CAPITULO V EVALUACION DEL REACTOR UASB

 

5.1 ARRANQUE Y EVALUACION DEL REACTOR UASB

 

5.1.1 Arranque del reactor UASB

 

El reactor UASB se inóculo (Fotografía 5.1) con 145 litros de lodo digerido (5% en volumen del reactor), proveniente de una laguna primaria facultativa de la Planta de Tratamiento de Agua Residual de Albarrancho al que se determinó su Actividad Metanogénica Específica y su Sedimentabilidad (Anexo VI).

 

Fotografía 5.1 Inoculación del lodo al reactor UASB

El arranque del reactor UASB se realizó con el caudal promedio. Se consideró esta opción por haber definido un TRH mayor al recomendado por algunos autores (van Haandel et. al., 1998a,d; Lettinga et. al., 1989; de Zeeuw y Lettinga, 1983) y por contar con una carga volumétrica de diseño de 1.05 Kg DQO/m3d (Hulshoff, 1987).

 

Las etapas seguidas en el proceso de inoculación se describen a continuación:

 

Para iniciar la inoculación se comenzó llenando el reactor UASB con el agua residual a ser tratada, hasta un volumen de 20% aproximadamente, con el objeto de evitar que el lodo inoculado se disperse inadecuadamente en el reactor (amortiguamiento).

El lodo se introdujo al reactor por la tubería de alimentación interna (Fotografía 6.1).

El proceso de inoculación duró 9 h aproximadamente, habiéndose iniciado a las 7:30 am del día "1" (14/07/99).

 

5.1.2 Evaluación del funcionamiento del reactor UASB

 

Los resultados presentados en este trabajo son el resultado del seguimiento al funcionamiento del reactor UASB por un período de 8 meses. La puesta en marcha del reactor comenzó el 14 de julio de 1998.

 

Se evaluaron los resultados obtenidos de los 10 puntos de muestreo definidos. Para una mejor descripción del proceso de la puesta en marcha y funcionamiento del reactor, se ha dividido el período total de evaluación en tres etapas:

 

Etapa de Invierno: 14 de Julio de 1998 al 20 de Septiembre de 1998.

Etapa de Primavera: 21 de Septiembre de 1998 al 20 de Diciembre de 1998.

Etapa de Verano: 21 de Diciembre de 1998 al 24 de Febrero de 1999.

 

Las técnicas empleadas para la determinación de todos los parámetros se indican en el Anexo VII. El resumen de los resultados in extenso, obtenidos a lo largo del período de evaluación se presenta en el Anexo VIII.

5.1.2.1 Parámetros principales

5.1.2.1.1 DQO

 

Respecto a esta primera etapa (día "1" al día "59") se puede observar algunas características particulares, la primera donde las eficiencias de remoción son oscilatorias incrementándose en el período del día "29" al "45", denotando la estabilidad que ha alcanzado el reactor respecto a la remoción de la DQO al final de ese período (Fig. 5.1).

 

Debido al proceso de lavado del lodo floculento, se observa un descenso inmediato en la capacidad de remoción dentro del reactor UASB.

Las oscilaciones en parte son debidas al régimen de alimentación "día y noche" (efecto producido por la generación variable de ARD en el curso de un día normal).

La remoción promedio obtenida, respecto a la DQOt es de 53%.

 

Fig. 5.1 Eficiencias de remoción de la DQO durante el período de Invierno

 

En la segunda etapa (día "80" al día "137") se inició el monitoreo de los parámetros de DQOf, Color y Turbiedad, observándose lo siguiente (Fig. 5.2):

 

La eficiencia de remoción promedio referida a la DQOt es de 50%, siendo el mayor valor de 64%. La eficiencia de remoción, respecto a la DQOf en promedio, es de 76%, siendo el mayor valor de 92%.

Se puede observar que la DQO aportada por los sólidos que pueden ser removidas por filtración (ST y SST) es significativa, en promedio del orden de 66%.

 

Fig. 5.2 Eficiencia de remoción de la DQO total y filtrable durante el período de Primavera

 

En la tercera etapa (día "170" al día "226"), las eficiencias de remoción son estables (Fig. 5.3), hasta el momento del desvío de las aguas residuales de la lavandería (día "186") del Centro Hospitalario, momento en el cual la eficiencia para remover la DQO (total y filtrada) decae provocada por la incapacidad de la masa microbiana en adaptarse rápidamente al nuevo sustrato. Posteriormente se observa un incremento en la eficiencia de remoción, indicando la adaptación al nuevo sustrato. Se puede además observar lo siguiente:

 

La remoción promedio, con respecto a la DQOt, es de 41% (con un valor máximo de 67%), 68% con respecto a la DQOf (con un valor máximo de 85%).

Un mes después, se observa un comportamiento aún inestable, el cual puede explicarse en parte por la continuación de las lluvias que, ocasionan el incremento del caudal afluente y el lavado del lodo por aumento de la velocidad ascensional.

CAPITULO V EVALUACION DEL REACTOR UASB

 

5.1 ARRANQUE Y EVALUACION DEL REACTOR UASB

 

5.1.1 Arranque del reactor UASB

 

El reactor UASB se inóculo (Fotografía 5.1) con 145 litros de lodo digerido (5% en volumen del reactor), proveniente de una laguna primaria facultativa de la Planta de Tratamiento de Agua Residual de Albarrancho al que se determinó su Actividad Metanogénica Específica y su Sedimentabilidad (Anexo VI).

 

Fotografía 5.1 Inoculación del lodo al reactor UASB

El arranque del reactor UASB se realizó con el caudal promedio. Se consideró esta opción por haber definido un TRH mayor al recomendado por algunos autores (van Haandel et. al., 1998a,d; Lettinga et. al., 1989; de Zeeuw y Lettinga, 1983) y por contar con una carga volumétrica de diseño de 1.05 Kg DQO/m3d (Hulshoff, 1987).

 

Las etapas seguidas en el proceso de inoculación se describen a continuación:

 

Para iniciar la inoculación se comenzó llenando el reactor UASB con el agua residual a ser tratada, hasta un volumen de 20% aproximadamente, con el objeto de evitar que el lodo inoculado se disperse inadecuadamente en el reactor (amortiguamiento).

El lodo se introdujo al reactor por la tubería de alimentación interna (Fotografía 6.1).

El proceso de inoculación duró 9 h aproximadamente, habiéndose iniciado a las 7:30 am del día "1" (14/07/99).

 

5.1.2 Evaluación del funcionamiento del reactor UASB

 

Los resultados presentados en este trabajo son el resultado del seguimiento al funcionamiento del reactor UASB por un período de 8 meses. La puesta en marcha del reactor comenzó el 14 de julio de 1998.

 

Se evaluaron los resultados obtenidos de los 10 puntos de muestreo definidos. Para una mejor descripción del proceso de la puesta en marcha y funcionamiento del reactor, se ha dividido el período total de evaluación en tres etapas:

 

Etapa de Invierno: 14 de Julio de 1998 al 20 de Septiembre de 1998.

Etapa de Primavera: 21 de Septiembre de 1998 al 20 de Diciembre de 1998.

Etapa de Verano: 21 de Diciembre de 1998 al 24 de Febrero de 1999.

 

Las técnicas empleadas para la determinación de todos los parámetros se indican en el Anexo VII. El resumen de los resultados in extenso, obtenidos a lo largo del período de evaluación se presenta en el Anexo VIII.

5.1.2.1 Parámetros principales

5.1.2.1.1 DQO

 

Respecto a esta primera etapa (día "1" al día "59") se puede observar algunas características particulares, la primera donde las eficiencias de remoción son oscilatorias incrementándose en el período del día "29" al "45", denotando la estabilidad que ha alcanzado el reactor respecto a la remoción de la DQO al final de ese período (Fig. 5.1).

 

Debido al proceso de lavado del lodo floculento, se observa un descenso inmediato en la capacidad de remoción dentro del reactor UASB.

Las oscilaciones en parte son debidas al régimen de alimentación "día y noche" (efecto producido por la generación variable de ARD en el curso de un día normal).

La remoción promedio obtenida, respecto a la DQOt es de 53%.

