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EVALUACIÓN DE UN INÓCULO MICROBIANO COMERCIAL PARA MINIMIZAR
LA MATERIA ORGÁNICA EN AGUAS RESIDUALES DE UNA PLANTA
PANIFICADORA EN SOLEDAD – ATLÁNTICO
YESMIN MELISSA CARRILLO CÁRCAMO
ADRIANA MARGARITA PULIDO PAYARES
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARTAGENA DE INDIAS, D. T. Y C.
2018
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EVALUACIÓN DE UN INÓCULO MICROBIANO COMERCIAL PARA MINIMIZAR
LA MATERIA ORGÁNICA EN AGUAS RESIDUALES DE UNA PLANTA
PANIFICADORA EN SOLEDAD – ATLÁNTICO
Tesis de grado presentado como requisito para optar al título de
Ingeniero Químico
YESMIN MELISSA CARRILLO CÁRCAMO
ADRIANA MARGARITA PULIDO PAYARES
Directora:
Sonia Gómez Prada, M.Sc.
Ingeniera de Alimentos
Grupo de Investigación: Grupos de Investigación de Ciencias e Ingeniería
(GICI)
Línea de Investigación: Bioprocesos
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARTAGENA DE INDIAS, D. T. Y C.
2018
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Nota de aceptación:
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
____________________________________________
Firma del presidente de jurado
____________________________________________
Firma del jurado
____________________________________________
Firma del jurado
Cartagena de Indias D. T. y C. septiembre 10 del 2018.
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DEDICATORIA
Después de un intenso período de cinco años, hoy es el día para agradecerle a dios por regalarme la oportunidad de culminar este proceso como profesional, el
cual ha sido una etapa de aprendizaje intenso no solo en el campo científico sino también a nivel personal.
Realizar este trabajo ha tenido un gran impacto en mí y es por eso por lo que agradezco a todas aquellas personas que me han ayudado y apoyado durante mi
carrera.
Primero que todo agradecerles a mis padres Arnold Carrillo y Mirta Cárcamo por su amor, colaboración, comprensión y apoyo incondicional. Infinitas gracias por
permitir ser su hija y darme fortalezas para seguir adelante.
Del mismo modo, agradecerle al resto de mi familia por su apoyo de alguna u otra manera para que este sueño se hiciera realidad.
Por otro lado, me llevaré la satisfacción de todos los conocimientos brindados por los docentes, en especial a Sonia Gómez por su valiosa entrega y dedicación hoy
se ven reflejados en la complementación de mi trabajo.
Finalmente, agradezco a mi compañera Adriana Pulido por brindarme su apoyo y amor en todos estos años de crecimiento personal e intelectual, sin duda, todo fue
más fácil a tu lado. Toda una bendición.
Yesmin Melissa Carrillo Cárcamo
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DEDICATORIA
Le agradezco a Dios por todas las cosas y personas que pone en mi camino. Gracias también por ser muy fuerza diaria, mi motivación día tras día, solo Él sabe cuánto me ha costado lo que hoy consigo, pero sabe sobre todo cuánto he querido
que el día de hoy llegara y lo mucho que valoro que el día de hoy llegara.
Mis padres y mis hermanas siempre han sido y serán mi motor, cada decisión que he tomado ha sido pensando en ellos, por eso, les dedico este triunfo, porque no
tendría mejor forma de agradecerles mínimamente lo que me han dado, que verme triunfar hoy como Ingeniero Químico.
A mi compañera Yesmin Carrillo durante toda nuestra etapa de formación personal y profesional, quiero agradecerle por ser una persona incondicional en todo
momento, gracias “Yes” por tu paciencia y por tu comprensión, no podría haber sido más agradable este camino durante 5 años si no hubieras estado a mi lado.
También le dedico este triunfo a mis docentes, por la constancia y la pasión con la que hicieron que durante todo este tiempo nos sintiéramos como en casa aun
estando fuera de ella. Gracias a la Ingeniera Sonia Gómez por el empeño que la caracteriza, sin duda alguna nuestra tesis no podría haber tenido un resultado más
espectacular con otra persona. Dios la bendiga.
Por último, pero no menos importante, te dedico este triunfo a ti, mi colega y mi compañero de vida, Ricardo Solano Pizarro, gracias por todo el amor y apoyo que
nos diste durante el desarrollo de esta investigación, sin ti hubiera sido posible, pero contigo fue mucho más fácil.
Adriana Margarita Pulido Payares
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AGRADECIMIENTOS
Antes que nada, queremos agradecerle a Dios, nuestro padre celestial, quien nos guía día tras día en la consecución de este objetivo, regalándonos de su gracia para atravesar los obstáculos que tuvimos en medio del camino.
Agradecemos profundamente a nuestros progenitores, esas personas utilizadas por Dios para traernos a conquistar este mundo, sin duda son una bendición para nuestras vidas, las palabras no nos alcanzarían para expresar la inmensa gratitud que sentimos hacia ustedes.
Agradecemos a nuestra directora, Sonia Gómez Prada, por dirigirnos, corregirnos, animarnos y exhortarnos siempre a sacar adelante el proyecto a pesar del sinnúmero de adversidades que atravesamos en el desarrollo del mismo, sus palabras y directrices quedarán de por vida en nuestras mentes, gracias por ayudarnos a crecer como ingenieros y como seres humanos.
Por otra parte, agradecemos al magister Ricardo Solano Pizarro, por su colaboración y dedicación en medio de la fase final del proyecto, el mundo necesita más personas con su disposición e inagotable amabilidad.
De corazón expresamos nuestros agradecimientos a nuestra Alma Máter, la Universidad de San Buenaventura, la institución que hizo posible cumplir este primer objetivo en nuestra carrera profesional, poniendo a nuestra disposición excelentes docentes, quienes dieron lo mejor de sí para nuestra formación integral, muchas gracias a todos.
Finalmente agradecemos a nuestros compañeros y amigos, este triunfo es tan nuestro como suyo, gracias por su compañía, paciencia y apoyo inquebrantable.
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Publicaciones encontradas para procesos biológicos en la base de datos
ScienceDirect. ........................................................................................................ 18
Figura 2.Etapas ejecutadas durante la experimentación ...................................... 39
Figura 3. Etapas del proceso de tratamiento de agua residual de la empresa
panificadora. .......................................................................................................... 42
Figura 4. Datos obtenidos durante 5 días en el nodo 1 (Entrada GEM). ............... 45
Figura 5. Datos obtenidos durante 5 días en el nodo 2(Salida GEM). .................. 45
Figura 6. Datos obtenidos durante 5 días en el nodo 3 (Sedimentador). .............. 46
Figura 7. Datos obtenidos para identificar carga óptima (nodo 3). ........................ 47
Figura 8. Datos promedios obtenidos con la aplicación de la carga óptima (nodo
3). ........................................................................................................................... 48
Figura 9. Datos obtenidos para el parámetro color con la aplicación de la carga
óptima. ................................................................................................................... 49
Figura 10. Datos obtenidos para el parámetro pH con la aplicación de la carga
óptima. ................................................................................................................... 49
Figura 11. Datos obtenidos para el parámetro Turbidez con la aplicación de la
carga óptima. ......................................................................................................... 50
Figura 12. Datos obtenidos para el parámetro Temperatura con la aplicación de la
carga óptima. ......................................................................................................... 50
Figura 13. Datos obtenidos para el parámetro Conductividad con la aplicación de
la carga óptima. ..................................................................................................... 51
Figura 14. Datos obtenidos para el parámetro Oxígeno disuelto con la aplicación
de la carga óptima. ................................................................................................ 51
Figura 15. Datos obtenidos para el parámetro SST con la aplicación de la carga
óptima. ................................................................................................................... 52
Figura 16. Datos obtenidos para el parámetro TDS con la aplicación de la carga
óptima. ................................................................................................................... 52
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LISTA DE TABLAS
Pág. Tabla 1. Olores característicos del agua y su origen. ............................................ 29
Tabla 2. Normativa para tratamiento y vertimientos de aguas. ............................. 33
Tabla 3. Variables como objeto de estudio. ........................................................... 40
Tabla 4. Caracterización fisicoquímica promedio de los afluentes de la PTAR de la
empresa panificadora ubicada en Soledad-Atlántico. ............................................ 43
Tabla 5. Ficha técnica de Biodynamic 923. ........................................................... 53
Tabla 6. Ficha técnica de Biodynamic902. ............................................................ 55
Tabla 7. Porcentajes de remoción promedio para la DQO. ................................... 57
9
LISTA DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A……………………………………………………………………………..67-69 ANEXO B .…………………………………………………………………………....70-72 ANEXO C .…………………………………………………………………………....73-76
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TABLA DE CONTENIDO
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ................................................................. 14
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 14
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................... 15
1.3. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 16
1.4. OBJETIVOS .............................................................................................. 17
1.4.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 17
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................. 17
2. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................. 18
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS ...................................................... 18
2.2. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 22
2.2.1. Aguas residuales. .................................................................................. 22
2.2.2. Tratamientos de aguas residuales. ........................................................ 22
2.2.3. Bacterias................................................................................................ 25
2.2.4. Parámetros de calidad del agua. ........................................................... 27
2.3. MARCO LEGAL ........................................................................................ 33
2.4. MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 34
3. DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................ 36
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ...................................................................... 36
3.2. DISEÑO ADOPTADO ............................................................................... 36
3.3. ENFOQUE ADOPTADO ........................................................................... 36
3.4. POBLACIÓN Y MUESTREO .................................................................... 37
3.5. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ......................... 37
3.5.1. Fuentes primarias ............................................................................... 37
3.5.2. Fuentes secundarias .......................................................................... 38
3.6. HIPÓTESIS ............................................................................................... 39
3.7. VARIABLES .............................................................................................. 40
3.8. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ............................................... 40
3.9. TÉCNICAS DE ANÁLISIS ......................................................................... 41
4. RESULTADOS ............................................................................................. 42
11
4.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE LOS AFLUENTES DE LA
PLANTA .............................................................................................................. 42
4.2. ANÁLISIS DE LOS EFLUENTES TRATADOS ......................................... 44
4.3. DETERMINACIÓN DE LAS VARIABLES DE INOCULACIÓN ................. 53
CONCLUSIONES .................................................................................................. 58
RECOMEDACIONES ............................................................................................ 59
REFERENCIAS ..................................................................................................... 60
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RESUMEN
En el siguiente trabajo se expondrá la solución a la problemática relacionada con las aguas residuales vertidas que se obtienen de una planta panificadora ubicada en Soledad - Atlántico mediante la evaluación de un inóculo microbiano comercial que se utilizó para minimizar la materia orgánica representada en la DQO presentes en la misma.
Para la situación anteriormente mencionada, se plantea la utilización de las bacterias Biodynamic 923 y Biodynamic 902 con la finalidad de evidenciar su desempeño en la remoción de la (DQO), el cual se encuentra por encima de los límites permitidos, generando de esta forma contaminación dentro de la empresa panificadora, así mismo, se tuvieron bajo control variables como pH, Temperatura, Turbidez, SST, Color, Conductividad y Oxígeno Disuelto.
Se sabe que la implementación del tratamiento biológico es viable porque se evidenció mediante las pruebas realizadas que estos tipos de bacterias lograron alcanzar un porcentaje de remoción de 97,97%. A lo largo de la investigación se podrá observar con detalle el seguimiento realizado a cada parámetro y los resultados más relevantes del estudio mencionado.
Palabras claves: Materia orgánica, demanda química de oxígeno, tratamiento biológico, bacterias.
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INTRODUCCIÓN
El valor del agua para el ser humano es innegable, no solo forma parte del 75% del cuerpo humano, sino que es materia de control y desarrollo para toda civilización [1].Sin embargo, las actividades antropogénicas incorporan sustancias contaminantes a las fuentes hídricas, generando problemáticas sanitarias y ambientales [2]–[5]. Por ello es necesaria que las aguas sean tratadas antes de su vertido, con el fin de rebajar lo más posible su carga contaminante. Dentro de los usos más comunes del agua, se destaca el riego de cultivos, procesamiento de alimentos, además, brinda energía a la industria con el objeto de satisfacer a una población en constante crecimiento [5]. Por lo tanto, la industria alimenticia presenta interés por la implementación de tratamientos de aguas residuales por medio de sistemas aerobios y anaerobios con la finalidad de que los microorganismos adopten la materia orgánica como fuente de carbono para su propio crecimiento. Para el caso específico de la empresa objeto de estudio, se evidencian problemas dentro de su proceso de tratamiento de aguas residuales industriales (PTAR), dentro de los cuales se destacan la acumulación de sólidos, altos valores de pH, altos valores de Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Biológica de Oxígeno (DBO), grasas y olores que generan inconformidad en el cumplimiento de la normatividad ambiental colombiana. Este estudio tuvo como objetivo evaluar un inóculo microbiano comercial para minimizar la materia orgánica en aguas residuales de una planta panificadora en Soledad-Atlántico utilizando las bacterias biodynamic 902 y biodynamic 923, con la finalidad de evidenciar su desempeño en la remoción de la (DQO), la cual representa un alto grado de contaminación dentro de la empresa panificadora y se basa en el hecho de que la mayoría de los compuestos orgánicos pueden ser oxidados por la acción de agentes oxidantes fuertes bajo condiciones ácidas [6]. En el desarrollo de este proyecto, se mostrarán los principales capítulos que abarcan el desglose del objetivo, importancia, base científica y conclusión del tema de investigación; Así pues, en el Capítulo 1 se describe el problema de investigación, pertinencia con el área de estudio y la importancia para la planta panificadora. Posteriormente, se presenta el Capítulo 2 como el marco de referencia, donde se sustenta el propósito planteado en el capítulo anterior a través de los antecedentes investigativos relacionados con el tratamiento de aguas residuales y específicamente sobre disminución de la demanda química de oxígeno, a su vez permitió realizar el estado del arte, bases teóricas y científicas, conceptos, reglamentaciones y leyes que enmarcan la investigación a desarrollar.
