JNO~IBRE: &a Tereea Yocter.uma vbequez. . . ...

TELEFONO: 587 "44 '.93 . . . . ..

. ,

MATRICULA: 8332262i.

CLAVE:

. . /CARRERA: .~

. , TRINXSTRE: 87-1. ... . . . * HORAS A LA SEEANA: 20.~ho

LUGAR DONDE SE REALIZAR nst ituto Mexicano de l Petr6leo. Divisi6n de Agrobioquimica. Subdireccin de Refinacin y Petroqidmi - ca. :Departamento de Biotecnologia y Bioinge

' nieria.

. ..

JFECHA DE TPEHMII

PUESTO Y ADSC e Biotecnologfa y ingenieria, .Subdireccin de Ref inacin y Pe-

Agrobioquimica .del- -

TITULO DEL FE tabi l idad B io l j g i ca de l o

\', \

k

ESTUDIO DE TRAPABILIDAD B IOMMICA 'DE LOS BFLENTES DEL OOMPLBJO' PETROQUIMICO "MORELOS"

Justificacin y naturaleza poyecto. El presente servicio social tiene como fin-lided apoyar los

estudios que se realixm en el Instituto Mexicano del Petrleo -- por el gmpo de trabajo del Departamento de Biotecnologia y Bioin - genierie, sobre tratamientos biol6~icos en aguas residuales de la industria petroouimica.

Tales estudios contribuyen a un proyecto de investigacin a- plicada, ya que se pretende establecer tcnica y econmicamente el sistema ptimo de Tratabilidad Biolgica de los efluerites del Com- plejo Petroquimico "Morelos",de tal forma que las aguas residuales trstadas en ese sistema cumplan con las diferentes disposiciones y parrneti.0~ definidos en:

-Ley Federal de Proteccin al Ambiente. -Reglamento para la Prevencin y Oontrol de la Contamina - cin de &pas.

-Ley Orgnica de la Administracin Pblica Federal. -Reglamento Interior de la SEDUE.

De esta manera, l o s efluentes podrn incorporarse a los cuer- pos receptores naturales como rfos, iagoe, eta., ein causar daflos- a l medio ambiente por la presencia de compuestos txicos.

Para la realizacin del presente proyecto egnecesaria la par - ticipacin interdisciplinaria de profesionistas pertenecientes a - las &ea8 de Bioiogia, licrobiologia, Ingenieria Bioqdmica, Inge- nieria Ambiental, etc.,quienes colaborarn en las diferentes eta-- pas que comprende .dicha investigacin.

\ \

introduccirr g antecedentes.

Paralelamente al desarrollo de ia industria a travs de los a os, han aumentado gradualmente l o s problemas de 1~ contaminacin- ambiental; al grado de teher que desarrollarse tecnologas especia les para diminuirlos.

- -

La contaminacin ambiental involucra el aire, la tierra y ei- agua; en el presente proyecto se estudiar uno ,%e los mtodos dedi cados a disminuir la contaminacin del agua, ya que sta ha causa- do problemas desde tiempos muy remotos. Fu6 en l~ poca del Impe- rio Romano cuando por primera vez se not6 y Be trat de resolver- este tipo de problema; presentado p o r la contaminacin oue provocan l a s aguas de desecho de las casas habitacin. Muchos sie;los des-- pues alemanes e ingleses contribuyeron al avance en este campo, -- creando por el ao de 1840 los primeros principios fundamenteles - que gobiernan el flujo de las aguas de desecho: de dichos princi-- pi08 algunos 5e encuentran en vigor actualmente.

-

De l o s primeros trabajos que se tiene conocimento, el ms im - portante, es el del Sir Edwin Chadwich, quien fue el principei vo- cero de la revista "Reporte de los Malos Comisarios de la Ley", a- si como tambin miembro de una investigacin dentro de l a s condi-- clones sanitarias de la poblacin laborista de la Gran Bretaa. - Paralelamente a los trabajos de Edwin, en los Estados Unidos, Je-- muel Shattuck de Boston y el Dr. Stephen Smith de Nueva York, rea- li%aban sus trabajos; el primero fue el principal autor del docu-- mento: "Reporta de la comisin sanitaria de Massachusptts-' en el - a o de 1850, creando posteriormente,en el ao de 1869, el Consejo de Salud del Estado de Massachusetts.

I La siguiente tabla muestra los diferentes procesos desarrolla dos para el tratamiento de aguas de desecho, a travs de la histo- ria.

-

DESARROLLOS HISTOXICOS Ell YSOCESOS DE TRATAXIEdYTOS DE AGUAS D8 DE- SECHO.

O

FECHA Sin fecha

DESARROLLO Irrigacin con aguas de desecho en Atenas.

1550 1700 1762 1860

1868

1870

1876 1882

1887

1887

1889

1891 1898 1906 1908

1911 1912

1914

1916

1925

a irrigacin con aguas de desecho en Alemania. irrigacin con aguas de desecho en Inglaterra. Precipitacin qumica de aguas de desecho. Primeros experimentos en microbiologa de digestin de lodos en 1np;latem-a. Primeros experimentos en filtracin intermitentes- de aguas de desecho, en Inglaterra. Primeros experimentos en filtracin intermitente - con filtros de arena, en Inglaterra. Primeras fosas spticas, en Estados Unidos. Primeros experimentos de aereacin de aguas sucias, en Inglaterra. Estacin de experimentacin Laurenoe, establecida- por el Consejo de Salud del Estado de Massachusetts para el estudio de las aguas de desecho. Primera planta de tratamiento con precipitacin qut - mica, en Estados Unidos. Filtracin en camas de contacto en la estacin de- experimentacin de Laurence, en Massachusetts. Disgestih de lodos eb lagunas, en Alemania. Rosiadores rotatorios para filtros de goteo. Ciorinacin de aguas de desecho, en Estados Unidos.

teo, en Estados Unidos.

Aereacin de aguas de desecho cloradas en tanques, , en Estados Unidos. Experimentacin por Anden y Locket, que condujo al desarrollo del proceso de lodos activados. Primera planta municipal de tratamiento de agua5 - de desecho, con el proceso de lodoe activados, en- Estados Unidos. Aereador de contaceo, COnStniidO por Buswell, en - Estados Unidos.

Primera instalaci6n municipal de M filtro por go- t,

Separacin de lodos digeridos, en Estados Unidos. \

4-

-

\ \

con ei fin de aliviar un poco la contaminacin de las aguas, se han creado los procesos de tratamiento biolgico, dentro de - l o s cuales encontramos que el Reactor Biolgico es el corazn de dichos proceeos, pues es en ellos donde se llevan a cabo las reac cienes de oxidai;n que es be parte primordial de estos sistemas, la cual realizan los microorgapismas, en la que se convierten los comnuestos orgnicos solubles en agua, en coapuestos orgllicos in - solubles en agua, para ser eliminados por diferentes mtodos.

-

La seleccin y diseo del -tipo apropimio de reactor para un- proceso dado, depende de las caractersticas y del uso que se le- vaya a dar al efluente deseado, lo cual involucra el tipo ge mi-- croorganismos utilizados para realizar la degradacin de l o s mate - riales de desecho, cintica del creuimiento de estos microorganis - nos, control de las caractersticas ambientales, como la temnera- tura, materi;les de construccin y uno de los aspectos de mayor - inportancia que son los costos.2)

La eiiminiacin efectiva de contaminantes por microorganismos depende de la facilidad que tengan estos para absorber y metaboli zar los contaminantes, del crecimiento dinmico del cultivo, tiem PO de contacto entre microorganismos, Contaminantes y condiciones ambientales, incluyendo a la temperatura, disponibilidad de nu-- trientes y gimen de mezclado.(2)

-

Para obtener un buen proceso en el tratamiento biolgico, se hace impresckndible llevar a cabo estudios de caracterizacin de- los residuos lquidos en el laboratorio, posteriormente realizar- trabajos de tratabilidad de los mismos. Estos estudios de trata- bilidad deben de conducirse en plantas a escala en el laboratorio, seleccionando con el mejor criterio y experiencia, aquellos mto- dos que pueden ofrecer el mejor resultado

Dos de los principales procesos de tratabilidad biolgica -- son los lodos activados y las lagunas de aeraacin, l os cialee se describen brevemente a continuaci6n.

Lodoe Activados.

Este proceso fud desarrollado en Inglaterra en - 1914 por Ander y Locket y se origin6 de observaciones hechas a lo largo del tiempo, cuando ~ R S aeuas industriales y domsticas eran aereadas por perodos de tiempo prolongados, el contenido de mate - ria orgnica era reducido y al mismo tiempo un lodo espeso se for - maba. (1)

Xxmenes microscpicos de esCos lodos revelaron aue estaban - formadoe por una poblacin heterogbnea de microorganismos, los cua - les cambiaban continuamente en naturaleza y en respuesta a la va- riacin en la composicin de las aguas residuales y las coniicio- nes ambientales. Los microorganismos presentes son uniceiuiares- como las bacterias, algunos hongos, algas, protozoarios y rotife- ros. De todos estos, las bacterias son posiblemente las ms im-- nortantes, utilieandose posteriormente en todos los tipos de tra- tamirnto biolgico. (1)

El nombre del proceso se debe a que en l se involucra l a - produccin de una masa activa d" microorganismos capaces de esta- bilizar el agua de desecho. Con el correr del tiempo se han crea - do nuevas versiones del modelo original, sin embargo todas son -- fundamentalmente similares. (2)

o &,as lodoe activados 6on un cultivo enriquecido microbiol6gi- camente y en el cual se desarrolla un sistema ecolbgico muy exten sivo; en dicho sistema los microorganismos coexisten y compiten - por el metabolismo de us nutrientes existentes en el agua de de- secho. Existen, sin embargo, condiciones restrictivas severas que tienden a favorecer el establecimiento de una flora dinmicamente bzlanceada.

- \

Los microorganismos existentes en este proceso, utilizan ia- mayor parte del material disuelto y suspendido presente en el agua de desecho como su fuente de alimentacibn, reiuirieado adems ox< - p n o o aire pare. l levaf F cabo sus funciones metabblicas, debido- a cue en su mayora 802 aerbicos.

31 proceso de lodos activados se ha consiiierndo como el proce -

so bioldgico hiBs confiable y verstil para el trptamiento de aguas de desecho de plantas induetrieies. oste nroceso normalmente se- realiza en dos etapas: una etapa de aereacin en la cual se reaii &a el metabolismo de las bacterias en presencia de oxgeno o aire, seguido uor una etapa de separiicin s6lido-liquid0, en donde el - a gua de desperdicio tratada se separa de la masa celular formada;- recirculando parte de sta al tanque de aereacibn. Durante el -- proceso, parte de la materia orghica del desecho se convierte en nuevos microorganismo8 y la otra parte se oxida formando otros pro ductos como bixido de carbono.

-

- Las condiciones ambiah88Pes pueden ser controladas regulando

el pH, la temperature, los nutrientes, la adicin o extraccin de oxfeeno y un mezclado adecuado; otro parmetro muy importante es- el tiemno de retencidn de los microorganismos dentro del sistema, este periodo denende dc la velocidad de crecimiento, l a cual est4 estrechamente relacionada con la velocidad con que ellos metaboli zan o utilizan el desecho orgnico.

-

I

Lagunas de Aereacibn. Las lagunas aeresdas son una alternativa de-

tratamiento biolgico, en las cuales se pone en contacto el agua- de dehcho con microorganistnos para que estos degraden la materia orghica y se reproduzcan. El oxgeno necesario para que los mi- croorganismo~ cumplan sus funciones se suministra por medio de ae - readores mecnicos o por medio de difusores de aire, sirviendo a- derna p e a proporcionar el nivel de turbulencia necesario para%- mantener los slid0s en suspenai6n.

.

