tratamiento de aguas domesticas
DESCRIPTION
Tratamiento secundario por medio de la formación de biopeliculas en biorreactores aerobios en forma de celdas microbianas.TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS AMBIENTALES
“TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS MEDIADOS POR LA APLICACIÓN DE CONSORCIOS BACTERIANOS ESTATICOS EN UN
BIORREACTOR AEROBICO”
CURSO : Tratamiento De Aguas Residuales Domesticas.
AUTORES : LIJARZA GALVEZ, Yeshua
MEDINA DIONISIO, Elvis
QUISPE SANCHEZ, Gustavo
RAZURI MATOS, Luis Angel
RODRIGUEZ EUGENIO, Jhely
RUIZ BALCAZAR, Kevin
SANDOVAL ESCALANTE, Nelly
SANTILLAN TELLO, Bryan
SEGURA CABALLERO, Alex
YACHA SOLIS, Christian
ZELAYA MOYA, Ahnel
DOCENTE : Ing. Jose Luis, Paredes Salazar.
SEMESTRE ACADEMICO: 2015 - II
Tingo Maria – Perú
Noviembre – 2015
I. INTRODUCCION
Buena parte de los residuos que los consumidores
producimos a diario se canalizan a través de grandes volúmenes de
agua residual que debe ser tratada de forma adecuada. Desde hace
más de cien años, con el descubrimiento de la tecnología de los fangos
activados, hemos recurrido a la propia naturaleza para depurar el agua
residual. En estos tratamientos se utilizan microorganismos naturales
para biodegradar los contaminantes y convertirlos en especies gaseosas
(CO2, N2, etc.).
Las celdas microbianas están generando un gran interés,
primero en el tratamiento de aguas con alto contenido orgánico. Las
aguas residuales son una fuente de sustratos y microorganismos las
cuales tienen la característica de oxidar compuestos orgánicos y
metales.
En un país en vía de desarrollo el manejo eficiente de los
recursos debe ser prioridad así como la preservación del medio
ambiente, es por ello que un proyecto bien concebido de mejoramiento
ambiental que sea autosostenible o que requiera una baja inversión sin
duda alguna será de gran aporte. Actualmente se están desarrollando en
el mundo nuevas formas de optimizar el uso del agua y de obtener
fuentes de energía alternativas, este proyecto surge tras la necesidad de
implementar una solución a estas dos problemáticas. Las celdas de
combustible microbianas son una alternativa de solución que se
encuentran en etapa de investigación y que tienen un gran potencial de
aplicación
en estos dos campos. Contribuir en el avance de esta tecnología es el objetivo
de este proyecto. Por lo tanto el tratamiento de aguas residuales domesticas
mediado por consorcios bacterianos en celdas microbianas en la provincia de
Leoncio Prado departamento Huánuco sería una medida eficaz.
I.1. Objetivos, Alcances y JustificaciónI.1.1. Objetivo general
- El objetivo principal de este proyecto de investigación es evaluar la
eficiencia del tratamiento de aguas residuales mediado por consorcios
bacterianos en un biorreactor aeróbico en forma de celdas microbianas
en la provincia de Leoncio Prado departamento Huánuco.
I.1.2. Objetivos específicos- Evaluar los parámetros fisicoquímicos (pH, temperatura, OD, DBO5,
Solidos totales) del sistema de biorreactores aeróbicos.
- Evaluar el desempeño de adaptación de los consorcios bacterianos
usando como sustrato el acetato.
- Diseñar, manufacturar e implementar 7 biorreactores aeróbicos en forma
celdas microbianas con materiales de bajo costo.
- Realizar el modelamiento matemático de los parámetros fisicoquímicos
evaluados con respecto al balance de materia de la producción de
biomasa y consumo del sustrato.
I.1.3. Alcances y justificación Con el acelerado crecimiento poblacional en la ciudad de
Tingo María en los últimos años, el saneamiento ambiental se ha vuelto
indispensable para disminuir la incidencia de enfermedades endémicas e
infecciones en los habitantes, es por eso que es indispensable contar
con un manejo adecuado y un tratamiento de las aguas residuales
domésticas, que causan un impacto negativo al ambiente y en la salud
pública.
