MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA

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1 EVALUACIÓN DE FILTROS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENTE (FAFAs) CON MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA YOLIMA CONSTANZA BATERO CORREA ERIKA MILENA CRUZ OLIVEROS UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS ESCUELA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA PEREIRA, RISARALDA 2007

2 EVALUACIÓN DE FILTROS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENTE (FAFAs) CON MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA YOLIMA CONSTANZA BATERO CORREA ERIKA MILENA CRUZ OLIVEROS Tesis de grado presentada como requisito para optar el título de tecnólogo en química Director JUAN MAURICIO CASTAÑO ROJAS Ingeniero Químico M. Sc. UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS ESCUELA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA PEREIRA, RISARALDA 2007

3 NOTA DE ACEPTACION DEL TRABAJO DE GRADO EVALUACIÓN DE FILTROS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENTE (FAFAs) CON MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA Presentado por: YOLIMA CONSTANZA BATERO CORREA ERIKA MILENA CRUZ OLIVEROS Los suscritos director y jurados del presente trabajo de grado, una vez revisada la versión escrita y presenciado la sustentación oral, decidimos otorgar: La nota de: Con la connotación: Para constancia firmamos en la ciudad de Pereira hoy: El director: Nombre: Juan Mauricio Castaño Rojas Jurado: Nombre: Jurado: Nombre:

4 DEDICATORIA Erika: Al Creador por la sublime y maravillosa experiencia de existir y de disfrutar de todo lo grandioso que Él nos brinda, por su infinito amor, por su compañía y guía para conquistar niveles superiores, por permitirme ser un instrumento de su paz y cumplir con mi misión, porque la carrera que he emprendido sea para su honra y orgullo, para contribuir con la protección de este hermoso planeta y con el bienestar de todos sus seres. A mi abuela María Vargas, a mi madre Ligia Margarita Oliveros y a la memoria de mi padre Germán Cruz Castro, por sus valiosas enseñanzas que cada día florecen en mí, por sembrar en mí ese deseo inmenso de trascender, por su esmero y motivación para que yo alcance mis sueños e ideales. A mis hermanos Darío, Adriana y Hoover, a mis sobrinos Brandoon, Natalia y Santiago, y a mi novio Leonardo Arenas, por inspirarme, por brindarme su amor y apoyo. Mi gratitud para Ricardo López, Robinson Ramírez, Juan David Valencia, Adriana Barrientos, Diana Acevedo, Jaime Herrera, Jackeline Pulgarín, Katherine Rendón, familia Cruz, por brindarme su cariño, colaboración y motivación. Con todo mi Amor.

5 Yolima: Doy gracias a Dios por darme la vida y por ser la razón de la misma, por la oportunidad de culminar esta etapa con tantas enseñanzas y satisfacciones. A mi familia por su amor, esfuerzo e inspiración para ser una mejor persona. A mi esposo por su amor incondicional y apoyo durante este proceso y a todos los compañeros que con su colaboración amenizaron el camino. AGRADECIMIENTOS Al director del trabajo de grado Ingeniero Juan Mauricio Castaño Rojas. A la Ingeniera Ambiental Janneth Cubillos. Al personal del laboratorio de Química Ambiental de la Universidad Tecnológica. Al operario de la planta de tratamiento de la UTP. John Fredy Herrera. A todos los profesores que contribuyeron con nuestra formación académica y personal.

6 CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN Justificación Objetivo General Objetivos Específicos REVISIÓN DE LITERATURA Proceso Anaerobio Hidrólisis Acidogénesis Acetogénesis Metanogénesis Estabilidad del proceso Reactores Anaeróbicos El Filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente Configuración del filtro DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE FAFAs Materiales y Métodos Factores de estudio Descripción del sistema Características del agua residual sintética Inoculación Variables Programa de muestreo Métodos analíticos Resultados y Discusión Gráficos de barras: Parámetros Gráficos de barras: Eficiencia de Remoción

7 3.2.3 Gráficos de línea: Parámetros Tiempo Gráficos de línea: Eficiencia de Remoción- Tiempo Análisis de resultados CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones BIBLIOGRAFÍA... 57

8 LISTADO DE FIGURAS Figura 1. Formación de metano en la digestión anaerobia Figura 2. Diferentes tipos de reactores anaeróbicos.. 11 Figura 3. Filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA). 12 Figura 4. Configuraciones de entrada en Filtros Anaeróbicos. a) Sin falso fondo. b) Con falso fondo.. 17 Figura 5. Tipos de medios de empaque Figura 6. Configuraciones de salida. a) Tubería Perforada, b) Vertedero.. 19 Figura 7. Montaje experimental de los FAFAs. 21 LISTADO DE GRÁFICAS Gráfica 1. DQO Total Entrada por Gráfica 2. DQO Total Salida por. 26 Gráfica 3. DQO Soluble Entrada por Gráfica 4. DQO Soluble Salida por.. 27 Gráfica 5. DBO5 Entrada por...28 Gráfica 6. DBO5 Salida por. 28 Gráfica 7. Nitrógeno Total Entrada por. 29 Gráfica 8. Nitrógeno Total Salida por Gráfica 9. Fósforo Total Entrada por Gráfica10. Fósforo Total Salida por...30 Gráfica 11. SST Entrada por Gráfica 12. SST Salida por Gráfica 13. ph Entrada por Gráfica 14. ph Salida por.. 32 Gráfica 15. Caudal Entrada por.. 33

