Reducción de coliformes termotolerantes en reactores...

"Reducción de coliformes

termotolerantes en reactores DHS"Dra. Rosa Elena Yaya BeasCentro de Investigación en Tratamiento de Aguas

Residuales y Residuos Peligrosos

Universidad Nacional de Ingeniería

5º curso RED TRITÓN

Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019

Introducción



• El monitoreo de los indicadores de patógenos transmitidos por el agua

es muy importante cuando las aguas residuales tratadas se utilizan

para riego agrícola.

• Los indicadores de patógenos transmitidos por el agua son

comúnmente en países emergentes huevos de helmintos, coliformes

fecales, Escherichia coli, enterococos,y bacteriófagos.

• Los coliformes, que usualmente se detectan en concentraciones más

altas que las bacterias patógenas, se utilizan como un indicador de la

posible presencia de enteropatógenos en el agua.

Introducción



• En varios lugares, las aguas residuales crudas o parcialmente tratadas

se descargan sin control a las fuentes de agua o se utilizan

directamente para el riego de cultivos agrícolas que son consumidos

crudos.

• El costo de análisis de patógenos en comparación con los indicadores

de la materia orgánica son muy altos para ser utilizados como análisis

de rutina en países en desarrollo, especialmente debido a la limitación

de materiales, productos químicos y equipos.

Introducción



• El reactor UASB para el tratamiento de aguas residuales domésticas

resulta adecuado debido a su simplicidad en la construcción y porque

es compacto. Asimismo, no requiere mezcla mecánica y recirculación

del efluente.

• Entre las principales limitaciones de los reactores UASB es su

insuficiente reducción de coliformes termotolerantes y huevos de

helmintos, por lo que el efluente no cumpliría con las guías de la OMS.

Introducción



• Para el postratamiento del efluente de los reactores UASB se han

utilizado diversas tecnologias como DHS, lagunas facultativas, lodos

activados, RBC, etc.

• Según los antecedentes revisados a la fecha (Octubre 2015), la

combinación del reactor UASB-DHS se consideraba una alternativa

atractiva para la reducción de coliformes fecales entre 79.0% y

99.98%.

• Los reactores DHS tienen costo de inversión bajo comparados con

tecnologías mecanizadas, poca energía, mantenimiento limitado y un

HRT menor de 3 horas.

Introducción



• Los mecanismos para la reducción de coliformes fecales y bacterias

patógenas en los reactores de DHS son diferentes que los

mecanismos para la eliminación de compuestos orgánicos. Estos

mecanismos podrían atribuirse a la adsorción y / o alimentación por la

biomasa y finalmente a la muerte.

Objetivo



Estudiar la capacidad del DHS para reducir coliformes fecalesdel efluente del reactor doméstico UASB para una posible reutilización de aguas residuales en agricultura.

Materiales y Métodos



Afluente:

• Se utilizaron las aguas residuales de las localidades “El Angel” y “El

Milagro”. Estas aguas residuales se introdujeron en una planta piloto

ubicada en CITRAR en el campus de la Universidad Nacional de

Ingeniería (Lima, Perú).

• El efluente de un reactor UASB de 536 m3 se usó como agua residual

afluente para los reactores DHS construidos




3 experimentos de reactores DHS:

• tipo cubo sin (G1) y con recirculación (G1).

• tipo cortina (G2).

• Esponjas de poliuretano como medio de soporte de la biomasa y las

densidades de las esponjas fueron 18, 12 y 20 Kg • m-3, según las

especificaciones del fabricante,




Experimento 1• Dos sistemas DHS de tipo cubo (G1) idénticos;

cada uno estaba compuesto por dos módulos

en serie (01 y 02)

• Cada módulo estaba hecho de acrílico con una

altura total de 0.29 m y un diámetro de 0.09 m.

• Un módulo contenía cinco columnas con seis

cubos cada una

• El lado de cada cubo fue de 3cm y la distancia

entre cada cubo de esponja fue de 5cm.

• Los reactores se operaron del 6 de julio de2009 al 30 de junio de 2010: 359 dias.




Experimento 2un reactor DHS de tipo cubo (G1),

compuesto por dos módulos en serie

(01 y 02)

Cada módulo fue hecho de vidrio con

una altura total de 0,55 m y un diámetro

de 0,115 m con 12 columnas de

esponjas con12 cubos de esponja cada

uno.

El lado de cada cubo y la distancia

entre cada cubo de esponja fue de 2.5

cm y 5 cm

Los reactores se operaron del 1 de julio

de 2011 al 2 Marzo de 2012: 245 dias




Experimento 2




Experimento 3• Un reactor DHS de tipo cortina (G2), compuesto por

2 módulos en serie (01 y 02)

• Cada módulo consistía en 1 recipiente acrílico que

contenía esponjas de forma de10 paralelepípedos

rectangulares cuyos lados fueron• Altura:0.50m,5cm largo y 3.8cm ancho

• La distancia horizontal entre cada tira de esponja

dentro de cada recipiente fue de 2mm.

