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Reactor UASB
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE MISANTLA
TALLER DE INVESTIGACION
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE BAJA CARGA ORGÁNICA MEDIANTE REACTOR UASB
PRESENTADO POR:
JUAN FRANCISCO CARRERA MUÑOZ
ASESOR: CINDY YAJAIRA MARTINEZ SANTACRUZ
MISANTLA, VERACRUZ FECHA: 09/06/2014
RESUMEN
Los enormes volúmenes de aguas residuales son generados por las actividades
cotidianas de la vida humana, por lo tanto, es primordial su debido tratamiento. El
objetivo de la depuración de aguas residuales, es buscar alternativas necesarias
para el tratamiento de las mismas, y así ser descargadas, si causar un impacto
negativo en los cuerpos naturales. Dentro de la clasificación de aguas residuales, se
encuentra las denominadas domésticas o urbanas. Para la depuración de las aguas
residuales domesticas, se aplica tratamientos aerobios y anaerobios. En los
tratamientos anaerobios, se encuentra la tecnología de los reactores UASB, que
presenta aceptables remociones de materia orgánicas en el tratamiento de dichas
aguas. El objetivo del presente trabajo, es aplicar reactores UASB a escala
laboratorio para el tratamiento de aguas residuales de Instituto Tecnológico Superior
de Misantla. Los reactores tendrán un volumen de 1 L y serán inoculados con 500 ml
de lodos anaerobio, estarán en condiciones de temperatura ambiente (Tmax 35°,
Tmin 25 °) y serán operados con TRH de 24h y 12h respectivamente. Se realizara
mediciones fisicoquímicas en la entrada y salida de los reactores.
Palabras clave: reactor UASB y agua residual doméstica.
1.- Introducción
En la actualidad, el tratamiento de aguas residuales provenientes de
diferentes actividades que realiza el ser humano, es parte esencial para evitar
graves problemas de contaminación al ambiente (halalshes et al., 2005). Entre los
diferentes orígenes de las aguas residuales, se puede encontrar la denominada agua
residual de origen doméstico, urbano o institucional. La depuración de estas aguas
residuales, es primordial para evitar amenazas latentes en la salud humana y para
el deterioro de la naturaleza (Chemicharo, 2006).
Debido a la problemática ambiental que causa el desecho de las aguas
residuales domésticas, se ha aplicado diferentes procesos de depuración. Entre los
procesos aplicados, se encuentran el tratamiento anaerobio (Iñiguez et al., 2011).
Los procesos anaerobios o tratamientos anaerobios son utilizados para la
estabilización de residuos industriales y residuos orgánicos industriales. En estos
procesos se produce la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxigeno,
el cual tiene como proceso principal la digestión anaerobia donde la materia organica
contenida en los residuos se transforma biológicamente, bajo condiciones anaerobias
en metano y dióxido de carbono (Amílcar Muñoz, 2008).
En la actualidad, unas de las tecnologías anaerobias más utilizadas para el
tratamiento de aguas residuales domésticas, son los reactores UASB. La aplicación
de los reactores UASB han logrando aceptables eficiencia por arriba de 70% de
remoción de materia orgánica (Lorenzo et al., 2006, Chernicharo, 2006).
El reactor UASB fue desarrollado a partir de los años 70, en la aplicación de
tratamiento de aguas residuales que presentaba alta carga orgánica. Estos reactores
UASB fueron aplicados de forma extensa debido a su efectividad de remoción de
materia orgánica y sus ventajas económicas (Iñiguez et al., 2011).
Sin embargo, a partir de los años 90, se aplicó en el tratamiento de las aguas
residuales de origen domésticos, cuyos resultados obtenidos concluyen que dicho
sistema es factible para el tratamiento de este tipo de aguas (Martínez et al., 2007).
La aplicación de los reactores UASB en tratamiento de aguas residuales
domesticas es de gran importancia ya que gracias a este tratamiento es posible
amortiguar el impacto negativo que la generación y descarga de estas pueden
causar a los cuerpos de agua receptores, y que a medida que pasa el tiempo es
mayor la generación de las aguas residuales y será mas difícil por si mismo
neutralizar estos desechos.