9 Gráfica 16. Caudal Salida por Gráfica 17. Temperatura Entrada por Gráfica 18. Temperatura Salida por Gráfica 19. Eficiencia de Remoción DQO Total por. 35 Gráfica 20. Eficiencia de Remoción DQO Soluble por. 35 Gráfica 21. Eficiencia de Remoción DBO5 por Gráfica 22. Eficiencia de Remoción SST por Gráfica 23. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total por. 37 Gráfica 24. Eficiencia de Remoción Fósforo Total por Gráfica 25. DQO Total Entrada Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 26. DQO Total Salida Filtros Anaerobios Tiempo.. 38 Gráfica 27. DQO Soluble Entrada Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 28. DQO Soluble Salida Filtros Anaerobios Tiempo.. 39 Gráfica 29. DBO Entrada Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 30. DBO Salida Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 31. Nitrógeno Total Entrada Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 32. Nitrógeno Total Salida Filtros Anaerobios Tiempo.. 41 Gráfica 33. Fósforo Total Entrada Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 34. Fósforo Total Salida Filtros Anaerobios Tiempo.. 42 Gráfica 35. SST Entrada Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 36. SST Salida Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 37. ph Entrada Filtros Anaerobios Tiempo. 44 Gráfica 38. ph Salida Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 39. Caudal Entrada Filtros Anaerobios Tiempo.. 45 Gráfica 40. Caudal Salida Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 41. Temperatura Entrada Filtros Anaerobios Tiempo.. 46 Gráfica 42. Temperatura Salida Filtros Anaerobios Tiempo Gráfica 43. Eficiencia de Remoción DQO Total. 47 Gráfica 44. Eficiencia de Remoción DQO Soluble....48

10 Gráfica 45. Eficiencia de Remoción DBO5. 49 Gráfica 46. Eficiencia de Remoción Sólidos Suspendidos Totales Gráfica 47. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total.. 51 Gráfica 48. Eficiencia de Remoción Fósforo Total LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Características del Filtro Anaeróbico Tabla 2. Características del medio de soporte de los filtros anaeróbicos Tabla 3. Proporciones para la preparación del agua residual sintética alimentada a los filtros anaeróbicos Tabla 4. Eficiencia de remoción (promedio) de materia orgánica de los FAFAs. 55 Tabla 5. Estadística descriptiva parámetros in situ de entrada.. 60 Tabla 6. Estadística descriptiva parámetros in situ de salida Tabla 7. Estadística descriptiva parámetros de entrada. 61 Tabla 8. Estadística descriptiva parámetros de salida Tabla 9. Estadística descriptiva eficiencias de remoción LISTADO DE CUADROS Cuadro 1. Condiciones para favorecer el equilibrio dinámico del proceso anaeróbico 9 Cuadro 2. Comparación entre el tratamiento aeróbico y anaeróbico Cuadro 3. Ventajas y desventajas del proceso anaerobio Cuadro 4. Ventajas y desventajas del proceso aerobio Cuadro 5. Factores y niveles de estudio. 20 Cuadro 6. Variables

11 Cuadro 7. Frecuencia y parámetros de evaluación de las muestras Cuadro 8. Métodos Analíticos LISTADO DE ANEXOS ANEXO 1. Estadística descriptiva ANEXO 2. Tabla de resultados de los análisis de laboratorio

12 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Justificación Años atrás, cuando la población era menor y las industrias pocas, los desechos que llegaban a los ríos eran de menor cantidad, por lo tanto, la naturaleza se hacía cargo de los contaminantes por medio de las bacterias presentes en el agua las cuales degradaban los residuos depurando así el preciado líquido (Investigación y Desarrollo, 2000). En la actualidad, el crecimiento acelerado de las ciudades, no ha permitido un cubrimiento de servicios públicos adecuado para toda la población. Una de las consecuencias indeseables de esta situación es la descarga indiscriminada de las aguas residuales domésticas e industriales a los cuerpos de agua mas cercanos, siendo imposible para la naturaleza eliminar la inmensa cantidad de contaminantes del agua con su consecuente deterioro y con consecuencias desfavorables para la ecología y la salud pública. Los países desarrollados han controlado esta situación utilizando sistemas de depuración de las aguas residuales previamente a su descarga en la fuente receptora. Al igual que la tecnología de la evacuación de las aguas servidas, se han hecho numerosos esfuerzos para la aplicación de los sistemas de depuración utilizado en los países desarrollados a las condiciones socioeconómicas, climáticas y culturales de nuestro medio. Uno de los resultados obtenidos en estos esfuerzos es la incapacidad económica de las municipalidades para pagar los altos costos de inversión y de operación de los sistemas tradicionales para el tratamiento de las aguas residuales. A diferencia de otro tipo de servicios públicos, el tratamiento de las aguas residuales necesita de soluciones tecnológicas apropiadas para el medio climático y socioeconómico de los países en vías de desarrollo (Giraldo, 1993). Una de las alternativas tecnológicas para la depuración de las aguas residuales que ha tenido un gran desarrollo en las últimas décadas ha sido la de los tratamientos biológicos en ambientes anaerobios (Giraldo, 1993). 1

13 El filtro anaeróbico desarrollado a finales de los años sesenta es un reactor de cultivo fijo clasificado como de alta tasa, que alcanza la separación entre el tiempo de retención hidráulico (TRH) y el tiempo se retención celular (TRC) que puede ser del orden de 100 días, de esta manera se permite dentro del reactor un crecimiento lento de los microorganismos independientemente del flujo de agua residual. Este reactor ha encontrado aplicabilidad en el tratamiento de aguas residuales industriales y domésticas (Castaño, 2003). En el filtro el agua residual fluye de forma ascendente, sobre o a través de una masa de sólidos biológicos, contenidos en un reactor con material de empaque. La biomasa en el reactor puede estar adherida a la superficie del medio en forma de biopelícula, o estar en suspensión en el líquido como un lodo granular o floculento que se distribuye en los intersticios del medio empacado como función de la velocidad ascensional. Los compuestos orgánicos solubles y los nutrientes existentes en el agua residual afluente se difunden dentro de los sólidos biológicos, adheridos al medio o en suspensión, convirtiéndose en los productos intermedios y finales propios de la digestión anaeróbica (Castaño, 2003), depurando de esta manera el agua. El proyecto realizado es continuación de estudios previos y es el pretratamiento de humedales en el proyecto: Hidrodinámica y Cinética de Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial que busca contribuir con la preservación de los ecosistemas y la salud pública mediante la depuración de las aguas residuales producto de las actividades humanas. Este estudio presenta los resultados experimentales obtenidos en la evaluación de los FAFAs para la remoción de materia orgánica al variar la carga orgánica volumétrica (COV) aplicada y duplicar el tiempo de retención hidráulica (TRH). 2

14 1.2 Objetivo General Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica, con variación de la carga orgánica volumétrica, de los filtros anaerobios de flujo ascendente. 1.3 Objetivos Específicos Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica de los filtros anaerobios de flujo ascendente operando bajo las cargas orgánicas volumétricas (COV) de 0.7 y 1.26 Kg DQO/m 3 día. Evaluar el impacto de duplicar el tiempo de retención hidráulica. 3