Exi3ten dos tipos de lagunas aereadas: Las lagunas aerbi-- cas en las cuales se mantiene oxgeno disuelto en todos los Dun-- tos del depsito y l a s lagunas aerbicas-anaerbicas o lagunw fa - cultativas, en las cuales el oxgeno se mantiene nicamenie en las capas superiores del lfauido en la 'fosa. (1)

En las lagunas aerbicas todos los slidos se mantienen en - suspensi6n y el sistema es muy semejante a un sistema de lodos-ac - tivados pero sin recirculacibn, a d la concentracin de slidos o

1

suspendidos en e l e f luente es i gua l a l a concentracin en l a base de aereacin. Las lagunas aerbicas pueden fci lmente s e r modif i - cadas a un proceso de lodos activados.

En l a s lagunas facu l ta t i vas una porcin de lodoe suspendidos se sedimenta en e l fondo de l a laguna donde sufre una descomposi- c i n anaerbica pa rc i a l y o t ra porcin es oxidada en la? capas su - per i o r es d e l l iqu ido . Esta sedimentacin se debe a que e l n i ve l - de turbulencia es insu f i c i en t e para mnntener los s l idos suspendi - dos.

Debido a l a a c m i a c i n constante de lodos en e l fondo de l a laguna se hace necesar io el iminar stos en periodos que fluctuan- a lrededor de los d i e z aos; l a s iguiente figura muestra un esque- ma de estas lagunas.

a limen*acin e f luente -\.&*u&i+Tu Lagunas con mezclado completo

a i imen tac in e f luente .____o P

Laguna f a c a t a t i v a

Fig. 1 Tipos pr inc ipa les de Lagunae de Aereacin.

Objetivos.

-Cumplir con ,los parmetros particulares de descarga de residuos liquidos generados en el C.P.Q. "More-- los", fijados por las instituciones mencionadas con anterioridad en l a parte inicial de este trabajo, a fin de prevenir la contaminacin ambiental.

-Definir parmetros bsicos de diseo del sistema de tratamiento biolgico, para les aguas reeiduales de ese centro de trabajo.

Metodologia 9; Programa - de Trabajo. El presente estudio consta de 5 etapas:

1) Acondicionamiento de l as aguas representativas de cada corrien - te que ser4 sometida a tratamiento biolbgico.

Elaboracin de una muestra semisint4tica que reoresente el tc+ tai. de las corrientes mezcladas wn la Laguna de iguaiacibn.

2 )

3) Caracterizaci6n fisicoqufmica del agua semisint4tica emple-3 do l o s mtodos de la AYIWA-@HA y WPOF. (4)

Aclimatacidn microbiana a la mu B3 tra semisinttica en sistema intermitente.

Biodegradabilidad en sistema continuooa diferentes gastos.

4 )

\

5) 6) Cdlculo de parbetros cinticos.

7) Requisitos de nutrimentos.

.

1.- Acondicionamiento de las "corrientesns que lo requieran.

1.1 Neutralizacin de Acetaidehdo. El agua cida de acetaldehdo deber neutralizarse adikonan-

do sgua proveniente de l a torre de oxidacin de sulfuros, en este caso se tomar del sistema de tratamiento primario de1C.P.Q. "LE Cangrejera". El pH que se busca para lograr un buen desarrollo - microbiano es de 6.0 a 8.0.

i

Procedimientd : En agitacin continua, ser adicionada la sosa oxidada sobre

el agua &ida y un potencimetro determinar el pH continuamente; 1s adicin se suspender curndo se alcance pii 3 721.

agitador

I neutralizante

potencimetro agua cida -

En caso &e no contar con 1a.s sosas oxidadas, l a neutraliza - cin se realizar con NaOH fresco al 56.

1.2 Tratamiento de aguas aceitosas. Las bases de diseo del C.P.Q. "idorelos" indican que el agua

aceitosa en la primera etapa operativa despus de la separaci6n de te debe tener una concentracin de 20 ppm del mismo.

1

Procedimientos I

la muestra hasta l a obtencin de las fases ecuosa,g orgnica. I I

1 La separacin de aceite se llevar a cabo mediante reposo de La

separacin se har por decantacin. Despus de un anlisis &e -- grasas y aceites a la muestra se proceder a una separacin ms - necesaria de aceite para obtener la concentracin deseada.

, 4-

fina(extr&cin con solvente) o bien t i la adicidn de la cantided- I I

La muestra ser tbmada del tanqua de apagado de la planta de Etileno en el C.P.Q. **La C a p e jera'l. I

2.- Blaboracin da1 agua semieint4tica. Se llev a cabo una reunin de trabajo e% la ge

rencia de Ingenieria y construccin de la Subdireccin de Transfor - -

., .

I. . . 1

DIAGRAMA L

2.1 Corrientes que ser& 'sometidas a tratamiento biolgico.

TORRE OXIDADORA sosa DE SULFUROS gastada oxidada

LAGUNA DE IGUALA 2

ACETALD3HIDO agua cida t t

3 TANQUE DE APAGADO I PLANTA ETILENO

- OXIDO DE ETILEN DRENAJE QUIMICO

9

4' AGUAS NEGRAS , .

1 muestreada en "La Cangrejera. 2 preparada sinteticamente. 3 muestra aceitosa diluida . 4 niuestraada en el IW.

4 1 I !

I i i

\

TABLA 1

2.2 !omposicin de l agua a tratar biol6gicamente.

CORRIh-TE

~ g u a cida de acetaldehido

1

Acetaldehdo

hc. actico

Agua aceitosa

Aceite degrada - do

2

Qumico de O xido de Eti=

3 leno.

Glicoles

Aldehdos

N2

'2"3

Aguas negras

3,364'

14 , 545 *

20

1,620

480

1 , O80 20

-

FLUJO (G.P.N. )

. 165. 7.05%

2,000 ( 8 5.4?$)

;3 EN LA MEZCLA INAL

333

1025

17

69

20

46

I

*Despus de l a neutra l izac ih , ver diagrama 1. -

3.- Parmetfoa a determinar para la c~tracterizacidn fisicoquid- ca del agua eemieint6tica.

PARAMETRO

Temperatura PH Turbide e SST S DT UQO DBO Nitrgeno total Nitrgeno amo-- niacal Pos fatoc Cloruros Sulfuros Cromo+6 y +3,

Aloalinidad Sulf atos Grasas y ac%tes Conductividad Oxfgeno disuelto

DIMENSIONES

OC

adimensionai NTU m&lt

I1

I*

I1

n

19

I1

n

I,

14

' .

Voimen total reQUerid0: 6175 m i .

VOLUMEN REQUERIDO (mi)

1J30 25 100 100 100

50 100 3 1000 400

50 50 50

1000 100

53 1000

50

50

4.- Aclimataci6n microbiana a la muestra semisint4tica.

Para la biodegradaci6n de los compuestos orgnicos del agua- semisinttica a8 utilizar & cultivo mixto de microorganismos -- con capacidad para degradar hidrocarburos y derivados; stos se-- r&n previamente adaptados a l efluente en estudio: m.

f

r .. .

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.,. . .

.

*. .

\ . Figura '2. . Bio-reactor en sistema continuo.

\ I

6)

7 )

8)

R r s Vlocidad de consumo de oxgeno (mg 02/lts.min)

v = Voimen de operacin (its) T = Temperatura del inflaente ai biodreactor, como del licor

mezclado.

Los parmetros cindticoe que ser& determinados en base a -- l o s resultados experimentales Eon los siguientes:

1)

2) a = Coeficiente de generacin de clulas o de crecimiento - K = Coeficiente de velocidad de remocin del sustrato (da-1)

(ma SSVLM/mg D1305 removido).

na (mg SSVLM oxidada/masa degradada remanente.dfa). 3) b a Coeficiente de decaimiento o tasa de respiracin endOge -

4 ) a' = Coeficiente de utilizacin de oxieeno para oxidacin - del sustrato (a1 ) , (mg 02/mg DB05 r-n.ovido).

5)

6)

7 )

lar bl = Tasa de consumo de oxgeno para la autooxidacin celu- bl),(mg 02/mg SSVLM autooxiados.dia)

Kja x Coeficiehte de transferencifl de oxgeno.

Factor de proTorcionliiaad en el balance de temperatura = f

8) e= Coeficiente de correccin de temperatura. 7.- Bequiaitoe de nutrimeptoa.

Los nutrimentos escenciales para l o s lodos biolgicos son Ni- trgeno y.Fsforo; la8 necesidles de esWs elementos se calcula- r& en base al contenido de los mismos en l a bionasa producida en el proceso de biodegradacin. Para este clculo se donsiderarh- las siguientes variables:

a) Carga de sustrato (infiuente). b) Disponibilidad de nutrhmentos a l microorganismo. c) t 3 de sdlidos en el rgimen estable.

t t i ) *Mempo de tratamiento del residuo. e) Temperatura.

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B i b l i o a a f i a . I,. ,

(1) Ramalho, R.S., 1977, Introduction t o Wastewater Treatment Processes, Academic Press, New York.

1.1 ,,

1 .,

Y '

1,. ,

( 2 ) Aivarez Hendoza, S., Estudio Tcnico Comparativo entre un Sistema de Lodos Activados y Lagunas de Aereacin, Tesis UNAM, Facultad de Quimica. 1981.

,., .

t...

r. L. Y" I 1..

( 3 ) Garcia Morales, %I., 1978, Reactores E io lg i cos en Sistemas de Tratamiento de Efluentes., Tesis , UNAM, Facul- tad de Qumica.

( 4 ) APHA, AYIWA, WPCF, 1980, Standard Methods for the Examina- t i o n of Water and Wastewater, 152 edi t ion, Joint- Ed i t o r i a l Board, U.S.A.

( 5 ) Propuesta de t raba jo para e l Estudio de Tratabil idad Bio- l d g i c a de - los Eflurntes d e l Complejo Petroqumiuo- Morel&u@Di.P,.-TJiv. --.zAgFobioqdmica, 1987.

i

NOMBRE: X a r f a T e r e s a Moctesuma Vdequez.

TELEFONO: 587 44 93.

MATRICULA: 83322621 .

* CLAVE: 23.14.001.88

CABRERA: B i o l o g a .

THIPESTRE: 88-P.

HORAS k LA SriWNA: 20 h o r a e .

LUJaB D A D E SE LLEVO A CAB:): i n s t i t u t o Mexicano d e l P e t r 6 i e o . Divisi6n de Aflobioqumica. S u b d i r e c c i n de Ref inac in y Petroqufmica . Deoartamento de B i o t e c n o l o g i a y B i o i n g e n i e r e i a .

PdCHA Jd I N I C I O : 2 5 de Enero de^ 1988.

FECHA DE TWi.viIl\cACION: 2 5 de J u l i o de 1988.

NOhlTiV?.: X L TUTOH: I n g . F e l i p e 3e J . Wrquoz C o r t s .

PU!:L?'i, Y AiISCRIPClOh : Jefe 3f!pa,rta.mento d e B i o t e c n o l o g f a y Bio ingeni -er i8 . . D i v i s i 6 n de Agrobioqufrni- ca. I n s t i t u t o Riexicario a e l - e t r l e o . -- _.

TI FULO .idL PHOYr3CTO: E s t u d i o de T r a t a b i l i d a d B i o l 6 g i c a de los

E f i u e n t e s riel Complejo Pet roqumico "Mo-

r e l o s " . A

MARIA TEiih"SA MOCTEZUMA V. ING. FELIPE DE J. IMARQuEz C .

ESTUDIO Dd TRATABILIDAD BIOLOGICA DE LOS EFLUENTBS

DEL COMPL~JO r E e R o m t m o **YORELOS-.

1

I

I N F O R M E F I N A L

Servicio Soc i a l

AGOSTO 1988

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD I Z T A P A L A P A

C D S

i

I N T R O D U C C I O N

El desarrollo de la industria ha trado consigo enormes bene- ficios a la humanidad, pero a su vez han aumentado gradualmente -- los problemas de la contaminacin ambiental; al grado de tener que desarrollarse tecnologas especiales para disminuirlos.

d

El constante aumento de la contaminaci6n de las aguas ha lle- gado en loa ltimos aos a proporciones verdaderamente alarmantes. Por muchos aos, las aguas de desecho de las industrias y las aguas ne,-;ras de la poblaci6n urbana han sido derramadas sn los rios sin- pensar en los problemas que esto provocara.

