efecto y control de esponjamiento de lodos en una

EFECTO Y CONTROL DE ESPONJAMIENTO DE LODOS EN UNA TRATADORA
DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Thelma Beatriz Pavón Silva (*)
Profesora de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México. Líder del CA
de Química Ambiental.
Víctor F. Pacheco Salazar
Profesor de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México.
[email protected]
Clemente Avila
Gerente de Sistema Ecológico de Regeneración de Aguas Residuales Industriales, S.A. de C.V.
Virginia Mejía Pedrero
Maestría en Ciencias Ambientales F.Q.
COMECYT Estado de México
Paseo Colón y Paseo Tollocan s/n Toluca Estado de México. Tel y Fax: (722) 217 5109, 217 3890.
[email protected]
RESUMEN
Se identificaron los principales organismos filamentosos en los efluentes de aguas residuales de tres
empresas de giro de alimentos, ubicadas en la Zona Industrial Toluca-Lerma; ya que son de los
principales flujos que ingresan a la planta de estudio que en su proceso de lodos activados presenta
crecimiento de organismos filamentosos. Así mismo se identificaron los filamentosos en el reactor de
lodos activados, en la etapa de recirculación, identificando con presencia abundante a Microthrix
Parvicella que difiere de los identificados en los efluentes de las industrias mencionadas: Tipo 1863,
Tipo 021N, Tipo 0211, Nostocodia limicola II, Thiothrix I y II y Tipo 0041. Una vez conocidas las
características y punto de crecimiento de dichos organismos se establecieron cambios en los
procesos como distribución de agua de recirculación a los reactores, disminución de los tiempos de
retención y control de la aeración para mantener el OD los más constante posible y con esto controlar
el crecimiento de organismos filamentosos. Lo anterior genero ventajas económicas para la PTARI
debido a el gasto de cloro utilizado para eliminar a los microorganismos filamentosos.
Palabras clave: Bulking, MIcrothrix parvicella, Residuales industriales.
INTRODUCCIÓN
El corredor industrial Toluca-Lerma es la segunda zona industrial más importante del país,
concentra casi trescientas empresas que generan empleos, recursos económicos y calidad de vida.
En 1976, se crea la Empresa para la Prevención y Control de la Contaminación del Agua en la Zona
de Toluca, Lerma y el Corredor Industrial (EPCCA), planta de tratamiento de aguas residuales
industriales (PTARI). En el año de 1998 y con los activos de EPCCA se creó la actual Empresa,
adoptando la razón social de Reciclagua Sistema Ecológico de Regeneración de Aguas
Residuales Industriales, S.A. de C.V. sectorizada en la Secretaría de Ecología de la Entidad.
Actualmente recibe descargas de 142 empresas de diversas actividades económicas, entre ellas
química, farmacéutica, alimentos, automotriz, tenerías y curtidurías, plásticos, pinturas, metal
mecánicas, de la construcción, de servicios, entre otras, dando tratamiento a 12.6 millones de metros
cúbicos de agua anualmente (400 litros por segundo).
Cuenta con tres colectores: Norte, Toluca-EPPCA y Parque Industrial Lerma que convergen a un
cárcamo de bombeo para ser introducidas al sistema de tratamiento de la planta, la cual consta de las
siguientes operaciones unitarias:
1.- Rejilla de desbaste 2.- Rejilla Automática 3.- Desarenador y trampa de grasas y aceites 4.Medidor Parshall 5.- Clarificadores primarios 6.- Elevador 7.- Reactores biológicos 8.- Bomba
telescópica de retorno de lodos 9.- Clarificadores secundarios 10.- Cámara de cloración 11.Espesadores de lodos 12.- Coagulación-floculación y prensa de lodos 13.- Incinerador, lavador de
gases y chimenea 14.- DAFT KROFTA (actualmente sin operar) 15.- Laboratorio y panel de control.
Figura 1.
