BIODEGRADABILIDAD ANAEROBIA TERMOFILICA DE RESIDUOS ACEITOSOS Rodríguez-Cano, R.; Pérez García, M.; Romero García, L.I.; Sales Márquez, D. Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y Tecnologías del Medio Ambiente. Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales (CASEM). Universidad de Cádiz. Polígono Río San Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cádiz) España. [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] Palabras Clave: aguas residuales aceitosas, biodegradabilidad termofílica, digestión anaerobia, ensayos de biodegradación, porcentaje de inoculación. Introducción Las aguas residuales aceitosas de origen industrial proceden de los diferentes procesos llevados a cabo en las distintas factorías, de ahí su complejidad y volumen generados. Por ello se hace necesario el desarrollo de las diferentes tecnologías para su tratamiento y depuración. Los tratamientos más comúnmente aplicados a este tipo de vertidos son de naturaleza físico-química, consistentes en la ruptura de la emulsión agua-aceite y posterior tratamiento de floculación y/o precipitación. También se están desarrollando nuevas alternativas tecnológicas, así como la combinación de distintos tratamientos (Farre, 1994; Cosmen, 1996; Ortíz de Zárate, 1997). No obstante, dado el carácter orgánico del vertido, son numerosos los estudios tendentes a la puesta a punto y aplicación de tecnologías de índole biológico adecuadas para la reducción del contenido orgánico del mismo. En el campo de los tratamientos biológicos aplicados a estos residuos queda mucho por recorrer. Dentro de las múltiples variedades de aceites lubricantes empleados en el sector industrial, el presente estudio se centra en la biodegradabilidad de los vertidos de aguas residuales industriales procedentes de las taladrinas o aceites de corte industriales. Con el nombre de taladrinas o aceites de corte, se identifican las emulsiones de aceite y agua empleadas en la lubricación y refrigeración de las operaciones industriales de mecanizado de las piezas metálicas (transformación del metal) y, en menor medida, del vidrio (IHOBE, 1994). Las aguas residuales aceitosas procedentes de los procesos industriales que emplean taladrinas poseen un alto nivel de metales pesados, gérmenes nocivos, aceites parásitos, productos en descomposición, etc. Por ello, son consideradas como residuos peligrosos por la legislación vigente (Ley 10/1998, de 21 de abril) y deben ser adecuadamente tratadas para eliminar determinados componentes antes de su vertido a los colectores urbanos u otros cauces. El principal objetivo perseguido con la investigación realizada en este trabajo ha sido “determinar la biodegradabilidad anaerobia termofílica de dos residuos aceitosos de origen industrial”, procedentes de una factoría real. Los resultados obtenidos permitirán determinar la aplicabilidad de las tecnologías avanzadas de depuración anaerobia termofílica para reducir la carga contaminante de efluentes con alto contenido en materia grasa y aceites hasta el nivel adecuado para su vertido a los colectores urbanos. Material y Métodos Los vertidos aceitosos utilizados han sido suministrados por la factoría Delphi Automotive Systems, S.A. ubicada en Puerto Real (Cádiz) dedicada al mecanizado de piezas metálicas para el sector de la automoción. En la mencionada instalación se generan diversos tipos de residuos aceitosos que dependen, fundamentalmente, de la sistemática de trabajo empleada y del tipo de máquina que se utilice en cada momento. Además, la factoría dispone de una planta de tratamiento depurativo convencional (de carácter físico-químico) de los vertidos generados en la misma. Concretamente, se han utilizado dos tipos de vertidos generados en la planta: a) las aguas residuales aceitosas, procedentes de las diferentes líneas de producción de la factoría, que no han sido sometidas a tratamiento alguno. A este residuo le denominaremos “residuo bruto”; b) el efluente del tratamiento convencional físico-químico aplicado sobre las aguas residuales aceitosas anteriormente mencionadas. Este vertido se denominará “residuo tratado”. Los ensayos fueron realizados en régimen discontinuo y condiciones termofílicas (55ºC de temperatura), utilizando como inóculo biomasa sin aclimatar procedente de la centrifugación del efluente de un reactor anaerobio termofílico monoetapa que operaba en régimen semicontinuo con vinazas de vino a un THR de 8 días. Los reactores ensayo utilizados consisten en unos frascos de vidrio con un volumen total de 550 ml (500 ml de volumen útil), dotados con tapones de rosca y sellados con septum de silicona, que permiten un cierre hermético del vial. Este diseño facilita la extracción de