Con el propbito de cumplir con los requisitos de descarga, es - tablscidos por la SEDUE para l o s efluentes del CPQ "Morelos", el - I X Y rraliz un estudio de tratabilidad biolgica de sus aguas resi hales para obtener los parmetros bsicos para el diseo de una - ?lanta d e tratamiento biolgico aue acondicione sus aguas de dese tho, de tal manera que puedan ser descargadas en el cuerpo recen-- tor nailural (rio), sin afectar la ecologia del lugar y de esta for - ma cumplir con las especificaciones de descarga establecidas por - la legisiacidn ambiental vigente.

-

-

Se llev6 a cabo la ev~iuaci6n de l a s caractersticas fhicas, qumicas y biolgicas de los et'luentes del Complejo, as como 10s- resultados experimentales del oroce80 biolgico, clue permitieron - de inir las caractersticas de una planta de tratamiento bloigico.

.-

El tratamiento biolgico de las aguas residuales se basa en - el proceso aparentemente simple en el que una uoblacidn mixta de - rnicroorgani3lios utilim como nutrientas sustancias que contaminen- el agua. Ente ns el mecmismo por el cual l a s corrientes de aguas natural-es se :Lutopurifican.

9

Con el uso de tcnicas de l a ingenieria qumica se ha intensi ficado y acelerado para suministrar un rango de sistemas biolgi--

cos de trc+-; iiento de uso comn en la purificacin en gran escaia- de las ayuaP Te?i.dunles, domsticas e industriales. LRS aguas re- siduales oue contienen solutoe contaminantes se ponen en contacto- con una densa poblacin de microorganismos apropiados, durante un- tiem:io suficiente oue ~.,errnita a los microbios descomponer y elimi- nar, segn se desee, los solutos contaminantes.

a

En los procesos naturales , los solutos se eliminan irincipal mente por descomposicin, p o r lo general oxidaci6n, por metabolis- mo microbiano y conversin en materias microbianas celulares. Los procesos intensificados en pan escala poseen un mecanismo adicio- nal de remocin, p o r medio del cual los contaminantes se adsorben- y aglomeran con las densas masas microbianas due se utilizan. Esto permite remover estas materias, 1aa ?ue no se verian afectadas por los otros coe mcanismos.

i:1 grado con que cada uno de estos orocesos contribuye al efec- to tots1 de purificacin devender del sistema de tratamiento que- se use, sil manera de operacin y de las materias presentes en el - agua residual en tratamiento.

O B J E T I V O S

- Cumplir con los parmetros particulares de descarga de residuos - lfnuidos generados en el C.Y.Q. l*lYlorelos**, fijados por el regla - mento interior de SSDUE, R fin de orevenir la contaminacin am- biental.

- Definir pnr4metros bfisicos de diseo de L sistema de tratamiento biolgico, para l a s amas reciduales de ese centro de trabajo.

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M A T E R I A L Y M B T O D O

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1.3 Agua Glicolda. - ( * )

Muestreada d e l Bfluente t i l e n o en e l CPQ "La Cangre jeraw. Especif icaciones:

Qumico de l a Planta d0 Oxido de E-

Gl ico les . . . . . . . . 1,620.0 mg Aldehdos . . . . . . . . 48.0 mg N20 . . . . . . . . . . 1,077.0 mg K 2 C 0 3 . . . . . . . . . . 18.0 mg Ama c.b.p. . . . . . . . . 1.0 L DB05 . . . . . . . . . . 1,C)34.0 mg 02/1

1.4 Aguas Negras.

Colectada en e l r e g i s t r o de l drenaje d e l e d i f i c i o Jos Lpez - P o r t i l l o , en c l IMP.

1.5 Sosas Gastadas. - Muestreada en e l ~ P Q "La Cangrjera" de l a Torre de Oxidacin - de Suifuros. Especif icaciones:

Se u t i l i z para neutra l iyar e l Agua Acida.

Na2S . . . . . . . . . . 0.3 g iia2C03 . . . . . . . . . 4.3 g NaOH . . . . . . . . . . 0.9 g Agua c.b.p . . . . . . 100.0 $3

2.- TRATAMIENTO PBIMAIO DE LAS CORRIETJTES.

Unicam nte las corr ientes cida de acetaldehfdo y acei tosa ne-- !

cesi taron tratamiento: -9

2.1 Agua -- Acida de Acetaldehkdo. 'Una vez preparada fu6 neutral izada con Sosas Gastadas.

( g r f i c a i)

(+I 2.2 Agua 4ceitosa. El exceso de aceite fu eliminado por decantaoibn. La concen-

tracin final fu de 13 - 16 41.

3.- BLABOWION DE LA MEZCLA SEWSINTETICA UTILIZADA. J

La composicin de la mezcla utilizada se muestra en la tabla 1, incluyendo los nutrimentos, los cuales fueron adicionados en - las proporciones: DEO: N: P: 10*3: 5: 1. Esta mezcla fu6 almacena da a 4 O C hasta el momento de ser empleada.

-

Es necesario aclarar que para la neutralizacin de agua Aci- da se emplearon dos lotes ,te sosas gastadas (3G);con el pri,nero - se fabric6 un lote de agua semisint6tica (el volmen utilizado DE ra la neutraiizacidn fu de 10% v/v) y con el segundo se prepara- ron otros dos (el vqldmen necesario fu de 129$ v/v); con el pri- mero de los lotes de esta agua-se realizaron la seleccin ?rima-- ria y secundaria y la adantac 6n ,rd.crobiana y con los otros dos - se l og r6 la estabilizacin d e l sistema continuo. La proporcin de la corriente d e sosas gastadas se modific en el segundo lote de- agua sevisinttica, ya que se& l o establecido (1036 respecto al- agua cida), no se alcanzaba l a neutralizacin. La proporcin -- %:Agua Acida (129:l')O) es un valor que concuerda con el clculo- estequiomdtrico se* las concentraciones de cido actico, ace--

_ < taldehdo y sosas gestadas d.e diseo: _ ~ -

Estequiometra de l a s reacciones qumicas: -6

2CH3-CH0 + NaOH ---> CkiJ-CH-CH2-CHO + OH OH

Acetaldehdo Condensacidn aldlica.

( a ) ?ara significado de tbcnicismos consultar anexo 5.

CH CH-CH2 3- OH

-(:Hi) + OH ---> CH3-CH(OH)-CH2-CNa + H20 neutraiizacidn

CH3-COOH --- CH3-COONa + H20 cido actico neutralizacin

J

Cicuio estequiom6trico:

88 g de acetaldehfdo --------- 40 g de hidr6xido de sodio 3.7 g de acetaldehfdo ---------- X

X = 1.68 g de hidrxido de sodio

60 q de cido actico ------- 40 g de hidrxido de sodio 16 g de cido actico -----.---- X

X = 1J.67 g de hidrxido de sodio

T O T A L E 12.35 g de hidr6xido de sodio

12.35 g de hidrxido de sodio --------- 1 L de sosas-gastadas 9.0 g de hidrdxilo de sodio --------- X

X = 1.37 Litros de sosas gastadas.

Este es un volven aproximado al obtenido experimentalmente para 1-a neutraiizaci6n (1.29)

( v e r grfica1 y tabla 1)

4.- CARACTERIZACIOh DE LA MEZCLA SEMISINTETICA.

La caracterizacin se llev6 a cabo-cron las siguientes deter- minaciones:

4.1 Anlisis Fsicos. 3

Conduc tivi dad Grasas y Aceites PH Slidos disueltos Slidos susnendidos Temoeratura Turbidez.

4.2 Anlisis Qumicos.

Cloruros vrorllo

Demanda Culn.:ca. ?.e Cxperio Posfatos Nitrbgew r . T o r i a c R 1 N i trceno t o t d Sulfa tos Culf uros Curbono toial Carbono orghnico Carbono inorgnico.

lil

4.3 Anlisis Biol6Ricos.

Demanda Bioqufmica de O x f ~ w o -* Coliformes fecales.

I . _ -

Conduct ivitf a d .- La determinac in de l a conduct iv idad en e l a-

.!pa r e s i d u a l a tratar se r e a l i z a con un Puente de Conduct ividad, - marca YSI, modelo 3 1 , de Ye l low Springs Ins t ruments Co., Inc . Las- l e c t u r a s o b t e n i d a s r e p r e s e t a n una medida i n d i r e c t a de l a c o n c e n t r a c i 6 n de i o n e s en la muestra.

.

-

GrRcms y Ace i tes . - La c a n t i d a d de grasas y a c e i t e s p r e s e n t e s en -

un agua r e s i d u a l i n f l u y e infiwiablernentc er, e l sistema de t ra tamien- to que s e l e vaya a 8 .pl ica .r a. dichn. agua; ya que s i e s t n p r e s e n t e s en cantic!ndes e x c e s i v a s pueden F o r e jemplo i n t e r f e r i r en los proce- sos b i o l b E i c o s a e r o b i o s y a n z e r o b o s y d i s m i n u i r l a e f i c a c i a d e l -- tratc?, t ! ierito b i o l q i c o del F I Q U ~ . r e s i d u a l .

X1 mtodo u t i l i z 3 d o en e s t e c a s o para l a d e t e r a i n a c i n de gra- sas y a c e i t e u es n-ropiado n n r a l a . mayora de l a s u p a s .ie desecho- i n d u s t r i z l e s que contengan e s t o s m a t e r i a l e s . C o n s i s t e en e x t r a e r -- las 6:rasa.s y a c e i t e s oue se encuentren emul3ionaJos o d i s u e l t o s en- e l " p a , poni.endo l a muestra en c o n t a c t o i n t i m o con una c a n t i d a d de - termineda de s o l v e n t e , en e s t e C H S O se u t i l i z c loroformo. i . o - t e r i o r mente s e drena e l so lver i te y :>e e l i m i n a R t r a v s de un r o t a v a u o r , - separandolo ue esta manera de las grasa8 y aceites c o n t e n i d o s en l a muestra. de agua r e s i d u a l . Se determina su peso en una bR1me.a enalf tics y se e x w e s a n l o s r e s u l t a d o s en mg de grasas y a c e i t e @ , .

-

-

UH.- c ?ara lograr un buen d e s a r r o l l o microbian0 e s n e c e s a r i o man

t e n e r e l pH en un rango c e r c a n o a la n e u t r a l i d a d (6.J a 8.0). Las - d e t e r m i n a c i o n e s s e r e a l i z a r o n aon un potenc iometro , marca Corning.

Los a j u s t e s n e c e s n r i o s ' d e pH fueron r e a l i z a d o s con Sosas Gas--

tadas en el caso d e l a elaboraci6n de efluente semisint6tico y oon NH40H o bien iI ,Y04 en el caso de los biorreactores, segn las ne- sidadas.

Slidos. -

ST E: Slidos SST = Sblidos SSV = Slidos SSNV = Sli~os SDT = Slidos S)V = SSiidos SDXV = :361idos

Totales. Susoendidos Totales. Suspenaidos Voltiles. Suspendiios no Valtiles. Disueltos Tota:Les, J)isue i tos Voltiles . Disueltos no Voltiles.

Los slidos generalmente se dividen en tres clases: sliios - suspendidos, slidos disueltos y slidos coloidales, aunaue en las determinaciones normalmente se consideran los Frrhmeros y l o s segun - dos, incluyendo en los segundos a los slidos colbidales. .

Los slidos totales CT, incluyen a l o s s6ii:ios disueltos y a- l o e slidos suspendidos.

El total. de S6lidoe Suspendidos SST ne dividen en SSV y SSNV. Los primeros estn constituidos princi.almente por materia orgni- ca; PePresentan la concentraci.6n microbiena. Loe aegundoa est& - constituidos principalmente*por slidos inorgnicoe.

