aguas residuales (no completo)

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

EFICIENCIA DE UN REACTOR ANAEROBIO DE DOBLE CAMARA A ESCALA PILOTO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES. Anteproyecto de trabajo especial de grado presentado ante La Universidad del Zulia para optar al título de Ingeniero Químico. Br. Soto l., Benito A. Tutor Académico: Profa. Nancy Rincón L. Asesor Académico: Prof. Enrique Toncel Pacheco. Maracaibo, Marzo 2015 EFICIENCIA DE UN REACTOR ANAEROBIO DE DOBLE CAMARA A ESCALA PILOTO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES. Soto leal, Benito Antonio

V- 19.450.579. Urb. San Felipe

Sector5, vereda5, casa 7 Maracaibo, Estado Zulia Teléfono: 0426-4101778 E-mail: [email protected]

Tutora Profa. Nancy Rincón. [email protected]

Asesor Prof. Enrique Toncel. [email protected]

Br. Soto l., Benito A “EFICIENCIA DE UN REACTOR ANAEROBIO DE DOBLE CAMARA A ESCALA PILOTO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES”. Anteproyecto de trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero Químico, Tutora Profa. Nancy Rincón y Asesor Prof. Enrique Toncel, Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela, 2015.

RESUMEN

La investigación acerca de la remoción de carga orgánica en un sistema de tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo principal la evaluación del comportamiento de un reactor anaerobio de doble cámara (RADCA) como innovación tecnológica de los reactores UASB. Para esta remoción de carga orgánica intervienen los procesos bioquímicos y aspectos hidrodinámicos como las características de flujo, régimen de mezcla, tiempo de residencia, geometría del reactor, por otro lado las condiciones de flujo no ideal tales como cortos circuitos, zonas muertas y recirculación interna afectan

su desempeño. La eficiencia del RADCA será evaluada a través de la determinación de parámetros físicos-químicos como pH, alcalinidad, DQO, DBO, temperatura, entre otros. El RADCA se alimentara de agua residual municipal (ARM) de la ciudad de Maracaibo, Venezuela; donde se inoculará cada una de las cámaras con lodo granular al 20% v/v proveniente de una cervecería local y se evaluara el tiempo de retención hidráulica en la fase liquida y en operación. La eficiencia de remoción se determinara a través del DQOt del RADCA y con la producción de biogás.

Palabras Clave: reactor anaerobio de doble cámara, tiempo de retención hidráulica, zonas muertas, biogás, lodo granular.

E-mail: [email protected]. Contreras P., Lía C. “EFFICIENCY OF AN ANAEROBIC REACTOR CHAMBER OF DOUBLE PILOT SCALE IN MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT”. Anteproyecto de trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero Químico, Tutora Profa. Nancy Rincón y Asesor Prof. Enrique Toncel, Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela, 2015.

ABSTRACT

Research on removal of organic load on a system of wastewater main objective evaluation of the performance of an anaerobic reactor Dual Camera (RADCA) and technological innovation of UASB reactors. For this organic load removal biochemical processes involved and hydrodynamic aspects such as flow characteristics, mixing regime, residence time, reactor geometry, on the other hand the non-ideal flow conditions such as short circuits, dead zones and internal recirculation affect their performance. RADCA efficiency will be assessed by the determination of physical chemical parameters such as pH, alkalinity, DQO, DBO, temperature, among others. The RADCA feeding on municipal wastewater (ARM) of the city of Maracaibo,

Venezuela; where it was inoculated each of the cameras with granular sludge to 20% v/v from a local brewery and the hydraulic retention time is evaluated in the liquid phase and operation. The removal efficiency is determined through the RADCA DQOt and biogas production.

Key Words: anaerobic reactor dual chamber hydraulic retention time, dead zones, biogas, granular sludge.

E-mail: [email protected].

INDICE GENERAL RESUMEN............................................................................................................3 ABSTRACT...........................................................................................................4 INDICE GENERAL................................................................................................5 INDICE DE FIGURAS...........................................................................................9 CAPITULO I: EL PROBLEMA.........................................................................................10 1.1.

Planteamiento del problema...............................................................................10

1.2.

Objetivos.............................................................................................................12

1.2.1.

Objetivo General...........................................................................................12

1.2.2.

Objetivos Específicos...................................................................................12

1.3.

Tipo de Investigación..........................................................................................12

1.4.

Justificación.........................................................................................................12

1.5.

Delimitación.........................................................................................................14

1.5.1.

Delimitación Espacial...................................................................................14

1.5.2 Delimitación Temporal......................................................................................14 1.6.

Alcance................................................................................................................14

1.7.

Viabilidad.............................................................................................................15

CAPITULO II: MARCO TEORICO...................................................................................16 2.1.

Antecedentes......................................................................................................16

2.1.1.

Antecedentes del desarrollo de la tecnología UASB...................................16

2.1.2.

Antecedentes reactores UASB modificados y dos etapas..........................17

2.2.

Fundamentos Teóricos........................................................................................18

2.2.1.

Aguas Residuales........................................................................................18

2.2.2.

Características de las Aguas Residuales.....................................................19

2.2.2.1.

Temperatura...........................................................................................19

2.2.2.2.

Compuestos Organicos Volatiles (COV)...............................................19

2.2.2.4.

pH y Alcalinidad.....................................................................................20

2.2.2.5.

Metano...................................................................................................20

2.2.2.6.

DBO5......................................................................................................20

2.2.2.7.

DQO.......................................................................................................20

2.2.2.8.

Ácidos Grasos Volátiles (AGV)..............................................................21

2.2.2.9.

Nutrientes...............................................................................................21

2.2.2.10. Nitrógeno...............................................................................................21 2.2.2.11. Fósforo...................................................................................................22 2.2.3.

Digestión anaerobia.....................................................................................22

2.2.4.

Reactor UASB..............................................................................................22

2.2.5.

Ventajas y Desventajas de los reactores UASB..........................................23

2.2.6.

Caudal, Carga orgánica Volumétrica y Tiempo de retención hidráulico......24

2.2.7.

Perfil de lodos...............................................................................................24

2.2.8.

Velocidad de sedimentación.........................................................................25

2.2.9.

Tamaño y forma de los gránulos..................................................................25

2.3.

Descripción General y Específico del Proceso...................................................26

2.4.

Hipótesis..............................................................................................................27

CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO....................................................................27 3.1.

Diseño de la Investigación..................................................................................27

3.2.

Población y Muestra............................................................................................27

3.3.

Procedimiento Experimental...............................................................................28

3.3.1.

Configuración del sistema de tratamiento....................................................28

3.3.2.

Inoculación...................................................................................................28

3.3.3.

Materiales y Métodos...................................................................................29

3.3.3.1.

pH..........................................................................................................29

3.3.3.2.

Alcalinidad..............................................................................................29

3.3.3.3.

