Calentamiento de un reactor UASB con energia solar para tratar una mezcla de agua residual industrial y agua contaminada del rio Lerma

Abstract

En México, diversas corrientes superficiales de agua son utilizadas como colectores de desecho, generando problemas sociales y desequilibrios en los ecosistemas cercanos. Por ello es necesario analizar posibles métodos de tratamiento que ayuden a disminuir estos efectos negativos. Esta investigación estudió la posibilidad de utilizar un sistema anaerobio para tratar agua contaminada de corrientes superficiales. Además, evaluó la conveniencia del uso de la energía solar para mejorar el desempeño del sistema propuesto. Para esto se utilizaron tres reactores de lecho de lodo granular con flujo ascendente (UASB, por sus siglas en inglés) a escala laboratorio, los cuales fueron operados a un tiempo de retención hidráulico (TRH) corto (8 h). El primer y segundo reactor (R1 y R2, respectivamente) fueron operados a temperatura ambiente. Por otro lado, la temperatura de operación del tercer reactor (R3) vario en función del desempeño de un sistema de calentamiento solar (SCS), el cual consistió en un calentador solar comercial de tubos de vació y un intercambiador de calor helicoidal. La investigación se realizó en tres etapas experimentales. Durante la primera etapa, R1 trató agua del curso alto del río Lerma, uno de los cuerpos de agua superficial más contaminados de México. Este reactor consiguió alcanzar eficiencias de remoción de 72.6 ± 15.9 % de demanda química de oxígeno total (DQOT), 92.3 ± 8.2 % de sólidos suspendidos totales (SST) y 23.2 ± 15.9 % de demanda química de oxígeno soluble (DQOS). Con base en estos resultados se observó que el sistema propuesto puede tratar agua contaminada del curso alto del río Lerma a través de los mecanismos de retención y sedimentación de contaminantes. Por otro lado, los resultados sugirieron una posible inhibición del proceso anaerobio. Por ello fue necesario el desarrollo de una segunda etapa experimental en la que se analizó este tema. La segunda etapa experimental utilizó los reactores R1 y R2. En esta etapa R1 trató una mezcla de agua residual industrial (ARI) diluida con agua del curso alto del río Lerma mientras R2 trató una mezcla de ARI diluida con agua de la llave. Para ambos reactores se utilizó una carga orgánica volumétrica aplicada (COVapl) cercana a 3 kg DQOS/m3 •d, lo cual resulto en eficiencias de remoción de DQOS de 87.6 ± 5 y 79.9 ± 8.5 % para R1 y R2, respectivamente. Los resultados mostraron que el agua del curso alto del río Lerma no generó IV inhibición en el proceso anaerobio y esto permitió continuar con la tercera etapa experimental. La tercera etapa experimental evaluó la conveniencia del empleo del SCS en un reactor UASB. Para ello se trató en R1, R2 y R3 una mezcla de ARI diluida con agua contaminada del río Lerma a COVapl de 2 a 8 kg DQOS/m3 •d. Durante esta última etapa experimental el desempeño de R3 fue superior al de R1 y R2 respecto al tiempo en el que se alcanza el estado estable, eficiencia de remoción de DQOS, eficiencia de remoción de DQOT y producción de biogás. Estos resultados mostraron el beneficio del uso del SCS en el reactor UASB. A pesar de esto, la conveniencia del uso del SCS en un reactor UASB fue determinada por un análisis económico, el cual depende del tamaño del reactor, costos de construcción, costos de operación, vida útil de la obra, tasa mínima de aceptación y beneficio anual