INGENIERIA CIVILEstudio del comportamiento de dosfiltros anaeróbicos a nivel delaboratorio durante la etapa de arranque

El presente artfculo corresponde al estudio a nivel de labora-torio en el cual se evaluó el comportamiento de dos filtrosanaeróbicos como método de tratamiento de aguas residualesde origen industrial. En el trabajo se evaluaron dos mediossoportes y la puesta en marcha se realizó mediante el incre-mento porcentual de carga orgánica. Cada incremento se hizouna vez se consiguieron en el sistema condiciones de estado es-table. Los resultados obtenidos mostraron que la adherencia delos microorganismos al soporte es una variable importante, dela cual dependerá de la selección del medio soporte. Estetrabajo es el resumen del Proyecto de Grado de los estudiantesJairo Guevara y Humberto Mayorga.

MARIA CONSUELO DIAZ B., M.S.C.Profesor Asistente U. Nacional

JAIRO GUEVARA R.

HUMBERTO MAYORGA

28 Ingeniería e Investigación

INTRODUCCION

En los últimos años consideraciones ambientales yenergéticas han llevado a la búsqueda de nuevos siste-mas de tratamiento de aqaas residuales industriales yes así que el método de la digestión anaeróbica se pre-senta como una buena alternativa. Aunque mediantelos procesos aeróbicos convencionales es posible ob-tener efluentes de calidad aceptable, sus altos costosde construcción, operación y mantenimiento consti-tuyen una limitante para su implementación. En losprocesos anaeróbicos algunas de estas desventajaspueden ser obviadas ya que no es necesaria la trans-ferencia de ox ígeno al sistema, la producción de lodoses muy baja y la obtención de gas metano como pro-ducto final representa una fuente de energía utiliza-ble en la operación de la planta.

El presente estudio evalúa la aplicabi lidad de dos fil-tros anaeróbicos de flujo ascendente a escala de la-boratorio para el tratamiento de aguas residuales pro-venientes de la planta de carnes del Instituto de Cien-cias y Tecnología de Alimentos (ICTA) de la Univer-sidad Nacional de Colombia.

El objetivo principal es evaluar la eficiencia de remo-ción de materia orgánica con tiempos de retenciónhidráulica bajos y cargas orgánicas relativamente altas.Además establecer si, las condiciones recomendadaspara el arranque del sistema UASB, son aplicables aeste tipo de reactores. El sistema se opera a tempera-tura de 16 ± 4°C, una de las más bajas a las cualesse ha trabajado con fi Itros anaeróbicos.

Los resultados derivados de este trabajo permitieronconcluir que este sistema funciona eficientementepara el tratamiento de aguas residuales de la industriacárnica, siendo viable su implementación desde variospuntos de vista:

- El sistema de filtros anaeróbicos es particularmenteventajoso puesto que el volumen del reactor es re-lativamente bajo lo cual reduce los costos de capi-tal.

- Paro nuestro medio este sistema no requiere laimportación de equipos como tampoco de una tec-nología avanzada.

- La obtención de gas metano como producto final,hacen de este sistema una alternativa atractiva porla reducción de costos de consumo de energ ía.

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MICROBIOLOGIA y BIOQUIMICA DEL PROCESO

Un sistema de tratamiento anaeróbico se define comoaquel en el cual la degradación de materia orgánicacompleja se efectúa a través de un proceso biológicoen ausencia de oxígeno dando como resultado la for-mación de metano (CH4) y una serie de productosfinales inorgánicos como dióxido de carbono (C02) yamoniaco (NH3).

Zeikus (1981) desarrolló un modelo, en el cual, cua-tro niveles tróficos de bacterias interactúan para lo-grar la completa degradación de la materia orgánicaa metano y dióxido de carbono.

1. Bacterias Hidrol íticas. Este grupo fermenta unagran variedad de compuestos orgánicos complejos(polisacáridos, I ípidos y proteínas) a una ampliavariedad de productos finales (ácido acético,H2 /C02, compuestos de un solo carbono, ácidosorgánicos mayores que el ácido acético y compues-tos neutros mayores que el etanol).

2. Bacterias Acetogénicas Productoras de Hidrógeno.Las cuales incluyen representantes facultativos yanaerobios estrictos. En general este gru po fermen-ta ácidos grasos de cadena más larga que el ácidoacético (butírico, propiónico) y compuestos neu-tros más grandes que el etanol (propanol) e hidró-geno y acetato.