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EVALUACIÓN DE UN INÓCULO MICROBIANO COMERCIAL PARA MINIMIZAR LA MATERIA ORGÁNICA EN AGUAS RESIDUALES DE UNA PLANTA
PANIFICADORA EN SOLEDAD – ATLÁNTICO
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las aguas residuales industriales representan riesgos para la salud por lo tanto necesitan de algún tratamiento para su posterior vertimiento. El crecimiento de la población y el desarrollo industrial han multiplicado los problemas de contaminación del agua tanto de procedencia superficial como subterránea. En estas condiciones el ciclo del agua ya no tiene la capacidad suficiente para limpiarla, por ello, se requieren diversos procesos para desinfectarla y hacerla apta para consumo humano. La complejidad de los procesos que constituyen el tratamiento del agua va a depender de las características del agua residual industrial que se va a tratar [6]. Un aspecto importante que considerar en el tratamiento de aguas residuales es el control eficiente de los parámetros de calidad de agua Demanda Química de Oxígeno, Demanda Biológica de Oxígeno, pH, entre otros) para su posible reutilización o reciclaje [7].
El tratamiento de las aguas residuales es una cuestión prioritaria a nivel mundial, ya que es importante disponer de agua de calidad y en cantidad suficiente, lo que permitirá una mejora del ambiente, la salud y la calidad de vida [6]. En el plano nacional, una de las principales causas de la contaminación de los diferentes cuerpos de agua es la cantidad de nutrientes y materia orgánica que son vertidos en ellos como resultado de las diferentes actividades antropogénicas dentro de las cuales se encuentra la industria alimenticia [8]. Ante esta problemática se cuenta con los tratamientos biológicos del tipo aerobio o anaerobio que aprovechan la capacidad de determinados microorganismos (entre los que destacan las bacterias) de asimilar la materia orgánica y los nutrientes disueltos en el agua residual a tratar para su propio crecimiento, llevando a cabo la eliminación de componentes solubles en el agua [9]–[11].
La empresa ubicada en Soledad-Atlántico; cuya actividad productiva se centra en la elaboración de productos de panadería y pastelería, cuenta con un sistema para tratamiento de agua residual con presencia de oxígeno (aerobio), generadas en su proceso productivo. La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, está basada principalmente en los siguientes equipos: fosa de agua residual, tanque cribado, sistema de flotación por aire disuelto “GEM”, reactor aerobio, sedimentador y finalmente un proceso de filtración, filtro multicama y filtro de carbón activado. La planta está diseñada para dar tratamiento a un caudal promedio de 20m3/día [12].
Actualmente, el proceso de filtración con carbón activado presenta un desempeño inferior al requerido debido a los altos niveles de materia orgánica en el efluente a
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tratar, lo cual genera taponamiento del filtro de carbón activado. La materia orgánica biodegradable se mide, en la mayoría de las ocasiones, en función de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y de la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Sin embargo, se monitoreó la DQO para facilitar el control de dicha materia orgánica.
Por tanto, la DQO (<80ppm) representa un parámetro de control para prevenir el deterioro al filtro de carbón activado, ya que la cantidad y tipo de sustancias retenidas, demandan de manera periódica la regeneración del carbón activado mediante la oxidación de la materia orgánica [12]. En estos procesos se destruye una pequeña parte del carbón activo que deberá ser sustituida generando un costo adicional [13]. Siendo la DQO un parámetro que representa la cantidad de contaminantes orgánicos y se debe ejercer un control de esta variable para la prevención de un problema ambiental, es importante que cumpla con los valores permisibles para los vertimientos de efluentes industriales con disposición a las fuentes hídricas.
Adicionalmente, un alto valor de dicho parámetro causa el agotamiento del oxígeno en las aguas superficiales y puede conducir a la desarrollo de condiciones sépticas [14]. Por tanto, controlar este parámetro es de suma importancia para asegurar una buena calidad de vertido y garantizar el cumplimiento de la normatividad ambiental colombiana (Resolución 0631 del 17 de marzo del 2015), la cual establece un valor máximo permisible de la DQO de 600 mg/L O2[15]. A su vez, los altos consumos de agua potable en actividades de riego en jardines, limpieza de vías y descarga de aparatos sanitarios requieren la búsqueda de alternativas viables que contemplen el reúso de las aguas industriales tratadas, basado en la Resolución 1207 de 2014, en el cual se especifican los rangos o valores máximos permisibles en parámetros como pH (6-9 unidades) y conductividad (<1500 μS/cm), entre otros [16].
En el presente trabajo se evaluó un inóculo microbiano comercial para minimizar la materia orgánica en las aguas residuales de una planta panificadora en Soledad-Atlántico, utilizando las bacterias biodynamic 902 y biodynamic 923.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿En qué medida el inóculo microbiano comercial puede minimizar la materia orgánica en las aguas residuales de una planta panificadora en Soledad-Atlántico, utilizando las bacterias Biodynamic 902 y Biodynamic 923?
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1.3. JUSTIFICACIÓN
La materia orgánica es un indicador imperativo en el análisis de la calidad de agua, ya que proporciona un índice para evaluar el impacto de la descarga en el cuerpo de agua receptor.
Para determinar el contenido orgánico en aguas residuales generalmente se emplean dos análisis, demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y demanda química de oxígeno (DQO); sin embargo, se monitoreó la DQO porque tiene un tiempo de respuesta de análisis mucho más corto que la DBO y el costo de ésta última es más alto en la aplicación de la prueba. Además, el control del proceso tanto para los operarios e ingenieros de la planta de tratamiento de agua residual de la empresa panificadora tienen estandarizado la medición de la DQO.
Por tanto, cuanto más alto sea el nivel de DQO mayor es la oxidación del compuesto orgánico presente en la muestra, que eventualmente reducirá los niveles de oxígeno disuelto (OD), lo cual puede conducir a una condición anaeróbica, generando un impacto negativo sobre la vida acuática [17], [18]. A su vez, la normativa ambiental colombiana mediante la Resolución No. 0631 del 17 de marzo de 2015 establece el valor máximo permisible de 600 mg/L O2 para la concentración de DQO en aguas residuales provenientes de actividades de elaboración de productos alimenticios y bebidas [15].
Basados en lo anterior, la empresa requería la ejecución del presente proyecto de investigación con la finalidad cumplir las estrictas regulaciones ambientales. Por otra parte, la organización productora de alimentos posee la necesidad de reducir el consumo de agua potable, a través de la reutilización del agua tratada en actividades de cultivo de pastos y descarga de aparatos sanitarios, tal y como se reglamenta en la Resolución No. 1207 del 25 de julio del 2014 [19].
En consecuencia, los resultados de este trabajo permitieron evaluar el impacto ocasionado por la adición de las bacterias biodynamic 902 y biodynamic 923 a la PTAR ubicada en el municipio de Soledad-Atlántico, donde los residuos contaminantes son altamente representativos dentro de esta industria, lo que incentiva la investigación para poder mitigar altas concentraciones en los parámetros a controlar por normativa vigente. Se espera que la divulgación de los resultados obtenidos complemente el tratamiento de aguas residuales de la planta y promueva su uso dentro de la misma.
El tema estuvo relacionado con los lineamientos de Bioprocesos y medio ambiente, que la Universidad de San Buenaventura seccional Cartagena desde la Facultad de Ingeniería y en el programa de Ingeniería Química promueve en sus estudiantes. Las asignaturas del plan de estudio que respaldaron dicho tema son Tecnología ambiental, Biotecnología y Cinética Química, la primera se basa en toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos, por otra parte, la segunda asignatura pretende estudiar la rapidez de
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reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general.
Así mismo, esta investigación se encontró relacionada con los lineamientos del Proyecto Educativo Bonaventuriano los cuales promueven en el estudiante la indagación metódica, la reapropiación del conocimiento y la autoformación, para la aplicación de principios científicos y el pensamiento propio y creativo, haciendo énfasis en el conocimiento, manejo y revisión permanente de los métodos de investigación [20].
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Evaluar un inóculo microbiano comercial para minimizar la materia orgánica en aguas residuales de una planta panificadora en Soledad- Atlántico utilizando las bacterias Biodynamic 902 y Biodynamic 923.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar fisicoquímicamente los efluentes para determinar la composición del agua residual y encontrar parámetros a controlar.
Establecer un diseño experimental para el proceso de inoculación con los productos Biodynamic 902 y Biodynamic 923 considerando las características de los efluentes.
Analizar los efluentes tratados durante la línea de operación de tratamiento de agua con la aplicación de Biodynamic 902 y Biodynamic 92.
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2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
Los procesos de tratamiento biológico han sido esenciales por décadas para garantizar los objetivos de tratamiento de aguas residuales, y también se han destacado como una alternativa eficiente para proporcionar una alta capacidad de reciclaje de agua con la finalidad satisfacer las crecientes demandas de agua del futuro [21]–[23].La Figura 1 muestra el aumento en proyectos de investigación que involucran procesos biológicos para depurar aguas residuales, teniendo en cuenta la información extraída de la base de datos Science Direct (http://www.sciencedirect.com/), desde el año 1998 hasta el año 2018.
1995 2000 2005 2010 2015 2020
Pu
blic
acio
ne
s
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
Anualidad
Figura 1. Publicaciones encontradas para procesos biológicos en la base de datos ScienceDirect.
Fuente: Elaboración propia (http://www.sciencedirect.com/).
Adicionalmente, la comunidad científica internacional dedicada a temáticas relacionadas con el tratamiento de aguas mediante procesos biológicos ha concentrado sus esfuerzos a lo largo de los últimos 20 años en investigaciones enfocadas en la remoción de nitrato, nitrógeno, amoniaco y fosforo, entre otros [24], [25], combinación de procesos aerobios con etapas de ozonización [26], procesos biológicos aeróbicos foto-asistidos y combinados con microfiltración [27], [28], tratamiento de lixiviados por la combinación de oxidación fotoquímica y proceso biológico [29] y tratamiento de aguas residuales mediante procesos biológicos acoplados a tecnologías avanzadas de oxidación (fotocatálisis solar y O3/UV), tratamientos electroquímicos, proceso Fenton, electrocoagulación y foto-Fenton, ozonización catalítica de microburbuja y electro-Fenton heterogéneo, entre otros [30]–[38].
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Por otra parte, Rodríguez et al. [39] evaluaron la remoción de color y materia orgánica de aguas residuales provenientes del teñido de acrílico, algodón y poliéster por oxidación biológica en un reactor secuencial por lotes (SBR) y por la integración de la reacción de Fenton con SBR. La integración de la oxidación de Fenton con el sistema SBR descendente proporciona una eliminación eficiente de materia orgánica (88-98% para DQO, 83-95% para DBO5, 91-98% para DOC y 99% para el color, dependiendo del efluente textil tratado. Además, el tratamiento integrado permite que las aguas residuales tratadas satisfagan los límites de descarga con una reducción en los costos de operación, en el rango entre 24-39%, comparado con la aplicación del proceso Fenton.
En un estudio similar, Cui et al. [40] evaluaron la oxidación combinada del ozono y un filtro aireado biológico (BAF) en aguas residuales de galvanoplastia con altos contenidos de cianuro. La dosificación óptima del ozono fue 100 mg/L, BAF1 HRT (tiempo de retención hidráulico) 9 h y BAF2 HRT 6 h, alcanzándose eficiencias de remoción de 99,7%, 81,7%, 97,8% y 95,3% para el CN, el DQO (demanda química del oxígeno), Cu2+ y Ni2+, respectivamente, los cuales permites satisfacer el estándar de descarga para la industria de electrochapado en China.
Sathian et al. [41] combinaron de procesos físicos y biológicos para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con colorantes en un reactor de secuenciación (SBR). Las especies Phanerochaetechrysosporium, Pleurotusfloridanus, de Ganodermalucidum y de Trametespubescens, fueron utilizados como microorganismos en el reactor, junto con un adsorbente basado en semilla de tamarindo. Bajo condiciones optimizadas se alcanzaron porcentajes de decoloración y reducción de la DQO cercanos al 86,6% y 96%, respectivamente.
En otra investigación, Chemlal et al. [42] propusieron la fotocatálisis heterogénea (TiO2/UV) acoplada a biorreactores sembrados con diferentes tipos de inóculos (lixiviados crudos, extracto de suelo y lodo activado). El acoplamiento AOP-biorreactor permitió una reduccióndel 90% de la DBO5 inicial y del 87% de la reducción de DQO en lixiviados con un valor final de 1000 mg O2/L.
Las preocupaciones recientes sobre la salud pública, la protección del medio ambiente, y las necesidades de recuperación de recursos, impuestas por la sostenibilidad ambiental, han convocado a la comunidad científica internacional a mirar las aguas residuales domésticas (ARD) no más como un residuo que se tratará o eliminará sino como una fuente valiosa de productos.
