Proceso de lodo activado de baja produccion de lodo; Mecanismos de reduccion de masa y modelacion

Abstract

El tratamiento y disposición de los lodos residuales de las plantas de tratamiento representa del 25 al 60 % del costo total de su operación, por lo que es importante minimizar las cantidades que se generan en los procesos de tratamiento. Para hacer frente a esta problemática, se están desarrollando e investigando estrategias para disminuir el volumen de lodo residual a disponer, como son el proceso OSA (por sus siglas en inglés Oxic-Settling-Anaerobic) y el proceso “caníbal; en los cuales se coloca un tanque de intercambio (TI) en la línea de recirculación de lodos de la planta de tratamiento (en condiciones anaerobias e hipóxicas, respectivamente) con lo cual, la biomasa alterna entre ciclos aerobios en presencia de sustrato y las condiciones del TI (sin sustrato). Se han realizado diversos estudios comparando la degradación del lodo biológico, empleando diferentes condiciones en los tanques de intercambio, sin embargo, la mayoria comparan dos o tres ambientes diferentes con un mismo tipo de lodo ó dos tipos de lodo bajo una sola condición en el tanque de intercambio. Además, hay muy poca información en la literatura sobre el efecto de los diferentes ambientes de digestión sobre la fracción XP y sobre los mecanismos que ocurren en los mismos. El presente proyecto de tesis tiene como propósito estudiar los efectos de los distintos ambientes (anaerobio, hipóxico, aerobio y aireación intermitente) sobre la reducción de sólidos del reactor de intercambio en un proceso modificado de baja producción de lodos, así como seguir el porvenir de los XP, mediante el uso de la modelación con base en el ASM1 y datos obtenidos en reactores a nivel laboratorio. Con este fin, se generó un lodo-modelo, el cual contenía únicamente las fracciones XH y XP. El lodo fue generado en dos reactores secuenciales barch (SBR) de 30 litros alimentados con agua sintética, la cual tenía como fuente de carbono acetato, con una demanda química de oxígeno (DQO) de 500 mg/L. En la primera fase del estudio, el lodo-modelo fue digerido en condiciones aerobias y monitoreado por un lapso de 140 días, determinando total y soluble (DQOT y DQOs), sólidos suspendidos totales y volátiles (SST y SSV) y realizando mediciones de temperatura y pH. Al final de la corrida, se alcanzó una reducción de 44% en términos de SSV. Los datos obtenidos fueron simulados mediante el modelo del ASM1 en el software Aquasim. La modelación permitió estimar las constantes bH (0.023 d-1), y las tasas DQO/SSV de la biomasa activa (icvH = 1.48) y los residuos endógenos (icvP = 1.06). El valor de bH fue 10 veces menor a lo reportado en la literatura para la biomasa heterótrofa ordinaria tipo OHO (0.2 d-1), por lo cual se consideró que el tipo de biomasa generado fue de tipo acumulador (PAO y/o GAO), lo cual fue comprobado mediante una corrida de cinética de DQOs en paralelo con mediciones de respirometría (rO2). Los valores de icvH e icvP sugieren que para las bacterias acumuladoras, la relación DQO/SSV es diferente para la biomasa activa (icvH) y para la fracción XP (icvP). En la segunda fase, se digirió el lodo-modelo bajo siete diferentes ambientes (anaerobio, aerobio, hipóxico y cuatro reactores intermitentes, 5min-3h, 30min-6h, 2h-10h y 12h-12h), los cuales fueron monitoreados por 120 días determinando DQOT, DQOs, SST, SSV y realizando mediciones de temperatura, potencial de oxido reducción (ORP) y pH. En este tiempo se alcanzó una reducción promedio del 58% de SSV en los digestores. Se observó que los ambientes hipóxico y el intermitente 5min-3h (5 minutos con aireación, seguido de 3 horas sin aireación) mostraron mayor porcentaje de degradación, lo que indica que el tener condiciones con limitaciones de oxígeno o alternar entre condiciones aerobias y anaerobias favorece más la degradación de la materia orgánica. Los datos de los siete digestores fueron simulados con un modelo que considera el decaimiento de la fracción XP con una constante de decaimiento de primer orden bP. Las constantes de decaimiento bH y bP y las tasas icvH e icvP fueron estimadas. El digestor hipóxico obtuvo las mejores tasa de decaimiento de bH y bP (0.047 y 0.0046 d-1 respectivamente), esto indica que son las mejores condiciones para la digestión de este tipo de lodo-modelo. Los valores de icvH e icvP fueron 0.54 y 0.19 respectivamente, son muy semejantes a los obtenidos en la fase anterior. En la última fase, se tomó licor mezclado de la planta de tratamiento de aguas residuales municipales Toluca-Norte y se digirió bajo los mismos siete ambientes, monitoreando los digestores por 70 días, realizando determinaciones de DQOT, DQOs, SST, SSV y realizando mediciones de temperatura y pH. Para este tipo de lodo, el mayor porcentaje de reducción de masa lo obtuvo el digestor intermitente 12h-12h, reduciendo el 66% de SSV. Al simular los datos con el modelo que considera el decaimiento de la fracción XP, se observó que la mejor tasa de decaimiento bH fue de 0.18 d-1(muy próximo al 0.2 d-1 para la biomasa OHO) en el digestor intermitente 12h-12h. Los datos obtenidos en la fase experimental no proporcionaron suficiente información para determinar un bP para cada ambiente, sin embargo se estimó un bP promedio de 0.035 d-1 para todos los digestores.