Simulación de un sistema de fangos activados en discontinuo para la eliminación de materia orgánica y nutrientes

Se ha desarrollado un simulador para el sistema de fangos activados en discontinuo (Sequencing Batch Reactor o SBR), que permite el estudio de los procesos para la eliminación de la materia orgánica y nutrientes. El simulador incluye el modelo Nº 2d de fangos activados (ASM2d) propuesto por la International Water Association (IWA). Además, en fase de sedimentación, se incluye un modelo exponencial o de Vesinlind para la separación de los sólidos en suspensión del licor mezcla. La herramienta informática ha sido utilizada para describir el comportamiento de dos sistemas en discontinuo (anaerobio/aerobio y aerobio/anóxico) bajo diferentes condiciones de operación (tiempo de retención celular, tiempo de retención hidráulico, entre otros). Los resultados muestran que la herramienta informática desarrollada puede ser utilizada para el diseño y simulación de sistemas sbr en el tratamiento de aguas residuales

Tratamiento de aguas residuales urbanas para la eliminación de nitrógeno y materia orgánica mediante un sistema SBR.

La eliminación biológica de nitrógeno en aguas residuales, a partir de reactores discontinuos secuenciales o SBR (Sequencing Batch Reactors) es un proceso que da buenos resultados. Este trabajo muestra los resultados experimentales del proceso de tratamiento de un agua residual urbana de elevado contenido en nitrógeno amoniacal y baja materia orgánica fácilmente biodegradable. Toda la experimentación tuvo una duración de 355 días. Se ha optimizado la duración de cada ciclo de tratamiento así como la distribución de tiempo de cada una de las etapas que lo componen para conseguir eliminar el nitrógeno presente en el agua residual. El ciclo final de trabajo tiene una etapa de pre-desnitrificación, una de nitrificación y otra de desnitrificación a cuyo comienzo se añade metanol como fuente de carbono externa. De este modo, se obtienen unos porcentajes promedio de eliminación de DQO y de nitrógeno de 59% y 76% respectivamente.Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio AmbienteMáster en Investigación en Ingeniería de Procesos y Sistemas Industriale

Sistemas de tratamiento de remoción de nitrógeno y fósforo, en efluentes de industrias de la Cuenca del Río Santa Lucía

Como parte de la tesis se realizó un exhaustivo relevamiento, análisis y evaluación, de los sistemas de lodos activados implementados por 5 industrias, las condiciones que fueron previstas en el diseño, y los resultados de su operación. Parte de los objetivos consistieron en evaluar la aptitud para alcanzar los estándares exigidos por normativa, y evaluar los principales parámetros de diseño (SRT, Producción específica de lodos, carga de lodos, Índice de Sedimentabilidad de Lodos, entre otros). En particular analizar si los valores/rangos que se tomaron como referencia para los parámetros de diseño, se confirmaban luego en la operación, verificando en ese caso, que se adecuaban a las condiciones previstas en el diseño. Como parte del análisis, y de manera de poder comparar con la misma base, se propuso como metodología para relevar los parámetros de diseño, un algoritmo basado en la guía (ATV-A 131, 2001). Por lo tanto parte del estudio consistió en relevar si era posible el uso de dicha metodología, dado que si bien es ampliamente utilizada a nivel mundial, se aplica en circunstancias diferentes. A la luz de los resultados obtenidos en 12-24 meses de operación, la primera conclusión es que los sistemas de lodos activados implementados han sido exitosos, dado que el efluente de salida cumple con las nuevas exigencias de nitrógeno y fósforo; verificándose en cada uno de las configuraciones implementadas por las industrias, las ventajas operativas que predecía la bibliografía. En relación a los valores de los parámetros de diseño, cabe aclarar que hasta el momento se tiene un período acotado de operación y por tal motivo no corresponde a un análisis estadístico, pero de una manera general, se concluye que la metodología propuesta puede emplearse. Como próximo e inmediato paso, se plantea que debe evaluarse cómo definir las condiciones de operación que– sin comprometer la sostenibilidad - minimicen los costos de la operación de los sistemas de lodos activados. Asimismo, a los efectos del diseño, deberá planificarse estudios y mediciones, tendientes a validar el uso de la metodología, y los rangos a tomar como referencia para los parámetros fundamentales

