INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE IONES SULFATO EN

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE IONES SULFATO EN LA
BIOTRANSFORMACIÓN ANAEROBIA DE DQO EN UN REACTOR PILOTO UASB
Jesús Rodríguez Martínez; A. F. Aguilera Carbó y Yolanda Garza García
Departamento de Biotecnología, Facultad de Química Universidad Autónoma
Venustiano Carranza y José C. Valdés. Teléfono: 01(8)4155752; Fax: 4155392; *correo
electrónico: [email protected]
RESUMEN
El tratamiento biológico anaerobio es usualmente preferido para la remoción de altas
cargas orgánicas, sin embargo cuando estas contienen altas concentraciones de
sulfatos es preferible trabajar a bajas cargas orgánicas1. La biotransformación
anaerobia del ion sulfato en H2S, SO3 y S3O6 , puede conducir a la acidificación de la
fase hídrica del proceso. Las aguas residuales que fueron objeto de estudio en este
trabajo son generadas por la empresa Fersinsa G.B., y contiene altas concentraciones
de sulfatos que oscilan entre 4 – 7 g/l de SO4. El inoculo que se utilizó fue previamente
incubado durante un periodo de 30 días en aguas residuales diluidas a una temperatura
de 35 °C, durante este tiempo el rector anaerobio de 14 litros operó en régimen batch,
después de este periodo el reactor trabajó en flujo continuo aumentándole la
concentración de DQO en el influente hasta llegar a la concentración que generalmente
contiene el agua residual de la empresa Fersinsa G. B. El arranque del reactor fue
exitoso, ya que durante los primeros 120 días de trabajo y a cargas orgánicas inferiores
a 2.5 g de DQO/l. Día, la eficiencia de remoción de DQO osciló entre 70 – 80 % y la
remoción de sulfatos alcanzó entre 90 – 100%.
INTRODUCCIÓN
El tratamiento de aguas residuales como las generadas por la empresa Fersinsa G.B.
es un problema complejo por la composición química de estas, ya que contiene altas
concentraciones de DQO y una parte de esta corresponde a solventes orgánicos,
además también contiene altas concentraciones de sulfatos, lo que hace difícil su
tratamiento en la primera fase por tecnología aeróbica y muy costosa por tecnología
fisicoquímica, La digestión anaerobia ha demostrado ser una de las técnicas de
tratamiento de aguas residuales más benéficas de estabilización, por su alta capacidad
de reducir el volumen de lodos, por remoción de altas y bajas cargas orgánicas
contaminadas con concentraciones de ion sulfato como es el caso que estudiamos en
este trabajo. La remoción de sulfatos siempre entra en concurrencia con la de remoción
de DQO, ya que ambas entran en competencia por la concentración de acetatos que se
forma en una etapa del proceso anaerobio2. La remoción de sulfatos en aguas
residuales no es una tarea sencilla sobre todo si esta se encuentra por arriba de los 2
g/l; sin embargo este proceso puede llevarse a cabo manipulando la concentración de
las sustancias donadoras de protones, que cuando se encuentran en abundancia, el
flujo de estos en la fase de reacción pueden ser secuestrados exitosamente por las
bacterias metanogénicas atrapando una gran porción de estos3. La formación de
metano en un proceso de sulfatorreducción, permite la remoción de sulfuro de
hidrógeno de la fase hídrica, contribuyendo con esto a que el pH del reactor no se vea
alterado bruscamente por la concentración de H2S, ya que a un pH próximo a 7 se
vuelve un potente inhibidor tanto para la sulfato reducción como para la
metanogénesis4.
MÉTODOS
El trabajo experimental con las aguas residuales de la empresa Fersinsa G. B., se
realizo a lo largo de 480 días. Por no haber mucha información en la literatura, sobre
tratamiento de aguas residuales con composición química parecida a la generada por la
empresa Fersinsa G. B., los inicios de este trabajo se realizaron con la adaptación del
lodo contenido en un reactor de 14 litros, que anteriormente había sido utilizado para
tratar aguas residuales del rastro municipal de la ciudad de Saltillo Coahuila y la
empresa Maíz Industrializado del Norte S. A., El tiempo de adaptación se realizo
durante 120 días, aumentando la concentración de DQO en el influente hasta alcanzar
la concentración contenida en el agua residual de la empresa, la fase inicial se realizo
de acuerdo a la metodología descrita en el trabajo de Kalyuzhnyi and J. Rodríguez
Martínez; el monitoreo y lectura de DQO y Sulfatos de las muestras se realizo de
acuerdo a las normas APHA, como el objetivo fundamental de este trabajo fue la
remoción de sulfatos, en su fase inicial se mantuvo la concentración de este por debajo
de un gramo por litro, el restablecimiento del reactor se realizó utilizando hidróxido de
calcio, el reactor se operó a altas y bajas cargas orgánicas, la temperatura de trabajo
fue de 34 – 36 °C, la concentración de ácidos grasos volátiles se valoró mediante
cromatografía de gases.
