PROCESOS BIOLOGICOS EN INGENIERIA AMBIENTAL TRABAJO PRÁCTICO N° 5 Degradación de un efluente lácteo utilizando un filtro percolador operando en circuito cerrado. Determinación de las constantes de degradabilidad. Miguel A. Isla y Lisandro G. Seluy Noviembre de 2014 1. OBJETIVOS: Obtención de constantes de tratabilidad en un filtro percolador operando en circuito cerrado 2. FUNDAMENTOS: Los procesos aerobios de tratamiento de efluentes de biomasa soportada, como es el caso de los filtros percoladores, son utilizados para la remoción de la materia orgánica de aguas residuales. Los filtros percoladores actuales han avanzado mucho en cuanto al tipo de relleno y posibilidades de aplicación, siendo hoy alternativas muy interesantes para el tratamiento a bajo costo de efluentes domésticos e industriales. El principio de funcionamiento de este proceso biológico consiste en hacer circular el efluente a depurar a través de un lecho filtrante altamente permeable sobre el cual se desarrolla una película biológica compuesta mayoritariamente por bacterias heterótrofas. Estos microorganismos se alimentan de la materia orgánica soluble del efluente, utilizándola como fuente de carbono y energía. Los componentes orgánicos son transportados hacia el “biofilm” por difusión, sorción y aprisionamiento. La biodegradación es realizada mayoritariamente en condiciones aeróbicas, lo que se logra por aeración del lecho por tiro natural o mediante ventilación forzada. Como resultado de la remoción biológica de la materia orgánica la población microbiana aumenta sobre el empaque del lecho, impidiendo la llegada del oxígeno y alimento a los microorganismos cercanos a la superficie. Por esta razón la biomasa se desarrolla en fase endógena, situación en donde se pierde la capacidad de adhesión al medio y son fácilmente removidos por el paso del líquido, desarrollándose nuevamente la película. Los principales factores que afectan este fenómeno y por lo tanto el funcionamiento de los filtros percoladores son la carga hidráulica y orgánica aplicadas. El estudio cinético de estos filtros fue ampliamente estudiado, siendo el modelo de Eckenfelder uno de los más utilizados para predecir la performance de éstos equipos. En éste modelo, los distintos aspectos cinéticos que intervienen en el proceso son englobados en un parámetro llamado “constante de degradabilidad”. En el presente trabajo se realizarán ensayos con el objetivo de obtener dicha constante para un efluente similar al proveniente de industrias lácteas. 3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS: Filtro percolador compuesto por Batea, columna rellena con lecho filtrante, bomba recirculación. (Ver figura 1 y Tabla 1). Equipo de filtración al vacío, consistente en Kitasato, buchner y trompa o bomba de vacío y Filtros de fibra de vidrio. Soluciones para la determinación de la Demanda Química de Oxígeno. Digestor de muestras. Espectrofotómetro. Fig. 1: Filtro percolador a escala banco y sus componentes. Datos del Filtro Valores Diámetro 0.31 m Altura 1.4 m Superficie específica 185 m2/m3 Caudal (práctico) 10 L/min Tabla 1: parámetros del filtro y a utilizar en el Tp. 4. ECUACIONES Y ANÁLISIS DE LOS DATOS: A partir de la Figura 1, y teniendo en cuenta experiencias previas realizadas en el Departamento de Medio Ambiente, (Isla et al, 2011), se puede asumir que la que la concentración de sustrato en la batea es uniforme (mezcla perfecta) y que toda la degradación biológica transcurre en el lecho relleno (velocidad de degradación en la batea = 0), el balance de DQO en estado no estacionario en la batea (figura 2) queda: V dS1 F ( S2 S1 ) dt S1: Concentración de sustrato en la entrada al filtro, [mg O2/L] S2: Concentración de sustrato en la salida al filtro, [mg O2/L] F: Caudal de reciclo, [L/min] V: Volumen de la batea, [L] Figura 2. Esquema para el balance en la batea Aplicando el modelo de Eckenfelder (Metcalf & Eddy, 1994: 589-591), se tiene: kSam L S2 exp n S1 H K = constante de velocidad específica de degradación del sustrato (las unidades dependen de las constantes empíricas de ajuste) Sa: Superficie específica del lecho filtrante, [m2/m3] L: altura del lecho, [m] ΛH: Carga Hidráulica, [L/min] n y m: constantes empíricas Definiendo la “constante de tratabilidad”, kT, como: kT kSam La ecuación anterior queda: k L S2 exp Tn S1 H Reemplazando en el balance y resolviendo: dS1 F k L ( S1 exp( Tn ) S1 ) dt V H dS1 F k L S1 (exp( Tn ) 1) dt V H S1 ( t ) S10 ln dS1 k L F (exp( Tn ) 1)dt S1 0 V H t S1 F k L (exp( Tn ) 1)t 0 S1 V H Ecuación que, para carga hidráulica constante, se puede escribir: ln S1 F ( K 1)t S1o V siendo K exp 5. kT L n H OPERATORIA Previo al trabajo práctico, el filtro se expuso a un efluente sintético similar al encontrado en las industrias lácteas, compuesto por 1 g/L de leche en polvo y 0,1 g/L de fosfato de amonio. Se realizó un seguimiento de la DQO, una vez por día hasta que se observo una disminución de la misma. 1) Se vacía la batea del filtro y se carga con 80 L del medio a ensayar, aproximadamente 800 mg O2/L de DQO (700-800 mg leche en polvo/L de medio). Se fija el caudal (Tabla 1) y se deja recircular por 10-15 minutos. Se extrae la primera muestra. 2) Las muestras se toman en vasos de precipitado y se trasladan al laboratorio, donde se filtran al vacío con filtro de nitrato de celulosa, para separar los sólidos suspendidos y se le determina la DQO por duplicado al filtrado. 3) se tomaran muestras a intervalos de 1,5 h. Una vez obtenido los valores se graficara el logaritmo de la DQO vs tiempo para la obtención de la constante de degradabilidad. 6. BIBLIOGRAFIA: Brentwood Industries. Diseñony aplicación: Trickling filters. 2009. Isla M. A., Hurt A., Gómez A. (2011). Obtención de constantes de tratabilidad en un filtro percolador operando en circuito cerrado. Congreso de Ciencias Ambientales-Copime.