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““DIGESTIDIGESTIÓÓN BIOLN BIOLÓÓGICA DE SGICA DE SÓÓLIDOS PROVENIENTES DE LIDOS PROVENIENTES DE LA SEDIMENTACILA SEDIMENTACIÓÓN PRIMARIA EN UNA PLANTA DE N PRIMARIA EN UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE ENLATADO DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE ENLATADO DE HORTALIZASHORTALIZAS””

Autor: Andrea Lorena Murillo Vallejo

Director de Tesis: Dr. René Reyes Mazzoco

Asesores : MC René Alejandro Lara Díaz

MC Maria Luisa Sámano Celorio

INTRODUCCIÓN

•Procesos industriales

Productos Sociedad

Residuos Medio ambiente

•Desarrollo de estrategias para disminuir la cantidad desechos

INTRODUCCIÓN

TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL

PRIMARIO: remoción de sólidos

SECUNDARIO: conversión biológica a biomasa sedimentable

TERCIARIO: remoción de sólidossuspendidos y nutrientes

INTRODUCCIÓN

Residuos en una empacadora de hortalizas:

Chile Zanahoria

Cebolla Verduras

Frutas Vinagre

Aceite Azúcar

PROYECTO

•Tratamiento de lodos primarios por digestión anaerobia

•Experimentación variando condiciones de operación para mejorar los resultados del proceso

OBJETIVO GENERAL

Obtener mejores condiciones de operación para el proceso de digestión anaerobia de lodos primarios para una empacadora de hortalizas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

•Investigar qué variables favorecen el proceso.

•Tiempo de retención óptimo

•Sistema de mezclado.

•Preparación previa de los lodos

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

ESTABILIZACIÓN DE SÓLIDOS y BIOSÓLIDOS

•Reducción de patógenos

•Eliminación de olores

•Inhibición de potencial de putrefacción

Disminución biológica del contenido volátil

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

DIGESTIÓN ANAEROBIA

• Método de estabilización de sólidos y biosólidos

•Materia prima :

Lodos concentrados (8-10%)

•Productos:

Biogas (metano+dióxido de carbono)Sólidos reutilizables

REACCIONES EN DIGESTIÓN ANAEROBIA

1. Hidrólisis: formación de moléculas orgánicas simples solubles

2. Acidogénesis: formación de compuestos orgánicos solubles y ácidos de cadena corta

3. Acetogénesis: los productos de la fermentación se convierten en acetatos, hidrógeno y dióxido de carbono

4.Metanogénesis: la conversión bacteriana de ácidos orgánicos a metano y dióxido de carbono

SECUENCIA DE REACCIONES PARA UNA DIGESTIÓN ANAEROBIA

17%13%

28% 72%

ACIDOGÉNESIS

HIDRÓLISIS

MATERIA ORGÁNICA COMPLEJA carbohidratos, proteínas, lípidos

MOLÉCULAS ORGÁNICAS SIMPLESazúcares, aminoácidos, péptidos

ÁCIDOS GRASOS propionato, butirato,etc.

H2, CO2 ÁCIDO ACÉTICO

CH4, CO2

5% 20%

35%10%

VARIABLES EN EL PROCESO:

•Tiempo de retención de sólidos (SRT)

•Temperatura•Mesofílica (30-38ºC)

•Termofílica (50-57ºC)

•Alcalinidad (pH 6.5 - 7.5)

•Presencia de sustancias inhibidoras

•Disponibilidad de nutrientes, trazas de metales

•Mezclado

DIGESTIÓN ANAERÓBICA MESOFÍLICA

•Baja velocidad (estándar)

•Alta velocidad

•Una etapa

•Dos etapas

DISEÑO

•Contenido de sólidos totales en la alimentación.

Proceso en húmedo (<20%)

Proceso en seco (>20%)

•Temperatura de operación.