Los recursos potencialmente recuperables consisten en fertilizantes (nitrógeno y fósforo como nutrientes principales, pero también potasio y azufre), energía y agua (producida a partir de corrientes de aguas residuales tratadas con tecnologías de tratamiento avanzadas o de baja tecnología y soluciones biológicas aerobias o anaerobias con fines de reutilización en el sector agrícola), siendo este último el de mayor interés [43]–[47].
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En un estudio reciente, An et al. [48] basaron su análisis experimental en el tratamiento de aguas residuales que tenían presentes concentraciones de ácido cianúrico (CA) con el fin de eliminar biológicamente nutrientes presentes en la misma. Se demostró que la biodegradación estuvo determinada por las especies Acidovorax y Pseudomonas en condiciones anaerobias para las concentraciones
de 0,1 y 0,01 mg/L de CA. Sin embargo, para 1 mg/L se evidenció un comportamiento reacio para ser degradado observando que la eficiencia de remoción de nitrógeno total se redujo de 97,23 a 74,72%.
Además, Manyuchi et al. [49] estudiaron la depuración de aguas residuales con la tecnología de vermifiltración utilizando 10 kg de lombrices de Eiseniafetida en un lecho de 0,5 m de 0,5 m x 0,3 m durante un ciclo de 40 horas. Los parámetros fisicoquímicos del efluente como pH, nitrógeno total de Kjeldahl (TKN), oxígeno biológico demanda (DBO), sólidos totales disueltos (TDS), sólidos suspendidos totales (SST) y la demanda química de oxígeno (DQO). Al final se obtuvo un vermicompost que permitió la disminución de 94.9% para el TKN, 91.1% para la DBO, 91.9% para la TDS, 92.4% para la TSS y 89.4% para la DQO.
En un estudio similar, Zaghdoudi et al. [50] investigaron la viabilidad de un pretratamiento antes de un proceso biológico para la eliminación de dimetridazol por medio de dos procesos de electro-reducción. La alternativa mostró una degradación total de dimetridazol y la relación DBO/DQO aumentó de 0,13 a 0,24. Finalmente, se confirmó la efectividad de la reducción llevando a cabo un tratamiento biológico que implicaba un barrido activado después de electrolisis directa e indirecta a pH diferente.
Marcelino et al. [51] propusieron un sistema multi-etapa para tratar las aguas residuales farmacéuticas que contiene el antibiótico amoxicilina. Se realizó Ozonización (O3), y ozonización combinada con biodegradación aeróbica donde presentaron una alta concentración de materia, significativo contenido de amoxicilina y ecotoxicidad aguda. El sistema de tratamiento multietapas presentó resultados prometedores, logrando la degradación de más del 99% de la amoxicilina, más del 98% de la demanda química original de oxígeno (DQO), y el 90% de la toxicidad inicial.
En un estudio actualizado, Yadu et al. [14] llevaron a cabo la extracción simultánea de nitrógeno y carbono en forma de NH4
+ -N y DQO para investigar la influencia de la relación Demanda Química de Oxígeno/Amoníaco. La mezcla del estiércol de la vaca fue tomada como fuente de cultivo microbiano y aclimatado con dextrosa y NH4Cl como fuente del carbón y del nitrógeno. Los resultados revelan que la relación DQO/NH3 tiene una correlación directa con la eficiencia de eliminación de DQO, cuando dicha relación aumentó de 2 a 10, la eficiencia de eliminación de DQO también aumentó de 80 a 98%.
Huang et al. [52] investigaron a partir de aguas residuales con alto contenido de DQO difícil de degradar para lo cual emplearon la combinación de microelectrólisis con el relleno Fe-C y el tratamiento Fenton. El primero de ellos demostró el
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funcionamiento eficiente para la degradación del DQO. Sin embargo, el DQO puede ser más degradado por la reacción de Fenton y el ajuste de su pH, por lo tanto, dichos tratamientos fueron adecuados para la biodegradación revelando que esta tecnología puede resolver la cuestión medioambiental de la industria de procesamiento de trementina actual y así promover su desarrollo.
Barbusinsky et al. [53] realizaron una revisión de métodos biológicos para el tratamiento de olor, los cuales han crecido para convertirse en un campo bien desarrollado de la tecnología de procesos durante más de 30 años, entre ellos se pueden clasificar tres categorías: químicas, físicas y biológicas. El resultado proporciona una visión general del estado de la técnica, proceso de principios y características incluyendo el uso de diferentes microorganismos y nutrientes, variaciones de equipos diseño y aplicación de las tecnologías de tratamiento de olores diferentes que son descritas y comparadas de manera detallada.
Zhang et al. [54] estudiaron un proceso de lodos activos asistido por lignito activado de coque fue desarrollado para mejorar la biodegradación de fenol. Se encontró que más del 90% de fenol fue eliminado siendo 3 veces mayor que el proceso de lodos activados convencionales. Estos resultados sugirieron que el coque de lignito activado podría servir como el agente de nucleación para promover la formación de flóculos, reducción de toxicidad y estabilidad del sistema.
Liu et al. [37] investigaron el desempeño de un tratamiento avanzado para aguas residuales químicas tratadas con bio-carbón (BCCW) por medio de una novedosa combinación de ozonización catalítica de microburbujas con un proceso biológico. La relación de dosificación de ozono a cantidad de DQO afluente mostró un impacto en el rendimiento del sistema de tratamiento de combinación y su valor óptimo obtenido en este estudio fue de 0,44 mg/mg. Por lo tanto, la combinación de ozonización catalítica de microburbujas con un proceso biológico es una solución eficaz y económica para el tratamiento avanzado de BCCW.
Baiju et al. [36] presentaron un estudio para tratar el agua residual de los lixiviados mediante la combinación de electro-Fenton (E-Fenton) y procesos biológicos. E-Fenton se aplicó antes del proceso biológico para mejorar la biodegradabilidad del lixiviado, que será beneficioso para el proceso biológico posterior. Los efectos del pH inicial, dosificación de catalizador, voltaje aplicado y el espaciamiento de electrodo en eficiencia de remoción de la demanda química de oxígeno (DQO) fueron analizados para determinar las condiciones óptimas logrando una remoción del 97%.
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2.2. MARCO TEÓRICO
2.2.1. Aguas residuales: Aguas utilizadas por el hombre para cubrir sus necesidades, o las aguas que se han emitido como residuos líquidos después de su utilización. El agua pura no se encuentra en forma natural. Cuando el agua entra en contacto con el aire, suelo, o el hombre, adquiere impurezas y se contamina; lo que ocasiona enfermedades y perjuicios al ser humano [55].
Aguas residuales domésticas o aguas negras: proceden de las heces y orina humanas, del aseo personal y de la cocina y de la limpieza de la casa. Suelen contener gran cantidad de materia orgánica y microorganismos, así como restos de jabones, detergentes, lejía y grasas[56].
Aguas blancas: pueden ser de procedencia atmosférica (lluvia, nieve o hielo) o del riego y limpieza de calles, parques y lugares públicos. En aquellos lugares en que las precipitaciones atmosféricas son muy abundantes, éstas pueden de evacuarse por separado para que no saturen los sistemas de depuración[56].
Aguas residuales industriales: proceden de los procesamientos realizados en fábricas y establecimientos industriales y contienen aceites, detergentes, antibióticos, ácidos y grasas y otros productos y subproductos de origen mineral, químico, vegetal o animal. Su composición es muy variable, dependiendo de las diferentes actividades industriales[56].
Aguas residuales agrícolas: procedentes de las labores agrícolas en las zonas rurales. Estas aguas suelen participar, en cuanto a su origen, de las aguas urbanas que se utilizan, en numerosos lugares, para riego agrícola con o sin un tratamiento previo[56].
2.2.2. Tratamientos de aguas residuales: Los tratamientos para las aguas de desecho, pueden reconocerse en base a su ubicación en el proceso de limpieza, como primarios, secundarios y avanzados[57].
Pretratamientos: Debe realizarse por medio de procesos físicos y/o mecánicos, como rejillas, desarenadores y trampas de grasa, dispuestos convencionalmente de modo que permitan la retención y remoción del material extraño presente en las aguas negras y que pueda interferir los procesos de tratamiento.
2.2.2.1. Tratamiento primario: Son los más sencillos en la limpieza del agua y tienen la función de preparar el agua, limpiándola de todas aquellas partículas cuyas dimensiones puedan obstruir o dificultar los procesos
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consecuentes. Estos tratamientos son, el cribado o las mallas de barreras, la flotación o eliminación de grasas y la sedimentación [57]. Algunos sistemas como es el caso de la flotación y la sedimentación pueden ser utilizados dentro del proceso de tratamientos secundarios y no forzosamente como un método primario aislado.
Mallas o barreras: Es importante que como tratamiento primario se busque remover la materia flotante que trae consigo el agua, y sobre todo si proviene de mantos superficiales, que fácilmente pueden ser contaminados por papel, plásticos grandes, troncos de madera etc., ya que si no se eliminan pueden causar daños a los mecanismos o bloquear las tuberías. Estas mallas, también llamadas cribas, tienen que ser diseñadas de un material anticorrosivo para evitar el desgaste con la fricción del paso de agua. Las cribas se fabrican dejando una abertura entre sus barras dependiendo del propósito que se busque, en el caso específico de mi proyecto las mallas evitarán el paso de desechos grandes acarreados por el cauce del río, por lo que tendrán una separación de 10cm [57]. La localización de las cribas debe de ser en un depósito que tenga su base a mayor profundidad de la parte inferior de la tubería, con una pequeña inclinación, con el objetivo de que disminuya la presión del agua a 0.45m/s [57].
Eliminación de aceite y grasas: Las grasas pueden causar daños en los procesos de limpieza por su viscosidad, obstruyendo rejillas, ductos o impidiendo la correcta aireación en los sistemas. Para solucionar este problema, se colocan trampas para aceites, que pueden ser tan sencillas como tubos horizontales abiertos en la parte superior dispuestos en la superficie de los tanques, con el fin de captar la película de aceite que flota en el agua [57].
Sedimentación: Este proceso está planteado como complementario en el desarrollo total de la limpieza del agua. La función básica de la sedimentación es separar las partículas suspendidas del agua. Los sistemas de decantación pueden ser simples, es decir trabajar únicamente con la gravedad, eliminando las partículas más grandes y pesadas, o bien, se pueden utilizar sistemas coagulantes, para atraer a las partículas finas y retirarlas del agua. La decantación simple trabaja junto con otros factores como son la luz solar, la aireación y la fricción que existe entre los elementos, que puede ser producida por la presión del agua, además de variar dependiendo da la magnitud de la partícula.
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Los tanques de sedimentación varían en forma y tamaño dependiendo de la demanda de agua que tengan que decantar, el tipo de flujo que manejen y de los mecanismos de auto limpieza aplicados. Para fines del parque a proyectar, es recomendable varios tanques que trabajen de manera alterna con dimensiones entre 20 y 30m, y 2m de profundidad[57].
2.2.2.2. Tratamiento secundario: El tratamiento secundario tiene el objetivo de
limpiar el agua de aquellas impurezas cuyo tamaño es mucho menor a las que se pueden captar por la decantación y las rejillas, para ello, los sistemas se basan en métodos mecánicos y biológicos combinados. Estos sistemas al manejar aspectos biológicos son afectados por factores externos, como son los climáticos, por lo que se tienen que estudiar sus características y adaptación al sito del proyecto, para poder hacer una elección adecuada [57].
Tratamiento aerobio: Es el procedimiento secundario más habitual, es un proceso biológico en el que se facilita que bacterias aerobias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activos (microorganismos). Estos tanques tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los microorganismos. Posteriormente se conduce este líquido a tanques cilíndricos, con sección en forma de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas. Una parte de estos lodos son devueltos al tanque para que así haya una mayor oxidación de la materia orgánica[57].
Tratamiento anaeróbico: Los tratamientos anaeróbicos son un poco más complejos que los antes mencionados. Los sistemas anaeróbicos de la primera generación se desarrollaron con la introducción del digestor convencional, que se aplica para la estabilización de los desechos. Consiste en un tanque cerrado sin agitación, ni calentamiento, donde la actividad de microorganismos representa un pequeño porcentaje de la totalidad del tanque. El sistema de digestión anaerobio evoluciono con la incorporación de un agitador mecánico que puede funcionar por medio del biogás producido por este u otro sistema de limpieza implementado en el tratamiento de aguas residuales [57].
2.2.2.3. Tratamientos terciarios: Consisten en procesos físicos y químicos
especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Es un tipo de tratamiento más caro que los
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anteriores y se usa en casos más especiales como por ejemplo para purificar desechos de algunas industrias [57]. Algunas veces el tratamiento terciario se emplea para mejorar los efluentes del tratamiento biológico secundario. Se ha empleado la filtración rápida en arena para poder eliminar mejor los sólidos y nutrientes en suspensión y reducir la demanda bioquímica de oxígeno. Una mejor posibilidad para el tratamiento terciario consiste en agregar uno o más estanques en serie a una planta de tratamiento convencional. El agregar esos estanques de "depuración" es una forma apropiada de mejorar una planta establecida de tratamiento de aguas residuales, de modo que se puedan emplear los efluentes para el riego de cultivos o zonas verdes y en acuicultura[57].