Se ha detectado que aquellas plantas de tratamiento que cuentan con sistema de lodos activados
tienen el problema de crecimiento de organismos filamentosos, en el que diversos autores reportan
los factores que promueven el crecimiento de éstos como: composición del agua residual alta en
grasa y aceites, pH bajo, carga orgánica baja, deficiencia de nutrientes (N y P), concentración de
Oxígeno Disuelto (OD) baja, mezclado y homogenización deficiente, relación F/M elevada, DBO
residual soluble, mayores TRC, diseño del reactor biológico, tipo de alimentación y recirculación, bajo
gradiente de carga a lo largo del reactor, entre otros.
El crecimiento de filamentosos esta presente en la empresa reciclagua, por lo con apoyo de personal
de la Facultad de química de la UAEM, se busco reducir el crecimiento de estos organismos a través
primero de la identificación del organismo filamentoso predominante y segundo realizando algunos
ajustes de control de proceso y manejo del agua.
Figura 1: Diagrama de distribución de operaciones unitarias de la PTARI
Objetivos
Identificación de la problemática por microorganismos filamentosos en tren de tratamiento de la
empresa y tres empresas usuarias y reingeniería de la PTARI de RECICLAGUA ajustando las
variables de proceso.
Metodología
El estudio que se presenta se dividió en tres fases: a) caracterización de la planta, b) identificación de
los microorganismos filamentosos que provocan el esponjamiento de lodos y c) adecuaciones y
ajustes a los parámetros de operación y rediseño de los reactores biológicos con la finalidad de
cumplir con la normatividad ambiental.
En la primera fase se describe el seguimiento del proceso de tratamiento por operación unitaria y se
señalan los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos etapa por etapa, así como los parámetros de
operación de los 8 reactores biológicos y 3 clarificadores secundarios. En la segunda, se describe la
metodología para la identificación de los microorganismos filamentosos. En la tercer fase, se analizan
y discuten los cambios en la ingeniería del proceso de RECICLAGUA (tiempos de retención
hidráulica, relación F/M, IVL, edad de lodos, concentración de biomasa) y se evalúan los resultados
fisicoquímicos y microbiológicos, así como parámetros del control que favorecieron la eliminación del
esponjamiento de lodos, disminución de cloro, entre otros.
Los microorganismos filamentosos se identificaron rutinariamente sobre la base de sus características
morfológicas y reacciones de varios procedimientos de tinción, siguiendo los métodos detallados en
los manuales de Eikelboom y a Buijsen y el de Jenkins et al., (1993).
Resultados
En la tabla 1 se muestran los resultados promedio anual de DBO y DQO así como su eficiencia de
remoción en distintos puntos de la planta de tratamiento de agua, con una remoción de DBO de 91%
y de DQO de 71 % a la salida de la planta.
Tabla 1: Promedio de DQO y DBO en diferentes puntos de la PTARI
Ubicación
DBO
(mg/L)
DQO
(mg/L)
Entrada general
Entrada tratamiento
secundario
1178
1038.6
2884
2065.5
Salida de planta
Remoción total
105.6
813.9
%
remoción
DBO
%
remoción
DQO
11.83
28.39
89.8
91
60.58
71.7
En la tabla 2 se muestra la presencia de microorganismos filamentosos de el efluente de tres
empresas del giro alimenticio que descargan en la Reciclagua, así como de dos puntos en la PTARI,
donde observamos la presencia de Microtrix parvicella organismo identificado como abundante en la
recirculación del licor mezcla, con lo que se descarta la introducción del organismo filamentosos de
mayor presencia de procedencia en un caudal externo.
Después de identificar el microorganismo filamentoso de mayor presencia en la planta de tratamiento
y realizando la evaluación de las características de operación y control del proceso se sugirió a la
gerencia realizar una serie de cambios en el proceso, principalmente en la alimentación de agua a los
reactores aerobios con el fin de modificar el ambiente para los organismos filamentosos sin
permitirles su desarrollo.
