lab-5-anaerobio-6.0

UNIVERSIDAD TCNICA FEDERICO SANTA MARA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA Y AMBIENTAL

Laboratorio n4: Ensayos de

Biodegradabilidad Anaerobia

Tratamiento de Residuos Lquidos- IMQ311

Segundo Semestre 2015

Profesor: Lorna Guerrero

Ayudante: Javiera Ibacache

Integrantes: Natalia Acevedo

Carla Hernndez

Sebastin Marn

Valeska Miranda

Fecha: Lunes 28 Diciembre 2015

Universidad Tcnica Federico Santa Mara Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental

Tratamiento de Residuos Lquidos-IMQ331

Laboratorio n4: Ensayo de Biodegradabilidad Anaerobia

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ndice

1. Resumen Ejecutivo .................................................................................................................. 2

2. Introduccin ............................................................................................................................ 3

1. Materiales y mtodos ............................................................................................................. 4

2. Resultados ............................................................................................................................... 5

3. Conclusiones............................................................................................................................ 8

4. Bibliografa .............................................................................................................................. 9

ANEXO 1 ........................................................................................................................................ 10

ANEXO 2 ........................................................................................................................................ 13




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1. Resumen Ejecutivo Se monitorearon durante cuatro semanas cinco mini reactores de 200 mL de capacidad (agua residual e inoculo de microorganismos) con el fin de determinar el porcentaje de biodegrabilidad y produccin de metano que alcanza el RIL en condiciones de tratamiento anaerobio. Cabe mencionar, que de los reactores montados en esta experiencia, 3 de ellos contenan agua residual a tratar mientras que los otros dos consistan en agua potable e inoculo como reactor Blanco. Los resultados obtenidos se plasmaron mediante la determinacin de DQO total y DQO soluble de los 5 reactores, obtenindose, para los reactores un % de biodegradacin anaerobia de 5,5 y 7,5 para totales y solubles, mientras que para los blancos fue de un 4,7 y 7,9 % para los totales y solubles. La produccin de metano promedio fue alrededor de 78,667 [ml]




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2. Introduccin

El tratamiento anaerobio es un proceso biolgico que transcurre en ausencia de O2 y que se basa en la transformacin a travs de una serie de reacciones bioqumicas de la materia orgnica contaminante, en un gas cuyos componentes principales son potencialmente ofensivos como el metano (50-80%), CO2 (20-50%), y pocas cantidades de h2S y CO. Aunque pueden ser recuperados como productos tiles (gases combustibles) atractivos desde el punto de vista energtico.

Es un proceso que tiene un metabolismo ineficiente ya que solo el 5% se convierte en masa y el otro 95% del carbono se convierte en biogs, permitiendo una menor produccin de lodos lo que implica un menor costo de tratamiento y disposicin de stos. Este tratamiento necesita una baja cantidad de nutrientes C/N/P = 400/5/1, por lo que la eficiencia de depuracin ser menor en el efluente, habr una mayor carga orgnica.

Los complejos procesos de la degradacin anaerobia constan, de forma simplificada, de cuatro fases. Los procesos metablicos que tienen lugar en cada fase son realizadas por distintos microorganismos. Los procesos anaerobios son apropiados para el tratamiento de aguas residuales con concentraciones muy elevadas de sustancias orgnicas, Frecuentemente se implementan como etapa previa a un proceso aerobio.

Fase 1: Hidrlisis : Sustancias de cadenas moleculares largas, con frecuencia no disueltas, como protenas, grasas e hidratos de carbono, se transforman en compuestos disueltos como aminocidos, cidos grasos y azcares.

Fase 2: Acidificacin Los microorganismos formadores de cidos transforman las sustancias hidrolizadas en cidos orgnicos de cadena corta (p. ej. cido butrico, cido propi-nico y cido actico). Tambin se forman pequeas cantidades de hidrgeno y dixido de carbono.

Fase 3: Formacin de cido actico Las bacterias metanognicas pueden producir metano (CH4) a partir de cido actico o de hidrgeno y dixido de carbono. Para ello los cidos y alcoholes anteriormente formados, previamente se han de transformar en cido actico.

Fase 4: Formacin de metano Las bacterias metanognicas producen metano a partir de hidrgeno, dixido de carbono y cido actico. Son estrictamente anaerobios y reaccionan con gran sensibilidad a la presencia de oxgeno y a fluctuaciones del pH.