 

Fig. 5.1 Eficiencias de remoción de la DQO durante el período de Invierno

 

En la segunda etapa (día "80" al día "137") se inició el monitoreo de los parámetros de DQOf, Color y Turbiedad, observándose lo siguiente (Fig. 5.2):

 

La eficiencia de remoción promedio referida a la DQOt es de 50%, siendo el mayor valor de 64%. La eficiencia de remoción, respecto a la DQOf en promedio, es de 76%, siendo el mayor valor de 92%.

Se puede observar que la DQO aportada por los sólidos que pueden ser removidas por filtración (ST y SST) es significativa, en promedio del orden de 66%.

 

Fig. 5.2 Eficiencia de remoción de la DQO total y filtrable durante el período de Primavera

 

En la tercera etapa (día "170" al día "226"), las eficiencias de remoción son estables (Fig. 5.3), hasta el momento del desvío de las aguas residuales de la lavandería (día "186") del Centro Hospitalario, momento en el cual la eficiencia para remover la DQO (total y filtrada) decae provocada por la incapacidad de la masa microbiana en adaptarse rápidamente al nuevo sustrato. Posteriormente se observa un incremento en la eficiencia de remoción, indicando la adaptación al nuevo sustrato. Se puede además observar lo siguiente:

 

La remoción promedio, con respecto a la DQOt, es de 41% (con un valor máximo de 67%), 68% con respecto a la DQOf (con un valor máximo de 85%).

Un mes después, se observa un comportamiento aún inestable, el cual puede explicarse en parte por la continuación de las lluvias que, ocasionan el incremento del caudal afluente y el lavado del lodo por aumento de la velocidad ascensional.

 

5.1.2.1.2 DBO

 

Características observadas en la etapa de invierno:

 

Los valores más bajos son debidos en parte a la contaminación del afluente por un corto circuito producido por el exceso del caudal de alimentación.

Concluido el primer mes de funcionamiento se alcanzan eficiencias crecientes hasta un valor de remoción de 48% para este período (Fig. 5.5). La remoción promedio es de 37%.

 

Fig. 5.5 Eficiencias de remoción de la DBO durante el período de Invierno

 

Características observadas en la etapa de Primavera (Fig. 5.6):

 

Se observa un comportamiento relativamente estable con eficiencias del orden de 52% en promedio y de un 65% como valor más alto.

Los problemas operacionales del reactor influencian notoriamente el desempeño del mismo en la remoción de la DBO, notándose una eficiencia creciente hasta el día "130", al igual que sucede con la remoción de la DQO.

El ingreso de aguas pluviales al reactor UASB, por conexiones erradas en el sistema de alcantarillado, resulta en una disminución de la eficiencia de remoción al provocar lavado del lodo estabilizado dentro del mismo por efecto del incremento considerable en la velocidad ascencional.

Sin considerar los resultados obtenidos para el día "137" se obtiene una eficiencia promedio de 60%, lo cual representa un valor más representativo del proceso, ya que tal día existieron problemas en el muestreo del efluente.

 

Fig. 5.6 Eficiencia de remoción de la DBO durante el período de Primavera

 

En la etapa de Verano la eficiencia de remoción de la DBO incrementa nuevamente (Fig. 5.7), con un claro descenso posterior al desvío de las aguas residuales de la lavandería.

El desempeño global en promedio es bajo 25%, debido principalmente al mezclado del efluente con el afluente (corto circuito). Sin considerar los resultados obtenidos en el punto de muestreo "10" (superficie del líquido), se obtiene una eficiencia promedio de 40% (referido al punto de muestreo "9", ubicado a 0.90 m debajo de la superficie).

 

Fig. 5.7 Eficiencia de remoción de la DBO durante el período de Verano

 

El comportamiento del reactor UASB respecto a la eficiencia de remoción de la DBO (Fig. 5.8 y Tabla 5.2) es irregular 34% en promedio. La DBO al ser un parámetro que permite medir la MO biodegradable muestra que las aguas residuales que están siendo tratadas por el reactor UASB contienen poco contenido de MO de este tipo. Lo mismo se observa en la remoción de otros parámetros (ST y SF). El desvío de las aguas residuales de la lavandería no tiene una influencia positiva en la eficiencia de remoción, por el contrario ha desestabilizado el sistema.

 

Fig. 5.8 Eficiencias de remoción de DBO en todo el período de evaluación

 

Tabla 5.2 Concentración de DBO en el reactor UASB

DBO (mg/l)

Afluente

Efluente

14

162

159

2

31

193

186

4

38

213

155

27

45

184

126

31

52

312

203

35

59

348

183

48

80

399

195

51

101

314

111

65

130

128

46

64

137

109

79

28

170

118

112

5

184

146

129

11

186

211

129

39

189

87

67

23

191

73

59

19

196

107

90

16

198

116

39

66

205

152

112

26

226

152

128

16

Promedio

186

114

34

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

5.1.2.1.3 ST

 

Características observadas en la etapa de Invierno:

 

Las mayores remociones encontradas son para los Ssed.

Se observa un comportamiento inestable respecto a los SSV y valores muy bajos para la remoción de los SST (Fig. 5.9).

La eficiencia de remoción de los SF dentro del reactor, al igual que en otros parámetros (otros sólidos, DQO y DBO) oscila debido a cortes de la alimentación llevados a cabo para la instalación del separador GSL (días "21" y "22") y para realizar modificaciones en el vertedero dentro de la cámara de alimentación (día "38").

 

Fig. 5.9 Eficiencias de remoción de los principales sólidos durante el período de Invierno

 

Características de la etapa de Primavera:

 

La remoción de los Ssed es alta (96%), observándose un comportamiento estable al igual que los otros parámetros (Fig. 5.10).

La eficiencia de remoción para los SST es de 62% y para los SSV es de 72%.

La remoción en términos de los ST y de los SF son bajas, indicando que existe lavado de los lodos floculentos.

 

Fig. 5.10 Eficiencia de remoción de los principales sólidos durante el período de Primavera

 

Características de la etapa de Verano:

 

Este período resulta ser el más inestable respecto a la remoción de los sólidos (Fig. 5.11), sin embargo la remoción de los Ssed se mantiene en niveles altos.

La remoción variable de los SSV se podría explicar por el incremento en la velocidad ascencional del agua residual dentro el reactor (aumento del caudal afluente) lo cual provoca turbulencia y lava cierta cantidad del lodo estable del reactor.

 

Fig. 5.11 Eficiencia de remoción de los principales sólidos durante el período de Verano

 

5.1.2.2 Parámetros auxiliares

5.1.2.2.1 Otros sólidos

 

Características observadas en todo el período de evaluación:

 

En la primera etapa se observan eficiencias de remoción elevadas para los SVT y SF que disminuyen hacia el final del período.

Las eficiencias más bajas se encuentran para los días en que se realizó la instalación del separador GSL (día "22", etapa en la que se perturbó el funcionamiento del reactor, provocando un lavado del lecho de lodo que comenzaba a formarse.

Las mayores eficiencias observadas, en la etapa de Primavera, son respecto a los SVF con un valor pico de 59%.

En la etapa de Verano se alcanzan eficiencias de remoción bajas, que sin embargo muestran un comportamiento similar a lo largo de todo el período de observación.

Este comportamiento irregular puede ser debido en parte a la dilución de las aguas residuales con el agua de lluvia que ingresa por el sistema de alcantarillado al reactor, disminuyendo el TRH y provocando lavado de la masa microbiana establecida en el manto de lodos del reactor.

El efecto del desvío de las aguas residuales de la lavandería es observado notoriamente por las bajas eficiencias de remoción producidas en esos días, lo cual está relacionado también al aumento del caudal y por consiguiente a la disminución del TRH.

La remoción de los SFT y SFF es baja indicando que la mayor parte del lodo que es lavado del reactor está conformado por este tipo de sólidos.

 

La remoción de los sólidos en un tratamiento con reactor UASB puede explicarse como una función de dos procesos: la remoción por entrampamiento y aglomeración con ayuda de la gravedad (proceso de sedimentación) y la remoción por el metabolismo de la digestión anaerobia. A partir de aquí se puede concluir que el primer proceso no está desarrollándose adecuadamente, posiblemente por efecto de la velocidad ascencional del agua residual (esquema de alimentación "día-noche") y de la calidad del lodo retenido en el reactor.