2. Antecedentes
Para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico o urbano, se ha
aplicado tecnologías anaerobias de reactores UASB. En el trabajo de Behling et al.,
1997, desarrollaron un reactor UASB a escala piloto para el tratamiento de aguas
residuales de origen doméstico. El reactor UASB fue operado en un transcurso de
200 días a un TRH (Tiempo de retención hidráulica) de 7.6 h y una carga orgánica
de 1.21 kg/m3dia de DQO (demanda química de oxigeno). La eficiencia de remoción
obtenida en esta investigación fue del 85 % de DQO total y una producción de 0.34
m3CH4/Kg de DQO removido.
En el trabajo de Etmitwalli et al., 2003, se aplicaron reactores UASB para el
tratamiento de aguas residuales municipales de villas y ciudades de Egipto. En este
estudio, encontraron remociones de materia orgánicas y producción de metano
superiores al 60 %, con TRH de 16 h (Villas) y 8 h (Ciudades). La DQO inicial de las
aguas residuales municipales utilizada en este estudio tuvo rangos de 350 a 650
mg/L para las Ciudades y 920 a 1500 mg/L para la Villas.
En el estudio que realizó Halalsheh et al., 2005, aplicó un reactor UASB de 96
m3 para el tratamiento de aguas residuales domésticas. El reactor UASB fue operado
durante 2.5 años bajos diferentes condiciones ambientales, tales como; un TRH de ()
h, y temperaturas ambientes de 18°C y 25°C para el invierno y verano
respectivamente. Durante el primer año, el reactor fue operado en 2 estaciones, en la
primera estación el rango de DQO fue de 3.6 kg/m3 a 5 kg /m3 y en la segunda
estación fue de 2.9 kg/m3 a 4.6 kg/m3. Durante el segundo año de operación en la
primera estación los resultados demostraron una remoción eficiente del 62% de
DQOt en el verano y el 51% en la segunda estación que fue en el invierno
3 MARCOTEÓRICO
3.1 Composición de las aguas residuales
Las aguas residuales están constituidas de cuatro fuentes: aguas que
provienen de fines domésticos (sanitarios, cocina, lavandería), aguas de usos
agrícolas, aguas pluviales y aguas de actividades industriales. La mayor parte de
aguas residuales provienen de uso doméstico e industrial (cerca del 90%) aunque las
aguas pluviales y de uso agrícola requieren cada vez más importancia, ya que los
escurrimientos de fertilizantes y pesticidas son los causantes del envejecimiento de
lagos, ríos y pantanos. Los contaminantes contenidos en las aguas residuales se
clasifican en físicos, químicos y biológicos. Los cuales son una mezcla compleja de
compuestos orgánicos e inorgánicos (Martínez et al., 2007). La clasificación de las
aguas residuales dependen de la cantidad de materia orgánica que se encuentra en
esta y de acuerdo con este concepto la concentración de aguas residuales pueden
ser: fuerte, media y débil, esto se debe a que la concentración como la composición
de agua residual varia con respecto al transcurso del tiempo (Martínez et al., 2007).
3.2 Características de las aguas residuales
Con el propósito de comprender la importancia que tiene la composición de las
aguas residuales, para el tratamiento de las mismas, se deben de tener en cuenta
una serie de conceptos básicos, relacionados con los análisis de laboratorio de la
cantidad de materia orgánica, los cuales incluyen parámetros de calidad físicos,
químicos y biológicos (Martínez et al., 2007).
3.2.1 Características físicas
3.2.1.1 Temperatura
Generalmente la temperatura del agua residual es más alta que la del
suministro. Las temperaturas registradas en las aguas residuales son más altas que
la temperatura del aire la mayor parte del año con valores aproximados entre 10 y 21
°C, tomando 15.6 como valor representativo. La temperatura óptima para el
desarrollo de la actividad bacteriana está entre 25 y 35 °C. Los procesos de la
digestión anaerobia y de nitrificación se detienen cuando llegan a 50°C. A una
temperatura aproximada de 15°C las bacterias metanogeniacas detienen su
actividad, mientras que las bacterias nitrificantes autótrofas las detienen cuando llega
a una temperatura aproximada de 5 °C (Martínez et al., 2007).
