Estudio preliminar para el tratamiento de lixiviados en un reactor de lodos activados
Autor: Rivera Ocampo, Nora Ximena
Asesor: Marín Arias, Jorge Eliecer (Thesis advisor)
Fecha: 2003-08
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: El documento que aquí se presenta forma parte de una investigación acerca del tratamiento de lixiviados generados en el relleno sanitario “La Esmeralda” en el cual se disponen los residuos sólidos de la ciudad de Manizales y de otros municipios. En esta investigación se está realizando un estudio de tratabilidad del lixiviado, empleando varios procesos fisicoquímicos y biológicos, mediante el cual se busca la mejor opción para la reducción de la carga contaminante del agua residual. El presente trabajo se realizó a escala de banco, en un reactor de mezcla completa bajo el concepto de lodos activados, en el cual se hizo un seguimiento al comportamiento del reactor y a varios parámetros que permitieron determinar los niveles de remoción de carga orgánica, color y turbiedad, el comportamiento del lodo y los posibles problemas operacionales que podrían presentarse a escala real. El sistema de lodos activados presento remociones en DBO5 del 52.57% trabajando con una carga orgánica de 0.48 Kg DBO5 / Kg SST*d (1.46 Kg DBO5/ Kg VSS*d); además se observo una lenta sedimentación en el desarrollo del proceso. / Abstract: This document is just a part of a research about leachate treatment from the sanitary landill “La Esmeralda”, where urban solid wastes from Manizales (Caldas) and others municipalities are disposed In this research several physical-chemistry and biological treatment process are being tested, in order to find the best combination for the leachate pollution reduction. The present work presents the results of a bench-scale activated sludge reactor. Reactor performance related to color, turbidity organic matter reduction, sludge evolution and possible operational problems were investigated. The activated sludge system showed a 52.57% removal of BOD5 working at 0.48 Kg BOD5/ Kg VSS*d (1.46 Kg BOD5/ Kg VSS*d) very poor seditmentability was found sluge.

ESTUDIO PRELIMINAR PARA EL TRATAMIENTO DE
LIXIVIADOS EN UN REACTOR DE LODOS ACTIVADOS
NORMA CONSTANZA VALENCIA ÁNGEL
NORA XIMENA RIVERA OCAMPOESTUDIO PRELIMINAR PARA EL TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS EN UN
REACTOR DE LODOS ACTIVADOS
NORA XIMENA RIVERA OCAMPO
NORMA CONSTANZA VALENCIA ÁNGEL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
AGOSTO DEL 2003TRABAJO FINAL
ESTUDIO PRELIMINAR PARA EL TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS EN UN
REACTOR DE LODOS ACTIVADOS
NORA XIMENA RIVERA OCAMPO Cod. 396539
NORMA CONSTANZA VALENCIA ANGEL Cod. 397060
Modalidad
PARTICIPACIÓN EN PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
Dentro del programa de investigación del grupo de ingeniería ambiental para el
tratamiento de lixiviado del relleno sanitario “La Esmeralda” de Manizales
DIRECTOR:
Ingeniero Químico JORGE ELIÉCER MARÍN A.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
AGOSTO DEL 2003DEDICATORIA
A todos aquellos
que de una u otra manera
hicieron posible este sueño,
a Dios , a mis padres
y hermanos
gracias
N.C
A mi familia,
En especial a mis padres,
y a los verdaderos
compañeros
y amigos
gracias
N.XCONTENIDO
AGRADECIMIENTOS
A nuestros familiares quienes siempre fueron un gran apoyo en el desarrollo de
este trabajo
Al grupo de investigación de ingeniería ambiental, conformado en su parte docente
por los ingenieros: Adela Londoño Carvajal, Nelson De Jesús Gonzáles, Gonzalo
Morante y nuestro director Jorge Eliécer Marín; por su valioso aporte en esta
investigación.
A los trabajadores del laboratorio de química de la universidad Nacional de
Colombia, en especial al Ingeniero Adamo Alexander Gutiérrez por su
colaboración.
A los directivos de la empresa metropolitana de aseo los ingenieros Gabriel
Ocampo y Maria Luisa Arbelaez, por brindarnos los elementos necesarios para el
desarrollo de esta investigación.
A los trabajadores de la empresa que de una u otra manera nos brindaron su
ayuda en especial a: Alcides Román y Jorge Arboleda.CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO
1. RESUMEN
2. INTRODUCCIÓN
3. OBJETIVOS 3
3.1 OBJETIVO GENERAL 3
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3
4. MARCO TEÓRICO 4
4.1 ASPECTOS GENERALES 4
4.2 RELLENO SANITARIO “ LA ESMERALDA” 5
4.3 LIXIVIADOS 7
4.4 MANEJO DE LIXIVIADOS EN EL RELLENO SANITARIO LA
ESMERALDA 8
4.5 EL PROCESO DEL LODO ACTIVO 10
4.5.1 Historia 10
4.5.2 Descripción del proceso 11
4.5.3 Operación básica 12
4.5.3.1 Pretratamiento / Ajuste de Aguas Residuales 12
4.5.3.2 Remoción de DBO en un Tanque de aireación. 13
4.5.3.3 Separación sólido líquido en el Tanque de
Sedimentación 13
4.5.3.4 Descarga del exceso de lodos 13CONTENIDO
4.5.4 Microorganismo presentes en el proceso del lodo activo 14
4.5.5 Factores que afectan el proceso de depuración biológica 15
4.5.5.1 Temperatura 15
4.5.5.2 pH 15
4.5.5.3 Actuación recíproca microorganismos-materia orgánica 15
4.5.5.4 Inhibidores 16
4.5.5.5 Cantidad mínima de nutrientes 16
4.5.6 Parámetros de diseño de lodos activos 16
4.5.6.1 Factores de carga 16
4.5.6.2 Concentración de lodos activos 17
4.5.6.3 Consumo de oxígeno 17
4.5.6.4 Crecimiento bacteriano 18
4.5.7 Clasificación de los procesos de lodos activados 19
4.5.7.1 Flujo en pistón (convencional) de lodos activos 19
4.5.7.2 Aireación en pasos de lodo activo 20
4.5.7.3 Mezcla completa 20
4.5.7.4 Estabilización por contacto 21
4.5.7.5 Lodo activo con selector 22
4.5.8 Principales problemas del sistema de lodos activados 23
4.5.8.1 Hinchamiento del lodo (bulking) 24
4.5.8.2 Desfloculación 24
4.5.8.3 Flóculos punta de alfiler 24
4.5.8.4 Lodo ascendente 25
4.5.8.5 Formación de espuma espesa 25
4.5.9 Parámetros de control del proceso 25
4.5.9.1 Concentración de los lodos 25
4.5.9.2 Edad de los lodos 25
4.5.9.3 Carga orgánica másica 26
4.5.9.4 Carga orgánica volumétrica 27
4.5.9.5 Tiempo de retención hidráulico 27CONTENIDO
4.5.10 Estado estable 28
4.5.11 Ventajas y desventajas del sistema de lodos activos 28
4.5.11.1 Ventajas 28
4.5.11.2 Desventajas 28
5. MATERIALES Y MÉTODOS 30
5.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO 30
5.1.1 Reactor 30
5.1.2 Aireación 31
5.1.3 Compresor 31
5.1.4 Suministro de lixiviado crudo 32
5.1.5 Tanques de alimentación de lixiviado crudo 32
5.1.6 Tanque de recolección de lixiviado tratado 32
5.2 DISPOSICIÓN GENERAL DEL MONTAJE 33
6. OPERACIÓN DEL REACTOR PILOTO DE LODOS ACTIVADOS 34
6.1 INOCULACIÓN DEL REACTOR 34
6.2 ACLIMATACIÓN DEL REACTOR 34
6.3 VERIFICACIÓN DE NUTRIENTES 35
6.4 ANÁLISIS DE LABORATORIO REALIZADOS PARA LA
CARACTERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS 36
6.5 CARACTERIZACIÓN DEL LIXIVIADO Y DEL LICOR MEZCLA
FINALIZADA LA ACLIMATACIÓN DEL REACTOR. 38
6.6 ALIMENTACIÓN DEL REACTOR 39
6.6.1 Variación de la carga orgánica 37
6.7 RECIRCULACIÓN DE LODOS 41
6.8 PURGA DE LODOS 41
6.9 CONTROL DE OXIGENO DISUELTO 42
6.10 ESTADO ESTABLE 42
6.11 CRECIMIENTO Y CARACTERÍSTICAS DE LODO 43CONTENIDO
6.12 POSIBLES INHIBICIONES DEL SISTEMA 43
7. OBTENCIÓN Y TRATAMIENTO DE RESULTADOS 45
7.1 VARIACIÓN DEL pH DURANTE EL PROCESO 45
7.2 VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DURANTE EL PROCESO 46
7.3 VARIACIÓN DEL COLOR DURANTE EL PROCESO 47
7.4 VARIACIÓN DE LA TURBIEDAD DURANTE EL PROCESO 48
7.5 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES DURANTE EL
PROCESO 49
7.6 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES
DURANTE EL PROCESO 50
7.7 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES
DURANTE EL PROCESO 51
7.8 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS FIJOS DURANTE
EL PROCESO 52
7.9 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SEDIMENTABLES DURANTE EL
PROCESO 53
7.10 VARIACIÓN DE LA DQO DURANTE EL PROCESO 54
7.11 VARIACIÓN DE LA DBO DURANTE EL PROCESO 55
7.12 VARIACIÓN DEL pH Y LA TEMPERATURA EN EL LICOR
MEZCLA 56
7.13 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS EN EL LICOR MEZCLA
DURANTE EL PROCESO 57
7.14 VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DBO /DQO 58
5
8. ESTADO ESTABLE 60
8.1 ESTADO ESTABLE 1 60
8.2 ESTADO ESTABLE 2 67CONTENIDO
9. COMPARACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN EL REACTOR DE
LODOS ACTIVADOS CON LOS QUE SE OBTIENEN EN LA PLANTA
DE TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO 72
CONCLUSIONES 75
RECOMENDACIONES 79
BIBLIOGRAFÍA 80
ANEXOS 83
ANEXO A. RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS EN EL
ESTUDIO DE TRATABILIDAD PARA CADA CARGA ORGÁNICA
ANEXO B. VISTAS DEL SISTEMA DE INSTALACIÓN DEL REACTOR DE
LODOS ACTIVADOSCONTENIDO
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Tendencia mundial para el tratamiento y disposición final
de los desechos sólidos 4
Tabla 2. Características fisicoquímicas típicas de un lixiviado generado
en un relleno de residuos sólidos urbanos 8
Tabla 3. valores típicos para Carga orgánica másica y Carga
volumétrica 17
Tabla 4. Seguimiento de temperatura y pH para el licor mezcla durante la
aclimatación del reactor. 34
Tabla 5. Análisis de laboratorio realizados para la caracterización de las
Muestras 37
Tabla 6. Caracterización del lixiviado y del licor mezcla, finalizada la
aclimatación del reactor 38
Tabla 7. Parámetros para determinar carga orgánica másica. 40
Tabla 8. Carga orgánica expresada en diferentes unidades. 40
Tabla 9. Concentración mínima de algunos metales en el proceso de lodo
activado comparada con las concentraciones encontradas en el
lixiviado. 44
Tabla 10. Variación del pH durante el proceso 45
Tabla 11. Variación de la temperatura durante el proceso 46
Tabla 12. Variación del color durante el proceso 47
Tabla 13. Variación de la turbiedad durante el proceso. 48
Tabla 14. Variación de los sólidos totales durante el proceso. 49
Tabla 15. Variación de los sólidos suspendidos totales duranteCONTENIDO
el proceso. 50
Tabla 16. Variación de los sólidos suspendidos volátiles durante
el proceso. 51
Tabla 17 Variación de los sólidos suspendidos fijos durante
el proceso. 52
Tabla 18 Variación de los sólidos sedimentables durante el proceso. 53
Tabla 19 Variación de la DQO durante el proceso. 54
Tabla 20 Variación de la DBO durante el proceso. 55
Tabla 21 Variación del pH y la temperatura en el licor mezcla 56
Tabla 22 Variación de los sólidos en el licor mezcla 57
Tabla 23 Variación de la relación DBO /DQO 58
5
Tabla 24 Estado estable :Mayo 5/2003, 60
Tabla 25. Estado estable : Mayo 6/2003 61
Tabla 26. Estado estable. Mayo 7/2003 61
Tabla 27. Estado estable. Mayo 8/2003 62
Tabla 28. Estado estable. Mayo 9/2003 62
Tabla 29. Remoción de DQO 63
Tabla 30. Remoción de DBO durante el estado estable 64
Tabla 31. Remoción de color durante el estado estable 65
Tabla 32. Remoción de turbiedad durante el estado estable 66
Tabla 33. Estado estable. Mayo 12/2003 67
Tabla 34. Estado estable Mayo 13/2003 68
Tabla 35. Estado estable. Mayo 14/2003 68
Tabla 36. Estado estable. Mayo 15/2003 69
Tabla 37. Estado estable . Mayo 16/2003 69
Tabla 38. Remoción de DQO durante el estado estable 70
Tabla 39. Remoción de DBO durante el estado estable 71
5
Tabla 40. Variación de los sólidos en el licor mezcla 71
Tabla 41. Caracterización planta de tratamiento de lixiviados,
abril 30/2003 72CONTENIDO
Tabla 42. Caracterización reactor de lodos activados, abril 30/2003 73
Tabla 43. Comparación de las remociones obtenidas por la planta de
tratamiento de lixiviados y el reactor de lodos activados 74CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Proceso del lodo activado 11
Figura 2. Crecimiento bacteriano 18
Figura 3. diagrama del proceso Flujo en pistón (Convencional) de
lodo activo 19
Figura 4. diagrama del proceso de aireación en pasos de lodo activo. 20
Figura 5. Diagrama del proceso de mezcla completa. 21
Figura 6. Diagrama del proceso de estabilización por contacto 22
Figura 7. Diagrama del proceso de lodo activo con selector 22
Figura 8. Esquema del reactor de lodos activos 30
Figura 9. Disposición general del montaje 33
Figura 10. Oxigeno disuelto en el reactor de lodos activados 41CONTENIDO
LISTA DE GRAFICAS
Gráfico 1. Variación del pH durante el proceso 45
Gráfico 2. Variación de la temperatura durante el proceso 46
Gráfico 3. Variación del color durante el proceso 47
Gráfico 4. Variación de la turbiedad durante el proceso 48
Gráfico 5. Variación de los sólidos totales durante el proceso. 49
Gráfico 6. Variación de los sólidos suspendidos totales durante
el proceso. 50
Gráfico 7. Variación de los sólidos suspendidos volátiles durante
el proceso. 51
Gráfico 8. Variación de los sólidos suspendidos fijos durante
el proceso. 52
Gráfico 9. Variación de los sólidos sedimentables durante
el proceso. 53
Gráfico 10. Variación de la DQO durante el proceso. 54
Gráfico 11. Variación de la DBO durante el proceso. 55
Gráfico 12. Variación del pH y la temperatura en el licor mezcla 56
Gráfico 13. Variación de los sólidos en el licor mezcla 57
Gráfico 14. Variación de la relación DBO /DQO 59
5
Gráfico 15. Valores de DQO durante el estado estable. 63
Gráfico 16. Remoción de DQO durante el estado estable. 63
Gráfico 17. Valores de DBO durante el estado estable. 64
Gráfico 18. Remoción de DBO durante el estado estable. 64
Gráfico 19. Valores de color durante el estado estable. 65CONTENIDO
Gráfico 20. Remoción de color durante el estado estable. 65
Gráfico 21. Valores de turbiedad durante el estado estable. 66
Gráfico 22. Remoción de color durante el estado estable. 66
Gráfico 23. Valores de DQO durante el estado estable. 70
Gráfico 24. Remoción de DQO durante el estado estable. 70
Gráfico 25. Variación de los sólidos en el licor mezcla 71
Grafico 26. Comparación de las remociones obtenidas por la planta
de tratamiento de lixiviados y el reactor de lodos activados. 72CONTENIDO
1.RESUMEN
El documento que aquí se presenta forma parte de una investigación acerca del
tratamiento de lixiviados generados en el relleno sanitario “La Esmeralda” en el
cual se disponen los residuos sólidos de la ciudad de Manizales y de otros
municipios. En esta investigación se está realizando un estudio de tratabilidad del
lixiviado, empleando varios procesos fisicoquímicos y biológicos, mediante el cual
se busca la mejor opción para la reducción de la carga contaminante del agua
residual.
