TRATAMIENTO ANAEROBIO DE LODOS RESIDUALES DE FOSA SÉPTICA. CRUZ, OJEDA ARTURO, TERAN, BRITO IRINEO Y MOELLER, CHÁVEZ GABRIELA.

Transcripción

1 TRATAMIENTO ANAEROBIO DE LODOS RESIDUALES DE FOSA SÉPTICA. CRUZ, OJEDA ARTURO, TERAN, BRITO IRINEO Y MOELLER, CHÁVEZ GABRIELA. INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA. PASEO CUAUHNÁHUAC NÚM. 8532, COL PROGRESO, JIUTEPEC, MOR. MÉXICO. TELFAX 91(73) RESUMEN Los lodos residuales, constituyen un grave problema de contaminación ambiental. En este trabajo, se presentan los resultados de la operación de un reactor anaerobio de 420 L de volumen útil. Se usó lodo residual procedente de fosa séptica, el cual estuvo severamente contaminado tanto químicamente como biológicamente. El reactor se operó en dos fases, con y sin mezclado y con adición de estimulantes de crecimiento. Se alcanzó buena degradación del lodo crudo, obteniéndose una fase líquida con moderada contaminación biológica y sin toxicidad, y una fase sobrenadante o lodo flotante (15 L) con elevada contaminación biológica y toxicidad. Con base en la DQO total, sólidos totales (ST) y sólidos suspendidos volátiles (SSV), se alcanzó una eficiencia global del proceso de 96.87, y 96.89% respectivamente. Estos resultados, muestran que la digestión anaerobia en dos etapas con adición de estimulantes de crecimiento, resultó ser una alternativa adecuada para tratar lodos residuales de fosa séptica con apreciable concentración de contaminantes tóxicos. INTRODUCCIÓN En México, muy pocas son las plantas de tratamiento que realizan algún proceso de tratamiento de lodos residuales. Los más comúnmente utilizados son la digestión aerobia y el tratamiento con cal, procesos adoptados probablemente por su facilidad de operación. Otro proceso que recientemente está siendo usado para tratar lodos es el composteo, de hecho la primera planta de este tipo fue inaugurada en Agosto de Tiene una capacidad para tratar 50 Toneladas de el lodo que se produce en la planta de aguas residuales de Cuernavaca, Mor. que trata actualmente 400 lps (Cardoso, 1996). Investigaciones realizadas en muchos países del mundo señalan que la digestión anaerobia es la forma más común de estabilizar lodos residuales. El proceso presenta ventajas significativas sobre otros procesos usados para tratar lodos orgánicos. El volumen producido de lodos es más bajo que el obtenido en la digestión aerobia, los requerimientos de nutrientes son menores y no se requiere oxígeno (Chávez, et al., 1995 y 1996).

2 En la digestión anaerobia, la materia orgánica formada por carbohidratos, proteínas y lípidos es primeramente hidrolizada por enzimas extracelulares a productos solubles de menor tamaño, los cuales pueden pasar a través de la membrana celular, donde son oxidados anaeróbicamente a ácidos grasos de cadena corta, alcoholes, dióxido de carbono hidrógeno y amoniaco. Los ácidos grasos de cadena corta, son convertidos a acetato, gas hidrógeno y dióxido de carbono. Finalmente la metanogenesis ocurre de la reducción del dióxido de carbono, del hidrógeno y del acetato (Pavlostathis y Giraldo-Gomez, 1991). Bajo condiciones anaerobias adecuadas, la fracción de materia orgánica convertida a masa celular es de 2 a 25%, en condiciones aerobias, esto puede ser tan alto como 30 a 60% (Noyola, 1993). Además, el metano que se produce en la digestión anaerobia, puede ser utilizado como fuente de combustible y el lodo estabilizado puede ser empleado como un sustituto de los fertilizantes sintéticos que tanto están dañando el ambiente (Cruz, 1995). La digestión anaerobia en dos etapas es una expansión de la tecnología de digestión de alta tasa ( mayor de 40 l/s). Consiste de dos tanques cerrados, donde en uno se lleva a cabo la fermentación y en el otro la separación de fases. Una buena separación de fases indica óptima operación del digestor (Aasheim, et al., 1993). En este trabajo, se evaluó el funcionamiento de un reactor anaerobio a nivel piloto para tratar lodos residuales de fosa séptica con apreciable concentración de compuestos tóxicos. MATERIALES Y MÉTODOS La digestión anaerobia del lodo residual procedente de la fosa séptica del IMTA (Instituto Mexicano de Tecnología del Agua), se llevó a cabo en un reactor de 420 l de volumen útil durante 95 días. No se usó inóculo y la operación se realizó en batch, a condiciones ambientales de la zona, las cuales variaron de 18 a 32 0 C. El reactor se operó en dos fases, con y sin mezclado y con adición de estimulantes de crecimiento (extracto de levadura y leche en polvo al 6%). Para la evolución y el control del proceso, se midió ph, alcalinidad total, ácidos volátiles, DQO total y soluble, SSV, SST y densidad. Parámetros adicionales fueron medidos para determinar la calidad del lodo crudo y digerido. La toma de muestra, preservación y método de análisis, se hizo de acuerdo con las recomendaciones de APHA, 1992 y de HACH, 1992.

