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““DIGESTIDIGESTIÓÓN BIOLN BIOLÓÓGICA DE SGICA DE SÓÓLIDOS PROVENIENTES DE LIDOS PROVENIENTES DE LA SEDIMENTACILA SEDIMENTACIÓÓN PRIMARIA EN UNA PLANTA DE N PRIMARIA EN UNA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE ENLATADO DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE ENLATADO DE HORTALIZASHORTALIZAS””
Autor: Andrea Lorena Murillo Vallejo
Director de Tesis: Dr. René Reyes Mazzoco
Asesores : MC René Alejandro Lara Díaz
MC Maria Luisa Sámano Celorio
INTRODUCCIÓN
•Procesos industriales
Productos Sociedad
Residuos Medio ambiente
•Desarrollo de estrategias para disminuir la cantidad desechos
INTRODUCCIÓN
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
PRIMARIO: remoción de sólidos
SECUNDARIO: conversión biológica a biomasa sedimentable
TERCIARIO: remoción de sólidossuspendidos y nutrientes
INTRODUCCIÓN
Residuos en una empacadora de hortalizas:
Chile Zanahoria
Cebolla Verduras
Frutas Vinagre
Aceite Azúcar
PROYECTO
•Tratamiento de lodos primarios por digestión anaerobia
•Experimentación variando condiciones de operación para mejorar los resultados del proceso
OBJETIVO GENERAL
Obtener mejores condiciones de operación para el proceso de digestión anaerobia de lodos primarios para una empacadora de hortalizas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•Investigar qué variables favorecen el proceso.
•Tiempo de retención óptimo
•Sistema de mezclado.
•Preparación previa de los lodos
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
ESTABILIZACIÓN DE SÓLIDOS y BIOSÓLIDOS
•Reducción de patógenos
•Eliminación de olores
•Inhibición de potencial de putrefacción
Disminución biológica del contenido volátil
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
DIGESTIÓN ANAEROBIA
• Método de estabilización de sólidos y biosólidos
•Materia prima :
Lodos concentrados (8-10%)
•Productos:
Biogas (metano+dióxido de carbono)Sólidos reutilizables
REACCIONES EN DIGESTIÓN ANAEROBIA
1. Hidrólisis: formación de moléculas orgánicas simples solubles
2. Acidogénesis: formación de compuestos orgánicos solubles y ácidos de cadena corta
3. Acetogénesis: los productos de la fermentación se convierten en acetatos, hidrógeno y dióxido de carbono
4.Metanogénesis: la conversión bacteriana de ácidos orgánicos a metano y dióxido de carbono
SECUENCIA DE REACCIONES PARA UNA DIGESTIÓN ANAEROBIA
17%13%
28% 72%
ACIDOGÉNESIS
HIDRÓLISIS
MATERIA ORGÁNICA COMPLEJA carbohidratos, proteínas, lípidos
MOLÉCULAS ORGÁNICAS SIMPLESazúcares, aminoácidos, péptidos
ÁCIDOS GRASOS propionato, butirato,etc.
H2, CO2 ÁCIDO ACÉTICO
CH4, CO2
5% 20%
35%10%
VARIABLES EN EL PROCESO:
•Tiempo de retención de sólidos (SRT)
•Temperatura•Mesofílica (30-38ºC)
•Termofílica (50-57ºC)
•Alcalinidad (pH 6.5 - 7.5)
•Presencia de sustancias inhibidoras
•Disponibilidad de nutrientes, trazas de metales
•Mezclado
DIGESTIÓN ANAERÓBICA MESOFÍLICA
•Baja velocidad (estándar)
•Alta velocidad
•Una etapa
•Dos etapas
DISEÑO
•Contenido de sólidos totales en la alimentación.
Proceso en húmedo (<20%)
Proceso en seco (>20%)
•Temperatura de operación.