Razón por la cual surge la necesidad de experimentar la
depuración de aguas residuales domesticas mediadas por consorcios
bacterianos con finalidad de eliminar el gran contenido de carga orgánica
presente en el agua y que esta pueda ser reinsertada en la sociedad
siendo posible utilizarla para riego o para otras actividades. La ejecución
experimental se llevará a cabo en el Laboratorio de Aguas Residuales
Domesticas y laboratorio de microbiología y biotecnología de ambiental
de la Facultad de Recursos Naturales Renovables, especialidad de
Ingeniería Ambiental- Universidad Nacional Agraria de la Selva.
II. REVISION DE LITERATURA
II.1.Tratamiento de aguas residuales.El tratamiento de las aguas residuales es generalmente un
proceso que se realiza en varios pasos, en los que se utilizan
tratamientos químicos y biológicos.
Para plantear la estrategia de tratamiento, es fundamental
conocer:
- Para el dimensionamiento de las instalaciones de tratamiento:
Caudal / variación = f(t).
- A los fines de la determinación del tipo de tratamiento a efectuar:
- Caracterización de los contaminantes (cantidad/origen/tipo).
II.1.1. Principios de los procesos biológicos del tratamiento secundario
Un proceso biológico de tratamiento o depuración de aguas
residuales es un sistema en el cual se mantiene un cultivo de
microorganismos (biomasa) que se alimenta de las impurezas del agua
residual (sustrato o alimento).
Estas impurezas son la materia orgánica biodegradable, el
amonio, el nitrato, el fosfato y otros contaminantes a menor
concentración. El lugar donde se ponen en contacto la biomasa con el
agua residual para llevar a cabo el tratamiento se denomina reactor
biológico, o biorreactor, y puede ser de diferentes tipos. Hay que
remarcar que en la mayoría de los casos la biomasa se genera
espontáneamente en el reactor biológico, a partir de pequeñas
concentraciones de microorganismos presentes en el agua residual o en
el aire, y de las reacciones biológicas que en el diseño y operación de la
planta se procura favorecer.
Figura N°2: Esquema elemental de un proceso biológico de tratamiento
II.1.2. Reacciones biológicasLas reacciones biológicas más importantes son aerobias,
anaerobias o fotosintéticas. Se observa un esquema general de las actividades
de síntesis y respiración que se producen por las actividades biológicas. Como
se muestra en la figura, hay fuentes nutritivas necesarias como C, O2, H2, N2, P,
ya sea como orgánicas o inorgánicas que deben ser transportadas a la célula
en forma soluble. Los microorganismos producen también productos de
desecho que dependen de las especies consideradas y las condiciones
ambientales.
Los productos más deseables son gases como CO2, N2, O2 y CH4,
que pueden ser fácilmente separados de la fase líquida. Otros gases como H2S
NH3 y aminas son indeseables. Un requerimiento importante para la mayor
parte de los procesos biológicos usados en el tratamiento de efluentes es la
producción de microorganismos floculantes, que pueden ser fácilmente
separados por medios físicos como sedimentación por gravedad, centrifugación
o filtración.
Desde el punto de vista de la polución el microorganismo debe
considerarse como un producto no deseable. La facilidad de separación y la
destrucción por autooxidación son también aspectos de gran importancia.
Figura N°3: Reacciones biológicas fundamentales
Las reacciones biológicas pueden influenciar las reacciones
químicas en la fase líquida del medio ambiente. Por ejemplo el consumo de CO2
por las algas durante el día puede aumentar el pH y esto ocasiona la fijación del
H2S como sulfuro.
II.2.Biorreactor aeróbico tipo Celda Microbiológica. Representan el más reciente enfoque tecnológico para la
degradación de la materia orgánica e inorgánica, mediante la acción catalítica
de microorganismos. Las celdas microbianas son significativamente diferentes a
los biorreactores anaeróbicos convencionales, estas últimas los
microorganismos están suspendidos en todo el volumen del biorreactor, a
comparación con las celdas microbianas en dónde se utilizan microorganismos
que catalizan de manera natural la oxidación de los combustibles, que pueden
ser compuestos orgánicos, como desechos domésticos están sujetos a un
sustrato inmóvil para la formación de biopeliculas.
Las celdas microbianas trabajan de manera óptima a temperatura
ambiente, sin embargo no están limitados a rangos estrechos de temperatura,
pues podrían trabajar a temperaturas diferentes a la ambiental, mientras la vida
microbiana sea posible.