Caracterización de las rutas metabólicas de un lodo activado enriquecido en bacterias acumuladoras

Uno de los aspectos más importantes dentro del tratamiento de aguas residuales, con el sistema de lodos activados, es mantener una buena sedimentación para poder lograr un proceso más eficiente. Para ello, en ocasiones, se utilizan selectores con los cuales se favorece el crecimiento de las bacterias formadoras de flóculos sobre las filamentosas, que causan esponjamiento o “bulking” del lodo. En ese sentido, este trabajo de investigación buscó caracterizar un lodo operado con un selector no aireado. Esto con la finalidad de conocer a cuál modelo de lodos activados se ajustaba mejor y así lograr tener un mayor control del proceso y evitar problemas de sedimentación, los cuales ya se habían presentado en años anteriores. Además, aprovechando el uso de un selector, se planteó la posibilidad de estar trabajando con un cultivo enriquecido en bacterias acumuladoras de sustrato o fósforo. Siendo éstas últimas de gran importancia en la remoción biológica de nutrientes. Para lograr el objetivo anterior, se realizaron corridas de degradación en batch utilizando el lodo de los dos RBS con los que se trabajó en el proyecto. En éstas corridas se midieron cinéticas de DQO, fósforo, nitrógeno y utilización de oxígeno. Con los resultados obtenidos se verificó que las bacterias predominantes en el lodo fueron del tipo acumuladoras de sustrato, ajustándose mejor al modelo de lodos activados No.3 (ASM3), y se optimizó la operación teniendo especial cuidado en alcanzar una concentración de oxígeno disuelto óptimo (alrededor de 2 mg/L) al inicio de la fase aerobia en los reactores. Después se probó la hipótesis de que al aumentar la cantidad de fósforo presente en el agua residual, utilizada como alimento en los RBS, se puede favorecer el crecimiento de las bacterias acumuladoras de fósforo. Para ello, se montó otro reactor al que se le aumentó la concentración de fósforo en el alimento, pasando de 2 a 18 mg/L de P, y se estuvo monitoreando el comportamiento de los ortofosfatos en los ciclos de operación. Luego del monitoreo, se observó una remoción de fósforo importante pero no así el comportamiento metabólico típico para organismos de este tipo. Para descartar una remoción por precipitación química, debido al pH alto que se maneja en los reactores (>8.5), se montó un experimento controlando el pH a 7 utilizando el mismo lodo y la misma alimentación enriquecida con fósforo. Con esta prueba se observó que al descender el valor de pH ya no hubo remoción significativa de fósforo. Por lo que la ruta metabólica más predominante en el cultivo del lodo fue la de los GAO. Los resultados de toda la investigación lograron mantener estables los reactores biológicos y descartar que los problemas de sedimentación fueron por falta de nutrientes, si no por falta de oxígeno disuelto al momento de la degradación del sustrato. Además, dio las bases y conocimientos necesarios para desarrollar un proceso de remoción biológica de fósforo en futuros proyectos.CONACY

Remoción de compuestos nitrogenados de aguas residuales municipales usando un consorcio bacteriano