Lr c o n c e n t r a c i 6 n de s l i d o s en suspeiinin en e l tanaue de ae- r e a c i n ( h i o r r e a c t o r ) s e nuede mencionar en trminos d e l va lor de- " S b i i d o s Susoendidos en e l Licor MezcladoU o SSLP. S in embargo, - a l g u n o s de los s 6 i i d o s en s u s p e n s i d n pueden s e r i n o r g h i c o a , y un- parmetr3 m h u s u a l para i n d i c a r e l c o n t e n i d o de m a t e r i a o r g n i c a - p r e s e n t e , e s e l conocido como SSVLNI " S l i ~ o s Suspendidos V o l t i l e s en e l L i c o r Mezclado". (4y

El t o t a l de S l i d o s D i s u e l t o s SDT, @e d i v i d e en SDV y SDNV; - 10s p r i a e r o s i n d i c a n p r i n c i p a l m e n t e e l c o n t e n i d o de materia o r g n i - ca sGiubie ( D r O d U C t O S m e t a b l i c o s ) y l o s segundos, e s t n c o n s t i t u - d o s p r i n c i g a l n e n t e por saLc:; i n o r g h i o a s .

Ambos t i : , o s de s d l i d o s (Susnendidos y D i s u e l t o s ) f u e r o n determina- dos a e d i a n t e una t c n i c a gravimtrica, l a c u a l para l o s S l i d o s -- Susnendi~dos c o n s i s t e en tomar una muestra d e l am,? r e s i d u a l , filtrar - la y p o c t c r i o r m e n t e e l c o n t e n i d o r e t e n i d o e n e l f i l t r o e s s e c a d o a- una temper:.itura lie 105OC, su ses? nos indica e l c a n t e n i d o

p e r a t u r a . La a c t i v i d i d n e t a b l i c a ,de los microorgmismos aumenta - con la temperatura. pro duce simultneamente una disminuci6n en l a i i s o o n i b i l i d a d de ox ige- no d i s u e l t o y un aumento en l a tasa a la oue s e consume.

Por lo t a n t o un aumento en In. temperatura

( 4 )

Estas s o n airun,is ,de las razones por las que l a temperatura de d e s c a r g a a c o r r i e n t e s c o n t r o l a d a s e s t 4 s u j e t e a una estr ic ta r e g u l a c i n .

-

Turbidez.- S e d e t e r m i n l como una medida i n d i r e c t a de la concen

t r a c i n de S l i d o s Susoendidos en e l agua r e s i d u a l . Las modicio--- n e s f u e r o n r e a l i z a d a s en un Turbidimetro , marca Sargent-Welch, de - Sargent-!belch S c i e n t i f i c Go.

-

- I o n e s C l o r u r o , F o s f a t o , t i i t rbgeno Amoniacai, S u l f a t o s , ._ Sul - furos . -

E s n e c e s a r i o conocer l a c o n c e n t r a c i n de cada. uno - de l o s d i f e r e n t e s i o n e s , ya. que algunos de e l l o s en cant idndes - e x c e s i v a s pueden s e r n o c i v o s para l o s microorganismos. Los s u l - f u r o s , n o r e jemplo , iiueden s e r t x i c o s a los microorganisrnos e i n - t e r f e r i r en l a v e l o c i d a d de l a r e a c c i n de l o s procesos b i o l b g i c o s , ademAs son l e t a l e s para l o s peces a c o n c e n t r a c i o n e s del*~&den de 1 a 5mg/L. F o r o t r a p a r t e 1.0s s u l f u r o s pueden consumir ox igeno , dis - minuyendo l a c o n c e n t r a c i n d e l mismo en e l agua. ( 6 )

E i n i t r b g e n o se p r e s e n t a de las s i g u i e n t e s formas: orgnico , amoniaco y como n i t r a t o o n i t r i t o . E l n i t r g e n o e s un n u t r i e n t e - fundamental para l a buena cpneracin de un sistema de t ra tamiento- b i o l 6 ~ < i c o : se encuentra principa1,mente en forma de amoniaco. Uno de los e f e c t o s n e e a t i v o s , d e l e x c e s o de n i t r d g e n o en las amas de- desecho e s e i c r e c i m i e n t o exagerado de las algas en l o s l u g a r e s - dbnde se r e c i b e e l e f l u e n t r .

Los f o s f a t o s , a l i c u a l q u e los compuestos d e l n i t rgeno son r e o u e r i d o s para una operac in adecuada de l o s %ratamientos b i o l - g i c o s . S e d-be t e n e r cuidado con e l e x c e s de estos compuestos e n las aguz: r e c e p t o r a s para e v i t a r los rmoblemas de c r e c i m i e n t o de - algas.

il L a deterrninsci6n 3.e los d i f e r e n t e s i o n e s s e r e a l i z mediante-

un c is terna de anlisis c o l o r i m 6 t r i c o . Teniendo como p r i n c i p i o b4- s ic0 l a c o n v e r s i 6 n de c o n c e n t r n c i o n e s en c o l o r a c i o n e s de i n t e n s i - - dnd modible. l a s c o n c e n t r a c i o n e s f u e r o n medidas en e l "Spectroquant" manufacturado uor Werck. ( 2 ) . Los r e s u l t a d o s son expresados en - P P .

Carbono T o t a l , Carbono rgdnico y Carbono inorg6nico. -

Para e l c l c u l o d e l contenido de Carbono Total , Orq& n i c o e inor&ntCo, las muestras fueron procesadas en e l Dpto. de - anlisis Gufmicos d e l I n s t i t u t o hilexicano d e l P e t r l e o .

i)emnnda quimica - de Oxieno. 0.- La ilemanda Quimica de Oxgeno e s una. medida d e l o x i c e -

n o eouiv i l . ente a i contenido de m a t e r i a o r T 4 n i c a p r e s e n t e tin I ~ R - muestra y flue e s s u c e n t i h l e R oxii38rse n o r un r)xlf in. l te f u e r t e .

til mtodo u t i l i z a d o en e s t e C R S O nara su d e t e r r n i n a c i ~ h ~ f u k e l d e r e f l u j o d e LIicromato, s t e es nr i - fer ido s o b r e o t r o s mtodos nor s e r fuer temente o x i d a n t e , anlicFi.ble a una a m p l i a var iedad d e mues- tras y de f c i l maninulacin; parp. l a ma.yi>r de los compuestos - orqdnicos se l o g r a una o x i d a c i n d e l 95 - 100 ;S l e s u v n l o r t e r i - co .

La t c n i c a c o n s i s t e en oxidar l a rnfltc'ria o r g t h i c a mediante una mezcla h i r v i e n t e de Rcido crmico y s u l f r i c o ; la mezcla e s r e f l u - 3 a d a e n una s o l u c i n f u e r t e de c i d o con un e x c e s o conocido de d i - cromato de n o t n s i o K i C r O ; p o s t e r i o r m e n t e s e l l e v a a CRbo uria d i - 2 7

t3eStii.i ;! 1.0:; r e s t o - : no rc!t iucibles de dicromato de n o t a s i o son ti- t u l a d o s con s u l L f a t i , f e r r o s o m o n i a c a l SPA: e i t o t a l de dicromato - de pot ,:;io consumido e s :I-terminado y el t o t a l de mater ia o r g n i c a O x i d a b l e o s c i l c u l p d a en trminos de oxioeno enuiva lente . Los re- sultarioi, o b t e n i i o s son nxpres?dos en mg &/L. ( 2 )

Demanda ioquimica - de Oxgeno.- Su determinacin i.nvoliicra. l a

medicin d e l o x i r e n o requer ido u o r los micrnorm.i.3mos n a r R la. de- r r r . d n c i 6n b ioquimica ( o x i d a c i n b i o l 6 g i . c a ) de I n . m n t e r i a or?c:!nica. Lop d e t o s de Dit0 son usados nara e l dimensionamiento de lo: inui-- pos y o a r 3 determinar la. e f i c i e n c i a , de alpunos nrocesos de trata-- m i en t o.

i::l mtodo c o n s i s t e er. t o m r una muestrn 'v p o n e r l a en un% b o t e l l n sel lT.3. brrmticnvnte e i n c p b a r l a b a j o c o n a i c o n e s e s n e c i f i - - ces por un e s m c i o de t i e n p o determinado. i!:l Oxicicno 3isueLto es- mediiio inic ie , l rnente y iesiiug de 18 incubzcinn. La DBO e ? caLcula - d a de ! 8 i i f e r e n c i ? e n t r e el 0xfp;eno D i s u e l t o i n i c i a l y f xns l .

-

KL ta.mano de l a b o t e l l a , l a temperatura tie incubac in y el OG - r i o d o de incut iac i6n son e s n e c f f i c o s . La mavorfa de l a s aq~.i:; resi - d u a l e s c o n t j e n e n una dernrrnda de oxi$;eno mayor que e l OxfgePio !ii--- s u p l t o d i s n o n i b l e en e l agua s a t u r a d a d e a i r e , por l o t a n t o e s ne- c e s a r i o d i l u i r l a muestra a n t e s de la. incubnci6n. Uebido n O T J ~ e l c r e c i m i e n t o b a c t e r i a n o r e a u i c r e n u t r i e n t e s t a l e s cono n i t r p e n o , - f s f o r o y algunos m e t a l e s ; s t o s se l e agregan a l agua con l a c u a l se d i l u v e &a muestra y a c t u a a su vez como b u f f e r n a r R a3e.wra.r -- oue ej. pH s e mantenq? R un n i . v e l apropiado pe.ra e l c r e c i m i e n t o bac - t e r i a n o .

- I

&

Una c o i n l e t a e s t n b i l i z a c i d n de l a muestra puede r e q u e r i r un- p e r i o d o d e i n c u b a c i 6 n demnsiRcio lergo ;>era F r o p 6 s i t o s u r c t i c o s , - e s n o r e s o que 5 d a s h m s i d o aceptadoe 'c,.>,700 un& norma para e l -- neriocio de i n c u b ~ . c i 6 n . ( 2 )

... ~ ~

far8 l a - m e d i c i h d e l Oxgeno D i s u e l t e OD, puede u s a r s e e l 476- toc.lo 'Fiinkler, v o d i f i c a c i 6 n de la a z i d a (mtodo i o d o m t r i c o ) . ( 2 ) kin e s t e c a s o se u t i l i z e l 'W1F:ATCN 60 Seconds BOD System. Los r e - suitat3on son exTresados en m~ O,/L.

J

C o l i f o r m e s Fecz1es . -

La determinac in de C o l i f o r m e s Feca . les s e r e a i i z 6 mediante la tcnica d e l Nmero M&s P r o b a b l e NNP. Esta ~ 6 c - n i c s . d e s c a n s a en una. base e s t a . t i f s t i ca, m t e m t i c a , p a r a e x n r e 5 a r - c u m t i t a t i v s m e n t e l a l e n r i d i i d microbiana en la. muestra .

La rrueb-i c o w i s t e en i n o c u l a r s e r i e s de t u b o s con un medio - de c u i t i v o y algn d i s n o s i t i v n r) in.iicP.ir) ,r oue v e r m i t a noner de ma n i f i e s t o un i icroorgari ismo o un crup0 n a r t i c u l a r de ellos. ilespu6s de l a i n c u b 2 c i 6 n y , l e ncuerdo al. nmero de tubos nue r e 5 u l t e n nosi - t i v o s ( p r e s e n t e 3 c r e c i m i e n t o ) s e consult -ui I R S tabl.as nue para e l - - : f e c t o acow.8.nan al. mtodo y renor tando e l NhVP de C o l i f o r m e s Feca- les nor tTrtimo de muestra. ( 3 )

. -

1,. .

I . "

*...

....

... .