15 2 REVISIÓN DE LITERATURA 2.1 Proceso Anaerobio El tratamiento anaerobio es el proceso de degradación u oxidación de la materia orgánica por la acción coordinada de cinco grupos diferentes de microorganismos en cuatro etapas secuenciales: Hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis, en ausencia de oxígeno u otros agentes oxidantes fuertes (SO = 4, NO = 3, etc), para obtener la energía requerida para el crecimiento y mantenimiento de los organismos anaerobios. El proceso microbial es muy complejo y está integrado por múltiples reacciones paralelas y en serie, interdependientes entre sí. Como subproducto se obtiene un gas, denominado usualmente biogás, cuya composición básica es metano CH 4 y dióxido de carbono CO 2 en un 95 %, pero con la presencia adicional de nitrógeno, hidrógeno, amoníaco y sulfuro de hidrógeno, usualmente en proporciones inferiores al 1%. La figura 1 muestra el proceso de producción del metano (Romero, 2004) Hidrólisis Inicialmente las bacterias hidrolíticas, mediante transformaciones enzimáticas, fermentan los compuestos orgánicos complejos en compuestos de masa molecular baja como los azúcares, aminoácidos, ácidos grasos y glicerol, adecuados para emplearlos como fuente de energía y de carbón celular (Romero, 2004) Acidogénesis Las bacterias acidogénicas transforman las moléculas pequeñas, producto de la hidrólisis, en ácidos orgánicos, por ejemplo acido acético, propiónico, butírico, valérico y fórmico, además de hidrógeno y dióxido de carbono. Durante esta etapa fermentativa no existe 4

16 realmente estabilización, sino una transformación de material orgánico complejo en compuestos más simples. (Romero, 2004). C6H12O6 + 3H2O Glucosa Bacterias CH3COCOOH + 3CO2 + 7 H2 Piruvato Reacción Acetogénesis Los productos de la acidogénesis son convertidos en acido acético, hidrógeno y dióxido de carbono mediante las bacterias acetogénicas (Romero, 2004). 2 CH3COCOOH + 2H2O Bacterias Piruvato 2 CH3COOH + 2CO2 + 2 H2 Acetato Reacción Metanogénesis En esta etapa a partir del ácido acético y fórmico, (CO 2, H 2 ) y metanol, las bacterias metanogénicas producen metano, dióxido de carbono y agua (Romero, 2004; Metcalf & Eddy, 1995). Estas bacterias son microorganismos estrictamente anaeróbicos muy sensibles a los cambios de temperatura y ph. 5

17 Sin embargo, en un digestor anaeróbico, las dos rutas principales de producción de metano son (Metcalf & Eddy, 1995): La formación de metano por la reducción del CO 2 con el H 2 por intermedio de las bacterias metanogénicas hidrogenofílicas. 4H2 + CO2 Bacterias CH4 + 2 H2O Gº = KJ reacción Reacción 3 La producción de metano a partir del acetato por medio de las bacterias metanogénicas acetoclásticas. CH3COOH Bacterias CH4 + CO2 CH3COO - + H 2 O Bacterias CH4 + HCO3 - Gº = - 31 reacción KJ Reacción 4 Estas bacterias tienen tasas de crecimiento muy lentas, razón por la cual se considera que su metabolismo es un factor limitante del tratamiento anaerobio de los residuos orgánicos. En general todas las bacterias metanogénicas son de crecimiento muy lento y, por lo tanto, el tiempo de retención celular debe ser lo suficientemente largo para permitir su crecimiento e 6

18 impedir su extracción del sistema, se considera que la fermentación metanogénica controla la tasa del proceso (Metcalf & Eddy, 1995). La mayor parte del metano producido, el 70% proviene de la fermentación del ácido acético, el cual es el ácido predominante en la fermentación de carbohidratos, proteínas y grasas; el 30% restante, es el resultado de la reducción del CO 2 por el H 2 (Romero, 2004; Díaz, 1987). La estabilización o remoción biológica anaerobia de DBO ocurre en la etapa de formación de metano, porque este es poco soluble en el agua y se evapora con el gas que sale del reactor. El CO 2 producido también escapa como gas o es convertido en alcalinidad bicarbonácea (Romero, 2004; Metcalf & Eddy, 1995). Para mantener una digestión eficiente debe haber producción de metano y mantenerse una concentración baja de hidrógeno. Lo anterior ocurre debido a la relación simbiótica sintrófica (mutuamente beneficiosa) obligada entre las bacterias metanogénicas utilizadoras de hidrógeno que contribuyen a mantener bajas presiones parciales de H 2 en el sistema. Esto desplaza el equilibrio de la fermentación hacia la formación de acetato, mediante las bacterias acetogénicas, sustrato a su vez de las bacterias acetoclásticas, controlantes de la velocidad neta de la digestión (Metcalf & Eddy, 1995). La formación de metano también puede verse afectada por la concentración de sulfatos en el afluente. Al comparar las constantes de saturación media (Ks) de las bacterias metanogénicas utilizadoras de hidrógeno (6.6 M), y la de las bacterias reductoras del sulfato (1.3 M) puede observarse que la reducción de sulfatos a sulfuros de hidrógeno se encuentra energéticamente favorecida. Asimismo, la comparación de sus constantes de saturación media en la metabolización del acetato, muestran una amplia diferencia, 0.2 mm para las reductoras del sulfato y 3 mm para las metanogénicas (Díaz, 1987); en las reacciones 3 a 6 también se puede apreciar que las bacterias sulforeductoras tienen más afinidad por el H2 y el acetato como sustrato que las metanogénicas (Comparando las energías libres); Por tanto, cuando las concentraciones de acetato e hidrógeno son 7

