecuaciones y ajustes a los parámetros de operación y rediseño de los reactores biológicos con la finalidad de cumplir con la normatividad ambiental. En la primera fase se describe el seguimiento del proceso de tratamiento por operación unitaria y se señalan los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos etapa por etapa, así como los parámetros de

3 operación de los 8 reactores biológicos y 3 clarificadores secundarios. En la segunda, se describe la metodología para la identificación de los microorganismos filamentosos. En la tercer fase, se analizan y discuten los cambios en la ingeniería del proceso de RECICLAGUA (tiempos de retención hidráulica, relación F/M, IVL, edad de lodos, concentración de biomasa) y se evalúan los resultados fisicoquímicos y microbiológicos, así como parámetros del control que favorecieron la eliminación del esponjamiento de lodos, disminución de cloro, entre otros. Los microorganismos filamentosos se identificaron rutinariamente sobre la base de sus características morfológicas y reacciones de varios procedimientos de tinción, siguiendo los métodos detallados en los manuales de Eikelboom y a Buijsen y el de Jenkins et al., (1993). Resultados En la tabla 1 se muestran los resultados promedio anual de DBO y DQO así como su eficiencia de remoción en distintos puntos de la planta de tratamiento de agua, con una remoción de DBO de 91% y de DQO de 71 % a la salida de la planta. Tabla 1: Promedio de DQO y DBO en diferentes puntos de la PTARI Ubicación DBO (mg/l) DQO (mg/l) % remoción DBO % remoción DQO Entrada general Entrada tratamiento secundario Salida de planta Remoción total En la tabla 2 se muestra la presencia de microorganismos filamentosos de el efluente de tres empresas del giro alimenticio que descargan en la Reciclagua, así como de dos puntos en la PTARI, donde observamos la presencia de Microtrix parvicella organismo identificado como abundante en la recirculación del licor mezcla, con lo que se descarta la introducción del organismo filamentosos de mayor presencia de procedencia en un caudal externo. Después de identificar el microorganismo filamentoso de mayor presencia en la planta de tratamiento y realizando la evaluación de las características de operación y control del proceso se sugirió a la gerencia realizar una serie de cambios en el proceso, principalmente en la alimentación de agua a los reactores aerobios con el fin de modificar el ambiente para los organismos filamentosos sin permitirles su desarrollo. Esto se considero necesario sobre todo por que la empresa cuenta con reactores de lodos activados de diferente tamaño. Figura 1 (reactores número 7), los de mayor tamaño (90 m de longitud) presentan un flujo de tipo pistón, con una longitud muy grande y variación de OD durante esta distancia, lo que va generando a lo largo del reactor las condiciones adecuadas para que se desarrolle en específico Microtrix parvicella dando una mayor condición para su desarrollo al momento de concentrar los lodos del licor mezcla antes de su recirculación (válvula telescópica No. 8 figura 1) y asociado también a un alto tiempo de retención. (Ramalho, XXXX) Diversas investigaciones señalan a Microthrix parvicella como el microorganismo principal responsable de los problemas de separación de sólidos, por esponjamiento y formación de espuma en los sistemas de lodos activados, debido principalmente a su naturaleza hidrofóbica (Andreasen y Nielsen, 1998; Knoop y Kunst, 1998; Mamais et al., 1998; Tandoi et al., 1998) Los cambios realizados fueron en la forma de introducir el agua residual a los reactores aerobios, cambio que consistió en una entrada gradual durante los primeros metros (30) del reactor, lo cual se muestra en la figura 2.

4 Tabla 2: Presencia de microorganismos filamentosos de tres empresas que descargan al colector y de dos puntos de la PTARI. Mes Efluente industria de levaduras Oct. Tipos 1863, 021N, 0211; N. Limicola II. Nov. Tipos 1863, 021N, 0211; Dic. Tipos 1863, 0211; N. limicola II, Ene. Tipos 1863, 021N, 0211; N. limicola II, Efluente industria de panificación Tipos 1863, 021N, 0211; Tipo 021N, Tipo 021N, Tipo 0411, Efluente industria de frituras de maíz Tipos 1863, 021N; N. limicola II, Tipos 1863, 021N, 0211, 0411; Tipos 1863, 021N; Tipos 1863, 0411; N. limicola II, Entrada a Planta de Tratamiento Tipos 1863, 021N, 0092, 0211; N. limi cola II, Tipos 1863, 021N, 0211; N. limicola II, Tipos 0041, 1863, 0211, 0701; N. limicola II, Tipos 0041, 1863, 0211, 0092; Gallionella, N. limicola II, Recirculación Tipos 1863, 021N, 0092, 1701; N. limicola II, Thiothrix I y II, Microthrix parvicella. Tipos 0041, 1863, 021N, 0092, 1701, 0914; N. limicola II, Thiot hrix I y II, Microthrix parvicella. Tipos 021N, 0211, 0092, 0914; Gallionella, N. limicola II, Thiot hrix I y II, Microthrix parvicella. Tipos 0041, 021 N, 0092; Gallionella, N. limicola II, Thiothrix I y II, Microthrix parvicella. Canal de introducción de agua residual al reactor aerobio, hacia el fondo se observa la longitud total del reactor. Figura 2: Fotografía del reactor aerobio En la figura 3 se muestra durante un año la evolución de la relación F/M y el IVL para obtener a partir del mes de junio una mayor eficiencia de remoción de contaminantes y mejor control en el proceso F/M Índice volumétrico 0.25 bulking bulking 0.15 ene feb mar abr may jun julio agos sept oct nov dic ene feb mar abr may jun julio agos sept oct nov dic