Este diseño de biorreactor es exclusivamente para la fabricación de
CCM (celdas de combustible microbiana) o MFC´s siglas en ingles del cual
ofrecen la posibilidad de extraer alrededor del 90% de los electrones de los
compuestos orgánicos y pueden ser auto-sostenibles y autoregenerables.
Posteriormente, los microorganismos liberan los electrones de sus células y los
transfieren a los electrodos (ánodo) de la celda y así posteriormente transportar
la generación electricidad a otros equipos requeridos para su funcionamiento.
El desarrollo de sistemas que involucran bacterias para producir
electricidad representan métodos innovadores para la producción de
bioenergía. Son tecnologías económicas y sencillas, debido a que cualquier
materia orgánica biodegradable se puede utilizar en una MFC. Si la materia
orgánica representa un riesgo ambiental, con esta novedosa tecnología es
posible oxidarla a una especie inócua; de esta forma no solo resolvemos el
problema energético, sino también el del manejo sustentable de residuos.
A pesar de que a la fecha no se ha elucidado por completo el
mecanismo por el cual algunas células microbianas pueden liberar los
electrones, está bien evidenciada su capacidad para hacerlo; sin embargo, uno
de los mayores retos a superar para mejorar el rendimiento de estos
dispositivos electroquímicos radica en la naturaleza del electrodo anódico,
debido a que tiene un rol fundamental en la transferencia electrónica dentro de
la MFC.
II.2.1. Celdas microbiológicas de membrana polimérica.Las PCMs utilizan membranas de polímeros, que se encuentran
entre el ánodo y el cátodo las cuales tienen la capacidad de conducir protones
del ánodo hacia el cátodo con la menor resistencia posible y separar
físicamente el sustrato del oxidante que se encuentra entre el ánodo y el cátodo
(Ter Heijne y col., 2006, cit. por DOMINGUEZ, et al., 2013). Las membranas
utilizadas en las celdas de combustible tienen que cumplir con las siguientes
características: (Logan, 2008, cit por DOMINGUEZ, et al., 2013).
a) Capacidad de intercambio de protones elevada.
Esta propiedad se mide cuando las membranas son colocadas en
soluciones cationicas, por ejemplo cloruro de sodio, el ion sodio sustituye a los
protones en la siguiente reaccion: (R= grupo alquilo)
R − S OH + Na+ → R − S O − Na + H+
Para determinar la concentración de protones intercambiados en la
solución, se realizan titulaciones con NaOH (DOMINGUEZ, et al., 2013).
II.2.2. Diseño y desempeño de una celda microbiológica II.2.2.1. Modelo de eficiencia del inoculo bacteriano
a. Para la biodegradación de materia orgánica se realiza el modelo
relacionándolo con el DBO.
b. Para la biodegradación del DBO del modelo.
- Parámetros:
Q= Caudal de entrada.
[DBO]e = Concentracion de DBO de entrada.
[DBO]s = Concentracion de DBO de salida.
X= Biomasa transformadora de DBO.
V= Volumen de Reactor Biológico.
Qp= Caudal de exceso de fangos.
Entonces:
Carga másica: Cm=Q∗[DBO ]eV∗X
Tiempo de retención de solidos: E=V∗X reactorQ salida∗X salida
Carga volumétrica Cv=Q∗¿eV
Rendimiento: R (% )=[DBO]e−[DBO] s[DBO]e
Tiempo de retención hidráulico: TRH=VQ
II.2.3. Modelo básico de una celda microbiológica.Para la evaluación de los inóculos y los materiales de electrodos se
utilizaron tres celdas de dos cámaras (tipo H), mientras que para la
implementación de una estrategia de control se diseñaron y manufacturaron dos
celdas de una sola cámara con cátodos aireados pasivamente.
II.2.3.1. Celda de dos cámaras
Se acoplara celdas de 2 cámaras en una estructura de forma
espiral, Se empleó una CCM de dos cámaras de 120 ml y la otra de 1200 ml
cada una. El material de la celda es de acrílico transparente con un grosor de 5
mm. El acrílico es un material resistente y tiene la ventaja de poder observar lo
que ocurre dentro de la celda. En su exterior cuenta con dos entradas y dos
salidas que sirven para alimentar desde la fuente y para recircular, mientras que
para las salidas son para vaciar en operación en continuo y para recircular.