The fulfillment of the sustainable development objective (SDO) number six "Clean Water and Sanitation" is a global challenge in both developed and developing countries. Water pollution impairs economic growth and the physical and environmental health of billions of people. According to the world health organization (WHO), two million tons of wastewater are discharged into the environment annually without prior treatment. Therefore, the integrated management of water resources is a requirement for environmental preservation and economic development, the removal of nutrients being one of the main drawbacks. Unfortunately, global nitrogen discharge has increased due to intensification of agriculture, high levels of atmospheric deposition, and increased residual per capita discharge due to changes in the population's diet. In this work, the efficiency of a bacterial consortium (Ecobacter WP) consisting of 8 bacterial strains of the genus Bacillus subtilis, Bacillus licheniformus, Bacillus megaterium, Bacillus cerus, Arthorbacter sp, Acinetobacter paraffineus, Corynebacterium sp, Streptomyces globisporus; for the removal of nitrogen compounds in domestic wastewater in a plug flow system, extended aeration and bioaugmentation (FLAEBI). In order to promote the nitrification and denitrification processes, three treatments were tested to establish the optimal concentration of the bacterial consortium at laboratory scale and its subsequent application in a wastewater treatment plant (PTARD) under outdoor conditions. The evaluation period was 15 days for each treatment in the laboratory and PTARD. The physicochemical parameters monitored both at laboratory and real scale were pH, temperature, dissolved oxygen and removal of COD, BOD5, ammonium, nitrites, and nitrates. The results indicated that the optimal concentration of the consortium was 30 mg / L, with a removal percentage of 92% of nitrate on a laboratory scale and 62% on a real scale, a difference that is attributed to the mode of operation that gave rise to different residence times, volume ratios that caused different concentration gradients, in addition to the different construction materials (fiberglass for laboratory scale and concrete for real scale) that can influence the stability of the flows. The consortium studied can be used to promote nitrification and denitrification processes that intervene in the removal of nitrogen compounds in plants with similar operating conditions, without investment in restructuring or design modification of the PTARD.El cumplimiento del objetivo de desarrollo sostenible (ODS) número seis “Agua limpia y saneamiento” es un reto global tanto en países desarrollados como en los que están en vía de desarrollo. La contaminación del agua deteriora el crecimiento económico y la salud física y ambiental de billones de personas. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), dos millones de toneladas de aguas residuales son vertidas al ambiente anualmente sin previo tratamiento, por lo cual el manejo integrado del recurso hídrico es un requerimiento para la preservación ambiental y el desarrollo económico, siendo la remoción de nutrientes uno de los principales inconvenientes. Desafortunadamente, la descarga de nitrógeno global se ha incrementado debido a la intensificación de la agricultura, los niveles elevados de deposición atmosférica y el aumento en la descarga residual per cápita por cambios en la dieta de la población. En este trabajo se evaluó la eficiencia de un consorcio bacteriano (Ecobacter WP) conformado por ocho cepas bacterianas del género Bacillus subtilis, Bacillus licheniformus, Bacillus megaterium, Bacillus cerus, Arthorbacter sp, Acinetobacter paraffineus, Corynebacterium sp y Streptomyces globisporus para la remoción de compuestos nitrogenados en aguas residuales domésticas en un sistema flujo pistón, aireación extendida y bioaumentación (FLAEBI). Con el fin de promover los procesos de nitrificación y desnitrificación, se ensayaron tres tratamientos para establecer la concentración óptima del consorcio bacteriano a escala laboratorio y su posterior aplicación en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTARD) bajo condiciones outdoor. El periodo de evaluación fue de 15 días para cada tratamiento en el laboratorio y PTARD. Los parámetros fisicoquímicos monitoreados tanto a escala laboratorio como real fueron pH, temperatura, oxígeno disuelto y remoción DQO, DBO5, amonio, nitritos, nitratos. Los resultados indicaron que la concentración óptima del consorcio fue de 30 mg/L, con un porcentaje de remoción del 92 % de nitrato a escala laboratorio y 62 % a escala real, diferencia que se le atribuye al modo de operación que dieron lugar a diferentes tiempos de residencia, relaciones de volumen que provocaron diferentes gradientes de concentración, además de los diferentes materiales de construcción (fibra de vidrio para escala laboratorio y concreto para escala real) que pueden influir en la estabilidad de los flujos. El consorcio estudiado puede ser utilizado para promover los procesos de nitrificación y desnitrificación que intervienen en la remoción de compuestos nitrogenados en plantas con condiciones similares de operación, sin inversión en reestructuración o modificación de diseño de la PTARD

Aumento en la eficiencia de remoción de contaminantes mediante un reactor aeróbico modificado a flujo pistón y sedimentador de flujo helicoidal