El presente trabajo se realizó a escala de banco, en un reactor de mezcla
completa bajo el concepto de lodos activados, en el cual se hizo un seguimiento al
comportamiento del reactor y a varios parámetros que permitieron determinar los
niveles de remoción de carga orgánica, color y turbiedad, el comportamiento del
lodo y los posibles problemas operacionales que podrían presentarse a escala
real.
El sistema de lodos activados presento remociones en DBO del 52.57%
5
trabajando con una carga orgánica de 0.48 Kg DBO / Kg SST*d (1.46 Kg DBO /
5 5
Kg VSS*d); además se observo una lenta sedimentación en el desarrollo del
proceso.CONTENIDO
ABSTRACT
This document is just a part of a research about leachate treatment from the
sanitary landill “La Esmeralda”, where urban solid wastes from Manizales
(Caldas) and others municipalities are disposed
In this research several physical-chemistry and biological treatment process are
being tested, in order to find the best combination for the leachate pollution
reduction.
The present work presents the results of a bench-scale activated sludge reactor.
Reactor performance related to color, turbidity organic matter reduction, sludge
evolution and possible operational problems were investigated.
The activated sludge system showed a 52.57% removal of BOD working at 0.48
5
Kg BOD / Kg VSS*d (1.46 Kg BOD / Kg VSS*d) very poor seditmentability was
5 5
found sluge.CONTENIDO
2. INTRODUCCIÓN
El control de la contaminación ocasionada por los desechos sólidos urbanos es
una necesidad ambiental que requiere una evaluación por parte de las autoridades
ambientales y un manejo adecuado por parte de las empresas encargadas.
Una de las acciones de mayor impacto positivo a nivel de salud pública y
protección de las corrientes de agua en el departamento de Caldas fue la
construcción del relleno sanitario “La Esmeralda”, en el cual se disponen las
basuras urbanas de la ciudad de Manizales y de varios municipios aledaños. Sin
embargo, el problema de la gestión de residuos sólidos no termina con su
almacenamiento en rellenos sanitarios controlados. La transformación de la
materia orgánica junto con las infiltraciones de aguas lluvias que disuelven y
arrastran a su paso elementos nocivos, generan aguas residuales con alto grado
de contaminación (lixiviados); principalmente por sus elevadas cargas orgánicas
representadas en parámetros de DQO, DBO, SST y Nitrógeno total; además,
dentro de la composición química de los lixiviados suele encontrarse
concentraciones de productos tóxicos como metales pesados y compuestos
organoclorados, entre otros. Por esto los lixiviados no pueden ser vertidos a un
cuerpo de agua sin una previa adecuación, de forma que el resultado final sea
compatible con las actuales normas ambientales.
Una de las soluciones planteadas es el envió de los lixiviados a un sistema de
lodos activados, proceso en el que microorganismos realizan la transformación de
compuestos orgánicos, ya que esencialmente todas las sustancias químicasCONTENIDO
orgánicas se degradan si se establecen, mantienen y controlan las poblaciones
microbianas apropiadas. Esta tecnología de tratamiento es de bajo costo frente a
los métodos físico-químicos; ya que las reacciones de degradación se producen a
velocidades rápidas a temperatura ambiente; por lo tanto los costos energéticos
son relativamente bajos. Además, las reacciones microbiológicas en los procesos
aerobios son 10 veces más rápidas que en los procesos anaerobios.
En el presente trabajo se realizó un análisis del proceso de lodos activados
aplicado al tratamiento de los lixiviados generados por la disposición de las
basuras en el relleno sanitario “La Esmeralda” de Manizales.CONTENIDO 3
3.OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la viabilidad técnica del tratamiento de los lixiviados del relleno
sanitario “La Esmeralda” en un reactor de lodos activados.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Realizar un seguimiento sistemático a un reactor de lodos activados
tipo banco, para el tratamiento de los lixiviados provenientes del
relleno sanitario “La Esmeralda”.
2. Evaluar el comportamiento del reactor de lodos activados para el
tratamiento de los lixiviados provenientes del relleno sanitario “La
Esmeralda”
3. Obtener información básica para futuros estudios de tratabilidad.CONTENIDO 4
4. MARCO TEÓRICO
4.1. ASPECTOS GENERALES
La disposición final de los desechos sólidos en forma segura y confiable a largo
plazo, es el componente más importante de la gestión integral de los residuos.
Históricamente, los rellenos sanitarios han constituido el método más económico y
ambientalmente más aceptable para la disposición final de los desechos sólidos
en todo el mundo. En la siguiente tabla se puede apreciar la tendencia mundial en
lo que respecta al tratamiento y disposición final de los desechos sólidos.
Tabla 1. Tendencia mundial para el tratamiento y disposición final de los
desechos sólidos
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN FINAL (%)
PAÍS / REGIÓN RELLENOS INCINERACIÓN COMPOSTAJE
SANITARIOS
ESTADOS UNIDOS 80 19 < 1
JAPÓN 30 68 2
ALEMANIA 70 27 3
FRANCIA 51 40 9
SUIZA 20 80 0
SUECIA 40 55 5
ESPAÑA 80 15 5
LATINOAMÉRICA 98 <1 < 1
FUENTE: diagnostico del manejo de los residuos sólidos municipales en Latinoamérica y el
Caribe. OPS-OMS-CEPIS. Sep 1998CONTENIDO 5
En Colombia no existe un manejo integral de residuos, el país tiene 40 millones de
habitantes y produce cada día en sus centros urbanos 26.000 toneladas de
desperdicios, cerca de 700 municipios de un total de 1.092, emplean basureros en
cielo abierto o entierran los residuos en forma incontrolada, lo cual causa graves
problemas sanitarios y ambientales. (17)
4.2. RELLENO SANITARIO “ LA ESMERALDA”
En 1988 la administración de las entonces Empresas Públicas de Manizales se dio
a la tarea de solucionar el problema de la disposición de las basuras de la ciudad
que venían siendo dispuestas desde principios del siglo en las orillas de la
quebrada Olivares. Para esto se contrato el servicio de dos firmas, Ingenieros
Químicos y Civiles y la Compañía Colombiana de Consultores, entidades que
efectuaron la escogencia del sitio y posterior diseño del relleno sanitario ‘La
Esmeralda’.
A principios de 1991 se procedió a realizar las obras de infraestructura necesarias,
las cuales se terminaron en mayo del mismo año, fecha en la cual se empezó a
operar el sitio de disposición final con el 50% de la basura de la ciudad de
Manizales.
Desde 1995 la empresa Metropolitana de Aseo S.A. E.S.P –EMAS, se encargo
del servicio público domiciliario de aseo en Manizales, pero solo desde 1997 se
dispone el 100% de las basuras de la ciudad y de otros municipios en el relleno
sanitario “La Esmeralda”
A continuación se dan algunos datos de interés acerca del relleno sanitario ‘ La
Esmeralda’ y su operación:
• LOCALIZACIÓN: al norte de la ciudad de Manizales en el Km. 2 vía al
municipio de Neira.
• ÁREA: 54 hectáreas
• VIDA ÚTIL: hasta el año 2016CONTENIDO 6
• HORARIO DE OPERACIÓN: 24 horas al día, los siete días de la
semana.
• CANTIDAD DE DESECHOS QUE INGRESAN: aproximadamente 380
toneladas por día.
• MUNICIPIOS ATENDIDOS: Manizales, Chinchiná, Palestina, Risaralda,
Belalcázar, Anserma, Marmato, Supía, Villamaría, Neira, Aranzazu,
Salamina, Filadelfia, La Merced, San Félix y algo de Santa Rosa de
Cabal.
• TERRAZAS: de 5 m de altura.
• COMPACTACIÓN: hasta alcanzar una densidad de campo de 1 Ton/m3
• MANEJO DE LIXIVIADO: planta de tratamiento por proceso físico
químico.
• DESTINO FUTURO: el destino final del relleno sanitario ‘La Esmeralda’,
es un gran parque en el cual estarán sembrados 10000 árboles en su
mayoría de flores y un guadual de 20000 m2
Fotografía 1. Localización del relleno sanitario “La Esmeralda”
RELLENO SANITARIO
ZONA NORTE DE VÍA MANIZALES-NEIRA “LA ESMERALDA”
MANIZALESCONTENIDO 7
4.3. LIXIVIADOS
Los lixiviados son productos líquidos resultantes de la estabilización de los
residuos sólidos. Puede decirse que los lixiviados son una mezcla de la infiltración
directa de las precipitaciones con las sustancias resultantes de la descomposición
anaeróbica de las basuras, como también con cualquier otro líquido que escurra
como resultado de la consolidación de los residuos del relleno.
Los lixiviados de los rellenos sanitarios se encuentran catalogados como uno de
los principales riesgos ambientales debido a su alta carga contaminante
representada principalmente en DBO y DQO.
5
De acuerdo con la calidad del lixiviado que se genera en el relleno sanitario La
Esmeralda (DBO =4000 y DQO =11000), es posible establecer
PROMEDIO PROMEDIO
una relación con el agua residual domestica, ARD (DBO =200 y
PROMEDIO
DQO =500 ) así:
PROMEDIO
DBO / DBO = 20
LIXIVIADO ARD
DQO / DQO = 22
LIXIVIADO ARD
Es de anotar que la literatura no tiene reportes precisos sobre tratamientos
aplicables a lixiviados, debido fundamentalmente a la variación de las
características del lixiviado con el tiempo y con el tipo de residuo que se deposita
en el relleno. Sin embargo con muchas investigaciones se ha obtenido una
caracterización fisicoquímica típica de un lixiviado según la edad del relleno
sanitario la cual se muestra a continuación.CONTENIDO 8
Tabla 2. Características fisicoquímicas típicas de un lixiviado generado en un
relleno de residuos sólidos urbanos.
EDAD DEL RELLENO NUEVO < NUEVO < 2 > 10 años
2años años
PARÁMETRO RANGO VALOR TÍPICO RANGO TÍPICO
DQO (mg O /L) 3,000-60,000 18,000 100-500
2
DBO (mg O /L) 2,000-30,000 10,000 100-200
5 2
SST (mg/L) 200-2,000 500 100-400
Nitrógeno total (mg N/L) 20-1,500 400 100-200
Fósforo total mg/Lde P) 5-100 30 5-10
Alcalinidad (mgCaCO /L) 1,000-10,000 3,000 200-1,000
3
Hierro (mg Fe/L) 50-1.200 60 20-200
Plomo (mg Pb/L) 1-10 2 0.01-0.5
Zinc (mg Zn/L) 25-250 50 0.1-1.0
pH (unidades) 5-8 6 6.6-7.5
FUENTE: GLYNN & HEINKE, “ Environmental science and engineering”.
4.4. MANEJO DE LIXIVIADOS EN EL RELLENO SANITARIO LA
ESMERALDA
Para los rellenos sanitarios de un núcleo urbano un aspecto de vital importancia
corresponde al manejo de los lixiviados. Desde que el relleno sanitario ‘La
Esmeralda’ Comenzó su funcionamiento se han buscado diferentes alternativas
para el manejo apropiado de los lixiviados que se generan continuamente.CONTENIDO 9
Inicialmente el liquido se llevaba por canales a la quebrada Olivares sin ningún
tratamiento previo, pero basados en las necesidades ambientales se buscó una
alternativa que disminuyera el impacto ambiental; Para ello se hizo una
canalización en filtros perimetrales que recogían el lixiviado y lo llevaban a 3
tanques de donde era recirculado al relleno con la ayuda de una motobomba. En
este método se mitiga el impacto por medio de atenuación natural y
evapotranspiración potencial. En el año de 1998 se contaba con 2 estaciones de
recirculación de lixiviado.
Sin embargo, ante la necesidad de modernizar y tecnificar el tratamiento del
lixiviado se pensó en el diseño y construcción de una planta que contara con un
tratamiento físico químico de coagulación- floculación- sedimentación; ésta fue
construida a mediados del mes de junio del 2000 y en el mes de septiembre se
puso en funcionamiento y se suspendió completamente el proceso de
recirculación de lixiviado (5).La planta en su diseño inicial constaba de un resalto
para mezcla, un tanque floculador de tres compartimentos y un tanque
sedimentador; pero a partir de una evaluación realizada se detectaron deficiencias
en el sedimentador, ya que presentaba un tiempo de residencia muy corto para las
condiciones del floc, y problemas de carácter hidráulico. En vista de lo anterior, y
gracias a los ensayos realizados, se efectuó el diseño de un nuevo sedimentador
construido durante el mes de junio del 2001.Los lixiviados entran a la planta por
una canal que tiene un vertedero triangular, y en ese mismo canal se realiza la
mezcla rápida de coagulante en un resalto hidráulico. Los lodos producidos son
bombeados a los lechos de secado ubicados en la parte superior de la planta.