19 limitantes, la reducción del sulfato prevalecerá sobre la formación de metano. Sin embargo la concentración de sulfatos básicamente no tiene efecto en la eficiencia de remoción de DQO, debido a que la existencia de bacterias sulfato reductoras compensan la inactividad de las metanógenas, dado que consumen H2 y metabolizan acetato (Castaño, 2003). -2 Bacterias Sulforreductoras + 4H2 + SO4 + 2H H2S + 4H2O Reacción 5 Gº = KJ reacción Bacterias Sulforreductoras CH3 COO + SO4 + 3H 2 CO2 + H2S + 2 H2O Reacción 6 Gº = KJ reacción No obstante, en reactores anaeróbicos la etapa limitante está relacionada con factores como: la naturaleza del sustrato, la configuración del reactor, la temperatura, o la velocidad de carga al sistema, por lo cual la etapa limitante estará determinada en mayor o menor grado por estos factores. Así, para sustratos con alto contenido de celulosa o lignina, la limitación se presentará en la hidrólisis de estos compuestos. La hidrólisis también podrá ser limitante con residuos de alto contenido de grasas o lípidos, por tanto, la limitación será mucho mayor si el proceso se efectúa a bajas temperaturas. La fase de formación de ácidos también podrá constituirse en la fase controladora del proceso. Por ejemplo, residuos con alto contenido de sustratos fácilmente hidrolizables dan lugar a la formación acelerada de ácidos. Estos no podrán removerse a la misma velocidad de producción, por lo que existirá una acumulación de ácidos en el sistema, y en consecuencia se presentará inhibición de la formación de metano. De manera similar, esta etapa será limitante cuando la carga orgánica en el sistema es muy baja. La poca concentración de ácidos volátiles afecta la velocidad de 8

20 formación de metano, pero a medida que se aumente la carga, la metanogénesis se incrementará (Díaz, 1987) Estabilidad del proceso Con objeto de mantener un sistema de tratamiento anaerobio que estabilice correctamente el residuo orgánico, los microorganismos formadores de ácidos y de metano se deben encontrar en un estado de equilibrio dinámico. Las condiciones óptimas para favorecer dicho estado y por lo tanto tener un proceso anaerobio eficiente se encuentran descritas en el cuadro 1. (Romero, 2004; Metcalf & Eddy, 1995): Cuadro 1. Condiciones para favorecer el equilibrio dinámico del proceso anaeróbico. PARÁMETRO CONDICIÓN Bacterias Equilibrio dinámico entre no metanogénicas y metanogénicas Temperatura Intervalo óptimo mesofílico (20 40 ºC). Medio Anaerobio, OD (oxígeno disuelto) = 0 Sustancias tóxicas Como metales pesados y sulfuros, ausentes. Nitrógeno, Fósforo, trazas de Ca, Mg, Fe, Nutrientes para asegurar el crecimiento de los microorganismos. ph Alcalinidad mg/l CaCO 3 * Ácidos volátiles Inferior a 250 mg/l * *Para evitar que el ph descienda por debajo de 6.2, que es límite de la actividad de la bacterias formadoras de metano. 9

21 Figura 1. Formación de metano en la digestión anaerobia (Tomado de Romero (2004)) 2.2 Reactores Anaeróbicos Como el crecimiento de los microorganismos involucrados en la producción de metano es muy lento, la retención de la biomasa en el reactor es uno de los factores más importantes para su funcionamiento. El desarrollo y mantenimiento de una alta concentración de biomasa es elemento fundamental para el diseño y operación de estos reactores. Afortunadamente, muchas de las bacterias involucradas en el proceso tienen la capacidad de adherirse unas a otras formando flocs, o adherirse a superficies, lo que facilita su retención en el reactor. Es así como la utilización de esta característica ha permitido el desarrollo de procesos estables y eficientes. 10

22 En la actualidad una serie de reactores avanzados de alta tasa que aseguran una eficiente retención de la biomasa, se presentan como nuevas alternativas de tratamiento. Dentro de estos se pueden mencionar los presentes en la figura 2. (Díaz, 1987). descendente Figura 2. Diferentes tipos de reactores anaeróbicos (Tomado de Díaz (1987)) 11

23 2.3 El Filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente (Tomado de Romero (2004)) El filtro anaerobio de flujo ascendente es un proceso de crecimiento adherido propuesto por Young y McCarty en 1969, para el tratamiento de residuos solubles. De los sistemas de tratamiento anaerobio es el más sencillo de mantener porque la biomasa permanece como una película microbial adherida y porque como el flujo es ascensional, el riesgo de taponamiento es mínimo. El filtro anaerobio está constituido por un tanque o columna, relleno con un medio sólido para soporte del crecimiento biológico anaerobio (figura 3). El agua residual es puesta en contacto con el crecimiento bacterial anaerobio adherido al medio y como las bacterias son retenidas sobre el medio y no salen en el efluente, es posible obtener tiempos de retención celular del orden de cien días con tiempos de retención hidráulica cortos. Los filtros anaerobios también pueden ser útiles para desnitrificar efluentes ricos en nitratos o como pretratamiento en plantas de purificación de agua. Figura 3. Filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) 12

24 El proceso no utiliza recirculación ni calentamiento y produce una cantidad mínima de lodo; las pérdidas de energía a través del lecho son mínimas. El filtro anaerobio usa como medio de soporte de crecimiento piedras, anillos de plástico o bioanillos plásticos, colocados al azar. La mayor parte de la biomasa se acumula en los vacíos intersticiales existentes entre el medio. La acumulación de biomasa y de sólidos inertes puede causar canalización y cortocircuito. El medio permanece sumergido en el agua residual, permitiendo una concentración de biomasa alta y un efluente clarificado; el proceso se ha usado a bajas temperaturas, pero preferiblemente la temperatura debe ser mayor de 25 ºC. El espesor observado de biopelícula sobre diferentes medios plásticos es de 1 a 3 mm. El residuo debe contener alcalinidad suficiente para mantener un ph, en la zona de lodos, mayor de 6.5; Sin embargo, el amonio liberado en la hidrólisis de las proteínas puede reducir la alcalinidad requerida de fuentes externas. El arranque de un proceso de crecimiento adherido puede ser más lento que el de un proceso de crecimiento suspendido, puede demorar unos seis meses en aguas residuales de baja concentración y de temperatura baja. Sin embargo, el filtro anaerobio es poco sensible a variaciones de carga hidráulica y a la operación discontinua pues el medio retiene los sólidos y la biomasa formada en él. En estudios hechos en Brasil se indica que estos filtros logran remociones de DBO del 80%, con lechos de piedra de 4 a 7 mm y altura de 1.20 m. Otros estudios con residuo de DQO igual a mg/l, carga orgánica volumétrica menor de 4 Kg DQO/m 3 d, tiempo de retención hidráulica de 1 día, edad de los lodos de 56 días y temperaturas de 20 a 25 ºC, indicaron remociones del 88 % de DQO. Es destacable el uso actual de los sistemas anaeróbicos en zonas rurales y comunidades dispersas, dado que precisan de menor suministro de energía externa y, eventualmente, podrían obtenerse subproductos de utilidad como el caso del biogás (ver cuadro 2), (Castaño, 2003). 13