Demanda Química de Oxigeno (DQO).................................................30

3.3.3.4.

Demanda Biológica de Oxigeno (DBO5.20).............................................31

3.3.3.5.

Nitrógeno Total.......................................................................................31

3.3.3.6.

Fosforo Total (PT)...................................................................................31

3.3.3.7.

Cloruros.................................................................................................31

3.3.3.8.

Sulfatos..................................................................................................32

3.3.3.9.

Oxígeno Disuelto (OD)..........................................................................32

3.3.3.10. Ácidos Grasos Volátiles (AGV)..............................................................32 3.3.3.11. Relación C:N:P.......................................................................................33 3.3.3.12. Metano...................................................................................................33 3.3.3.13. Solidos Suspendidos Totales (SST), Solidos Suspendidos Volátiles (SSV) y Solidos Suspendidos Fijos (SSF).............................................................33 3.3.4.

Determinacion del volumen del biogas........................................................34

3.3.5.

Determinación del tamaño del granulo........................................................34

3.3.6.

Determinación de la velocidad de sedimentación del lodo..........................35

3.3.7.

Determinación de la Gravedad Específica del Lodo....................................35

CAPITULO IV: MARCO ADMINISTRATIVO...................................................................36 4.1.

Recursos Humanos.............................................................................................36

4.2.

Recursos Técnicos..............................................................................................36

4.3.

Recursos Financieros.........................................................................................37

4.4.

Cronograma de Actividades................................................................................37

INDICE DE TABLAS Tabla

Página 1

Clasificación de las Aguas Residuales

18

2

Factor de corrección de la temperatura

35

3

Cronograma de actividades

36

INDICE DE FIGURAS Figura

Página

1 Reactor UASB

23

2 Clasificación y tipo de lodos

25

3 Esquema de la unidad experimental

26

9

CAPITULO I: EL PROBLEMA

1.1.

Planteamiento del problema

La escasez de agua afecta ya a todos los continentes. Alrededor de 1,2 mil millones de personas, es decir casi una quinta parte de la población mundial, viven en áreas de escasez física, y 500 millones de personas se están acercando a esta situación. Otros 1.6 mil millones de personas, es decir casi una cuarta parte de la población mundial, se enfrentan a la escasez económica de agua (donde los países carecen de la infraestructura necesaria para llevar el agua desde los ríos y acuíferos. [1] Por otra parte en Latinoamérica donde tres cuartas partes de las aguas fecales o residuales vuelven a los ríos y otras fuentes hídricas, creando un serio problema de salud pública y para el medio ambiente, según advierten expertos del Banco Mundial. El problema es especialmente preocupante en una región como la latinoamericana, donde el 80% de la población vive en ciudades, y una gran parte en asentamientos cercanos a fuentes contaminadas. También hay serias implicaciones ecológicas. Latinoamérica es una de las regiones más biodiversas del mundo y es dueña nada menos que de un tercio de las fuentes de agua del mundo, La contaminación Del agua atenta contra ese orden.[2] El estudio indicó que en Latinoamérica carecen de información completa sobre aguas residuales, sólo estaba disponible en 9 de 32 países, alrededor del 20 % de las aguas residuales son tratadas "en parte porque muchos países latinoamericanos no tienen bien desarrollado sistemas de recuperación y tratamiento". El estudio también señaló que en los países más desarrollados el 70 % de las aguas residuales son tratadas mientras que en los países con ingresos medio el tratamiento se sitúa entre el 38 y el 28 % y en los países más pobres a sólo el 8 %.[3] La problemática del agua a nivel mundial nos ha afectado a nosotros a pesar de que somos un país con dos cuerpos de agua dulce como el lago de valencia y el de Maracaibo, los riachuelos y los manantiales ubicados en los estados Trujillo y Mérida, todos estos recursos nos convierte en un país conformado con gran parte de agua accesible. La mayor parte de estos cuerpos de agua son usados como el lugar de

10 desechos de las aguas residuales de los estados Zulia y valencia, mas sin embargo seguimos teniendo agua accesible pero el problema de las aguas haciéndose cada vez más grave porque no

tenemos formación

residuales va en el área del

tratamientos de estas aguas residuales de manera de recuperar las aguas contaminadas para lograr un equilibrio en el ecosistema. Unos de los tratamientos anaerobios propuesto para esta problemática son los reactores de flujo ascendente U.A.S.B. (por sus siglas en inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket) que son económicos comparados con otros tratamiento de aguas residuales y son muy eficientes. Los detalles tecnológicos de estos reactores y los procedimientos contractuales se han afinado en estos últimos 10 años, y los sistemas UASB representan hoy en día más de 50 % de las plantas compactas de tratamiento en poblaciones de tamaño medio, entre 5.000 y 50.000 habitantes, con eficiencias de remoción del 75 al 80%, con costos de inversión del orden de 20.000 US$ por litro por segundo tratado, y costos de operación y mantenimiento del orden de 1 a 2 US$ por vivienda por mes. Las plantas UASB son a menudo complementadas por sistemas aerobios sencillos de pos tratamiento, como filtros percoladores o lagunas, que incrementan el costo en un 25 % pero permiten lograr una remoción global del 90%.[4] Los reactores U.A.S.B. a pesar de que tienen una buena relación costo beneficio no son aplicados a tratamientos de agua residual domesticas de nuestra ciudad de allí la preocupación por la investigación de nuestro proyecto. El presente proyecto evaluaremos el comportamiento de un reactor U.A.S.B. por un cierto periodo de tiempo y así comprobar la eficiencia que nos proporciona y nos asegura el proveedor en las especificaciones y así proponer este tratamiento para las aguas residuales de nuestra ciudad. ¿Será eficiente la utilización de un reactor anaerobio de doble cámara (RADCA) a escala piloto en el tratamiento de aguas residuales municipales de Maracaibo?

11 1.2.

Objetivos

1.2.1. Objetivo General Evaluar la eficiencia de un reactor anaerobio de doble cámara (RADCA) en la remoción de componentes biológicos. 1.2.2. Objetivos Específicos. 

Determinar las propiedades fisicoquímicas del agua residual de la ciudad de Maracaibo – Venezuela, a través de una caracterización durante el arranque y



operación del RADCA a flujo continuo y escala piloto. Analizar el comportamiento del reactor anaerobio de doble cámara a flujo continuo a escala piloto en la remoción de materia orgánica a distintos tiempos



de retención hidráulico. Comparar los resultados obtenidos con el reactor anaerobio a flujo continuo a escala piloto, con otras investigaciones que hayan utilizado reactores anaerobios



en la modalidad de flujo continuo y con el filtro biológico a flujo discontinuo. Evaluar la eficiencia del Reactor anaerobio de Doble Cámara (RADCA) operando a diferentes tiempos de retención hidráulica.

1.3.

Tipo de Investigación.