• Se colocó un embudo en el fondo de cada esponja,

para permitir la conducción adecuada del efluente

desde el módulo 01 al módulo 02.

• Funcionó desde el 2 de abril de 2011 hasta el 30 de

octubre de 2011: 151 días

• Para retener el lodo posiblemente producido, en

todos los experimentos, se incluyó un sedimentador

después del reactor DHS.




Experimento 3




Frecuencia de muestreo y análisis realizado para los tres experimentos

Parámetro Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3

OD 2 veces por semana diariamente

Turbiedad diariamente

Una vez por

semana

DBO5

Cada 3 semanas

Cada 4 semanas

DQO total

Cada 2 semanasDQO soluble

Coliformes

fecales

El pH y la temperatura se analizaron diariamente.




Datos operacionales de los reactores

1. Experimento: número del Experimento.

2. R: factor de recirculación expresado como la relación Qr /

Qi. Donde Qr y Qi son el caudal de recirculación y el

afluente respectivamente.

3. Área superficial del reactor: corresponde al área de

superficie del módulo 01 y también es igual al área de

sección transversal de los módulos acrílicos.

4. Volumen del DHS: volumen del reactor DHS que

corresponde al volumen del módulo 01 más el módulo 02,

excluyendo la separación entre módulos.

5. HRT: tiempo de retención hidráulico del reactor que

implica el HRT del módulo 01 más el módulo 2. Ambos

módulos tienen el mismo HRT.

6. HLR: velocidad de carga superficial hidráulica del reactor,

basada en la velocidad de flujo sobre el área de superficie

del reactor.

7. OLR: carga orgánica volumetrica, basada en el caudal de

DQO promedio sobre el volumen de DHS.

8. OLRm: carga orgánica volumetrica del medio de soporte,

basada en el caudal, la DQO promedio y el volumen total

del medio de soporte.

Experimento1 Units 1 2 3

Reactors

Tipo de DHS cuboCubo con

recirculacióncortina

Generación G1 G1 G2

Caudal L·d−1 12.2 30.9 86.4

R2 0 1 0

Area superficial3 m2 0.0064 0.0104 0.0657

Volumen del DHS4 m3 0.0037 0.0114 0.0775

HRT5 h 2.90 1.52 2.49

HLR6 m3·m-2· d−1 1.92 2.97 1.32

OLR7 kgCOD·m-3·d−1 0.86 0.53 0.24

Sedimentador

HRT h 1 2 1

Volume m3 0.0005 0.0026 0.0036

Datos del medio

Volumen total del

mediom3

0.0016 0.0023 0.0191

OLRm8 kgCOD·m-3·d−1 1.96 2.69 0.97

Resultados



A. Experimento 1: Reactor DHS tipo cubo sin recirculación

Parámetro unidad n1 Afluente Efluente2 Eficiencia

Temperatura °C 266 20.9 ± 2.3 20.5 ± 3.1pH 266 7.4 ± 0.3 7.7 ± 0.4

DO mg·L−1 134 0.8 ± 0.7 5.6 ± 1

Turbiedad NTU 266 145.3 ± 50.1 47.1 ± 35.3 67.2 ± 1 %

DBO5 mg·L−1 12 104.4 ± 13.7 19.5 ± 6.5 80.9 ± 2 %

DQO total mg·L−1 26 260.8 ± 77.7 85.9 ± 62.6 67.2 ± 3.1 %

DQOsoluble mg·L−1 26 133.3 ± 31.5 62 ± 38.1 53.5 ± 1.1 %

Coliformes fecales UFC·100mL−1 10 6.1E+06 ± 3.4E+06 2.1E+02 ± 4.1E+02 99.997 ± 0.000 %

Leyenda

1 n significa número de muestras al azar.