3. Bacterias Homoacetogénicas que fermentan unaamplia gama de compuestos unicarbonados ymulticarbonados a ácido acético.

4. Bacterias Metanogénicas que son microorganismosestrictamente anaeróbicos muy sensibles a los cam-bios de temperatura y pH. Este tipo de bacterias sedividen en dos subgrupos (Heanze y Harramoes,1983). Metanogénicas acetoclásticas que producenmetano a partir de acetato, y bacterias de metanohidrogenofílicas que reducen CO2 a metano. Elperíodo de generación de las bacterias metanogéni-cas es prolongado comparado con otras especiesbacterianas lo que hace que su presencia y desarro-llo sea uno de los factores limitantes en el procesode fermentación.

ARRANQUE DEL SISTEMA ANAEROBICO

El arranque de un reactor anaeróbico se define comoel período de tiempo transcurrido desde el momentode su inoculación hasta la consecución de condicionesestables de degradación de materia orgánica y creci-miento bacteriano.

Durante las condiciones de estabilidad se logra unbalance entre la velocidad de crecimiento, la autodi-

gestión celular, el consumo energético para el mante-nimiento celular y el lavado de las bacterias involucra-das. Por lo que se necesita una gran concentración debiomasa activa para el logro de una alta velocidad dedegradación. .El estudio de los factores ligados a este proceso inicialha sido estudiado por algunos autores (Hulshoff Poi,et al, 1981; De Zeeuw y Lettinga, 1980; Lettinga etal, 1979). En ellos se ha podido establecer que duran-te el arranque se efectúan tres eventos:

- En el primero se efectúa una adaptación inicial debacterias degradadoras de acetato y propianato.

- En el segundo se inicia la formación de un floc,lodo o pel ícula activa.

- En el tercero se completa la formación iniciada enla fase anterior.

Debido a que en el comienzo de la operación de unreactor anaeróbico se tiene un lento crecimiento de lasbacterias metanogénicas y un deficiente abastecimien-to de nutrientes, algunos autores recomiendan mante-ner una concentración de sustrato más o menos cons-tante y unas condiciones ambientales óptimas. Tam-bién debe evitarse la presencia de elementos tóxicoso inhibitorios que puedan afectar a las bacterias pre-sentes (Henze y Harramoes, 1983).

No existen explicaciones claras sobre los mecanismosde la adherencia microbiana sobre las superficies bajocondiciones anaeróbicas. La metodología seguidapara el arranque de estos reactores se basa más en laexperiencia que en fundamentos teóricos especí-ficos. Por ello, aunque no existen procedimientosóptimos para el arranque de un reactor anaeróbico,autores basados en sus experiencias (Brunetti, 1983;Salkinoja-Salonen et al, 1983) recomiendan:

- Utilizar un volumen de simiente entre 30 y 50% delvolumen del reactor (la concentración de biomasadeberá ser mayor de 20 Kg SSV /rn '}: si es necesa-rio deberá reinocularse.

- La relación alimento/microorganismo deberá serbaja (0.1 Kg DQO/Kg SSV. día).

-- Iniciar la operación con tiempos de retención hi-dráulicos largos de un día hasta 20 días, puede serbeneficioso.

- Mantener altos valores de alcalinidad. Cuando sepresenten problemas de pH y sea necesario neutra-lizar, se aconseja hacerlo con hidróxido de calcioya que los iones calcio parecen jugar un papel im-portante en la adherencia de las bacterias a la su-perficie.

Ingenieria e Investigación 29

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- Absorción de materiales orgánicos.- Transporte de células microbianas a la superficie.- Adherencia de los microorganismos a la superficie.- Crecimiento y proliferación de los microorganis- DIMENSIONES

mos adheridos.- Desorción de fragmentos de la biopel ícula por ac-

ción de fuerzas cortantes del flu ído. Altura (mm)

- Evitar fluctuaciones en parámetros como: tempera-tura, pH, relación de recirculación, tiempo de re-tención hidráulico, etc.

- Incrementar la carga orgánica cuando la produc-ción de gas se haga constante (esta estabilidad serefiere a la producción de metano solamente).