•Sistema de mezclado

•Tipo de reactor. Posición vertical u horizontal

•Flujo del proceso. Continuo o en lotes

USO DE BIOSÓLIDOS

•NOM 004 SEMARNAT 2002

•Controlar la atracción de vectores

•Reducción de sólidos volátiles por lomenos un 38%

CLASIFICACIÓN

•Metales pesados (excelente o bueno)

•Patógenos y parásitos (A, B,C)

APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS

TIPO CLASE APROVECHAMIENTO

Usos urbanos con contacto público directodurante su aplicación

Los establecidos para clase B y C

EXCELENTE Usos urbanos sin contacto público directodurante su aplicación

O Los establecidos para clase CBUENO

EXCELENTE Usos forestales

O Mejoramientos de suelos

BUENO Usos agrícolas

EXCELENTE A

B

C

METODOLOGÍA

ADICIÓN DE CAL

ADICIÓN DE ZANAHORIA

SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS MEDICIONES

•VISCOSIDAD

•SÓLIDOS TOTALES

•pH

•FLUJO DE GAS

•TEMPERATURA

LODOS PRIMARIOS

METODOLOGÍA

ANÁLISIS COMPARATIVO DE TENDENCIAS

EXPERIMENTO CON IMPLEMENTACIONESMEDICIONES

BIOGASPRODUCTOS

LODOS DIGERIDOS Y ESTABILIZADOS

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Diseño a escala del digestor

Simulación Experimental

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Inconvenientes de agitación por bombeo:

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Inconvenientes de agitación por bombeo:

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Agitación mecánica:

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Mediciones: FLUJO DE GAS

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Mediciones: VISCOSIDAD

tescurrimiento

lodontoescurrimie

lodo

aguantoescurrimie

agua

ttµµ

=

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Mediciones: pH

•Papel pH

Mediciones: Temperatura

•Termopares

•Termómetro

MÉTODOS Y TÉCNICAS

TRATAMIENTO PRIMARIO:

•Separación de grasa

•Adición de cal

TRATAMIENTO EXTRA:

•Saponificación

•Adición de NaOH

RESULTADO

RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: VISCOSIDAD

RESULTADO: disminución 59%

VISCOSIDAD DE DIGESTOR DE LODOS SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS

y = -9E-05x + 0.0023R2 = 0.9005

0.00050.00070.00090.00110.00130.00150.00170.00190.00210.0023

0 2 4 6 8 10 12 14

TIEMPO (días)

VIS

CO

SID

AD

(Pa*

s)

VISCOSIDAD DE DIGESTOR CON ADICIÓN DE 10% DE ZANAHORIA COCIDA MOLIDA

y = -6E-05x + 0.0021R2 = 0.5335

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0 2 4 6 8 10 12 14

TIEMPO (días)

VIS

CO

SID

AD

(Pa*

s)

RESULTADO: disminución 35%

VISCOSIDAD EN DIGESTOR CON CONTROL DE pH A 7

y = -5E-05x + 0.0016R2 = 0.8002

00.00020.00040.00060.00080.001

0.00120.00140.00160.00180.002

0 2 4 6 8 10 12 14 16

TIEMPO (días)

VIS

CO

SID

AD

(Pa*

s)

RESULTADO: disminución 50%

VISCOSIDAD DE DIGESTOR CON pH INICIAL 8

y = -6E-05x + 0.0018R2 = 0.7582

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0 2 4 6 8 10 12 14 16

TIEMPO (días)

VIS

CO

SID

AD

(Pa*

s)

RESULTADO: disminución 52%

VISCOSIDAD

VISCOSIDAD INICIAL : 0.0018 - 0.002 Pa·s

VISCOSIDAD FINAL: 0.0009 - 0.001 Pa·s

Hidrolización independiente de pH o adición de zanahoria

RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE:

PRODUCCIÓN DE BIOGAS

COMPARACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE GAS EN DIGESTORES

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14TIEMPO (días)

FLU

JO D

E G

AS

(mm

3 /l*s)

CON ZANAHORIA SIN ADICIÓN CONTROL PH

FLUJO DE GAS EN DIGESTORES RESPECTO AL pH

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

TIEMPO (días)

FLU

JO D

E G

AS

(mm

3 /l*s)

0123456789

pH

gas sin adición gas con zanahoria gas pH controladopH sin adición pH con zanahoria pH controlado

PRODUCCIÓN DE GAS ACUMULADA POR DÍA

010002000300040005000600070008000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16TIEMPO (días)

VO

LUM

EN

DE

GA

S (c

m3 /l)