 

La remoción de los SVF es la más alta en todo el período de observación (31% en promedio) con un valor pico de 91%, mientras que la de los SFT es la más baja (15% en promedio) con un valor pico de 40% (Fig. 5.12 y Tablas 5.3, 5.4, 5.5 y 5.6). Sin embargo el parámetro con eficiencias de remoción estables en todo la etapa de evaluación son los SFT.

 

Fig. 5.12 Eficiencias de remoción de otros sólidos en todo el período de evaluación

 

Tabla 5.3 Concentración de ST y Ssed en el reactor UASB

ST (mg/l)

Ssed (ml/l)

Afluente

Efluente

Remoción %

Afluente

Efluente

Remoción %

10

1110,0

945,0

14,9

0,1

0,1

50,0

21

740,0

740,0

0,0

0,1

0,1

50,0

31

1070,0

830,0

22,4

0,2

0,0

100,0

38

645,0

595,0

7,8

0,2

0,1

75,0

45

810,0

555,0

31,5

0,1

0,0

100,0

52

985,0

750,0

23,9

1,2

0,0

100,0

59

980,0

720,0

26,5

1,4

0,0

100,0

80

855,0

825,0

3,5

1,0

0,1

90,0

101

890,0

670,0

24,7

5,0

0,3

94,0

130

1000,0

800,0

20,0

1,0

0,0

100,0

137

665,0

575,0

13,5

0,2

0,0

100,0

170

695,0

685,0

1,4

0,6

0,2

66,7

184

690,0

645,0

6,5

0,2

0,0

100,0

186

640,0

640,0

0,0

0,2

0,0

100,0

189

635,0

610,0

3,9

0,1

0,1

0,0

191

590,0

560,0

5,1

0,1

0,0

100,0

196

700,0

635,0

9,3

0,2

0,1

75,0

198

640,0

585,0

8,6

0,2

0,2

25,0

205

795,0

655,0

17,6

0,5

0,3

40,0

226

820,0

650,0

20,7

0,2

0,1

50,0

Promedio

797,8

683,5

13,1

0,6

0,1

75,8

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

Tabla 5.4 Concentración de SF y SST en el reactor UASB

SF (mg/l)

SST (mg/l)

Afluente

Efluente

Remoción %

Afluente

Efluente

Remoción %

10

760,0

725,0

4,6

350,0

220,0

37,1

21

665,0

640,0

3,8

100,0

75,0

25,0

31

750,0

720,0

4,0

320,0

110,0

65,6

38

560,0

510,0

8,9

85,0

85,0

0,0

45

630,0

545,0

13,5

180,0

10,0

94,4

52

765,0

545,0

28,8

220,0

205,0

6,8

59

925,0

680,0

26,5

55,0

40,0

27,3

80

725,0

675,0

6,9

150,0

130,0

13,3

101

630,0

600,0

4,8

260,0

70,0

73,1

130

935,0

595,0

36,4

205,0

65,0

68,3

137

585,0

565,0

3,4

100,0

5,0

95,0

170

595,0

595,0

0,0

100,0

90,0

10,0

184

590,0

570,0

3,4

120,0

55,0

54,2

186

635,0

635,0

0,0

5,0

5,0

0,0

189

610,0

585,0

4,1

25,0

25,0

0,0

191

555,0

430,0

22,5

160,0

5,0

96,9

196

675,0

620,0

8,2

25,0

15,0

40,0

198

565,0

255,0

54,9

180,0

24,0

86,7

205

750,0

545,0

27,3

110,0

45,0

59,1

226

780,0

565,0

27,6

85,0

40,0

52,9

Promedio

684,3

580,0

14,5

141,8

66

45,3

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

 

Tabla 5.5 Concentración de SVT y SFT en el reactor UASB

SVT (mg/l)

SFT (mg/l)

Afluente

Efluente

Remoción %

Afluente

Efluente

Remoción %

10

285,0

280,0

1,8

830,0

660,0

20,5

21

420,0

210,0

50,0

530,0

320,0

39,6

31

230,0

215,0

6,5

840,0

615,0

26,8

38

135,0

35,0

74,1

560,0

510,0

8,9

45

175,0

55,0

68,6

635,0

500,0

21,3

52

295,0

135,0

54,2

690,0

565,0

18,1

59

340,0

260,0

23,5

640,0

460,0

28,1

80

260,0

250,0

3,9

605,0

565,0

6,6

101

340,0

260,0

23,5

550,0

410,0

25,5

130

450,0

345,0

23,3

550,0

455,0

17,3

137

245,0

145,0

40,8

420,0

380,0

9,5

170

320,0

210,0

34,4

475,0

375,0

21,1

184

200,0

170,0

15,0

490,0

475,0

3,1

186

160,0

140,0

12,5

500,0

480,0

4,0

189

175,0

170,0

2,9

460,0

440,0

4,4

191

170,0

125,0

26,5

435,0

420,0

3,5

196

215,0

205,0

4,7

485,0

430,0

11,3

198

225,0

200,0

11,1

415,0

385,0

7,2

205

370,0

270,0

27,0

425,0

385,0

9,4

226

275,0

205,0

25,5

545,0

445,0

18,4

Promedio

264,3

194,3

26,5

554,0

463,8

15,2

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

 

Tabla 5.6 Concentración de SVF y SFF en el reactor UASB

 

SVF (mg/l)

SFF (mg/l)

Afluente

Efluente

Remoción %

Afluente

Efluente

Remoción %

10

255,0

225,0

11,8

535,0

470,0

12,2

21

140,0

125,0

10,7

540,0

500,0

7,4

31

210,0

185,0

11,9

540,0

535,0

0,9

38

110,0

10,0

90,9

500,0

450,0

10,0

45

170,0

50,0

70,6

495,0

460,0

7,1

52

225,0

70,0

68,9

540,0

475,0

12,0

59

335,0

215,0

35,8

590,0

465,0

21,2

80

225,0

195,0

13,3

530,0

450,0

15,1

101

230,0

140,0

39,1

490,0

370,0

24,5

130

405,0

165,0

59,3

530,0

430,0

18,9

137

190,0

175,0

7,9

390,0

380,0

2,6

170

290,0

200,0

31,0

395,0

305,0

22,8

184

155,0

105,0

32,3

465,0

435,0

6,5

186

120,0

115,0

4,2

520,0

515,0

1’0

189

160,0

145,0

9,4

465,0

425,0

8,6

191

150,0

125,0

16,7

430,0

280,0

34,9

196

215,0

205,0

4,7

460,0

415,0

9,8

198

110,0

80,0

27,3

485,0

145,0

70,1

205

310,0

125,0

59,7

440,0

420,0

4,6

226

240,0

200,0

16,7

540,0

365,0

32,4

Promedio

212,3

142,8

31,1

494,0

414,5

16,1

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

5.1.2.2.2 Nutrientes

 

Según el proceso de digestión anaerobia que se desarrolla en el reactor UASB, es de esperar que las formas oxidadas del nitrógeno y del fósforo, otorguen su oxígeno ligado químicamente (NO3- principalmente) al proceso de oxidación de la MO, alcanzando formas reducidas en el caso del nitrógeno (nitrógeno amoniacal) y menores cantidades de fosfatos, debido a los procesos de mineralización del fósforo tanto orgánico como inorgánico, en el efluente producido.

 

Las concentraciones promedio encontradas para el Nitrógeno Amoniacal, antes del desvío del agua residual de la lavandería, son de 34,58 mg/l para el afluente y de 40,48 mg/l para el efluente; después son de 26,28 mg/l para el afluente y de 23,18 mg/l para el efluente.

 

La concentración promedio de fósforo en el afluente, antes del desvío del agua residual de la lavandería, es de 3,12 mg/l para el afluente y de 7,15 mg/l para el afluente, sin el agua de la lavandería son de 5,50 mg/l para el afluente y de 5,71 mg/l para el efluente (Tabla 5.7). Se observa claramente el aporte de formas inorgánicas de nitrógeno y fósforo por parte de los detergentes utilizados en el proceso de lavado, pese a que se constató el uso de detergentes biodegradables (característica presentada por el fabricante).