- Suspender el incremento en la carga orgánica cuan-do se producen inestabilidades en el sistema.

- No existe un consenso respecto a la concentraciónde ácidos voláti les. Algunos recomiendan manteneraltos niveles (de 1.500 - 2.500 mg/I como ácidoacético) y otros prefieren bajos niveles menores de500 mg/I como ácido acético.

Como se mencionó anteriormente, no existe un claroconocimiento sobre los mecanismos involucrados enla formación de pel ícula; sin embargo se ha postula-do que el desarrollo de una biopel ícula sobre una su-perficie sumergida o expuesta a un flu ído, es el resul-tado neto de procesos de transporte físico y creci-miento biológico (Characklis, 1983). Otros procesosque también contribuyen son:

Es también claro que logrado el transporte de las par-tículas biológicas a la interfase, la adherencia de losmicroorganismos ocurre en dos etapas (Gibbons1984):- En la primera se produce una adherencia "reversi-

ble" lo cual implica una fijación temporal. Estaetapa está asociada directamente con la forma co-mo las bacterias se aproximan a la superficie y a lacapacidad que tenga el microorganismo de moversea través de un gradiente de concentración de nu-trientes. Durante esta fase las propiedades físicasde superficie tienen una gran importancia.

- En la segunda una adherencia "irreversible" se efec-túa. Aunque no es completamente claro el meca-nismo, este fenómeno ha sido asociado con puen-tes poliméricos entre las fibras de los poi ímerosextracelulares producidos por los microorganismosy la superficie de adherencia.

Aunque otros fenómenos pueden estar involucrados,la mayoría de los autores postula la producción depolisacáridos como parte fundamental del proceso.Por ello el desarrollo de la pel ícula como parte de laadherencia irreversible será el efecto combinado entre30 Ingeniería e Investigación

la reproducción celular y la producción de expol í-meros.

Adicionalmente a los fenómenos mencionados,como se señaló en la adherencia reversible, las carac-terísticas de la superficie o del medio soporte inertejuegan un papel muy importante en los fenómenos deadherencia de la biopel ícula. Se ha descrito como unmedio soporte ideal para un reactor de pel ícula fijaaquel que maximiza la relación área superficial/vo-lumen y la porosidad. La primera provee una gransuperficie para la adherencia de la biomasa. La se-gunda permite la reducción del volumen del reactor,minimizando los problemas de taponamiento, de cor-tos circuitos y otros problemas hidráulicos.

MATERIALES Y METODOS

El sistema experimental que se operó a lo largo delestudio estaba formado por dos reactores anaeróbi-cos; un sistema de alimentación y un sistema de re-colección de gas (Fig. 1). Los reactores anaeróbicosde lecho fijo y flujo ascendente estaban constituidospor dos columnas de vidrio y sus medios soporte co-rrespondientes. Las columnas de vidrio de forma ci-I índrica presentaban las siguientes dimensiones:

COLUMNA 1 COLUMNA 2

440 654

Diámetro (mm) 36 30

Volumen vacío (ml) 435 410

En la primera columna se colocó como medio soporteinerte esferas de ebon ita de diámetro promedio 12.43mm. Se colocaron 215 esferas las cuales suministra-ban una relación área superficial/volumen en la co-lumna de 239 m2/m3 y una porosidad de 48%. En lasegunda columna se utilizó como medio soporte ani-llos plásticos de 12.1 mm. de diámetro exterior 7.5mm. de diámetro interno y una altura de 8.2 mm (va-lores promedio). Se colocaron 336 anillos los cualessuministraban una relación área superficial/volumenen la columna de 692 rn? /rn ' y una porosidad de 75%(Tabla 1).

El sistema de alimentación estaba formado por unrecipiente de 10 litros y una bomba peristáltica de 4canales (Buchler 2-6251, Lab-line instruments) parael bombeo del residuo a los reactores.

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Fig. 1 Esquema General del sistema

C

A

A- Tanque de almacenamiento del residuoB- Bomba peristálticaC- Columna anaeróbicaD- Salida del efluenteE- Sistema de recolección de gas

E

D

tar mediante la bomba peristáltica el residuo a cadauno de los reactores (los dos reactores trabajaron in-dependientemente). El residuo pasaba a través decada reactor y en la parte superior se hacía la separa-ción del gas-líquido. El biogas producido se conducíahasta la probeta invertida donde era medido y elefluente líquido era llevado a través de una mangueracolocada en forma de sifón a los puntos de recolec-ción.