2.2.3. Bacterias: Constituyen el grupo más grande y más importante en sistemas biológicos de tratamiento de aguas residuales. Teniendo en cuenta que la función principal de un sistema de tratamiento es la eliminación de DBO, además de la eliminación de la materia orgánica carbonosa, el tratamiento de aguas residuales también puede incorporar otros objetivos, que dependen de grupos específicos de bacterias[58].
Patógenas: penetran en el organismo y pueden causar problemas más o menos severos desarrollándose en detrimento de este organismo.
No patógenas (bacterias beneficiosas): son aquellas que producen algo útil para el organismo del hombre.
2.2.3.1. Biodynamic 902: Contiene un grupo de microorganismos especialmente formulados y adaptados para uso en el tratamiento de grasas concentradas, aceites y mantecas en procesos alimenticios; combinados con penetrantes que aflojan y licúan los depósitos de grasa, lo cual facilita el proceso de degradación [59].
Ideal en plantas de tratamiento biológico aerobias que manejan aguas residuales del procesamiento de alimentos. El producto cuenta con 14 cepas de bacterias aeróbicas y facultativas con capacidad para degradar diferentes compuestos presentes en las aguas residuales que afectan la DBO y la DQO: grasas, proteínas, azucares, entre otros.
Elimina depósitos de grasa y previene la de formación de espuma en tanques de almacenamiento, drenajes, coladeras y tanques de aireación.
Reduce los costos de mantenimiento en las PTAR.
Asegura un inicio biológico rápido con bacterias que no forman filamentos.
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Controla los de olores por sulfuros.
Controla las espumas.
Evita la acumulación de grasa en el digestor.
Controla de DBO y DQO al tiempo que disminuye la producción de lodos.
Previene el bloqueo de líneas, estancamiento de agua, grasa y la posible falla del sistema de filtrado
Una vez que se realiza la inoculación las bacterias comienzan a multiplicarse y a formar parte de la Microbiota del licor de mezcla y de los lodos del sistema. En la medida que esto sucede las cepas pueden degradar una fracción de esos lodos no digeridos dejando escapar gases atrapados producto de la descomposición anaeróbica. Este efecto suele durar unos días mientras la PTAR se estabiliza. El resultado final es un aumento de la eficiencia del sistema gracias a una mejor degradación de la materia orgánica que reduce la acumulación de lodos. Todos estos beneficios conllevan a un mejoramiento de la calidad del agua residual (DBO, DQO, STS, Grasas y Aceites, entre otros)[59].
A pesar de que la DQO mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos, los microorganismos toman la energía contenida en la materia orgánica contaminante, presente como demanda química de oxígeno (DQO) o como demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la cual es transformada en diversos productos dependiendo el metabolismo aerobio o anaerobio de la célula. Por tanto, tomando en cuenta también que la DQO tiene dos componentes una parte biodegradable y la otra no biodegradable, dependiendo la proporción de cada una, los microorganismos actuarán y reducirán la parte biodegradable.
2.2.3.1.1. Dosis: El cálculo de la dosis depende de múltiples factores como: tipo de industria, caudal, variaciones en la producción, eficiencia del sistema, carga orgánica (DBO y DQO), temperatura, tiempo de retención, uso de lodos activados, entre otros. La frecuencia del tratamiento normalmente se realiza diariamente, aunque en algunos casos se pueden hacer aplicaciones intermitentes.
Las primeras dosis deben ser más altas (dosis de choque) para garantizar una buena inoculación de microorganismos, posteriormente se puede manejar una dosis más baja (dosis de mantenimiento) que permita reemplazar los microorganismos que por una u otra razón se van perdiendo[59].
El éxito del bio-tratamiento depende del suministro de los factores abióticos. El tratamiento con bacterias no soluciona problemas de fondo como diseños deficientes, mala oxigenación, tiempos de retención cortos, sobrecarga del sistema, entre otros.
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2.2.3.2. Biodynamic 923: Cultivo de bacterias no patógena que contiene ingredientes naturales como portador incluyendo: maíz, salvado de trigo y algas marinas[60].
Es un producto biológico especialmente formulado y diseñado para el mantenimiento de las líneas de drenaje, tuberías y trampas de grasa de restaurantes e industrias de abastecimiento y servicio de comida. Ideal para la reducción de vertimientos de tipo industrial con alto contenido en grasas y aceites[60].
Controla el nivel de grasa y la formación de espuma
Controla y reduce la generación de malos olores.
Mejora la calidad del efluente.
Reduce la acumulación y disposición de grasa.
Previene la obstrucción de líneas.
2.2.4. Parámetros de calidad del agua: El término calidad del agua es relativo y solo tiene importancia universal si está relacionado con el uso del recurso. Esto quiere decir que una fuente de agua suficientemente limpia que permita la vida de los peces puede no ser apta para la natación y un agua útil para el consumo humano puede resultar inadecuada para la industria[61].
2.2.4.1. Características físicas: Las propiedades organolépticas del agua, llamadas así porque pueden ser perceptibles por los receptores mediante el uso de los sentidos (vista, olfato, etcétera), tienen directa incidencia sobre las condiciones estéticas y de aceptabilidad de la misma [61].
Se consideran importantes las siguientes:
Turbiedad: Es originada por las partículas en suspensión o coloides (arcillas, limo, tierra finamente dividida, etcétera). La turbiedad es causada por las partículas que forman los sistemas coloidales; es decir, aquellas que por su tamaño, se encuentran suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o mayor grado[61].La medición de la turbiedad se realiza mediante un turbidímetro o nefelómetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelométricas de turbiedad (UNT).
Sólidos y residuos: Se denomina así a los residuos que se obtienen como materia remanente luego de evaporar y secar una muestra de agua a una temperatura dada. Según el tipo de asociación con el agua, los sólidos
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pueden encontrarse suspendidos o disueltos[61].Las partículas pueden estar:
1. Disueltas (hasta un micrómetro), en cuyo caso físicamente no influirán en la turbiedad, pero sí podrían definir su color u olor.
2. Formando sistemas coloidales (1 a 1.000 micrómetros), que son las causantes de la turbiedad neta del agua.
3. En forma de partículas suspendidas (por encima de 1.000 micrómetros), las cuales caen rápidamente cuando el agua se somete a reposo.
Sólidos totales: Corresponden al residuo remanente después de secar una muestra de agua. Equivalen a la suma del residuo disuelto y suspendido. El residuo total del agua se determina a 103–105ºC[61].
Equivalencias:
Sólidos totales = sólidos suspendidos + sólidos disueltos
Sólidos totales = sólidos fijos + sólidos volátiles
1. Sólidos disueltos o residuos disueltos: Mejor conocidos como sólidos filtrables, son los que se obtienen después de la evaporación de una muestra previamente filtrada. Comprenden sólidos en solución verdadera y sólidos en estado coloidal, no retenidos en la filtración, ambos con partículas inferiores a un micrómetro (1 µ)[61].
2. Sólidos en suspensión: Corresponden a los sólidos presentes en un agua residual, exceptuados los solubles y los sólidos en fino estado coloidal. Se considera que los sólidos en suspensión son los que tienen partículas superiores a un micrómetro y que son retenidos mediante una filtración en el análisis de laboratorio[61].
3. Sólidos volátiles y fijos: Los sólidos volátiles son aquellos que se pierden por calcinación a 550ºC, mientras que el material remanente se define como sólidos fijos[61].
Color: Esta característica del agua puede estar ligada a la turbiedad o presentarse independientemente de ella.
Aún no es posible establecer las estructuras químicas fundamentales de las especies responsables del color. Esta característica del agua se atribuye comúnmente a la presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos, ácidos grasos, ácidos fúlvicos, entre otros. Se considera que el color natural del agua, excluyendo el que resulta de descargas industriales, puede originarse por las siguientes causas [61]:
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- La extracción acuosa de sustancias de origen vegetal - La descomposición de la materia - La materia orgánica del suelo - La presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metálicos - Una combinación de los procesos descritos
Olor y sabor: El sabor y el olor están estrechamente relacionados; por eso es común decir que “A lo que huele, sabe el agua”. Estas características constituyen el motivo principal de rechazo por parte del consumidor. En términos prácticos, la falta de olor puede ser un indicio indirecto de la ausencia de contaminantes, tales como los compuestos fenólicos. Por otra parte, la presencia de olor a sulfuro de hidrógeno puede indicar una acción séptica de compuestos orgánicos en el agua[61].
Tabla 1. Olores característicos del agua y su origen.
NATURALEZA
ORIGEN
Olor balsámico Flores
Dulzor Coelosphaerium
Olor químico Aguas residuales industriales
Olor a cloro Cloro libre
Olor a hidrocarburo Refinería de petróleo
Olor medicamentoso Fenol, yodoformo
Olor a azufre Ácido sulfúrico, H2S
Olor séptico Alcantarilla
Olor a tierra Arcillas húmedas
Olor fecaloide Retrete, alcantarilla
Olor a moho Cueva húmeda
Olor a legumbres Hierbas, hojas en descomposición.
Fuente: Tomado de [61].
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Temperatura: Es uno de los parámetros físicos más importantes en el agua, pues por lo general influye en el retardo o aceleración de la actividad biológica, la absorción de oxígeno, la precipitación de compuestos, la formación de depósitos, la desinfección y los procesos de mezcla, floculación, sedimentación y filtración [57].
Múltiples factores, principalmente ambientales, pueden hacer que la temperatura del agua varíe continuamente.
pH: Influye en algunos fenómenos que ocurren en el agua, como la corrosión y las incrustaciones en las redes de distribución. Aunque podría decirse que no tiene efectos directos sobre la salud, sí puede influir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulación y la desinfección[61]. Por lo general, las aguas naturales (no contaminadas) exhiben un pH en el rango de 5 a 9. Cuando se tratan aguas ácidas, es común la adición de un álcali (por lo general, cal) para optimizar los procesos de coagulación. En algunos casos, se requerirá volver a ajustar el pH del agua tratada hasta un valor que no le confiera efectos corrosivos ni incrustantes. Se considera que el pH de las aguas tanto crudas como tratadas debería estar entre 5,0 y 9,0. Por lo general, este rango permite controlar sus efectos en el comportamiento de otros constituyentes del agua[61].
2.2.4.2. Características químicas: El agua, como solvente universal, puede
contener cualquier elemento de la tabla periódica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos para el tratamiento del agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos en la salud del consumidor[61].
Aceites y grasas: La presencia de aceites y grasas en el agua puede alterar su calidad estética (olor, sabor y apariencia).El contenido de aceites y grasas en el agua se determina en el laboratorio mediante la extracción de todo el material soluble en un solvente orgánico tal como el hexano. Los resultados se reportan como mg/L de MEH (material extraíble en hexano)[61].
Agentes espumantes: Entre los agentes espumantes se agrupa a todos los compuestos tensoactivos que, por su naturaleza, en mayor o en menor grado, producen espuma cuando el agua es agitada. La causa principal reside en la presencia de residuos de los detergentes domésticos, como el alquil-sulfonato lineal (LAS) y el alquil-sulfonato bencénico ramificado (ABS), entre los más comunes[61].
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Alcalinidad: Es la capacidad del agua de neutralizar ácidos. Sin embargo, aniones de ácidos débiles (bicarbonatos, carbonatos, hidróxido, sulfuro, bisulfuro, silicato y fosfato) pueden contribuir a la alcalinidad[61]. La alcalinidad está influenciada por el pH, la composición general del agua, la temperatura y la fuerza iónica. Por lo general, está presente en las aguas naturales como un equilibrio de carbonatos y bicarbonatos con el ácido carbónico, con tendencia a que prevalezcan los iones de bicarbonato. De ahí que un agua pueda tener baja alcalinidad y un pH relativamente alto o viceversa[61].
Aluminio: Es un componente natural del agua, debido principalmente a que forma parte de la estructura de las arcillas. Puede estar presente en sus formas solubles o en sistemas coloidales, responsables de la turbiedad del agua. Las concentraciones más frecuentes en las aguas superficiales oscilan entre 0,1 y 10 ppm[61]. El problema mayor lo constituyen las aguas que presentan concentraciones altas de aluminio, las cuales confieren al agua un pH bajo, debido a sus propiedades anfóteras, que hacen que sus sales se hidrolicen formando ácidos débiles.
Amonio: Es el producto final de la reducción de las sustancias orgánicas e inorgánicas nitrogenadas y debe su origen a los siguientes factores:
- El nitrógeno atmosférico, por fijación química. Aspectos fisicoquímicos de la
calidad del agua. - Las proteínas animales o vegetales, por putrefacción mediante acción
bacteriana. - La reducción de nitritos. El amoniaco se encuentra en cantidades notables
cuando el medio es fuertemente reductor. En un medio oxidante, el ion amonio se transforma en nitrito. Se le considera un constituyente normal de las aguas superficiales y está íntimamente relacionado con descargas recientes de desagües. Cuando su concentración es mayor de 0,1 mg/L (como N), podría constituirse en un indicador de contaminación por aguas residuales domésticas o industriales[61].
Dureza: Corresponde a la suma de los cationes polivalentes expresados como la cantidad equivalente de carbonato de calcio, de los cuales los más comunes son los de calcio y los de magnesio[61]. Aún no se ha definido si la dureza tiene efectos adversos sobre la salud. Pero se la asocia con el consumo de más jabón y detergente durante el
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lavado. La dureza está relacionada con el pH y la alcalinidad; depende de ambos.
