PROVENIENTES DE LA SEDIMENTACIÓN N PRIMARIA EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE ENLATADO DE HORTALIZAS

Transcripción

1 DIGESTIÓN N BIOLÓGICA DE SÓLIDOS S PROVENIENTES DE LA SEDIMENTACIÓN N PRIMARIA EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE ENLATADO DE HORTALIZAS Autor: Andrea Lorena Murillo Vallejo Director de Tesis: Dr. René Reyes Mazzoco Asesores : MC René Alejandro Lara Díaz MC Maria Luisa Sámano Celorio

2 INTRODUCCIÓN Procesos industriales Productos Residuos Sociedad Medio ambiente Desarrollo de estrategias para disminuir la cantidad desechos

3 INTRODUCCIÓN TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PRIMARIO: remoción de sólidos SECUNDARIO: conversión biológica a biomasa sedimentable TERCIARIO: remoción de sólidos suspendidos y nutrientes

4 INTRODUCCIÓN Residuos en una empacadora de hortalizas: Chile Cebolla Frutas Aceite Zanahoria Verduras Vinagre Azúcar

5 PROYECTO Tratamiento de lodos primarios por digestión anaerobia Experimentación variando condiciones de operación para mejorar los resultados del proceso

6 OBJETIVO GENERAL Obtener mejores condiciones de operación para el proceso de digestión anaerobia de lodos primarios para una empacadora de hortalizas.

7 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Investigar qué variables favorecen el proceso. Tiempo de retención óptimo Sistema de mezclado. Preparación previa de los lodos

8 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ESTABILIZACIÓN DE SÓLIDOS y BIOSÓLIDOS Reducción de patógenos Eliminación de olores Inhibición de potencial de putrefacción Disminución biológica del contenido volátil

9 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DIGESTIÓN ANAEROBIA Método de estabilización de sólidos y biosólidos Materia prima : Productos: Lodos concentrados (8-10%) Biogas (metano+dióxido de carbono) Sólidos reutilizables

10 REACCIONES EN DIGESTIÓN ANAEROBIA 1. Hidrólisis: formación de moléculas orgánicas simples solubles 2. Acidogénesis: formación de compuestos orgánicos solubles y ácidos de cadena corta 3. Acetogénesis: los productos de la fermentación se convierten en acetatos, hidrógeno y dióxido de carbono 4.Metanogénesis: la conversión bacteriana de ácidos orgánicos a metano y dióxido de carbono

11 SECUENCIA DE REACCIONES PARA UNA DIGESTIÓN ANAEROBIA 5% MATERIA ORGÁNICA COMPLEJA 20% carbohidratos, proteínas, lípidos HIDRÓLISIS 10% MOLÉCULAS ORGÁNICAS SIMPLES azúcares, aminoácidos, péptidos ACIDOGÉNESIS 35% ÁCIDOS GRASOS propionato, butirato,etc. 13% 17% H 2, CO 2 ÁCIDO ACÉTICO 28% 72% CH 4, CO 2

12 VARIABLES EN EL PROCESO: Tiempo de retención de sólidos (SRT) Temperatura Mesofílica (30-38ºC) Termofílica (50-57ºC) Alcalinidad (ph ) Presencia de sustancias inhibidoras Disponibilidad de nutrientes, trazas de metales Mezclado

13 DIGESTIÓN ANAERÓBICA MESOFÍLICA Baja velocidad (estándar) Alta velocidad Una etapa Dos etapas

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15 DISEÑO Contenido de sólidos totales en la alimentación. Proceso en húmedo (<20%) Proceso en seco (>20%) Temperatura de operación. Sistema de mezclado Tipo de reactor. Posición vertical u horizontal Flujo del proceso. Continuo o en lotes

16 USO DE BIOSÓLIDOS NOM 004 SEMARNAT 2002 Controlar la atracción de vectores Reducción de sólidos volátiles por lo menos un 38% CLASIFICACIÓN Metales pesados (excelente o bueno) Patógenos y parásitos (A, B,C)