El volumen de trabajo de la celda es de 1320 ml. La geometría es
de un prisma rectangular cuyas dimensiones son de 11 cm x 10 cm x 12 cm, la
celda poseerá 2 placas de acero inoxidable de soporte para la formación de
biopeliculas en las membranas de grafito que cubren a un ánodo y cátodo
separado por una MIP cada una respectivamente con dimensiones de 10 cm x
10 cm y contó con 6 perforaciones para que la atraviesen 6 tornillos de un ¼”.
En la figura 1 se muestra la configuración de la celda utilizada para
la evaluación de los inóculos.
Figura N°1: Celda de dos cámaras de tela de grafito.
II.2.3.2. Celda de una cámara.Para el diseño de una CCM con materiales de bajo costo se eligió
una configuración que fuera de fácil manufacturación y simple de operar. Por lo
que se diseñó una celda de una cámara, debido a que no requieren uso de
membrana, agitador magnético ni burbujeo de aire (Logan et al., 2006). De las
principales ventajas que tienen las celdas de una sola cámara respecto de las
celdas de dos cámaras destacan que poseen menor resistencia interna, ya que
no necesitan de membrana de intercambio iónico y no requieren de burbujeo de
aire, porque se airea de manera pasiva.
II.3. Consorcio bacteriano:
II.3.1. Metabolismo bacteriano:Se define como el conjunto de procesos por los cuales un
microorganismo obtiene la energía y los nutrientes que necesita para vivir y
reproducirse. Los microorganismos utilizan numerosos tipos de estrategias
metabólicas distintas y las especies pueden a menudo distinguirse en base a
estas estrategias. Las características metabólicas específicas de un
microorganismo constituyen el principal criterio para determinar su papel
ecológico, su responsabilidad en los ciclos biogeoquímicos y su utilidad en los
procesos industriales. Las principales funciones del metabolismo son:
- Formar las subunidades que luego serán utilizadas en la síntesis
de macromoléculas.
- Proporcionar la energía necesaria para todos aquellos procesos
que la requieran como transporte activo, movilidad, biosíntesis,
etc.
Los distintos tipos de metabolismo microbiano pueden clasificarse
según tres criterios distintos.
II.3.1.1. Según como el organismo obtiene el Carbono para la construcción de la masa celular:
- Autótrofo: a partir de CO2.
- Heterótrofo: de compuestos orgánicos.
II.3.1.2. Según como el organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservación de energía:
- Litotrofo: de compuestos inorgánicos.
- Organotrofo: de compuestos orgánicos.
II.3.1.3. Según la forma en la que el organismo obtiene la energía para vivir y crecer:
- Quimiótrofo: compuestos químicos externos.
- Fotótrofo: de la luz.
II.4. Sustratos empleados en las Celdas microbiológicas.En las CCM, el sustrato es considerado como uno de los factores
biológicos más importantes que afectan la generación de electricidad. Los
sustratos empleados en las CCM para la producción de electricidad van desde
los compuestos puros a las mezclas complejas de la materia orgánica en las
aguas residuales.
II.4.1. Glucosa La glucosa es otro sustrato empleado en CCM. reportaron que el
rendimiento de una CCM con Proteus vulgaris dependía de la fuente de
carbono en el medio y del contenido inicial de glucosa dentro de la célula en
CCM que funcionan durante un corto periodo de tiempo en comparación con la
galactosa. Rabaey ) informaron que una densidad de potencia máxima igual a
216 W/m3 se obtuvo con una CCM alimentada por lotes con glucosa
empleando 100 mM de cianuro férrico como oxidante catódico.
Se evaluaron la viabilidad de los lodos anaerobios como
combustible para la generación de electricidad en CCM y los comparó con la
glucosa. En un estudio reciente hecho, la CCM alimentada con glucosa generó
la más baja eficiencia coulómbica como consecuencia de la perdida de
electrones por las bacterias competitivas, pero su estructura bacteriana
relativamente diversa permitió que el sustrato se empleara de manera más
amplia y se generara una densidad de potencia mayor. La eficiencia coulómbica
baja se debió al hecho de que la glucosa es un sustrato de fermentación y
metanogénesis, que no puede producir electricidad. Para explicar de manera
más amplia la especificidad de sustrato en CCM con glucosa enriquecida
propusieron la presencia de un consorcio mixto más complejo de diversas
bacterias electrogénicas o de sus sintróficas como resultado de la producción
de diversos subproductos de la fermentación durante la degradación de la
glucosa.
