"Reducción de coliformes
termotolerantes en reactores DHS"Dra. Rosa Elena Yaya BeasCentro de Investigación en Tratamiento de Aguas
Residuales y Residuos Peligrosos
Universidad Nacional de Ingeniería
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Introducción
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• El monitoreo de los indicadores de patógenos transmitidos por el agua
es muy importante cuando las aguas residuales tratadas se utilizan
para riego agrícola.
• Los indicadores de patógenos transmitidos por el agua son
comúnmente en países emergentes huevos de helmintos, coliformes
fecales, Escherichia coli, enterococos,y bacteriófagos.
• Los coliformes, que usualmente se detectan en concentraciones más
altas que las bacterias patógenas, se utilizan como un indicador de la
posible presencia de enteropatógenos en el agua.
Introducción
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• En varios lugares, las aguas residuales crudas o parcialmente tratadas
se descargan sin control a las fuentes de agua o se utilizan
directamente para el riego de cultivos agrícolas que son consumidos
crudos.
• El costo de análisis de patógenos en comparación con los indicadores
de la materia orgánica son muy altos para ser utilizados como análisis
de rutina en países en desarrollo, especialmente debido a la limitación
de materiales, productos químicos y equipos.
Introducción
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• El reactor UASB para el tratamiento de aguas residuales domésticas
resulta adecuado debido a su simplicidad en la construcción y porque
es compacto. Asimismo, no requiere mezcla mecánica y recirculación
del efluente.
• Entre las principales limitaciones de los reactores UASB es su
insuficiente reducción de coliformes termotolerantes y huevos de
helmintos, por lo que el efluente no cumpliría con las guías de la OMS.
Introducción
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• Para el postratamiento del efluente de los reactores UASB se han
utilizado diversas tecnologias como DHS, lagunas facultativas, lodos
activados, RBC, etc.
• Según los antecedentes revisados a la fecha (Octubre 2015), la
combinación del reactor UASB-DHS se consideraba una alternativa
atractiva para la reducción de coliformes fecales entre 79.0% y
99.98%.
• Los reactores DHS tienen costo de inversión bajo comparados con
tecnologías mecanizadas, poca energía, mantenimiento limitado y un
HRT menor de 3 horas.
Introducción
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• Los mecanismos para la reducción de coliformes fecales y bacterias
patógenas en los reactores de DHS son diferentes que los
mecanismos para la eliminación de compuestos orgánicos. Estos
mecanismos podrían atribuirse a la adsorción y / o alimentación por la
biomasa y finalmente a la muerte.
Objetivo
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Estudiar la capacidad del DHS para reducir coliformes fecalesdel efluente del reactor doméstico UASB para una posible reutilización de aguas residuales en agricultura.
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Afluente:
• Se utilizaron las aguas residuales de las localidades “El Angel” y “El
Milagro”. Estas aguas residuales se introdujeron en una planta piloto
ubicada en CITRAR en el campus de la Universidad Nacional de
Ingeniería (Lima, Perú).
• El efluente de un reactor UASB de 536 m3 se usó como agua residual
afluente para los reactores DHS construidos
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
3 experimentos de reactores DHS:
• tipo cubo sin (G1) y con recirculación (G1).
• tipo cortina (G2).
• Esponjas de poliuretano como medio de soporte de la biomasa y las
densidades de las esponjas fueron 18, 12 y 20 Kg • m-3, según las
especificaciones del fabricante,
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Experimento 1• Dos sistemas DHS de tipo cubo (G1) idénticos;
cada uno estaba compuesto por dos módulos
en serie (01 y 02)
• Cada módulo estaba hecho de acrílico con una
altura total de 0.29 m y un diámetro de 0.09 m.
• Un módulo contenía cinco columnas con seis
cubos cada una
• El lado de cada cubo fue de 3cm y la distancia
entre cada cubo de esponja fue de 5cm.
• Los reactores se operaron del 6 de julio de2009 al 30 de junio de 2010: 359 dias.
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Experimento 2un reactor DHS de tipo cubo (G1),
compuesto por dos módulos en serie
(01 y 02)
Cada módulo fue hecho de vidrio con
una altura total de 0,55 m y un diámetro
de 0,115 m con 12 columnas de
esponjas con12 cubos de esponja cada
uno.
El lado de cada cubo y la distancia
entre cada cubo de esponja fue de 2.5
cm y 5 cm
Los reactores se operaron del 1 de julio
de 2011 al 2 Marzo de 2012: 245 dias
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Experimento 2
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Experimento 3• Un reactor DHS de tipo cortina (G2), compuesto por
2 módulos en serie (01 y 02)
• Cada módulo consistía en 1 recipiente acrílico que
contenía esponjas de forma de10 paralelepípedos
rectangulares cuyos lados fueron• Altura:0.50m,5cm largo y 3.8cm ancho
• La distancia horizontal entre cada tira de esponja
dentro de cada recipiente fue de 2mm.
• Se colocó un embudo en el fondo de cada esponja,
para permitir la conducción adecuada del efluente
desde el módulo 01 al módulo 02.