25 Cuadro 2. Comparación entre el tratamiento aeróbico y anaeróbico (Fuente: Castaño, 2003) COMPARACIÓN Modelo de mineralización del sustrato TRATAMIENTO AERÓBICO C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Go = KJ/mol Glucosa TRATAMIENTO ANAERÓBICO C6H12O6 3CO2 + 3CH4 Go = -393 KJ/mol Glucosa Balance de carbono % es convertido a CO % es incorporado como tejido celular 95% es convertido a biogás; 5% es incorporado como tejido celular 60% de la energía es 90% se retiene como CH4, Balance de energía almacenada en la nueva 3-5% se disipa como calor, biomasa; 40% se disipa como 5-7% almacenada en la nueva calor biomasa Requerimientos de energía Alta demanda de energía para No se requieren entradas aireación extremas de energía Requerimientos de nutrientes A menudo se requiere adición Bajos requerimientos de de nutrientes nutrientes Arranque Cortos tiempos de arranque Mayores tiempos de arranque Tecnología recientemente Estado de desarrollo Tecnología establecida aplicaciones específicas establecida, aun bajo investigación para Remoción de nutrientes Se puede incorporar la Remoción de nutrientes a remoción de nutrientes través de postratamientos Remoción de patógenos Baja Baja 14

26 Cuadro 3. Ventajas y desventajas del proceso anaerobio (Fuente: Romero, 2004) VENTAJAS - Tasa baja de síntesis celular y, por consiguiente, poca producción de lodos. - El lodo producido es razonablemente estable y puede secarse y disponerse por métodos convencionales. - No requiere oxígeno. Por tanto, usa poca energía eléctrica y es especialmente adaptable a aguas residuales de alta concentración orgánica. - Produce metano, el cual puede ser útil como energético - Tiene requerimientos nutricionales bajos. DESVENTAJAS - Para obtener grados altos de tratamiento requiere temperaturas altas. - El medio es corrosivo. - Tiene riesgos de salud por H2S. - Exige un intervalo de operación de ph bastante restringido. - Requiere concentraciones altas de alcalinidad. - Es sensible a la contaminación con oxígeno. - Puede presentar olores desagradables por H2S, ácidos grasos y amidas. 15

27 Cuadro 4. Ventajas y desventajas del proceso aerobio (Fuente: Romero, 2004) VENTAJAS - Ausencia de olores. - Mineralización de todos los compuestos biodegradables DESVENTAJAS - Tasa alta de síntesis celular y, por consiguiente, alta producción de lodos. - Requiere mucha energía eléctrica para oxigenación y mezcla. - Gran proporción de células en los lodos que hace, en algunos casos, necesaria su digestión, antes de secarlos y disponerlos Configuración del filtro (Tomado de Castaño (2003)) El filtro anaeróbico de flujo ascendente se constituye de tres zonas funcionales: zona de entrada, zona empacada y zona de salida Zona de entrada En el filtro anaeróbico se pueden tener dos tipos de configuración de entrada: sin falso fondo y con falso fondo (ver figura 4). En la configuración sin falso fondo, todo el volumen del reactor es ocupado por el medio, en este caso es importante cuidar que el material del fondo sea uniforme y de alta porosidad con el fin de evitar taponamientos. Cuando la configuración es con falso fondo, se promueve una zona en la que se forma un floc granular de buena sedimentabilidad. La distribución del caudal se hace por medio de una tubería perforada (generalmente PVC) y debe ser uniforme, con el fin de evitar zonas muertas dentro del reactor. 16

28 GASES GASES EFLUENTE EFLUENTE MEDIO MEDIO BIOMASA SUSPENDIDA AFLUENTE a) AFLUENTE b) Figura 4. Configuraciones de entrada en filtros anaeróbicos. a) Sin falso fondo. b) Con falso fondo (Tomado de Castaño (2003)) Zona empacada Parte del filtro en la cual se encuentra el medio filtrante y se presenta el crecimiento de los microorganismos con la consiguiente remoción de contaminantes orgánicos. El medio filtrante sirve de soporte para que la población biológica se desarrolle, por lo cual una principal característica que este debe poseer es una relativamente alta área superficial. Sin embargo estudios han demostrado que a pesar de ocurrir una adherencia del filme biológico al medio de soporte, una mayor porción de los microorganismos se encuentran suspendidos en los intersticios del medio dejando de ser la superficie específica una variable de importancia que afecte la eficiencia desde la perspectiva de la concentración de biomasa activa. No obstante, el tipo, forma y características del lecho filtrante ejercen influencia sobre la eficiencia, en aspectos diferentes a la cantidad de biomasa activa fija: el medio actúa como separador líquido gas - sólido; también ayuda a proveer un flujo uniforme del agua residual, propiciando un mayor contacto del residuo con la masa biológica; el medio retiene la biomasa adherida o en suspensión, generando altos tiempos de retención celular, además del efecto en los tiempos de arranque, la rugosidad del material de soporte, su grado de 17

29 porosidad, así como el tamaño del poro, afecta a la tasa de colonización de la población microbiana. Tipos de medios Entre los tipos de medios más utilizados se encuentran la piedra triturada angulosa o redonda (grava sin picos, de tamaño entre 4-7 cm), materiales cerámicos, vidrios, ladrillos, poliésteres, poliuretano. Actualmente se han estudiado otras alternativas no convencionales como son la guadua, el bambú, la cáscara de coco, tejas de barro; y otros más sofisticados como los anillos sintéticos, las matrices plásticas de flujo cruzado o tubular; estos últimos de mayores costos por ser mas eficientes. Estas nuevas alternativas han suprimido inconvenientes como atascamientos y colmatación que se presentaban en los tratamientos con grava, sobre todo cuando esta es pequeña, afectando negativamente la eficiencia con el paso del tiempo. Figura 5. Tipos de medios de empaque (Tomado de Castaño (2003)) 18