II.4.2. Agua residual sintética
Las aguas residuales sintéticas o químicas con una composición
definida se han empleado en estudios por, debido a que su pH, conductividad y
fuerza iónica son fáciles de controlar.
Muchos medios de cultivo empleados para el crecimiento
bacteriano contienen gran cantidad de mediadores redox, como cisteína y las
aguas residuales de alta resistencia contienen azufre, el cual puede trabajar
como donante abiótico de electrones e incrementar la producción de corriente
eléctrica por un tiempo corto; por lo tanto no representan el verdadero
rendimiento del sistema (Aldrovandi et al., 2009). Esto puede evitarse mediante
el uso de un medio con mínimo contenido de sales y con un solo donador de
electrones, como la glucosa o el acetato. Para comprobar la influencia de la
composición de las aguas residuales sintéticas en el desempeño de la CCM,
Rodrigo et al., (2009) alimentaron CCM con dos diferentes aguas residuales
sintéticas con los mismos contaminantes orgánicos (glucosa y peptona) y la
misma carga orgánica (315 mg/dm3), pero con diferente índice de
facilidad/lentitud de biodegradación del sustrato. Las CCM alimentadas con
residuos biodegradables lentamente eran más eficientes en términos de
producción de electricidad, probablemente debido a la producción de productos
intermedios que favorecen la formación de electricidad.
III. MATERIALES Y METODOSIII.1. Lugar de estudio
III.1.1. Ubicación política y geográfica
El lugar donde se realizó el estudio fue en el efluente de Quebrada
del Águila al río Huallaga del Departamento de Huánuco, Provincia de Leoncio
Prado, Distrito Rupa-Rupa, cuya ubicación geográfica es 18L 389641 E
8971777 S a una altitud de 665 m.s.n.m.
III.1.2. Características del lugar de estudio
El lugar de donde se obtuvo la muestra es un desaguadero y
botadero de desechos orgánicos e inorgánicos del hospital y de otros lugares
cercanos al lugar, el desagüe desemboca en el río Huallaga por medio de una
alcantarilla, se observa la presencia de pobladores en los alrededores, y un olor
bastante pestilente.
III.2. MaterialesIII.2.1. Equipos y materiales
pHmetro
Oximetro
Termómetro
Vidrio 3 mm
Silicona
Mica 3 mm
Manguera transparente de 6 mm
Tubo galvanizado 1’’
Angular de fierro de 3/8’’
Llave de paso de ½’’
Tanque de plástico de 30 L
Bombas de 1hp
Grafito plano
Papel carbón
Fibra de Carbón
Carbón reticulado vítreo
III.2.2. Insumos Agua residual
Acetona
Glucosa
III.3. Metodología
III.3.1. Variables a considerar para el análisis y eficiencia del tratamiento
Ph, temperatura, OD, DBO5 y sólidos totales mediante los
protocolos y metodologías de análisis de calidad de agua llevados a cabo
en los laboratorios de la Facultad de Recursos Naturales Renovables de
la Universidad Nacional Agraria de la Selva.
III.3.2. Diseño del equipo de sistema de biorreactores aeróbicos
Se acoplara celdas de 2 cámaras en una estructura de forma
espiral, Se empleó una CM de dos cámaras de 120 ml y la otra de 1200
ml cada una. El material de la celda es de acrílico transparente con un
grosor de 5 mm. El acrílico es un material resistente y tiene la ventaja de
poder observar lo que ocurre dentro de la celda. En su exterior cuenta
con dos entradas y dos salidas que sirven para alimentar desde la fuente
y para recircular, mientras que para las salidas son para vaciar en
operación en continuo y para recircular.
El volumen de trabajo de la celda es de 1320 ml. La
geometría es de un prisma rectangular cuyas dimensiones son de 11 cm
x 10 cm x 12 cm, la celda poseerá 2 placas de acero inoxidable de
soporte para la formación de biopeliculas en las membranas de grafito
que cubren a un ánodo y cátodo separado por una MIP cada una
respectivamente con dimensiones de 10 cm x 10 cm y contó con 6
perforaciones para que la atraviesen 6 tornillos de un ¼”.