El biogas producido por el sistema se conducía a tra-vés de una manguera impermeable a gases de 5 mm dediámetro y su recolección se hacía por medio de unaprobeta invertida que permitía cuantificar la produc-ción de gas por el método de desplazamiento de lacolumna de agua (Fig. 1).

La operación general del sistema consistía en alimen-

TABLA 1. CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS REACTORES

Unidad Esferas (R 1 ) Anillos (R2)

Volúmen vacío de la columna mi 435 410

Volumen ocupado por el medio mi 225 100

Volumen neto mi 210 310

Area promedio cm2 4.85 8.35

Número de elementos dentro de la columna Unid. 215 336

Area total m2 0.104 0.280

Area superficial/volumen m2/m3 239.1 682.9

Porosidad '(t:; 48 76

Ingeniería e Investigación 31

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TABLA 2. CARACTERISTICAS PROMEDIO DEL AGUA RESIDUAL ALIMENTADAA LOS REACTORES ANAEROBICOS

Parámetro Unidad Valor

pH 7.21 .OOOtotal mg/I 3122

OOOsoluble mg/I 2546

Norg. mg/I 323

PP04 mg/I 18.7Alcalinidad CaC03 mg/I 130Sólidos suspendidos T. mg/I 169.5Sólidos volátiles T. mg/I 137.2OOO:N:P 150: 19: 1.1

El residuo empleado correspond ía a aguas residualesprovenientes de la planta de carnes del Instituto deCiencias y Tecnología de Alimentos (ICTA) de laUniversidad Nacional de Colombia. Este residuo pre-sentaba una buena concentración de nutrientes, unpH adecuado y ausencia de materiales tóxicos (Tabla2). Sin embargo, por la alta concentración de sólidossuspendidos (3.946 mg/l), se optó por realizar una fil-tración previa (filtros Whatman) para reducir los sóli-dos suspendidos a valores de 169 ± 20 mg/l.

Como inóculo se utilizaron lodos provenientes del se-dimentador primario de la planta de lodos activadosde la Empresa de Acueductos y Alcantarillados deBogotá. Los reactores se llenaron 2/3 de su volumencon los lodos primarios y el volumen restante se com-pletó con aguas residuales domésticas del colector delSalitre. Esta mezcla se mantuvo en cochada durante48 horas al cabo de las cuales se inició la alimentación

TABLA 3.

de los reactores con el residuo a la vez que el efluentese recirculaba al sistema. Esta condición se mantuvodurante 13 días.

Para la colonización y adaptación de la población bac-teriana al residuo se proporcionó un período de acli-matación de 43 d fas. Finalizado este período se pro-cedió al arranque de los reactores, siguiendo las reco-mendaciones dadas por Lettinga et al (1980; parareactores UASB. Este procedimiento consiste en elincremento gradual de carga orgánica hasta la conse-cución de condiciones de estabilidad para cada unade las cargas establecidas. En el presente estudio lacarga inicial fue de 1.3 Kg. DOO/m3.d para el reactorcon esferas de ebonita y de 1.4 Kg DOO/m3 .d para elreactor con anillos plásticos. Las cargas se incrementa-ron dos veces: la primera en un factor de 1.2 y la se-gunda, en un factor de 2.3 (Tabla 3).

PARAMENTROS OPERACIONALES PARA lOS REACTORES

000 Carga orgánica Tiempo de retención Carga Hidráulica !Q Soluble Kg OOO/mJ - d Horas mJ /m3 - d.

m/día afluentemq/I Esferas Anillos Esferas Anillos Esferas Anillos

240 2500 1.38 1.46 43.5 41.0 0.55 0.58

280 2500 1.61 1.71 37.3 35.1 0.64 0.68

560 2500 3.21 3.41 18.3 17.8 1.29 1.36

32 Ingeniería e Investigación

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Se asumió la existencia "estado estable" cuando sealcanzaron las siguientes condiciones:

- Para tres valores consecutivos la remoción de DOOno debe presentar una variación mayor del ± 5%.

- Remoción del 50% de los ácidos volátiles totales(como ácido acético) para cada carga orgánica apli-cada.

