Biodegradabilidad anaerobia termofílica de residuos

BIODEGRADABILIDAD ANAEROBIA TERMOFILICA DE RESIDUOS ACEITOSOS
Rodríguez-Cano, R.; Pérez García, M.; Romero García, L.I.; Sales Márquez, D.
Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y Tecnologías del Medio Ambiente.
Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales (CASEM). Universidad de Cádiz.
Polígono Río San Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cádiz) España.
rosa.cano@uca.es; monserrat.garcia@uca.es; luisisidoro.romero@uca.es; diego.sales@uca.es
Palabras Clave: aguas residuales aceitosas, biodegradabilidad termofílica, digestión anaerobia,
ensayos de biodegradación, porcentaje de inoculación.
Introducción
Las aguas residuales aceitosas de origen industrial proceden de los diferentes procesos llevados a
cabo en las distintas factorías, de ahí su complejidad y volumen generados. Por ello se hace
necesario el desarrollo de las diferentes tecnologías para su tratamiento y depuración. Los
tratamientos más comúnmente aplicados a este tipo de vertidos son de naturaleza físico-química,
consistentes en la ruptura de la emulsión agua-aceite y posterior tratamiento de floculación y/o
precipitación. También se están desarrollando nuevas alternativas tecnológicas, así como la
combinación de distintos tratamientos (Farre, 1994; Cosmen, 1996; Ortíz de Zárate, 1997). No
obstante, dado el carácter orgánico del vertido, son numerosos los estudios tendentes a la puesta a
punto y aplicación de tecnologías de índole biológico adecuadas para la reducción del contenido
orgánico del mismo. En el campo de los tratamientos biológicos aplicados a estos residuos queda
mucho por recorrer.
Dentro de las múltiples variedades de aceites lubricantes empleados en el sector industrial, el
presente estudio se centra en la biodegradabilidad de los vertidos de aguas residuales industriales
procedentes de las taladrinas o aceites de corte industriales. Con el nombre de taladrinas o aceites
de corte, se identifican las emulsiones de aceite y agua empleadas en la lubricación y refrigeración
de las operaciones industriales de mecanizado de las piezas metálicas (transformación del metal) y,
en menor medida, del vidrio (IHOBE, 1994).
Las aguas residuales aceitosas procedentes de los procesos industriales que emplean taladrinas
poseen un alto nivel de metales pesados, gérmenes nocivos, aceites parásitos, productos en
descomposición, etc. Por ello, son consideradas como residuos peligrosos por la legislación vigente
(Ley 10/1998, de 21 de abril) y deben ser adecuadamente tratadas para eliminar determinados
componentes antes de su vertido a los colectores urbanos u otros cauces.
El principal objetivo perseguido con la investigación realizada en este trabajo ha sido “determinar
la biodegradabilidad anaerobia termofílica de dos residuos aceitosos de origen industrial”,
procedentes de una factoría real. Los resultados obtenidos permitirán determinar la aplicabilidad de
las tecnologías avanzadas de depuración anaerobia termofílica para reducir la carga contaminante
de efluentes con alto contenido en materia grasa y aceites hasta el nivel adecuado para su vertido a
los colectores urbanos.
Material y Métodos
Los vertidos aceitosos utilizados han sido suministrados por la factoría Delphi Automotive Systems,
S.A. ubicada en Puerto Real (Cádiz) dedicada al mecanizado de piezas metálicas para el sector de la
automoción. En la mencionada instalación se generan diversos tipos de residuos aceitosos que
dependen, fundamentalmente, de la sistemática de trabajo empleada y del tipo de máquina que se
utilice en cada momento. Además, la factoría dispone de una planta de tratamiento depurativo
convencional (de carácter físico-químico) de los vertidos generados en la misma. Concretamente, se
han utilizado dos tipos de vertidos generados en la planta: a) las aguas residuales aceitosas,
procedentes de las diferentes líneas de producción de la factoría, que no han sido sometidas a
tratamiento alguno. A este residuo le denominaremos “residuo bruto”; b) el efluente del
tratamiento convencional físico-químico aplicado sobre las aguas residuales aceitosas anteriormente
mencionadas. Este vertido se denominará “residuo tratado”.
Los ensayos fueron realizados en régimen discontinuo y condiciones termofílicas (55ºC de
temperatura), utilizando como inóculo biomasa sin aclimatar procedente de la centrifugación del
efluente de un reactor anaerobio termofílico monoetapa que operaba en régimen semicontinuo con
vinazas de vino a un THR de 8 días. Los reactores ensayo utilizados consisten en unos frascos de
vidrio con un volumen total de 550 ml (500 ml de volumen útil), dotados con tapones de rosca y
sellados con septum de silicona, que permiten un cierre hermético del vial. Este diseño facilita la
extracción de muestras del interior mediante una jeringa sin que se modifiquen las condiciones
anaerobias del medio.