3.2.1.2 Sólidos totales
En el agua residual existen gran cantidad de materiales solidos que van desde
hilachas a materiales coloidales. Las aguas residuales domesticas incluyen
desechos de inodoros, baños, fregaderos, lavaderos. Los sólidos totales son los
desechos suspendidos en el agua (Martínez et al., 2007).
3.2.2 Características químicas
Existen varios componentes químicos orgánicos e inorgánicos que son
importantes para el control y determinación de las ganas residuales. Los parámetros
químicos más importantes son:
3.2.2.1 pH
Es la intensidad de acidez y alcalinidad de la muestra de agua. La
determinación de este parámetro es útil para regular el funcionamiento de
instalaciones de tratamiento de aguas residuales (Martínez et al., 2007).
3.2.2.2 Demanda química de oxigeno
Este parámetro que se utiliza para determinar la cantidad de materia orgánica
que se oxida en el agua residual. Para determinar este parámetro se utiliza un
oxidante fuerte (dicromato de potasio) en un medio acido y a temperatura elevada.
La mayoría de la oxidación de las formas de materia orgánica se efectúa mediante la
ebullición de la muestra con una mezcla de acido sulfúrico y un exceso de dicromato
de potasio (Martínez et al., 2007, Muñoz., 2008).
3.2.3. Características biológicas
En las guas residuales se encuentra diversos organismos que pueden
identificarse con la ayuda del microscopio y observando la reacción de estas con
respecto al medio (Martínez et al., 2007).
3.2.3.1. Microorganismos
Los grupos de microorganismos que se encuentran en las aguas superficiales
y las aguas residuales están conformados principalmente por eucariotas, bacterias y
arquibacterias. Se caracterizan por su habilidad de transformarse en formas
resistentes, que se hace en extremo resistente a cualquier medio, por calor o por
agentes químicos (Martínez et al., 2007).
3.2.3.2 Bacterias
Las bacterias desempeñan un papel muy importante en el proceso de
degradación y estabilización orgánica, es por eso que resulta imprescindible conocer
sus características, funciones, metabolismos y los procesos de síntesis (Martínez et
al., 2007).
4. Planteamiento del problema
La descarga de aguas residuales a cuerpos de agua como son: ríos, lagos,
lagunas, pantanos, arroyos, es la causa de contaminación y deterioro de estos
cuerpos como lo es el caso de las descargas de aguas residuales del ITSM que son
vertidas a un arroyo cercanos a la institución. Los lugares receptores de estas aguas
han sido capases por si mismos de absorber y neutralizar la carga de los residuos
contenidos en el agua por lo tanto el volumen de agua ha disminuido sus condiciones
neutrales de apariencia física y su capacidad de sustentar la vida acuática.
4.1. Pregunta de investigación
¿Puede la aplicación de un reactor UASB disminuir la carga orgánica de las aguas
residuales urbanas del ITSM?
4.2. Hipótesis
La aplicación de un reactor UASB removerá de manera efectiva la materia orgánica
que presentan las aguas residuales urbanas del ITSM.
5. Justificación
El agua es el recurso natural más importante y abundante que el ser humano
utiliza, las grandes cantidades que se requieren para distintas aplicaciones que se le
dan como son en el caso de las aguas domesticas: aseo personal, sanitarios, lavado
con detergentes, este recurso es el más descuidado, y desperdiciado debido a que
es abundante y fácil de desechar. Para tratar el problema de las aguas residuales
primero se debe analizar localmente, las descargas de aguas residuales que genera
el INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIROR DE MISANTLA han causado gran
daño a cuerpos de agua que se encuentran cerca de esta institución, la aplicación de
un reactor UASB permitirá analizar la gran cantidad de materia orgánica que se
puede remover para después dar una propuesta para el tratamiento de las aguas
residuales que se descargan en este cuerpo de agua.
6. Objetivos
6.1Objetivo general
Remoción de materia orgánica presente en las aguas residuales domesticas del
ITSM.