5.- SELECCION MICROBIANA

En e l estudio se u t i l i z una poblacin microbiana mixta: ais- lada y seleccionada como se ind ica a continuacin:

5.1 Seleccin Primaria.

3

Origen de l a s c e m s microbianas: Cepario de 1~ Divis in de Agrobioqufmica y mezc la semisintt ica; e l conjunto de cenas se suspendieron en solucin sa l ina f i s i o l g i c a - (medio 1).

Meiio de se leccin: Mezcla sernisinttica . . . . . 20 m l M e d i o z . . . . . . . . . . . 801111 ut i l i zados : N i t r 6 geno Fsforo Magne 8 i o

Condiciones de cu l t i vo : Volumen . . . . . . . . . . . . 100 m l p H . . . . . . . . . . . . . . 7.0 Temperntura . . . . . . . . . . 2d0C A x i t a c i h . . . . . . . . . . . 120 r.p.m. Tiemno de incubacidn . . . . . 72 H.

l'armetro de st?,guimiento: Turbiedad

Los microorganismoa desarrol lados ba j o estaa oondiciones ( g r i f i c a 2 ) fueron t ransfer idos a un medio de cu l t i v o r ico (medio 3) Y sometidos a una se lecc in secunaaria.

-. I

1.. . I

5.2 se lecc in Secundaria.

Esta se lecc in tuvo como f ina l i dad e l e g i r l a s cepas microbia- nas ms res is tentes y con mayor poder para desarro l larse en e l a-- gua semisinttica.

E l -protoco lo de cultkvo es t en l a tab la 2.

Cepas microbianas: Les e i eg idas en l a selecci6n mimaria, mezcladas - completamente.

Medio de se leccin: Mezcla d e l agua semisint4tica y medio 2, en l i i f e ren - t e s proporciones.

Condiciones 3e cu l t i v o : idem seleccidn primaria.

C r i t e r i o de semimiento: Turbiedad.

C r i t e r i o dc se lecc in: Aumento de por l o menos 39 unidades K le t t . ( v e r -- p.. ~ f i c a 3).

La mezcla microbicana seleccionada se u t i l i z en e l p r k e c o de adaptacin

6.- ADAPTACION MICROBIANA.

6.1 Pruebas - de Toxicidad. . La f ina l idad de estas pruebas programadas fu6 sonocer l o s e f e c -

tos biocidas y/o b ioes t t i coe d e l agua semisintet ica sobre l a PO--

I I I

i

j I

i i !

I i

I ! I I

I i 1 i I

,

1, i:

blacin microbiana seleccionada. Sin embargo no fu6 necesario rea lizar estos estudios, debido zi que los microorganismos se desarro- llzron a expensas de la fuente de carbono de dicha agua sin sufrir ninguno de l o s efectos mencionados (ver grfica 3).

-

7.2 Adaptacin.

I :I

! I i

1

I I

J Los microorganismos seleccionados fueron inoculados en una mez

I cla de agua semisinttica y medio 2 en prouorcin inicial de 20:80% respectivamente e incubados en las condiciones sealadas en 5.1 du I

1 rante el tiempo necesario para alcanzar la fase eataoionaris.

- -

El proceso se repiti con proporciones de efluente cada vez ma yores hasta obtener un cultivo que se desarroll bajo las condicio- nes ms severas posibles: agua semisinttica a l 100% (ver grfica- 43.

-

Los microorganismos adaptados se emplearon nara la determina- cin de l o s parmetros cinticos.

7.0 DETERMINACION DE PARAMETROS CINETICOS.

7.1 Velocidad Especfficn - de Crecimiento. Este estudio se reaiiz6 con la finaiidnd de encontrer la tasa

crtica de dilucin en el cultivo continuo empleado para cdcular- los permetros descritos ms adelante. El resultado norm6 el cri- terio para seleccionar los diferentes tiempos de residencia (vease - 8.1.1)

7.1.1 - Bases Tearicas del Desarrollo iicrobiano. El desarrollo Microbiano tiene un comportamiento semejmte al

representado en la siguiente grfica, siempre que las condiciones- de cultivo sean las que se hdican (existen otros factores que in- fluyen, se mencionan los ms comunes):

dx/dt = px

dx/x = ydt

J

Donde : dx/dt = crecimiento respecto al tiempo.

p = constante de proporcionalidad. x = biowasa en un tiempo dado. xo-r biomasa a tiempo cero.

x l = biomasa a tiempo 1, donde con- cluye l a fase 2.

t 5 tiempo.

ll"..

L.

1..

r"' L..

r.

"...

r, *

-< . r, . -_. r. 1

*. . I"'

L. . c..

L.~.

integrando:

Inx - lnxo =)i (t - to) inxl/Xo = y < tl - to) (ecuacin de una recta)

1

u representa l a pendiente en 1 / H .

FXe - FXs + ,W - QZV = dX/dt

En un cultivo continuo en condiciones estables, la biomasa en - el sistema est6 dada por el siguiente bnl-ace:

Donde :

F = flujo voiumtrico. e = biomasa a l a entrada al sistema. FXe = F l u j o dsico de entrada. Pxs = F l u j o msico ut) s-liua. V I Vblumen de operacin del sistema.

r;N = Froducci6n de biomasa en el sistema. 6= Velociad especifica de muerte.

c X V = Prdida de biomasa en el sistema. ,

'i

jj

-Tipo de cultivo: -Fase de cultivo: -Puente de cmbono:

-Temperatura:

-Bi ocidas : -Otros nutrirnentos :

-pH : d

p o r lote (batch). liquida. administrada solo a l inicio del cultivo. constante. generalmente entre 5 y 8. ausentes. en cantidades no limitantos.

tiempo

En la grfica es riosible apreciar tres regiones, lac7 cueles - representan sendas f ases de desarrollo:

1.- Fase de adaptaci6n. 2.- Fase de desarrollo o logarftmica o exponencial; la ;>obla-

cin microbiaia presenta una velocidad dxirna de-crecimien - to.

3.- Fase estacionaria: la velocidad de renroduccidn es igual- a la de muerte.

7.1.2. Definicin Matemtica - del deaarrollo e.:r,onencial. &a la regidn 2, la v.~l .ocidnd de crecimiento es directamente -

proporcional a 1.8 concentrqi6n de biomass exintente:

S i l a nRtura iezn d e l influent, es tbxca. entonces FXe --3 O. L b un oi.:tema c s t s b l e l a muerte microbiana e8 mnima: o W -30. En un s i s t e m a e s t a b l e l a v a r i i c i n de l a biomaea r e s p e c t o al-

tiempo e s c e r o : dX/dt = O.

La e c u ~ c i 6 n s e reduce:

r;N = P/V (XS)

En e1 istema comoletamente mezclado X P As.

Izntonces : p = P/V.

Por o t r a o a r t e , la tasa de d i l u c i n o v e l o c i d a d a la c u a l se d i l u y e e l coi i tenido d e l s i s t e m a debido a un f l u j o lado, s e d e f i n e como s i g u e : ' I

I D = F/V

Y s i F = V / t r Donde tr = tiempo de r e s i 4 e n c i a .

Z n t m c e s : F/V = l/tr

k n i o j m e n t e : Y: p = l/tr = D

p a x = l/tr min - Dcrit. Donde :

u m x = Velocidad e s p e c f i c a de c r e c i m i e n t o m x i m a .

tr min = tiempo de r e s i d e n c i a mimino a l c u a l e l .si..itema permanece s i n que s e e l i m i n e n l o s microorEanismos ( d i l u c i n ) .

D c r i t = Tasa de d i l u c i n arriba de l a cual l o s microorganismos son e l iminados en $21 f l u j o de salida a u n m e e s t n d e s a r r o l l h - dose a s u mxima v e l o c i d a d .

.. .. -

7.1.3. Procedimiento Zxperimcntal . . I La poblac in mixta ,+aptada a l e f l u e n t e (ver s e c c i n 6.2) fu4

i n o c u l a d a en e f l u e n t e s e m i s i n t t i c o concentrado bajo las s u i g u e n t e s c o n d i c i o n e s :

Hecipiente : Matraz Fernbach.

Volnen de operacin : 1 Litro. Turbiedad inicial : 135 Uid%deS Klett.

Medio de cultivo : Efluente semisinttico (DB05 de 1,300 mg/Lj.

11 NH4N03 0.372 g. KH2P04 .058 g.

Relacin D105:N:Y : 1U0:5:1.

PH : 7.0

Temperatura : L8'C.

Agitacin:

Inculo

: 120 r.p.m.

: Poblacidn mixta adaptada, desarro- llada en medio 3, lavada con solu- cin salina y concentrada u o r cen- trifugacih.

Farmetro de desarrollo microbiano:

Peso seco: Determinwio cadu 7 horas, segn l a tcni se muestra el - ca descrita p o r Sartory ( 2 ) . ki la? grficas 5 y 6

seguimiento de la cintica.

La grfica 5 muestra la variacin del peso SICO con el tiempo y l a 6 las regresiones lineales de: logaritno natural de la bioma- sa final (expresada en gramos) dividida entre !.a OiomasR inicial - en cada una de las tres fases logaritmicas do la grdfica 5 contra- el tiempo. Xl prom-dio de l a s tres nendieiites se tom como la ve- iucidad especfica del cultivo.

.-

8.- PARAHETROS CINETICOS DETERMINADOS BN REGIMEN CONTINUO. -s

Para la determinacin $e los parmetros cindti'cos siguientes- fu6 pecesario instalar un sistema de cultivo contnuo que consta de

cuatro biorreactores adyacentes de diferentes volmenes de opera-- cin, funcionando en paralelo (figura 1). El sistema fu6 totalmen - te mezclado con aire y sin recirculacin de lodoa.

8.1 Condiciones - de operacin. J

8.1.1.-Biorreactores.-

Biorreactor Volumen Tiempo de residencia+ Flujo (L) ( das ) ( d / H r

4.1

5.8

6.9

8.2

1.46

1.98

2.44

2.92

117

122

118

117

8.1.2.- Alimentacin.-

Se utiliz el agua semisinttica, almzcenandose en recinientes y a 4OC y neutralizando a 7 - 7.5 pa-- de 53 litros a pH = 3 - 4

ra su uso.

El recipiente de alimentacin tuvo un volumen de operacin de 4,

15 litros, n o r lo que el lquido fuc! sustituido cada 24 hgras, de - tal mmera. que no nermnneciera ms tiemwo a temneratura ambiente.

i La alimentacin se llev6 a cabo mediante bombas peristlticas 1

marca Cole-Farmer, funcionando intermitentemente cada dos minutos e I inyectando a cada cmara un volumen tal

!

aue tuviera el flujo mencig i

nado. ~ 1 )

+ Estos tiempos de residen&a estn basados en el br min., que es - de 22 .4 Hr (ver seccin de resultados ), a Tartir del cual se -- di6 un margen con el fin de evitar que cualquier variacin en el- P$u.jo diluyera el cultivo.

Los n u t r i m e n t o s , n i t r a t o de amonio y f o s f a t o rnonob4cico do po- t a s i o fueron d i s u e l t o s en e l e f l u e n t e s e m i s i n t 6 t i c o en c o n c e n t r a c i o - n e s n e c e s a r i a s narx o b t e n e r UML r e l a c i n Dl30 :N:P de 100:5:1.* 5

8.1.3.- c u l t i v o . -

Aoreacibn: d S u f i c i e n t e nara mantener una concentra- c i n de oxg:ino d i s u e l t o arriba de 4 ppm.

Temyeratura: Osci16 e n t r e 16 y 2OoC.

DH : Contrclrido ccri c i d o f o s f r i c o e n t r e -- 0.5 Y 7.5.