Actualmente los lixiviados siguen siendo tratados en esta planta, pero
paralelamente se realizan estudios para implementar tratamientos biológicos que
permitan aumentar la remoción de la carga orgánica que contienen los
lixiviados.(4)CONTENIDO 10
4.5. EL PROCESO DEL LODO ACTIVO
4.5.1. Historia
El sistema de tratamiento de las aguas residuales mediante lodos activados, nació
en 1882 con los primeros ensayos de aireación de efluentes (1), pero no fue
realmente conocido hasta 1914, 32 años después, por medio de un articulo
publicado en el Journal of Chemical Industry de Inglaterra, por E. Ardern y W. T.
Lockett. Ellos observaron que la aireación de las aguas residuales conducía a la
formación de flóculos de partículas en suspensión; descubrieron, que el tiempo
para eliminar contaminantes orgánicos se reducía de días a horas cuando estos
flóculos de partículas se hacían permanecer en el sistema. Se refirieron a las
partículas en suspensión, más específicamente al lodo que resultaba de la
recogida de las partículas del tanque de sedimentación, como “activo” y así nació
el proceso de lodo activo. Hacia 1917 la Manchester Corporatión puso en
funcionamiento una planta continua para 946 m3/d y el mismo año Houston,
Texas, completó la construcción de una planta de 38,000 m3/d. Enseguida muchas
otras plantas fueron construidas en Inglaterra y los Estados Unidos (Sawyer,
1965).(1)
Es interesante tener en cuenta que la aplicación satisfactoria del proceso ocurrió
incluso aunque faltaba la comprensión de cómo funcionaba el proceso realmente.
Al comienzo la literatura contenía muchos artículos que incluían debates sobre si
la eliminación que se obtenía era física o biológica. Hacia 1930 la evidencia a
favor del proceso biológico fue suficientemente convincente. Sin embargo, no se
disponía todavía de una teoría adecuada sobre los factores que afectaban las
tasas de eliminación. Los tamaños de los tanques de aireación se escogían con
base a la experiencia de otros sitios y usando parámetros de regla empírica, tales
como el tiempo de detención del liquido o carga equivalente de población porCONTENIDO 11
unidad de volumen del reactor. Estas estrategias empíricas dieron resultado
generalmente en tratamiento de aguas residuales municipales, lo bastante
parecidas en todas partes en características de flujo y de concentración de materia
orgánica. Sin embargo, a menudo surgían problemas al tratar aguas residuales
con características particulares. Evolucionaron diversas modificaciones del
proceso, generalmente a base de tanteos. Finalmente en las décadas de 1950 y
1960 se desarrolló una teoría de funcionamiento suficiente como para que se
consiguieran diseños racionales basados en las características de las aguas
residuales a tratar (8).
4.5.2 Descripción del proceso
El proceso de lodos activados recibió este nombre porque involucra la producción
de una masa activa de microorganismos capaces de estabilizar de manera aerobia
un desecho. Hoy en día se utilizan muchas versiones del proceso original, pero en
lo fundamental todas ellas son similares. Las configuraciones más comunes son:
el flujo de pistón y los procesos de mezcla completa.
El proceso del lodo activo consiste en un reactor llamado Tanque de aireación, un
tanque de sedimentación, reciclado de sólidos al tanque de aireación procedente
del tanque de sedimentación y una línea de purga del lodo, como se muestra en el
siguiente diagrama:
Figura 1. Proceso del lodo activado
SEDIMENTADOR
T A N Q U E D E
AIREACIÓN
AFLUENTE EFLUENTE
RECIRCULACIÓN DE LODO
PURGA DE LODOCONTENIDO 12
El tanque de aireación es un reactor de crecimiento en suspensión, que contiene
conjuntos microbianos o flóculos de microorganismos denominados lodo activo;
allí se mezclan los organismos y las aguas residuales con gran cantidad de aire.
Bajo estas condiciones los organismos oxidan una parte del desecho orgánico a
dióxido de carbono y agua, para obtener energía y sintetizan la otra parte en forma
de células microbianas nuevas utilizando la energía obtenida de la oxidación.
Luego la mezcla entra en el tanque de sedimentación, donde los microorganismos
floculantes se asientan y son removidos de la corriente efluente. Los
microorganismos sedimentados, o el lodo activado, se recirculan hacía el inicio del
tanque de aireación para mezclarlos de nuevo con el agua residual. En este
proceso se producen en forma continua lodos activados nuevos, de cuyo exceso
es necesario deshacerse (lodos activados de desecho).
El efluente proveniente de una planta de lodos activados adecuadamente
diseñada y operada es de alta calidad; en general con concentraciones de DBO y
5
SST iguales o menores a 10 mg/L cuando se tratan aguas residuales domesticas
(1).
4.5.3 Operación básica
4.5.3.1 Pretratamiento / Ajuste de Aguas Residuales
En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes del
tratamiento biológico, para evitar la inhibición o problemas operacionales. Por
ejemplo:
• Sustancias dañinas a la activación microbiana.
• Gran cantidad de sólidos
• Aguas residuales con valores anormales de pHCONTENIDO 13
4.5.3.2 Remoción de DBO en un Tanque de aireación.
Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque
de sedimentador final es aireado hasta obtener 2 mg/L de oxígeno disuelto como
mínimo; en este proceso una parte de materia orgánica contenida en el efluente es
mineralizada y gasificada y la otra parte es utilizada para formación de nuevas
bacterias.
4.5.3.3. Separación sólido líquido en el Tanque de Sedimentación
Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del
tanque de aireación, este proceso se realiza en el tanque de sedimentación,
concentrándolos por gravedad. El objetivo de este proceso es:
• Conseguir un efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos
• Asegurar el lodo de retorno.
4.5.3.4 Descarga del exceso de lodos
Con la finalidad de mantener la concentración de los lodos activados en el licor
mezclado una parte de los lodos son eliminados del sistema y llevados a lechos de
secado para posteriormente disponer el lodo seco como residuo sólido. (5)
Un aspecto relacionado con la separación de lodos es el concerniente a los
flóculos biológicos de los lodos activados. Estos están compuestos de bacterias
heterotróficas y autotróficas y son el elemento principal para la purificación, tienen
dos importantes características en el proceso:
• Eficiente remoción de materia orgánica.
• Eficiente separación de sólidos.CONTENIDO 14
4.5.4 Microorganismos presentes en el proceso del lodo activo
Los flóculos de lodo activado contienen partículas orgánicas, inorgánicas y
principalmente bacterias. Las células vivas del flóculo representan entre el 5 y el
20% del total de bacterias. Los microorganismos presentes en los flóculos son
bacterias, hongos, protozoos y rotíferos.
Bacterias: constituyen el principal componente. Los géneros principales son
Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus, Achromobacter,
Corynebacterium y Acinetobacter; también hay formas filamentosas como
Beggiatoa. Estas bacterias oxidan la materia orgánica y producen polisacáridos
y otros polímeros extracelulares que facilitan la floculación. Los
microorganismos aerobios representan una fracción importante cuyo número
varía inversamente al tamaño del floculo puesto que la difusión de oxigeno al
interior se va viendo dificultada. En los flóculos de gran tamaño el interior es
anaerobio y permite el crecimiento de anaerobios estrictos (tales como
metanógenos) que han sobrevivido a fases de mayor aerobiosis en pequeñas
bolsas anaerobias internas en flóculos de menor tamaño.
Entre las bacterias encontradas en el sistema de lodos activos el grupo
numéricamente más importante es el de Pseudomas, también hay bacterias
autótrofas tales como las nitrificantes Nitrosomonas y Nitrobacter e incluso
algunas bacterias fotosintéticas.
Hongos: Normalmente no están presentes. Sólo en condiciones ambientales
muy especiales (bajo pH, deficiencia de nitrógeno, presencia de productos
tóxicos) pueden aparecer ciertos hongos de los géneros Penicillium y
Cephalosporium, entre otros.CONTENIDO 15
Protozoos: Están presentes como depredadores de las bacterias. Pertenecen
a los tres grupos (ciliados, flagelados y rizópodos). La actividad de los
protozoos contribuye significativamente a la reducción de la DBO.
Rotíferos: Son organismos que se unen al flóculo y desarrollan dos
importantes funciones en él: (a) eliminan las bacterias libres que no se han
agregado al floculo, y (b) contribuyen a la formación del flóculo mediante la
producción de materia fecal rodeada de capas de mucus.(15)
4.5.5 Factores que afectan el proceso de depuración biológica
.
4.5.5.1 Temperatura
El efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática es doble. Como en
muchas reacciones químicas, la velocidad de reacción se incrementa con la
elevación de la temperatura, pero por otra parte, la elevación de
temperatura hace a las enzimas menos estables. Es decir, la depuración
biológica se desarrolla de forma adecuada entre los límites de temperatura
12°C y 38°C (zona mesofílica).
4.5.5.2 pH
Las enzimas son activas en un rango determinado de pH que normalmente
no puede ser muy alejado de pH =7.
4.5.5.3 Actuación recíproca microorganismos- materia orgánica
Es necesario poner en contacto los microorganismos y la materia orgánica,
buscando una homogenización adecuada; puesto que el microorganismo es
un elemento pequeño, en condiciones óptimas las moléculas orgánicas
deberían tener las dimensiones adecuadas para poder pasar a través de la
membrana de células y bacterias.
En el sistema de lodos activados la materia orgánica se mantiene dentro de
la masa del agua en suspensión y homogenizada por inyección de aire.CONTENIDO 16
4.5.5.4 Inhibidores
Las enzimas son activas en estado coloidal, pudiendo inhibir su actividad las
materias presentes en las aguas en forma de sales insolubles, iones de
metales pesados, reactivos alcaloides, el cloro y sus compuestos. Esta
acción de los inhibidores puede actuar sobre los microorganismos
destruyéndolos o dejándolos en estado latente.
4.5.5.5 Cantidad mínima de nutrientes
El proceso tendrá lugar siempre que el alimento sea suficiente para los
microorganismos que actúan en el proceso como bacterias, protozoos, etc.
La condición adecuada para que un agua residual pueda depurarse, es que
la cantidad de nutrientes sea suficiente, pudiéndose estimar su contenido
por las relaciones (3):
DBO (ppm) 100 DBO (ppm) 100
5 = [1] 5 = [2]
N (ppm) 5 P (ppm) 1
TOTAL TOTAL
4.5.6 Parámetros de diseño de lodos activados
4.5.6.1 Factores de carga
• Carga orgánica másica
Es la relación de kilogramos de DBO introducidos por día en un reactor de
5
activación, a kg de lodo contenidos en dicho reactor biológico.
kg.de.DBO /dia
Cm= 5 [3]
kg.de.lodo
Este parámetro representa la relación existente entre la cantidad de
alimento y el contenido de microorganismos.CONTENIDO 17
• Carga volumétrica
Indica los Kg de DBO introducidos por día y por m3 de reactor de
5
activación, es decir son los kg de DBO por día que pueden ser tratados
5
dependiendo del volumen del reactor.
Los valores típicos para Carga orgánica másica y carga volumétrica se dan a
continuación. (1)
Tabla 3. valores típicos para carga orgánica másica y carga volumétrica
MODIFICACIÓN DEL CARGA ORGÁNICA CARGA
PROCESO DE LODOS MÁSICA VOLUMÉTRICA
ACTIVADOS (Kg DBO / Kg SST *d) (Kg DBO / m3 *d)
5 5
Aireación intensiva 0.05-0.2 0.3
Convencional 0.2-0.5 0.6
Aireación en disminución 0.2-0.5 0.6
Aireación en pasos 0.2-0.5 0.8
Estabilización por contacto 0.2-0.5 1.0
Aireación modificada 0.5-3.5 1.5-6
Aireación de alta carga 0.2-0.5 1.5-3
4.5.6.2 Concentración de lodos activados
Viene dado en g de lodos / m3 de tanque, es decir la cantidad de sólidos
existentes en el reactor por unidad de volumen. Su significado corresponde
a la cantidad de sólidos en suspensión del liquido mezcla (agua bruta + lodo
+ aire).
4.5.6.3 Consumo de oxígeno
Para las reacciones químicas de la materia orgánica y la respiración de los
microorganismos en el proceso biológico se precisa la introducción de
oxigeno, dependiendo de:
a) La DBO del agua que se introduce
5CONTENIDO 18
b) La cantidad de sólidos que hay en el tanque. Es decir al aire necesario
para mantener activos los lodos.
4.5.6.4 Crecimiento bacteriano
El grado de reproducción depende de la concentración del sustrato, de los
nutrientes y de la temperatura.
La curva de crecimiento de las bacterias comprende 4 zonas:
1. De retardo durante la cual los microorganismos se aclimatan al nuevo
medio de vida. Es lento.
2. De crecimiento constante. La célula se divide a velocidad constante. Hay
alimento en exceso y el crecimiento depende del sustrato.
3. Estacionaria. Crecimiento nulo como consecuencia de la constancia de
alimento.
4. De decrecimiento. Al terminarse el alimento y comenzar la escasez aparece
la denominada fase endógena, donde los microorganismos consumen
primero sus propias reservas de protoplasma, y posteriormente unos sirven
de alimento a otros. Estas etapas quedan reflejadas en la siguiente figura,
donde se incorpora una cantidad constante de alimentos y se observa la
evolución de los microorganismos en función del tiempo.(3)
Figura 2. Crecimiento bacteriano
1- ZONA DE ACLIMATACIÓN
2- ZONA DE CRECIMIENTO A VELOCIDAD CONSTANTE
3- ZONA ESTACIONARIA
4- ZONA ENDÓGENA
CRECIMIENTO
BACTERIANO
TIEMPOCONTENIDO 19
4.5.7 Clasificación de los procesos de lodos activados
Muchas modificaciones del proceso base del lodo activo han evolucionado desde
que fue descubierto. Estas modificaciones proceden en gran medida de la larga
historia de esfuerzos de tanteo para solucionar problemas según surgían en el
funcionamiento del lodo activo. Las modificaciones que se utilizan en la actualidad
representan los resultados que se han conservado de las muchas alternativas que
fueron probadas durante años; cada una ofrece alguna ventaja particular para
determinadas circunstancias.(1)
4.5.7.1 Flujo en pistón (Convencional) de lodo activo
El concepto original o convencional del sistema de lodo activo supone tanques
de aireación estrechos en los que el agua residual entra por uno de los
extremos y sale por el opuesto. Con ello se da un considerable carácter de flujo
en pistón. Intuitivamente, el flujo en pistón parece ser la mejor aproximación y
de acuerdo con la teoría cinética debería conseguir la mayor eliminación de
contaminantes dentro del tiempo de tratamiento definido. Además, los
contaminantes en la corriente afluente no atraviesan el sistema sin estar
sometidos a la acción biológica. Sin embargo el sistema de flujo en pistón tiene
sus propias limitaciones, algunas de las cuales conducen a otras
configuraciones.