La investigación realizada es de tipo evaluativo debido a que se desea evaluar el comportamiento de del reactor anaerobio de doble cámara RADCA a través de mediciones de parámetros físicos químicos en aguas residuales municipales con diferentes tiempos de retención hidráulica. Esto tiene por objeto conocer el mejor tiempo de retención hidráulica para la mayor remoción de carga orgánica y así conocer la eficiencia de dicho reactor.

1.4.

Justificación

En nuestra sociedad actual es un imperativo restaurar la calidad del agua usada y descargada por las industrias, para la protección del medio ambiente. Todas las posibilidades para encontrar tratamientos económicos y prácticos deben ser

12 consideradas, en particular los tratamientos biológicos, por la capacidad de biodegradar los compuestos contaminantes a intermediarios sencillos. Dentro de ellos, el tratamiento anaerobio es el más ventajoso.[5] El proceso de tratamiento anaerobio ha sido ampliamente conocido por su capacidad para convertir desechos en productos útiles, como metano, una excelente fuente de energía. Los sistemas de tratamiento anaerobios modernos son flexibles, aplicándose para un amplio rango de aguas residuales de composición simple o compleja, con cargas orgánicas bajas, moderadas o altas a diferentes rangos de temperatura. El desarrollo del reactor anaerobio adaptando una nueva tecnología como es el caso del reactor UASB de doble cámara, que garantice la remoción de la materia orgánica en estas aguas, representa la principal ventaja de la digestión anaerobia como sistema de tratamiento de aguas residuales de alta carga, las cuales son capaces de causar diferentes problemas ecológicos y de salud ocasionado por el vertido de estas aguas sin tratamiento previo.[6] Es importante señalar que en nuestro país no hay evidencias de estudios realizados con anterioridad para esta modificación de la tecnología UASB en el tratamiento de aguas residuales crudas y reales, por esto es sumamente importante la determinación de los diferentes parámetros operacionales de este diseño en particular, para su posterior uso a escalas reales para el tratamiento de estas aguas. La evaluación de esta modificación a la tecnología UASB se debe, principalmente a la separación de las etapas que se dan en la digestión anaerobia para obtener así una mayor eficiencia en la remoción de la DQO soluble en el segundo reactor, además de su bajo costo de mantenimiento, relativa simplicidad , no requiere ningún tipo de energía electromecánica (con excepción de la bomba de alimentación), alta concentración de microorganismos en su interior soportando altas cargas orgánicas, muestran bajas sensibilidad a los cambios en la alimentación, además de los bajos costos de operación los cuales se ven disminuidas de un 30 a un 60% cuando se introduce una o más etapas anaerobias en los sistemas de depuración. Para la ciudad de Maracaibo que posee el Lago de Maracaibo (considerado el más grande de América del Sur), la implementación de un reactor anaeróbico de doble

13 cámara es una excelente opción ya que este garantiza en forma eficiente la trasformación de la materia orgánica y poder mitigar el impacto ambiental generado en dicho Lago. 1.5.

Delimitación.

1.5.1. Delimitación Espacial. El sistema del tratamiento anaerobio fue ubicado en las instalaciones del Centro de Investigaciones del agua (CIA) de la Facultad de Ingeniería de La Universidad del Zulia (LUZ) y alimentado con Aguas Residuales Municipales (ARM) del colector C que recoge las aguas de la zona noroeste de la ciudad de Maracaibo-Venezuela. En el Departamento de Ingeniería Sanitaria Ambiental (DISA) cuenta con los equipos necesarios para realizar el análisis de los parámetros físicos-químicos de las muestras del agua residual.

1.5.2 Delimitación Temporal. Inicia en Octubre del 2014 y culmina en Mayo del 2015 para conocer la eficiencia del reactor anaerobio de doble cámara (RADCA) en el tratamiento de aguas residuales municipales de Maracaibo. 1.6.

Alcance.

El alcance de este proyecto es obtener agua con la mayor remoción de DQO que cumpla con los requisitos mínimos y comprendidos dentro de la Normativa Ambiental Venezolana 883 para su posterior utilización, como mínimo se quiere lograr un agua que pueda ser vertida en cuerpos de aguas naturales y como máximo que se logre la reutilización, posterior a tratamientos, en riegos de árboles de ornamentación. 1.7.

Viabilidad.

Se estudia mediante un análisis FODA (Fortalezas, Oportunidades, Debilidades, Amenazas). A continuación se presentan las fortalezas de esta investigación:

14



El sistema para el funcionamiento del reactor RADCA a escala piloto se encuentra ubicado alrededor del colector C en el Centro de Investigación del Agua (CIA) dentro de la Universidad del Zulia, por donde circulan las aguas residuales de Maracaibo, haciendo esto más fácil el monitoreo y bombeo de dicha agua al reactor sin problemas, ya que este opera continuamente.



El Departamento de Ingeniería Sanitaria Ambiental (DISA) cuenta con los laboratorios dotados de equipos necesarios para realizar el análisis y la evaluación de los parámetros que se consideraron determinar en las aguas residuales.



Se cuenta con el personal capacitado dentro del DISA como Doctores de Ingeniería Ambiental, Magísteres e Ingenieros Químicos.

Oportunidades de la investigación: 

La elaboración de esta investigación crea la oportunidad de aportar nuevos conocimientos en las modificaciones de los reactores UASB para su optimización y posterior utilización a escala industrial.



Esta investigación genera la creación de otros proyectos e investigaciones para mejorar la calidad de vida y la calidad ambiental de la Ciudad de Maracaibo

Se presentan las debilidades de esta investigación: 

No se cuenta con un monitoreo mecánico del llenado del tanque de almacenamiento por lo que se debe realizar personalmente y evitar que se derrame o que se quede totalmente vacío y evita que el sistema continúe su proceso.

En cuanto a las amenazas de la investigación: se tiene el riesgo de que alguno de los equipos involucrados se dañen o sean sustraídos por falta de infraestructura para resguardar la seguridad de los equipos, también se cuenta con escases de reactivos y altos costos de los mismos. Por lo tanto de forma general se puede decir que la investigación es viable puesto que se cuenta con los recursos humanos, técnicos y financieros necesarios para llevarla a cabo.

15 CAPITULO II: MARCO TEORICO 2.1.

Antecedentes.