F...? i t a c i 6~ : Tanteni

Parmetros de Seguimiento y C o n t r o l d e l Sistema.-

l?'WIAIYL.:'PHO PKKCUEBCIA

Tiempo de R e s i d e n c i a . . . . . . . . . . . diariamente Oxigeno D i s u e l t o . . . . . . . . . . . . . diar iamente Concentra.cin de SSVLM- . . . . . . . . ~. . . c u a t r o por semara Concentrncin de SSNVLY . . . . . . . . . c u a t r o p o r semana Slidos Sedimentables . . . . . . . . . . c u a t r o por semana Turbiedad . . . . . . . . . . . . . . . . diar iamente pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . diar iamente (3rservsc in m i c r o s c - i c a . . . . . . . . . diar iamente

Lo:-. v a . l o r e s nrorncdio de ion par&.metros de c e p - t i i i i r i t o , en e l

est;ido :le e q u i l i b r i o d e l ( - i s t e m a , e s t & co,tcentrs 'Uos eri In. t a b l a 3.

Datos Exper imenta les que f u e r o n obtenidos para. e l Olculo de l o a - Parmetros C i n t i c o a , -

Carcp Orghics de Alimentticibn, Dt3O y UQO (mg/L).

Fuente de Carbono en e l B i o r r e a c t o r , DBOj y DQO (mg/L).

S 6 i i d o s Suspendiaos V o l t i l e s en la. Alimentaci 6 *{ m4L).

Slidos Suspendidos Tota . les en l a Alimentacin (mg/L) .

s l i d o s SusaendiLios n o V o l t i l e s en l a ~ i i m - ! n t a c i n -- Xva S l i d o s Susyiendidos V o l t i l e s en e l L i c o r i t e z c h d o --

Xis

Xnva~

5 so

S e

Xvo

Xto

a v o ( W J L ) .

( me;/IJ) . 3 6 l i d o s . S u s p e n 'ios T o t a l e s en e l Licor Mezclado (mpJL).

S l i d o s Suspen.i idos no V o l t i l e s en e1 i c o r Mezclado -- Velocidad de Consu.mo de Oxgeno (mg O&).

i

(mdL ) .

Rr

F F lu j o de A l i m ntacin a l o s Biorreactores (L/dia).

t

V

Tiempo de Residencia en cada S iorreactor (das) .

Volumen de Op.raci6n de cada Biorreactor (L).

. .

8.2.1. Coe f i c i en t e - de Veloptdad 3.2.1.1.- Ba8es Tebricaa.

Eliminacin - de Sustrato (K). -

K, se de f ine como e l grado de sustrsto reaovido en un -- biorreactor de sistema contnuo (mg), por cada l i t r o de SSVLH pre- sente.

En un c u l t i v o en condiciones l imitadas d ~ ? fuente de carbono,- l a velocidaii de el iminacin o de consumo de sustrato por unidad de biomasa es airectarnente proporcional a l a cantidad de sustrato prz sente.

sus t r a t o

condi- ciones

l i m i - tadas

-*

,, s o

, l*** _. _.- .

CINBT ICA DE L A !iLIMINACION DE UN SUSTHATO POR NIICROORGANlSMOS.

Este fenmeno puede traducirse a l lenguaje matemtico:

So - Se Xva. t

Sa - Se 3 K(Se - Sn) Donde i

tXva So = Sustrato a tiempo cero.

; pendiente = K ( d a s . mg s,sv/L)-'

+

Se = Sustrato a tiernwo = t.

C' un = Sustrato no biodegradable.

Xva= Biomcisa presente.

K = Constante de proporcionali-

ecuacin de l a forma i

Y = mx t. b.

dad.

Y grficamente se reuresenta a s :

i3s pos ib le determinar K en un sistema contnuo con var ios bio- r reactores funcionando en ? w a l e l o a d i f e r en t es tiern3os d'"reniien- c i a ; con es to v a r a la concentracin de sustrato en cada uno, ( 3 - d i s t i n t o tienipo 6 e residencia, d i s t i n t o sustrato r e s i d u a l ) obtenies dose 10s piintos de in ve.rie.h?.e indepe:idiente: con ~1~ sustrato res i - d u d , 1.7 h ' o a z s ~ producida y e l tiempo de res i lenc ia . en c i d n cfimara

se obtienen los puntos de IR vf lr iable deuendiente. -*

8.2.1.2.-. Procedimiento Expbrimental.

; Con l o s b iorreactores funcionruido a los tiempos de res idencia

descritos en 8.1.1. en condiciones estables, se cuantificaron:

So, Se, Xo, Xa, t.

t: tiempo de residencia hidruli- co promedio.

hiestreo: cuatro veces-pol; semma durante cusrenta y cinco dfas.

DeterminRciones:

So y Se: se determinaron en lotes semanales; las muestras - fueron filtradas a travs de membranas Millipore - de 0.45 micras de dimetro de poro y almacenadas a 4OC hasta ser nrocesadas.

tr: se caicui6 en base a l flujo hidrulico promedio du- rante e l nerodo de esta exoeriment~ci6n.

Xo y ;

1 !

(hora-') oxidada durante e l proceso de respira.ci6n endbgena. I I

I ~

b = ( g r SSVLM/da)(gr SSVLM en e l reactor ) .

i La produccin neta de lodo b i o l g i co es t dada por l a di feren- c i a entre su s i n t e s i s y su degeneracin debida a l a muerte ce lular . Bajo condiciones de l imi tac in de rustrato ( v e r 8.2.1.1.) l a -

produccin de lodo b i o l g i co en un volumen da.do a p a r t i r de una con - centracin i n i c i a l de l mismo, e s directamente proporcional a 1~ e l k minacin de sustrato, consumida por e l iodo i n i c i a l , en un tiempo - dado.

~ 4 ,

I

i

idatemticamente e s ta re lac in se expresa como sigue:

n xv/v ( S o - se) Xva Xva. t

= a - b Donde :

~ L v = Lodo producido.

V = Volmen d e l Biorreactor.

Xva = Lodo I n i c i a l .

t = Tiempo.

a = Coe f i c i ente de oroduccin de lodo.

b - Coe f i c i ente de decaimiento de lodo.

.- - Grficamente:

L

8.2.2.2.- Procedimiento Experimental.

Las determinaciones utilizadas para el clculo metros fueron:

Xvo, Xva, Xnvo, Xnva, So, Se.

* El significado iie estos sfmbolos, el rnuestreo,

el procesamiento de datos ya fueron descritos. Los resumen en una tabla que se cncuentra en la secci6n te.

de estos par-

los analisis y resultados se- correspondien-

8.2.3. Coeficiente - de Utiliz~cin - de Oxigeno p r a la Oxidaci6n del Sustrato m. Tasa de Consumo - de Oxgeno pnru l a ~utooxidacibn Celular --

d se define como l a fraccin de sustrato removido utilizado - para la producci6n de energa.

a* c gr. de sustrato removido utiiizado para produccin de energa/ gr. del total de sustrato removido.

b* se define como gramos de oxgeno utilizado en un dia p o r - gramo de SSVLM en el reactor para el proceso de respiracidn endge - na .

b" E gr. 02/( da)( p. SSYLX en el reactor) -* .

8.2.3.l~ases Tericas.

En un cultivo, el oxgeno es utilizado nor l o n microorganis-- moa con dos finalidades: degradar e l sustrato para produccin de - biomasa y para autooxidarse cuando mueren.

O2 - microorganismo8 + sustrato ----> biomasn + productos de degradaci6n 4

En condiciones de limitacin de sustrato, la velocidad de con- sum de oxgeno por el lodo biolgico e s directamunte proporcional-

. .

al consumo de sustrato en un ti

Matemticamente: .. .

Br a' (So - se) + b Xva Xva. t

- =

d

Donde : : R r = Velocidad de consumo de Oxgeno

(w 02/min).

Grficamente:

Rr

Xva -

b' (I/dfa.)

(SO - se)/ Xva.t (mg DBOd'mg SSVLln.ds)-.

8.2.3.2.- Prooedimiento Experimental.

Las determinaciones n-cesarias fueron:

Xva, t, So, Se, Rr. -* La medicibn de l a velocidad de consumo de oxgeno Rr, se lle--

v6 a cabo mediente un mededor de oxgeno disuelto'marca G I , mode- loi57, de Yellow Springs Instruments Co., Inc. La8 lecturas fueron

registradas n intervalos regulares de tiempo: las muestras analiza- das procedian de cada biorreactor bajo condiciones de mezcla total.

Los datos obtenidos de laa mediciones de oxfgeno disuelto sa - encuentran registrados en la tabla 4 y en l a grfica 7 ; l o s datoe- experimentales Dromedio obtenidas para l a determinaci6n de los coe - ficientes de utilizacin de oxgeno disuelto, en la secci6n de rt- sultados.

4

Procesamiento de datos: Los valores obtenidos en las determinaciones descritas de la seccin 7 a la 8, fueron so- metidos a un programa computarizado de clc~ lo, para la determinacin de los datos expe- rimentales (ver 8.2). que a su vez son la ba - se para el clculo de l o s parmetros cindti- cos ya descritos.

-.

R E S U L T A D O S

A) .- CARACTERIZACION DB LA iLBfCLA SENISINTETICA. Se l l e va ron a cabo las siguientes determinaciones, preparan -

dose tres l o t e s de 200 l i t r o s cada uno.

PAHA:flETRO FEBRERO MARL O tBHIL

Anlisis 8eicoer

Conductividad (umhos) Grasas y Ace i tes (ppm) PH S l idos Disueltos Totales (ppm) s b i idos d isue l tos V o l t i l e s ( p ni) Sl idos Disueltos no Vo l t i l es ppp.) S l idos Suspendidos Totales ( p m S l i d o s Suspendidos Vo l t i l es pppm) :>lidos Suspendidos no Vo l t i l e s (ppm) Temperatura ,Turbidez (NTU)

500 13

300 178 300 49 42 7

90

6.82

+

1700 1140

2199 2030 790 892

1409 1198 46 45 46 40 16 11 .

)loo >loo

10.9 13.8 7.04 7.2

+ +

&nlisis Qumicos

Cioruros (ppm) 74.7 373 334.95 (Qpm) 0.07 0.07 3.07

posfatos (pon) 1.156 1.745 9.56 Nitrgeno Amoniacai (ppm) 3.148 O. 777 0.07 Nitrgeno To ta l (ripm) 7.7 2 33 2 30 Sui fatos (ppm) 410 2345 2877 Su i fu ros (ppm) U.l 0.308 0.12 Carbono Tota l (mg/L) 774 774 774 Carbono Inorgnico (mg/L) 1.0 0.5 3.5 Carbono Orgnico (mg/L) 773 773" ' 7'73 Dencanda Qumica de Oxgeno (mg/L) 1357 1359 1178

An6lisie Bio l6g icos

Demanda Bioqurnica da Oxgeno ( w L ) 115a 1062 1240 DBOgDQO 0.70 0.78 1.05 DBO ,/DB Ou 0.70 0.73 0.67 Mimoorganismos C o l i f o r m e s Facales (NW/100 mi) 2500 2500 2500

i

I

B) - CONCENTRACION .WIMA TOLERABLE DEL EFLUENTB SEMSINTETICO. Los microorganmrnos seleccionados lograron adautarae a una -

concentracin ?ibxima de: io*.

C).- DATOS EXPERIhBNTALFSJOBTENIDOS PARA EL CALCULO DE LOS PARW- TROS CINETICOS.

I.. ,-

-.

.

3 ) . - PARAMSTHOS CINETICOS.

1).- Velocidad Especifica - de Crecimiento u. El cultivo present6 un comwortamiento triuxico, aon tres fa-

ses logaritmicas de crecimiento (ver grfica 5 y 6). 4

FASE u( l/H) COEF. CORH. TIEMPO DE HEISIDENCIA VINIMO (H).

1.ra 3.951 0.9999 25.0

2 . da 1.061 o. 9999 22.1 3.ra 0.057 0.9999 23.3

prom. ). 05b --- 2 2 . 4

r'

L..

r-

*".. i

*...

r-

1. ...

DATOS EXtdHIMLXTALES UROMEDIO OBTENIJOS PARA L A D E T E R M I N A - CION i)E LOS COir'ICIEXTdS .)E PRODUCCION DE LODO B I O L O G I C O .

PROZJCCIOR IIB L O D O

"I"

.