- Valores relativamente constantes de pH en losefluentes.

TABLA 4

- Tasa de producción de gas relativamente constante.

Todas las pruebas de evaluación de parámetros reali-zadas durante el estudio se efectuaron de acuerdo alos métodos estandar (Standar Methods, 1985),excepto los ácidos volátiles totales que fueron deter-minados por el método colorímetro recomendado enlos estándares del Gobierno de la Gran Bretaña (Tabla4).

Frecuencia ReferenciaVariable Método Standar

Afluente Efluente Methods (1985)

pH Potenciómetro Beckman Diario Diario

DOO Método de reflujo abierto 3 veces por 3 veces por 508 Asoluble semana semana

Sólidos: Filtración en filtro de fibra de 3 veces por 3 veces por 209 CSuspendidos vidrio. semana semana 209 AVolátiles Evaporación cápsula de porcelana

N Método de la disgestión 1 vez en el 215org. estudio

p Método cloruro estañoso 1 vez en el 424 EP04 estudio

Alcalinidad Titulación con H2S04 1 vez en el 1 vez en el 403CaC03 0.02N estudio estudio

DISCUSION DE RESULTADOS

Todos los resultados obtenidos en el estudio se mues-tran en las figuras 1 a 9. La variación de parámetrostales como pH, ácidos volátiles, sólidos suspendidos,producción de gas y remoción de materia orgánicaaplicada a los dos reactores anaeróbicos.

Para efectos prácticos en la discusión de resultados elfi Itro que canten fa las esferas se denominará R1 yelfiltro que canten ía los anillos plásticos R2.

De los resultados obtenidos en el estudio se puedenhacer las siguientes consideraciones: durante la etapaposterior a la inoculación una predominancia de lafase ácida sobre la fase rnetánica fue registrada (Graf.1). Este período se caracterizó por una mayor activi-dad de las bacterias acidogénicas, la cual fue señaladapor la alta concentración de ácidos orgán icos voláti-les y los bajos valores de pH efluentes (6.7). Hacia elfinal de esta etapa, la utilización de los ácidos orgáni-cos volátiles por parte de las bacterias metanogénicaspermitieron el aumento del pH efluente a valores cer-canos a 7.6, as í como una alta remoción de los ácidosvolátiles producidos (Graf. 2).

La eficiencia de remoción en términos del DOO solu-

ble durante esta etapa posterior a la inoculación,solo alcanzó valores de 22% y 12% para R1 y R2 res-pectivamente. Estos valores muestran que durante lafase ácida no hay remoción apreciable de materiaorgánica ya que los compuestos orgánicos duranteeste período simplemente sufren una conversión acompuestos de estructura menos compleja.

Iniciada la alimentación contínua de los reactores, seevidenció un desbalance poblacional cuando una con-dición ácida creada por la contaminación con levadu-ras del sustrato afluente fue registrada. Esta acidifica-ción señalada por bajos valores de pH y una alta con-centración de ácidos voláti les, trajo como consecuen-cia una disminución en la remoción de materia orgá-nica y una inhibición en la actividad metanogénica,lo cual es el resultado del rápido crecimiento de laslevaduras en el recipiente de alimentación que gene-ran una alta concentración de ácidos volátiles y unbrusco descenso en el pH efluente. Con este creci-miento, se permitió la introducción a los reactores deuna gran cantidad de sustrato parcialmente degrada-do, que no podía ser asimilado a la misma velocidad.Observaciones similares fueron reportados por Ritt-man et al (1982) y McCarty (1969) quienes señalaronque la baja capacidad asimi lativa de las bacterias y lospH inhibitorios en el sistema dan como resultado altasconcentraciones de materia orgánica en el efluente.

Ingeniería e Investigación 33

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_1 1 I I I I I I I IGRAFICA 1. VARIACION DEL pH DURANTE LA

I FASE DE INOCULACION Afluente -

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34 Ingeniería e Investigación

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80

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GRAFICA 3. VARIACION DEL pH DURANTE EL INCREMENTO DE LA CARGA ORGANICA

Es evidente de los resultados obtenidos, que bajosvalores de pH pueden inhibir la actividad metanogé-nica. Sin embargo, la restauración de un pH óptimoy una buena capacidad "buffer" en el sistema permi-tirá la recuperación de las bacterias metanogénicas. Larecuperación de los reactores indicó, que valores me-nores de pH de 6.5 pueden causar una inhibición delsistema, pero si esta condición de acidificación no semantiene por un período de tiempo largo, las bacte-rias podrán recuperarse. Por el contrario, si la condi-ción permanece durante mucho tiempo la inhibiciónserá irreversible (Graf. 4).