Como variable a analizar se ha seleccionado la cantidad de microorganismos adicionada. En este
sentido, se estudia la influencia del porcentaje de inoculación sobre la cinética de degradación
anaerobia de la materia orgánica tanto del residuo tratado como del residuo bruto. Para ello se
realizaron ensayos utilizando igual porcentaje de inoculación y diferente residuo, con el fin de
poder comparar los resultados obtenidos siguiendo un criterio de homogeneización. Los porcentajes
de inóculo empleados fueron: 10, 25, 50 y 70%. Estos ensayos corresponden a los reactores R10T,
R25T, R50T y R70T para el residuo tratado y, análogamente, R10B, R25B, R50B y R70B para el
residuo bruto. Asimismo, se incluyeron ensayos blanco de inóculo en cada batería, correspondientes
al 100% de efluente del reactor de inoculación, para observar la evolución de los mismos. Estos
fueron denominados RIT y RIB.
El seguimiento de la materia orgánica en los ensayos de biodegradabilidad se realizó a partir de las
determinaciones de los valores de COT y DQO de las muestras líquidas extraídas periódicamente.
Asimismo, se analizaron otros parámetros característicos para seguir la evolución del proceso de
degradación: pH, sólidos totales en suspensión y sus correspondientes volátiles, ácidos grasos
volátiles, cuantificación y composición del biogas generado. Las determinaciones analíticas se
realizaron siguiendo los procedimientos de los métodos normalizados para el análisis de aguas
residuales y potables de la APHA-AWWA-WPFC (17ª Ed., 1989).
Resultados y Discusión
Las características de los residuos aceitosos utilizados en la realización de los ensayos de
biodegradación se describen en la Tabla I. A continuación se describen los resultados más
relevantes obtenidos de la comparación de los diferentes ensayos de biodegradación anaerobia
termofílica llevados a cabo.
Tabla I. Características de los residuos aceitosos utilizados en los ensayos de biodegradación
anaerobia.
pH
DQOfilt.
(mgO2/L)
COT
(mg/L)
STS
(g/L)
SVS
(g/L)
STD
(g/L)
SVD
(g/L)
RESIDUO
TRATADO
7,61
1264
226,5
0,11
0,06
2,28
0,25
RESIDUO
BRUTO
7,78
723
259,5
0,58
0,38
2,49
0,23
En general, el pH de los ensayos con residuo tratado se mantiene superior al presentado por los
correspondientes ensayos con residuo bruto excepto en los estadíos iniciales en que se registra una
disminución considerable para los ensayos con residuo tratado que puede ser debida a la acción de
la microbiota acidogénica, como se refleja en el incremento de los ácidos grasos volátiles (AGV)
presentes en el medio. Para los ensayos realizados con residuo bruto, por el contrario, se observa un
ligero aumento inicial y posteriormente (hacia el día 13) se produce la disminución. Este hecho
puede ser debido a que, en presencia del residuo bruto, la acción bacteriana se retarda.
La evolución de la demanda química de oxígeno es similar comparando los diferentes ensayos a
igual porcentaje de inoculación y diferente residuo. Los porcentajes de eliminación de este
parámetro son superiores para los ensayos con residuo tratado excepto en los reactores con
porcentaje de inoculación del 70%. En este caso, los porcentajes obtenidos son similares, aunque
ligeramente superiores para el residuo bruto; probablemente este fenómeno está relacionado con el
hecho de que el valor inicial de DQO para el residuo bruto es mucho más elevado.
Los valores de carbono orgánico total registrados para los ensayos con residuo bruto son superiores
a los obtenidos para los correspondientes con residuo tratado, como cabría esperar. Para los ensayos
con residuo bruto no se aprecian variaciones importantes en la evolución de este parámetro,
obteniéndose rendimientos de eliminación despreciables. En los ensayos con residuo tratado los
rendimientos son superiores
La generación de biogas es escasa en todos los ensayos realizados independientemente del tipo de
residuo empleado para llevarlos a cabo. El volumen de biogas registrado hacia el día 30 es similar
para los ensayos con igual porcentaje de inoculación.
Figura I (a)-(d). Evolución del metano generado en los ensayos con residuo bruto o tratado a igual
porcentaje de inoculación.