3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN La digestión anaerobia del lodo crudo, se inició sin uso de inóculo y con concentraciones de DQO total, SSV, coliformes fecales y huevos de helminto de 79,150 mg/l, 33,040 mg/l, 3.4 X 10 5 NMP/100 ml y 130,000 huevos/l respectivamente. La toxicidad que presentó el lodo estuvo dada principalmente por compuestos orgánicos (44.34 UT). Durante los primeros 19 días de digestión a causa de que la DQO soluble alcanzó concentraciones de 200 mg/l y los ácidos volátiles se redujeron notablemente (41 mg/l), mientras que la DQO total todavía era bastante alta (27,000 mg/l), se adicionó solución de levadura al 6%, ésto para estimular el crecimiento de la biomasa e incrementar la concentración de ácidos volátiles los cuales, son indicativos de que se está llevando a cabo la hidrólisis enzimatica de la materia orgánica. La adición del extracto de levadura, modificó ligeramente las concentraciones de los parámetros de control, por lo que fue necesario agregar más estimulante de crecimiento (a los 24 días de digestión), pero en éste caso, se uso leche en polvo en la misma concentración. Pasado un lapso de 21 días, se volvió a tener concentraciones bajas de DQO soluble y ácidos volátiles, ésto motivó a adicionar otra vez leche en polvo (a los 45 días de digestión), incrementándose nuevamente pero en forma ligera la concentración de los parámetros de control. Días después del finalizado el período de agitación, se observó un lodo acuoso más espeso, el cual presentó concentraciones de DQO total y SSV en el orden mencionado de 45,700 y 27,013 mg/l. Tres días antes de la fase sin agitación, los ácidos volátiles tenían baja concentración. No obstante, a causa de la adición de nutriente, la alcalinidad total, la DQO total y soluble, los SSV y SST, tendieron a incrementarse por un período corto, para luego empezar a bajar con ligeras fluctuaciones (Figuras 1 y 2). Al inicio de la fase sin agitación como era de esperarse el lodo fue ligeramente más espeso, observándose durante éste período variación en su densidad, esto a causa del cambio de sus características reológicas. Un ligero cambio fue observado en el lodo, a partir del día 32 sin agitación. El lodo empezó a tomarse más acuoso y se notó reducción significativa en la concentración de la alcalinidad total, DQO total y soluble, SSV, SST y densidad. Después de seis días, es decir, a los 38 días de digestión, se dio un cambio drástico en las características del lodo, de manera que las fases formadas, estuvieron constituidas por un lodo flotante espeso con un volumen de 15 litros y un líquido residual semejante a un agua residual, cuyo volumen fue de 360 litros (Figura 3). En la Figura 3, se puede observar que el líquido residual no presentó toxicidad, y la concentración de DQO total y SSV fueron bastante bajos, esto es de 408 y 102 mg/l respectivamente, en tanto la concentración detectada de parásitos fue de 36 huevos/l. Mientras el líquido residual por su baja concentración de contaminantes, se considera moderadamente contaminado, el lodo flotante o sobrenadante (lodo espeso) presentó elevada toxicidad, la cual estuvo concentrada principalmente