El presente artículo expone los resultados experimentales de Sedimentadores Sedhelcon (Flujo Helicoidal) y Reactores Flocarrifp (Aerobio Modificado a Flujo Pistón) a escala piloto, donde se observan eficiencias de remoción de contaminantes muy altas, del 80% en SST, y entre 49% al 64% en cuanto a DBO5 para los sedimentadores y para los reactores lo que ofrece una flexibilidad adecuada en los picos de contaminantes, debido a mayor concentración afluente de materia orgánica, nitrógeno total y fósforo total, el sistema presentó remociones simultáneas superiores al 85%, 30% y 70% respectivamente, y en condiciones de baja temperatura del agua.AbstractThis paper presents the experimental results of Settlers Sedhelcon (Helical Flow) and Flocarrifp Reactors (Aerobic Modified to Flow Piston) pilot scale, showing contaminant removal efficiencies very high, 80% in SST, and between 49% to 64% in terms of BOD5 and clarifiers for reactors which offers adequate flexibility contaminant peaks due to the higher influent concentration of organic matter, total nitrogen and total phosphorus removal system simultaneously introduced over 85%, 30% and 70% respectively, and in conditions of low water temperature. Keywords: Nitrogen, phosphorus, treatment, wastewater clarifiers, reactor

Panorama del tratamiento de aguas residuales con tecnología anaerobia en la Costa Atlántica Colombiana

El presente trabajo busca identificar las plantas de tratamiento de aguas residuales con tecnología anaerobia existentes en la Costa Caribe y el potencial de aplicación de dicha tecnología en esa región del país. Se estableció que el número de instalaciones con sistemas anaerobios es bastante reducido en comparación con otras soluciones, pero existe un alto potencial de aplicación, especialmente en lo que se refiere a reactores tipo UASB, los cuales se han posicionado sólidamente en instalaciones industriales. Para el estudio se seleccionaron tres plantas que tratan vertimientos industriales, dos instalaciones para aguas residuales domésticas y una planta para lixiviados de un relleno sanitario. La evaluación de las plantas se hizo con información suministrada por las entidades de control (Corporaciones) y por los mismos propietarios. Aparentemente todas las plantas que funcionan lo hacen de manera satisfactoria, cumpliendo con los límites de vertimiento establecidos, lo cual constituye un factor a favor. De allí que se esté considerando la posibilidad de implementar de manera masiva esta tecnología en diferentes localidades del departamento del Magdalena.Abstract. This work aims to identify plants wastewater treatment anaerobic technology existing on the Caribbean coast and the potential for it's application in this region. It was established that the number of facilities with this technology is quite small as compared to other solutions, but there is a high potential for application, especially in regards to UASB reactors, which have positioned solidly in industrial facilities. For the study, three plants for industrial discharges, two facilities for domestic wastewater and a landfill leachate treatment plant were selected. The assessment was made from information supplied by the control entities (Corporations) and by the same owners. Apparently all plants do work satisfactorily, reaching the limits of discharge, which is a factor in favor. Hence they are considering the possibility of implementing this technology massively in various towns of the Colombian Caribbean Coast.Maestrí

Tratamiento de aguas residuales de una industria de conservas vegetales mediante reactor anaerobio multi-etapa de alto rendimiento (Multi-AD).