• Funcionó desde el 2 de abril de 2011 hasta el 30 de
octubre de 2011: 151 días
• Para retener el lodo posiblemente producido, en
todos los experimentos, se incluyó un sedimentador
después del reactor DHS.
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Experimento 3
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Frecuencia de muestreo y análisis realizado para los tres experimentos
Parámetro Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3
OD 2 veces por semana diariamente
Turbiedad diariamente
Una vez por
semana
DBO5
Cada 3 semanas
Cada 4 semanas
DQO total
Cada 2 semanasDQO soluble
Coliformes
fecales
El pH y la temperatura se analizaron diariamente.
Materiales y Métodos
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Datos operacionales de los reactores
1. Experimento: número del Experimento.
2. R: factor de recirculación expresado como la relación Qr /
Qi. Donde Qr y Qi son el caudal de recirculación y el
afluente respectivamente.
3. Área superficial del reactor: corresponde al área de
superficie del módulo 01 y también es igual al área de
sección transversal de los módulos acrílicos.
4. Volumen del DHS: volumen del reactor DHS que
corresponde al volumen del módulo 01 más el módulo 02,
excluyendo la separación entre módulos.
5. HRT: tiempo de retención hidráulico del reactor que
implica el HRT del módulo 01 más el módulo 2. Ambos
módulos tienen el mismo HRT.
6. HLR: velocidad de carga superficial hidráulica del reactor,
basada en la velocidad de flujo sobre el área de superficie
del reactor.
7. OLR: carga orgánica volumetrica, basada en el caudal de
DQO promedio sobre el volumen de DHS.
8. OLRm: carga orgánica volumetrica del medio de soporte,
basada en el caudal, la DQO promedio y el volumen total
del medio de soporte.
Experimento1 Units 1 2 3
Reactors
Tipo de DHS cuboCubo con
recirculacióncortina
Generación G1 G1 G2
Caudal L·d−1 12.2 30.9 86.4
R2 0 1 0
Area superficial3 m2 0.0064 0.0104 0.0657
Volumen del DHS4 m3 0.0037 0.0114 0.0775
HRT5 h 2.90 1.52 2.49
HLR6 m3·m-2· d−1 1.92 2.97 1.32
OLR7 kgCOD·m-3·d−1 0.86 0.53 0.24
Sedimentador
HRT h 1 2 1
Volume m3 0.0005 0.0026 0.0036
Datos del medio
Volumen total del
mediom3
0.0016 0.0023 0.0191
OLRm8 kgCOD·m-3·d−1 1.96 2.69 0.97
Resultados
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
A. Experimento 1: Reactor DHS tipo cubo sin recirculación
Parámetro unidad n1 Afluente Efluente2 Eficiencia
Temperatura °C 266 20.9 ± 2.3 20.5 ± 3.1pH 266 7.4 ± 0.3 7.7 ± 0.4
DO mg·L−1 134 0.8 ± 0.7 5.6 ± 1
Turbiedad NTU 266 145.3 ± 50.1 47.1 ± 35.3 67.2 ± 1 %
DBO5 mg·L−1 12 104.4 ± 13.7 19.5 ± 6.5 80.9 ± 2 %
DQO total mg·L−1 26 260.8 ± 77.7 85.9 ± 62.6 67.2 ± 3.1 %
DQOsoluble mg·L−1 26 133.3 ± 31.5 62 ± 38.1 53.5 ± 1.1 %
Coliformes fecales UFC·100mL−1 10 6.1E+06 ± 3.4E+06 2.1E+02 ± 4.1E+02 99.997 ± 0.000 %
Leyenda
1 n significa número de muestras al azar.