4 en la extracción con metanol y más en el sobrenadaste del lodo. El primero, indica que existe gran cantidad de compuestos orgánicos tóxicos y el segundo que los compuestos tóxicos se encuentran en mayor proporción en forma disuelta. El lodo flotante cuyo volumen producido fue de 15 litros, presentó particularmente altas concentraciones de DQO total y SSV de 56,100 mg/l y 23,270 mg/l respectivamente. Además, la concentración de parásitos aunque fue reducida eficientemente con respecto al lodo crudo, todavía se detectaron 8,097 huevos/l. La forma en que se operó el reactor anaerobio, propició el cambio en las características del lodo crudo, de manera que aunque el tiempo de digestión fue largo de 95 días (sin uso de inóculo), se alcanzó una completa fermentación del lodo crudo, ésta es la causa por la cual en lugar de obtener un lodo digerido, éste fue transformado a un líquido residual con bajo contenido de contaminantes y un elevado volumen de 360 litros respecto al sobrenadante. Por otra parte, los compuestos no biodegradables o de difícil biodegradación al final de la digestión, fueron concentrados en la fase flotante o sobrenadante, lo que dio como resultado que se concentrará en él la mayoría de los contaminantes que no pudieron ser removidos, generando por tanto, alta concentración de DQO y mayor toxicidad que el lodo crudo. El hecho de haber concentrado los contaminantes no biodegradables en un volumen pequeño y un líquido residual no tóxico en un gran volumen, muestran que la forma de operación del proceso es adecuada para tratar lodos residuales con concentraciones significativas de compuestos tóxicos. Aquí resalta la importancia de los estimulantes de crecimiento que se adicionaron, los cuales jugaron un papel muy importante ya que incrementaron la biomasa y favorecieron su adaptación a los desecho toxicos, lo que permitió metabolizar mayor proporción este tipo de contaminantes. Con base en los resultados de calidad del lodo crudo y el lodo digerido (fase liquida y lodo acuoso), se encontró que las eficiencias globales de remoción de contaminantes, tuvieron porcentajes mayores del 90 %, notándose que las más bajas remociones correspondieron a los coliformes fecales con 90.88%, y el metal potasio (K) en un 86.08%. Hubo incremento en la concentración de N-amoniacal y sulfatos, obteniéndose eficiencias negativas. Por la baja concentración de contaminantes en el líquido residual, las eficiencias de remoción encontradas fueron en la mayoría de los casos superiores a 93%, observándose que las más bajas eficiencias correspondieron al Na, Fe y coliformes fecales, donde sus valores en el orden mencionado fueron de 29.70, y 93.24%. También, se notó un incremento en la concentración de N-amoniacal y sulfatos, generándose eficiencias negativas. Fue sorprendente, el hecho de encontrar en el líquido residual una eficiencia de remoción de Ascaris sp del 99.97% y una completa reducción de Trichuris sp,. Igualmente, en el líquido residual desapareció completamente la toxicidad, alcanzándose por tanto un 100% de reducción.

5 En cuanto a la eficiencia de remoción de contaminantes en el lodo flotante o sobrenadante, se tiene que éstos fueron bastante variables, observándose que la mayor eficiencia correspondió a la DQO soluble, N-orgánico, Ascaris sp y Trichiris sp con valores de 90.23, 66.23, y 100% respectivamente, en tanto que las eficiencias más bajas correspondieron a la DQO total, ST y coliformes fecales, cuyos valores en el orden mencionado fueron de 33.41, y 32.35%. En esta fase, se observó incremento significativo en la concentración de los parámetros N- amoniacal, Cu, Ni, Co, Mn, Pb y K. Además, la toxicidad también fue incrementada sustancialmente, notándose que ésta estuvo dada principalmente por el sobrenadante, lo que quiere decir que la mayoría de los tóxicos se encuentraron en forma disuelta

6

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES - La digestión anaerobia de dos etapas con adición de estimulantes de crecimiento, resultó ser una alternativa adecuada para tratar lodos residuales de fosa séptica con apreciable concentración de contaminantes tóxicos. - Se alcanzó la fermentación completa del lodo crudo, observándose una eficiente separación de fases: un líquido residual y un lodo flotante o sobrenadante. - De un volumen de lodo crudo de 420 litros tratado anaeróbicamente (79,150 mg/l de DQO), se generó un volumen de 360 litros de líquido residual moderadamente contaminado (408 mg/l de DQO) sin olor y sin toxicidad, y sólo un volumen de 15 litros de lodo flotante o sobrenadante, con olor moderadamente penetrante y altamente contaminado (56,100 mg/l de DQO), con elevada toxicidad. - A pesar de la presencia significativa de metales y compuestos orgánicos tóxicos en el lodo crudo, la capacidad amortiguadora que desarrolló el proceso fue suficiente para mantener el proceso en condiciones adecuadas de operación. - Se requiere instalar un sistema medidor de biogás en el reactor, y determinar su composición, ésto para un mejor control del proceso. REFERENCIAS Aasheim, E. Estephen, et al., (1993), "Sludge Estabilization", Brooks W. Newbry, Manual of practice FD. 9, Water Environmental Federation, Alexandria, APHA, AWWA, WPCF, (1992), Standard methods for examination of water and wastewater, American Public Health Association, 18th ed. New YorK. Cardoso, Vigueros. L., (1996), Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), Jiutepec, Mor., Comunicación personal. Cruz, Ojeda Arturo, (1995), "Manejo y Disposición de Lodos Residuales de Plantas de Tratamiento de Agua Residual en México", Taller sobre Minimización de Residuos y Producción más Limpia en América Latina y el Caribe, Instituto Nacional de Ecología, SEMARNAP, Noviembre Moeller, Ch. G. et al., (1995), Estudio del comportamiento de reactores anaerobios para tratar lodos residuales bajo diferentes condiciones de operación, Informe Interno, IMTA, Proyecto TC Moeller, Ch. G. et al., (1996), Digestión anaerobia de lodos residuales.técnicas para su estimulación, Informe Interno, IMTA, Proyecto TC Noyola, Adalberto, (1993), Sistemas Anaerobios, Centro de Capacitación del IMTA, Jiutepec, Mor, Pavlostathis, S.G. and Giraldo-Gomez E., (1991), "Kinetics of Anaerobics Treatment", Wat. Science Tech., Vol. 24, No.8,

8