 

Tabla 5.7 Concentración de Nitrógeno amoniacal y Fósforo en el reactor UASB

 

Nitrógeno amoniacal (mg/l)

Fósforo (mg/l)

Afluente

Efluente

Remoción %

Afluente

Efluente

Remoción %

21

39,2

44,1

-12,4

-

-

-

31

33,2

26,1

21,3

-

-

-

38

28,7

40,4

-40,5

3,8

5,5

-47,0

45

31,0

36,6

-18,2

4,4

6,2

-42,3

52

43,0

62,8

-46,3

8,9

11,2

-24,8

59

31,3

31,3

0,0

6,1

4,4

28,3

80

35,8

42,2

-17,9

7,4

8,5

-14,5

101

13,8

15,7

-13,8

-

-

-

186

25,1

26,3

-4,7

5,5

8,0

-46,0

189

18,2

11,5

36,9

7,2

5,6

22,8

191

30,1

22,7

24,4

4,0

5,1

-26,4

196

17,0

24,2

-42,5

5,6

6,3

-13,9

198

24,6

17,8

27,8

2,4

3,1

-32,5

205

44,3

25,0

43,5

7,7

5,0

35,2

226

37,1

42,2

-13,6

6,2

6,9

-10,7

Promedio

30,2

31,3

-3,7

5,8

6,3

-14,3

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

 

5.1.2.2.3 Patógenos

 

Los resultados presentados respecto a la eficiencia de remoción de los Coliformes fecales y de los Colifagos no son alentadores, sin embargo la mayoría de ellos se explican por las interrupciones producidas en el funcionamiento del reactor.

 

La mayor eficiencia de remoción obtenida es de 50% para los Coliformes fecales y de 25 % para los Colifagos. Estos resultados corroboran lo indicado por varios autores (van Haandel y Lettinga, 1994; Lettinga, 1995) respecto al desempeño del reactor UASB en la remoción de patógenos. Las concentraciones de Coliformes fecales obtenidas (afluente y efluente), según Metcalf & Eddy (1995) corresponden a un agua residual de concentración débil (Tabla 5.8).

 

Tabla 5.8 Concentración de Coliformes fecales y Colifagos en el reactor UASB

 

Coliformes fecales (UFC/100 ml)

Colifagos (UFP/100 ml)

Entrada

Salida

Remoción %

Entrada

Salida

Remoción %

14

2,0E+05

1,5E+06

-650,0

-

-

-

31

1,0E+07

7,3E+07

-630,0

2,4E+04

3,9E+03

83,8

38

4,2E+07

2,9E+07

31,0

2,4E+05

2,0E+04

91,7

45

4,5E+07

1,6E+07

64,4

4,2E+03

4,4E+03

-4,8

52

5,6E+06

2,3E+07

-310,7

1,0E+04

5,0E+04

-400,0

59

5,9E+06

5,4E+06

8,5

2,3E+04

6,3E+04

-173,9

80

5,5E+06

7,4E+06

-34,6

1,8E+03

2,0E+03

-11,1

101

1,4E+07

7,0E+06

50,0

2,0E+02

2,4E+02

-20,0

137

3,0E+06

2,2E+06

26,7

5,6E+02

4,2E+02

25,0

184

1,6E+05

1,2E+06

-650,0

-

-

-

186

5,4E+06

5,0E+06

7,4

-

-

-

198

7,1E+06

2,8E+07

-294,4

-

-

-

205

5,8E+06

4,9E+06

15,5

6,0E+05

8,0E+04

86,7

Promedio

1,4E+06

3,0E+06

-70,9

6,7E+04

8,9E+03

10,0

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

 

5.1.2.2.4 pH y Alcalinidad

 

Durante el período de invierno se observa que el pH ha oscilado entre valores de 7,0 a 8,5, encontrándose la mayoría dentro un rango de 7,5 a 8,0 tanto en afluente como en el efluente (Fig. 5.13). Sin embargo se puede apreciar un ligero aumento de este parámetro a la salida del reactor UASB. Todos los resultados hacen notar una estabilidad de este parámetro dentro del proceso de la digestión anaerobia, lo cual corrobora lo expresado por Lettinga (1995).

 

Por los resultados obtenidos, se observa que el valor del pH es adecuado para el proceso de digestión anaerobia del agua residual en tratamiento, manteniéndose en un rango apto para el desarrollo de la misma. Los valores promedio obtenidos son de 7,6 para el afluente y 7,7 para el efluente. Según lo observado se puede concluir que la concentración de detergente en el agua residual de la lavandería influye en parte a la estabilidad del pH, requiriéndose de un tiempo para alcanzar una nueva estabilidad.

Fig. 5.13 Comportamiento del pH

 

La alcalinidad tiene un comportamiento estable durante todo el período de evaluación, encontrándose además que tiende a disminuir en el efluente (Fig. 5.14). Los valores encontrados (405,4 mg/l afluente y 391,2 mg/l efluente en promedio) pueden ser considerados como altos según lo indicado por Metcalf & Eddy (1995), siendo adecuados para el proceso de digestión anaerobia.

 

Fig. 5.14 Comportamiento de la Alcalinidad en todo el período de evaluación

 

5.1.2.2.5 Color y Turbiedad

 

La Turbiedad ha sido removida hasta un valor máximo de 82%, sin embargo los valores siguientes son bajos debido a la contaminación del efluente, por efecto del bypass producido en la alimentación. En la etapa de Primavera el Color es removido hasta valores de 70%, y en promedio de 26% (Fig. 5.15 y Tabla 5.9).

 

El efecto producido por las aguas que provenían de la lavandería se manifiesta en la disminución de la eficiencia de remoción. Se observa una disminución en los valores del Color y la Turbiedad del afluente al reactor, haciendo suponer que los detergentes biodegradables (característica descrita por el fabricante) utilizados en el proceso de lavado aportan una cantidad considerable de MO (caso del Color) y de partículas coloidales (caso de la turbiedad).

 

Una de las características principales en el proceso de remoción en un reactor UASB es que, se alcanzan mayores eficiencias para valores altos de concentración en el afluente, tanto en el Color como en la Turbiedad. Notándose que se obtienen valores más bajos a partir del desvío del agua residual de la lavandería. Las turbiedades obtenidas del efluente hacen notar que es posible utilizar un postratamiento, si se considera necesario, por ejemplo mediante filtración en lechos porosos.

Fig. 5.15 Eficiencias de remoción del Color y de la Turbiedad en todo el período de evaluación

Tabla 5.9 Concentración de Color y Turbiedad en el reactor UASB

 

Color (APHA)

Turbiedad (NTU)

Afluente

Efluente

Remoción %

Afluente

Efluente

Remoción %

80

840,00

500,0

40,5

184,0

59,0

68,0

101

1960,0

580,0

70,4

320,0

57,0

82,2

130

180,0

130,0

27,8

58,0

50,0

13,8

137

370,0

280,0

24,3

58,0

38,0

34,5

170

425,0

375,0

11,8

55,0

50,5

8,2

184

375,0

280,0

25,3

48,0

34,0

29,2

186

310,0

280,0

9,7

38,0

36,0

5,3

189

250,0

190,0

24,0

34,0

32,0

5,9

191

260,0

230,0

11,5

22,5

20,0

11,1

196

410,0

250,0

39,0

41,0

19,0

53,7

198

120,0

115,0

4,2

33,0

27,5

16,7

205

450,0

380,0

15,6

21,0

15,0

28,6

226

440,0

320,0

27,3

36,0

34,0

5,6

Promedio

491,5

300,8

25,5

73,0

36,3

27,9

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

 

5.1.2.3 Desempeño del reactor UASB

 

Debe considerarse que el desempeño del reactor UASB es bajo mientras se encuentra en la etapa de puesta en marcha, recién a partir de la estabilización del sistema se espera alcanzar las eficiencias de remoción que, caracterizan el funcionamiento de este tipo de tratamiento.

 

En la etapa de puesta en marcha (primeros 60 días de funcionamiento), se ha obtenido una eficiencia de remoción de 53% para la DQOt y de 37% para la DBO. En la etapa estable se han alcanzado eficiencias de remoción de 51% para la DQOt, 74% para la DQOf y de 37% para la DBO. Una vez que se realizó el desvío de las aguas de la lavandería del Centro Hospitalario, se observó que las eficiencias disminuyeron (desestabilización del sistema), obteniéndose remociones de 65% para la DQOt y de 28% para la DBO. La remoción de los ST es baja en todo el período de evaluación (13% en promedio).