El incremento de carga (Gráfica 3) como método dearranque para la consecución de una rápida condiciónde estado estable mostró ser efectivo (Lettinga et al,1980), Al comparar el tiempo necesario para recupe-rar los máximos niveles de eficiencia de remoción deDOO para cada carga aplicada, estos señalan que estetiempo es mucho más corto cuando el sistema ha esta-do sometido previamente a incrementos de cargaorgánica. Esto demuestra que una población bacteria-na anaeróbica suficientemente estable podrá adoptarla tasa de uti lización de sustrato a nuevas tasas dealimentación. Sin embargo, esta capacidad estará li-mitada, como se evidencia en el ligero descenso en lamáxima remoción alcanzada para la última carga orgá-nica aplicada.

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También se encontró una relación entre el incrementoen la remoción de sólidos suspendidos y en la produc-ción de gas del reactor 2, lo cual evidencia la depen-dencia entre la actividad metanogénica y la cantidadde biomasa adherida y retenida en el reactor (Gréf. 6)

Las eficiencias de remoción promedio" de DOO de70% para R1 Y 80% para R2 fueron relativamentebajas comparadas con los valores reportados por laliteratura (80% a 95%) para una temperatura entre 25y 35°C (Sachs, 1982; Hakanson et al, 1980; Younq,1972; Plummer y Malina, 1968). Sin embargo fueronmuy similares a las reportadas por Oleczkiewicz(1981) para temperaturas entre 15 y 20°C. Esto po-dría indicar que la temperatura es una limitante parala consecución de mayores eficiencias de remociónde materia orgánica. Igualmente, la lenta recuperaciónde los reactores (9 y 11 dfas) a los cambios de cargaorgánica podrían sugerir que la eficiencia está relacio-nada con la temperatura, y tiene un efecto sobre lavelocidad tanto de reacción como sobre el crecimien-to bacteriano (Gráf. 5).

También se mostró que el incremento de carga orgá-nica puede llevarse a cabo sin detrimento grave delfuncionamiento de los reactores, cuando la concentra-ción de ácidos volátiles se mantiene entre 300 y 600mg/I como ácido acético. Estas concentraciones per-miten mantener una capacidad "buffer" en el sistemay valor pH entre 7.0 y 7.6.

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GRAFICA 4. VARIACION DE LA CONCENTRACION DE ACIDOS VOLATILES EURANTE ELINCREMENTO DE CARGA ORGANICA

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GRAFICA 5.1. PORCENTAJE DE REMOCION DE 000DURANTE EL INCREMENTO DE CARGA ORGANICA

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36 Ingenierla e Investigación

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Carga orgánica (gOQO/l,d ía)

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25

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Es interesante anotar que el descenso en la produc-ción de gas en ambos reactores inmediatamente des-pués de aplicar la segunda carga, no concuerda con loobservado por Mcearty (1969) en experimentos simi-lares. Esto posiblemente puede ser una indicación deuna mayor actividad en la utilización de sustratohacia la generación de ácidos y productos neutrospero sin la consecuente producción de gas.

Aunque la metodología de incrementos en carga pare-ce eficiente, es importante señalar la inestabilidad pre-sentada durante los primeros días en los reactores.Esta inestabilidad se caracterizó por disminución delos valores de pH, aumento en la concentración deácidos volátiles, y una disminución en la remoción demateria orgánica, comportamiento característico quees señalado por Khan y Young (1981).

El máximo rendimiento de biogas fue de 0.121 m3/

Kg de 000 removida para R1 y 0.089 m3/000 re-movida para R2. Aunque una comparación con losvalores de la literatura no es posible, por la no medi-ción de metano en el gas, puede mencionarse queestos valores son muy bajos comparados con los re-portados por otros investigadores. Sin embargo, valo-res similares de 0.024 y 0.172 m3 eH4/Kg de 000removida fueron reportados por Oleczkiewicz et al(1982) para reactores operados a 20° e, por lo queesta baja productividad puede ser el resultado delefecto de la temperatura de operación (16 ± 4°C)(Graf. 7).