SIN ADICIÓN ADICIÓN DE ZANAHORIA pH 7 CONTROLADO

RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: SÓLIDOS TOTALES

SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTOR SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS

y = -0.1697x + 11.263R2 = 0.4747

77.5

88.5

99.510

10.511

11.512

12.513

0 3 6 9 12 15

TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S T

OTA

LES

RESULTADO: disminución 26%

SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTOR CON ADICIÓN DE 10% EN VOLUMEN DE ZANAHORIA COCIDA MOLIDA

y = -0.0501x + 9.5457R2 = 0.0404

66.5

77.5

88.5

99.510

10.511

11.512

0 3 6 9 12 15

TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S T

OTA

LES

RESULTADO: disminución 11%

SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTIÓN CON CONTROL DE pH 7

y = -0.1914x + 9.2919R2 = 0.512

55.5

66.5

77.5

88.5

99.510

0 2 4 6 8 10 12 14 16

TIEMPO (días)

% S

ÓLI

DO

S T

OTA

LES

RESULTADO: disminución 33%

SÓLIDOS TOTALES CON pH INICIAL 8

y = -0.1647x + 8.3832R2 = 0.6669

44.5

55.5

66.5

77.5

88.5

99.510

0 3 6 9 12 15 18 21

TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S T

OTA

LES

RESULTADO: disminución 44%

SOLIDOS TOTALES EN DIGESTIÓN CON CONTROL DE pH

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S T

OTA

LES

1 2 3 4 5 6 7 8

PROMEDIO DE SÓLIDOS TOTALES EN DIGESTIÓN CON pH 7 CONTROLADO

(8 matraces)

y = -0.269x + 7.8596R2 = 0.7853

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

0 2 4 6 8 10

TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S T

OTA

LES

RESULTADO: disminución 30%

RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: SÓLIDOS VOLÁTILES

SÓLIDOS VOLÁTILES EN DIGESTOR CON CONTROL DE pH 7

y = -1.6699x + 65.861R2 = 0.6396

30

35

40

45

50

55

60

5 7 9 11 13 15 17

TIEMPO (días)

% D

E S

ÓLI

DO

S V

OLÁ

TILE

S

RESULTADO: disminución 39.2%

SÓLIDOS VOLÁTILES CON pH INICIAL 8

y = -0.3012x + 50.546R2 = 0.0151

30

35

40

45

50

55

60

10 12 14 16 18 20 22

TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S V

OLÁ

TILE

S

RESULTADO:

PROMEDIO DE SÓLIDOS VOLÁTILES EN DIGESTION CON pH 7 CONTROLADO

(8 matraces)

y = -1.2337x + 43.25R2 = 0.6679

3032343638404244464850

0 1 2 3 4 5 6TIEMPO (días)

%S

ÓLI

DO

S V

OLÁ

TILE

S

RESULTADO: disminución 41%

CONCLUSIONES

16 DÍASµ ST SV GAS PRODUCIDO% % % cm3/l

SIN ADICIÓN 59 26 - 6401.48ADICIÓN DE ZANAHORIA 35 11 - 5215.24pH 7 CONTROLADO 50 33 39.2 7887.88pH 7 CONTROLADO (8) - 46 41 -pH 8 INICIAL 52 31 X X

DISMINUCIÓN

CONCLUSIONES

Cumplimiento de NOM-004-SEMARNAT-2002: disminución mínimo del 38% sólidos volátiles

•Tiempo de retención de sólidos: 16 DÍAS

•Control del pH neutro (condiciones óptimas para bacteria metanogeneradora)

•Mezclado mecánico

BIBLIOGRAFÍA

Metcalf &Eddy, Wastewater Engineering, Treatment and Reuse, 4th ed. McGraw Hill, Chapters 7, 14.

Vesilind P.A., Hartman G. C. et. al., Sludge Management & Disposal for the Practicing Engineer, Lewis Publishers Inc. 1986, Chapters 1,2 and 4

Young-Chae Song, Sang-Jo Kwon, Jung-Hui Woo. Mesophilic and termophilic temperature co-phase anaerobic digestion compared with single-stage mesophilic and termophilic digestión of sewage sludge. Water Research Journal of the International Association on Water Quality. April 2004; Vol 38; No7; 1653 -1661.

Hariklia N. Gavala, Umur Yenal, Ioannis V. Skiadas, Peter Westermann, Birgitte K. Ahring. Mesophilic and termophilicanaerobic digestion of primary and secondary sludge. Effect of pre treatment at elevated temperature. Water Research Journal of the International Association on Water Quality. Nov 2003; Vol 37; No 19; 4561 – 4571.

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