 

A continuación se analizan las características del funcionamiento del reactor UASB en función de las etapas estacionales, en el mismo orden en que se ha considerado la presentación de resultados.

 

5.1.2.3.1 Etapa de Invierno

 

El inicio de la operación del reactor UASB se considera el momento en que se inócula el mismo con el lodo seleccionado (Anexo V). A partir de aquí se inicia la etapa de puesta en marcha, cuyos resultados son presentados hasta el 10/09/98, fecha del último muestreo realizado en el período de invierno.

 

En esta etapa se presentaron algunos inconvenientes que ocasionaron alteraciones negativas en el funcionamiento del reactor UASB, tales como:

 

Instalación del separador GSL (días "21" y "22"), lo cual perturbó la estabilidad del reactor al tener que ser vaciado parcialmente.

Taponamiento en la tubería de ingreso al reactor provocando que parte del afluente ingrese directamente a la parte superior del reactor contaminando el efluente que es recogido a ese nivel (día "18").

Aumento de la carga orgánica por al ingreso de los escolares a la conclusión de su vacación invernal (día "32").

 

Esta etapa corresponde a la puesta en marcha del reactor UASB, existiendo inestabilidad en la capacidad de remoción, principalmente porque la masa microbiana inoculada (lodo) recién se está adaptando al nuevo sustrato.

 

Los resultados obtenidos muestran un comportamiento oscilatorio principalmente en la remoción de DQO. Respecto de la DBO existe una adaptación lenta pero creciente en la eficiencia de remoción. El comportamiento del reactor, respecto a la eficiencia de remoción de los SFT y los SFF es constante y baja en comparación a lo obtenido para los SVT y los SVF. La influencia de los inconvenientes que se presentaron es más perceptible en la remoción de la DQO y ligeramente en la remoción de los sólidos.

 

El desempeño del reactor UASB es bajo indicando que existe un proceso de aclimatación, que se estabiliza a partir del final de este período. Sin embargo se observa lavado de una cantidad apreciable del lodo inoculado.

 

5.1.2.3.2 Etapa de Primavera

 

Se debe considerar algunas alteraciones negativas en el funcionamiento, tales como:

 

Reparación del separador GSL, al observarse que existía aglomeración de lodo floculento debajo del mismo, haciendo que en dos ocasiones el separador haya sido expulsado de su posición por efecto de la presión ejercida por los gases que estaban retenidos debido al taponamiento.

Se cambió la tubería antigua de 2" de salida del gas por una de 3" para evitar posibles taponamientos y para facilitar su mantenimiento. Para realizar este mantenimiento se tuvo que vaciar parcialmente el reactor UASB, permitiendo que el manto de lodos se extienda hasta la superficie del líquido.

Existió sobrecarga del reactor debido a las lluvias que comenzaron el mes de diciembre cuyas aguas, en parte ingresan al reactor, debido a conexiones erradas en el sistema de alcantarillado.

El ingreso de las aguas pluviales perjudicó el rendimiento del reactor, produciendo además el lavado del lodo por efecto del aumento en la velocidad ascencional (día "137").

 

El comportamiento del reactor UASB, en esta etapa respecto a los parámetros principales (DQO, DBO y ST) se puede considerar constante. Sin embargo el comportamiento respecto a la eficiencia de remoción de la DBO, disminuye notoriamente hacia el final del período, lo cual también es observado en los otros parámetros pero en menor grado.

 

Los resultados obtenidos en este período, permiten concluir que la etapa de arranque del reactor está concluyendo, por encontrarse valores de eficiencia de remoción más estables en el tiempo. Sin embargo aún existe lavado de lodo floculento, debido principalmente al aumento del caudal en los últimos días del período (inicio de la época de lluvias).

5.1.2.3.3 Etapa de Verano

 

Se debe considerar algunas alteraciones negativas en el funcionamiento, tales como:

 

Incremento del caudal del afluente por efecto del ingreso de aguas pluviales a la red de recolección del agua residual.

Desvío de las aguas provenientes de la lavandería del Centro Hospitalario (día "186").

Contaminación del efluente del reactor por sobrecarga en la tubería de alimentación.

 

La intensidad de las lluvias ha influido notoriamente en los últimos días de muestreo ya que incluso el sistema de infiltración ha disminuido su velocidad de infiltración, por encontrarse el terreno saturado de humedad (incremento del nivel freático del terreno), provocando que el efluente del reactor UASB no sea retirado a la misma velocidad.

 

Otro efecto muy perjudicial, al momento de evaluar los resultados, es el ingreso de excesiva cantidad de agua residual pluvial. Lo cual ha provocado un aumento considerable de la velocidad ascencional del agua residual en tratamiento, provocando un mayor lavado del lodo presente en el reactor. En general el desempeño del reactor UASB, en esta etapa, ha sido regular, aunque debe ser considerado el efecto del bypass producido en la alimentación (contaminación del efluente al nivel de la superficie del reactor UASB) y el desvío de las aguas residuales de la lavandería del Centro Hospitalario, que también ha contribuido a desestabilizar la biomasa presente en el reactor, por tener que adaptarse a un sustrato diferente.

 

5.1.3 Balances de masa

 

Se analizaron los datos obtenidos de la DQO y de los ST con el objetivo de determinar la acumulación de los mismos en el manto de lodos, por efecto de la digestión anaeróbica y para evaluar el grado de disolución en el caso de la DQO y del lavado en el caso de los ST.

 

El balance de masa se realizó tomando como base lo indicado por Metcalf & Eddy (1985), Field (1987a) y por van Haandel y Lettinga, (1994), siguiendo los esquemas presentados en las Fig. 2.10 y 2.11. Los ST se consideraron según su perfil de distribución en el reactor UASB y lo propuesto por Wildschut (1987). Los datos obtenidos se consideraron de acuerdo a las tres etapas definidas en la presentación de los resultados.

 

5.1.3.1 Balance de DQO

5.1.3.1.1 Perfiles de concentración

 

Para realizar el balance de masa se han considerado los perfiles de concentración de DQO obtenidos, los cuales se presentan a continuación según la etapa de evaluación.

 

Fig. 5.16 Perfil de DQO en el reactor UASB en la etapa de Invierno

 

En la Fig 5.16 Se puede observar la separación que existe entre una zona inferior de concentración alta (0 m a 1,80 m) y una zona superior de concentración baja (2,25 m a 4,05 m), correspondiendo a las zonas donde se encuentran los denominados lechos y mantos de lodo, descritas para los ST por Sterling (1987b), donde el lecho de lodo es la zona de mayor concentración de MO.

 

Existe una zona de concentración elevada entre los 2,70 m y los 3,60 m, que corresponde a la parte ocupada por el separador GSL que cumple la función de sedimentador al brindar las paredes externas como zonas de sedimentación para los SST.

 

Los resultados obtenidos en este período hacen notar que el proceso aún no ha alcanzado la estabilidad propia de un sistema con estas características, sin embargo ya se observan resultados apreciables de remoción de la DQO.

 

Fig. 5.17 Perfil de DQO en el reactor UASB en la etapa de Primavera

En el período de Primavera (Fig. 5.17), la separación entre las zonas de alta y baja concentración ya no es notoria, sin embargo se puede apreciar la mayor concentración de DQO para una altura entre los 0,45 m y los 0,90 m (lecho de lodo). El perfil de concentraciones presentado en este período hace ver que a los 3,15 m de altura existe una zona de concentración más elevada que en los niveles inferiores, por el mismo efecto explicado para el período anterior, correspondiendo al separador GSL que en su parte interior retiene el lodo floculento que también es aportante para la DQO.

 

Los resultados promedio obtenidos, describen de mejor manera el lecho de lodo y presentan un comportamiento con más estabilidad (resultados similares en todo el período).

La separación entre el lecho y manto de lodo ya no es tan perceptible, existiendo una zona de acumulación entre los 0,90 m y los 3,15 m, de concentración similar, donde el aportante principal para la concentración de DQO son los ST dispersos como parte del manto de lodos. Esta característica hace notar que el lodo obtenido, por efecto de la degradación de la materia orgánica, no es del tipo granular, consiguientemente no tiene una alta eficiencia en la retención de los mencionados sólidos al dejar escapar concentraciones importantes que deben ser retenidas por el separador GSL.