2.1.1. Antecedentes del desarrollo de la tecnología UASB. el sistema UASB seguido de cualquier alternativa de pos tratamiento resulta hasta 30 % más barato que el uso del proceso completa- mente aerobio, la diferencia entre países como Chile y Brasil, ya que mientras en el primero se ha priorizado la implantación de lodos activados quizá por las condiciones climáticas más desfavora- bles comparadas con el resto de países de la región (Hidrosan, 2009), el segundo ha optado por los lodos activados en las grandes ciudades, aunque ha cobrado gran auge la utilización de sistemas anaerobios, en particular del UASB solo o combinado con sistemas como los filtros percoladores, contándose solamente en el Estado de Paraná con más de 1.000 PTAR con esta tecnología; además cuenta con la mayor PTAR con tecnología UASB del mundo, ubicada en la ciudad de Belo Horizonte, con un caudal de 700 L/s . En general, un sistema de tratamiento que permita manejar el problema de la contaminación del agua debería, en lo posible, satisfacer requisitos como simplicidad en el diseño, uso de equipos o ins- talaciones no sofisticadas, bajo consumo de energía y alta eficiencia de tratamiento; sin embargo, no existe una solución milagrosa o perfecta que permita resolver cualquier tipo de problema de contaminación, pues cada uno presenta sus particularidades.[7] (Aporte aproximación del costos de un reactor usasb). Tiempo de retención hidráulico.- Estudios realizados para el tratamiento de efluentes porcícolas como el de reportan un 71% de remoción de DQO para un biodigestor operando a un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 15.9 días, menores eficiencias de remoción fueron obtenidas en otros digestores anaerobios: 24% DQO con TRH de 15 días y 15% de DQO a un TRH de 45 días (Techio et al., 2011). Mayor eficiencia de remoción de DQO (91%) y una remoción de NT (56%) fue obtenida en una laguna anaerobia con un TRH de 55 días, ). Se observa que en estos casos la eficiencia de remoción no depende del TRH aplicado, ya que no existe una correlación entre la remoción de materia orgánica (DQO) y el TRH, Remoción de macronutrientes en el tratamiento de aguas residuales porcícolas por lo que pueden existir otros factores de

16 operación como la temperatura, mezclado, carga orgánica volumétrica (COV) entre otros, que afectan la eficiencia de remoción de materia orgánica en estos procesos.[8] (aporte comparacion de tiempo de retencion y remocion de DQO). Estudios realizados desde la década del 90 a escala de laboratorio y planta piloto, han demostrado la potencialidad de la tecnología anaerobia para el tratamiento de estas aguas residuales ; sin embargo, se ha evidenciado inestabilidad del proceso debido fundamentalmente a factores ambientales (pH, alcalinidad bicarbonática, ácidos grasos volátiles y capacidad buffer) y tipo de inóculos disponibles (cantidad y calidad). Estos factores, junto con las características del agua residual (composición, concentración, nivel de degradación) y aspectos de diseño y de operación afectan significativamente el arranque y la estabilidad de los reactores biológicos. El control de estos factores garantiza una mayor activi- dad de la biomasa y, por consiguiente, mejores eficiencias de remoción de la materia orgánica. Desde el punto de vista del inóculo, el tiempo de arranque de los reactores anaerobios será menor si el inóculo utilizado tiene una alta actividad metanogénica específica (AME) y está adaptado a los sustratos presentes en el agua residual.[9] ( aporte obtencion de imformacion a la hora de seleccionar el inoculo) 2.1.2. Antecedentes reactores UASB modificados y dos etapas

En el 2011, Rincón y col. Se evaluó el comportamiento hidráulico de un reactor anaerobio de doble cámara (RADCA) de 534,5 L (cámara 1=305 L y cámara 2= 229,5 L) como innovación tecnológica de los reactores UASB. El RADCA fue alimentado con agua residual municipal (ARM) de la ciudad de Maracaibo, Venezuela; cada una de las cámaras fueron inoculadas con lodo granular (20% v/v) proveniente de una cervecería local. La evaluación hidráulica se realizó en la fase líquida y en operación utilizando Li+ (LiCl) como trazador aplicado de forma instantánea en el afluente a tiempo de retención hidráulico teórico (TRHt) de 6 horas; 3,4 h en la cámara 1 y 2,6 para la cámara 2. El RADCA describió un flujo pistón en ambas cámaras y una eficiencia hidráulica cercana a la unidad (1) indicando una presencia casi nula de zonas muertas. La eficiencia de remoción de la DQO total (DQOT) del RADCA se mantuvo en el rango de 59,77% a 74,64% con un promedio de 68,26%. Para las cámaras 1 y 2 la eficiencia promedio fue

17 60,4 y 20,94% con una producción de biogás (L/h) de 2,768 y 0,541 respectivamente. [10] (Aporte comparacion de las condiciones del reactor y el % de remocion) 2.2.

Fundamentos Teóricos

2.2.1. Aguas Residuales También llamadas aguas negras, son una mezcla compleja que contiene, por lo común, más de un 99% de este líquido junto con contaminantes de naturaleza orgánica e inorgánica, tanto en suspensión como disueltos, en proporciones tales que la densidad relativa de esta solución diluida es similar a la del agua pura. La producción de aguas residuales depende de la fuente que las genera. En tal sentido, las mismas se clasifican en: Tabla 1 Clasificación de las Aguas Residuales (A)

(B)

(C)

De origen agrícola

De origen doméstico

De origen industrial

Suelen contaminadas

estar Contienen los residuos Constituyen la primera con del

aseo

restos de pesticidas y excretas abonos químicos.

personal, fuente de contaminación

humanas

y de las aguas dado que

limpieza del hogar.

las industrias utilizan el agua en mayor cantidad en sus procesos.

2.2.2. Características de las Aguas Residuales

En líneas generales, las aguas residuales presentan las siguientes características: 

Tienen alterado el estado natural de su composición.



Presentan grandes concentraciones de sustancias orgánicas y químicas.



Poseen bajo o nulo con te ni do de oxígeno disuelto.

18 

Son corrosivas, de mal sabor, producen enfermedades y hasta la muer te de los seres vivos que las consumen.



Presentan modificación en las propiedades físicas, químicas y biológicas naturales.



Son sucias y presentan mal olor.

2.2.2.1.

Temperatura

Suele ser superior a la del agua de consumo, por el aporte de agua caliente procedente del aseo y las tareas domésticas. Oscila entre 10 ºC y 21 ºC, con un valor medio de 15ºC.[11]

2.2.2.2.

Compuestos Organicos Volatiles (COV)

Los compuestos orgánicos volátiles (COVs), a veces llamados VOC (por sus siglas en inglés), son compuestos orgánicos constituidos fundamentalmente por carbono, que se convierten fácilmente en vapor o gas y que tienen a 20º C una presión de vapor igual o mayor a 0,01 kPas, o una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso. En general son compuestos con puntos de ebullición que oscilan entre 50 y 260º C .[12] 2.2.2.4.

pH y Alcalinidad.

El pH : la actividad biológica se desarrolla dentro de un intervalo de pH generalmente estricto. Un pH que se encuentre entre los valores de 5 a 9, no suele tener un efecto significativo sobre la mayoría de las especies, aunque algunas son muy estrictas a este respecto.De este modo, un efluente con pH adverso puede alterar la composición y modificar la vida biológica de las aguas naturales. Alcalinidad: Nos mide la cantidad de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos presentes en el agua. Estos iones se neutralizan con elementos como el calcio, magnesio, sodio, potasio, amoníaco, etc. El agua residual suele tener un cierto grado de alcalinidad, cuyo origen es el agua de suministro y el aporte por las sustancias de uso doméstico.[11] 2.2.2.5.