Figura 3. Diagrama del proceso Flujo en pistón (Convencional) de lodo activo
TANQUE DE AIREACIÓN SEDIMENTADOR
AFLUENTE
EFLUENTE
RECIRCULACIÓN DE LODOCONTENIDO 20
4.5.7.2 Aireación en pasos de lodo activo.
La aireación en pasos también conocida como alimentación en pasos, fue
desarrollada como medio para evitar alguno de los problemas de la
aproximación de flujo en pistón en vista de los problemas que se derivan de
concentraciones elevadas de contaminantes en el extremo final del tanque de
aireación; se evitan concentraciones altas en cualquier punto distribuyendo el
afluente en pasos a lo largo del reactor. La ventaja se observa en los cambios
en la concentración de contaminantes y demanda de oxigeno a lo largo del
reactor. Mientras los parámetros varían a lo largo del tanque de aireación, los
cambios son bastante amortiguados comparados con el sistema de flujo en
pistón.
Figura 4. Diagrama del proceso de aireación en pasos de lodo activo.
AIRE
SEDIMENTADOR
EFLUENTE
TANQUE DE AIREACIÓN
RECIRCULACIÓN DE LODO
4.5.7.3 Mezcla completa
El proceso de tratamiento de lodo activo de mezcla completa o CSTR, con
reciclado y sedimentado, evolucionó en la década de 1950. Dos factores
espolearon el uso de diseños de mezcla completa. Primero, las aguas
residuales industriales se trataban más, aunque con una notable falta de éxito,
utilizando el sistema de flujo en pistón convencional. Esta dificultad se debía a
la elevada concentración de contaminantes en el extremo final del sistema de
flujo en pistón. Un sistema de mezcla completa es la aproximación más
reciente para distribuir uniformemente el agua residual por todo el sistema deCONTENIDO 21
tratamiento. Segundo, la década de 1950 marco el comienzo de modelo de
reactores para procesos biológicos.
En el sistema de mezcla completa la concentración de contaminantes y la
demanda de oxigeno no varían a lo largo del reactor. La concentración de
contaminantes solubles en el efluente es uniforme y baja en todo el reactor.
Un sistema de mezcla completa resulta más favorable para aguas residuales
que contienen sustancias biodegradables que son tóxicas para
microorganismos en concentraciones modestas. La desventaja de este sistema
es que la eficiencia de eliminación de un compuesto orgánico particular no es
tan alta como un sistema de flujo en pistón que funcione bien, donde las
concentraciones altas no son problema.
Figura 5. Diagrama del proceso de mezcla completa.
TANQUE DE AIREACIÓN SEDIMENTADOR
AFLUENTE EFLUENTE
RECIRCULACIÓN DE LODO
4.5.7.4 Estabilización por contacto
En este sistema el agua residual y el lodo activado son mezclados brevemente
(20-30 minutos), tiempo necesario para que los microorganismos adsorban los
contaminantes orgánicos en solución, pero no el necesario para que ellos
asimilen la materia orgánica. El licor mezclado es sedimentado y derivado a
otro tanque de aireación por un periodo de 2 a 3 horas para luego ser
mezclado con el afluente ingresando al primer tanque de aireación.CONTENIDO 22
Figura 6. Diagrama del proceso de estabilización por contacto
TANQUE DE CONTACTO SEDIMENTADOR
AFLUENTE EFLUENTE
TANQUE DE ESTABILIZACIÓN RECIRCULACIÓN DE LODO
4.5.7.5 Lodo activo con selector
El caso más frecuente de fallo en los sistemas de lodo activo es el
hinchamiento (bulking) del lodo, o lodo que no compacta bien en el tanque de
sedimentación. Una de las innovaciones recientes es añadir un tanque selector
antes del reactor aerobio. El lodo activo de retorno entra en contacto con la
corriente residual solo 10 a 30 minutos en condiciones en las que es imposible
la oxidación completa de la DBO. Las reacciones de fermentación convierten
entonces los hidratos de carbono y, quizás, materia proteínica en ácidos
grasos, que no pueden ser oxidados, sino que son almacenados por algunos
microorganismos en forma de glicógeno o ácido polibetahidroxibutirico (PHB).
El almacenamiento de materia proporciona una ventaja ecológica a las
bacterias cuando acceden al entorno del tanque normal de aireación.
Afortunadamente las bacterias capaces de almacenar estas materias lo son
también de formar flóculos compactos de lodo. De esta manera la función del
selector es la de cambiar o escoger la ecología del sistema del lodo activo
hacia organismos con buenas características de sedimentación.
Figura 7. Diagrama del proceso de lodo activo con selector
SELECTOR TANQUE DE AIREACIÓN SEDIMENTADOR
AFLUENTE
EFLUENTE
RECIRCULACIÓN DE LODOCONTENIDO 23
4.5.8 Principales problemas del sistema de lodos activados
En general la mala sedimentabilidad es el principal problema que se presenta en
un sistema de lodos activos; si los sólidos suspendidos volátiles en el licor
mezclado (SSVLM) del reactor no sedimentan rápidamente en el clarificador, el
lodo sale con el efluente tratado, aumentando los niveles de DBO en éste.
Se han establecido patrones para determinar las características de decantación
de los lodos:
• Índice de Mohlmann (I.M)
Es el volumen en mililitros ocupado por un gramo de materia sólida en
suspensión, después de decantar durante media hora en una probeta de un
litro.
Este parámetro intenta dar la concentración real de los sólidos que hay dentro
del reactor indicando la eficacia de la floculación en el reactor biológico.
• Índice Volumétrico de Lodos (IVL)
Este índice viene representado por el volumen en mililitros ocupado por el lodo
después de dejar sedimentar en una probeta graduada de un litro, el Licor
Mezcla durante 30 minutos.
Volumen.(en.ml)sedimentado.en.30.min
IVL = [4]
SSVLM.(en.g)
El valor del IVL debe estar comprendido entre 35 y 150, para valores fuera de
este rango se considera que el lodo posee malas características de
asentamiento (2).
Los problemas de sedimentabilidad de los lodos se pueden presentar por alguna
de las siguientes razones:CONTENIDO 24
4.5.8.1 Hinchamiento (bulking) del lodo
Consiste en la formación de flóculos ligeros y con malas características de
asentamiento, es causado por organismos filamentosos como: las bacterias
Sphaerotilus y Streptothrix, el hongo Geotrichum, el Schizothirix y protozoarios
ciliados. Estos flóculos son arrastrados con el efluente tratado, lo que hace que
este tenga un alto contenido de materia orgánica. Las causas son:
• Las condiciones ácidas, ya que favorecen el crecimiento fungiforme antes
que el bacteriano.
• La sobrecarga del sistema.
• El desbalance de nutrientes.
• Temperatura por encima de los 30°C.
• Descenso en la concentración de oxigeno disuelto, por debajo de 1 mg/L.
• Cargas orgánicas muy bajas, menores de 0.2 Kg de DBO /(d) Kg de
SSVLM.
4.5.8.2 Desfloculación
El sobrenadante en el sedimentador es turbio, por lo que se pierden
microorganismos en el efluente tratado; se hace difícil mantener la
concentración del licor mezcla en el reactor. Causas por las que se presenta:
• Bajos niveles de oxigeno disuelto.
• Bajo pH.
• Entrada de cargas tóxicas.
4.5.8.3 Flóculos punta de alfiler
Son flóculos pequeños que no sedimentan fácilmente y que permanecen en el
efluente tratado; se presentan cuando la edad de los lodos es mayor de 6 días.
Se dan en sistemas con cargas bajas, menores de 0.2 Kg de DBO /(d) Kg de
SSVLM.CONTENIDO 25
4.5.8.1 Lodo ascendente
Las condiciones anóxicas que se presentan en el sedimentador después de
que el lodo sedimentado ha consumido el oxigeno disuelto, pueden hacer que
algunos microorganismos anaerobios produzcan desnitrificación obteniendo
nitrógeno gaseoso y óxido nitroso; los que suben a la superficie arrastrando los
flóculos.
4.5.8.2 Formación de espuma espesa
Se puede presentar cuando se tienen organismos filamentosos, ya que crecen
formando una red que atrapa las burbujas de aire dentro de la masa orgánica,
la que asciende produciendo una espuma dura y espesa; esta condición se
puede acrecentar con la agitación intensa.(2)
4.5.9 Parámetros del control del proceso
4.5.9.1 Concentración de los lodos
Se puede expresar como la concentración de Sólidos Suspendidos Volátiles en
el Licor Mezclado (SSVLM); esto indica la cantidad de materia orgánica
presente, pero no establece distinción entre el lodo bioquímicamente inerte y el
activo.(3)
4.5.9.2 Edad de los lodos (θc)
Llamado también tiempo de residencia de lodos (TRL), es la cantidad total de
sólidos en los lodos del sistema dividida por la tasa de pérdida de sólidos en los
lodos del sistema.(2)
V *Xa
θc =TRL = [5]
Qw*We
V = volumen del reactor (L)
Xa = Sólidos suspendidos volátiles en el reactor (mg/L)
Qw = Caudal purgado .(L/d)CONTENIDO 26
We = concentración de biomasa purgada (mg/L)
Θc = Edad de los lodos (d)
Con la edad de los lodos se puede controlar la actividad de los lodos; así, por
ejemplo, una θc baja produce una alta tasa de crecimiento de los lodos, o sea
una alta actividad.
Para mantener constantes el nivel de SSVLM y la edad de los lodos en el
sistema es preciso eliminar cierta cantidad de lodo activado, esto se logra
purgando cierta cantidad de licor mezclado directamente del reactor o de la
tubería efluente de dicho tanque. El caudal que debe ser desechado (Qw) se
calcula con la siguiente expresión:
V
Qw = [6]
θc
Qw = Caudal de purga (L/d)
V = Volumen del reactor (L)
Θc = Edad de los lodos (d)
4.5.9.3 Carga orgánica másica
Denominado también como relación alimento / microorganismos (A/M) y es la
tasa con la que los nutrientes orgánicos entran al sistema, expresada como
DBO por unidad de masa de los lodos en la etapa de aireación.(2)
A So*Qo So
CM = = = [7]
M V*Xa th*Xa
A = Alimento
M = Microorganismos
So = Sustrato en el afluente(mg/L)
Qo = Caudal afluente (L/d)
V = volumen del reactor (L)
Xa =Sólidos suspendidos volátiles en el reactor (mg/L)
th = Tiempo de residencia hidráulico (d)CONTENIDO 27
El valor de la carga orgánica másica que proporciona mejores características
de sedimentación del lodo debe estar comprendido entre: 0.3 y 0.6. Una
relación alimento microorganismos menor a 0.3 indica que la cantidad de
alimento presente en el sistema es insuficiente para mantener el crecimiento de
microorganismos; y una relación alimento microorganismos superior a 0.6
puede inducir el crecimiento de organismos filamentosos, con la producción de
hinchamiento del lodo y de mala sedimentabilidad.
4.5.9.4 Carga orgánica volumétrica
Es la carga orgánica aplicada diariamente por unidad de volumen del reactor,
según la siguiente relación:
So*Qo
COV = [8]
V
So = Sustrato en el afluente (mg/L)
Qo = Caudal afluente (L/d)
V = Volumen del reactor (L)
En el proceso de lodos activados es recomendable que el valor de la carga
orgánica volumétrica este comprendido entre 0.5 y 1.5 (Kg DBO5/ m3 *d). (2)
4.5.9.5 Tiempo de retención hidráulico (th)
Es el tiempo teórico que permanece el agua afluente dentro del sistema de
Lodos activados. Se calcula dividiendo el volumen del reactor por la cantidad
de agua que diariamente es aplicada al sistema.(2)
V
th = [9]
Qo
Qo = Caudal afluente (L/d)
V = Volumen del reactor (L)CONTENIDO 28
4.5.10 Estado estable
En lodos activados estado estable es el lapso de tiempo en el cual el reactor
tiene estabilidad de condiciones de salida para la misma condición de entrada;
se pueden adoptar diferente criterios para su determinación; así, la velocidad de
utilización de oxígeno (VUO) en el Licor Mezcla no varia y/o el sustrato (DBO ,
5
DQO, COT ) efluente se hace estable (variación máxima +/- 10%).(6)
4.5.11 Ventajas y desventajas del sistema de lodos activos
4.5.11.1 Ventajas
• Alta remoción de carga orgánica.
• Efluentes de buenas características organolépticas.
• Procesos estables, cuando los lodos son manejados apropiadamente.
• Estas plantas se caracterizan por el poco espacio que requiere su
instalación.
• Se consigue una mineralización de la materia orgánica.
• Se consigue una oxidación de las sustancias químicas, tal como la
nitrificación
• Pueden reducirse compuestos orgánicos peligrosos.
• Versatilidad, ya que sus parámetros pueden ser controlados
• La masa microbiana se controla purgando.
4.5.11.2 Desventajas
• Requiere equipo mecanizado (motor, reductor, aireadores, bombas, etc.).
• Alto consumo de energía.
• Sensibilidad del proceso a la oscilación de cargas contaminantes, de caudal
y tóxicos.CONTENIDO 29
• Eventual aspersión de partículas de agua y espumas.
• Sensible a bajas temperaturas.
• Produce gran cantidad de lodo.CONTENIDO 30
5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
5.1.1 Reactor
Para el desarrollo del proyecto se planteó la utilización de un reactor piloto de
lodos activados, el cual permitiera obtener datos representativos .
En la siguiente figura se muestra una vista lateral del reactor de lodos activados
utilizado en el estudio de tratabilidad.
Figura 8. Esquema del reactor de lodos activos
CUBA DE SEDIMENTADOR
TABIQUE
AIREACIÓN
AFLUENTE
EFLUENTE
BIOMASA
DIFUSORES
DE AIRE RAMPA DE
RECIRCULACIÓN
AIRE DE LODOSCONTENIDO 31
El reactor tiene un volumen de aireación de 200.216 litros con las siguientes
dimensiones de ancho / largo / profundidad, 55.5 cm / 55.5 cm / 65.5 cm .
El área de sedimentación es de 525.27 cm2 (55.5 cm x 9.5 cm ).