17 APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS TIPO CLASE APROVECHAMIENTO EXCELENTE EXCELENTE O BUENO EXCELENTE O BUENO A B C Usos urbanos con contacto público directo durante su aplicación Los establecidos para clase B y C Usos urbanos sin contacto público directo durante su aplicación Los establecidos para clase C Usos forestales Mejoramientos de suelos Usos agrícolas

18 METODOLOGÍA LODOS PRIMARIOS SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS ADICIÓN DE ZANAHORIA ADICIÓN DE CAL MEDICIONES VISCOSIDAD SÓLIDOS TOTALES ph FLUJO DE GAS TEMPERATURA

19 METODOLOGÍA MEDICIONES ANÁLISIS COMPARATIVO DE TENDENCIAS EXPERIMENTO CON IMPLEMENTACIONES PRODUCTOS BIOGAS LODOS DIGERIDOS Y ESTABILIZADOS

20 MÉTODOS Y TÉCNICAS Simulación Experimental Diseño a escala del digestor

21 MÉTODOS Y TÉCNICAS Inconvenientes de agitación por bombeo:

22 MÉTODOS Y TÉCNICAS Inconvenientes de agitación por bombeo:

23 MÉTODOS Y TÉCNICAS Agitación mecánica:

24 MÉTODOS Y TÉCNICAS Mediciones: FLUJO DE GAS

25 MÉTODOS Y TÉCNICAS Mediciones: VISCOSIDAD t escurrimiento t µ agua escurrimiento agua = t µ lodo escurrimiento lodo

26 MÉTODOS Y TÉCNICAS Mediciones: ph Papel ph Mediciones: Temperatura Termopares Termómetro

27 MÉTODOS Y TÉCNICAS TRATAMIENTO PRIMARIO: Separación de grasa Adición de cal TRATAMIENTO EXTRA: Saponificación Adición de NaOH

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29 RESULTADO

30 RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: VISCOSIDAD

31 RESULTADO: disminución 59% VISCOSIDAD DE DIGESTOR DE LODOS SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS VISCOSIDAD (Pa*s) y = -9E-05x R 2 = TIEMPO (días)

32 RESULTADO: disminución 35% VISCOSIDAD DE DIGESTOR CON ADICIÓN DE 10% DE ZANAHORIA COCIDA MOLIDA VISCOSIDAD (Pa*s) y = -6E-05x R 2 = TIEMPO (días)

33 RESULTADO: disminución 50% VISCOSIDAD EN DIGESTOR CON CONTROL DE ph A 7 VISCOSIDAD (Pa*s) y = -5E-05x R 2 = TIEMPO (días)

34 RESULTADO: disminución 52% VISCOSIDAD DE DIGESTOR CON ph INICIAL VISCOSIDAD (Pa*s) y = -6E-05x R 2 = TIEMPO (días)

35 VISCOSIDAD VISCOSIDAD INICIAL : VISCOSIDAD FINAL: Pa s Pa s Hidrolización independiente de ph o adición de zanahoria

36 RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: PRODUCCIÓN DE BIOGAS

37 COMPARACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE GAS EN DIGESTORES FLUJO DE GAS (mm 3 /l*s) TIEMPO (días) CON ZANAHORIA SIN ADICIÓN CONTROL PH

38 FLUJO DE GAS EN DIGESTORES RESPECTO AL ph FLUJO DE GAS (mm 3 /l*s) ph TIEMPO (días) gas sin adición gas con zanahoria gas ph controlado ph sin adición ph con zanahoria ph controlado

39 PRODUCCIÓN DE GAS ACUMULADA POR DÍA VOLUMEN DE GAS (cm 3 /l) TIEMPO (días) SIN ADICIÓN ADICIÓN DE ZANAHORIA ph 7 CONTROLADO

40 RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: SÓLIDOS TOTALES

41 RESULTADO: disminución 26% SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTOR SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS %SÓLIDOS TOTALES y = x R 2 = TIEMPO (días)