Metano

Es el principal subproducto de la degradación anaerobia de la materia orgánica de las aguas residuales. Es un hidrocarburo incoloro, inodoro y de gran valor como combustible.[11]

19

2.2.2.6.

DBO5

Es una prueba analítica que permite determinar el contenido de materia orgánica biodegradable en una muestra de aguas residuales midiendo el consumo de oxigeno por una población microbiana heterogénea (durante 5 días generalmente), a una temperatura de incubación de 20ºC y en presencia de nutrientes. 2.2.2.7.

DQO

Es una medida de la materia orgánica en la muestra equivalente, a la cantidad de oxigeno que se puede oxidar químicamente en un medio ácido. Puede relacionarse con la DBO5. La oxidación se realiza con un agente oxidante fuerte en un medio ácido. Tiene la misma importancia que la DBO 5.

2.2.2.8.

Ácidos Grasos Volátiles (AGV)

Son la mayoría de los productos intermedios de la digestión anaeróbica del material degradable a metano: ácidos acético, propiónico, butírico y valérico. Se mide en mg Ac. Acético/L.[13]

2.2.2.9.

Nutrientes

A fin de continuar sus funciones vitales adecuadamente, un organismo debe tener una fuente de energía y de carbono para la síntesis de nueva materia celular. Los elementos inorgánicos, tales como el nitrógeno y el fósforo, y otros elementos que se encuentran a nivel de vestigios como el azufre, potasio, calcio y magnesio son también vitales para la síntesis celular.

2.2.2.10. Nitrógeno En aguas residuales el nitrógeno puede hallarse en cuatro estados de oxidación: Nitratos, nitritos, amonio y nitrógeno orgánico. Todas estas formas de nitrógeno, además del nitrógeno gaseoso, son biológicamente interconvertibles y forman parte de su ciclo. La química del nitrógeno es compleja debido los varios estados de oxidación que puede asumir el nitrógeno (presenta siete estados de oxidación).

20 

Nitrógeno Total

El nitrógeno total es la suma del nitrógeno orgánico y el nitrógeno amoniacal, pueden analizarse juntos y son determinados como el nitrógeno Kjeldahl, término que hace referencia a la técnica usada en su determinación. 

Nitrógeno amoniacal

Es todo el nitrógeno existente en el agua como amoniaco o el ión amonio dependiendo del pH. NH3 + H2O←⎯→NH4 + OH-

2.2.2.11. Fósforo El fósforo se encuentra en las aguas naturales y residuales solo como fosfato. Las formas de fosfatos tienen variedad de oxígeno. Pequeñas cantidades de fosfatos condensados son usadas en lavanderías y otras limpiezas, porque estos materiales son los mejores constituyentes de muchos limpiadores comerciales. 2.2.3. Digestión anaerobia La materia orgánica en ausencia de oxígeno molecular, nitratos y sulfatos es convertida a metano y dióxido de carbono por la combinación de la actividad de diferentes grupos de microorganismos. En el proceso intervienen microorganismos facultativos y anaerobios estrictos.

 Metanogénesis La última etapa de la digestión anaerobia se lleva a cabo por la actividad de un grupo de bacterias conocido como, bacterias metanogénicas. Los representantes de este grupo son anaerobios estrictos.[14] 2.2.4. Reactor UASB La abreviación U. A. S. B. se define como Upflow Anaerobic Sludge Blanquet o Reactor Anaerobio de Manto de Lodos de Flujo Ascendente. Esta tecnología

21 proveniente de Bélgica y Holanda, es aplicada especialmente al tratamiento de aguas residuales con alto contenido de materia orgánica. El reactor UASB, fue desarrollado en Holanda por Lettinga y sus colaboradores en los años 70.El diseño de un reactor UASB consiste en una zona de reacción en la parte inferior, en la que se acumula la biomasa, la de mejor sedimentabilidad en el fondo y encima los lodos más ligeros. La operación de los reactores UASB se basa en la actividad autorregulada de diferentes grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y se desarrollan en forma interactiva, formando un lodo o barro biológicamente activo en el reactor.En el reactor existe una zona de reacción compartida internamente y un separador de biogás. El agua residual se distribuye en todas las secciones de reacción y en el manto de lodos, en esta sección los contaminantes orgánicos son convertidos en biogás. El biogás provee una adecuada mezcla en el lecho y se recolecta en las tres fases. Trabaja con altas concentraciones de concentración de biomasa del orden de 20 – 30 Kg biomasa m3

(

5 Kg DQO ¿ m3

o mejores y con tiempos de retención hidráulica de 10

horas. Cuando un reactor UASB ya está funcionando a plena capacidad y el lodo es activo, se establecen dos partes definidas: El lecho donde se encuentran las altas concentraciones de sólidos y el Manto de lodos producido por el flujo ascensional del afluente a través del lecho por la mezcla que establece el gas producido en el lodo. El manto de lodos es la zona de mayor turbulencia en la que se encuentran partículas que sedimentan y otras que ascienden hasta que se liberan del gas y sedimentan. En la Fig 1 se observan las partes del reactor UASB y su mecanismo de funcionamiento a escala piloto.[14]

22

Figura 1. Reactor UASB 2.2.5. Ventajas y Desventajas de los reactores UASB Ventajas 

Menor producción de lodos.



Menores costos de operación.



Convierte el 95% del C en biogás, 5% es transformado en biomasa microbiana.



El 90% de la energía es retenida como CH 4, del 5 – 7% es almacenada en la biomasa.



No requiere energía.



Acepta altas cargas orgánicas.



Degrada compuestos policlorados.



Requerimiento bajo de nutrientes.



Requiere pequeña área superficial.



El lodo anaerobio puede ser preservado (inactivo) por muchos meses sin serios deterioros.



Una efectiva separación del biogás, desagüe y el lodo.



El lodo anaerobio presenta una buena capacidad de sedimentación y principalmente, se desarrolla como un lodo granular.

Desventajas 

Requiere largos periodos de arranque, si no se cuenta con lodo adaptado.

23 

Por ser recientemente establecidos, tienen bajo desarrollo para aplicaciones específicas y existe poca experiencia práctica, sin embargo la situación respecto a esto está cambiando rápidamente.