 

Fig. 5.18 Perfil de DQO en el reactor UASB en la etapa de Verano

Fuente: Elaboración propia.

 

El período de verano, el más inestable de toda la evaluación, muestra el mismo tipo de comportamiento que los otros parámetros monitoreados (DBO, sólidos). De los resultados presentados se puede concluir que la zona de mayor concentración de DQO corresponde al tramo entre los 0,45 m y los 0,90 m del reactor (Fig. 5.18). La zona superior del reactor, de sedimentación propiamente, presenta concentraciones decrecientes hasta llegar a la altura de recolección del efluente, donde existen concentraciones altas por el ingreso directo del afluente a esa altura debido en parte al incremento excesivo en el caudal, provocado por el aumento del agua residual pluvial.

 

La calidad del efluente a lo largo de todo el período, en términos de DQO es similar, siendo el perfil de concentraciones también similar. El período de verano corresponde además a las mayores eficiencias de remoción encontradas.

 

Observando los perfiles de concentración (Fig. 5.16, 5.17 y 5.18) se considera que existe una zona de acumulación comprendida entre los 1,35 m y los 3,15 m del reactor UASB. El efecto producido por el desvío de las aguas residuales de la lavandería del Centro Hospitalario, se nota en la disminución de la concentración de la DQO a lo largo de todo el reactor, pese a estar contrarrestado por otro efecto, el aumento de la carga orgánica debido a la disminución de un caudal importante. Se debe hacer notar que existe un aporte notorio de los componentes (detergentes biodegradables) utilizados en el proceso de lavado, que se manifiesta inmediatamente con una disminución en todo el perfil de concentraciones (Tabla 5.10).

 

Tabla 5.10 Concentraciones de DQO en todo el período de evaluación

 

 

DQO (mg/l)

Altura del Reactor UASB en metros

0,00

0,45

0,90

1,35

1,80

2,25

2,70

3,15

3,60

4,05

31

1020,0

1700,0

920,0

960,0

520,0

240,0

210,0

460,0

400,0

350,0

38

1260,0

200,0

680,0

470,0

520,0

240,0

240,0

450,0

390,0

270,0

45

820,0

740,0

760,0

300,0

400,0

260,0

240,0

430,0

320,0

200,0

52

432,0

400,0

336,0

336,0

288,0

288,0

272,0

336,0

272,0

224,0

59

432,0

608,0

496,0

336,0

320,0

320,0

400,0

544,0

240,0

160,0

80

344,0

432,0

280,0

412,0

560,0

400,0

424,0

288,0

300,0

216,0

101

600,0

424,0

533,3

502,3

586,7

488,0

384,0

432,0

368,0

216,0

130

660,0

900,0

440,0

496,0

232,0

208,0

224,0

240,0

40,0

264,0

137

293,0

840,0

432,0

388,8

432,0

336,0

320,0

328,0

232,0

180,0

170

346,7

570,0

288,0

344,0

336,0

336,0

360,0

216,0

336,0

216,0

184

464,0

472,0

448,0

480,0

440,0

448,0

376,0

344,0

200,0

152,0

186

408,0

528,0

336,0

408,0

280,0

384,0

360,0

304,0

240,0

200,0

191

96,0

384,0

264,0

408,0

304,0

256,0

248,0

144,0

120,0

64,0

198

240,0

392,0

392,0

336,0

384,0

328,0

320,0

272,0

256,0

96,0

205

328,0

435,2

216,0

256,0

296,0

200,0

96,0

368,0

152,0

208,0

226

328,0

424,0

456,0

464,0

272,0

344,0

432,0

336,0

264,0

248,0

Promedio

504,5

590,6

454,8

431,1

385,7

317,3

306,6

343,3

258,1

204,0

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

La construcción del balance de masa respecto a la DQO, se considera principalmente a partir de la DQO en el afluente y en el efluente, considerando que todo el componente biodegradable en el afluente será convertido en biogas (aproximadamente 75% de CH4). Se considera que la parte no biodegradable de la DQO se convertirá en lodo y toda la DQO en el efluente corresponde a la parte disuelta.

 

La Tabla 5.11 presenta los resultados obtenidos al aplicar el balance de masa presentado por Lettinga et. al. (1995), que se muestra en la Fig. 2.11. La discrepancia con los resultados reales obtenidos para el efluente del reactor UASB, es de 1% en promedio para todo el período de evaluación. Para este caso específico en que no se obtienen las eficiencias más altas de DQO, respecto a trabajos similares, resulta práctico asumir un valor de 25% para la DQO que permanece disuelta en el agua residual en tratamiento.

 

Tabla 5.11 Distribución de concentraciones teóricas calculadas de DQO

 

 

DQO afluente

DQO lodo

DQO disuelto

DQO en CH4

DQO efluente

100 %

10 %

25 %

23 %

42 %

31

1020,0

102,0

255,0

234,6

428,4

38

1260,0

126,0

315,0

289,8

529,2

45

820,0

82,0

205,0

188,6

344,4

52

432,0

43,2

108,0

99,4

181,4

59

432,0

43,2

108,0

99,4

181,4

Prom. Etapa

792,0

79,3

198,2

182,3

333,0

80

344,0

34,4

86,0

79,1

144,5

101

600,0

60,0

150,0

138,0

252,0

130

660,0

66,0

165,0

151,8

277,2

137

293,0

29,3

73,3

67,4

123,1

Prom. Etapa

474,3

47,4

118,6

109,1

199,2

170

346,7

34,7

86,7

79,7

145,6

184

464,0

46,4

116,0

106,7

194,9

186

408,0

40,8

102,0

93,8

171,4

191

96,0

9,6

24,0

22,1

40,3

198

240,0

24,0

60,0

55,2

100,8

205

328,0

32,0

82,0

75,4

137,8

226

328,0

32,0

82,0

75,4

137,8

Prom. Etapa

315,8

31,6

79,0

72,6

132,6

Prom. Gral.

504,5

50,5

126,1

116,0

211,8

Como resultado del balance aplicado, respecto a la DQO, se puede concluir para este caso específico, que el aporte de DQO a la formación de lodo es menor al propuesto por Lettinga et. al. (1995), debido principalmente a la formación de poco lodo activo dentro del reactor UASB. El lodo producido es principalmente del tipo floculento, existiendo una distribución del mismo en toda la altura del reactor.

 

La acumulación de DQO en el sistema es del orden de 33%, correspondiendo principalmente a la formación de lodo floculento expresado en su mayoría como ST a lo largo de la altura total del reactor UASB (Fig. 5.19, 5.20 y 5.21) y a la presencia de MO no biodegradable, lo cual también se puede apreciar en términos de la baja remoción de la DBO (34% en promedio).

 

La predicción de la concentración del efluente es la más efectiva, sin embargo se debe considerar, como el parámetro de mayor importancia, la producción de lodo. Se asume que no existe gas disuelto en el efluente ya que solamente se lo considera como DQO disuelto, lo cual resulta una restricción no muy adecuada, por lo que se decidió considerar otro tipo de balance que considere este parámetro.

 

Los resultados obtenidos permiten realizar un balance de masa (Tabla 5.12), tomando como base una semana, según esto a continuación se presenta el balance de masa calculado utilizando los siguientes parámetros adicionales (Wildschut, 1987):

 

1 m3 = 2,32 Kg DQO (para condiciones de Cochabamba: 550 mmHg y 20°C)

1 Kg ST = 1.4 Kg DQO

CH4 en el gas producido = 90%

Solubilidad del CH4 en el efluente = 32,70 ml/l

Saturación del gas = 90%

Purga de lodo = 402,86 l

Concentración de lodo = 4,58 g/l SV

Balance realizado con valores promedio para una semana

 

 

Tabla 5.12 Balance de masa respecto a la DQO

 

 

Kg DQO

Afluente

Efluente

Prod. Gas

Gas Disuelto

Lodo

Período de Invierno

41,8

17,6

15,1

5,9

1,3

Período de Primavera

25,0

10,5

9,0

3,5

1,3

Período de Verano

16,6

7,0

6,0

2,4

1,3

Período Global

26,6

11,2

9,6

3,8

1,3

 

5.1.3.2 Balance de ST

 

Al considerar el balance de masa respecto a los ST se ha visto, en función a los resultados obtenidos, que los SST son los que mejor se remueven en el reactor UASB. A continuación se presentan los perfiles de concentración para los ST (Fig. 5.19, 5.20, 5.21 y Tabla 5.13) y los Ssed.