El material de construcción del equipo es lámina de acrílico transparente con un
calibre de 5 mm; la estructura es reforzada en todas sus aristas por un marco en
acero inoxidable de 3 mm de espesor. Las líneas de alimentación, evacuación del
efluente, drenaje del reactor y de conducción de aire están construidas en PVC de
alta presión de ½ pulgada.
5.1.2 Aireación
El ambiente aerobio dentro del reactor se consiguió mediante el uso de 4 difusores
de aire, con los cuales se esperaba obtener una buena acción de mezclado dentro
del rector.
Los difusores eran de tipo poroso de membrana de plástico flexible en forma de
plato; con formación de burbuja fina. Estaban colocados a 10 cm del fondo del
reactor.
5.1.3 Compresor
Para el trabajo realizado se utilizó un compresor bajo las siguientes
especificaciones:
Marca: IHM
Modelo: z0001 H-24
Potencia: 1.0 Hp
Desplazamiento: 4.60 cm
El compresor garantizaba un flujo de aire constante durante las 24 horas del día,
el aire comprimido se controlaba por medio de un regulador de caudal dispuesto aCONTENIDO 32
la salida del compresor. Este regulador tenía como objetivo disminuir la presión de
salida del compresor y lograr así una corriente apropiada de afluente al reactor
además una disminución en el ciclo de trabajo del equipo en donde el tiempo que
permanecía apagado era mayor al tiempo de encendido; lo cual garantizaba el
buen funcionamiento, minimizando la posibilidad de sobrecalentamiento y
quemado del motor.
5.1.4 Suministro de lixiviado crudo
El suministro de lixiviado crudo se hizo con la ayuda de una tubería de PVC de 1
pulgada, la cual llevaba el lixiviado crudo desde el vertedero ubicado a la entrada
de la planta de tratamiento hasta la caneca de alimentación; esta tubería
permanecía conectada las 24 horas del día permitiendo renovar constantemente el
lixiviado en la caneca de alimentación.
5.1.5 Tanque de alimentación de lixiviado crudo
Como tanque de almacenamiento de lixiviado crudo para la alimentación del
reactor, se utilizó una caneca metálica de 20 galones, la cual contaba con un
rebose que permitía la evacuación y constante renovación de lixiviado, además se
instalo una tubería de PVC de una pulgada para la conexión con el reactor de
lodos activados. Una válvula permitió graduar el caudal de lixiviado afluente.
5.1.6 Tanque de recolección de lixiviado tratado
Como tanque de almacenamiento de lixiviado tratado se utilizó una caneca de 20
galones conectada por medio de una tubería de PVC de 1 pulgada al reactor.CONTENIDO 33
5.2 DISPOSICIÓN GENERAL DEL MONTAJE
En la siguiente figura se muestra el esquema del montaje realizado para el
desarrollo del trabajo experimental.
Figura 9. Disposición general del montaje
TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
DE LIXIVIADO
REACTOR DE
CRUDO
LODOS ACTIVADOS
COMPRESOR
TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
DE LIXIVIADO
TRATADOCONTENIDO 34
6 OPERACIÓN DEL REACTOR PILOTO DE LODOS ACTIVADOS
6.1 INOCULACIÓN DEL REACTOR
Para la inoculación del reactor se tomaron lodos de la planta de tratamiento de
aguas residuales doméstica, de aireación extendida, de la empresa MADEAL
(Manufacturas de Aluminio)
De esta planta se tomaron 100 litros de licor mezcla y se unieron en solución con
50 litros de lixiviado crudo.
6.2 ACLIMATACIÓN DEL REACTOR
La aclimatación se realizó durante 8 días, en este periodo el reactor trabajó en
forma discontinua (batch); con un seguimiento de temperatura y pH para el licor
mezcla.
Los resultados se dan en la siguiente tabla:
Tabla 4. Seguimiento de temperatura y pH para el licor mezcla durante la
aclimatación del reactor
DIA pH (UNIDADES) TEMPERATURA (°C)
1 6.45 25.6
3 8.34 20.4
4 8.69 17.6
7 8.72 18.1
8 8.64 19.4CONTENIDO 35
6.3 VERIFICACIÓN DE NUTRIENTES
Como uno de los parámetros más importantes en los procesos biológicos se
realizó la verificación de los requerimientos de nutrición de los microorganismos.
El proceso debe contar con el alimento suficiente, ya que de otra forma no se logra
la eficiencia deseada.
Las relaciones recomendadas de nutrientes son:
DBO (p.p.m) / N total ( p.p.m) = 100 / 5 [10]
5
DBO (p.p.m) / P total ( p.p.m) = 100 / 1 [11]
5
Para la verificación de estas relaciones se realizaron pruebas de nitrógeno y
fósforo, obteniendo los siguientes resultados:
N lixiviado = 1055.46 ppm
TOTAL
N licor mezcla = 822.19 ppm
TOTAL
FÓSFORO lixiviado = 11.99 mg P-PO
4
FÓSFORO licor mezcla = 11.74 mg P-PO
4
Utilizando las relaciones reportadas para la relación DBO/Nitrógeno tenemos que
el lixiviado de entrada presenta un exceso de nitrógeno así:
DBO (p.p.m) / N total ( p.p.m) = 100 / 5 = 20 [12]
5
Para DBO =4000 ppm
5
N requerido = 200 mg/L
TOTAL
N lixiviado = 1055.46 ppm
TOTAL
Exceso de nitrógeno = 855.46 mg/LCONTENIDO 36
En el caso del fósforo ocurre lo contrario: hay deficiencia de este nutriente como
se muestra a continuación:
DBO (p.p.m) / P total ( p.p.m) = 100 / 1= 100 [13]
5
Para DBO =4000 ppm
5
Fósforo requerido = 40 mg/L
Fósforo lixiviado = 11.986
Fósforo faltante = 28.014 mg/L
El tanque de aireación es de 200 litros, por lo tanto se deben añadir al licor
mezcla 5602.8 mg de fósforo.
Para suplir la deficiencia de Fósforo se añadieron al reactor 10 g de Fósforo como
Fosfato de Potasio cada 7 días. El Fosfato de Potasio era disuelto en 500 ml de
licor mezcla y después se vertía directamente en la cuba de aireación
6.4 ANÁLISIS DE LABORATORIO REALIZADOS PARA LA
CARACTERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS
Para la medición de las variables del proceso se siguió la metodología del Manual
de Análisis de Aguas, el cual es una recopilación de los procedimientos de análisis
basados en los métodos estandarizados de la APHA, AWWA y WPCF, que se
llevan a cabo en el laboratorio de Aguas de la Universidad Nacional de Colombia ,
Sede Manizales. Las unidades de medición y los métodos empleados se dan en
la siguiente tabla:CONTENIDO 37
Tabla 5. Análisis de laboratorio realizados para la caracterización de las muestras
PARÁMETRO UNIDADES MÉTODO
DBO (1) mg O /L Incubación
2
DQO (2) mg O /L Reflujo
2
SÓLIDOS TOTALES mg/L Filtración y secado a
110°C
SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES mg/L Calcinación a 550°C
SÓLIDOS SEDIMENTABLES ml/L/h Volumétrico
TURBIEDAD UNT Turbidimetro
NITRÓGENO mg/L Kjeldahl
COLOR U Pt Co Colorimétrico
pH Unidades Potenciométrico
TEMPERATURA °C Termométrico
OD mg O /L Electrodo de membrana
2
FÓSFORO mg P / L Cloruro estañoso
ACIDEZ mg CaCO /L Titulométrico
3
ALCALINIDAD mg CaCO /L Titulométrico
3
1. Para esta prueba la dilución utilizada fue del 0.05% (5/100), ya que el
lixiviado corresponde a un residuo industrial fuerte.
2. Al igual que la prueba anterior una de las dos diluciones de trabajo fue
de 0.05% y en algunos casos se utilizo 0.04%.
El método fue de reflujo abierto para las pruebas iniciales, pero en busca
de una economía de reactivos y una disminución de la producción de
residuos contaminantes se adoptó el método de reflujo cerrado, en el
cual los reactivos corresponden al 10% en cantidades volumétricas yCONTENIDO 38
gravimétricas respecto al método de reflujo abierto y de igual forma se
valora la muestra por método volumétrico. El método de reflujo cerrado
se realiza en un micro reactor de DQO y allí se tiene presente el mismo
tiempo de digestión que en el caso de reflujo abierto, 2 horas.
6.5 CARACTERIZACIÓN DEL LIXIVIADO Y DEL LICOR MEZCLA, FINALIZADA
LA ACLIMATACIÓN DEL REACTOR
Tabla 6. Caracterización del lixiviado y del licor mezcla, finalizada la aclimatación
del reactor.
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR MEZCLA
pH UNIDADES 8.25 8.64
TEMPERATURA °C 22 19.4
COLOR * NUC 303 334
TURBIDEZ * NTU 81 244
ST mg / L 9250 28300
SST mg / L 364 1380
SSV mg / L 312 1150
SSF mg / L 52 230
S. SEDIMENTABLES ml / L /h 0.5 55
ACIDEZ Mg CaCO / L 690 517.5
3
ALCALINIDAD Mg CaCO / L 7560 6300
339
5.1 ALIMENTACIÓN DEL REACTOR
5.1.1 Variación de la carga orgánica másica
El reactor trabajó en forma continua con variación de carga orgánica másica,
iniciando con un valor bajo que cambio cada 7 días.
La definición de carga orgánica másica que se utilizó en este trabajo esta dada
por:
CARGA ORGÁNICA = Q * DBO / V *Xa
[14]
5
Siendo
Q = caudal de lixiviado de alimento (L/d)
DBO = Demanda bioquímica de oxigeno del lixiviado (mg O /L)
5 2
V = Volumen del reactor (L)
Xa = Concentración de microorganismos en el reactor (mg/L)
Para la variación de la carga orgánica másica en el reactor se hizo un control del
caudal afluente al reactor.
V = 200 L
REACTOR
En la siguiente tabla se muestra los parámetros para calcular carga organica
relacionados con el caudal alimentado.CONTENIDO 40
Tabla 7. Parámetros para determinar carga orgánica másica.
CAUDAL DBO DEL SST EN EL SSV EN EL DQO DEL
5
(L/d ) LIXIVIADO REACTOR REACTOR LIXIVIADO
(mg O /L) (mg/L) (mg/L) (mg O / L)
2 2
43.2 4577 3280 2040 7333,33
60.48 4000 2550 1935 9375
77.76 3184 1010 690 18125
95.04 2980 2173 1613,33 7200
112.32 3780 1020 673,33 7800
129.6 4060 2380 1840 19125
La carga orgánica se puede expresar en diferentes unidades como se muestra a
continuación, para estos cálculos se utilizaron los datos mostrados en la tabla
anterior.
Tabla 8. Carga orgánica expresada en diferentes unidades.
CARGA CARGA CARGA CARGA TIEMPO DE
ORGÁNICA ORGÁNICA ORGÁNICA ORGÁNICA RETENCIÓN
MASICA MASICA MASICA MASICA HIDRÁULICO
(Kg DBO / Kg (Kg DBO / Kg (Kg DQO / Kg (Kg DQO / Kg (días)
SST *d) SSV *d) SST *d) SSV *d)
0.30 0.48 0.48 0.78 4.7
0.48 0.62 1.11 1.46 3.5
1.23 1.79 2.78 4.06 2.5
0.65 0.88 4.18 2.12 2.1
2.08 3.15 4.98 5.117 1.8
1.10 1.43 2.12 2.75 1.6CONTENIDO 41
6.7 RECIRCULACIÓN DE LODOS
Para la recirculación de lodos sedimentados se tienen dos vías, una de diseño y
otra de carácter operativo, La primera tiene que ver con el hecho de que la rampa
de recirculación de lodos termina justamente en la cuba de aireación, con lo cual
se busca que los lodos sedimentados sean recirculados directamente a la zona de
mezcla completa. La segunda vía de recirculación de lodos consistía en sacar una
vez por día una cantidad apropiada de liquido del sedimentador a través de la
válvula de drenaje, localizada justamente al final de la rampa de recirculación de
lodos, donde se observara proliferación de lodo; aproximadamente 40 litros, y
devolverlos a la cuba de aireación por la parte superior del reactor; esto con el
objeto de garantizar un reciclo completo de todos los lodos y evitar que una parte
de ellos se acumulara en la zona de sedimentación.
6.8 PURGA DE LODOS
El crecimiento de lodo dentro del sistema bajo por lo cual no se hizo purga directa
de lodo. La concentración de sólidos en el licor mezcla no sobrepasó los valores
típicos que se encuentran en los reactores de lodos activados. Además, durante
el desarrollo de la investigación el reactor presentó varias fugas que en lo posible
se recogían y se recirculaban al reactor y que representaban una purga indirecta
de lodo.
6.9 CONTROL DE OXIGENO DISUELTO
En un proceso de lodos activados es preciso mantener una concentración de
oxigeno disuelto por encima de 2 mg/L, asegurando así las condiciones aeróbias
en el reactor. Durante el proceso se tuvo la opción de medir el oxigeno disueltoCONTENIDO 42
con un oximetro y se hizo en cinco puntos del reactor obteniendo los siguientes
resultados:
Figura 10. Oxigeno disuelto en el reactor de lodos activados
• Punto 1 = 2.6 mg/L
• Punto 2 = 2.5 mg/L
• Punto 3 = 2.7 mg/L
• Punto 4 = 2.3 mg/L
• Punto 5 = 2.5 mg/L
El oxigeno disuelto promedio en el reactor fue de 2.52 mg/L
El oxigeno disuelto en el tanque de alimentación del lixiviado crudo fue 1.3 mg/L
6.10 ESTADO ESTABLE
En lodos activados el estado estable es el lapso de tiempo en el cual el reactor
tiene estabilidad en condiciones de salida para una misma condición de entrada.
Como criterio de estabilidad se tuvo que la concentración de la contaminación del
efluente medida como DQO permaneciera con variaciones inferiores o iguales al
10%, así como su remoción; también se tuvieron en cuenta los datos de color,
turbiedad y DBO .
5CONTENIDO 43
6.11 CRECIMIENTO Y CARACTERÍSTICAS DE LODO
Durante el desarrollo de la investigación no se observó un crecimiento favorable
de lodos dentro del reactor, debido posiblemente a inhibiciones que presentó el
sistema.
Los flóculos contenidos en el reactor presentaron una sedimentación muy lenta y
tenían un tamaño comprendido entre 0.3 -1.0 mm según la observación de la
sedimentación del lodo en una probeta de 500 ml y comparando con la figura IV.2
(comparador para estimar el tamaño del floc producido en la coagulación según el
WRA) del libro , teoría y practica de la purificación del agua de Jorge Arboleda
Valencia.