2A'rOS ZXPdRI .Vis& T LE* PWiYIEDIO 0BTfi:NIIlOS PARA LA DEThEHMINA- CION i30 LOS COiSFICiiJi4TISS 3E UTILIZXCION J E O X I G W O DI ;U?;% TO.

, 1 0.2972 4 2 0 . W !

353.03 ~

' i ~ 2 0.2451

3 0.1625 234. )O .~

~

, I !

4 0.1576 227.033 i i

I

V:3LO;1IU.4i) VOLIJMMJTtiICA DE CO%SUyIO DE 02 DIS'JEL. mg 02 dis/ l . min. I mg 02 dis./L . d a C A 8 k B A

1

ii).- Coef ic ientes Relacionados a l Proceso de Remocin de Carga - - - - Orgnica Biodegradable.

YAfiAiVUTRO m I DAUBS VALOR EXPEBI MXNTTAL 3

K E./dfas. ( mg SSVLwL$ O. 0785; 0.0108

22.85

146.26

9.3384

0.3758

O. 1375; U. 1106

3.5592

0.6224

0.03?2; O. 0106

5 ' (+ ) Calculado en base a Di30 (&) Calculavio en base a DQO.

De f in i c in de L i t e ra l e s : IE Constante de Velocidad Espec f f i ca de Eiimiriacibn de

Jus trato. Sa concentracin de Materia OrgRnica no Biodegradable. a Coe f i c i ente de Rendimiento de Lodo Biolbqico. b Coe f i c i ente de Autooxidacin de Lodo Biolgico. 8'

b7 Canficiente de nespiraci6n End~ena.

Conf ic iente de t i i i z a c i n de Oxgeno para l a Oxid2 c i6n d e l Sustrato.

6

P'a.ra l a rt.a.i iazcin d e l ?reciente e s o fu necesaria l a par- t ic ipa.c i6n in te rd isc in l i r i i r i f i de pro fes ioniatas pertenecientes a -- l a s reas de B io log a , Microbiologa, f ier ik ioqufrnica, Inge-- n i e r i a Ambiental, e tc . , auienee colabo en-.-cada una de l a s d i - f e rentes etapas que comlirende dicha invest igacin.

Debido a que e l presente Se rv i c i o Soc i a l tuvo como f ins l idad- apoyar l o s estuii ios rea l i zados por e l IMP, e s t e informe comnrende- nicamente l a parte experimental, hasta l a obtencin de l a s e r i e - de datos reportados hasta. e s t e punto, l o s cuales fueron procesados mediante un urograma computarizado de c lcu lo por o t ra rar te d e l - gru-o de investigdores, quienes se enca.rgaron de determinar l a s - bases :le diseno de l a olanta de tratamiento b io lg ico .

. . . .. .. ....~ -

D I S C U S I O N

En estado de equilibrio los cultivos estudiados presentaron ' la siguiente flora microbiana:

Se detectaron principalmente dos tipos bacterianos: bacilos - largos y cortos; en las charas son tiempos.de residencia de 1.98, 2.44 y 2.92 das, los bacilos cortos se agruparon en grandes flcu - los, facilitando con esto la sedimentacin.

1 :i I

~S

I i F iin cuanto a especies superiores (protoxoarios), mientras no - 8

se alcanzaba el estado de eouilibrio del sistema, se observaron -- flsgelados, mientras que en condiciones de estabilidad nre,iomina-- ron $os ciliados, cuya nresencia es importante en e l proceso debi- do a que se alimentan de bacterias dispersas, ayudando a su elimi-

I

nacin; estas bacteries no seran Reparables fie las amas residua- ' f les tratzaas medinrite selinen.ta.ci6n convencional ( 4 ) . f i

i

! Gr3cia.s a 10s flSculos formados, fu6 posiblr obtener s5lidos- sedimentnbles en l o s cuatro biorrenctores ( t a b l a 3). ;.

e acuerdo a ios valores obtenidos en f a caracterizmidn fi- sicoqumica del efluente semisinttico. 1a.s concentraciones de ni- trKeno .v fsforo, en relacin ai contenido orphico se encuentra- oue son insuficientes para lo,gar un buen desarrollo microbian0 -- por l o flue fu6 necesario emplear fuentes ext.>rnzs de dichos elemen - t o s . Es recomendable l a adicin de nutrimentos a l sintema medinn- te solxiones concentradas de sales de nitrhceno v 4e fsforo, ta- les como el sulfato de amonio, nitrsto de amoni.0, fosfutn ie pota- ?lo (monohdsico o dshhico), l o cuy1 p?rmitirs. un control y mene- ;lo 4 0 11 arlici6n de nutrientes en forma controlada.

t I

_"

~

Per otro lado podr an emplearse spas neqras como fuente de - eqtos eJementos; sin embargg no es recomendable, ya que necesita-- rfan un tratnmiento previo para eiiainar uartfcuias en susaensin- aderri'.; le presentar la inconveniencia de que su contenilo de nitro

Reno y f d i f o r o se mantendra f luctuante, l o que r esu l t a r a proble- mtico en cuanto a su cont ro l de adicibz.

Con e l f i n de asegurar la e f i c i e n c i a d e l tratamiento bio16gi- co a n i v e l indust r ia l es conveniente u t i l i z a r lea ceuas microbia-- nas seleccionadas y adaptsias en es te estudio. - +

Resulta necesar ia l a construccin de una fosa de iguaiacibn - para e l contro l de f l u j o s y oarqa oranicn; adic in de nutrientes, homoqeneizacibn; praaereaci6n, lo que rsu l tar6 a un m a j o r control y prevencin de s i tuaciones adversas d e l proceso.

En l os resultados obtoni,'os en l a determinaci6n de Coliforrnes Fecaies podemos observar que se encuentran 2 500 NiW/130 m l , por - l o que resul ta conveniente someter a l e f luente tratado a un proce- so de contacto con c l o ro , para el iminar l o s Coliforrnes Wecales que no hayan sido eeparados en e l proceso 3e sedimentacin: ya que con es te tratamiento s e r i a pos ib le c.mnlir con la n o r m establec ida -- por SEDUZ para l a descarga de dichos microorgnnisnos.

+ IMP-SIOBAC "Semilla para l a p a s de oxidacin bio16gica". Froduc t o microbiol6gi.co comouesto de diversas cepas de microorganismoa con czpacidad para degradar restos de hidrocarburos y residuos - petroqumicos soportados en un nutr iente inerte.

i

P

C O N C L U S I O N

La mezcla semisinttica de efluentes, previo tratamento prima- r i o de las corrientes agua cida de la nlenta de acetaldehido y agua aceitosa de etileno, es posible tratarla biol6gicamente -- sin necesidad de diluirla. Los microorqanismos seleccionados - lograron adaptarse a una concentracin mxima de 100% de efluen 1 - te semisinttico. I

I j 1 El contenido de acetaldehido en la nezcla sevisint6tica (230 -

240 ppm) no present efecto inhibitorio sobre la actividid del lodo biolgico utilizado.

El contenido de c m m o hexavalent0 en la rnencla de eiluentes u- tilierda nara el estadio (0.0-/ ppm) apaoentemente no presenta- nin@ efecto inhibitgrio soSre In 7ctividad d e l lodo biolnqico adauta io.

S e e:tableci que el tiempo de residencia dnimo del reactor sin r3circulacin , para evitar el lavado del Lodo bi~l.:ico ser4 - cie 22.4.h.r~.

De acuerdo a los valores obtenidos de los nnrmetros cineticos, r e s u l t ? eficaz la utilizacin del lodo seleccionado y adaptado en e l laboratorio de Riotecnoloda y Bioin~qenieria nari-el tra - tamiento de los residuos del CFQ. *'%orelos".

La concentracin 3e materia orgnica no biodegradable en trmi- nos de la OB0 determinsdn experimentalmente fu de 22.8 mg/L. 5

Losdiveles de eiiminaci6n de carea orgnica obtenidos sin re-- circuiacidn de lodos y dprante un rgimen de cultive-continuo - estable fueron del orden siguiente:

Una v e z que e l s i s t e m a de c u l t i v o contfnuo s e encontr en c o n d i c i o - n e s e s t a b l e s en cuanto a ,nar&metros de sequimiento y c o n t r o l como- t u r b i e d a d , pH, Concantracidn de O2 M e n e l t o , SSV, SSNV, etc.', 8 - o b t u v i e r o n los s i g u i e n t e s Datoe- Bxaer imenta les : So, Se, jlnvo, Xva, X t a , Xnva, Rr, f, t , V; para e l c & l c u l o de los Parrno-- t r o s C i n k t i c o s K, a% a', b , ~ b l .

4

',hi los r e - u l t a ' ? s de l o s narfimetros a . n t e r i o r + s nodemo5 obser- var que IR -oezc'1-a s e p j s i n t 6 t i c a d e l e f l . u e n t e . ? r,cvio t r a t a m i e n t o - ?rimpi :> en r?osibi e tratar1 I hi o l e c a r n e n t e s i n n r c e s i d a d de d i -- l u f r l & ; que el contenido de a c e t a l d e h i d o 'I de cr')mo hexcimlente en l a rnezcl? s e m i k . i n t t i c a no nresentaron e f e c t o ir ihi .hi t o r i o 5obre l a - ? t i v i d i d riel l o d o b i o l 4 T i c o adnntdo: aun e l t iemoo :le r e s i c i e n c i a nir.irro e s t n b l e c i d o OR 1 e l re-.r:t:.?r sin r e c I r c u I ~ ~ i c i 6 n nara e v i t a r - :r1 lavado d e l lodo ser6 iie 22.r jirs.; que de acuerdo R Los v ! i lores o b t c r i i ios rosul . tn e f i c a z l a u t i l i z a c i n ~ i e 1 o io selecc ion:+do y a.- dintndo: sue IR. cnr.cent-V-ci6ri ,le ::iterii, .?rr-5nj c:i l io biodey-edable en t4r : : inos (it. .la DA0 determinada ex ' erimt-!nt,i.Lnente fu6 de 22.8 - m q ' l L y aue los n i v e l e s de el.iminnci6ri de cvrEa f>rcrAnica obtcrii 10s- si.ri r e c i r c u h c i n de loLios v ciutante un Trimen fin c i i l t i v o c m t f - - nuo e s t a b l e fueron d e l nrileri s i g u i e n t e : 96:: en PI b i ' 3 r r e n c t o r 1 y 97.4 en e l h i o r r e a c t o r 4 como DR5 . 736 erl e l b i o r r e a c t o r L y d4!6 on ~3~ h i o r r e o . c t o r 4 corn UGO.

5

1)e acuerdo con io? re:quita, ios obterLitios en .i a c n r ~ c t e r i 7 ~ c i n d e l ~ f 1 . u ~ n t e s e m i n i n t t i c o u t i i i z m i o en e s t e e s t w i i o s e concluy - que Ir-is concentrnc ionns de n i t r 6 c e n o v f*5sfnro. e ~ i r e l a c i k s i con t e n i d o orsTRnico c e e n c s e n t r a n nor a b a j o i e La minima n e c e s a r i a p a - ra . uria a c t i v i d 3 d m i c r o h i m a e f i c i e n t e ; ??st,) im-ilica IR neces idad - tie emplear f u e n t e s e x t e r n a s de d i c h o s elementos Dar8 cubr i r : l o s r e - q u s r i mientos.

La s e r i e de d a t o s renor,taios en e s t e informe fueron u t i l i z a d o s nara o b t e n e r l a informncidn bRsica que se nroces m e d i m t e uri nro- Eramu comnutarizado de c l c u b o nor o t r a narte t ie l Rruno 4e col-abo- r n d o r e s , q u i e n e s se encargaron de d e t e r m i n e r l ~ s bnses de diseno iie le nl.enta (de t r 8 t a m i e n t o b i o l g i c o , cumnliendo con 1s l t i m a e t a p a que c o n c l u i r i a e l e s t u a i o .