Materia orgánica: La materia orgánica puede ser, en muchos casos, la responsable del color, el olor y el sabor del agua, los cuales deben ser eliminados durante el tratamiento a fin de hacerla apta para el consumo humano[61]. Como es muy difícil determinar analíticamente la presencia de estas sustancias orgánicas en el agua, se han establecido métodos globales de determinación. Estos son los siguientes:
- Demanda Bioquímica de Oxígeno: DBO5 Corresponde a la cantidad de oxígeno
necesario para descomponer la materia orgánica por acción bioquímica aerobia. Se expresa en mg/L. Esta demanda es ejercida por las sustancias carbonadas, las nitrogenadas y ciertos compuestos químicos reductores. Es una prueba que reduce a números un fenómeno natural, muy sencillo en teoría, pero en esencia muy complejo. El cálculo se efectúa mediante la determinación del contenido inicial de oxígeno de una muestra dada y lo que queda después de cinco días en otra muestra semejante, conservada en un frasco cerrado a 20ºC. La diferencia entre los dos contenidos corresponde a la DBO5[61].
- Demanda Química de Oxígeno: DQO Equivale a la cantidad de oxígeno
consumido por los cuerpos reductores presentes en un agua sin la intervención de los organismos vivos. La eliminación de la materia orgánica se lleva a cabo mediante la coagulación-floculación, la sedimentación y la filtración.
Sin embargo, cuando la fuente de agua cruda tiene una carga orgánica y bacteriana muy grande —caso en el que la DBO5 puede alcanzar valores muy altos—, será necesaria aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua y una precloración, que debe constituirse en un proceso adecuadamente controlado[61].
Nitritos y nitratos: El nitrógeno es un nutriente importante para el desarrollo de los animales y las plantas acuáticas. Por lo general, en el agua se lo encuentra formando amoniaco, nitratos y nitritos [61]. Si un recurso hídrico recibe descargas de aguas residuales domésticas, el nitrógeno estará presente como nitrógeno orgánico amoniacal, el cual, en contacto con el oxígeno disuelto, se irá transformando por oxidación en nitritos y nitratos. Este proceso de nitrificación depende de la temperatura, del contenido de oxígeno disuelto y del pH del agua. En general, los nitratos (sales del ácido nítrico, HNO3) son muy solubles en agua debido a la polaridad del ion. En
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los sistemas acuáticos y terrestres, los materiales nitrogenados tienden a transformarse en nitratos[61]. Los nitritos (sales de ácido nitroso, HNO2) son solubles en agua. Se transforman naturalmente a partir de los nitratos, ya sea por oxidación bacteriana incompleta del nitrógeno en los sistemas acuáticos y terrestres o por reducción bacteriana.
2.3. MARCO LEGAL
El gobierno nacional a través da ley 99 de 1993 estableció el “Ministerio del Ambiente y Desarrollo Sostenible- MADS”, con la finalidad de orientar y regular el ordenamiento ambiental del territorio y de definir las políticas y regulaciones a las que se sujetarán la recuperación, conservación, protección, ordenamiento, manejo, uso y aprovechamiento sostenible de los recursos naturales renovables y del ambiente de la nación, a fin de asegurar el desarrollo sostenible conservación del Medio Ambiente y los Recursos Naturales Renovables[62].
Para el caso específico de los recursos hídricos han desarrollado una serie de normativas (Resoluciones, Decretos y Leyes) para velar por el uso eficiente de los mismos, tal y como se resume en la Tabla 2.
Tabla 2. Normativa para tratamiento y vertimientos de aguas.
NORMATIVIDAD DESCRIPCIÓN
Ley 9 de 1979 Medidas sanitarias y protección del medio ambiente.
Reglamentada por el Decreto Nacional 704 de 1986, DecretoNacional 305 de 1988, Decreto Nacional 1172 de 1989, DecretoNacional 374 de 1994, Decreto Nacional 1546 de 1998, DecretoNacional 2493 de 2004, Decreto Nacional 126 de 2010 [63].
Decreto 1594 de 1984 Vertimientos/Usos del agua.
Derogado por el art. 79, Decreto Nacional 3930 de 2010, salvo los arts. 20 y 21[64].
Ley 373 de 1997 Se establece el Programa ahorro y uso eficiente del agua[65].
Resolución 273 de 1997 Se fijan las tarifas mínimas de las tasas retributivas por vertimientos líquidos para los parámetros Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y Sólidos Suspendidos Totales (SST)[66].
Resolución 1096 de 2000 Se adopta el Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Modificado por: Res 668 de 2003, Res 1447 de 2005, Res 1459 de 2005, Resolución 2320 de 2009[67].
Decreto 3100 de 2003 Reglamentación sobre tasas retributivas. El Decreto 3440 de 2004 modifica algunos artículos del Decreto 3100 de 2003[68].
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Resolución 1433 de 2004
Reglamenta el artículo 12 del Decreto 3100 de 2003, sobre Planes de Saneamiento y Manejo de Vertimientos, PSMV.
Modificado por: Res 2145 de 2005[69].
Resolución 2145 de 2005 Se modifica parcialmente la Resolución 1433 de 2004 sobre Planes de Saneamiento y Manejo de Vertimientos, PSMV[70].
Decreto 3930 de 2010 Usos del agua, residuos líquidos y ordenamiento del territorio/vertimientos. Modificado por: Decreto 4728 de 2010[71].
Resolución 1514 de 2012 Se adoptan los Términos de Referencia para la Elaboración del Plan de Gestión de Riesgo para el Manejo de Vertimientos –PGRMV[72].
Resolución 1207 de 2014 Se adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas[72].
Resolución 631 de 2015 Se establecen los parámetros y los valores límites máximospermisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales a los sistemas de alcantarillado público[72].
Decreto 1076 de 2015 Se expide el Decreto Único Reglamentario del Sector Ambientey Desarrollo Sostenible[72].
Fuente: Autores.
2.4. MARCO CONCEPTUAL
ORGANISMOS AERÓBICOS. Usan solo oxígeno libre en su respiración [58].
ORGANISMOS ANAERÓBICOS. Usan sulfatos o dióxido de carbono como aceptores de electrones y no pueden obtener energía a través de respiración aeróbica [58].
MATERIA ORGÁNICA INERTE. Materia (no biodegradable) usada en un sistema de tratamiento de aguas donde no cambia su forma[58].
PROCESO BIOLÒGICO. Proceso en el cual las bacterias y otros microorganismos asimilan la materia orgánica del desecho, para estabilizar el desecho e incrementar la población de microorganismo [73].
PROCESOS FÍSICOS. Remoción de Material en suspensión, rejillas, trituradores, sedimentador primario, espesadores y filtración [73].
PROCESOS QUÍMICOS. Aplicación de productos químicos para la eliminación o conversión de los contaminantes. Precipitación, adsorción y desinfección [73].
AFLUENTE. Se refiere al agua residual u otro líquido que ingrese a un reservorio, o algún proceso de tratamiento[73].
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EFLUENTE. Líquido que sale de una planta de tratamiento de aguas residuales[73].
MATERIA ORGÀNICA. Producida por los organismos autótrofos(plantas, algas, bacterias) a partir de materia inorgánica y energía (fotosíntesis/quimiosíntesis) [55].
BACTERIAS. Son un grupo de organismos microscópicos unicelulares, rígidos carentes de clorofila, que desempeñan una serie de procesos de tratamiento que incluyen oxidación biológica, fermentaciones, digestión, nitrificación y des nitrificación [73].
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO). Se usa como una medida de la cantidad de oxígeno requerido para oxidación de la materia orgánica biodegradable[55].
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO).Es la cantidad de oxígeno en mg/l consumido en la oxidación de las sustancias reductoras que están en un agua[74].
CARBÓN ACTIVADO. Es la forma altamente adsorbente del carbón usado para remover olores y sustancias tóxicas de líquidos o emisiones gaseosas[73].
DESECHOS INDUSTRIALES. Son desechos líquidos de la manufactura de un producto específico[73].
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3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN
El presente proyecto se enmarca en dos tipos de investigación: evaluativa y aplicada, en primera instancia porque se realizaron mediciones de variables (pH, SST, TDS, color, temperatura, conductividad, turbidez) a partir de la normatividad ambiental colombiana (Resolución 0631 del 17 de marzo del 2015) [15], determinando correlación a ella, evaluando los efectos del tratamiento biológico a partir del inóculo microbiano comercial. Además, es aplicada ya que a partir de los resultados de la evaluación del inóculo microbiano la empresa implementará este tratamiento para disminuir la demanda química de oxígeno (DQO) de las aguas residuales a tratar.
3.2. DISEÑO ADOPTADO
Se adopta un diseño experimental el cual prevé lo que ocurrirá si se produce alguna innovación en la condición actual de un hecho y de condiciones severamente controladas, que describirán de qué modo o por qué causa se origina una situación o acontecimiento particular, para lograr lo anterior se aplica el razonamiento hipotético-deductivo y la metodología suele ser cuantitativa. Los experimentos pueden ejecutarse en el laboratorio o pueden ser de campo.
Para el desarrollo del presente proyecto, se estudiaron simultáneamente las variables de interés por un periodo de 90 días mediante la manipulación de la DQO, determinando de esta forma la carga óptima que ayudaría al proceso en la PTAR para la reducción de la misma, logrando a su vez, que por medio de una manera precisa e inequívoca se obtuviera un análisis estadístico como resultado de las muestras recolectadas.
3.3. ENFOQUE ADOPTADO
Igualmente se emplea un enfoque cuantitativo con el propósito de determinar interacciones causa-efecto entre variables (investigación cuasi experimental y experimental) [75], [76].
Para el caso específico de esta investigación, se registraron diariamente los datos recolectados en los diferentes nodos de estudio permitiendo evaluar si éstos sintetizaban de manera correcta la información requerida, logrando mediante un análisis estadístico extraer conclusiones concretas para posteriormente presentar la viabilidad de la implementación del tratamiento biológico en la empresa objeto de estudio.
37
3.4. POBLACIÓN Y MUESTREO
Se realizó una prueba piloto con el fin de minimizar la demanda química de oxígeno en las aguas residuales de la empresa panificadora, para ello se tomaron tres (3) muestras, una del agua residual del afluente de la criba, una muestra del afluente de la GEM, por último, el afluente del sedimentador a fin de realizar la caracterización de dicha agua residual.
Se tomaron tres (3) muestras para determinar la cantidad de materia orgánica susceptible a ser oxidada en cada uno de los nodos de estudio, añadiéndolas en viales, las cuales hacen parte del proceso de tratamiento de aguas residuales, a su vez, se tuvieron en cuenta parámetros como: pH, temperatura, sólidos totales, conductividad, turbidez y TDS para observar el efecto en cada uno de ellos luego de adición de los inóculos microbianas.
Tomando como referencia el catálogo de HANNA INSTRUMENTS, el operador sólo tiene que añadir una pequeña cantidad de la muestra 2 ml para bajo rango y medio rango, y para alto rango 0,2 mL para el análisis [77].
3.5. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN
3.5.1. Fuentes primarias
Como técnica se utilizó la observación y para el desarrollo de esta experimentación se empleó un inóculo microbiano comercial para reducción de DQO utilizando las bacterias biodynamic 902 y biodynamic 923, el cual presenta un alto grado de contaminación dentro de las aguas residuales de una planta panificadora en Soledad, Atlántico.
La información recolectada de la parte experimental y de la aplicación de instrumentos se tabuló en tablas y gráficas. Además, el tipo de análisis utilizado fue fisicoquímico para evaluar un inóculo microbiano comercial para reducción de DQO en las aguas residuales. Procedimiento empleado para la recolección de datos:
Se caracterizaron los efluentes para determinar la composición del agua residual y encontrar las variables como objeto de reducción esto se realizaron determinando nodos de control en el proceso, para conocer los tipos de contaminantes que se presentan en cada uno de los efluentes y clasificar las variables que puedan ser reducidas con el uso microbiológico.
Se determinaron las variables de inoculación con los productos Biodynamic
38
902 y Biodynamic 923 considerando las características de los efluentes, se elaborarán fichas técnicas de las bacterias B902 y B923 para poder establecer temperaturas, presión y ST del inóculo.
Se analizaron los efluentes tratados durante la línea de operación de tratamiento de agua con la aplicación de B902 y B923. Antes de aplicación de B923 se prepara agregando 20 litros de agua por cada 1 litro de B923, ya que las unidades formadoras de colonias de este producto son muy altas por ende no se puede utilizar puro sino a una concentración mínima para evitar saturación y oxidación del medio; luego se procede a la aplicación diaria de los inóculos en cada nodo por un periodo de 90 días, se estableció su relación al tiempo, asimismo, se construyó una base de análisis sobre las eficiencias y mediciones de cada variable (DQO, pH, licor mezclado, temperatura, oxígeno disuelto, TDS, SST, conductividad) para de esta forma establecer el porcentaje de mejora de DQO en el tratamiento de agua.
3.5.2. Fuentes secundarias
Dentro de la información secundaria requerida para esta investigación se tuvo en cuenta información suministrada por libros, revistas y artículos relacionados con la temática planteada, por lo tanto, se hizo uso de algunas bases de datos tales como: Science Direct, Scopus y Elsevier, de la misma forma entidades como: Secretaría General de la Alcaldía Mayor de Bogotá y el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, que a su vez permitieron un excelente desarrollo para el manejo de la información tratada.
La Figura 2 muestra el diagrama metodológico utilizado durante el desarrollo experimental del presente proyecto.