42 RESULTADO: disminución 11% SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTOR CON ADICIÓN DE 10% EN VOLUMEN DE ZANAHORIA COCIDA MOLIDA %SÓLIDOS TOTALES y = x R 2 = TIEMPO (días)

43 RESULTADO: disminución 33% SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTIÓN CON CONTROL DE ph 7 % SÓLIDOS TOTALES y = x R 2 = TIEMPO (días)

44 RESULTADO: disminución 44% SÓLIDOS TOTALES CON ph INICIAL 8 %SÓLIDOS TOTALES y = x R 2 = TIEMPO (días)

45 SOLIDOS TOTALES EN DIGESTIÓN CON CONTROL DE ph %SÓLIDOS TOTALES TIEMPO (días)

46 RESULTADO: disminución 30% %SÓLIDOS TOTALES PROMEDIO DE SÓLIDOS TOTALES EN DIGESTIÓN CON ph 7 CONTROLADO (8 matraces) y = x R 2 = TIEMPO (días)

47 RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: SÓLIDOS VOLÁTILES

48 RESULTADO: disminución 39.2% SÓLIDOS VOLÁTILES EN DIGESTOR CON CONTROL DE ph 7 % DE SÓLIDOS VOLÁTILES y = x R 2 = TIEMPO (días)

49 RESULTADO: SÓLIDOS VOLÁTILES CON ph INICIAL 8 60 %SÓLIDOS VOLÁTILES y = x R 2 = TIEMPO (días)

50 RESULTADO: disminución 41% PROMEDIO DE SÓLIDOS VOLÁTILES EN DIGESTION CON ph 7 CONTROLADO (8 matraces) %SÓLIDOS VOLÁTILES y = x R 2 = TIEMPO (días)

51 CONCLUSIONES DISMINUCIÓN 16 DÍAS µ ST SV GAS PRODUCIDO % % % cm 3 /l SIN ADICIÓN ADICIÓN DE ZANAHORIA ph 7 CONTROLADO ph 7 CONTROLADO (8) ph 8 INICIAL X X

52 CONCLUSIONES Cumplimiento de NOM-004-SEMARNAT-2002: disminución mínimo del 38% sólidos volátiles Tiempo de retención de sólidos: 16 DÍAS Control del ph neutro (condiciones óptimas para bacteria metanogeneradora) Mezclado mecánico

53 BIBLIOGRAFÍA Metcalf &Eddy, Wastewater Engineering, Treatment and Reuse, 4 th ed. McGraw Hill, Chapters 7, 14. Vesilind P.A., Hartman G. C. et. al., Sludge Management & Disposal for the Practicing Engineer, Lewis Publishers Inc. 1986, Chapters 1,2 and 4 Young-Chae Song, Sang-Jo Kwon, Jung-Hui Woo. Mesophilic and termophilic temperature co-phase anaerobic digestion compared with single-stage mesophilic and termophilic digestión of sewage sludge. Water Research Journal of the International Association on Water Quality. April 2004; Vol 38; No7; Hariklia N. Gavala, Umur Yenal, Ioannis V. Skiadas, Peter Westermann, Birgitte K. Ahring. Mesophilic and termophilic anaerobic digestion of primary and secondary sludge. Effect of pre treatment at elevated temperature. Water Research Journal of the International Association on Water Quality. Nov 2003; Vol 37; No 19; WEF (1996) Operation of Wastewater Treatment Plants, 5 th ed, Manual of Practice No.11, vol. 3, Chaps , Water Environment Federation, Alexandria, VA. WEF (1998) Design of Wastewater Treatment Plants, 4 th Environment Federation, Alexandria, VA ed, Manual of Practice No. 8, vol. 3, Chaps , water Environmental Regulations and Technology, Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion of Municipal Wastewater Sludge, September 1990, Technomic Publishing Company Inc., Table 6-2 Peavy Howard S., Rowe Donald R., Tchobanoglous George; Environmental Engineering, McGraw-Hill International Editions, Singapore 1985

54 Gracias por su atención!