Las aguas residuales de la industria alimentaria suponen una presión medioambiental por sus altos caudales y elevada carga contaminante. Estos vertidos son habitualmente depurados mediante procesos aerobios, sistemas con altas demandas energéticas y elevadas producciones de fangos. Los sistemas anaerobios son procesos alternativos con menores requerimientos energéticos y bajas generaciones de lodos. Sin embargo, los reactores que actualmente se encuentran en el mercado sólo están técnicamente optimizados para el tratamiento de los altos caudales de aguas residuales generados por las grandes empresas. Este Trabajo de Fin de Grado, que forma parte del proyecto LIFE Multi-AD 4 AgroSMEs (LIFE17 ENV/ES/331), evalúa, a escala piloto y en continuo, la viabilidad del reactor multi-etapa de alto rendimiento (Multi-AD) para depurar las aguas residuales generadas por una industria de conservas vegetales. Los resultados muestran que la solución tecnológica es capaz de tratar eficazmente los vertidos industriales con cargas volumétricas máximas de 20 kg DQO/m3•día, alcanzando rendimientos de eliminación de DQO superiores al 90%. El diseño del reactor anaerobio, compuesto por cuatro cámaras independientes, provoca que el proceso de degradación de la DQO tenga lugar de manera escalonada. Este hecho podría dar lugar a que, para un mismo volumen, el reactor Multi-AD tenga mejores tasas de degradación que un reactor mezcla completa tipo UASB. Además, como consecuencia de la degradación anaerobia, el proceso valorizó la materia orgánica produciendo 0,21 m3 CH4/kg DQOeliminada, biogás que puede ser utilizado como fuente de energía renovable. La comparativa teórica de escenarios, base-proceso aerobio y Multi-AD, muestra que la integración del sistema anaerobio reduce un 60% los consumos energéticos de la EDAR, así como disminuye un 71% las producciones de fangos. Sin embargo, es importante señalar que la instalación del paquete tecnológico Multi-AD en la EDAR a estudio exige la integración de un proceso anóxico-aerobio con el objetivo de llevar a cabo la eliminación del nitrógeno hasta concentraciones que permita el cumplimento de los límites de vertido a cauce. Por último, es reseñable que, teniendo los resultados alcanzados en este TFG, la tecnología Multi-AD contribuye con los Objetivos de Desarrollo Sostenible 6 y 7, agua limpia y saneamiento, y energía asequible y no contaminante y sus metas b y a, respectivamente.<br /

Efectos de vertidos industriales sobre la eliminación biológica de nutrientes de aguas residuales urbanas