III.3.3. Preparación de inóculos de cultivos microbianos para las placas.
III.3.3.1. Toma de muestras del efluente
Se tomaran muestras del efluente, con frascos de vidrio de
boca ancha con capacidad de 1 litro, debidamente rotulados, colocados
dentro de un recipiente de tecknopor con hielo.
III.3.3.2. Enumeración y aislamiento de bacterias
Se tomaran 25 ml de cada muestra tomada, se le
adicionarán 225 ml de caldo peptona 0.1% en un matraz de 500 ml, para
obtener un primera disolución decimal y a partir de la cual se realizaran
disoluciones de hasta 10-4, sembrando posteriormente alícuotas (0.1 ml)
de las disoluciones en sendas placas con Medio Plate Count a pH 4.5
adicionados de sulfato de calcio al 1% CaSO4, sulfato de Magnesio 1%
MgSO4, sulfato de amonio 1% (NH4)2SO4, sulfato de potasio al 1%
K2SO4, para determinar el número de bacterias en el efluente.
Asimismo se tomó de las últimas diluciones alícuotas (0.1 ml)
para sembrarlas sobre medios Mueller Hinton, CLED y Cetrimide, todos
con adicionados de sulfato de calcio al 1% CaSO4, sulfato de Magnesio
1% MgSO4, sulfato de amonio 1% (NH4)2SO4, sulfato de potasio al 1%
K2SO4, adicionados con Nistatina (250 ug/ml) para evitar el desarrollo de
fungi (hongo) y así poder aislar las bacterias acidófilas que pudiesen
encontrase en dichas muestras (LOPEZ et al, 2006).
III.3.3.3. Conservación de cepas bacterianas
Las colonias desarrolladas sobre los medios de aislamiento
se repicaron en tubos con Medio cepa y luego de incubación por 24
horas se llevaron a refrigeración (4° a 8°C) para su mantenimiento
(LOPEZ et al, 2006), hasta la etapa de reactivación para la adaptación al
desarrollo en diferentes concentraciones de pH.
III.3.3.4. Adaptación de los consorcios bacterianos a las membranas
Se coloca el medio Plate Count en las placas de metal
añadiéndole los sustratos de glucosa, peptona y acetato, para luego
proceder a sembrar los consorcios bacterianos llevados a refrigeración.
III.3.3.5. Modelo de producción de biomasa
Consumo de material orgánico
El modelo de crecimiento estará expresado por la ecuación
de Monod para el crecimiento exponencial:
La ecuación supone crecimiento solo de microorganismos.
Sin embargo, existe crecimiento de una parte de los microorganismos
mientras que la otra parte muere, de forma simultánea. Para tener en
cuenta este hecho se emplea la mortandad endógena (tasa = Kd), de
manera que la ecuación queda:
Si todo el sustrato (S) se convierte en biomasa (X) entonces
la tasa de utilización de sustrato es:
Sin embargo, esta situación ideal no puede darse en la
realidad debido a las ineficiencias en el proceso de conversión y se
introduce un coeficiente de producción (Y<1) de forma que la tasa de
utilización de sustrato esta en exceso con respecto a la biomasa
generada:
Y = fracción del sustrato convertida en biomasa, mg/l de
biomasa/mg/l de sustrato, 0.4 a 0.8 en sistemas aerobios y de 0.08 a 0.2
para sistemas anaeróbicos
III.3.3.5.1. Balance de materia para la producción de biomasa
Suponer que los niveles de biomasa en el afluente y en el
efluente son despreciables, es decir Xa=Xe=0.
III.3.3.5.2. Balance de materia para el sustrato
Suponer que todas las reacciones tienen lugar en la cuba de
aireación de modo que el sustrato en la cuba de aireación posee la
misma concentración que el sustrato en el decantador y en el efluente,
es decir Se=Sw=S.
Igualando las fórmulas de balance de masa es:
Esta ecuación es la expresión de la concentración de
biomasas sólida en la cuba de aireación o los sólidos en suspensión del
líquido mezcla (SSLM).