39
Diagrama Metodológico
*Condiciones de operación suministradas por el fabricante de las bacterias comerciales.
Figura 2.Etapas ejecutadas durante la experimentación
Fuente: Autores.
3.6. HIPÓTESIS
Ho. Con el inóculo microbiano comercial se presenta un potencial de mejora en la DQO igual al 50%.
CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE
NODO 1, 2 Y 3
DQO
SST
TDS
pH
Temperatura
Oxígeno
disuelto
Previo a la inoculación se realizó un estudio durante un período de 30 días comprendido durante el mes de diciembre de 2017.
PRETRATAMIENTO
INOCULACIÓN
Carga 1 *
Q = 0,2 L/s
B923 = 10 litros
B902 = 350 g
Temperatura = 31°C
pH = 4,9 – 9,5
Oxígeno = 3,1
disuelto
Carga 2 Q = 0,2 L/s
B923 = 8 litros
B902 = 275 g
Temperatura = 30°C
pH = 4,6 – 8,5
Oxígeno = 3,9
disuelto
Carga 3 Q = 0,2 L/s
B923 = 6 litros
B902 = 250 g
Temperatura = 30°C
pH = 4,7 – 8,6 Oxígeno = 3,7
disuelto
Mediante ensayos de Prueba y
Error.
Evaluación de la carga por 3 meses,
desde marzo – junio de 2018 para remoción de DQO.
Carga óptima = Carga 2
40
Ha. Con el inóculo microbiano comercial se presenta un potencial de mejora en la DQO superior al 50%. Hi. Con el inóculo microbiano comercial se presenta un potencial de mejora en la DQO inferior al 50%.
3.7. VARIABLES
Se seleccionaron en base al proceso como objetivos de estudio y control antes y después de la aplicación del inóculo microbiano.
3.7.1. Variables independientes
Demanda Química de Oxígeno
3.7.2. Variables de proceso
pH
Temperatura
3.7.3. Variables dependientes
Sólidos Solubles Totales
Conductividad
TDS
Turbidez
Oxígeno disuelto
3.8. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Tabla 3. Variables como objeto de estudio.
VARIABLES DEFINICIÓN DIMENSIONES DE VARIABLES
UNIDADES DE
MEDIDA
VARIABLES INDEPENDIENTES
DQO
Cantidad de oxígeno necesaria para oxidar químicamente toda la materia orgánica que se pueda encontrar presente en la muestra
𝑀𝑖𝑙𝑖𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜
𝑚𝑔
𝐿
VARIABLES DE PROCESO
pH
Parámetro utilizado para medir el grado de acidez o alcalinidad de una sustancia, lo que resulta de suma importancia en muchos procesos
𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙
𝑁. 𝐴.
41
químicos y biológicos.
Temperatura
Magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción de frío (menor temperatura) y caliente (mayor temperatura).
𝐶𝑒𝑛𝑡𝑖𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠
°𝐶
VARIABLES DEPENDIENTES
SST
Residuo no filtrable de una muestra de agua natural o residual industrial o doméstica.
𝑀𝑖𝑙𝑖𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜
𝑚𝑔
𝐿
Conductividad Valor utilizado para determinar el contenido de sales disueltas en el agua.
𝑀𝑖𝑙𝑖𝑠𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠
𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑚𝑆
𝑚
Turbidez
Medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión; mide la claridad del agua.
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑑𝑒𝑧
𝑛𝑒𝑓𝑒𝑙𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎
NTU
Oxígeno disuelto
Cantidad de oxígeno disuelta en el agua, indica cuan contaminada se encuentra el agua y qué tan bien puede dar soporte a la vida vegetal y animal.
𝑀𝑖𝑙𝑖𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜
𝑚𝑔
𝐿
TDS
Suma de los minerales, sales, metales, cationes o aniones disueltos en el agua. Esto incluye cualquier elemento presente en el agua que no sea (H20) molécula de agua pura y sólidos en suspensión.
𝑀𝑖𝑙𝑖𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜
𝑚𝑔
𝐿
Fuente: Autores.
3.9. TÉCNICAS DE ANÁLISIS
Para el registro de la información se utilizaron herramientas ofimáticas tales como Excel la cual permitió llevar de forma tabulada todos los parámetros necesarios para el pretratamiento y tratamiento biológico implementado en la empresa panificadora con el fin de disminuir la DQO sin dejar a un lado el control de los demás parámetros de estudio.
En el proyecto, la información también se organizó en forma de diagrama de bloques en donde se describen las etapas ejecutadas durante la experimentación, a su vez, se hizo uso de programas como Origin Pro 8 para la consolidación de datos a través del tiempo, teniendo como punto de apoyo diagramas de líneas, barras y/o columnas que fueron mostrados como figuras durante el desarrollo de la investigación en mención.
42
4. RESULTADOS
4.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE LOS AFLUENTES DE LA PLANTA
Para obtener la caracterización fisicoquímica de los afluentes de la planta, primero se definieron las etapas del proceso de la planta de tratamiento de agua residual de la empresa panificadora para determinar los nodos de control del proceso.
Figura 3. Etapas del proceso de tratamiento de agua residual de la empresa panificadora.
Fuente: Elaboración propia.
En la Figura 3, se identifican cada uno de los puntos críticos o nodos de estudio, el nodo 1 corresponde al afluente del tanque cribado (entrada de la GEM), el nodo 2 al efluente del reactor biológico (salida de la GEM), por último, pero no menos importante, encontramos el nodo 3 como efluente del sedimentador.
Los parámetros a controlar fueron tabulados diariamente durante el mes de diciembre de 2017, siendo utilizados como condiciones iniciales al pretratamiento biológico que se implementó posteriormente en el mes de febrero de 2018.
Para llevar a cabo este estudio se registraron los valores de pH, temperatura, sólidos solubles totales, conductividad, DQO, oxígeno disuelto, color y turbidez; subsiguientemente, se obtuvieron valores promedios para cada uno de ellos durante el mencionado mes.
Durante el desarrollo del presente proyecto, las aguas residuales de una planta panificadora ubicada en Soledad – Atlántico se sometieron a una caracterización fisicoquímica para conocer las condiciones iniciales que presentaban antes de realizar el tratamiento biológico con las bacterias B902 y B923. El procedimiento experimental para cada parámetro se llevó a cabo de la siguiente manera:
43
4.1.1. DQO: Una vez definidos los nodos de estudio se analizaron tres muestras obtenidas en cada uno de estos puntos críticos, dos de ellas, una del tanque cribado y otra de la GEM fueron agregadas a viales de rango alto (15000 mg/L) con un volumen de 0,2mL. Por otra parte, se tomó un vial de rango bajo (150 mg/L) al cual fueron agregados 2mL correspondientes a la muestra tomada del efluente del sedimentador, con el fin de determinar la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica de dichas muestras. Seguidamente, se agitaron los viales mencionados y se introdujeron en el equipo DRB 200, donde la temperatura debía estar a 150°C durante un tiempo de análisis correspondiente a 2 horas. Finalmente, al cabo de este tiempo, se dejaron enfriar los viales para luego ser introducidos en el equipo DR 900 y poder hacer la correcta lectura de las muestras. Cabe resaltar que los viales utilizados en lo descrito anteriormente son reactivos que siguen el método de dicromato.
4.1.2. TURBIDEZ- SÓLIDOS SUSPENDIDOS – COLOR: Para el caso de estos parámetros, se tomaron tres muestras de 25mL en cada uno de los nodos, subsiguientemente se agregaron en viales de vidrio que fueron colocados en el equipo DR 900 para conseguir la lectura de cada una de estas variables. Sin embargo, el equipo debió ser previamente calibrado con un vial de vidrio que contenía agua destilada con el mismo volumen que se recolectó de las muestras.
4.1.3. CONDUCTIVIDAD – TDS – OXÍGENO DISUELTO – pH: De la misma forma, se tomaron en un Becker tres muestras que contenían de 1000mL provenientes de cada nodo. Para la medición, se utilizó una sola sonda para obtener los valores para la conductividad, oxígeno disuelto y TDS. No obstante, para el valor del pH se utilizó una sonda diferente que, con ayuda de un pHmetro arrojaron los valores para cada uno de estos parámetros.
A continuación, en la Tabla 4 se exponen los promedios de cada parámetro en cada uno de los nodos respectivamente, caracterizando fisicoquímicamente los afluentes de la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa panificadora. En el Anexo B, se exponen los datos tomados durante todo el mes de diciembre de 2017.
Tabla 4. Caracterización fisicoquímica promedio de los afluentes de la PTAR de la empresa
panificadora ubicada en Soledad-Atlántico.
44
PARÁMETROS RESOLUCIÓN 0631
RESOLUCIÓN 1207
ENTRADA GEM
(Nodo 1)
SALIDA GEM
(Nodo 2)
SEDIMENTADOR
(Nodo 3)
pH 6-9 6-9 4,64 7,79 8,29 Temperatura (°C) - - 30,07 30,12 29,87
SST (mg/L) 200 - 942 57 58
DQO (mg/L) 600 - 5076 3798 150
Color (Unidades de platino-
cobalto)
438 - 4498 384 378
Turbidez (NTU) - - 895 62 66
Conductividad (mS/m)
- 15 1,57 3,58 3,41
TDS (g/L) - - 1,28 2,74 2,56
- No se tiene en cuenta para la resolución.
Fuente: Autores.
4.2. ANÁLISIS DE LOS EFLUENTES TRATADOS
Para llevar a cabo el análisis de los datos sin biodynamic, se realizaron tomas de muestras diarias por un periodo de 30 días comprendido durante el mes de diciembre de 2017 como pretratamiento a la inoculación de las bacterias Biodynamic 902 y Biodynamic 923.
Posteriormente, se realizó la inoculación de las bacterias a partir del mes de febrero de 2018 (denominada Carga 1), donde se observaron resultados negativos a la aplicación de la misma, puesto que al tercer día de tratamiento las aguas residuales mostraron cambios en el color y se convirtieron en aguas putrefactas, de tal modo que se suspendió su dosificación.
Las Figuras 4, 5 y 6 presentan una comparación entre los valores experimentales obtenidos para la DQO sin la aplicación de biodynamic y con la aplicación de la misma. Se evidenció que la ficha técnica suministrada por el proveedor de las bacterias no tenía las condiciones adecuadas para su inoculación en la PTAR de la empresa ubicada en Soledad-Atlántico, por lo tanto, se realizaron ensayos de prueba y error con el fin de encontrar una carga óptima para la adición de B902 y B923.
45
1 2 3 4 50
2000
4000
6000
8000
10000
DQ
O (
mg
/L)
DIAS
SIN BIODYNAMIC
CON BIODYNAMIC
RESOLUCION 0631 de 2015
Figura 4. Datos obtenidos durante 5 días en el nodo 1 (Entrada GEM).
Fuente: Autores.
1 2 3 4 50
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
DQ
O (
mg
/L)
DIAS
SIN BIODYNAMIC
CON BIODYNAMIC
RESOLUCION 0631 DE 2015
Figura 5. Datos obtenidos durante 5 días en el nodo 2 (Salida GEM).
Fuente: Autores.
46
1 2 3 4 5
100
200
300
400
500
600
700
DQ
O (
mg
/L)
DIAS
SIN BIODYNAMIC
CON BIODYNAMIC
RESOLUCION 0631 DE 2015
Figura 6. Datos obtenidos durante 5 días en el nodo 3 (Sedimentador).
Fuente: Autores.
A fin de comprobar y posteriormente implementar el tratamiento biológico con la carga óptima, se realizaron ensayos de prueba y error que permitieron identificar por medio de 3 dosis diferentes cuál de ellas resultaba satisfactoria para la reducción de DQO, teniendo como punto de referencia el nodo 3 (sedimentador).
Para la determinación de dicha carga, se procedió a realizar un estudio durante 15 días que comenzó a partir de las condiciones recomendadas por el proveedor (carga 1), mientras que se llevó a cabo la adición de dos cargas con cantidades diferentes para B902 y B923, esto permitió identificar las condiciones adecuadas de inoculación para la PTAR de la empresa ubicada en Soledad-Atlántico.
Con el fin de realizar un análisis comparativo de su aplicación durante el mes de febrero de 2018, la Figura 7 presenta los valores experimentales obtenidos con las 3 cargas diferentes. Se pretendió evaluarlas durante un periodo de 5 días y ver el comportamiento de cada una de ellas, no obstante, la aplicación con la carga 1 tuvo que ser suspendida al paso del tercer día de su inoculación.
47
1 2 3 4 50
100
200
300
400
500
600
700
DQ
O (
mg
/L)
DIAS
Carga 1
Carga 2
Carga 3
RESOLUCION 0631 DE 2015
Figura 7. Datos obtenidos para identificar carga óptima (nodo 3).
Fuente: Autores.
Es posible afirmar que la carga 2 favoreció la disminución de la DQO desde su inoculación y tuvo mejor rendimiento que los otros dos ensayos realizados durante la experimentación.
Del mismo modo, la adecuada inoculación con la carga 2 permitió evaluar y controlar durante un periodo de 3 meses comprendido desde marzo a junio de 2018 los parámetros de Temperatura, DQO, pH, SST, Conductividad, TDS, Turbidez y Oxígeno disuelto. La Figura 8, muestra valores promedios obtenidos durante cada mes como efecto de minimización del parámetro de la Demanda Química de Oxígeno.