•Sistema de mezclado
•Tipo de reactor. Posición vertical u horizontal
•Flujo del proceso. Continuo o en lotes
USO DE BIOSÓLIDOS
•NOM 004 SEMARNAT 2002
•Controlar la atracción de vectores
•Reducción de sólidos volátiles por lomenos un 38%
CLASIFICACIÓN
•Metales pesados (excelente o bueno)
•Patógenos y parásitos (A, B,C)
APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS
TIPO CLASE APROVECHAMIENTO
Usos urbanos con contacto público directodurante su aplicación
Los establecidos para clase B y C
EXCELENTE Usos urbanos sin contacto público directodurante su aplicación
O Los establecidos para clase CBUENO
EXCELENTE Usos forestales
O Mejoramientos de suelos
BUENO Usos agrícolas
EXCELENTE A
B
C
METODOLOGÍA
ADICIÓN DE CAL
ADICIÓN DE ZANAHORIA
SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS MEDICIONES
•VISCOSIDAD
•SÓLIDOS TOTALES
•pH
•FLUJO DE GAS
•TEMPERATURA
LODOS PRIMARIOS
METODOLOGÍA
ANÁLISIS COMPARATIVO DE TENDENCIAS
EXPERIMENTO CON IMPLEMENTACIONESMEDICIONES
BIOGASPRODUCTOS
LODOS DIGERIDOS Y ESTABILIZADOS
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Diseño a escala del digestor
Simulación Experimental
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Inconvenientes de agitación por bombeo:
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Inconvenientes de agitación por bombeo:
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Agitación mecánica:
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Mediciones: FLUJO DE GAS
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Mediciones: VISCOSIDAD
tescurrimiento
lodontoescurrimie
lodo
aguantoescurrimie
agua
ttµµ
=
MÉTODOS Y TÉCNICAS
Mediciones: pH
•Papel pH
Mediciones: Temperatura
•Termopares
•Termómetro
MÉTODOS Y TÉCNICAS
TRATAMIENTO PRIMARIO:
•Separación de grasa
•Adición de cal
TRATAMIENTO EXTRA:
•Saponificación
•Adición de NaOH
RESULTADO
RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: VISCOSIDAD
RESULTADO: disminución 59%
VISCOSIDAD DE DIGESTOR DE LODOS SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS
y = -9E-05x + 0.0023R2 = 0.9005
0.00050.00070.00090.00110.00130.00150.00170.00190.00210.0023
0 2 4 6 8 10 12 14
TIEMPO (días)
VIS
CO
SID
AD
(Pa*
s)
VISCOSIDAD DE DIGESTOR CON ADICIÓN DE 10% DE ZANAHORIA COCIDA MOLIDA
y = -6E-05x + 0.0021R2 = 0.5335
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0 2 4 6 8 10 12 14
TIEMPO (días)
VIS
CO
SID
AD
(Pa*
s)
RESULTADO: disminución 35%
VISCOSIDAD EN DIGESTOR CON CONTROL DE pH A 7
y = -5E-05x + 0.0016R2 = 0.8002
00.00020.00040.00060.00080.001
0.00120.00140.00160.00180.002
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TIEMPO (días)
VIS
CO
SID
AD
(Pa*
s)
RESULTADO: disminución 50%
VISCOSIDAD DE DIGESTOR CON pH INICIAL 8
y = -6E-05x + 0.0018R2 = 0.7582
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TIEMPO (días)
VIS
CO
SID
AD
(Pa*
s)
RESULTADO: disminución 52%
VISCOSIDAD
VISCOSIDAD INICIAL : 0.0018 - 0.002 Pa·s
VISCOSIDAD FINAL: 0.0009 - 0.001 Pa·s
Hidrolización independiente de pH o adición de zanahoria
RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE:
PRODUCCIÓN DE BIOGAS
COMPARACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE GAS EN DIGESTORES
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14TIEMPO (días)
FLU
JO D
E G
AS
(mm
3 /l*s)
CON ZANAHORIA SIN ADICIÓN CONTROL PH
FLUJO DE GAS EN DIGESTORES RESPECTO AL pH
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
TIEMPO (días)
FLU
JO D
E G
AS
(mm
3 /l*s)
0123456789
pH
gas sin adición gas con zanahoria gas pH controladopH sin adición pH con zanahoria pH controlado
PRODUCCIÓN DE GAS ACUMULADA POR DÍA
010002000300040005000600070008000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16TIEMPO (días)
VO
LUM
EN
DE
GA
S (c
m3 /l)
SIN ADICIÓN ADICIÓN DE ZANAHORIA pH 7 CONTROLADO
RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: SÓLIDOS TOTALES
SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTOR SIN ADICIÓN DE SUSTANCIAS
y = -0.1697x + 11.263R2 = 0.4747
77.5
88.5
99.510
10.511
11.512
12.513
0 3 6 9 12 15
TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S T
OTA
LES
RESULTADO: disminución 26%
SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTOR CON ADICIÓN DE 10% EN VOLUMEN DE ZANAHORIA COCIDA MOLIDA
y = -0.0501x + 9.5457R2 = 0.0404
66.5
77.5
88.5
99.510
10.511
11.512
0 3 6 9 12 15
TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S T
OTA
LES
RESULTADO: disminución 11%
SÓLIDOS TOTALES DE DIGESTIÓN CON CONTROL DE pH 7
y = -0.1914x + 9.2919R2 = 0.512
55.5
66.5
77.5
88.5
99.510
0 2 4 6 8 10 12 14 16
TIEMPO (días)
% S
ÓLI
DO
S T
OTA
LES
RESULTADO: disminución 33%
SÓLIDOS TOTALES CON pH INICIAL 8
y = -0.1647x + 8.3832R2 = 0.6669
44.5
55.5
66.5
77.5
88.5
99.510
0 3 6 9 12 15 18 21
TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S T
OTA
LES
RESULTADO: disminución 44%
SOLIDOS TOTALES EN DIGESTIÓN CON CONTROL DE pH
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S T
OTA
LES
1 2 3 4 5 6 7 8
PROMEDIO DE SÓLIDOS TOTALES EN DIGESTIÓN CON pH 7 CONTROLADO
(8 matraces)
y = -0.269x + 7.8596R2 = 0.7853
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
0 2 4 6 8 10
TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S T
OTA
LES
RESULTADO: disminución 30%
RESULTADOS EN LA MEDICIÓN DE: SÓLIDOS VOLÁTILES
SÓLIDOS VOLÁTILES EN DIGESTOR CON CONTROL DE pH 7
y = -1.6699x + 65.861R2 = 0.6396
30
35
40
45
50
55
60
5 7 9 11 13 15 17
TIEMPO (días)
% D
E S
ÓLI
DO
S V
OLÁ
TILE
S
RESULTADO: disminución 39.2%
SÓLIDOS VOLÁTILES CON pH INICIAL 8
y = -0.3012x + 50.546R2 = 0.0151
30
35
40
45
50
55
60
10 12 14 16 18 20 22
TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S V
OLÁ
TILE
S
RESULTADO:
PROMEDIO DE SÓLIDOS VOLÁTILES EN DIGESTION CON pH 7 CONTROLADO
(8 matraces)
y = -1.2337x + 43.25R2 = 0.6679
3032343638404244464850
0 1 2 3 4 5 6TIEMPO (días)
%S
ÓLI
DO
S V
OLÁ
TILE
S
RESULTADO: disminución 41%
CONCLUSIONES
16 DÍASµ ST SV GAS PRODUCIDO% % % cm3/l
SIN ADICIÓN 59 26 - 6401.48ADICIÓN DE ZANAHORIA 35 11 - 5215.24pH 7 CONTROLADO 50 33 39.2 7887.88pH 7 CONTROLADO (8) - 46 41 -pH 8 INICIAL 52 31 X X
DISMINUCIÓN
CONCLUSIONES
Cumplimiento de NOM-004-SEMARNAT-2002: disminución mínimo del 38% sólidos volátiles
•Tiempo de retención de sólidos: 16 DÍAS
•Control del pH neutro (condiciones óptimas para bacteria metanogeneradora)
•Mezclado mecánico
BIBLIOGRAFÍA
Metcalf &Eddy, Wastewater Engineering, Treatment and Reuse, 4th ed. McGraw Hill, Chapters 7, 14.
Vesilind P.A., Hartman G. C. et. al., Sludge Management & Disposal for the Practicing Engineer, Lewis Publishers Inc. 1986, Chapters 1,2 and 4
Young-Chae Song, Sang-Jo Kwon, Jung-Hui Woo. Mesophilic and termophilic temperature co-phase anaerobic digestion compared with single-stage mesophilic and termophilic digestión of sewage sludge. Water Research Journal of the International Association on Water Quality. April 2004; Vol 38; No7; 1653 -1661.
Hariklia N. Gavala, Umur Yenal, Ioannis V. Skiadas, Peter Westermann, Birgitte K. Ahring. Mesophilic and termophilicanaerobic digestion of primary and secondary sludge. Effect of pre treatment at elevated temperature. Water Research Journal of the International Association on Water Quality. Nov 2003; Vol 37; No 19; 4561 – 4571.
WEF (1996) Operation of Wastewater Treatment Plants, 5th ed, Manual of Practice No.11, vol. 3, Chaps. 27-33, Water Environment Federation, Alexandria, VA.
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Peavy Howard S., Rowe Donald R., Tchobanoglous George; Environmental Engineering, McGraw-Hill International Editions, Singapore 1985
¡Gracias por su atención!