III.3.3.6. Conteo de biomasa
3.3.3.6.1 Peso seco de biomasa (mg/mL, g/L, Kg/m3)Secar volúmenes conocidos de cultivo hasta peso seco
constante para bacterias:
- Filtrar en filtro de 0.2µm previamente pesado
- Lavar con S.F. a través del filtro.
- Secar filtro al horno seco, a 90°C por 20 horas o a 105°C por
6 –10 horas.
- Pesar descontando el peso del filtro.
Formula mínima de m.o. (95% biomasa p/p)
C H1.67 O0.5 N0.2
Biomasa contenida en 1 átomo gramo de carbono
De la fórmula mínima de m.o.
Si C=12 H= 1 O=16 N = 14
a=1 b=1.67 c=0.5 d=0.2
Luego:
Ca + Hb + Oc + Nd1 C-mol de biomasa = ---------------------------
95 % p/p
12 + 1.67 + 16 x 0.5 + 14 x 0.2= -------------------------------------------
0.95
= 25.8 g
Para conocer los C-mol en toda la concentración de biomasa
(X) desarrollada
X[X] g/L de biomasa = --------------------------------
25.8 C-mol biomasa L-1
Puede también expresarse como:
XOX
[X] g/L de biomasa = ---------------------------------- 12 C-mol de biomasa L-1
OX ó σX es la fracción de Carbono de biomasa (m.o.
promedio) que es igual a 0.465
De forma análoga se puede calcular los C-mol para fuente de
Carbono y Energía y los C-mol para producto
Para un compuesto de la forma general: CnHlOqNm
1 C-mol será Cn/n Hl/n Oq/n Nm/n
III.3.4. Funcionamiento del equipo
El equipo presenta una circulación continua con
retroalimentación, está constituido por un sistema de alimentación que se
encarga de abastecer la torre de celdas microbianas (compuesta por 7
celdas con una capacidad de 1 litro cada una) en un tiempo de 3 horas,
una vez llenada toda la torre, el sistema de retroalimentación se encarga
de llevar el agua al tanque (cuya capacidad es de 15 litros) mientras este
continua alimentando la torre.
III.3.5. ProcedimientoIII.3.5.1. Muestreo y cantidad de muestra
- Muestreo simple o puntual
El muestreo realizado en la práctica se desarrolló en
quebrada del águila distrito de Rupa Rupa, Provincia de Leoncio Prado,
Región Huánuco. La recolección de las muestras consistió en una
muestra en un solo punto, en un recipiente de plástico.
- Cantidad de muestra
La muestra captada en Quebrada del Águila fue un total de
30 litros, cantidad necesario para el buen funcionamiento del equipo,
para el que se necesitaran 15 litros, y 15 litros adicionales que serán
utilizados para realizar las pruebas de DBO y sólidos totales.
III.3.5.2. Caracterización del lugar y toma de datos in situ- Caracterización del lugar
Se realizará una observación y caracterización del efluente al
momento de realizar el muestreo para tener información sobre posibles
factores que intervengan en la contaminación del sitio de estudio.
- Toma de datos in situ
Se realizará debido a que existen ciertos parámetros que son
necesarios ser tomados en el mismo sitio para obtener datos más
exactos, se analizarán los parámetros de:
Temperatura, pH y OD.
III.3.5.3. Tratamiento y monitorización
Se trataran 15 litros de agua, que estará circulando el equipo
continuamente, cada 3 horas serán tratados 7.5 litros, por lo que se
tomaran muestras cada 6 horas, ya que es el tiempo en el que habrán
circulado los 15 litros a tratar, el equipo funcionará durante 24 horas,
obteniéndose 5 muestras:
Muestra 1: Antes de tratar el agua residual.
Muestra 2: Luego de 6 horas de haber iniciado el tratamiento.
Muestra 3: Luego de 12 horas de haber iniciado el
tratamiento.
Muestra 4: Luego de 18 horas de haber iniciado el
tratamiento.
Muestra 5: Luego de 24 horas de haber iniciado el
tratamiento (finalización del tratamiento).
IV. PRESUPUESTOSCuadro N°1: Análisis de costo del tratamiento de aguas residuales domesticas
mediados por la aplicación de consorcios bacterianos en biorreactores
aeróbicos en forma de celdas microbianas.
FUENTE: Elaboración propia.
