procesos biológicos en ingeniería ambiental

PROCESOS BIOLOGICOS EN INGENIERIA
AMBIENTAL
TRABAJO PRÁCTICO N° 5
Degradación de un efluente lácteo utilizando un filtro
percolador operando en circuito cerrado. Determinación de
las constantes de degradabilidad.
Miguel A. Isla y Lisandro G. Seluy
Noviembre de 2014
1.
OBJETIVOS:
Obtención de constantes de tratabilidad en un filtro percolador operando en circuito cerrado
2.
FUNDAMENTOS:
Los procesos aerobios de tratamiento de efluentes de biomasa soportada, como es el caso
de los filtros percoladores, son utilizados para la remoción de la materia orgánica de aguas
residuales.
Los filtros percoladores actuales han avanzado mucho en cuanto al tipo de relleno y
posibilidades de aplicación, siendo hoy alternativas muy interesantes para el tratamiento a
bajo costo de efluentes domésticos e industriales.
El principio de funcionamiento de este proceso biológico consiste en hacer circular el
efluente a depurar a través de un lecho filtrante altamente permeable sobre el cual se
desarrolla una película biológica compuesta mayoritariamente por bacterias heterótrofas.
Estos microorganismos se alimentan de la materia orgánica soluble del efluente, utilizándola
como fuente de carbono y energía. Los componentes orgánicos son transportados hacia el
“biofilm” por difusión, sorción y aprisionamiento.
La biodegradación es realizada mayoritariamente en condiciones aeróbicas, lo que se logra
por aeración del lecho por tiro natural o mediante ventilación forzada.
Como resultado de la remoción biológica de la materia orgánica la población microbiana
aumenta sobre el empaque del lecho, impidiendo la llegada del oxígeno y alimento a los
microorganismos cercanos a la superficie. Por esta razón la biomasa se desarrolla en fase
endógena, situación en donde se pierde la capacidad de adhesión al medio y son fácilmente
removidos por el paso del líquido, desarrollándose nuevamente la película. Los principales
factores que afectan este fenómeno y por lo tanto el funcionamiento de los filtros percoladores
son la carga hidráulica y orgánica aplicadas.
El estudio cinético de estos filtros fue ampliamente estudiado, siendo el modelo de
Eckenfelder uno de los más utilizados para predecir la performance de éstos equipos. En éste
modelo, los distintos aspectos cinéticos que intervienen en el proceso son englobados en un
parámetro llamado “constante de degradabilidad”. En el presente trabajo se realizarán ensayos
con el objetivo de obtener dicha constante para un efluente similar al proveniente de
industrias lácteas.
3.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:

Filtro percolador compuesto por Batea, columna rellena con lecho filtrante, bomba
recirculación. (Ver figura 1 y Tabla 1).

Equipo de filtración al vacío, consistente en Kitasato, buchner y trompa o bomba de vacío
y Filtros de fibra de vidrio.

Soluciones para la determinación de la Demanda Química de Oxígeno.

Digestor de muestras.

Espectrofotómetro.
Fig. 1: Filtro percolador a escala banco y sus componentes.
Datos del Filtro
Valores
Diámetro
0.31 m
Altura
1.4 m
Superficie específica
185 m2/m3
Caudal (práctico)
10 L/min
Tabla 1: parámetros del filtro y a utilizar en el Tp.
4.
ECUACIONES Y ANÁLISIS DE LOS DATOS:
A partir de la Figura 1, y teniendo en cuenta experiencias previas realizadas en el
Departamento de Medio Ambiente, (Isla et al, 2011), se puede asumir que la que la
concentración de sustrato en la batea es uniforme (mezcla perfecta) y que toda la degradación
biológica transcurre en el lecho relleno (velocidad de degradación en la batea = 0), el balance
de DQO en estado no estacionario en la batea (figura 2) queda:
V
dS1
 F ( S2  S1 )
dt
S1: Concentración de sustrato en la entrada al filtro, [mg O2/L]
S2: Concentración de sustrato en la salida al filtro, [mg O2/L]
F: Caudal de reciclo, [L/min]
V: Volumen de la batea, [L]
Figura 2. Esquema para el balance en la batea
Aplicando el modelo de Eckenfelder (Metcalf & Eddy, 1994: 589-591), se tiene:
 kSam L 
S2
 exp 

n
S1
 H 
K = constante de velocidad específica de degradación del sustrato (las unidades dependen
de las constantes empíricas de ajuste)
Sa: Superficie específica del lecho filtrante, [m2/m3]
L: altura del lecho, [m]
ΛH: Carga Hidráulica, [L/min]
n y m: constantes empíricas
Definiendo la “constante de tratabilidad”, kT, como:
kT  kSam
La ecuación anterior queda:
 k L 
S2
 exp  Tn 
S1
 H 
Reemplazando en el balance y resolviendo:
dS1 F
k L
 ( S1 exp( Tn )  S1 )
dt V
H
dS1 F
k L
 S1 (exp( Tn )  1)
dt V
H
S1 ( t )

S10
ln
dS1
k L
F
  (exp( Tn )  1)dt
S1 0 V
H
t
S1 F
k L
 (exp( Tn )  1)t
0
S1 V
H
Ecuación que, para carga hidráulica constante, se puede escribir:
ln
S1 F
 ( K  1)t
S1o V
siendo
K  exp
5.
 kT L 
  n 
 H 
OPERATORIA
Previo al trabajo práctico, el filtro se expuso a un efluente sintético similar al encontrado
en las industrias lácteas, compuesto por 1 g/L de leche en polvo y 0,1 g/L de fosfato de
amonio. Se realizó un seguimiento de la DQO, una vez por día hasta que se observo una
disminución de la misma.
1) Se vacía la batea del filtro y se carga con 80 L del medio a ensayar, aproximadamente 800
mg O2/L de DQO (700-800 mg leche en polvo/L de medio). Se fija el caudal (Tabla 1) y se
deja recircular por 10-15 minutos. Se extrae la primera muestra.
2) Las muestras se toman en vasos de precipitado y se trasladan al laboratorio, donde se filtran
al vacío con filtro de nitrato de celulosa, para separar los sólidos suspendidos y se le
determina la DQO por duplicado al filtrado.
3) se tomaran muestras a intervalos de 1,5 h. Una vez obtenido los valores se graficara el
logaritmo de la DQO vs tiempo para la obtención de la constante de degradabilidad.
6.
BIBLIOGRAFIA:
 Brentwood Industries. Diseñony aplicación: Trickling filters. 2009.
 Isla M. A., Hurt A., Gómez A. (2011). Obtención de constantes de tratabilidad en un filtro
percolador operando en circuito cerrado. Congreso de Ciencias Ambientales-Copime.