6.12 POSIBLES INHIBICIONES DEL SISTEMA
El sistema presentó una deficiente formación de lodo, las inhibiciones que
pudieron perjudicar el proceso son:
• Varios elementos pueden inhibir el desarrollo de las reacciones bioquímicas
que tienen lugar en el proceso aerobio, la tabla siguiente muestra, para algunos
metales la concentración mínima aceptada, comparada con las
concentraciones encontradas en el lixiviado:
Tabla 9. Concentración mínima de algunos metales en el proceso de lodo activado
comparada con las concentraciones encontradas en el lixiviado.
CONTAMINANTE CONCENTRACIÓN CONCENTRACIÓN
LÍMITE (mg/L) LIXIVIADO (mg/L)
Plomo 0.1 0.71
Hierro 1.0 7.54CONTENIDO 44
• Toxicidad por amonio de acuerdo a la evaluación de Nitrógeno Amoniacal del
lixiviado afluente (922.53 mg NH –N /L).
3
• La alta carga orgánica con la que se alimentó el sistema representada
principalmente en DBO
5
• Presencia de organismos filamentosos que no favorecen el desarrollo del
proceso, según la observaciones microscópicas realizadas del licor mezcla.
• El crecimiento disperso representa problemas de sedimentación en los que
algunos de los microorganismos no floculan en partículas suficientemente
grandes para sedimentar con rapidez.CONTENIDO 45
7 OBTENCIÓN Y TRATAMIENTO DE RESULTADOS
7.1 VARIACIÓN DEL pH DURANTE EL PROCESO
Tabla 10. Variación del pH durante el proceso
CARGA ORGÁNICA pH (Unidades) pH (Unidades)
(Kg DBO /Kg SST*d) ENTRADA SALIDA
5
0.30 7,99 8,33
0.48 8,18 8,35
0.65 7.98 8.67
1.10 7.96 8.56
1.23 7.99 8.37
2.08 7.91 8.62
Gráfico 1. Variación del pH durante el proceso
VARIACION DEL pH
9
8,5
AFLUENTE Hp
8
EFLUENTE
7,5
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
Se observa que durante el proceso se da una elevación del pH del lixiviado de la
entrada a la salida para todas las cargas orgánicas utilizadas, llegando a un punto
máximo de 8.67 unidades y un valor mínimo de 8.33 unidades.CONTENIDO 46
7.2 VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DURANTE EL PROCESO
Tabla 11. Variación de la temperatura durante el proceso
CARGA ORGÁNICA T(°C) ENTRADA T(°C) SALIDA
(Kg DBO /Kg SST*d)
5
0.30 23,4 19,7
0.48 22,2 16,7
0.65 18.7 17.7
1.10 17.7 17.4
1.23 24.3 19.2
2.08 22 17.6
Gráfico 2. Variación de la temperatura durante el proceso
VARIACION DE LA TEMPERATURA
30
20 )C°(T
AFLUENTE
10
EFLUENTE
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
La temperatura en el proceso, al contrario del pH disminuyó para cada una de las
cargas orgánicas utilizadas, variando entre 17.7 – 24.3 °C a la entrada y 16.7 -
19.7 °C a la salida, esto debido posiblemente a los cambios climáticos.CONTENIDO 47
7.3 VARIACIÓN DEL COLOR DURANTE EL PROCESO
Tabla 12 Variación del color durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA COLOR (NUC) COLOR (NUC) %
(Kg DBO /Kg SST*d) ENTRADA SALIDA REMOCIÓN
5
0.30 1305 755 42.15
0.48 2140 1040 51.40
0.65 1415 670 52.65
1.10 1280 650 49.22
1.23 1505 780 48.17
2.08 1515 770 49.17
Gráfico 3. Variación del color durante el proceso
VARIACION DEL COLOR
2500
2000
ROLOC
AFLUENTE
1500
EFLUENTE
1000
500
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
El color tuvo remociones cercanas al 50% para las diferentes cargas orgánicas
empleadas; sin embargo, hubo unas pocas ocasiones en las que se observó un
incremento del color a la salida del reactor.CONTENIDO 48
7.4 VARIACIÓN DE LA TURBIEDAD DURANTE EL PROCESO
Tabla 13 Variación de la turbiedad durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA TURBIEDAD TURBIEDAD %
(Kg DBO /Kg SST*d) (NTU) (NTU) REMOCIÓN
5
ENTRADA SALIDA
0.30 1170 570 51.28
0.48 1700 980 42.35
0.65 810 340 58.02
1.10 1070 380 64.48
1.23 1170 620 47.01
2.08 860 410 52.32
Gráfico 4. Variación de la turbiedad durante el proceso.
VARIACION DE LA TURBIEDAD
2000
DADEIBRUT
1500 AFLUENTE
1000 EFLUENTE
500
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
La Turbiedad tuvo una remoción máxima del 64.48% para una carga orgánica de
0.65 (Kg DBO /Kg SST*d) y la remoción mínima fue de 42.35% para 0.47 (Kg
5
DBO /Kg SST*d).
5CONTENIDO 49
7.5 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES DURANTE EL PROCESO
Tabla 14 Variación de los sólidos totales durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA STT ENTRADA STT SALIDA %REMOCIÓN
(Kg DBO /Kg SST*d) (mg/L) (mg/L)
5
0.30 5368 2836 47.68
0.48 11740 6280 46.51
0.65 5442 2720 50.02
1.10 3830 2340 38.9
1.23 11820 8070 31.73
2.08 12250 7100 42.04
Gráfico 5. Variación de los sólidos totales durante el proceso.
VARIACION DE LOS STT
15000
10000 AFLUENTE
TS
EFLUENTE
5000
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
Puede observarse como cambia la concentración de los sólidos totales a la
entrada del reactor, esto sin duda afecta la eficiencia del proceso y las
condiciones en búsqueda de un estado estable.
La remoción de los sólidos totales fue buena; La remoción más baja fue del 31%
para una carga orgánica de 1.10 (Kg DBO /Kg SST*d); Y la más alta de 50.02 %
5
para una carga de 1.23 (Kg DBO /Kg SST*d).
5CONTENIDO 50
7.6 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES DURANTE EL
PROCESO
Tabla 15. Variación de los sólidos suspendidos totales durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA SST ENTRADA SST SALIDA % REMOCIÓN
(Kg DBO /Kg SST*d) (mg/L) (mg/L)
5
0.30 1860 780 58.06
0.48 1324 820 38.07
0.65 1326 793,33 40.17
1.10 480 200 58.33
1.23 530 350 33.96
2.08 564 346,67 38.53
Gráfico 6. Variación de los sólidos suspendidos totales durante el proceso.
VARIACION DE LOS SST
2000
1500
TSS
1000 AFLUENTE
EFLUENTE
500
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
La remoción de los sólidos suspendidos totales fue cercana al 60% para cargas
orgánicas de 0.30 y 0.48 (Kg DBO /Kg SST*d), la remoción más baja fue del 33%
5
para una carga de 1.10 (Kg DBO /Kg SST*d).
5
Se observa nuevamente una variación entre los sólidos suspendidos totales a la
entrada del reactor.CONTENIDO 51
7.7 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES DURANTE EL
PROCESO
Tabla 16. Variación de los sólidos suspendidos volátiles durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA SSV ENTRADA SSV SALIDA %REMOCIÓN
(Kg DBO /Kg SST*d) (mg/L) (mg/L)
5
0.30 680 340 50
0.48 559 439 21.47
0.65 895 487 45.59
1.10 210 110 47.62
1.23 340 210 38.24
2.08 362 220 39.22
Gráfico 7. Variación de los sólidos suspendidos volátiles durante el proceso.
VARIACION DE LOS SSV
1000
800
600 AFLUENTE VSS
400 EFLUENTE
200
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
Los sólidos suspendidos volátiles tuvieron remociones hasta del 50% para una
carga orgánica de 0.30 (Kg DBO /Kg SST*d).
5
La concentración de los sólidos suspendidos volátiles en el efluente del reactor es
baja lo que sugiere que no hubo pérdidas de biomasa activa en el sistema.CONTENIDO 52
7.8 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS FIJOS DURANTE EL
PROCESO
Tabla 7. Variación de los sólidos suspendidos fijos durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA SSF ENTRADA SSF SALIDA %
(Kg DBO /Kg SST*d) (mg/L) (mg/L) REMOCIÓN
5
0.30 1210 440 63.64
0.48 965 381 60.52
0.65 431 306 29
1.10 270 90 66.67
1.23 190 140 26.32
2.08 202 126,67 37.62
Gráfico 8. Variación de los sólidos suspendidos fijos durante el proceso.
VARIACION DE LOS SSF
1500
1000
FSS
AFLUENTE
500 EFLUENTE
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
Los sólidos suspendidos fijos presentaron variaciones significativas a la entrada
del reactor, lo cual muestra las variaciones en el clima y por lo tanto en el estado
del lixiviado, así para tiempo con precipitación pluvial alta se notó una disminución
en la concentración de sólidos en el afluente. Las remociones obtenidas en
general fueron buenas, llegando a valores altos del 66.67 % para una carga de
1.23; la remoción más baja fue del 26.32% para una carga de 1.10 (Kg de DBO
5
/Kg SST*d).CONTENIDO 53
7.9 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SEDIMENTABLES DURANTE EL
PROCESO
Tabla 18 Variación de los sólidos sedimentables durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA S. SED. S. SED. %
(Kg DBO /Kg SST*d) (ml/L/h) (ml/L/h) REMOCIÓN
5
ENTRADA SALIDA
0.30 1 0,1 90
0.48 5 0,1 98
0.65 2 0,1 95
1.10 3 0,1 96.67
1.23 1 0,1 90
2.08 1 0,1 90
Gráfico 9. Variación de los sólidos sedimentables durante el proceso.
VARIACION DE LOS S. SED.
6
.DES
4
AFLUENTE
2 EFLUENTE
.S
0
0 1 2 3
CARGA ORGANICA
(KgDBO5/Kg SST*d)
Los sólidos sedimentables a la salida del sedimentador siempre presentaron
valores muy bajos (< 0.1 ml/L/h), una de las razones puede ser el tamaño del lodo
que la ser pequeño no se represente como sólidos sedimentables, sino como
sólidos suspendidos.CONTENIDO 54
7.10 VARIACIÓN DE LA DQO DURANTE EL PROCESO
Tabla 19. Variación de la DQO durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA DQO (mg O / L) DQO (mg O / L) %
2 2
(Kg DBO /Kg SST*d) ENTRADA SALIDA REMOCIÓN
5
0.30 7333,33 2500 65.91
0.48 9375 4375 53.33
0.65 18125 14250 21.38
1.10 7200 3600 50
1.23 7800 4800 38.46
2.08 19125 9120 52.31
Gráfico 10. Variación de la DQO durante el proceso.
VARIACIÓN DE DQO
25000
20000 )L/gm(
15000
AFLUENTE
10000 OQD
EFLUENTE
5000
0
CARGA ORGÁNICA
(Kg DBO/Kg SST*d)
La remoción de la carga orgánica representada en DQO fue mayor para las cargas
orgánicas más bajas alimentadas (65.91%). Cuando se incrementó la carga los
porcentajes de remoción bajaron al 21%.CONTENIDO 55
7.11 VARIACIÓN DE LA DBO DURANTE EL PROCESO
Tabla 20. Variación de la DBO durante el proceso.
CARGA ORGÁNICA DBO (mg O / L) DBO (mg O / L) %
2 2
(Kg DBO /Kg SST*d) ENTRADA SALIDA REMOCIÓN
5
0.30 4577 3380 26.15
0.48 4000 1900 52.57
0.65 3780 2180 42.32
1.10 3184 597 81.25
1.23 4060 1250 69.2
2.08 2980 2180 26.85
Gráfico 11. Variación de la DBO durante el proceso.
VARIACIÓN DE LA DBO5
5000
4000 )L/gm(
3000 ENTRADA
2000 SALIDA 5OBD
1000
0
CARGA ORGANICA
(Kg DBO5/KgSST*d)
La remoción de DBO fue muy variable obteniéndose el mejor valor (81.25%) para
una carga orgánica de 1.10 (Kg DBO /Kg SST*d) y el valor más bajo (26.15%)
5
para una carga de 0.30 (Kg DBO /Kg SST*d).
5CONTENIDO 56
7.12 VARIACIÓN DEL pH Y LA TEMPERATURA EN EL LICOR MEZCLA
Tabla 21. Variación del pH y la temperatura en el licor mezcla.
CARGA ORGÁNICA pH T(°C)
(Kg DBO /Kg SST*d) (Unidades)
5
0.30 8.91 20
0.48 8.79 19
0.65 8.39 18.7
1.10 8.58 18.7
1.23 8.08 20
2.08 8.78 18.3
Gráfico 12. Variación del pH y la temperatura en el licor mezcla.
VARIACIÓN DEL pH Y LA
TEMPERATURA EN EL LICOR
MEZCLA
25
pH °T
20
15
10 TEM
5 Hp
0
CARGA ORGÁNICA
(Kg DBO/KgSST*d)
El pH en el reactor oscilo entre 7.5 y 8.7 unidades, se considera que el intervalo
óptimo para el licor mezcla esta entre 6.5 y 8.5 rango en el cual el crecimiento
biológico es normal. La temperatura en la cuba de aireación osciló entre 18 y 25
°C siendo influenciada por los cambios de clima, ya que el reactor se encontraba a
la intemperie, la temperatura óptima era de 20 °C, por lo cual concluimos que el
rango en el cual trabajo el proceso fue el adecuado.CONTENIDO 57
7.13 VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS EN EL LICOR MEZCLA DURANTE EL
PROCESO
Tabla 22. Variación de los sólidos en el licor mezcla.
CARGA ORGÁNICA SST SSV SSF STT S. SED
(Kg DBO /Kg SST*d) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (ml/L/h)
5
0.30 3280 2040 570 7836 40
0.48 2550 1935 1615 15540 20
0.65 1010 690 320 7500 20
1.10 2173 1613,33 260 16900 35
1.23 1020 673,33 346,67 9980 20
2.08 2380 1840 540 14230 40
Gráfico 13. Variación de los sólidos en el licor mezcla.