48
Marzo Abril Mayo Junio
100
105
110
115
120
125
130
DQ
O (
mg/L
)
MES
Figura 8. Datos promedios obtenidos con la aplicación de la carga óptima (nodo 3).
Fuente: Autores.
Es importante destacar que, para efectuar la validación de cada una de las variables a controlar, se tomaron de igual forma que para la DQO valores promedios que representaron los cambios en cada uno de ellos a lo largo del tiempo estipulado. Asimismo, se observaron resultados positivos para los otros parámetros de estudio, donde se evidenció que se mantuvo un control adecuado de las variables a pesar de que las aguas residuales estuvieron expuesta a la implementación con las bacterias B902 y B923.
Las Figuras 9, 11, 13 y 15, mostraron una disminución al final del tratamiento en comparación a las condiciones con las que inició el mismo. Por otra parte, las Figuras 10, 12, 14 y 16, presentaron estabilidad durante la ejecución del tratamiento descrito.
49
Marzo Abril Mayo Junio0
100
200
300
400
500
CO
LO
R (
Un
ida
de
s d
e P
t-C
o)
MES
RESOLUCION 0631
Figura 9. Datos obtenidos para el parámetro color con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
Marzo Abril Mayo Junio0
2
4
6
8
10
12
14
pH
MES
RANGO PERMITIDO POR
RESOLUCIONES 0631 Y 1207
Figura 10. Datos obtenidos para el parámetro pH con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
50
Marzo Abril Mayo Junio0
10
20
30
40
50
60
70
TU
RB
IDE
Z (
NT
U)
MES
Figura 11. Datos obtenidos para el parámetro Turbidez con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
Marzo Abril Mayo Junio0
5
10
15
20
25
30
TE
MP
ER
AT
UR
A
MES
Figura 12. Datos obtenidos para el parámetro Temperatura con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
51
Marzo Abril Mayo Junio0123456789
10111213141516
CO
ND
UC
TIV
IDA
D (
mS
/m)
MES
RESOLUCION 1207
Figura 13. Datos obtenidos para el parámetro Conductividad con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
Marzo Abril Mayo Junio0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
OX
IGE
NO
DIS
UE
LT
O (
mg/L
)
MES
Figura 14. Datos obtenidos para el parámetro Oxígeno disuelto con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
52
Marzo Abril Mayo Junio0
50
100
150
200
250
SS
T (
mg
/L)
MES
RESOLUCION 0631
Figura 15. Datos obtenidos para el parámetro SST con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
Marzo Abril Mayo Junio0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
TD
S (
g/L
)
MES
Figura 16. Datos obtenidos para el parámetro TDS con la aplicación de la carga óptima.
Fuente: Autores.
Con estos resultados, se obtuvo un porcentaje de remoción de materia orgánica representada en la Demanda Química de Oxígeno de 97,97% logrando que los
53
efluentes de la PTAR de la empresa panificadora pudieran ser vertidos a los cuerpos de agua con una menor cantidad de contaminantes, además, la disposición final del agua tuvo gran impacto en la reutilización de la misma.
Finalmente, por la necesidad de reducir el consumo de agua potable, a través de la reutilización del agua tratada en actividades de cultivo de pastos y descarga de aparatos sanitarios, se validaron los parámetros como pH (6-9 unidades) y conductividad (<1500 μS/cm) lo que conlleva a cumplir con los requerimientos exigidos por la Resolución No. 1207 del 25 de julio del 2014 [16].
4.3. DETERMINACIÓN DE LAS VARIABLES DE INOCULACIÓN
A partir del tratamiento biológico implementado con las condiciones plasmadas en las fichas técnicas que fueron suministradas previamente por el proveedor de las bacterias, encontradas en el Anexo C, se concluyó que no eran suficientes para disminuir la DQO y mantener condiciones adecuadas en la PTAR de la empresa panificadora ubicada en Soledad-Atlántico, por lo tanto, se reestructuró las cantidades de dosificación de B923 y B902 logrando mejores resultados para el control de cada una de las variables de estudio. Para tal propósito se presentan las fichas técnicas elaboradas parcialmente por las autoras, con las condiciones del efluente y de acuerdo a las características que se requieren para la correcta dosificación.
Tabla 5. Ficha técnica de Biodynamic 923.
NOMBRE DEL PRODUCTO
BIODYNAMIC 923
Descripción
Es un producto biológico especialmente formulado y diseñado para el mantenimiento de las líneas de drenaje, tuberías y trampas de grasa de restaurantes e industrias de abastecimiento y servicio de comida
Usos Ideal para la reducción de vertimientos de tipo industrial con alto contenido en grasas y aceites.
Beneficios
- Controla el nivel de grasa y la formación de espuma - Controla y reduce la generación de malos olores. - Mejora la calidad del efluente. - Reduce la acumulación y disposición de grasa. - Previene la obstrucción de líneas.
DATOS DEL PRODUCTO
País de origen Estados Unidos de Norte América
54
Clasificación Cultivo de bactérias – no patógenas
Estado físico Líquido
Color Naranja o Verde Nutrientes Biológicos y estimulantes
N° de bacterias 5x109 UFC por litro N° de cepas Inclusión de 7 cepas bacterianas
Relación con el Oxígeno
Microorganismos anaerobios y aerobios facultativos.
Solubilidad en agua Soluble Estabilidad Estable bajo condiciones normales de almacenamiento y manejo.
Degradabilidad Contenido biodegradable
Clasificación
ALMACENAMIENTO
Condiciones de almacenamiento
- 24 meses después de abierto, en su envase de origen bien cerrado y no deteriorado.
- En lugar seco, fresco y fuera del alcance de los rayos del sol.
INFORMACIÓN DEL SISTEMA
Dosificación
Antes de dosificar el inóculo se debe preparar, por cada 20 litros de agua un 1 litro de B923, ya que las unidades formadoras de colonias de este producto son muy altas por ende no se puede utilizar puro sino a una concentración mínima para evitar saturación y oxidación del medio. Se utiliza el producto una vez por día, preferiblemente 1 hora antes del cierre de turno de la noche.
Caudal Litros 0,2 L/s 8
Condiciones de uso ideales
Temperatura: 8 – 40 ºC pH : 4 – 9 Oxígenodisuelto :3-7 mg/L
Fuente: Autores.
1
0
0 0
55
Tabla 6. Ficha técnica de Biodynamic902.
NOMBRE DEL PRODUCTO
BIODYNAMIC 902
Descripción
Contiene un grupo de microorganismos especialmente formulados y adaptados para uso en el tratamiento de grasas concentradas, aceites y mantecas en procesos alimenticios; combinados con penetrantes que aflojan y licúan los depósitos de grasa, lo cual facilita el proceso de degradación.
Usos
Ideal en plantas de tratamiento biológico aerobias que manejan aguas residuales del procesamiento de alimentos.
Beneficios
- Elimina depósitos de grasa y previene la de formación de espuma en tanques de almacenamiento, drenajes, coladeras y tanques de aireación.
- Reduce los costos de mantenimiento en las PTAR. - Asegura un inicio biológico rápido con bacterias que no
forman filamentos. - Controla los de olores por sulfuros. - Controla las espumas. - Evita la acumulación de grasa en el digestor. - Controla de DBO y DQO al tiempo que disminuye la
producción de lodos. - Previene el bloqueo de líneas, estancamiento de agua,
grasa y la posible falla del sistema de filtrado. DATOS DEL PRODUCTO
País de origen Estados Unidos de Norte América
Clasificación Cultivo de bacterias – no patógenas
Estado físico Polvo granular y dispersable
Color Café Nutrientes Biológicos y estimulantes
N° de bacterias 5x109 UFC por litro N° de cepas Inclusión de 14 cepas bacterianas
Relación con el Oxígeno Microorganismos anaerobios y aerobios facultativos.
Solubilidad en agua Soluble. Disperso en agua Estabilidad Estable bajo condiciones normales de almacenamiento y manejo.
Degradabilidad Contenido biodegradable Presentación Bolsillas hidrosolubles de 25 gramos cada una.
Clasificación
ALMACENAMIENTO
Condiciones de almacenamiento
- 24 meses después de abierto, en su envase de origen bien cerrado y no deteriorado.
1 0
0 0 1 0
0
56
- En lugar seco, fresco y fuera del alcance de los rayos del sol.
INFORMACIÓN DEL SISTEMA
Dosificación
Se utiliza el producto una vez por día, preferiblemente 1 hora ante del cierre de turno de la noche. Caudal Bolsas 0,2 L/s 11
Condiciones de uso
ideales
Temperatura: 8 - 40 ºC pH : 4 – 9 Oxígeno disuelto : 3-7 mg/L
Fuente: Autores.
La Tabla 7, compara los valores de DQO de las investigaciones de diferentes autores en relación al presente proyecto, los cuales presentan un gran porcentaje de remoción en cada uno de los casos. Peña et al. utilizaron bacterias nativas productoras de biopolímero EPS y PHA sintetizadas en laboratorio logrando excelentes resultados para la remoción de DBO y SST, sin embargo, la variable DQO tuvo un porcentaje más bajo. Por otra parte, Abedinzadeh et al. realizaron la eliminación de Color, DQO entre otros parámetros mediante el uso de un reactor batch (SBR) en combinación con procesos avanzados de oxidación, no obstante, desarrollaron un post-tratamiento con Fenton, lo que se tradujo en un mejor resultado. Así mismo, Zhou et al. implementaron en un reactor batch la oxidación simultánea de carbono, nitrificación parcial, desnitrificación y Anammox para el tratamiento de materia orgánica rica en amoníaco lo que evidenció gran remoción en sus parámetros de estudio. En adición a las investigaciones mencionadas, Lin et al. trataron el dinitrodiazofeno presente en las aguas residuales por medio de una electrólisis interna, logrando con Fe/C mejor porcentaje de remoción que con Fe/Cu, a su vez, los pH de estas aguas tuvieron un impacto significativo en la remoción de DQO. Finalmente, Mujtaba et al. muestran un comportamiento similar a las mencionadas investigaciones anteriores, en este estudio, se eliminaron eficientemente nutrientes como Nitrógeno, Fósforo y Carbón Orgánico demostrando un perfecto funcionamiento en el reactor donde se desarrolló la implementación.
57
Tabla 7. Porcentajes de remoción promedio para la DQO.
% REMOCIÓN
TRATAMIENTO
DQO
REF
Evaluación de un inóculo microbiano comercial para minimizar la materia orgánica en aguas residuales de
una planta panificadora en Soledad – Atlántico usando Biodynamic 902 y Biodynamic 923.
97,97%
Elaborado en la presente
investigación.
Remoción de carga contaminante en aguas residuales industriales a escala de laboratorio.
64,09%
[78]
Evaluación para la eliminación de color y DQO por Fenton (SBR) pre-tratados biológicamente pulpa y
papel.
98%
[79]
Un nuevo proceso de una sola etapa que integra la oxidación simultánea del DQO, Nitrificación-
Desnitrificación parcial y Anammox (SCONDA) para tratar las aguas residuales orgánicas ricas en amoníaco
94,3%
[80]
Tratamiento de aguas residuales de la producción de dinitrodiazofenol por electrólisis interna de Fe/C y de
Fe/Cu y la cinética del retiro de DQO.
86,65% -82,24%
[81]
Eliminación de nutrientes y DQO a través de co-cultivo de lodos activados e inmovilizados Chlorella vulgaris
94-96%
[82]
Fuente: Autores.
58
CONCLUSIONES
En esta investigación se evaluó un inóculo microbiano comercial para minimizar la materia orgánica en las aguas residuales de una planta panificadora en Soledad-Atlántico, utilizando las bacterias biodynamic 902 y biodynamic 923. Se concluyó que el potencial de mejora de DQO logró alcanzar más del 50% de remoción de materia orgánica al final del tratamiento.
Mediante la caracterización de los efluentes de la planta se comprobó la necesidad de incluir en el proceso un tratamiento biológico, puesto que con la inclusión de éste se obtuvo una excelente remoción de materia orgánica representada en la demanda química de oxígeno, del mismo modo para los demás parámetros de estudios mejorando la calidad del agua tratada.
Por otra parte, las condiciones de inoculación que los productos comerciales biodynamic 902 y biodynamic 923 definen, no siempre son los óptimos, pues en ellos intervienen parámetros propios y particulares de la naturaleza del agua a tratar, para el caso de la empresa panificadora ubicada en Soledad-Atlántico se evidenció que las condiciones de inoculación dadas por el proveedor no eran las adecuadas para el tratamiento de agua, por lo que se realizaron ensayos de prueba y error obteniendo la carga óptima para una mayor reducción de la demanda química de oxígeno que se comprobó a lo largo del tiempo de implementación del tratamiento biológico.
Finalmente, para asegurar una buena calidad de vertido se cumple con la normatividad ambiental colombiana (Resolución 0631 del 17 de marzo del 2015), la cual establece un valor máximo permisible de la DQO de 600 mg/L O2 [15]. Asimismo, por la necesidad de reducir el consumo de agua potable, a través de la reutilización del agua tratada en actividades de cultivo de pastos y descarga de aparatos sanitarios, se validaron los parámetros como pH (6-9 unidades) y conductividad (<1500 μS/cm) lo que conlleva a cumplir con los requerimientos exigidos por la Resolución No. 1207 del 25 de Julio del 2014.