ANÁLISIS
El curso de la digestión anaerobia se siguió en cada etapa de la alimentación del
reactor, analizando diariamente cada muestra del efluente y biogas así como el pH. Los
AGVs del efluente , metano y CO2 fueron medidos mediante cromatorafía de gases. El
volumen de metano se valoró por el método de desplazamiento de una solución de
hidróxido de sodio después de la remoción de CO2 y H2S, los análisis fisicoquímicos
fueron realizados de acuerdo a los métodos estándares de la APHA.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La alimentación del reactor en la fase de arranque se inició con cargas orgánicas
pequeñas de 0.05 g de DQO/l. Día y se fue aumentando gradualmente, hasta llegar a 1
g./l. Día, la fase de arranque se logró en 120 día, que fue cuando se alcanzó la
concentración real del agua residual generada por la empresa, durante este tiempo, se
logró aclimatar el consorcio anaerobio del reactor, periodo en el cuál, se removió entre
un 80 y 85% de DQO y en la misma proporción se removió la concentración de sulfatos;
SO4
de tal manera que el Indice de remoción DQO
= 1 , cuando la carga orgánica se mantuvo
en el rango de 1 – 1.6 g de DQO/L. Día, la carga de sulfatos varió ente 0.087 – 0.25 g
de SO4 /L. Día, lo que nos dio una relación de concentraciones de sulfatos con respecto
al DQO de 1:14 – 17 veces, (figura 1 y 2)1 ; esta eficiencia se mantuvo por un tiempo de
320 días (fig. 1,2), el pH de trabajo durante los 320 días se mantuvo en 7.4 - 7.8.
Después de este tiempo (día 330 al día 380) ocurrió un desajuste accidental en el
reactor por el sistema de bombeo se alimento una carga orgánica de 11.39 g de
DQO/L. Día, lo que trajo consigo un desbalance del sistema de tratamiento,
ocasionando la acidificación de la fase hídrica, bajando bruscamente el pH hasta 3 (fig.
5), sin embargo por un espacio de 15 días se logro restablecer el reactor, lo que nos
permitió demostrar que el efecto de acidificación se realizó por la alta acumulación de
H2S en la fase hídrica y no por la formación de ácidos orgánicos volátiles, de acuerdo a
la literatura el pH de estos sistemas no hay desajustes bruscos cuando la concentración
de ácidos grasos volátiles es inferior a 0.05 g /l, como lo fue en nuestro caso. El
restablecimiento del reactor permitió establecer la hipótesis de que la concentración
acumulada de H2S en la fase de digestión anaerobia se convirtió en una inhibición tanto
del proceso sulfatoreductor como metanogénico, el desplazamiento de H2S de la fase
hídrica durante la etapa de inhibición se realizó mediante un burbujeo con gas inerte,
del día 400 en adelante la actividad biológica de reactor empezó a restablecerce, de tal
manera que a los días 478, el reactor continua trabajando con una carga orgánica de
1.5 g de DQO/l. Día y 0.2557 g. De SO4 /L. Día, esta relación nos da un índice de
SO 4
remoción superior a la unidad.
DQO = 1.30 lo que nos permite confirmar que
energéticamente el proceso de sulfatorreducción es más favorable y que en esta
proporción las bacterias metanogénicas pueden fácilmente capturar protones para
síntesis de metano. La actividad del lodo del consorcio de bacterias anaerobias, se
determinó en reactores batch con respecto al DQO y SO4 consumidos en función del
tiempo.
[ ]
[ ]
CONCLUSIONES
La eficiencia de remoción de sulfatos de las aguas residuales generadas por la
empresa Fersinsa G.B., se puede lograr eficientemente a baja cargas orgánicas, no
superiores a 2.2 g de DQO/L. Día y tiempos de retención hidráulica comprendidos entre
9 – 11 días (fig. 3 y 4), el resultado del pH obtenido bajo este régimen prácticamente no
varia de 7.6 – 8, y la concentración de H2S pasa a su forma ionica HS - que es menos
nociva, y una actividad de lodo anaerobio con respecto al DQO de 0.6 g de DQO/ g de
células por hora, bajo estas condiciones se puede lograr la remoción del 100% de SO4,
lo que puede permitir un tratamiento aeróbico del efluente que se obtiene del reactor
anaerobio y de esta manera eficientar y economizar el tratamiento de aguas residuales
generadas por la empresa Fersinsa Gist Brocade.
Agradecimiento: Al consejo Nacional de Ciencia Tecnología por el apoyo brindado en el
desarrollo de este proyecto
BIBLIOGRAFÍA
1. D. R. Ranade; A. S. Dighe; S. S. Bhirangi; V. S. Panhalkar; T. Y. Yeole. (1998).
Evaluation of use of sodium molybdate to inhibit sulphate reduction during anaerobic
digestion of distillery waste. Bioresource Technology. V. 68, pp. 287 – 291.
2. S. V. Kañyushnyi; C. de León Fragoso; J. Rodríguez Martínez. (1997). Biological
sulphate reduction in uasb reactor feed with ethanol as the electron donor.
Microbiologiya, V. 66, N. 5, pp. 674 – 680.
3. Don A. Vroblesky, Paul M. Bradley, and Francis H. Chapelle. (1996). Influence of
electron donor on the minimun sulfate concentration required for sulfate reduction in
petroleum idrocarbon-contaminated aquifer. Environmental. Sci. Techology. V. 30,
pp. 1377 - 1381
4. Jesús Rodríguez Martínez. (1999). Remoción de sulfatos de aguas residuales
generadas por la empresa Fersinsa G. B. Proyecto de investigación con la empresa
Fersinsa G. B. V. 1 pp. 9 – 20.
5. S. V. Kañyushnyi; E. Perez Martínez; J. Rodríguez Martínez. (1997). Anaerobic
treatment of high-strength cheese-whey wastewaters in laboratory and pilot uasbreactors. Bioresource Technology, V. 60, pp. 59 - 65