muestras del interior mediante una jeringa sin que se modifiquen las condiciones anaerobias del medio. Como variable a analizar se ha seleccionado la cantidad de microorganismos adicionada. En este sentido, se estudia la influencia del porcentaje de inoculación sobre la cinética de degradación anaerobia de la materia orgánica tanto del residuo tratado como del residuo bruto. Para ello se realizaron ensayos utilizando igual porcentaje de inoculación y diferente residuo, con el fin de poder comparar los resultados obtenidos siguiendo un criterio de homogeneización. Los porcentajes de inóculo empleados fueron: 10, 25, 50 y 70%. Estos ensayos corresponden a los reactores R10T, R25T, R50T y R70T para el residuo tratado y, análogamente, R10B, R25B, R50B y R70B para el residuo bruto. Asimismo, se incluyeron ensayos blanco de inóculo en cada batería, correspondientes al 100% de efluente del reactor de inoculación, para observar la evolución de los mismos. Estos fueron denominados RIT y RIB. El seguimiento de la materia orgánica en los ensayos de biodegradabilidad se realizó a partir de las determinaciones de los valores de COT y DQO de las muestras líquidas extraídas periódicamente. Asimismo, se analizaron otros parámetros característicos para seguir la evolución del proceso de degradación: pH, sólidos totales en suspensión y sus correspondientes volátiles, ácidos grasos volátiles, cuantificación y composición del biogas generado. Las determinaciones analíticas se realizaron siguiendo los procedimientos de los métodos normalizados para el análisis de aguas residuales y potables de la APHA-AWWA-WPFC (17ª Ed., 1989). Resultados y Discusión Las características de los residuos aceitosos utilizados en la realización de los ensayos de biodegradación se describen en la Tabla I. A continuación se describen los resultados más relevantes obtenidos de la comparación de los diferentes ensayos de biodegradación anaerobia termofílica llevados a cabo. Tabla I. Características de los residuos aceitosos utilizados en los ensayos de biodegradación anaerobia. pH DQOfilt. (mgO2/L) COT (mg/L) STS (g/L) SVS (g/L) STD (g/L) SVD (g/L) RESIDUO TRATADO 7,61 1264 226,5 0,11 0,06 2,28 0,25 RESIDUO BRUTO 7,78 723 259,5 0,58 0,38 2,49 0,23 En general, el pH de los ensayos con residuo tratado se mantiene superior al presentado por los correspondientes ensayos con residuo bruto excepto en los estadíos iniciales en que se registra una disminución considerable para los ensayos con residuo tratado que puede ser debida a la acción de la microbiota acidogénica, como se refleja en el incremento de los ácidos grasos volátiles (AGV) presentes en el medio. Para los ensayos realizados con residuo bruto, por el contrario, se observa un ligero aumento inicial y posteriormente (hacia el día 13) se produce la disminución. Este hecho puede ser debido a que, en presencia del residuo bruto, la acción bacteriana se retarda. La evolución de la demanda química de oxígeno es similar comparando los diferentes ensayos a igual porcentaje de inoculación y diferente residuo. Los porcentajes de eliminación de este parámetro son superiores para los ensayos con residuo tratado excepto en los reactores con porcentaje de inoculación del 70%. En este caso, los porcentajes obtenidos son similares, aunque ligeramente superiores para el residuo bruto; probablemente este fenómeno está relacionado con el hecho de que el valor inicial de DQO para el residuo bruto es mucho más elevado. Los valores de carbono orgánico total registrados para los ensayos con residuo bruto son superiores a los obtenidos para los correspondientes con residuo tratado, como cabría esperar. Para los ensayos con residuo bruto no se aprecian variaciones importantes en la evolución de este parámetro, obteniéndose rendimientos de eliminación despreciables. En los ensayos con residuo tratado los rendimientos son superiores La generación de biogas es escasa en todos los ensayos realizados independientemente del tipo de residuo empleado para llevarlos a cabo. El volumen de biogas registrado hacia el día 30 es similar para los ensayos con igual porcentaje de inoculación. Figura I (a)-(d). Evolución del metano generado en los ensayos con residuo bruto o tratado a igual porcentaje de inoculación. (b) 25% inóculo (a) 10% inóculo 12 12 10 CH4 (ml) 6 R10T 4 R10B CH4 (ml) 10 8 6 R25T 4 R25B 2 2 0 0 0 10 20 Tiempo, días 30 0 40 10 (c) 50% inóculo 8 20 Tiempo, días 30 40 (d) 70% inóculo 12 10 4 R50T R50B 2 CH4 (ml) 6 CH4 (ml) 8 8 6 R70T 4 R70B 2 0 0 0 10 20 Tiempo, días 30 40 0 10 20 Tiempo, días 30 40 En la Figura I se representa la evolución temporal de la producción de metano para los diferentes ensayos realizados con igual porcentaje de inoculación y