59
RECOMEDACIONES
Para una mayor eficiencia del tratamiento biológico, Biodynamic 902 se debe agregar al tanque de cribado al cierre del turno nocturno, puesto que el tiempo de retención de las aguas durante este horario es aún mayor que en el horario diurno, disfrutando B902 del espacio suficiente para romper las cargas orgánicas de dichas aguas. Además, se debe tener en cuenta el pH para su dosificación (4-9) de lo contrario la bacteria no tendrá la capacidad para actuar de la mejor forma, ocasionando su muerte, por lo tanto, si no se estabiliza el pH presente en el agua, la dosis correspondiente para ese día no se podrá aplicar y se recomienda proceder a su adición al día siguiente, considerando que se deberá duplicar la dosis a suministrar.
Así mismo, se sugiere que la dosificación de Biodynamic 923 también sea agregada en la noche, esto debido a que el flujo de agua en la fosa industrial es menor en este horario comparado con el resto del día. Se debe agregar 40 o 60 minutos antes del cierre del turno nocturno, con el fin de que éstas actúen sobre las cargas orgánicas de las aguas que llegan a la fosa industrial, para luego cuando las aguas procedan al tanque cribado y posteriormente se dosifiquen con Biodynamic 902 esta emulsione sobre dichas aguas y así se obtenga un excelente tratamiento biológico para remover la gran parte de las cargas orgánicas presentes en las aguas residuales.
En cuanto al tiempo requerido durante cada mes para el lavado de los equipos, es conveniente disminuirlo para el sedimentador desde un periodo de ejecución semanal a su realización cada 15 días, dado que el lavado continuo o en periodos cortos de tiempo, se están desalojando las bacterias que pueden quedar remantes del proceso y que son de gran ayuda para el tratamiento biológico, lo que afectaría su rendimiento en la PTAR de la empresa panificadora.
60
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ANEXOS A
Foto A1. Sedimentador. Foto A2. Sistema GEM.
Foto A3. Sistema para reutilizar agua para riego.
Foto A4. Sistema para reutilizar agua para riego.
68
Foto A5. Medidor portátil de conductividad, TDS, oxígeno disuelto y pH.
Foto A6.Tanque cribado.
Foto A7. Equipo DR 900. Foto A8. Equipo DRB 200.
69
Foto A9. Biodynamic 923. Foto A10.Biodynamic 902.
Foto A11. Vial de rango bajo. Foto A12. Vial de rango alto.
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ANEXOS B
Tabla B1. Toma de muestras diarias durante el mes de diciembre de 2017, valores previos a la implementación del tratamiento biológico.
FECHA MUESTRA pH T°C SST DQO Color Turbidez Conductividad TDS Oxigeno Disuelto
Entrada GEM 4,7 31,9 970 5570 5530 895 1,265 1,35
Salida GEM 7,5 31,7 65 3560 620 70 3,6 3,4
Sedimentador 8,3 30,9 90 170 740 108 3,3 3,35
Entrada GEM 4,55 31,1 1020 5380 5430 921 1,7 1,25
Salida GEM 7,63 31,1 55 4310 440 68 3,45 3,3
Sedimentador 8,1 31,1 90 160 770 101 3,1 3,4
Entrada GEM 4,6 30,7 948 5310 5241 910 1,54 1,31
Salida GEM 7,9 31 70 4210 510 60 3,5 3,5
Sedimentador 8,4 30,4 85 150 750 99 3,15 3,28
Entrada GEM 4,75 30,9 980 5525 5320 925 1,714 1,25
Salida GEM 7,8 30,5 60 3580 330 75 3,75 2,6
Sedimentador 8,3 31 75 145 420 90 3,4 2,45
Entrada GEM 4,83 31,5 940 5500 5320 920 1,671 1,2
Salida GEM 7,94 30,7 54 4130 330 70 3,5 2,66
Sedimentador 8,37 31,1 80 150 440 85 3,35 2,4
Entrada GEM 4,7 30,2 960 5170 5380 920 1,71 1,28
Salida GEM 8,21 30 65 3610 410 60 3,62 2,5
Sedimentador 8,43 30,2 75 157 493 80 3,35 2,3
Entrada GEM 4,75 31,1 955 5150 5470 940 1,686 1,3
Salida GEM 7,95 31 74 3440 370 85 3,7 2,6
Sedimentador 8,4 31,4 85 161 463 98 3,45 2,4
Entrada GEM 4,71 29,2 901 3920 5250 897 1,53 1,25
Salida GEM 7,77 29,4 47 2730 304 52 3,8 2,7
Sedimentador 8,2 29,1 36 120 282 40 3,55 2,45
Entrada GEM 4,66 29,4 937 5600 3530 859 1,63 1,35
Salida GEM 7,51 30,3 53 4400 382 58 3,6 2,55
Sedimentador 8,34 29,6 42 120 236 46 3,45 2,4
Entrada GEM 4,75 30 950 5330 3320 975 1,55 1,2
Salida GEM 7,8 30,2 60 4220 400 65 3,6 2,6
Sedimentador 8,3 29,9 45 125 275 50 3,5 2,35
Entrada GEM 4,3 28,6 748 4690 3130 715 1,34 1,3
Salida GEM 7,78 28,8 72 3990 395 76 3,65 2,65
Sedimentador 8,23 28,8 50 110 225 53 3,6 2,4
Entrada GEM 4,6 30,4 930 5580 3340 850 1,52 1,3
Salida GEM 7,82 31,7 77 4160 395 71 3,55 2,5
Sedimentador 8,27 30,8 61 144 243 60 3,4 2,2
Entrada GEM 4,6 30,8 955 5330 3520 860 1,74 1,3
Salida GEM 7,53 30,7 45 4120 386 55 3,5 2,6
Sedimentador 8,3 30,5 31 130 235 45 3,45 2,4
Entrada GEM 4,72 31,1 983 5210 3240 910 1,75 1,33
Salida GEM 7,84 30,5 63 3980 527 70 3,55 2,5
Sedimentador 8,6 30,1 40 120 330 63 3,55 2,38
Entrada GEM 4,75 28,5 887 5160 4560 863 1,61 1,3
Salida GEM 7,68 28,3 39 3080 232 42 3,4 2,55
Sedimentador 8,28 27,6 42 94 218 45 3,65 2,45
Entrada GEM 4,64 28,5 1015 5220 5340 985 1,55 1,25
Salida GEM 7,87 28,8 44 4050 318 46 3,65 2,75
Sedimentador 8,27 27,8 35 106 203 37 3,5 2,55
02/12/2017 3,7
04/12/2017 3,7
07/12/2017 3,75
09/12/2017 3,75
05/12/2017 3,75
06/12/2017 3,75
13/12/2017 3,8
14/12/2017 4,05
11/12/2017 4,15
12/12/2017 4,05
20/12/2017 4,1
21/12/2017 4,15
15/12/2017 3,85
19/12/2017 3,9
27/12/2017 3,75
28/12/2017 3,7
71
Tabla B2. Ensayo de prueba y error para determinar la carga óptima de las bacterias B902 y B923 durante el mes de febrero- marzo de 2018.
FECHA MUESTRA pH T°C SST DQO Color Turbidez Conductividad TDS Oxigeno Disuelto ENSAYO
PRUEBA Y ERROR
Entrada GEM 4,97 31 928 9800 5300 902 1,852 1,34
Salida GEM 7,52 31 69 5100 383 77 3,83 2,93
Sedimentador 9,47 30,9 124 205 1425 129 3,6 2,77
Entrada GEM 5,15 32,2 926 5900 5080 930 2,05 2,66
Salida GEM 7,52 32,2 76 4260 444 74 3,39 2,41
Sedimentador 9,44 32,2 200 222 1570 230 2,63 2,66
Entrada GEM 5,14 31,5 904 5340 5770 908 2,09 1,55
Salida GEM 7,46 32,2 59 4090 352 67 3,39 2,8
Sedimentador 9,5 31,5 116 220 885 120 3,53 2,6
Entrada GEM 4,65 30,5 977 5360 5080 913 1,468 1,35
Salida GEM 7,8 30,2 40 3370 310 50 3,42 2,5
Sedimentador 8,4 30,1 50 145 430 61 3,4 2,3
Entrada GEM 5,6 31,5 717 5480 4760 877 1,29 1,3
Salida GEM 7,2 31 35 4980 300 57 3,5 2,6
Sedimentador 8,1 31,3 43 130 424 75 3,3 2,4
Entrada GEM 5,55 28,8 564 4760 7890 890 1,58 1,25
Salida GEM 7,65 29,9 35 7370 449 70 3,6 2,55
Sedimentador 8,3 29 38 130 680 80 3,55 2,45
Entrada GEM 5,45 29,1 735 4520 7890 958 1,53 1,3
Salida GEM 7,7 29,8 40 4150 340 79 3,65 2,6
Sedimentador 8,5 29,5 52 125 420 85 3,5 2,5
Entrada GEM 5,75 30,2 799 4780 5498 835 1,18 1,25
Salida GEM 7,6 30 37 4280 310 70 3,5 2,55
Sedimentador 8,5 30,1 40 130 390 80 3,45 2,45
Entrada GEM 4,75 30,9 890 5210 4320 867 1,61 1,25
Salida GEM 7,94 31,3 60 4120 420 45 3,55 2,75
Sedimentador 8,2 30,7 70 155 390 50 3,45 2,5
Entrada GEM 5,01 29,6 845 5180 3390 870 1,62 1,3
Salida GEM 7,74 29,1 65 4140 415 36 3,5 2,75
Sedimentador 8,69 29,4 73 150 330 40 3,3 2,4
Entrada GEM 4,92 29,8 860 5430 4120 810 1,71 1,25
Salida GEM 8,06 30,1 65 4270 425 37 3,6 2,68
Sedimentador 8,47 30,4 68 161 350 48 3,45 2,45
Entrada GEM 4,73 30,1 820 5210 4510 815 1,31 1,3
Salida GEM 7,95 24,8 60 4170 410 40 3,5 2,7
Sedimentador 8,3 28,7 72 153 386 50 3,36 2,35
Entrada GEM 4,96 31,1 845 5370 4360 806 1,53 1,25
Salida GEM 7,62 30,5 57 4320 415 38 3,63 2,65
Sedimentador 8,6 30,3 60 150 400 53 3,1 2,3
DOMINGO
DOMINGO
CARGA 1
NO SE HIZO TOMA DE MUESTRAS
NO SE HIZO TOMA DE MUESTRAS
17/02/2018
16/02/2018
01/03/208
02/03/2018
28/02/2018
20/02/2018
21/02/2018
24/02/2018
26/02/2018
27/02/2018
19/02/2018
22/02/2018
23/02/2018
4
4
4
3,5
3,5
CARGA 2 (ÓPTIMA)
CARGA 34
3,88
4
3
3
3,1
3,75
3,75
72
Tabla B3. Toma de muestras diarias durante el mes de junio de 2018, con la dosificación de la carga óptima de las bacterias.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
100
101
102
103
104
105
DQ
O (
mg/L
)
DIAS
DQO
Figura B1. Toma de muestras diarias de la DQO en el nodo 3 (Sedimentador) durante el mes de junio de 2018, con la dosificación de la carga óptima de las bacterias.
FECHA MUESTRA pH T°C SST DQO Color Turbidez Conductividad TDS Oxigeno Disuelto ENSAYO
PRUEBA Y ERROR
Entrada GEM 4,75 27,8 910 3730 5830 850 1,07 1,25
Salida GEM 8,17 27,5 40 2680 380 50 3,55 2,55
Sedimentador 8,3 27,3 30 103 245 35 3,5 2,5
Entrada GEM 4,95 29,2 935 3540 6380 845 1,22 1,3
Salida GEM 8,06 29,1 35 3190 375 50 3,5 2,5
Sedimentador 8,2 29 30 100 240 35 3,45 2,45
Entrada GEM 4,3 26,8 804 3690 7260 758 1,65 1,1
Salida GEM 7,04 26,6 63 2330 448 84 3,34 2,72
Sedimentador 7,9 26,8 24 104 105 21 2,54 2,4
Entrada GEM 4,75 30,7 851 5690 7760 737 1,64 1,37
Salida GEM 7,6 31,3 54 2660 544 70 3,5 2,46
Sedimentador 8,4 31,5 84 102 387 97 3,4 2,18
Entrada GEM 4,95 32,2 728 4670 5480 703 1,48 1,31
Salida GEM 7,1 32,3 56 2550 337 61 3,03 3,25
Sedimentador 7,6 32,2 35 103 201 34 2,7 2,11
Entrada GEM 4,7 30,5 1028 5130 7430 940 1,485 1,06
Salida GEM 7 30,5 30 2870 135 34 3,42 3,15
Sedimentador 8 30,5 17 105 94 21 3,15 2,12
CARGA 2 (ÓPTIMA)
DOMINGO
04/06/2018
NO SE HIZO TOMA DE MUESTRAS
NO SE HIZO TOMA DE MUESTRAS
07/06/2018
08/06/2018
3,7501/06/2018
02/06/2018
05/06/2018
06/06/2018
3,47
3,49
2,17
3,2
4
73
ANEXO C
Figura C1. Ficha técnica suministrada por el proveedor de las bacterias, B923
.
74
Figura C2. Ficha técnica suministrada por el proveedor de las bacterias, B923.
75
Figura C3. Ficha técnica suministrada por el proveedor de las bacterias, B902.
76
.
Figura C4. Ficha técnica suministrada por el proveedor de las bacterias, B902