Los parmetros de control son importantes como la temperatura ya que, para aguas a

temperaturas alrededor de 37 (microorganismos mesoflicos) se obtiene una mejor

eficiencia o mayor produccin de biogs, el pH es importante considerarlo neutro para que

tenga una mejor operacin, s importante recalcar que el RIL tenga una buena alcalinidad

ya que si hay acumulacin de cidos grasos en la etapa acidognica no afecte tanto.




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1. Materiales y mtodos El desarrollo de la experiencia se lleva a cabo con los siguientes materiales: Materiales:

Mini reactor

Tubo anti retorno

Probeta

Botella con solucin de NaOH

Pinzas

Crisol de Porcelana

Filtros

Jeringa y/o Pipeta

Galn de Nitrgeno

Sellante Procedimiento: Para llevar a cabo la determinacin de la fraccin de materia orgnica posible de degradar anaerbicamente, se comenz con la obtencin del clarificado del ril, siendo este obtenido a partir de la adicin de coagulante y floculante, segn las dosis resultantes del laboratorio anterior. Posteriormente se comenz con el armado del sistema, para ello se realizaron los clculos necesarios para obtener una concentracin de ril de 5 g DQO/L en el mini reactor, de igual manera se calcul la concentracin de inoculo, tal que esta se encuentre entre 1,5 y 5 g SSV/L en el sistema, y la de los nutrientes para que se cumpla la relacin necesaria en un sistema anaerobio de C:N:P = 400:5:1, de igual manera se calcul la cantidad necesaria de bicarbonato considerando que debe haber 1 g Bicarbonato / g DQO presente en el medio. Luego a todos los anlisis y clculos mencionados, se procede a incorporar dichas cantidades al mini reactor, completando con agua el volumen efectivo de ste. Este paso se realiza para tres mini reactores con el ril a tratar, y dos para blanco, el cual solo posee concentracin de inculo, nutrientes y agua potable. Se caracterizan dichas mezcla para as obtener parmetros tales como la DQO total, DQO soluble, slidos totales, slidos voltiles, slidos suspendidos, slidos suspendidos voltiles y pH, tal y como se plante en informes anteriores, los cuales sern los parmetros iniciales a la experiencia. Antes de proceder al sellado de los mini reactores, a estos se les adiciona una corriente de nitrgeno, la cual ser la responsable de brindar las condiciones anaerobias del sistema. Una vez realizado este paso, rpidamente se procede al sellado, y a la incorporacin de los mini reactores en un bao termosttico a 37C. Se conecta el mini reactor a un tubo anti retorno, y este ser conectado a un recipiente con una solucin de NaOH de 2,5%, encargada de absorber la cantidad de CO2 proveniente en el biogs desde el reactor, este recipiente tambin deposita la produccin de metano del proceso en una probeta graduada




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a 100 mL. Finalmente durante aproximadamente 4 semanas, se realiza un seguimiento diario de la produccin de metano, la cual se determina segn la variacin del volumen de metano presente en la probeta. Una vez finalizadas las 4 semanas, se procede con el desmontaje del sistema, realizando nuevamente las mediciones de los parmetros determinados en un comienzo de la experiencia, donde se calcula DQO y Slidos presentes en la muestra ya tratada, los cuales correspondern al tiempo final. Con los datos obtenidos durante el periodo de ensayo, se debe realizar la curva de diodegradabilidad anaerobia, la variacin en la produccin de metano y la variacin en los slidos presentes en la muestra. Clculo:

% =

2. Resultados A Continuacin se proceder con la entrega de los resultados obtenidos en el desarrollo de la experiencia. Para la determinacin de los parmetros se desarroll el clarificado del Ril a partir de coagulantes y floculantes (3 gotas y 3 ml respectivamente, por cada 200 ml de muestra), posterior al armado de los reactores se llev a cabo la determinacin de ciertos parmetros como la DQO totales y solubles, con un volumen de mezcla de 2,5 [mL] para ambos casos, en la cual la mezcla posee una dilucin 1:67, esto se realiz para los 5 reactores incluidos los blancos. Los resultados de este anlisis se presentan a continuacin en la siguiente tabla. En segundo lugar se procedi el anlisis de la cantidad de slidos presentes en los reactores anaerobios, donde se trabaj con un volumen de 3 [ml] de muestra tanto para la obtencin de los slidos totales y total voltiles, como para realizar la filtracin de los slidos suspendidos. Los datos obtenidos se presentan a continuacin. El siguiente grfico muestra la curva de biodegradabilidad realizada con los promedios de los reactores con RIL y los blancos.