VARIACIÓN DE LOS SOLIDOS EN EL
LICOR MEZCLA
18000
16000
14000
SST
12000 SODILOS
SSV
10000
SSF
8000
STT
6000
S. SED
4000
2000
0
CARGA ORGANICA
(KgDBO/ Kg SST*d)
Como medida de control de la operación del reactor de lodos activados, se
realizaron mediciones periódicas de la concentración de los sólidos en el afluente,CONTENIDO 58
en la cuba de aireación y en el efluente del reactor de lodos activados. Se observa
una oscilación de los valores de los sólidos (ST, SST, SSV, SSF, S SED.) entre
una carga y otra, esto puede ser causa de las pérdidas de lodo que se dieron en el
transcurso de la investigación por fugas en el reactor, además de los cambios
observados en la concentración de sólidos en el lixiviado utilizado como
alimentación al reactor.
En un proceso como éste se espera que lo SSV aumenten con el transcurso de
cada edad de lodos, pero no se pudo notar ninguna tendencia favorable en este
sentido debido a los ya nombrados problemas operacionales.
Sin embargo, la eficiencia del proceso en cuanto a la remoción de sólidos es
relativamente buena, llegándose a obtener hasta un 50% para cada uno de los
parámetros mencionados.
7.14 VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DBO /DQO
5
Tabla 23. Variación de la relación DBO /DQO
5
CARGA ORGÁNICA RELACIÓN DBO /DQO RELACIÓN DBO /DQO
5 5
(Kg DBO /Kg SST*d) ENTRADA SALIDA
5
0.30 0.62 0.75
0.48 0.43 0.43
0.65 0.21 0.15
1.10 0.44 0.17
1.23 0.52 0.32
2.08 0.16 0.24
PROMEDIO 0.4 0.35
La relación entre la DBO5, que representa la parte fácilmente biodegradable del
sustrato o alimento, y la DQO es relativamente alta para el lixiviado crudo, lo cual
justifica el tratamiento biológico. Puede notarse que en promedio la relaciónCONTENIDO 59
DBO /DQO es mayor a la entrada (0.4) que a la salida (0.35) como pude
5
observarse en la grafica siguiente:
Gráfico 14. Variación de la relación DBO /DQO
5
RELACIÓN DBO5/DQO A LA ENTRADA Y
SALIDA DEL RLA
2500
RELACIÓN NÓICALER OQD/5OBD
2000
DBO5/DQO
1500
ENTRADA
1000
RELACIÓN
500
DBO5/DQO
0 SALIDA
1 2 3 4 5 6
CARGA ORGÁNICA
(KgDBO5/Kg SST*d)CONTENIDO 60
8. ESTADO ESTABLE
Para determinar la estabilidad del reactor de lodos activados se realizaron pruebas
de caracterización durante varios días, manteniendo caudal constante y
observando que para esta condición de entrada, el comportamiento de la remoción
de DBO y DQO principalmente no tuvo altas variaciones encontrándose los
valores que se presentan a continuación:
8.1 ESTADO ESTABLE 1
Tabla 24. Mayo 5/2003
Caudal = 0.9 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
MEZCLA
pH UNIDADES 7.84 8.45 8.42 -
TEMPERATURA °C 26.1 16.7 19.9 -
COLOR * NUC 2030 1180 41.87
TURBIDEZ * NTU 1900 1030 45.79
ST mg / L 10955 12203 2490 77.27
SST mg / L 2730 4610 1330 51.28
SSV mg / L 1830 1870 1000 45.36
SSF mg / L 900 2740 330 63.33
SÓLIDOS ml / L /h 1 40 <0.1 -
SED.
DQO mg O 2 / L 7200 3600 50
DBO 5 mg O 2 / L 4900 2100 57.14CONTENIDO 61
Tabla 25. Mayo 6/2003
Caudal = 0.9 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
MEZCLA
pH UNIDADES 7.84 8.68 8.30 -
TEMPERATURA °C 19.8 21.3 19.2 -
COLOR * NUC 1900 1185 37.63
TURBIDEZ * NTU 1720 990 42.44
DQO mg O 2 / L 9760.8 5112.8 47.62
Tabla 26. Mayo 7/2003
Caudal = 0.9 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
MEZCLA
pH UNIDADES 7.84 8.68 8.30 -
TEMPERATURA °C 19.8 21.3 19.2 -
COLOR * NUC 1900 1185 37.63
TURBIDEZ * NTU 1720 990 42.44
DQO mg O 2 / L 9760.8 5112.8 47.62
DBO 5 mg O 2 / L 4000 1700 57.5CONTENIDO 62
Tabla 27. Mayo 8/2003
Caudal = 0.9 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
MEZCLA
pH UNIDADES 7.64 8.23 8.07 -
TEMPERATURA °C 26.6 25 17.6 -
COLOR * NUC 1755 1015 42.16
TURBIDEZ * NTU 1830 1080 40.98
DQO mg O 2 / L 9996 4760 52.38
DBO 5 mg O 2 / L 4060 1250 69.2
Tabla 28. Mayo 9/2003
Caudal = 0.9 ml/s
UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
CARACTERÍ MEZCLA
STICA
pH UNIDADES 7.86 7.80 8.29 -
TEMPERATURA °C 26 22.5 17.2 -
COLOR * NUC 1360 710 47.79
TURBIDEZ * NTU 1370 710 48.17
DQO mg O 2 / L 7040 3080 56.25
Los niveles de remoción para color, turbiedad, DQO, y DBO se mantuvieron dentro
de un rango que nos permite concluir que el reactor esta trabajando en forma
estable, como se puede observar en las siguientes tablas y graficas.CONTENIDO 63
REMOCIÓN DE DQO
Tabla 29. Remoción de DQO durante el estado estable
Días DQO (mgO /L) DQO (mgO /L) % REMOCIÓN
2 2
ENTRADA SALIDA
Mayo 5 7200 3600 50
Mayo 6 9760.8 5112.8 47.62
Mayo 7 9296 5112.8 45
Mayo 8 9996 4760 52.38
Mayo 9 7040 3080 56.25
Gráfico 15. Valores de DQO durante el estado estable.
DQO
15000 )l/gm(
10000
ENTRADA
5000 OQD
SALIDA
0
1 2 3 4 5
DIAS
Gráfico 16. Remoción de DQO durante el estado estable.
REMOCIÓN DQO
60 NÓICOMER
40
)%(
20 REMOCIÓN
0
1 2 3 4 5
DIASCONTENIDO 64
REMOCIÓN DE DBO
Caudal = 0.9 ml/s
Tabla 30. Remoción de DBO durante el estado estable
5
Días DBO (mgO /L) DBO (mgO /L) % REMOCIÓN
5 2 5 2
ENTRADA SALIDA
Mayo 5 4900 2100 57.14
Mayo 7 4000 1700 57.5
Mayo 8 4060 1250 69.2
Gráfico 17. Valores de DBO durante el estado estable.
VARIACIÓN DE DBO5
6000 )L/gm(
4000 ENTRADA
SALIDA 2000 5OBD
0
1 2 3
DIAS
Gráfico 18. Remoción de DBO durante el estado estable.
REMOCION DE DBO5
NOICOMER
80
60
40 REMOCION
20
0
%
1 2 3
DIASCONTENIDO 65
REMOCIÓN DE COLOR
Tabla 31. Remoción de color durante el estado estable
Días COLOR (UNC) COLOR (NUC) % REMOCIÓN
ENTRADA SALIDA
Mayo 5 2030 1180 41.87
Mayo 6 1900 1185 37.63
Mayo 7 1265 790 37.55
Mayo 8 1755 1015 42.16
Mayo 9 1360 710 47.79
Gráfico 19. Valores de color durante el estado estable.
COLOR
600
ROLOC
400
ENTRADA
200
SALIDA
0
1 2 3 4 5 6
DÍAS
Gráfico 20. Remoción de color durante el estado estable.
REMOCIÓN DE COLOR
NÓICOMER
60
40
REMOCIÓN
20
0
1 2 3 4 5
DÍASCONTENIDO 66
REMOCIÓN DE TURBIEDAD
Tabla 32. Remoción de turbiedad durante el estado estable
Días TURBIEDAD (NUT) TURBIEDAD (NUT) % REMOCIÓN
ENTRADA SALIDA
Mayo 5 1900 1030 45.79
Mayo 6 1720 990 42.44
Mayo 7 1090 630 42.20
Mayo 8 1830 1080 40.98
Mayo 9 1370 710 48.17
Gráfico 21. Valores de turbiedad durante el estado estable.
TURBIEDAD
DADEIBRUT
200
150
100 ENTRADA
50 SALIDA
0
1 2 3 4 5
DÍAS
Gráfico 22. Remoción de color durante el estado estable.
REMOCIÓN DE TURBIEDAD
50
NÓICOMER
48
46
44
42 REMOCIÓN
40
38
36
1 2 3 4 5
DÍASCONTENIDO 67
8.2 ESTADO ESTABLE 2
Tabla 33. Mayo 12/2003
Caudal =0.5 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
MEZCLA
pH UNIDADES 7.81 8.50 8.14 -
TEMPERATURA °C 20.6 21.9 19.3 -
COLOR * NUC 1285 1020 20.62
TURBIDEZ * NTU 1310 950 27.49
STT mg / L 17280
SST mg / L 2914
SSV mg / L 2014
SSF mg / L 900
DQO mg O 2 / L 7816 3180 59.31
Tabla 34. Mayo 13/2003
Caudal =0.5 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA % REMOCIÓN
MEZCLA
pH UNIDADES 7.74 8.41 8.11 -
TEMPERATURA °C 26.9 20.7 19.4 -
COLOR * NUC 1120 2040
TURBIDEZ * NTU 1600 2250
DQO mg O 2 / L 10791.2 3948 63.41
DBO 5 mg O 2 / L 5800 2000 65.51CONTENIDO 68
Tabla 35. Mayo 14/2003
Caudal =0.5 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.93 8.36 8.28 -
TEMPERATURA °C 20.8 19.5 17.8 -
COLOR * NUC 1445 1070 25.95
TURBIDEZ * NTU 1720 1230 28.49
STT mg / L 13086.67 13680 2593.33 80.18
SST mg / L 2630 3020 1710 53.80
SSV mg / L 1550 2370 1010 34.84
SSF mg / L 1080 650 700 35.18
SÓLIDOS SED. ml / L /h 5 30 1 80
DQO mg O 2 / L 9600 3200 66.67
Tabla 36. Mayo 15/2003
Caudal =0.5 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.61 8.35 8.27 -
TEMPERATURA °C 25.5 17.6 16 -
COLOR * NUC 1715 1310 23.61
TURBIDEZ * NTU 1430 1120 21.68
STT mg / L 11870
SST mg / L 3280
SSV mg / L 2660
SSF mg / L 620
DQO mg O 2 / L 10981 3792.48 65.47CONTENIDO 69
Tabla 37. Mayo 16/2003
Caudal =0.5 ml/s
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.86 8.57 8.44 -
TEMPERATURA °C 25.3 19.1 17.1 -
COLOR * NUC 143 173 -
TURBIDEZ * NTU 960 1440 -
STT mg / L 10400
SST mg / L 2900
SSV mg / L 2040
SSF mg / L 860
DQO mg O 2 / L 3148.145 63.82
DBO 5 mg O 2 / L 5000 1800 64CONTENIDO 70
REMOCIÓN DE DQO
Tabla 38. Remoción de DQO durante el estado estable
Días DQO (mgO /L) DQO (mgO /L) % REMOCIÓN
2 2
ENTRADA SALIDA
Mayo 12 8860 3180 64.11
Mayo 13 10791.2 3948 63.41
Mayo 14 9600 3200 66.67
Mayo 15 10981.2 3792.48 65.47
Mayo 16 8703.7 3148.15 63.82
Gráfico 23. Valores de DQO durante el estado estable.
VARIACIÓN DE LA DQO
15000 L/gm)(
10000 ENTRADA
5000 SALIDA OQD
0
1 2 3 4 5
DIAS
Gráfico 24. Remoción de DQO durante el estado estable.
REMOCIÓN DE DQO
70 NÓICOMER
65
)%(
60 REMOCIÓN
55
50
1 2 3 4 5
DIASCONTENIDO 71
REMOCIÓN DE DBO
5
Tabla 39. Remoción de DBO durante el estado estable
5
Días DBO (mgO /L) DBO (mgO /L) % REMOCIÓN
5 2 5 2
ENTRADA SALIDA
Mayo 13 5800 2000 65.51
Mayo 16 5000 1800 64
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS EN EL LICOR MEZCLA
Tabla 40. Variación de los sólidos en el licor mezcla
Días STT (mg/L) SST (mg/L) SSV (mg/L) SSF (mg/L)
Mayo 12 17280 3914.29 2014.29 1900
Mayo 14 13680 2820 1670 1150
Mayo 15 11870 3280 2660 620
Mayo 16 10400 2900 2040 860
Gráfico 25. Variación de los sólidos en el licor mezcla
VARIACIÓN DE LOS SOLIDOS EN EL LICOR
MEZCLA
20000
STT
)L/gm(
15000 SST
SSV
10000 SSF SODILOS
5000
0 DIASCONTENIDO 72
9. COMPARACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN EL REACTOR DE
LODOS ACTIVADOS CON LOS QUE SE OBTIENEN EN LA PLANTA DE
TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO
Actualmente la planta de tratamiento físico-químico que se tiene en el relleno
sanitario “La Esmeralda ” proporciona los siguientes resultados
Fecha: Abril 30/2003
Clima: seco
Caudal: 2.5 L/s
Coagulante: cloruro férrico
Tabla 41. Caracterización planta de tratamiento de lixiviados, abril 30/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD ENTRADA SALIDA % REMOCIÓN
PTL PTL
pH UNIDADES 7.32 7.43 NA
TEMPERATURA °C 25 25 NA
COLOR * NUC 1640 1495 8.84
TURBIDEZ NTU 1035 774 25.22
ST mg / L 9703 9100 6.21
SST mg / L 3220 1889 41.33
SSV mg / L 2460 1356 44.88
SSF mg / L 760 533 29.87
SÓLIDOS ml / L /h 3.5 0.8 77.14
SED.
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 8320 8312 NA
DQO mg O 2 / L 14000 12000 14.29
DBO mg O 2 / L 4200 4000 4.76CONTENIDO 73
Para esta misma fecha se obtienen los siguientes datos en el reactor de lodos
activados:
CARGA ORGÁNICA = 0.47 Kg DBO / Kg SST*d
Q = 0.7 ml / s
Tabla 42. Caracterización reactor de lodos activados, abril 30/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD ENTRADA SALIDA %
RLA RLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.45 8.04 -
TEMPERATURA °C 25 25 -
COLOR * NUC 1760 1115 36.64
TURBIDEZ NTU 1720 1080 37.21
ST mg / L 7445 2180 70.72
SST mg / L 1895 1130 40.37
SSV mg / L 1460 865 40.75
SSF mg / L 435 325 25.59
SÓLIDOS ml / L /h 4 1 75
SED.