.6.2 Objetivos particulares
Aplicar un reactor UASB para el tratamiento de aguas residuales caseras.
Realizar la caracterización fisicoquímica de la entrada y salida del agua
residual doméstica.
7. Materiales y métodos
Lodos anaerobios y Agua residual
Los lodos anaerobios que se utilizaran, serán obtenidos de una planta de
tratamiento de aguas residuales ( ). El agua residual doméstica que se utilizará en la
alimentación de los reactores UASB proviene del tubo de desagüe del ITSM
Reactores UASB
Se emplearan dos reactores UASB, serán construidos de material de acrílico
con un volumen de trabajo de 1 L. Los reactores estarán constituidos de un puerto
de alimentación en la parte inferior, un puerto de salida en la parte superior y un
colector de gas en la parte superior (Fig. 1).
Condiciones de operación
Ambos reactores UASB serán inoculados con 500 ml de lodos anaerobios
provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales. Los reactores serán
manejados bajo régimen continuo y una temperatura ambiente (Tmax 35°, Tmin 25 °)
durante el periodo de estudio. Así mismo, serán operados a un TRH de 24 h y 12 h
respectivamente.
Mediciones
Se realizara la caracterización fisicoquímica de entrada y salida del agua
residual utilizada. Esto mediantes la determinación de DQO, DBO5 (demanda
bioquímica de oxigeno a 5 días), SST (sólidos suspendidos totales), medición de la
producción del gas metano.
Análisis estadístico
Los resultados serán reportados como promedios de las mediciones tomadas
por los diferentes tiempos hidráulicos establecidos. Los datos obtenidos de los
parámetros medidos serán presentados mediante una estadística descriptiva.
CRONOGRAMA
ACTIVIDADES AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
1.-CONSUSLTA DE LITERATURA2.-REALIZACION DE ANALISIS3.-RECOPILACION Y ANALISIS DE DATOS4.-ESCRITURA DE TESIS5.-PRESENTACION DE TESIS
REFERENCIAS
1.-Iñiguez Covarrubias G; Camacho López A. 2011: Evaluación de un reactor con manto de lodos y flujo ascendente (UASB) con cambios de velocidad de alimentación. Ingeniería Investigación y Tecnología. Vol. XII, Núm. 1, 2011, 199-208 ISSN 1405-7743 FI-UNAM.
2.-Amílcar Muñoz, 2008: caracterización y tratamiento de aguas residuales. Universidad autónoma del estado de hidalgo. Instituto de ciencias básicas e ingeniería. Licenciatura en ingeniería industrial.
3.- Lorenzo Y; Omaya C. 2006: La digestión anaerobia y los reactores UASB. Generalidades. ICDCA. Sobre los derivados de caña de azúcar, vol. XL, núm. 1, enero-abril, 2006, pp. 13-21. Instituto cubano de investigaciones de los derivados de la caña de azúcar.
4.- Martínez A; Tibisay Y 2007: descripción de los tipos de tratamiento de aguas residuales domesticas. UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI. ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL.
5.- E. Behlin; A. Diaz; G. Colina; M. Herrera; E. Gutierrez; E. Chacin; N. Fernandez; C. F. Forster. Domestic wastewater treatment using a UASB .Reactor.
6. - Tarek Elmitwalli, Ahmed Al-Sarawey, Mohammed El-Sherbiny , Grietje Zeeman Y Gatze Lettinga 2007: Anaerobic Biodegradability and Treatment of EgyptianDomestic Sewage. Department of Civil Engineering, Benha High Institute of Technology, Benha El-Gedida, Benha, Egypt. Department of Mathematical and Physical Science, Faculty of Engineering, Mansoura University, Egypt. Department of Basic Engineering Science, Faculty of Engineering, Menoufiya University, Egypt.
7.- M. Halalsheh; Z. Sawajneh; M. Zubi; G. Zeeman; J.Lier; M. Fayyad; G.Lettinga. 2005: Treatment of strong domestic sewage in a 96 m3 UASB reactor operated at ambient temperatures. Water and environmental study research center, university of Jordan, Amman, Jordan.