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Ilustracin 1: % de biodegradabilidad anaerobia

% de biodegradabilidad anaerobia

% Biodegradabilidad =DQOi DQOf

DQOi 100

Medicin Total Soluble

Reactor 5,545047437 7,52200937

Blanco 4,84995859 7,99632431

Tabla 2: % de biodegradabilidad anaerobia

Variacin Slidos Totales y Slidos Totales Voltiles:

% variacion =Solidosi Solidosf

Solidosi 100

% variacin ST STV SST SSV

Reactor 1 16,6994 44,18239 15,84588 19,7714

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 30

DQ

O [

mgO

2/L

]

Tiempo [das]

Curva de biodegradabilidad

R total

R soluble

B total

B soluble




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Reactor 2 46,2667 3,069918

6,11129

28,36766

Reactor 3 53,9307

16,0694

6,739603

67,22461

Blanco 1 45,9196

8,828892

75,93194

66,34343

Blanco 2 31,7107

75,82595

97,08561

99,66875

Tabla 3: Variacin de slidos

Se logra obtener la variacin de la produccin de Metano a lo largo del ensayo producido por el RIL en triplicado R1, R2 y R2. Con un volumen de 44 ml de RIL para que la concentracin fuera de de 5 [gDQO/L]. Con 3,2 ml de inoculo para que su concentracin de lodos sea de 5 [gSSV/L] ms 172,8 ml de agua.

Ilustracin 2: Produccin de metano

La produccin promedio de metano (restndole la produccin misma de los blancos) : 78,667 [ml]

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

[ml]

met

ano

pro

du

cid

o

N dato

Metano producido

R1

R2




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3. Conclusiones En cuanto a los slidos, como era de esperar no se obtuvieron variaciones porcentuales tan altas, esto debido a que como no se realiz un tratamiento primario a las muestras de los reactores, estos valores debiesen mantenerse constantes. El valor que mayor variacin registr, fueron los slidos suspendidos voltiles del blanco 2, con un porcentaje del 99,66875% lo que indica claramente que no es un valor de referencia correcto, producto de algn error cometido en la medicin. Con respecto al anlisis de DQO, no se observan cambios significativos entre la DQO inicial y final para los reactores, ya que el porcentaje de biodegradabilidad obtenido bordea entre el 4 y el 8 %, adems en la curva se representa el cambio obtenido despus de 30 das de tratamiento y no se una gran inclinacin en las rectas. Por lo tanto podemos decir que este ensayo no es muy efectivo si queremos remover la materia orgnica presente en el RIL tratado. Los errores cometidos experimentalmente son importante al momento de obtencin de clculos, la precisin de las buretas, al momento de titular, el ojo humano afectan en gran porcentaje estos son errores que suman y van quitando credibilidad al resultado final.




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4. Bibliografa

APHA-Standard Methods for the examination of water and wastewater, 20th Edition, 1998.

Guerrero,L.(2015).Tratamientos primarios [Apuntes en clases].Tratamiento de residuos slidos, Universidad tcnica Federico Santa Mara.

Cnepa,L.. (1997). programa de tratamiento de agua para consumo humano, recuperado de: http://www.bvsde.paho.org/

Arancibia, P.(2010). Factibilidad Tcnica y Econmica de Alternativas de Tratamiento para Reducir la Materia Orgnica de los RILES de BASF Chile S. A., Planta Quintero. Ingeniero Civil Qumico. Universidad Tcnica Federico Santa Mara.




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ANEXO 1

Muestra ST [g/L]

Reactor 1 15,767

Reactor 2 12,933

Reactor 3 12,733

Blanco 1 11,833

Blanco 2 13,312 Tabla 4: Solidos totales iniciales

Muestra STV [g/L]

Reactor 1 10,6

Reactor 2 11,933

Reactor 3 1,8667

Blanco 1 0,5667

Blanco 2 1,241 Tabla 5: Solidos Totales Voltiles iniciales

Muestra SST [g/L]

Reactor 1 8,833

Reactor 2 9,267

Reactor 3 9,567

Blanco 1 8,933

Blanco 2 9,15

Tabla 6: solidos suspendidos totales iniciales

Muestra SSV [g/L]

Reactor 1 10,033

Reactor 2 10,633

Reactor 3 10,933

Blanco 1 10,003

Blanco 2 10,063 Tabla 7: solidos suspendidos voltiles iniciales

Datos finales:

Muestra ST [g/L]

Reactor 1 18,4

Reactor 2 18,9167

Reactor 3 19,6

Blanco 1 17,2667




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Blanco 2 17,5333 Tabla 8: Solidos Totales finales

Muestra STV [g/L]

Reactor 1 5,91667

Reactor 2 11,5667

Reactor 3 2,16667

Blanco 1 0,51667

Blanco 2 0,3 Tabla 9: Solidos totales Voltiles finales

Muestra SST [g/L]