(b) 25% inóculo
(a) 10% inóculo
12
12
10
CH4 (ml)
6
R10T
4
R10B
CH4 (ml)
10
8
6
R25T
4
R25B
2
2
0
0
0
10
20
Tiempo, días
30
0
40
10
(c) 50% inóculo
8
20
Tiempo, días
30
40
(d) 70% inóculo
12
10
4
R50T
R50B
2
CH4 (ml)
6
CH4 (ml)
8
8
6
R70T
4
R70B
2
0
0
0
10
20
Tiempo, días
30
40
0
10
20
Tiempo, días
30
40
En la Figura I se representa la evolución temporal de la producción de metano para los diferentes
ensayos realizados con igual porcentaje de inoculación y distinto residuo. Se observa una diferencia
considerable entre ambos tipos de residuos. En este caso, la cantidad de metano generado con el
residuo tratado es considerablemente mayor. Es más, cuanto mayor es el porcentaje de inoculación
mayor diferencia se establece entre el volumen de metano generado para ambos residuos. Sin
embargo, el volumen de dióxido de carbono es similar para los diferentes ensayos hacia el día 30 de
operación. Estos datos indican que el tipo de residuo afecta especialmente la actividad de los
microorganismos metanogénicos.
Conclusiones
Los resultados obtenidos permiten concluir:
•
Para el residuo tratado la eliminación de la demanda química de oxígeno, utilizando inóculo
sin aclimatar, queda comprendida entre el 45 y el 60% con porcentajes de inóculo entre el 10 y el
70%. Para el residuo bruto, en las mismas condiciones, esta reducción alcanza valores
comprendidos entre el 20 y el 65%.
•
La reducción de carbono orgánico total alcanzada está en el entorno del 20-40% para el
residuo tratado. En el caso del residuo bruto la eliminación de este parámetro es inapreciable.
•
En ambos casos los rendimientos de eliminación aumentan con el porcentaje de inoculación,
lo que indica que, para el tratamiento biológico de los residuos aceitosos, resultaría apropiado la
utilización de una tecnología que permita mantener gran cantidad de biomasa en el medio. Al no
obtenerse rendimientos de eliminación de materia orgánica muy elevados puede concluirse que se
trata de un tipo de residuo no fácilmente biodegradable y, por tanto, sería especialmente adecuado
utilizar la tecnología de lecho fluidizado (Pérez, 1995).
•
La composición del residuo bruto afecta, especialmente, a la actividad de los
microorganismos metanogénicos. Así, los ensayos realizados demuestran que cuanto mayor es el
porcentaje de inoculación mayor diferencia se establece entre el volumen de metano generado para
ambos residuos.
Bibliografía
BOE nº 96 (22 de Abril de 1998), “Ley de Residuos Peligrosos, de 21 de Abril de 1998”.
Cosmen, P. (1996), “Tratamiento de efluentes industriales”. Residuos, año VI nº 31 págs 22-27.
Farre Solsona, C. (1994), “La biodegradabilidad de los efluentes industriales”. Ingeniería Química,
Octubre págs 111-116.
IHOBE (Sociedad pública de gestión ambiental del gobierno vasco). (1994), “Taladrinas agotadas:
un residuo a reducir”. Residuos, año IV nº 1 págs 34-42.
Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. Díaz de Santos (17ª Ed.,
1989). APHA-AWWA-WPFC
Ortíz de Zárate, J. M. ; Abia Aguila, L. (1997), “Biological treatment of industrial effluents. Galicia
center for treatment of industrial wastes”. Ingenieria Química, vol 29 nº 336 págs 147-153.
Pérez García, M. (1995) Utilización de bioreactores avanzados en la depuración anaerobia de
vertidos de alta carga orgánica. Tesis doctoral, Departamento de Ingeniería Química, Tecnología
de Alimentos y Tecnologías del Medio Ambiente, Universidad de Cádiz.
ANAEROBIC THERMOPHILIC BIODEGRADABILITY OF OILY WASTE
Rodríguez-Cano, R.; Pérez García, M.; Romero García, L.I.; Sales Márquez, D.
Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y Tecnologías del Medio Ambiente.
Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales (CASEM). Universidad de Cádiz. Polígono Río San
Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cádiz) España.
rosa.cano@uca.es; monserrat.garcia@uca.es; luisisidoro.romero@uca.es; diego.sales@uca.es
Abstract
The main objective of this work has been “to study the thermophilic anaerobic biodegradability of
two oily waste of industrial origin”, generated from a real high installation dedicates to the
mechanising of metallic pieces for the automotive sector. The results obtained will allow to
determine the viability of the thermophilic anaerobic depuration technologies to reduce the
contaminant amount of efluents with a high content of fatty and oily matter before their thrown to
urban collectors or any other final channels. The experimental results obtained show that the
increasing of the inouculum percentage produces the increasing of the degradative efficiency. These
results advise about of the using of anaerobic technologies in order to keep big concentration of
biomass into the system, as the systems with biomass internal retention do. In the same way, the
composition of the waste has an special effect on the methanogenic microorganisms activity. The
assays carried out show that the higher inouculum percentage is, the bigger is the difference
between the volume of methane generated for both waste. However, the volume of carbon dioxide
generated is similar for the different assays.
Key words: anaerobic digestion, biodegradation assays, inouculum percentage, oily wastewater,
thermophilic biodegradability.