 

Se observa que la principal característica del lodo formado por el proceso de digestión es floculento y que está distribuido a lo largo de la altura del reactor UASB, tal como se puede apreciar en las figuras donde se presentan los perfiles de lodo.

 

Fig. 5.19 Perfil de ST en el reactor UASB en la etapa de Invierno

Se puede observar que existen tres zonas, una zona inferior de concentración alta (0 m a 1,80 m), una zona media de concentración baja (2,25 m a 3,15 m) y una zona superior (3,15 m a 4,05 m) donde la concentración de los ST incrementa notoriamente (3,60 m) para luego descender a los valores medidos en el efluente.

 

La zona inferior corresponde a lo que se denomina el lecho de lodos (zona de concentración de sólidos alta), la zona media correspondería al manto de lodos (zona de concentración de sólidos baja) tal como describe Sterling (1987b). La zona media tiene un tope en la parte alta que corresponde a la altura donde está instalado el separador GSL, altura a partir de la cual la concentración de sólidos es más alta, entendiéndose que en esa zona existe un volumen de sedimentación (objetivo de la instalación del separador), correspondiendo la zona superior al comportamiento típico de un proceso de sedimentación propiciado por las paredes externas del separador GSL.

Fig. 5.20 Perfil de ST en el reactor UASB en la etapa de Primavera

El manto de lodos se encuentra mejor definido, correspondiendo a una altura entre los 0 m y los 3,15 m, a partir de esta altura el reactor UASB se puede considerar como un sedimentador. Sin embargo en muchos de los muestreos realizados existió corto circuitos que elevaron notoriamente la concentración de los ST en esa zona. Los resultados obtenidos hacen notar claramente la presencia de lodo floculento en toda la altura del reactor.

Existe una distribución casi uniforme de los sólidos a lo largo de la altura del reactor, requiriendo que el separador GSL retenga mayor cantidad de SST. La eficiencia de remoción del reactor UASB para los sólidos comienza a ser estable pero a valores relativamente bajos, lo cual es producido en parte por la existencia de un lodo liviano de tipo floculento.

 

Se debe considerar que el régimen de trabajo "día y noche" es recomendable cuando existe una alimentación constante, en el caso específico de tener lodo floculento esto no siempre resulta ventajoso ya que existirá mayor posibilidad de lavar el lodo activo.

 

Fig. 5.21 Perfil de ST en el reactor UASB en la etapa de Verano

 

En la etapa de verano donde se debe esperar los mejores resultados, por efecto de la mayor temperatura, se puede observar que el lecho de lodo se encuentra mejor definido y el manto de lodo se encuentra más extendido. Esto se debe en parte al aumento de la velocidad ascencional del agua residual en tratamiento por efecto del incremento del agua de lluvia.

 

El desvío de las aguas residuales de la lavandería no introduce un cambio perceptible en el comportamiento del lecho y del manto de lodos, lo cual viene ligado a otro efecto que es el incremento de la carga orgánica. Es de esperar que el aporte de ST por el proceso de lavado no es sobresaliente, salvo el caso de los Ssed, pero si es importante el efecto de dilución de los mismos ya que este proceso aporta un considerable volumen de agua residual. Ambas características, el incremento de volumen de agua proveniente de las lluvias y el decremento del volumen de agua residual de lavado, se compensan en cierto grado ejerciendo mayor influencia el segundo, por ser un proceso rutinario de mayor frecuencia que la lluvia.

 

Tabla 5.13 Concentraciones de ST en todo el período de evaluación

 

 

ST (mg/l)

Altura del Reactor UASB (m)

0,00

0,45

0,90

1,35

1,80

2,25

2,70

3,15

3,60

4,50

31

1070,0

905,0

870,0

825,0

850,0

860,0

775,0

875,0

935,0

830,0

38

645,0

775,0

825,0

805,0

705,0

700,0

725,0

875,0

825,0

595,0

45

810,0

590,0

760,0

740,0

725,0

725,0

730,0

890,0

590,0

555,0

52

985,0

955,0

905,0

910,0

860,0

890,0

865,0

905,0

825,0

750,0

59

980,0

1065,0

945,0

815,0

740,0

760,0

765,0

970,0

805,0

720,0

80

855,0

10790,0

1245,0

990,0

990,0

930,0

945,0

850,0

825,0

825,0

101

890,0

975,0

845,0

785,0

905,0

800,0

840,0

785,0

730,0

670,0

130

1000,0

1180,0

700,0

615,0

785,0

715,0

660,0

675,0

665,0

800,0

137

665,0

940,0

835,0

660,0

765,0

685,0

650,0

680,0

605,0

575,0

170

695,0

1015,0

790,0

795,0

920,0

800,0

805,0

815,0

770,0

685,0

184

690,0

940,0

835,0

930,0

855,0

870,0

815,0

760,0

675,0

645,0

186

640,0

690,0

850,0

725,0

820,0

800,0

770,0

670,0

665,0

640,0

191

590,0

790,0

755,0

750,0

775,0

655,0

710,0

705,0

625,0

560,0

198

640,0

820,0

870,0

815,0

865,0

815,0

790,0

700,0

670,0

585,0

205

795,0

810,0

700,0

750,0

715,0

740,0

795,0

595,0

690,0

655,0

226

820,0

955,0

870,0

965,0

830,0

760,0

880,0

990,0

700,0

650,0

Promedio

798,1

1512,2

850,0

804,7

819,1

781,6

782,5

796,3

725,0

671,3

Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en el PASA.

 

La remoción de los ST ha alcanzado valores promedio de 13%, que son bajos en comparación con los resultados reportados para formación de mantos con lodo granular. Los resultados presentados hacen ver que no existe una acumulación notoria dentro del reactor UASB, más bien se tiene un lecho de lodos disperso a lo largo de los primeros 3 metros del reactor, donde el separador GSL cumple la función de retener los mismos, haciéndose necesario un mantenimiento rutinario por la acumulación de los mismos en su interior.

 

En términos de eficiencia global se puede concluir que existe una distribución casi homogénea de los ST en toda la altura del reactor, lo cual es similar al comportamiento de un lecho fluido cuyo tope viene a ser el separador GSL, lo que no permite alcanzar eficiencias de remoción altas, en comparación con las que se podrían obtener si se hubiera producido lodo granular.

 

Para observar mejor el comportamiento del reactor UASB en la remoción de los sólidos, se han graficado los resultados obtenidos para el perfil de concentraciones de los Ssed, que son la especie que más eficiencia de remoción presenta.

 

El perfil de concentración obtenido para los SST presenta una distribución similar a la observada para los ST, siendo que los primeros representan la mayor parte en términos de concentración. En el caso de los SST, que viene a ser los de menor concentración dentro de los ST, el comportamiento es similar al presentado por los Ssed, alcanzándose también eficiencias de remoción altas.

 

A continuación se presentan (Fig. 5.22, 5.23 y 5.24) los perfiles de concentración de los Ssed obtenidos durante todo el período de evaluación.

 

Fig. 5.22 Perfil de Ssed en el reactor UASB en la etapa de Invierno

 

Se puede observar claramente que durante el primer mes de funcionamiento del reactor UASB el separador GSL ha servido para retener los Ssed que se han distribuido uniformemente a lo largo del reactor por efecto del lavado inicial del lodo floculento existente en el lecho de lodo (aún en formación).

 

La zona superior del separador GSL presenta una concentración elevado, por el proceso de sedimentación que cumple una función adecuada ya que las eficiencias de remoción obtenidas son altas.

 

La concentración de los Ssed en la zona del lecho de lodo es relativamente alta en comparación con la zona del manto de lodo, sin embargo reflejan el hecho de que no son parte activa del lecho entendiéndose que, no aportan con MO biodegradable o pueden contener materia inorgánica y MO biodegradable de alta densidad.