30 Zona de salida Esta zona cumple varias funciones importantes las cuales son: recibir el efluente del filtro, evacuarlo y garantizar una correcta y homogénea circulación del mismo a través de todo el sistema, así se evitarán cortos circuitos o zonas muertas lo que proporcionará una adecuada eficiencia hidráulica. Cuando se presentan este tipo de inconvenientes los tiempos de retención hidráulicos calculados en el diseño serán mayores que los reales, como consecuencia podríamos obtener una baja eficiencia del sistema. Tomando en cuenta todos estos aspectos la zona de salida puede ser a través de una tubería perforada o por medio de un vertedero (ver figura 6). Estas dos configuraciones garantizan una recolección homogénea a lo largo del sistema. Figura 6. Configuraciones de salida. a) Tubería perforada, b) Vertedero (Tomado de Castaño (2003)) 19

31 3 DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE FAFAs El proyecto de investigación se realizó en las instalaciones de la Universidad Tecnológica de Pereira, específicamente en un sistema de FAFAs, (pretratamiento de humedales; parte del proyecto: Hidrodinámica y Cinética de Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial) ubicado en la planta de tratamiento de aguas residuales. 3.1 Materiales y Métodos Factores de estudio El cuadro 5 muestra los factores de estudio y los niveles para cada factor: Cuadro 5. Factores y niveles de estudio. A B FACTOR Carga orgánica volumétrica Tiempo de retención hidráulica NIVELES 0.7 Kg DQO/m 3 día () 1.26 Kg DQO/m 3 día (I) Duplicado Descripción del sistema Para el desarrollo del proyecto se trabajó en un montaje de dos FAFAs ubicados en serie con medio de soporte en guadua. El montaje posee un sistema de alimentación de agua residual sintética, la cual es llevada a los filtros por medio de una bomba peristáltica que a 20

32 su vez reguló el caudal de la solución de 312 ml/min. (Figura 7). El tiempo de retención hidráulica de los filtros fue de 12 horas. Las dimensiones y características de los filtros anaeróbicos y del medio de soporte se presentan en las tablas 1 y 2. Figura 7. Montaje experimental de los FAFAs Tabla 1. Características del filtro anaeróbico FILTROS ANAERÓBICOS Material Zona de entrada CARACTERÍSTICAS Canecas plásticas de 56 cm de diámetro y 83 cm de altura Se utilizó una parrilla metálica como falso fondo. La distribución del agua residual se hizo a través de un marco de 25 cm de lado en pvc de 1/2 pulgada, perforado lateralmente cada 2.5 cm. 21

33 Tabla 2. Características del medio de soporte de los filtros anaeróbicos PARÁMETRO GUADUA Volumen empacado, L 148 Porosidad 0.60 Volumen de vacíos, L 59 Altura del lecho, m 0.60 Forma Anillos Diámetro, cm 2.5 Longitud, cm Características del agua residual sintética El agua residual sintética se preparó en un tanque de 800 litros al cual se le agregó: agua limpia, agua residual proveniente de la Universidad Tecnológica de Pereira como suministro de micro y macronutrientes y sangre de bovino obtenida del matadero metropolitano de la ciudad de Pereira como fuente de materia orgánica, en las proporciones dadas en la tabla 3. Tabla 3. Proporciones para la preparación del agua residual sintética alimentada a los filtros anaeróbicos DQO Volumen Volumen Volumen COV (Kg Afluente Agua Agua Dilución Sangre (ml) DQO/m 3 día) (mg/l) Limpia (L) Residual (L) 0.7 () (I)

34 3.1.4 Inoculación El proyecto se inició sobre un sistema ya arrancado. La inoculación se realizó en un estudio previo con el fin de minimizar el período de arranque de los filtros, suministrando una población inicial de lodos provenientes de la planta de tratamiento de agua residual de Postobón de la siguiente manera: una capa de guadua, una capa de lodo y una capa de cal hasta completar 60 cm de lecho Variables La materia orgánica en el agua residual sintética, se midió en términos de Demanda Química de Oxígeno (DQO) total y soluble y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5). Para los análisis estadísticos se tomó como variable de respuesta principal el porcentaje de remoción de DQO (Total y Soluble) y DBO 5. Cuadro 6. Variables VARIABLES NO CONTROLADAS Calidad del agua cruda que entra a los reactores Condiciones ambientales ph Temperatura VARIABLES DE CONTROL Caudal de entrada a los reactores (TRH) VARIABLES DE RESPUESTA Demanda Química de Oxígeno, DQO (total y soluble) Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO 5 Sólidos Suspendidos Totales, SST Fósforo Total, PT Nitrógeno Total, NTK Programa de muestreo Durante el trabajo de campo se realizaron 16 muestreos, uno por semana, en cada punto reseñado en la figura 7, se hizo toma de muestra compuesta de la siguiente manera: se tomó 23

35 una alícuota de 84 ml en cada punto con intervalos de media hora secuencialmente, de esta forma hasta completar 1 litro de muestra en 6 horas. La frecuencia y parámetros evaluados en las muestras se encuentran descritos en el cuadro 7. Cuadro 7. Frecuencia y parámetros de evaluación de las muestras PARÁMETRO ph Temperatura Caudal Demanda Bioquímica de Oxígeno - DBO 5 Demanda Química de Oxígeno Total - DQO t Demanda Química de Oxígeno Soluble - DQO s Sólidos Suspendidos Totales - SST Nitrógeno Total Kjeldahl - NTK Fósforo Total PT FRECUENCIA Semanal (in situ) Semanal (in situ) Semanal (in situ) Semanal Semanal Semanal Semanal Semanal Semanal Métodos analíticos Los análisis de laboratorio se desarrollaron con base en el manual Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. El cuadro 8 presenta los métodos analíticos utilizados. 24

36 Cuadro 8. Métodos analíticos PARÁMETRO Demanda Bioquímica de Oxígeno - DBO 5 Demanda Química de Oxígeno DQO Nitrógeno Total NTK Fósforo Total PT Sólidos Suspendidos Totales SST ph Temperatura Caudal MÉTODO ANALÍTICO Incubación a 20 ºC por 5 días, luego medida de oxígeno por método potenciométrico Reflujo cerrado, método titulométrico Kjeldahl Digestión y método fotométrico Gravimétrico ph-metro Termómetro digital y de columna de mercurio. Volumétrico 25