2.2.6. Caudal, Carga orgánica Volumétrica y Tiempo de retención hidráulico El caudal es físicamente de gran importancia ya que mide la velocidad superficial del líquido en el interior del reactor, condicionando la sedimentación y por lo tanto, la retención de biomasa. En ocasiones un incremento en el caudal conlleva a un aumento de carga orgánica aplicada, este se mide en volumen por unidad de tiempo. El tiempo de retención hidráulico se expresa en unidades de tiempo, y es el caudal de afluente por unidad de volumen efectivo del reactor, este tiene gran importancia ya que afecta la producción de lodos dentro del reactor. 2.2.7. Perfil de lodos Es una medida de la concentración de SST y SSV y su relación con la altura del reactor, permite el cálculo de la cantidad absoluta de lodo en el reactor. Este valor junto Kg DQO ∗dia con la actividad metanogénica específica, delimita la carga máxima ( ) m3 aplicable al sistema después de alcanzada la estabilidad en el reactor, la actividad del lodo permanecerá constante, pero el contenido de lodo aumenta regularmente. Cuando el reactor llega a un estado estable el lodo se divide en lecho (altas concentraciones de sólidos) y manto de lodos (originado por el flujo ascensional). Algunos tipos de lodos se muestran en la siguiente figura.

24 Figura 2. Clasificación y tipo de lodos

2.2.8. Velocidad de sedimentación La velocidad de sedimentación indica la rapidez con que se sedimenta el lodo expresado en m/h. La elevada velocidad de sedimentación es determinante para mantener altas concentraciones de lodo biológico dentro del reactor.

2.2.9. Tamaño y forma de los gránulos La formación de los gránulos es una importante condición para el servicio eficiente y económico de reactores UASB. Se pueden desarrollar diferentes formas de lodo granular, tales como bastón, filamentosos y "con puntas", esto depende de varios aspectos como son la composición del sustrato y la naturaleza de la puesta en marcha. Para determinar el tamaño y la forma de un lodo, inicialmente se realiza un análisis microscópico de una muestra representativa de cada punto de muestreo seleccionado en el sistema. La muestra previamente lavada, ya que el color oscuro del lixiviado impide la correcta observación de la distribución de los gránulos. Se determina un promedio del tamaño medio observado midiendo su longitud en importancia y además se realiza un sondeo de las diferentes formas que el lodo presenta. Esta forma de interpretación permite un estudio bidimensional de la forma.[14] 2.3.

Descripción General y Específico del Proceso.

La investigación se realizó en un RADCA, a escala piloto, con un volumen util de 542,5 L y un volumen útil de 482 L, el reactor está dividido en dos cámaras; cámara 1 con un volumen de 310 L y cámara 2 con 172 L, construido en acrílico (figura 3); la base de las cámaras tienen forma de cono truncado, en la cual están distribuidas uniformemente 5 entradas para alimentar el sistema y garantizar un buen contacto entre el afluente y biomasa presente en el lodo, cada cámara cuenta con un separador gas-sólido- líquido (SGSL). Para succionar el agua del colector se usó una bomba periférica autocebante de 1 HP dotada de un programador horario de 10 eventos alimentando un tanque de 1200 L

25 cada 2,4 horas; de éste tanque se alimentaba el sistema con un caudal constante con la ayuda de una bomba peristáltica marca Cole Parmer modelo 7553-70 de 6-600 rpm con doble cabezal y para recolectar el biogás se usó un dispositivo de desplazamiento de agua como se muestra en la figura 3.[10]

Figura 3. Esquema de la unidad experimental a) vista lateral del RADCA con sus componentes, b) Vista frontal RADCA

2.4.

Hipótesis.

El reactor de doble cámara RADCA garantizara la remoción eficiente de la materia orgánica presente en las aguas residuales que alimentan al colector C de la ciudad de Maracaibo.

CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO

3.1.

Diseño de la Investigación.

Para el diseño de la investigacion se necesita conocer el donde y cuando se recopila la informacion , en este caso, el donde de el diseño es de campo porque la fuente de recoleccion de las muestras es en su ambiente natural, para luego ser llevadas a analizar al laboratorio del D.I.S.A. ubucado en la Facultad de Ingenieria. El cuando del diseño se refiere a la perspectiva temporal, el diseño es contemporaneo porque se obtiene la informacion de un evento actual y es diseño evolutivo porque se hacen

26 mediciones repetidas y se estudia el proceso a lo largo del tiempo. La amplitud de la investigacion es de tipo univariable ya que está orientada al estudio de un solo evento siendo este la eficiencia del reactor anaeróbico RADCA de remover la materia orgánica presente en ella. Para el caso de que la investigación sea evaluativa se deben tomar en cuenta otros parámetros para la clasificación de los diseños los cuales tienen que ver con el control de las variables utilizado, patrón de comparación, numero de mediciones, etc. 3.2.

Población y Muestra

La población o universo se refiere al conjunto para el cual serán válidas las conclusiones en este caso como lo que estamos evaluando es el reactor y para evaluar cuan eficiente es debemos compararlo con otros reactores nuestra población seria los reactores existentes y nuestra muestra el reactor que estamos evaluando debido que es al que le realizamos los análisis. 3.3.

Procedimiento Experimental

3.3.1. Configuración del sistema de tratamiento Se utiliza un reactor construido con acrílico, que consta de dos cámaras, la primera (reactor 1) tiene un volumen de 310 L y la segunda (reactor 2) tiene un volumen de 172 L, para un sistema con volumen total de operación de 482 L. Para la alimentación del sistema se utiliza una bomba peristáltica, la cual se ajusta para el tiempo de retención estipulado para el tratamiento, con un rango de variación comprendido entre 24 a 2 horas, el agua se introduce uniformemente por la parte inferior del reactor 1 siendo tratada por el manto de lodo y ascendiendo hasta el punto de comunicación entre los dos reactores de manera tal que el agua previamente tratada en R1 se introduce a través de una manguera hacia la parte inferior del reactor dos, donde volverá a ser tratada por la biomasa; una vez que finalice el paso del agua en R2 concluye el tratamiento saliendo del mismo por una toma de salida del agua. Para la medición de la producción de biogás se utilizan 2 cilindros calibrados, herméticamente sellados y con agua en su interior, la cual se desplaza a medida que se produce el biogás durante el tratamiento, este biogás se expresa en mL de agua desplazados por día.

27 3.3.2. Inoculación El reactor fue inoculado con un lodo granular, proveniente de un sistema de tratamiento anaerobio de una cervecería local al cual se le realizaron diferentes pruebas fisicoquímicas (tamaño del granulo, velocidad de sedimentación y gravedad especifica). Durante la investigación debe estar a temperatura ambiente con la finalidad de adaptar los microorganismos al medio que lo circula. 3.3.3. Materiales y Métodos Para la realización de los ensayos con el fin de determinar los diferentes parámetros del agua residual, se tomaran muestras a diario, una antes de ser introducida al reactor y la otra luego de finalizado el tratamiento, a una fracción de estas muestras se les realizara los ensayos a diario de temperatura, pH y alcalinidad inmediatamente después de ser tomadas, las otras partes de las muestras serán identificadas y almacenadas en envases plásticos para posteriormente ser congeladas, con el fin de inhibir el proceso de acción biológica y conservar la muestra. Cuando culmine cada tiempo de retención se analiza el resto de los parámetros como DQO y AGV dentro del periodo permitido según el método utilizado. 3.3.3.1.

pH

La medición de este parámetro se realizara aplicando el método 4500-H + B (Metodo Electrométrico) del Estándar Methods for the examination of wáter and wastewater 20th Edición 1998.Para ello se utiliza un potenciómetro digital (pHmetro) el cual proporciona directamente el resultado. 3.3.3.2.