El objetivo general de este trabajo ha sido profundizar en el estudio del proceso de Eliminación Biológica de Nutrientes (EBN), prestando especial atención a la influencia a corto y largo plazo de los vertidos de aguas residuales industriales. Para ello se utilizo una planta piloto que se instaló en la edar de Ciudad Real, donde funciono con la configuración de proceso vip en continuo. Esta planta piloto fue inoculada con fango aclimatado en laboratorio a la eliminación biológica de nutrientes, estudiándose a continuación el efecto de las variable de operación más importantes. El agua residual alimentada durante el estudio de las variables de operación fue agua residual urbana real tomada de la edar. Como resultado de estos experimentos se seleccionaron las condiciones optimas de operación, que fueron unos tiempos de retención hidráulica en los compartimentos anaerobio, anoxco y aerobio de 2, 2 y 4 horas respectivamente, unos caudales para las recirculaciones del compartimento aeróbico al anoxico y del anoxico al anaeróbico de 89.6 y 30.8 l/h respectivamente y un tiempo de retención celular de 8 d. En estas condiciones las concentraciones de dqo, fosforo y nitrógeno en el agua tratada eran de 39,4, 3,6 y 15,2 mg/l respectivamente. La segunda parte del trabajo consistió en estudiar el efecto a corto plazo del vertido de aguas residuales industriales sobre las etapas anaerobias y anoxica de un proceso de eliminación biológica de nutrientes. Previamente a la realizacion de estos experimentos se prepararon y caracterizaron, mediante diferentes técnicas analíticas, las aguas residuales industriales (aguas residuales de industrias queseras, lácteas, cárnicas, del procesado de la patata, azucareras de remolacha, del procesado del tomate y vitivinícolas) que fueron utilizadas en estos experimentos. Una vez sintetizadas y caracterizadas las aguas se realizaron experimentos en los que se estudio la influencia, a corto plazo y a escala de laboratorio, de los vertidos industriales. En primer lugar se estudio el efecto de los vertidos industriales sobre la etapa anaerobia de un proceso de eliminación biológica de nutrientes. Durante el transcurso de los experimentos anaerobios se analizo la transformación de la materia orgánica en los procesos de fermentación. Para evaluar este proceso de utilizo la respirometría electrolítica. Además, se estudio la acumulación de los sustratos en el interior de las bacterias pao y gao y la liberación de fosforo realizada durante esta etapa. Los resultados experimentales obtenidos se ajustaron a una modificación del modelo asm2d, obteniéndose como resultado de este ajuste la cinética y la estequimetría de los procesos más importantes que suceden en la etapa anaerobia. En estos experimentos se observo la influencia de la concentración y las características de los productos de fermentación sobre la acumulación de los sustratos y el reparto de los mismos entre bacterias pao y gao. Las velocidades de fermentación obtenidas para estas aguas residuales fueron inferiores a las obtenidas con agua residual urbana típica, estando sus valores entre 0.12 y 0.34 (gdqo-sf/g dqo-xh. D). La acumulación de los sustratos por parte de las bacterias pao y gao dependió de las características de los mismos. Se comprobó que existía una cierta tendencia que relacionaba la concentración de productos de fermentación (sa) con la eficacia en la liberacion de fosforo, aunque se concluyo que solo era la feacción de estos acumulada por las bacterias pao, la que realmente es indicativa de la viabilidad de la eliminación biológica de fosforo ante los distintos sustratos industriales. Las aguas residuales industriales cuyos sustratos ocasionaron las mayores cantidades de fosforo liberado fueron las aguas del procesado de la patata y del tomate. A continuación, se estudio la influencia de los vertidos industriales sobre la etapa anoxica de un proceso de eliminación biológica de nutrientes. A lo largo de la duración de estos experimentos anoxicos se determino la evolución de los nitratos, lo nitritos y la dqo del agua residual. Para caracterizar la cinética y la estequimetría de este tipo de procesos se utilizaron las ecuaciones del modelo propuesto anteriormente. Para realizar el ajuste de los datos experimentales se utilizo un único valor para la velocidad de consumo de las fracciones de productos de fermentación (sa), y otro para el de los sustratos fermentables (sf), independientemente del tipo de agua, observándose un buen ajuste. Las velocidades de desnitrificacion fueron diferentes en cada una de las aguas residuales investigadas, y ligeramente inferiores a las obtenidas con un sustato muy fácilmente biodegradable como es el acetato sódico. A partir de la velocidad de consumo de los nitratos y la dqo se obtuvieron los valores del coeficiente de crecimiento de los microorganismos: el valor de este coeficiente fue diferente en función del tipo de agua residual utilizada, además, en todos los casos fueron inferiores a los obtenidos en las respirometrías realizadas en condiciones aerobias. Como resultado de estos experimentos se observo la viabilidad de la eliminación biológica de nitratos con distintos sustratos industriales, siendo los que mejores rendimientos ofrecieron en la eliminación biológica de nitrógeno los de las aguas residuales de industrias vitivinícolas y del procesado del tomate. La tercera y última parte del trabajo consistió en realizar un estudio en planta piloto de la influencia, a largo plazo, de los vertidos industriales sobre la eliminación biológica de nutrientes. Para ello se trabajo en continuo con la configuración de proceso vip. El estudio se realizo tanto con vertidos industriales reales incontrolados como artificiales sintéticos. Se observo que los vertidos procedentes de los digestores de fangos favorecen la eliminación de fosforo y los vertidos con elevada carga, de digestores de fangos y de industrias vitivinícolas, favorecen la eliminación biológica de nitrógeno. Otros vertidos industriales empeoraron el proceso de eliminación de fosforo, como sucedió con el vertido de aguas residuales de las industrias queseras. Con respecto a la eliminación de dqo no se observaron grandes diferencias ya que los vertidos industriales estudiados son bastante biodegradables. A diferencia del estudio en laboratorio, el estudio en continuo requirió una aclimatación del cultivo y un cambio en la población de microorganismos. Finalmente se comprobó la influencia de los vertidos industriales sobre la población de microorganismos en el fango activo, esto se realizo mediante simulaciones del proceso. Como resultado de estas simulaciones se observo que cada tipo de vertidos favorece el desarrollo de diferentes tipos de microorganismos en el fango activo. El vertido de aguas residuales ricas en nitrógeno favoreció el desarrollo de bacterias dnpao, cuya población paso del 13.1 al 19.7%, frente a las bacterias pao convencionales y las gao, cuyas poblaciones se redujeron en torno a un 30%. Por otro lado el vertido de aguas residuales de elevada dqo favoreció el desarrollo de las bacterias pao y gao convencionales, cuyas poblaciones se incrementaron en un 40 y un 30% respectivamente