37 DQOT Salida (mg/l) DQOT Entrada (mg/l) 3.2 Resultados y Discusión Gráficos de barras: Parámetros - Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 1. DQO Total Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 2. DQO Total Salida por 26

38 DQOS Salida (mg/l) DQOS Entrada (mg/l) Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 3. DQO Soluble Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 4. DQO Soluble Salida por 27

39 DBO5 Salida (mg/l) DBO5 Entrada (mg/l) Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 5. DBO5 Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 6. DBO5 Salida por 28

40 NKT Salida (mg/l) NKT Entrada (mg/l) Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 7. Nitrógeno Total Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 8. Nitrógeno Total Salida por 29

41 PT Entrada (mg/l) Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 9. Fósforo Total Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I 0.80 PT Salida (mg/l) Gráfica 10. Fósforo Total Salida por 30

42 Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I SST Entrada (mg/l) Gráfica 11. SST Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I SST Salida (mg/l) Gráfica 12. SST Salida por 31

43 ph Salida ph Entrada Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 13. ph Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 14. ph Salida por 32

44 Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Caudal Entrada (ml/min) Gráfica 15. Caudal Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Caudal Salida (ml/min) Gráfica 16. Caudal Salida por 33

45 Temperatura Salida (ºC) Temperatura Entrada (ºC) Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 17. Temperatura Entrada por Error Bars show Mean +/- 1,0 SD I Gráfica 18. Temperatura Salida por 34

46 Eficiencia DQO Soluble (%) Eficiencia DQO Total (%) Gráficos de barras: Eficiencia de Remoción Error Bars show Mean +/- 1,0 SE I Gráfica 19. Eficiencia de Remoción DQO Total por Error Bars show Mean +/- 1,0 SE I Gráfica 20. Eficiencia de Remoción DQO Soluble por 35

47 Error Bars show Mean +/- 1,0 SE I Eficiencia DBO5 (%) Gráfica 21. Eficiencia de Remoción DBO5 por Error Bars show Mean +/- 1,0 SE I Eficiencia SST (%) Gráfica 22. Eficiencia de Remoción SST por 36

48 Error Bars show Mean +/- 1,0 SE I Eficiencia NKT (%) Gráfica 23. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total por Error Bars show Mean +/- 1,0 SE 1, I Eficiencia PT (%) , Gráfica 24. Eficiencia de Remoción Fósforo Total por 37

49 3.2.3 Gráficos de línea: Parámetros Tiempo DQOT Entrada (mg/l) I Días Gráfica 25. DQO Total Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA2 DQOT Salida (mg/l) I I Días Días Gráfica 26. DQO Total Salida Filtros Anaerobios - Tiempo 38

50 I DQOS Entrada (mg/l) Días Gráfica 27. DQO Soluble Entrada Filtros Anaerobios Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA2 DQOS Salida (mg/l) I I Días Días Gráfica 28. DQO Soluble Salida Filtros Anaerobios Tiempo 39

51 DBO5 Salida (mg/l) DBO5 Entrada (mg/l) I Días Gráfica 29. DBO5 Entrada Filtros Anaerobios Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA I I Días Días Gráfica 30. DBO5 Salida Filtros Anaerobios - Tiempo 40

52 I NKT Entrada (mg/l) Días Gráfica 31. Nitrógeno Total Entrada Filtros Anaerobios Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA I I NKT Salida (mg/l) Días Días Gráfica 32. Nitrógeno Total Salida Filtros Anaerobios - Tiempo 41

53 PT Entrada (mg/l) I Días Gráfica 33. Fósforo Total Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo 1.00 FAFA 1 FAFA1+FAFA2 PT Salida (mg/l) I I Días Días Gráfica 34. Fósforo Total Salida Filtros Anaerobios Tiempo 42

54 SST Entrada (mg/l) I Días Gráfica 35. SST Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA SST Salida (mg/l) I I Días Días Gráfica 36. SST Salida Filtros Anaerobios Tiempo 43

55 ph Entrada I Días Gráfica 37. ph Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA2 ph Salida I I Días Días Gráfica 38. ph Salida Filtros Anaerobios Tiempo 44

56 Caudal Entrada (ml/min) I Días Gráfica 39. Caudal Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo Caudal Salida (ml/min) FAFA 1 FAFA1+FAFA I I Días Días Gráfica 40. Caudal Salida Filtros Anaerobios Tiempo 45

57 TemperaturaSalida (ºC) Temperatura Entrada (ºC) I Días Gráfica 41. Temperatura Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo FAFA 1 FAFA1+FAFA I I Días Días Gráfica 42. Temperatura Salida Filtros Anaerobios - Tiempo 46

58 Eficiencia DQO Total (%) Eficiencia DQO Total (%) Gráficos de línea: Eficiencia de Remoción- Tiempo FAFA 1 FAFA I I FAFA1+FAFA I Días Gráfica 43. Eficiencia de Remoción DQO Total 47

59 Eficiencia DQO Soluble (%) Eficiencia DQO Soluble (%) FAFA 1 FAFA I I FAFA1+FAFA I Días Gráfica 44. Eficiencia de Remoción DQO Soluble 48

60 FAFA 1 FAFA 2 Eficiencia DBO5 (%) I I FAFA1+FAFA2 Eficiencia DBO5 (%) I Días Gráfica 45. Eficiencia de Remoción DBO5 49

61 FAFA 1 FAFA 2 Eficiencia SST (%) I I FAFA1+FAFA2 Eficiencia SST (%) I Días Gráfica 46. Eficiencia de Remoción Sólidos Suspendidos Totales 50

62 Eficiencia NKT (%) Eficiencia NKT (%) FAFA 1 FAFA I I FAFA1+FAFA2 I Días Gráfica 47. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total 51

63 0.00 FAFA 1 FAFA 2 Eficiencia PT (%) -2, I I -4, , FAFA1+FAFA I -2, Eficiencia PT (%) -4, , Días Gráfica 48. Eficiencia de Remoción Fósforo Total 52