 

Las concentraciones encontradas para los SF son altas, sin embargo presentan una distribución uniforme hasta el separador GSL, denotando que no son parte importante en el aporte de biomasa activa para el proceso de digestión anaerobia.

 

Fig. 5.23 Perfil de Ssed en el reactor UASB en la etapa de Primavera

 

En esta etapa los resultados observados muestran que existe un aumento considerable en la concentración de los Ssed, formándose una zona de mayor concentración, respecto al período anterior, a los 3,15 m de altura del reactor UASB y la zona del lecho de lodo incrementa su concentración respecto a este tipo de sólidos. Se continúa observando la capacidad de retención del separador GSL.

 

En el período de Verano, se observa que el desarrollo de la zona del manto de lodos ha sido grande, lo cual ha repercutido en la retención de los Ssed en el interior del separador, habiendo sido necesario su mantenimiento para evitar taponamientos, los cuales se dieron en dos ocasiones, por efecto de la acumulación de todo el lodo floculento y por el aumento del agua residual pluvial.

 

Las eficiencias de remoción obtenidas en todo el período han sido altas, sin que tenga que distinguirse una etapa con las mejores condiciones para la remoción.

 

Fig. 5.24 Perfil de Ssed en el reactor UASB en la etapa de Verano

 

Un balance de masa aplicado a los ST, hace notar que no existe acumulación masiva de los mismos en el denominado lecho de lodo, mas bien existe una concentración alta de ST en el manto. Esto puede explicarse como consecuencia de que el lodo formado no es granular (lodo con características adecuadas para alta retención de MO biodegradable).

 

Se ha realizado un balance de masa considerando la parte de los ST que tiene un comportamiento fácil de seguir las "cenizas", despreciando acumulación de estas en el reactor UASB. Las cenizas, material inorgánico no volátil, sólo salen del sistema como parte del efluente y por descarga del lodo de exceso. A partir de aquí y asumiendo algunos parámetros adicionales, se ha construido el balance de masa. Los resultados obtenidos al realizar un balance de masa, considerando lo propuesto por Wildschut (1987), son presentados en la Tabla 5.14.

 

Tabla 5.14 Balance de masa respecto a los ST

 

Kg SV

Kg cenizas

Afluente

Efluente

Prod. Gas

Gas disuelto

Lodo

Afluente

Efluente

Lodo

Período de invierno

14,2

9,0

1,8

1,5

1,9

33,6

29,7

2,8

Período de primavera

17,1

13,2

1,1

0,9

1,9

27,9

24,6

2,8

Período de verano

12,4

9,9

0,3

0,3

1,9

24,0

23,3

2,8

Período Global

13,9

10,3

1,0

0,9

1,9

28,1

25,8

2,8

 

 

Estos resultados se obtienen tomando como base una semana, utilizando los mismos parámetros adicionales que en el balance de DQO. Los resultados corroboran el hecho que los ST tienen un porcentaje alto de MO no biodegradable, lo cual repercute en el proceso de formación de la biomasa activa.

 

5.2 PROPUESTA PARA LA DISPOSICION FINAL DEL EFLUENTE

 

Se diseño un sistema de infiltración para el efluente del reactor UASB, tomando como base lo presentado por Metcalf & Eddy (1995) y la bibliografía concerniente (Kopchynski, 1996; Kanarek, 1996; Oron, 1996). El sistema consta de dos líneas de infiltración, de 15 y 25 m respectivamente. Estas líneas infiltran el agua residual tratada a su salida de los pozos de absorción-sedimentación.

 

La opción de infiltración ha sido considerada porque el efluente del proceso tiene menor contenido de MO lo cual además mejorará la velocidad de infiltración lograda en los antiguos pozos de absorción. El diseño completo se presenta en el Anexo IX.

 

CAPITULO V EVALUACION DEL REACTOR UASB *

5.1 ARRANQUE Y EVALUACION DEL REACTOR UASB *

5.1.1 Arranque del reactor UASB *

5.1.2 Evaluación del funcionamiento del reactor UASB *

5.1.2.1 Parámetros principales *

5.1.2.1.1 DQO *

5.1.2.1.2 DBO *

5.1.2.1.3 ST *

5.1.2.2 Parámetros auxiliares *

5.1.2.2.1 Otros sólidos *

5.1.2.2.2 Nutrientes *

5.1.2.2.3 Patógenos *

5.1.2.2.4 pH y Alcalinidad *

5.1.2.2.5 Color y Turbiedad *

5.1.2.3 Desempeño del reactor UASB *

5.1.2.3.1 Etapa de Invierno *

5.1.2.3.2 Etapa de Primavera *

5.1.2.3.3 Etapa de Verano *

5.1.3 Balances de masa *

5.1.3.1 Balance de DQO *

5.1.3.1.1 Perfiles de concentración *

5.1.3.2 Balance de ST *

5.2 PROPUESTA PARA LA DISPOSICION FINAL DEL EFLUENTE *

 

Fig. 5.1 Eficiencias de remoción de la DQO durante el período de Invierno *

Fig. 5.2 Eficiencia de remoción de la DQO total y filtrable durante el período de Primavera *

Fig. 5.3 Eficiencias de remoción de DQO total y filtrable durante el período de Verano *

Fig. 5.4 Eficiencias de remoción de DQOt y DQOf en todo el período de evaluación *

Fig. 5.5 Eficiencias de remoción de la DBO durante el período de Invierno *

Fig. 5.6 Eficiencia de remoción de la DBO durante el período de Primavera *

Fig. 5.7 Eficiencia de remoción de la DBO durante el período de Verano *

Fig. 5.8 Eficiencias de remoción de DBO en todo el período de evaluación *

Fig. 5.9 Eficiencias de remoción de los principales sólidos durante el período de Invierno *

Fig. 5.10 Eficiencia de remoción de los principales sólidos durante el período de Primavera *

Fig. 5.11 Eficiencia de remoción de los principales sólidos durante el período de Verano *

Fig. 5.12 Eficiencias de remoción de otros sólidos en todo el período de evaluación *

Fig. 5.13 Comportamiento del pH *

Fig. 5.14 Comportamiento de la Alcalinidad en todo el período de evaluación *

Fig. 5.15 Eficiencias de remoción del Color y de la Turbiedad en todo el período de evaluación *

Fig. 5.16 Perfil de DQO en el reactor UASB en la etapa de Invierno *

Fig. 5.17 Perfil de DQO en el reactor UASB en la etapa de Primavera *

Fig. 5.18 Perfil de DQO en el reactor UASB en la etapa de Verano *

Fig. 5.19 Perfil de ST en el reactor UASB en la etapa de Invierno *

Fig. 5.20 Perfil de ST en el reactor UASB en la etapa de Primavera *

Fig. 5.21 Perfil de ST en el reactor UASB en la etapa de Verano *

Fig. 5.22 Perfil de Ssed en el reactor UASB en la etapa de Invierno *

Fig. 5.23 Perfil de Ssed en el reactor UASB en la etapa de Primavera *

Fig. 5.24 Perfil de Ssed en el reactor UASB en la etapa de Verano *

 

Tabla 5.1 Concentración de DQOt y DQOf durante todo el período de observación *

Tabla 5.2 Concentración de DBO en el reactor UASB *

Tabla 5.3 Concentración de ST y Ssed en el reactor UASB *

Tabla 5.4 Concentración de SF y SST en el reactor UASB *

Tabla 5.5 Concentración de SVT y SFT en el reactor UASB *

Tabla 5.6 Concentración de SVF y SFF en el reactor UASB *

Tabla 5.7 Concentración de Nitrógeno amoniacal y Fósforo en el reactor UASB *

Tabla 5.8 Concentración de Coliformes fecales y Colifagos en el reactor UASB *

Tabla 5.9 Concentración de Color y Turbiedad en el reactor UASB *

Tabla 5.10 Concentraciones de DQO en todo el período de evaluación *

Tabla 5.11 Distribución de concentraciones teóricas calculadas de DQO *

Tabla 5.12 Balance de masa respecto a la DQO *

Tabla 5.13 Concentraciones de ST en todo el período de evaluación *

Tabla 5.14 Balance de masa respecto a los ST *

 

Fotografía 5.1 Inoculación del lodo al reactor UASB *

 

 

 

 

 

 

 
 
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