5 Figura 3. Comportamiento de la relación F/M y el IVL en el reactor aerobio De acuerdo a los resultados de control y operación de proceso los recomendados para la planta de tratamiento bajo estudio son: Reactores de flujo pistón a aireación extendida TRH = hr F/M = (mezcla completa) F/M = (pistón) Carga orgánica = (mezcla completa) Carga orgánica = (pistón) SSVLM = mg/l (pistón); (mezcla ompleta) Relación de recirculación de 0.5 a 1.5 (pistón); de 0.5 a 2.0 (mezcla completa) Reingeniería de los variables de proceso Disminución del TRH Incremento de biomasa y subsecuente disminución de F/M Disminución de la edad de lodos Disminución del IVL Cambio en la geometría de los reactores (canal distribuidor en la entrada) y paso de flujo pistón a aireación extendida) Conclusiones El crecimiento de los microorganismos filamentosos son afectados por las características de los influentes y las condiciones de operación de la plantas de tratamiento En la etapa de recirculación del tren de tratamiento de RECICLAGUA, se concluye que es el punto en el cual se genera Microthrix parvicella Efectuando cambios en los parámetros de control se minimizó el crecimiento de M. parvicella y con ello el efecto de bulking Finalmente, el crecimiento de filamentosos en una planta de tratamiento de lodos activados es indicativo de un deficiente proceso de tratamiento; su control dependerá entonces, de la calidad del influente, de las condiciones de operación, diseño de la planta de tratamiento, variaciones estacionales, y sobre todo, del tipo de microorganismo filamentoso Con el control del proceso se ahorro 3.5 millones de pesos/año en el consumo de cloro que era utilizado para control de crecimiento de organismos filamentosos Agradeciemientos.- Se agradece a la empresa Reciclagua por el apoyo otorgado para el presente proyecto, así como el apoyo otorgado por la Universidad Autónoma del Estado de México. Referencias Bibliográficas. Andreasen, K. and Nielsen, P. H In situ characterization of substrate uptake by Microthrix parvicella using microautoradiography. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): (Water Science & Technology). Bradford, D., Christensson, C., Jakab, N. and Blackall, L. L Molecular biological methods to detect Microthrix parvicella and to determine its abundance in activated sludge. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): (Water Science & Technology). Daigger, G. T., Buttz, J. A Upgrading Wastewater Treatment Plants. 2ª. ed. USA. Water Quality Management Library. Vol p.

6 Dillner Westlund, A. Hagland, E. and Rothman, M Foaming in anaerobic digesters caused by Microthrix parvicella. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): (Water Science & Technology). Eckenfelder, W Industrial Water Pollution Control. 3ª. ed. Singapur. McGraw Hill. 584 p. Eikelboom, D. H. and Grovenstein, J Control of bulking in a full scale plant by addition of talc (PE 8418). En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): (Water Science & Technology). Eikelboom, D. H., Andreadakis, A. and Andreasen, K Survey of filamentous populations in nutrient removal plants in four European countries. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): (Water Science & Technology). Jenkins, D., Richard, M. G. y Daigger, G. T Manual on the Causes and Control of Activated Sludge Bulking and Foaming. 2ª. ed. USA. Lewis Publishers. 193 p. Mamais, D., Andreadakis, A., Noutsopoulos, C. and Kalergis, C Causes of, and control strategies for, Microthrix parvicella bulking and foaming in nutrient removal activated sludge systems. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): (Water Science & Technology). Ramalho, R. S Tratamiento de Aguas Residuales. México. Reverté. 705 p.