Esto se considero necesario sobre todo por que la empresa cuenta con reactores de lodos activados
de diferente tamaño. Figura 1 (reactores número 7), los de mayor tamaño (90 m de longitud)
presentan un flujo de tipo pistón, con una longitud muy grande y variación de OD durante esta
distancia, lo que va generando a lo largo del reactor las condiciones adecuadas para que se
desarrolle en específico Microtrix parvicella dando una mayor condición para su desarrollo al
momento de concentrar los lodos del licor mezcla antes de su recirculación (válvula telescópica No. 8
figura 1) y asociado también a un alto tiempo de retención. (Ramalho, XXXX)
Diversas investigaciones señalan a Microthrix parvicella como el microorganismo principal
responsable de los problemas de separación de sólidos, por esponjamiento y formación de espuma
en los sistemas de lodos activados, debido principalmente a su naturaleza hidrofóbica (Andreasen y
Nielsen, 1998; Knoop y Kunst, 1998; Mamais et al., 1998; Tandoi et al., 1998)
Los cambios realizados fueron en la forma de introducir el agua residual a los reactores aerobios,
cambio que consistió en una entrada gradual durante los primeros metros (30) del reactor, lo cual se
muestra en la figura 2.
Tabla 2: Presencia de microorganismos filamentosos de tres empresas que descargan al
colector y de dos puntos de la PTARI.
Mes
Efluente
Efluente
industria de
industria de
levaduras
panificación
Oct. Tipos
1863, Tipos
1863,
021N, 0211; N. 021N, 0211;
Limicola II.
Thiothrix I y II.
021N,
Nov. Tipos
1863, Tipo
021N, 0211; Thiothrix I y II.
Thiothrix II.
Dic. Tipos
1863,
0211;
N.
limicola
II,
Thiothrix II.
Ene. Tipos
1863,
021N, 0211; N.
limicola
II,
Thiothrix II.
Tipo
021N,
Thiothrix I y II.
Tipo
0411,
Thiothrix I y II.
Efluente industria Entrada a Planta de
Recirculación
de frituras de
Tratamiento
maíz
Tipos 1863, 021N; Tipos 1863, 021N, Tipos 1863, 021N, 0092,
N. limicola II, 0092, 0211; N. limi cola 1701; N. limicola II,
Thiothrix II.
II, Thiothrix II.
Thiothrix I y II, Microthrix
parvicella.
Tipos 1863, 021N, Tipos 1863, 021N, Tipos 0041, 1863, 021N,
0211,
0411; 0211; N. limicola II, 0092, 1701, 0914; N.
Thiothrix II.
Thiothri x II.
limicola II, Thiothrix I y II,
Microthrix parvicella.
Tipos 1863, 021N; Tipos 0041, 1863, 0211, Tipos 021N, 0211, 0092,
Thiothrix II.
0701; N. limicola II, 0914;
Gallionella,
N.
Thiothrix II.
limicola II, Thiothrix I y II,
Microthrix parvicella.
Tipos 1863, 0411; Tipos 0041, 1863, 0211, Tipos 0041, 021 N, 0092;
N. limicola II, 0092; Galli onella, N. Gallionella, N. limicola II,
Thiothrix II.
limicola II, Thiothrix II. Thiothrix I y II, Microthrix
parvicella.
Canal de introducción de agua residual al
reactor aerobio, hacia el fondo se observa la
longitud total del reactor.
Figura 2: Fotografía del reactor aerobio
En la figura 3 se muestra durante un año la evolución de la relación F/M y el IVL para obtener a partir
del mes de junio una mayor eficiencia de remoción de contaminantes y mejor control en el proceso.