64 Análisis de resultados ph Durante todo el estudio se observó un valor promedio de 7.22 a la entrada del sistema de filtros, 6.88 a la salida del filtro 1 y de 6.97 a la salida del filtro 2, lo que muestra que en el filtro 1 ocurre en su mayoría la solubilización y acidificación parcial de los compuestos complejos del agua residual (hidrólisis, acidogénesis) y en el filtro 2 el ph vuelve a aumentar, lo que indica una disminución del contenido de ácidos en la solución. Para todo el estudio este parámetro permaneció dentro del rango óptimo de 6.5 y 7.6 de operación de los FAFAs. Temperatura Este parámetro presentó un valor promedio de 22ºC, el cual se encuentra en el intervalo mesofílico (20 40ºC). Caudal Los resultados muestran un buen control del caudal de entrada, su valor fue relativamente constante en los filtros. Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO 5 ) Las mayores eficiencias de remoción se presentaron al evaluar los filtros ubicados en serie (FAFA 1 + FAFA 2) y al aumentar la COV aplicada. En los filtros individuales se observó eficiencias de remoción de materia orgánica más altas en el FAFA 1 que en el FAFA 2 y ubicados en serie aumentaron su eficiencia en un rango 53

65 de 17-35% con respecto a los filtros individuales; aumentar la COV de 0.7 a 1.26 Kg DQO/m 3 día, aumentó la eficiencia de remoción de los filtros en 5% para el FAFA 1; 20% para el FAFA 2 y 11% para el FAFA 1 + FAFA2 (ver tabla 4). Las variaciones en los parámetros de entrada se presentaron debido a las fluctuaciones en la concentración del agua residual proveniente de la universidad, aumento en época de estudio y disminución en temporada de vacaciones además de las diluciones producidas por la lluvia. Sólidos Suspendidos Totales Este parámetro presentó variaciones considerables, en la COV II la eficiencia de remoción de los sólidos fue baja, 16% en el FAFA 1; 6% en el FAFA 2 y 29% en FAFA 1 + FAFA 2. Para la COV III las eficiencias fueron bajas y negativas, - 4% en FAFA 1; 22% en FAFA 2 y 19% en FAFA 1 + FAFA 2. Se presentaron problemas con el FAFA 1, presentó inestabilidad en la retención de sólidos, esta biomasa salió en gran cantidad de este filtro, debido a esto la eficiencia negativa en el FAFA1 para la COV III, los filtros no fueron eficientes en la remoción de sólidos suspendidos totales. Nitrógeno y Fósforo Se presentaron variaciones significativas, los gráficos de eficiencia de remoción de estos parámetros muestran que hay mas eficiencias negativas que positivas lo que indica que los filtros no son eficientes para la remoción de éstos, lo anterior es consecuencia de la inestabilidad de los filtros en la retención de sólidos, esta biomasa sale de los filtros concentrada de los nutrientes (nitrógeno y fósforo). 54

66 55

67 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 Conclusiones Los FAFAs con medio de soporte en guadua son eficiente en la remoción de materia orgánica (DQO, DBO 5 ), individuales y en serie (ver tabla 4). Aumentar la carga orgánica volumétrica aumenta la eficiencia de remoción de materia orgánica de los filtros individuales y en serie (ver tabla 4). Con los filtros en serie FAFA 1 + FAFA 2 (duplicación del tiempo de retención hidráulica) se obtiene mayores eficiencias que individualmente (ver tabla 4). Tabla 4. Eficiencia de remoción (promedio) de materia orgánica de los FAFAs COV (Kg DQO/m 3 día) 0.7 () 1.26 (I) Parámetro Eficiencia Eficiencia Eficiencia FAFA 1 + FAFA 1 FAFA 2 FAFA 2 DQO total % % % DQO Soluble % % % DBO % % % DQO total % % % DQO Soluble % % % DBO % % % El sistema de filtros no es eficiente para la remoción de sólidos suspendidos totales y de los nutrientes nitrógeno y fósforo. 56

68 Se confirma el buen funcionamiento de la guadua como medio de soporte. Los resultados de la investigación demuestran que el filtro anaeróbico de flujo ascendente con medio de soporte en guadua, es una solución sencilla, eficiente y económica para el tratamiento de las aguas residuales. La sencillez en su construcción y operación lo hace adecuado para ser utilizado en nuestro medio, reduciendo la carga contaminante producida actualmente, contribuyendo a la recuperación de los recursos hídricos de la región. 4.2 Recomendaciones Realizar mantenimiento constante a los filtros: remoción de natas, de sólidos y sobrenadantes, filtrar en la salida del FAFA 1 para retener los sólidos que salen del filtro concentrados de los nutrientes nitrógeno y fósforo. Eventualmente realizar un retrolavado del material de empaque para evitar la colmatación del filtro (esta se presenta debido a la presencia de residuos con alto contenido de sólidos en suspensión). Para remoción de nitrógeno y fósforo, complementar el sistema de FAFAs (p.e. con un sistema aeróbico). 57

69 5 BIBLIOGRAFÍA 1. CARVAJAL BURBANO, María Ximena. Reactor anaerobio - aerobio a escala piloto para el tratamiento de aguas residuales domesticas. Memos de investigación. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. No 405. Bogotá, Septiembre, CASTAÑO ROJAS, Juan Mauricio. Consideraciones sobre diseño, arranque, operación y mantenimiento de filtros anaeróbicos de flujo ascendente. Revista SCIENTIA ET TECHNICA. Nº 18. Abril CASTAÑO ROJAS, Juan Mauricio. Influencia del medio de soporte en el comportamiento de filtros anaeróbicos de flujo ascendente bajo diferentes tiempos de retención hidráulica. Tesis de grado (Magíster en Ingeniería Sanitaria y Ambiental). Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. Postgrado en Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Santiago de Cali, Junio CASTAÑO ROJAS, Juan Mauricio y PAREDES CUERVO, Diego. Usos de aros de guadua en filtros anaerobios para el tratamiento de aguas residuales. Seminario taller avances en la investigación sobre guadua. Mayo y 18 de Disponible en internet: < 5. CORREA, Mauricio Andrés y SIERRA, Jorge Humberto. Remoción integrada de materia orgánica, fósforo y nitrógeno en un sistema de filtros (biofiltros) en serie anaerobio/ anóxico/ aerobio en condiciones dinámicas. Revista Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería. No 31, junio