Tiempo (días) 85 90 95

Otro efecto observado durante esta fase fue la notoxicidad del ox ígeno cuando el sistema quedó ex-puesto al aire accidentalmente. El reactor no registrócambio en su comportamiento una vez superado elinconveniente. Hechos similares fueron reportadospor Sachs (1982), quien considera que no habrá toxi-cidad si el sistema cuenta con un potencial de óxidoreducción suficientemente bajo. Así, el mantenimien-to de una baja presión parcial de hidrógeno y un po-tencial de óxido-reducción de -330 mv podrá prote-ger a las bacterias anaeróbicas del efecto tóxico delox ígeno (Sahm, 1984).

Al comparar el comportamiento de los dos reactoresse muestra que el reactor con los anillos plásticos co-mo medio filtrante presenta una mayor eficiencia.Además de una mayor eficiencia en la remoción de000, (Graf. 8),se produce una mayor retención desólidos (Graf. 9),10 cual permite altas concentracionesde biomasa en el reactor y, por ende, mayores eficien-cias en su remoción de materia orgán ica. Los resu Ita-dos obtenidos durante todo el período de estudioindican que el arranque de los reactores anaeróbicosde lecho fijo es una fase muy susceptible a cambiostanto operacionales como ambientales y el desarrollode una población bacteriana solo podrá lograrse cuan-do condiciones óptimas de operación son suministra-das. Igualmente, la cantidad y calidad de inóculo sondeterminantes para una rápida colonización yestable-cimiento de los microorganismos sobre el mediosoporte.

Ingeniería e Investigación 37

INGENIERIA CIVIL

GRAFICA 7. VARIACION EN LA PRODUCCION DE GAS DURANTE EL INCREMENTO DE CARGA ORGANICA

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GRAFICA 8. EFECTO DEL INCREMENTO DE LA CARGA ORGANICA SOBRE LA REMOCION DE 000

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38 Ingenier ía e Investigación

1 2 3 4Carga Orgánica (gDQO/l.d ía)

INGENIERIA CIVIL

GRAFICA 9. EFECTO DE LA CARGA ORGANICA SOBRE LA PROOUCCION DE GAS

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10 20Carga Orgánica (g 000/1. día)

Conseguidas con la última carga prevista las condicio-nes estables en los reactores, se detuvo la alimentaciónen el sistema por cuatro días. Al cabo de este períodode tiempo, se determinó 000 y producción de gas,los cuales mostraron que no se producen disminucio-nes drásticas en las eficiencias de remoción de 000.Para el R1 la eficiencia bajó del 72.2% hasta el 59.3%y para el R2 de 80.1 % hasta 62.7%. Aunque, la dismi-nución en la producción de gas fue notable (25.2ml/d para R1 y 35.4 ml/d para R2), el mantenimientode una actividad biológica en el sistema a pesar de noefectuarse una alimentación continua, es evidente.

CONCLUSIONES

Del estudio realizado se puede concluir lo siguiente:

- Los filtros anaeróbicos bajo condiciones de arran-que presentaron eficiencias de remoción promediode 000 soluble de 73.3% para R1 y 79.7% paraR2.

La máxima producción de gas alcanzado por R1fue de 81.67 rnl/d para R1 Y 94.7 ml/d para R2.

30 40

- Los filtros soportaron cargas choque hasta un fac-tor de 2.3 veces la carga inicial.

- El comportamiento de los filtros con cargas choquedurante la fase de arranque mostró que son necesa-rios 11-14 días para su nueva estabilización.

- No se encontraron diferencias apreciables en elcomportamiento general de los filtros durante lafase de arranque.

- La eficiencia de los filtros fue independiente de lascaracter ísticas del medio soporte.

- Se necesitaron 45 días para la formación de unabiomasa estable y 48 días para el arranque comple-to de los filtros.

- El incremento de carga orgánica produce un aumen-to inicial de los ácidos volátiles y una disminucióndel pH.

- Las bacterias anaeróbicas presentes en los filtrossoportaron períodos hasta de 4 días sin alimenta-ción continua.

Ingeniería e Investigación 39

INGENIERIA CIVIL

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