DQO mg O 2 / L 9360 4680 50
DBO mg O 2 / L 4000 1900 52.57
RLA (Reactor de lodos activados)CONTENIDO 74
Tabla 43. Comparación de las remociones obtenidas por la planta de tratamiento
de lixiviados y el reactor de lodos activados
CARACTERÍSTICA %REMOCIÓN RLA %REMOCIÓN PTL
(REACTOR DE LODOS (PLANTA DE
ACTIVADOS) TRATAMIENTO DE
LIXIVIADOS)
1. COLOR 36,64 8,84
2. TURBIEDAD 37,21 25,22
3. SÓLIDOS TOTALES 70,72 6,21
4. SST 40,37 41,33
5. SSV 40,75 44,88
6. SSF 25,59 29,87
7. S. SED. 75 77,14
8. DQO 50 14,29
9. DBO 52,57 4,76
Grafico 26. Comparación de las remociones obtenidas por la planta de
tratamiento de lixiviados y el reactor de lodos activados.
COMPARACIÓN DE LA REMOCION
RLA VS PTL
90
80
70
60
REMOCIÓN RLA
50
40 REMOCIÓN PTL
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Como se puede observar el reactor da niveles de remoción en todos los
parámetros mucho mayores a los de la planta.CONTENIDO 75
CONCLUSIONES
(cid:57) Las mejores condiciones de operación del reactor de lodos activados se dio
al trabajar con una carga orgánica de 0.48 Kg DBO /Kg SST*d ;
5
observándose porcentajes de remoción en DBO del 52.57 %, DQO del
5
65.07%, de STT de 46.51 %, de color del 51.40 % y de turbiedad del
42.35%; además esta carga orgánica se encuentra en el rango de diseño
recomendado en la literatura para el proceso de lodos activados tipo mezcla
completa (0.2-0.6 Kg DBO /Kg SST*d).
5
(cid:57) El pH y la temperatura de la cuba de aireación durante la investigación
fueron apropiados para facilitar el proceso biológico.
(cid:57) Al aumentar el valor de la carga orgánica afluente al reactor de lodos
activados, la remoción de la materia orgánica presento oscilaciones que no
permiten observar el efecto del incremento de la carga orgánica para la
eficiencia del proceso.
(cid:57) El proceso tuvo un lento crecimiento del lodo el cual se acumuló en la parte
inferior de la cuba de aireación, esto debido a la zona muerta encontrada
entre la base de la cuba de aireación y los difusores de aire.
(cid:57) La proliferación de lodo no se pudo visualizar por medio de las pruebas de
sedimentabilidad realizadas, esto no indica que no hubo producción deCONTENIDO 76
biomasa, ya que se encontró gran cantidad de lodo acumulado en la base
de la cuba de aireación al desocupar el reactor
(cid:57) Todo parece indicar que el sistema de lodos activados presento
inhibiciones, posiblemente por toxicidad ante el exceso de amonio del
lixiviado y/o la presencia de metales pesados y sulfuros.
(cid:57) La sedimentación que se observo en las pruebas realizadas con el cono
imnhof y la probeta de 1000 ml dejando sedimentar por 30 minutos, fue muy
lenta además de que los flóculos presentaron tamaños muy pequeños.
(cid:57) Para llegar a conclusiones más apropiadas en cuanto a la población
microbiana presente en el lodo era necesario realizar un análisis
microscópico más detallado.
(cid:57) Se presume que en el lodo se encuentran organismos filamentosos ya que
el floc es de baja densidad, mal compactado y con una baja sedimentación.
(cid:57) Se presentó una capa de espuma de color carmelita claro de 5 a 8 cm de
espesor sobre el área superficial del reactor, comportamiento normal en el
proceso de lodos activados .
(cid:57) En ocasiones pudo presentarse una mezcla fuerte dentro del reactor
ocasionada por exceso de aire alimentado, el cual pudo provocar el
rompimiento del floc biológico.
(cid:57) El proceso mostró no ser sensible a la oscilación de cargas contaminantes.
(cid:57) El control del oxigeno disuelto en el reactor a lo largo de la investigación se
hizo mediante oximetro, ya que su medición por otros métodos no tieneCONTENIDO 77
aplicación en este tipo de agua residual. La concentración de oxigeno
encontrada fue apropiada para este sistema, en promedio de 2.6 mg O /L.
2
(cid:57) Los difusores de aire utilizados para el abastecimiento de oxigeno y para
lograr la mezcla completa dentro del reactor, estaban colocados sobre el
fondo a 10 cm, lo cual permite que en la parte inferior de ellos se produzca
acumulación de lodo. Lo ideal es que no existiera espacio entre los
difusores de aire y el fondo del reactor.
(cid:57) Durante el desarrollo de la investigación se presentaron algunos problemas
operacionales tales como fugas en el reactor, interrupción en el suministro
de aire y del lixiviado de alimento; los cuales no permitieron obtener una
estabilidad prolongada en la operación del reactor de lodos activados y por
lo tanto niveles de remoción superiores a los obtenidos.
(cid:57) El reactor de lodos activados utilizado para la investigación presentó
algunas dificultades de diseño principalmente en la zona de sedimentación,
ya que el liquido clarificado entraba allí por la parte inferior del tabique y no
por la parte superior como debería de ser, el lixiviado tratado debía recorrer
toda la zona de sedimentación y ascender hasta el nivel en el que era
evacuado del reactor.
(cid:57) A pesar de las dificultades encontradas en el desarrollo del estudio de
tratabilidad, el proceso de lodos activados presenta niveles de remoción
que superan los obtenidos en la planta de tratamiento de lixiviado de
carácter físico-químico que se opera actualmente en el relleno sanitario;
principalmente en parámetros como DQO y DBO .
5
(cid:57) Con los resultados obtenidos en el proceso biológico y los que se obtienen
actualmente en la planta de tratamiento de lixiviados podría pensarse que siCONTENIDO 78
el reactor de lodos activados recibiera el lixiviado ya tratado en la planta, el
liquido efluente del reactor tomaría características favorables, los niveles
de remoción aumentarían y podría obtenerse un proceso completo que
cumpliría con los niveles de remoción exigidos por las leyes ambientales.CONTENIDO 79
RECOMENDACIONES
(cid:57) El estudio se debe realizar en un reactor de lodos activados que tenga
mejores condiciones de diseño y operación.
(cid:57) Los difusores de aire deben ser colocados en el fondo del reactor evitando
formación de puntos muertos y mejorando la mezcla en la cuba de
aireación.
(cid:57) El control del oxigeno disuelto es un parámetro importante que se debe
medir diariamente en un proceso aerobio como este.
(cid:57) Se debe garantizar el suministro constante de aire y de lixiviado de alimento
al reactor, ya que cada parada proporciona dificultades al proceso
(cid:57) Existe una necesidad de implementar un tratamiento primario de filtración
para un estudio posterior a nivel de laboratorio, en vista de los problema
operacionales presentados por el taponamiento de los conductos de
alimentación.
(cid:57) Es necesario buscar alternativas de solución para disminuir la
concentración de Nitrógeno Amoniacal y Metales Pesados que
posiblemente son los causantes de inhibiciones en el proceso.CONTENIDO 80
BIBLIOGRAFÍA
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C
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13. GLYNN & HEINKE, “ Environmental science and engineering”.CONTENIDO 83
ANEXO A
RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS EN EL ESTUDIO DE
TRATABILIDAD PARA CADA CARGA ORGÁNICA
1. Finalizando la aclimatación del reactor
Fecha: Febrero 12/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR MEZCLA
pH UNIDADES 8.25 8.64
TEMPERATURA °C 22 19.4
COLOR * NUC 1515 1670
TURBIDEZ * NTU 810 2440
STT mg / L 9250 28300
SST mg / L 364 1380
SSV mg / L 312 1150
SSF mg / L 52 220
S. SEDIMENTABLES ml / L /h 0.5 55
ACIDEZ mg CaCO / L 190 117.5
3
ALCALINIDAD mg CaCO / L 7560 6300
3
DQO Mg O / L 6890.72 2766.9
2CONTENIDO 84
2. CARGA ORGÁNICA = 0.30 Kg DBO /Kg SST*d
5
Q = 0.5 ml / s
Fecha: Marzo 3/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.99 8.91 8.33 NA
TEMPERATURA °C 23.4 20 19.7 NA
COLOR * NUC 1305 1675 755 42.15
TURBIDEZ * NTU 1170 1460 570 51.28
STT mg / L 5368 7836 2836 47.17
SST mg / L 1860 3280 780 58.06
SSV mg / L 680 2040 340 50
SSF mg / L 1210 570 440 63.64
SÓLIDOS ml / L /h 1 40 <0.1 90
SED.
ACIDEZ mg CaCO 3 / L 345 276 276 N.A
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 6148.8 4838 4838 N.A
DQO mg O 2 / L 7333.3 2500 65.91
DBO mg O 2 / L 4577 3380 26.15CONTENIDO 85
3. CARGA ORGÁNICA = 0.48 Kg DBO /Kg SST*d
5
Q = 0.7 ml / s
Fecha: Marzo 10/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 8.18 8.79 8.35 NA
TEMPERATURA °C 22.2 19 16.7 NA
COLOR * NUC 2140 1040 51.40
TURBIDEZ * NTU 1700 980 42.35
STT mg / L 11740 15540 6280 46.51
SST mg / L 1324 2550 820 38.07
SSV mg / L 559 1935 439 31.84
SSF mg / L 965 1615 381 60.52
SÓLIDOS ml / L /h 5 20 <0.1 98
SED.
ACIDEZ mg CaCO 3 / L 517.5 1035 NA
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 9072 5292 NA
DQO mg O 2 / L 9375 3275 65.07
DBO mg O 2 / L 4000 1900 52.57CONTENIDO 86
4. CARGA ORGÁNICA = 0.65 Kg DBO /Kg SST*d
5
Q = 1.3 ml / s
Fecha : Marzo 26/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.98 8.39 8.67 NA
TEMPERATURA °C 17.7 18.7 17.4 NA
COLOR * NUC 1415 670 52.65
TURBIDEZ * NTU 810 340 58.02
STT mg / L 5442.66 9980 2740 49.66
SST mg / L 1326 1020 793.33 40.17
SSV mg / L 895 673.33 487.33 45.55
SSF mg / L 431 346.67 306 29
SÓLIDOS ml / L /h 2 20 <0.1 95
SED.
ACIDEZ mg CaCO 3 / L 655.5 345 414 NA
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 7500 4250 3500 NA
DQO mg O 2 / L 18125 11875 34.48
DBO mg O 2 / L 3780 2180 42.32CONTENIDO 87
5. CARGA ORGÁNICA = 1.10 Kg DBO /Kg SST*d
5
Q = 0.9 ml / s
Fecha: Marzo 21/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.96 8.58 8.56 NA
TEMPERATURA °C 17.7 18.7 17.4 NA
COLOR * NUC 1280 650 49.22
TURBIDEZ * NTU 1070 380 64.49
STT mg / L 3830 7500 2340 38.90
SST mg / L 480 1010 200 58.33
SSV mg / L 210 690 110 47.62
SSF mg / L 270 320 90 66.67
SÓLIDOS ml / L /h 3 20 <0.1 96.67
SED.
ACIDEZ mg CaCO 3 / L 563.8 345 NA
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 8365 5897 NA
DQO mg O 2 / L 7200 3600 50
DBO mg O 2 / L 3184 597 81.25CONTENIDO 88
6. CARGA ORGÁNICA = 1.23 Kg DBO /Kg SST*d
5
Q = 1.5 ml / s
Fecha: Febrero 24/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.99 8.08 8.37 NA
TEMPERATURA °C 24.3 20 19.2 NA
COLOR * NUC 1505 1675 780 48.17
TURBIDEZ * NTU 1170 1460 620 47
STT mg / L 11820 14230 8070 31.73
SST mg / L 530 2380 350 33.96
SSV mg / L 340 1840 210 38.24
SSF mg / L 190 540 140 26.32
SÓLIDOS ml / L /h 1 40 <0.1 90
SED.
ACIDEZ mg CaCO 3 / L 138 276 276 NA
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 8568 5040 5040 NA
DQO mg O 2 / L 7800 3800 51.28
DBO mg O 2 / L 4060 1250 69.2CONTENIDO 89
7. CARGA ORGÁNICA = 2.08 Kg DBO /Kg SST*d
5
Q = 1 ml / s
Fecha: Febrero 17/2003
CARACTERÍSTICA UNIDAD LIXIVIADO LICOR SALIDA %
MEZCLA REMOCIÓN
pH UNIDADES 7.91 8.78 8.62 NA
TEMPERATURA °C 22 18.3 17.6 NA
COLOR * NUC 1515 1375 770 49.17
TURBIDEZ NTU 860 1370 410 52.33
STT mg / L 12250 16900 7100 42.04
SST mg / L 564 2173 346.67 38.53
SSV mg / L 362 1613.33 220 39.23
SSF mg / L 202 260 126.67 37.29
SÓLIDOS ml / L /h 1 35 <0.1 90
SED.
ACIDEZ mg CaCO 3 / L 172.5 345 345 NA
ALCALINIDAD mg CaCO 3 / L 5040 6048 5191.2 NA
DQO mg O 2 / L 19125 12250 35.95
DBO mg O 2 / L 2980 2180 26.85CONTENIDO 90
ANEXO B
VISTAS DEL SISTEMA DE INSTALACIÓN DEL REACTOR DE LODOS
ACTIVADOS
1. Disposición general del montaje realizado para el desarrollo del trabajo
experimental (tanque de alimentación, reactor y compresor.)CONTENIDO 91
2. Disposición general del montaje realizado para el desarrollo del trabajo
experimental (tanque de alimentación, reactor y tanque de recolección de
lixiviado tratado.
3. Vista del vertedero ubicado a la entrada de la planta de tratamiento de
lixiviados y desde el cual se tomo la alimentación al sistema de lodos
activados.CONTENIDO 92
2
1
4. Sistema de almacenamiento de lixiviado crudo para la alimentación al
reactor de lodos activados. Se pueden observar las tuberías en PVC, (1)
viene del vertedero y (2) sale al reactor de lodos activados.
5. Compresor utilizado para el suministro de aire al reactor de lodos activados.CONTENIDO 93
6. Vista del reactor de lodos activados y del sistema de dosificación del
lixiviado de alimento al reactor (control de caudal).CONTENIDO 94
7. Difusores de aire empleados para la aireación del reactor de lodos
activados