R E S U M E N

E l constante aumento de l a contaminacin de las aguas ha 11e- gado a t a l e s proporciones que r e su l t s necesar io e l desarro l lo de - tecno log as espec ia les para disminuirlos.

E l presente Se rv i c i o Qoc i a l tuvo como f ina l i dad apoya* los es tudios rea l i zados en e l IMP p o r el gruao de trabajo d e l Deoartamen t o de Biotecnologfa y Bio ingenier ia sobre tratamientos biol6gicos- en amas residualea de l a Industr ia Petroqufmica.

- -

Tales estiidios contribuyeron a un nroyecto de i n v e s t i ~ a c i n - para estab lecer tcnica y econmicamente el. sistema 6ntimo de tra- tamiento b i o l 6 ~ i c o de l o s e f luentes d e l C.P .S . "Morelos", de t a l - forma que l a s aauas res iduales tratadqs cnn ese sistema curnr>lan -- con l a s d i f e rentes disnosicioneo y nar6metros def inidos -or :SI.L)UE, pufliiendo inoornorarse a los cuerios recentores naturales cmo r o s , ~ R R O S , etc. s i n causar danos a l medio ambiente Tor 1% nrecencia de compuestos txicos.

Se elabor un ef luente semisintt ico c o n * l i f e rentes corr ientes cuyas carac te r s t i cas son semejantes a lac de las corr ientes de de- secho que generar e l Complejo cuando entre en funci6n. Oicho e-- f luente f u 6 caracterizado. f s i c a , qufnica v biolgicamente.

Yosteriormente se l l e v 6 R CRbO un8 se l ecc in ie microorqanis- mos con c-rnacidsd nara degradm hislrocarburos v derivarios;.los cua l e s fueron adantados con x i t o R una concentracin m6xima d e l 1OU$ del e f luonte en estudio.

-

Una vez a d a n t dos l o s microorganismos R I e f luente se procedi R l a determifiacibn 3e l a Velocidad Eq-ec f f i ca de Crecimiento de -- Crecimiento ( p ) de l o s microorKewismos con !n f ina l idad de encon-- trar %a tasa c r f t i c a de d i luc in en e l sistema cle cu l t i v o continuo insta lad? posteriormente.

Cono DB05 Carga inicial 1114.4 mg/L 96 $ en el biorreactor 1 (tr=1.5 d)

97 6 en el biorreactor 4 ( fr=3 d) 1.

Como DQO 79 $ en el biorreactor 1 1293 mg/L 84 46 en el biorreactor 4

1

u

- De acu:rdo con los resultsdos de la caracterizacin fisicoquf-- nico del efluente semisinttico utilizado en este estudio, $8 - concluy clue las concentraciones de nitrqeno y f a fo ro , en re- laci61i a l contenido orqbico se encuentran n o r abajo de la mni ma necesaria para una actividad ,nicrobiana eficiente; esto im-- plica l a necesidad de emplear fuentes externas de dichos elemen - tos Dara cubrir los requerimientos.

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FIGUKAS

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F i g u r a 1. B i o V r e a c t o r en s i s t e m a continuo.

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+ A N E X O 2 + - - - - - - GH AP I c AS

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3

2

GRAFICA 1. Neutralizacih del Efluente

0 Agua Acida: 3.24 l i t r o s .

A Agua Acida: 3.24 l i t ros . 7

PH a d 6 i D1 8 n 5 5 i

n a 1

O

4

SOSAS CIPSTIDAS (Litros)

!

J

199

o ,

GHAPICA 2. Seleccin Primaria. Efluente 20% (V/V)

- -

1 I

.- TIEMPO (Horas) \

L.

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L."

r'-

GRAFICA 3. Sclcccion Sccunduia 489

A 3w

... ".

400

3 50 T U R

I E D

303 .

A 250. D

20u .

100

50 .

-1

GItAFICA 4. Adaptacin .vlicrobiana.

4 Efluente 20% A Efluente 43;& a Efluente GO$

A Efluente 8074

8 Efluente 100%

144 192 240 288 336 . 48 96

T I E W O (Horas )

"I

2 103

2303

1900 P E

O

S E 1730 C O

laso

1600 ( m d L 1

1300

1400

1300

1200

4

GRAFICA 5. Cin tica de Desarrollo Microbiano.

f o Poblacin mixta adaptada

O 5 10 15 20 25

T I E W O (Horas) - b

* . "..

GRAFICA 6, p'. * . .2

b..

r..

L.

O5

O 1 r I I

O 5 10 15 20 2 5 -e .,.

TIEMPO (Horas)

'3 X

*

GRAPICA 7. VELOCIDAD DE CONSUMO DE OXIGISNO.

6

5

4

3:

2

1

O

A i o r r e a c t o r 3 (tr = 2.44 d)

~ B i o r r e a c t o r 4 (tr = 2.92 d) I I I I

o 5 10 15 20 25

TIEIWO (min)

i

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1"" L

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L..

TABLAS

+ A N E X O 3 + - - - - - -

. , . ~ . ..~.. . . . . . ,

1

i

TABLA 1

COMPOSICION DEL AGUA SEKISINTETICA UTILIZADA

CORRIENTE 4

._

Agua Acids de A c e t a l d e h i d o - - - - - - - -

Acetaldehfdo Acido Actico

Agua A c e i t o s a

Aceite Degradad( - - - - - - - -

Oxido de L t i L e - n o

G l i c o l e s A c e t a l d e h i d o Oxido N i t r o s 3 Carbonato de B o t a s i o

------- - - - -

A g u a Negra

S o s a Gastada - - - - _ _ - - Hidrxido de

Sodio

N i t r a t o de Amon i o

F o s f a t o rnonob- sic0 de P o t a s i o i

TOTAL

CONCENTRAC I O N

.$ (v/v)

I

7.8 - - - - - - - -

e--

---

99.9

4

TABLA 2

SELeCCI ON SECUM DAR1 A

* 46 EPL

T (Hr) O 20 40 60 80 100

O 2 1

23 25 27 29 31

136 107 124 145 157 182 240 214 206 246 222 226 252 247 242 303 258 262 300 288 276 314 270 281 352 325 286 320 2 76 282 390 338 278 330 276 270 400 340 2 84 320 272 259

PARAMETHOS DE SEGUIMIEXTO Y CONTROL (Valores Promedio).

* VALORES PROMEDIO Afr ES'PAO DE EQUILIBRIO

FRESUENCIA DI MIBDICION PARAMETRO CAMARA 1 CAMARA 2 CAMARA 3 , CAMARA 4

PH 7.0 I 7.0 I 7.0 I 7.0 I d i a r i o Turbiedad 78 84 65 63 d i a r i o

Conc. de OxR. d i s .

s sv ppm) SSNV ( P P I

Tiempo de

6 6 6 6 d i a r i o

495.0 661.875 566.665 515. bL 5 d i a r i o

18.68 23.0 25.07 33.06 d i a r i o

( + ) El UH siempre. Be mantuvo a un valor nromedio de 7.0 oscilando entre 6.5 y 7.8.

Re i , - I m i C . R 1.46 8 d fa s f 1.98 2.44 2.92 d i a r i o S l idos se dimentablee

( ml/L ) 5.0 24.0 3.0 5.0 4/serpana

I !

i i

!

I

, .

I TABTJA A

MEDICIONES DE OXIGENO DISUELTO PARA CADA CAIYABA

i

I"

1"

r L

c c

3 c t c: A .

SOLUCIONES Y MEJOS DE CULTIVO

soLuaIo%s Y HEDIOS DE CULTIVO

asdio 1

Medio 2

Medio 3

.

Solucin salina. Cloruro de eodio Agua destilada

i

Nitrato de amonio Sulfato de manesio heatahidratado Fosfato monobsico de notasio Extracto de levadura Glicerol Agua destilada

Caldo de soya y tripticaseina, medio de cultivo comer cial, marca BIOXON, 3ioxon de Wxico, S.A.

-

. i

r

+ A N E X O 5 + - - - - - - TECNICISMOS. UNIDADES Y SIhEiOLOS

.

SIGNIFICADO DE ALGNOS TECNICISMOS

BIOMASA Tambin lodo bio l6g ico . maea formada por microorganismos.

BIOBBEACTORBS simulacin de lagunas de oxidacin a escala de lab0 ra tor io .

CEPA Especie y t i p o bacteriano, equivalente a l a "raza" en l o s pe rros.

- 4

-

CULTIVO CONTINUO A CONDICIONES BSTABLES Se Dresenta cuindo se cum plen dos condiciones, nroducci6n de lode y consumo de oxfgeno cons tantes rern-cto a l tiempo.

-

EFECTO BIOCIDA Poder de una sustancia de causar la muerte.

EFECTO BIOESTATICO Poder de una sustancia de i nh ib i r e l desarrollo de microorganismos.

EFLUENTE Corr iente o f l u j q i e oa i ida o l e (!esecho.

FASE ESTACIONARIA En un cultivo microbisno, es e l inteI*VPlo de -- tiempo en a l cual l a ve loc idad de duylicacin de los microorsjnnis- rnos et3 igu8.1. a In de la muerte.

INFLUENTE Corr iente o f l u j o de t - t i immtec ih . _ -

LICOR MEZCLADO Medio l qu ido donde se l l e v a a cabo l a accidn mi-- crobiann sobre e l sustrato.

PESO SECO Se obtiene a l e l iminar e l toea1 de agua de l a muestra.

SOLIDO3 SUSPENDIBOS TOTALES (SST) Constituidos nor sdl idos sedi- mentables y s l i dos en sus&nsi&n que no n a s a e l f i l t r o estandar- de .0.45 urn de dimetro de poro.

UNIDADES, ABREVIATURAS Y SIbBOLOS.

Unidades Sfmbolos

OC

d

g

G

H , h , h r

Kg

L, 1

mg

m l

N MP

PPm

Abreviaturas

DB05

DQO

DB0:N:P

J

Grados C e n t f q a d o s .

Das.

Gramos.

Galones.

Horas.

KiloErarnos.

L i t r o s .

Milimarnos.

! f i i l i l i t r o s .

Nmero Ms t robable .

P a r t e s Por tqili6n.

Revoluciones por minuto.

Demmda Bioqunica de Oxgeno a tiemoo 5+- _, I 1 i

Demariaa Qumica de Oxgeno.

R e l a c i n de Demanda Bioqufmica de Oxfa;eno, Nitr6- geno y Fsforo.

Potoricial de Hidrbgeno.

Relac in voldmen a volmen.

SOLIDOS SUSPENDIDOS VOLATILES (SSV) Aquellos s l idos sedimmtables suependidos y co lo ida les , capaces de v o l a t i l i z a r s e por e f e c t o de - la calc inacin a 503OC.

S O L I W S SUSPE27DIK)S NO VOLATILES (SSNV) Aquellos s l i dos sedimenta - b l ee , suspendidos y co l o ida l e s que no se vo la t i zan por e f e c t o de l a calc inaci6n a 50OoC. .I

SOLIDOS SEDIYBJTABLBS Mater is les que se denositan en e l fondo de- un rec ip i ente por acci6n de l a gravedad.

TIEMPO DE RESIDENCIA En un sistema de cu l t i v o continuo, relacin- que e x i s t e entre un volmen de o r ~ e r ~ c i n v flujo, tiempo iiue trans - curre desde l a entrada de un volmen dado de in f luenta hasta que - abandona e l sistema.

TASA CRIT ICA DE DILUCION ve loc idad mnxirnn n la oue nuede fluir e l medio de c l i l t i v o R t ravs de un sistema continuo s i n que l o s m i c o organismos nresentes sean desplazados a l e x t e r i o r de manera que e l sistema ouedara l i b l r e de e l l o s .

TURBIEDAD Medida de crecimiento microbian0 vue se basa en l a re-- f racc in y r e f l e x i n de la luz a l nasar a travs de una suspensin microbima.

VELOCIDAD ESPECIFICA DE CRECIMIENTO Es La velocidad ? I n 'UP se - net iarro l l i un cu l t i v o particular en condiciones dadas.

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