Índice volumétrico
F/M
0.50
0.4
bulking
bulking
0.25
0.15
ene feb mar
abr
may
jun
julio
agos
sept
oct
nov
dic
ene feb mar
abr
may
jun
julio
agos
sept
oct
nov
dic
Figura 3. Comportamiento de la relación F/M y el IVL en el reactor aerobio
De acuerdo a los resultados de control y operación de proceso los recomendados para la planta de
tratamiento bajo estudio son:
Reactores de flujo pistón a aireación extendida
•
•
•
•
•
•
•
TRH = 12 - 36 hr
F/M = 0.05 - 0.15 (mezcla completa)
F/M = 0.2 - 0.4 (pistón)
Carga orgánica = 160 - 240 (mezcla completa)
Carga orgánica = 640 - 960 (pistón)
SSVLM = 4000 - 10000 mg/l (pistón); 2000 – 6000 (mezcla ompleta)
Relación de recirculación de 0.5 a 1.5 (pistón); de 0.5 a 2.0 (mezcla completa)
Reingeniería de los variables de proceso
• Disminución del TRH
• Incremento de biomasa y subsecuente disminución de F/M
• Disminución de la edad de lodos
• Disminución del IVL
• Cambio en la geometría de los reactores (canal distribuidor en la entrada) y paso de flujo
pistón a aireación extendida)
Conclusiones
•
El crecimiento de los microorganismos filamentosos son afectados por las características de
los influentes y las condiciones de operación de la plantas de tratamiento
•
En la etapa de recirculación del tren de tratamiento de RECICLAGUA, se concluye que es el
punto en el cual se genera Microthrix parvicella
•
Efectuando cambios en los parámetros de control se minimizó el crecimiento de M. parvicella
y con ello el efecto de bulking
•
Finalmente, el crecimiento de filamentosos en una planta de tratamiento de lodos activados
es indicativo de un deficiente proceso de tratamiento; su control dependerá entonces, de la
calidad del influente, de las condiciones de operación, diseño de la planta de tratamiento,
variaciones estacionales, y sobre todo, del tipo de microorganismo filamentoso
•
Con el control del proceso se ahorro 3.5 millones de pesos/año en el consumo de cloro que
era utilizado para control de crecimiento de organismos filamentosos
Agradeciemientos.- Se agradece a la empresa Reciclagua por el apoyo otorgado para el presente
proyecto, así como el apoyo otorgado por la Universidad Autónoma del Estado de México.
Referencias Bibliográficas.
Andreasen, K. and Nielsen, P. H. 1998. In situ characterization of substrate uptake by Microthrix
parvicella using microautoradiography. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes
II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): 19 – 26. (Water
Science & Technology).
Bradford, D., Christensson, C., Jakab, N. and Blackall, L. L. 1998. Molecular biological methods to
detect “Microthrix parvicella“ and to determine its abundance in activated sludge. En: Microorganisms
in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.)
BPC Wheatons. 37(4-5): 37 – 45. (Water Science & Technology).
Daigger, G. T., Buttz, J. A. 1998. Upgrading Wastewater Treatment Plants. 2ª. ed. USA. Water
Quality Management Library. Vol. 2. 243 p.
Dillner Westlund, A. Hagland, E. and Rothman, M. 1998. Foaming in anaerobic digesters caused
by Microthrix parvicella. En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The
Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): 51 – 55. (Water Science &
Technology).
Eckenfelder, W. 2000. Industrial Water Pollution Control. 3ª. ed. Singapur. McGraw Hill. 584 p.
Eikelboom, D. H. and Grovenstein, J. 1998. Control of bulking in a full scale plant by addition of
talc (PE 8418). En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The
Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): 297 – 301. (Water Science &
Technology).
Eikelboom, D. H., Andreadakis, A. and Andreasen, K. 1998. Survey of filamentous populations in
nutrient removal plants in four European countries. En: Microorganisms in Activated Sludge and
Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5):
281 – 289. (Water Science & Technology).
Jenkins, D., Richard, M. G. y Daigger, G. T. 1993. Manual on the Causes and Control of Activated
Sludge Bulking and Foaming. 2ª. ed. USA. Lewis Publishers. 193 p.
Mamais, D., Andreadakis, A., Noutsopoulos, C. and Kalergis, C. 1998. Causes of, and control
strategies for, Microthrix parvicella bulking and foaming in nutrient removal activated sludge systems.
En: Microorganisms in Activated Sludge and Biofilm Processes II. Ed. by The Conference Program
Committee. (G.B.) BPC Wheatons. 37(4-5): 9 – 17. (Water Science & Technology).
Ramalho, R. S. 1996. Tratamiento de Aguas Residuales. México. Reverté. 705 p.