2 Los resultados muestran los valores promedio para el efluente de los dos reactores DHS.
Resultados
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
B. Experimento 2: Reactor DHS tipo cubo con recirculación
Leyenda
3 Los resultados muestran los valores promedio para el efluente después del módulo 01.
4 Los resultados corresponden al efluente del reactor de DHS.
Parámetro unidad n afluente Efluente 13 Efluente 24 Eficiencia
Temperatura°C
130 23.3 ± 4.3 23.4 ± 4.3 23.2 ± 4.2
pH 126 7.6 ± 0.3 7.7 ± 0.3 7.5 ± 0.5
DO mg·L−1 26 0.4 ± 0.3 5.9 ± 1.1 6.1 ± 0.9
Turbiedad NTU 9 144.1 ± 63.7 26.1 ± 17.9 10.3 ± 4.7 92 ± 4.3 %
DBO5 mg·L−1 8 107.4 ± 39.1 20.4 ± 5.2 6.2 ± 2.8 93.6 ± 3.4 %
DQO total mg·L−1 19 196.2 ± 51.3 68.8 ± 33.8 47.3 ± 15.2 74.6 ± 8.2 %
DQO soluble mg. L−1 12 113.2 ± 25.8 43 ± 7.9 31.4 ± 9.3 71.1 ± 10.6 %
Coliformes fecales
CFU·100mL−1 11 1.1E+08 ± 2E+08 5E+06 ± 3.1E+063.4E+04 ±5.1E+04
99.919 ± 0.117 %
Resultados
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
C. Experimento 3: Reactor DHS tipo cortina
Leyenda
3 Los resultados muestran los valores promedio para el efluente después del módulo 01.
4 Los resultados corresponden al efluente del reactor de DHS.
Parámetro unidad n afluente Efluente 13 Efluente 24 Eficiencia
Temperatura°C
154 18.8 ± 1.4 18.9 ± 1.2 18.9 ± 1.1
pH 154 7.3 ± 1.1 7.5 ± 0.4 6.6 ± 0.5
DO mg·L−1 154 2.3 ± 0.4 4.2 ± 0.7 4.9 ± 0.7
Turbiedad NTU 154 104.1 ± 13.8 30.8 ± 12.3 18.9 ± 4.8 81.8 ± 4.4 %
DBO5 mg·L−1 22 98.8 ± 15.5 23.4 ± 5.3 14.9 ± 5.8 84.9 ± 5.3 %
DQO total mg·L−1 22 214.1 ± 44.2 N. M.5 77.6 ± 18.6 62.8 ± 9.9 %
DQO soluble mg·L−1 22 136.2 ± 33.7 N. M. 59.3 ± 14.1 55 ± 10.9 %
Coliformes fecales CFU·100mL−1 22 7.2E+06 ± 5.6E+06 1.7E+06 ± 1.7E+06 5.9E+05 ± 7.5E+05 92.121 ± 6.210 %
Resultados
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
Eficiencia de remocion de coliformes fecales%
Reduccion de coliformes fecales en Log 10
Leyenda
Resultados
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
C. Experiment 3: curtain type DHS reactor
3 Los resultados muestran los valores promedio para el efluente después del módulo 01.
4 Los resultados corresponden al efluente del reactor de DHS.
Parámetro unidad n afluente Efluente 13 Efluente 24 Eficiencia
Temperatura°C
154 18.8 ± 1.4 18.9 ± 1.2 18.9 ± 1.1
pH 154 7.3 ± 1.1 7.5 ± 0.4 6.6 ± 0.5
DO mg·L−1 154 2.3 ± 0.4 4.2 ± 0.7 4.9 ± 0.7
Turbiedad NTU 154 104.1 ± 13.8 30.8 ± 12.3 18.9 ± 4.8 81.8 ± 4.4 %
DBO5 mg·L−1 22 98.8 ± 15.5 23.4 ± 5.3 14.9 ± 5.8 84.9 ± 5.3 %
DQO total mg·L−1 22 214.1 ± 44.2 N. M.5 77.6 ± 18.6 62.8 ± 9.9 %
DQO soluble mg·L−1 22 136.2 ± 33.7 N. M. 59.3 ± 14.1 55 ± 10.9 %
Coliformes fecales
CFU·100mL−1 227.2E+06 ±5.6E+06
1.7E+06 ±1.7E+06
5.9E+05 ±7.5E+05
92.121 ± 6.210 %
Conclusiones
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• El indicador patogénico, coliformes fecales, mostró una reducción significativaen todos los experimentos y se obtuvieron los mejores resultados para elreactor DHS tipo cubo en el experimento 1.
• La mayor reducción de coliformes fecales de 99.997 ± 0.000% se obtuvo en elexperimento 1. Una menor eficiencia de eliminación de 99.919 ± 0.117% selogró en el experimento 2. El experimento 3 mostró la reducción más baja decoliformes fecales, a saber. 92.121 ± 6.210%.
• A pesar del HRT relativamente largo de 2.49 horas, el reactor DHS de tipocortina mostró la remoción de coliformes fecales promedio más baja (1.25log10) en comparación con la configuración de tipo cubo con (3.42 log10) ysin recirculación (4.74 log10).
• La baja eficiencia de reducción de coliformes termotolerantes podría debersea una porosidad mucho menor posiblemente causada por zonas muertas ycortocircuitos en comparación con los experimentos 1 y 2.
Conclusiones
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019
• Los cortocircuitos podrían atribuirse a la configuración experimental y debeinvestigarse más a fondo. Los resultados indican que es necesario analizar ladistribución del flujo en los reactores DHS estudiados.
• La porosidad del medio caracteriza los sitios de adsorción disponibles delmaterial portador según lo informado previamente por (Tawfik et al., 2010;Tawfik et al., 2011).
• Una baja porosidad implica baja adsorción de biomasa. También implica bajastasas de conversión de sustrato debido al contacto no optimizado entre loscontaminantes de las aguas residuales y la baja cantidad de biomasa.
• Una baja porosidad conducirá a un bajo rendimiento de biomasa y una bajacapacidad de conversión de sustrato. La porosidad de la esponja puedeafectar el tipo de biomasa, la velocidad de carga hidráulica permisible y elgrado de obstrucción del área superficial del material portador. Laobstrucción de la superficie de la esponja podría provocar zonas muertasdurante el proceso de filtración, ya que no crecerá biomasa en las áreasinteriores de la esponja (Tawfik et al., 2011).
TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALESMEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADASEN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508
Financiado por:
5º curso RED TRITÓN
Bellaterra (Barcelona) 3 y 4 octubre 2019