PARTE MATERIAL UNIDAD CANTIDAD PRECIO COSTO
PARCIAL
EQUIPO Y ESTRUCTUR
A
Vidrio de 3mm m2 0.5 47 23.5Silicona und 3 10 30
Mica 3mm plancha 1 30 30Manguera transparente de 6
mm m 4 1 4
Tubo galvanizado 1" und 0.5 60 30Angular de fierro de 3/8" und 1 15 15
Soldadura Punto 70 2 140Llave de paso de 1/2 '' und 1 3 3
Corte del vidrio und 100 0.5 50Perforación al vidrio de 1/2" und 3 1 3tranque de plástico de 30L und 1 20 20
Bombas de 1hp und 100 1 100
MEMBRANA
Grafito plano m 1 40 40Papel carbón m 1 30 30
Fibra de Carbón m 1 25 25Carbón reticulado vítreo und 7 40 280
SUSTRATO
Agua residual m3 0.04 5 0.2Acetona L 0.1 800 80Glucosa kg 0.2 300 60Peptona kg 0.01 2771 27.71
SERVICIOSAlquiler del oxÍmetro día 2 15 30
Utilización del laboratorio día 2 20 40Alquiler del pHmetro día 2 15 30
TOTAL 1091.41
V. CRONOGRAMA
Cuadro N°2: Cronograma de actividades para el desarrollo del tratamiento de
aguas residuales domesticas mediados por la aplicación de consorcios
bacterianos en biorreactores anaeróbicos en forma de celdas microbianas.
ACTIVIDADES
2015
Noviembre Diciembre
Semana 3 Semana 4 Semana 1 Semana 2
Recopilación de información del proyecto de investigación X
Diseño de la celda microbiana para el tratamiento de aguas residuales X
Muestreo Piloto y evaluación microbiológico y fisicoquímico X X
Toma de muestras definitiva X
Análisis de datos X
Interpretación de datos X
Implementación del proyecto en los puntos críticos de la ciudad
Elaboración del informe final X
FUENTE: Elaboración propia.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
ALZATE-GAVIRIA, L., FUENTES-ALBARRAN, C., ALVAREZ-GALLEGOS, A. y
SEBASTIAN P. (2012). Generacion de electricidad a partir de una celda
de combustible microbiana tipo PEM. SciELO, 7.
CANUL, M. (2010). Estudio de los parametros de operacion de un reactor
anaerobio para la produccion de hidrogeno a partir de residuos
organicos. SciELO, 103.
CASTRO GONZALES, N. D. (2014). Diseño y Simulacion de un proceso de
tratamiento de aguas residuales domesticas para la generacion
simultanea de energia electrica mediante celdas de combustible
microbianas. SciELO, 148.
CHAVEZ RIVERO, J. A., PEDROSA, S. A., MALDONADO, C. A., SANCHEZ, C.
I., RUIZ, T. J. (2009). Evaluacion de la eficiencia de un reactor anaerobio
de flujo ascendente en el tratamiento de agua residual. SciELO, 4.
GALINDO, J. (2013). Estudio de una celda de combustible organico utilizada
para la generacion de energia electrica en procesos de tratamiento
biologico de aguas residuales. SciELO, 8.
GARCIA, S., ORDAZ, L., OROZCO, C. y FRANCO M. (2014). Depuracion de
aguas residuales en un bioreactor neumático. SciELO, 6.
PABON, S. y SUAREZ, H. (2013). Arranque y operacion a escala real de un
sistema de tratamiento de lodos activos para aguas residuales de
matadero. SciELO, 6.
CHAUX,G. ZAMBRANO,A. (2011). Tratamiento de aguas residuales mediante
reactores anaerobios de placas verticales paralelas en acrílico. SciELO,
11.
PEDROSA, A. CHAVEZ,J. TREJO,R. RUIZ,J. (2013). Sistema de tratamiento
de aguas residuales a base de lagunas facultativas para el riego en
áreas verdes. SciELO, 4.
ROMERO,A. VASQUEZ,J. LUGO,A. (2012). Bacterias, fuente de energía para
el futuro. SciELO, 26.
SANCHEZ, I. REVELO,D. BURBANO, M. GARCIA, R. GUERRERO,C. (2013).
Eficiencia De Consorcios Microbianos Para Tratamiento De Aguas
Residuales En Un Sistema De Recirculación Acuícola. SciELO, 10.