Reactor 1 7,43333

Reactor 2 9,83333

Reactor 3 8,92222

Blanco 1 2,15

Blanco 2 0,26667

Tabla 10: Solidos suspendidos Totales Finales

Muestra SSV [g/L]

Reactor 1 12,0167

Reactor 2 7,61667

Reactor 3 3,58333

Blanco 1 3,36667

Blanco 2 0,03333 Tabla 11: Solidos suspendidos voltiles finales

Determinacin de DQO total y DQO soluble INICIAL:

Muestra DQO [mgO2/L]

R1 Total 3284,65634

R1 Soluble 2502,56738

R2 Total 7003,65474

R2 Soluble 4657,76556

R3Total 3920,98074

R3 Soluble 3500,17236

B1 Total 4949,30531

B1 Soluble 4780,87317

B2 Total 5240,04685

B2 Soluble 4059,10383 Tabla 12: DQO total y DQO soluble Inicial




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Determinacin de DQO total y DQO soluble FINAL:

DQO [mgO2/L] Promedio Desviacin Estndar

Error (%)

R1 Total 3024,82771 251,632492 19,4117647

R1 Soluble 1957,241463 503,264984 60

R2 Total 6792,41406 980,196336 33,6734694

R2 Soluble 4435,86225 392,078534 20,625

R3 Total 3604,13808 784,157069 50,7692308

R3 Soluble 3465,51738 1372,27487 92,4

B1 Total 4713,10364 3136,62827 155,294118

B1 Soluble 4574,48294 588,117802 30

B2 Total 4982,06916 251,632492 11,7857143

B2 Soluble 3558,62083 251,632492 16,5 Tabla 13: DQO total y DQO soluble FINAL

Slidos Totales y Slidos Totales Voltiles FINAL:

Solidos Totales Promedio Desviacin Estndar

Error (%)

Reactor 1 18,4 0,23570226 2,98913043

Reactor 2 18,9166667 1,90918831 23,5506608

Reactor 3 19,6 0,04714045 0,56122449

Blanco 1 17,2666667 0,70710678 9,55598456

Blanco 2 17,5333333 0,28284271 3,76425856 Tabla 14: Slidos totales FINAL

Solidos Totales Voltiles

Promedio Desviacin Estndar

Error (%)

Reactor 1 5,91666667 7,23605939 285,380282

Reactor 2 11,5666667 1,55563492 31,3832853

Reactor 3 2,16666667 0,04714045 5,07692308

Blanco 1 0,51666667 0,25927249 117,096774

Blanco 2 0,3 0,14142136 110 Tabla 15: Slidos totales voltiles FINAL

Slidos Suspendidos y Slidos Suspendidos Voltiles FINAL:

Solidos Suspendidos


Error (%)

Reactor 1 7,43333333 2,40416306 75,470852

Reactor 2 9,83333333 0,04714045 1,11864407

Reactor 3 8,92222222 0,5421152 14,1780822

Blanco 1 2,15 2,75771645 299,302326

Blanco 2 0,266666667 0,0942809 82,5 Tabla 16: Slidos suspendidos FINAL




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Solidos Sus. Voltiles


Error (%)

Reactor 1 12,0166667 5,63328402 109,389736

Reactor 2 7,61666667 1,81490741 55,6017505

Reactor 3 3,58333333 1,06066017 69,0697674

Blanco 1 3,36666667 4,38406204 303,861386

Blanco 2 0,03333333 8,8972*10-12 6,2283*10-09

Tabla 17: Slidos suspendidos voltiles FINAL

ANEXO 2

FECHA R1 [ml] R2 [ml] R3[ml] B1 [ml] B2 [ml]

21-nov 26,5 22 20 4,5 1

23-nov 36,5 34 30 8 2

24-nov 41 38 31 9 3

25-nov 43 40 32 10 3

26-nov 44 42 34 11 4

27-nov 46,5 45 36 12 4

01-dic 54 52 37 14 4

02-dic 57,5 55 40 15 4

03-dic 59,5 58,5 42 17 4,5

05-dic 62,5 64 45,5 19,5 6

07-dic 73 74 49 22 8

08-dic 75 75 53,5 23,5 8

10-dic 77,5 79 56 24 9,2

11-dic 79 81 59 29,5 9,8

13-dic 83 83,5 75 30 10,5

15-dic 85,5 85 86 31,4 11

16-dic 87 87 94 33 11,5

17-dic 88 90 95 35 12

18-dic 93 92 96 37 13

21-dic 107 105 108 42 14 Tabla 18: Variacin de metano

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