Alcalinidad

Para determinar la alcalinidad de las muestras se miden 10 mL de cada una y se titulan con una solución de ácido sulfúrico 0.02 N hasta que el pHmetro indique un pH de 5.75 registrando este valor para obtener la alcalinidad parcial; luego se continua titulando hasta 4.3 y con este valor se obtiene la alcalinidad total. La alcalinidad es expresada mg/L de carbonato de calcio para lo cual se utiliza la siguiente ecuación:

28 V ( ) (¿ ¿ Acido mL ∗N Acido∗PeqCaCO ∗1000 ) 3

Vm mg CaCO3 =¿ L

ec.1

Dónde: V Acido: volumen del ácido consumido en la titulación (mL). N Acido: concentración del ácido consumido en la titulación PeqCaCO3: peso equivalente del carbonato de calcio (50eq/gr). Vm: volumen de la muestra (mL). 3.3.3.3.

Demanda Química de Oxigeno (DQO).

La demanda química de oxigeno (DQO) es ampliamente usada para estimar la cantidad de materia orgánica presente en las aguas residuales, sujeta a la oxidación por un agente oxidante fuerte (dicromato de potasio) y se realiza en un reactor para DQO (Hach Modelo 45600), a una temperatura de 150°C durante un periodo de incubación de 2 horas. El método aplicado es el 5220 C del Standard Method, se toma la muestra y se le agrega dicromato de potasio como agente oxidante y ácido sulfúrico más nitrato de plata para eliminar interferencias posibles y se procede a agitar la muestra, esto se hace por triplicado para cada muestra. Luego se colocan en un digestor (Hach) a 150°C por dos horas. Luego se titula con Sulfato Ferroso Amoniacal (F.A.S.) 0.1 N e indicador ferroína, hasta observar el cambio de color (punto final) de amarillo a rojo intenso, y se anota el volumen gastado. Los tubos de ensayo que se utilizan deben estar bien lavados y se llevan a la estufa para la evaporación del agua presente, se realizaron blancos (agua destilada) para la comparación con la muestra ensayada y muestra patrón con un valor estandar para comprobar el estado de los reactivos. Es de resaltar que para realizar la medición en la muestra de entrada (afluente) se aplica en factor de dilución en función de la DQO esperada debido a su alto contenido de materia orgánica presente en la misma. Para el cálculo se emplea la siguiente ecuación:

29 DQO=

( V blanco −V FAS )∗N FAS∗8000∗FD Vm

ec.2

Donde: Vm: volumen de la muestra (mL) FD: factor de dilución. NFAS: Normalidad del FAS (Sulfato Ferroso Amoniacal) (eq/L) VFAS: Volumen gastado de FAS en la muestra (mL) V blanco: Volumen gastado de FAS en el blanco (mL) 3.3.3.4.

Demanda Biológica de Oxigeno (DBO5.20).

La medición se realiza aplicando el método 5210 B del Standard Method que se basa en la comparación del oxígeno disuelto inicialmente en la muestra, con el existente en una muestra similar, después de haber sido encubada por 5 días a una temperatura de 20°C, estos 5 días, son el tiempo estandar destinado para que una población bacteriana digiera, si es que existe, aproximadamente el 65% de la materia orgánica biodegradable presente en la muestra. Las muestras se realizan por triplicado, blancos paralelos y patrón. 3.3.3.5.

Nitrógeno Total.

Para la medición de nitrógeno orgánico o total se aplica el método de Kjeldahl 4500 Norg – B del Standard Methods, el cual se realiza agregando a la muestra una solución digestora, luego se lleva al digestor para convertir el nitrógeno orgánico en amoniacal, posteriormente se destilan estas muestras para convertir el nitrógeno amoniacal en gas amoniaco que se recoge en solución absorbente de ácido bórico más indicador mixto y por último se titula con ácido sulfúrico 0.02 N. la ecuación que se utiliza es: mg A−B N Kjeldahl = ∗280 L Vm

(

)

ec.3

Dónde: A: volumen de ácido sulfúrico gastado por la muestra. B: volumen de ácido sulfúrico gastado por el blanco. Vm: volumen de la muestra.

30 3.3.3.6.

Fosforo Total (PT).

Para la estimación de fosforo se aplica el método 4500-P C del Standard Methods. El fosforo total (PT) se determina mediante la transformación previa de todos los compuestos de fosforo de las muestras en orto-fosfatos y su posterior cuantificación calorimétrica por el método del ácido vanadomolibdofosforico. La digestión se realiza en medio acido, con per-sulfato de amonio como agente oxidante, empleando para ello una plancha de calentamiento. 3.3.3.7.

Cloruros.

Para la medición de los cloruros presentes en las muestras de agua residual doméstica se utiliza el método 4500-Chloride D del Standard Methods o método potenciométrico. Este método consiste en la titulación de 100mL de muestra con nitrato de plata y se usa un voltímetro electrónico el cual detecto el cambio de potencial entre los dos electrodos al momento del punto final. Para el cálculo de los mg de Cl - se utiliza la siguiente ecuación: Cl−¿ ( A−B )∗N∗35.450 = L mL Muestra mg ¿

ec.4

Dónde: A: mL de AgNO3. B: mL de Blanco. N: Normalidad del nitrato. 3.3.3.8.

Sulfatos.

Para la medición de los sulfatos se utiliza el método 4500-Sulfate E o método Turbidimetrico del Standard Methods que consiste en tomar una muestra filtrada, se añade 20 mL de solución acondicionadora, luego se añade aproximadamente 0.4 g de cloruro de bario (BaCl2), se agita por un minuto y se deja reposar por 4 minutos. Posteriormente, se agrega parte de esta solución en la celda para leer el porcentaje (%) de tramitancia, con este porcentaje se lee en la curva de calibración previamente realizada, el valor de la concentración de sulfato.

31 3.3.3.9.

Oxígeno Disuelto (OD).