distinto residuo. Se observa una diferencia considerable entre ambos tipos de residuos. En este caso, la cantidad de metano generado con el residuo tratado es considerablemente mayor. Es más, cuanto mayor es el porcentaje de inoculación mayor diferencia se establece entre el volumen de metano generado para ambos residuos. Sin embargo, el volumen de dióxido de carbono es similar para los diferentes ensayos hacia el día 30 de operación. Estos datos indican que el tipo de residuo afecta especialmente la actividad de los microorganismos metanogénicos. Conclusiones Los resultados obtenidos permiten concluir: • Para el residuo tratado la eliminación de la demanda química de oxígeno, utilizando inóculo sin aclimatar, queda comprendida entre el 45 y el 60% con porcentajes de inóculo entre el 10 y el 70%. Para el residuo bruto, en las mismas condiciones, esta reducción alcanza valores comprendidos entre el 20 y el 65%. • La reducción de carbono orgánico total alcanzada está en el entorno del 20-40% para el residuo tratado. En el caso del residuo bruto la eliminación de este parámetro es inapreciable. • En ambos casos los rendimientos de eliminación aumentan con el porcentaje de inoculación, lo que indica que, para el tratamiento biológico de los residuos aceitosos, resultaría apropiado la utilización de una tecnología que permita mantener gran cantidad de biomasa en el medio. Al no obtenerse rendimientos de eliminación de materia orgánica muy elevados puede concluirse que se trata de un tipo de residuo no fácilmente biodegradable y, por tanto, sería especialmente adecuado utilizar la tecnología de lecho fluidizado (Pérez, 1995). • La composición del residuo bruto afecta, especialmente, a la actividad de los microorganismos metanogénicos. Así, los ensayos realizados demuestran que cuanto mayor es el porcentaje de inoculación mayor diferencia se establece entre el volumen de metano generado para ambos residuos. Bibliografía BOE nº 96 (22 de Abril de 1998), “Ley de Residuos Peligrosos, de 21 de Abril de 1998”. Cosmen, P. (1996), “Tratamiento de efluentes industriales”. Residuos, año VI nº 31 págs 22-27. Farre Solsona, C. (1994), “La biodegradabilidad de los efluentes industriales”. Ingeniería Química, Octubre págs 111-116. IHOBE (Sociedad pública de gestión ambiental del gobierno vasco). (1994), “Taladrinas agotadas: un residuo a reducir”. Residuos, año IV nº 1 págs 34-42. Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. Díaz de Santos (17ª Ed., 1989). APHA-AWWA-WPFC Ortíz de Zárate, J. M. ; Abia Aguila, L. (1997), “Biological treatment of industrial effluents. Galicia center for treatment of industrial wastes”. Ingenieria Química, vol 29 nº 336 págs 147-153. Pérez García, M. (1995) Utilización de bioreactores avanzados en la depuración anaerobia de vertidos de alta carga orgánica. Tesis doctoral, Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y Tecnologías del Medio Ambiente, Universidad de Cádiz. ANAEROBIC THERMOPHILIC BIODEGRADABILITY OF OILY WASTE Rodríguez-Cano, R.; Pérez García, M.; Romero García, L.I.; Sales Márquez, D. Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y Tecnologías del Medio Ambiente. Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales (CASEM). Universidad de Cádiz. Polígono Río San Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cádiz) España. [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] Abstract The main objective of this work has been “to study the thermophilic anaerobic biodegradability of two oily waste of industrial origin”, generated from a real high installation dedicates to the mechanising of metallic pieces for the automotive sector. The results obtained will allow to determine the viability of the thermophilic anaerobic depuration technologies to reduce the contaminant amount of efluents with a high content of fatty and oily matter before their thrown to urban collectors or any other final channels. The experimental results obtained show that the increasing of the inouculum percentage produces the increasing of the degradative efficiency. These results advise about of the using of anaerobic technologies in order to keep big concentration of biomass into the system, as the systems with biomass internal retention do. In the same way, the composition of the waste has an special effect on the methanogenic microorganisms activity. The assays carried out show that the higher inouculum percentage is, the bigger is the difference between the volume of methane generated for both waste. However, the volume of carbon dioxide generated is similar for the different assays. Key words: anaerobic digestion, biodegradation assays, inouculum percentage, oily wastewater, thermophilic biodegradability.