2 Los resultados muestran los valores promedio para el efluente de los dos reactores DHS.

Resultados



B. Experimento 2: Reactor DHS tipo cubo con recirculación

Leyenda

3 Los resultados muestran los valores promedio para el efluente después del módulo 01.

4 Los resultados corresponden al efluente del reactor de DHS.

Parámetro unidad n afluente Efluente 13 Efluente 24 Eficiencia

Temperatura°C

130 23.3 ± 4.3 23.4 ± 4.3 23.2 ± 4.2

pH 126 7.6 ± 0.3 7.7 ± 0.3 7.5 ± 0.5

DO mg·L−1 26 0.4 ± 0.3 5.9 ± 1.1 6.1 ± 0.9

Turbiedad NTU 9 144.1 ± 63.7 26.1 ± 17.9 10.3 ± 4.7 92 ± 4.3 %

DBO5 mg·L−1 8 107.4 ± 39.1 20.4 ± 5.2 6.2 ± 2.8 93.6 ± 3.4 %

DQO total mg·L−1 19 196.2 ± 51.3 68.8 ± 33.8 47.3 ± 15.2 74.6 ± 8.2 %

DQO soluble mg. L−1 12 113.2 ± 25.8 43 ± 7.9 31.4 ± 9.3 71.1 ± 10.6 %

Coliformes fecales

CFU·100mL−1 11 1.1E+08 ± 2E+08 5E+06 ± 3.1E+063.4E+04 ±5.1E+04

99.919 ± 0.117 %

Resultados



C. Experimento 3: Reactor DHS tipo cortina

Leyenda




Temperatura°C

154 18.8 ± 1.4 18.9 ± 1.2 18.9 ± 1.1

pH 154 7.3 ± 1.1 7.5 ± 0.4 6.6 ± 0.5

DO mg·L−1 154 2.3 ± 0.4 4.2 ± 0.7 4.9 ± 0.7

Turbiedad NTU 154 104.1 ± 13.8 30.8 ± 12.3 18.9 ± 4.8 81.8 ± 4.4 %

DBO5 mg·L−1 22 98.8 ± 15.5 23.4 ± 5.3 14.9 ± 5.8 84.9 ± 5.3 %

DQO total mg·L−1 22 214.1 ± 44.2 N. M.5 77.6 ± 18.6 62.8 ± 9.9 %

DQO soluble mg·L−1 22 136.2 ± 33.7 N. M. 59.3 ± 14.1 55 ± 10.9 %

Coliformes fecales CFU·100mL−1 22 7.2E+06 ± 5.6E+06 1.7E+06 ± 1.7E+06 5.9E+05 ± 7.5E+05 92.121 ± 6.210 %

Resultados



Eficiencia de remocion de coliformes fecales%

Reduccion de coliformes fecales en Log 10

Leyenda

Resultados



C. Experiment 3: curtain type DHS reactor




Temperatura°C

154 18.8 ± 1.4 18.9 ± 1.2 18.9 ± 1.1

pH 154 7.3 ± 1.1 7.5 ± 0.4 6.6 ± 0.5

DO mg·L−1 154 2.3 ± 0.4 4.2 ± 0.7 4.9 ± 0.7

Turbiedad NTU 154 104.1 ± 13.8 30.8 ± 12.3 18.9 ± 4.8 81.8 ± 4.4 %

DBO5 mg·L−1 22 98.8 ± 15.5 23.4 ± 5.3 14.9 ± 5.8 84.9 ± 5.3 %

DQO total mg·L−1 22 214.1 ± 44.2 N. M.5 77.6 ± 18.6 62.8 ± 9.9 %

DQO soluble mg·L−1 22 136.2 ± 33.7 N. M. 59.3 ± 14.1 55 ± 10.9 %

Coliformes fecales

CFU·100mL−1 227.2E+06 ±5.6E+06

1.7E+06 ±1.7E+06

5.9E+05 ±7.5E+05

92.121 ± 6.210 %

Conclusiones



• El indicador patogénico, coliformes fecales, mostró una reducción significativaen todos los experimentos y se obtuvieron los mejores resultados para elreactor DHS tipo cubo en el experimento 1.

• La mayor reducción de coliformes fecales de 99.997 ± 0.000% se obtuvo en elexperimento 1. Una menor eficiencia de eliminación de 99.919 ± 0.117% selogró en el experimento 2. El experimento 3 mostró la reducción más baja decoliformes fecales, a saber. 92.121 ± 6.210%.

• A pesar del HRT relativamente largo de 2.49 horas, el reactor DHS de tipocortina mostró la remoción de coliformes fecales promedio más baja (1.25log10) en comparación con la configuración de tipo cubo con (3.42 log10) ysin recirculación (4.74 log10).

• La baja eficiencia de reducción de coliformes termotolerantes podría debersea una porosidad mucho menor posiblemente causada por zonas muertas ycortocircuitos en comparación con los experimentos 1 y 2.

Conclusiones



• Los cortocircuitos podrían atribuirse a la configuración experimental y debeinvestigarse más a fondo. Los resultados indican que es necesario analizar ladistribución del flujo en los reactores DHS estudiados.

• La porosidad del medio caracteriza los sitios de adsorción disponibles delmaterial portador según lo informado previamente por (Tawfik et al., 2010;Tawfik et al., 2011).

• Una baja porosidad implica baja adsorción de biomasa. También implica bajastasas de conversión de sustrato debido al contacto no optimizado entre loscontaminantes de las aguas residuales y la baja cantidad de biomasa.

• Una baja porosidad conducirá a un bajo rendimiento de biomasa y una bajacapacidad de conversión de sustrato. La porosidad de la esponja puedeafectar el tipo de biomasa, la velocidad de carga hidráulica permisible y elgrado de obstrucción del área superficial del material portador. Laobstrucción de la superficie de la esponja podría provocar zonas muertasdurante el proceso de filtración, ya que no crecerá biomasa en las áreasinteriores de la esponja (Tawfik et al., 2011).

TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALESMEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADASEN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508

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