El método que se utiliza es el 4500-O G o método del electrodo del Standard Methods. Se utiliza un equipo con electrodo de membrana sensitiva de oxígeno y se midieron los valores inmediatamente después de tomadas las muestras. 3.3.3.10. Ácidos Grasos Volátiles (AGV). Para medir los ácidos grasos volátiles se realiza por cromatografía de gases siguiendo la metodología propuesta por el fabricante SUPELCO, mediante un cromatógrafo Agilent Series 6890 GC System, dotado de un detector de ionización de llama y utilizando nitrógeno como gas de arrastre. Las muestras son filtradas utilizando un filtro de nitrato de celulosa con un tamaño de poro de 0.20 µm y acidificadas agregándoles 0.1 mL de ácido fórmico 1% por cada 1 mL de muestra con el fin de mantener todos los ácidos en su forma neutra; se inyectan al cromatógrafo 2 µL de muestra mediante una jeringa manual marca Agilent de 10 µL. Entre los ácidos podemos mencionar el ácido acético, el ácido propiónico y el ácido butírico los cuales proporcionan una información importante para la determinación de la eficiencia del reactor UASB doble cámara. El cromatógrafo opera bajo las siguientes condiciones: Columna: Nukol 30 m, 0.25 mm ID; 0.25 µm film. Cat. No. 24107 Temperatura del Horno: 185°C Portador: Nitrógeno 20cm/s Det.: FID 250°C Temperatura del inyector: 280°C Aire: 400 mL/min; Hidrogeno; 30 mL/min 3.3.3.11. Relación C:N:P. Este parámetro se determina estableciendo una relación en base a los datos obtenidos después de la caracterización, en donde: C: DQO soluble biodegradable. N: Nitrógeno total. P: Fosforo total.

32 3.3.3.12. Metano. El método que se utiliza es el 6211 B del Standard Methods el cual consiste en inyectar una muestra del biogás en un cromatógrafo gaseoso previamente calibrado que reporto el % de metano, CO2 y nitrógeno. 3.3.3.13. Solidos Suspendidos Totales (SST), Solidos Suspendidos Volátiles (SSV) y Solidos Suspendidos Fijos (SSF). Este parámetro se mide aplicando el Método 2540 D y E, del Standard Methods: SST

SSV

SSF

mg ( P2−P1 )∗1000 = L Vm

ec.5

mg ( P2−P3 )∗1000 = L Vm

ec.6

mg ( P3 −P 1)∗1000 = L Vm

ec.7

( )

( ) ( )

Dónde: P1: Peso de la capsula más el papel filtro (mg). P2: Peso de capsula más sólido secados de 103 a 105 °C (mg). P3: Peso de capsula más sólidos incinerados a 550 °C (mg). Vm: Volumen de la muestra (mL). 3.3.4. Determinacion del volumen del biogas. El volumen de gas producido es el mejor indicador del buen o mal funcionamiento del proceso. Cuando ocurre un desbalance en el proceso, la primera señal es la reduccion en la cantidad de gases producidos. Para medir el volumen del biogas producido en el reactor se emplea un cilindro graduado de 1000 mL de capacidad sellado con un corcho en el tope, al cual se le adapta una boquilla para la entrada del biogas y un capilar interno para la remocion de agua; el agua dentro del cilindro es desplazada por el biogas por accion de la presion ejercida. El volumen de biogas producido sera la diferencia de agua contenida en el cilindro.

33 3.3.5. Determinación del tamaño del granulo. El tamaño del lodo es un factor importante para gránulos de un tamaño menor a 0.3 mm, su área superficial es muy pequeña y esto afecta el contacto lodo-agua disminuyendo la difusión del lecho de lodo, mientras para un granulo de lodo mayor a 3 mm se dará un mayor área total, esto evita una completa difusión en el centro del granulo.[15] Se toma la muestra de lodo y se lava con agua destilada para eliminar las impurezas de los granulos. Luego de ser lavado el lodo se toma grano a grano y por medio de un vernier de una presicion de 0.05 mm se mide una cantidad de 200 granos, para un resultado optimo; el lodo debe ser reemplazado por otra muestra cada diez minutos, para evitar su deshidratacion. 3.3.6. Determinación de la velocidad de sedimentación del lodo. La velocidad de sedimentación permite evaluar el comportamiento de un lodo anaerobio e identificarlo de acuerdo con su buena o mala sedimentabilidad. En reactores anaerobios la buena sedimentabilidad se presenta cuando la velocidad de sedimentación es mayor que la velocidad ascensorial del afluente. El uso de este parámetro es esencial durante la fase de arranque del reactor, donde el principal objetivo es seleccionar y cultivar lodos que tengan alta sedimentabilidad. Los lodos granulares de buena calidad, deben tener una velocidad de sedimentación mínima de 60 m/h porque son agregados compactos de 0.5 a 3 mm de diámetro. Para determinar la velocidad de sedimentación se emplea un cono Inhoff el cual es llenado con agua destilada, posteriormente se toma una alícuota de lodo previamente lavado con agua destilada, esta muestra de lodo es agregada a la superficie del cono Inhoff. Toda la muestra debe ser agregada en su totalidad al mismo tiempo pero de una forma suave, luego de esto se procede a medir el tiempo que tarda en llegar al fondo el primer y último grano de lodo. Esto con el fin de determinar la velocidad máxima y mínima de sedimentación, según la metodología propuesta por Francese y col.[16] 3.3.7. Determinación de la Gravedad Específica del Lodo. Para determinar la gravedad específica se toma en cuenta el metododo (Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 2005, Parte 2710 F). En la Tabla

34 2 se muestra el Factor de corrección de la Temperatura a utilizarse en la determinación de la Gravedad Especifica. ¿

T 4° C

=

Peso de lamuestra ∗F Peso de igual volumen del agua a 4 ° C

ec.8

Valores de F: Tabla 2. Factor de corrección de la temperatura.

Temperatura en °C

Factor

de

15 20 25 30 35 40 45

temperatura 0.9991 0.9982 0.9975 0.9957 0.9941 0.9922 0.9903

corrección

de

la

CAPITULO IV: MARCO ADMINISTRATIVO 4.1.

Recursos Humanos

Esta investigación se llevara a cabo con la asesoría de los expertos en el área de la caracterización y análisis de aguas residuales como la Profa. Nancy Rincón y el Ing. Enrique Toncel. 4.2.

Recursos Técnicos

Se cuenta con el laboratorio del Departamento de Ingeniería y Saneamiento Ambiental que está dotado de varios laboratorios con equipos en buenos estados y con reactivos necesarios para llevar a cabo la experimentación.

35 4.3.

Recursos Financieros

Todos los materiales y equipos están financiados por el proyecto FONACIT PEI 2012000188. 4.4.

Cronograma de Actividades

La Tabla 3 resume las actividades que serán llevadas a cabo durante la investigación, con periodo establecido distribuido para alcanzar los objetivos propuestos.

Tabla 3. Cronograma de actividades. Actividad

Mes

Mes

Mes

Mes

Mes

Mes

Mes

Mes

1

2

3

4

5

6

7

8

Revisión Bibliográfica Preparación Material Arranque

del y

Operación

del

RADCA Control

del

Proceso Evaluación Hidráulica Análisis de

los

parámetros físicos-químicos Análisis y Discusión

de

resultados

Referencias Bibliográficas 1. decenio internacional, p.a.f.d.v. la escases del agua. 2015; Available from: http://www.un.org/spanish/waterforlifedecade/scarcity.shtml.

36 2.

3.

4.

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37