determinación y análisis de las condiciones de operación
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
Determinación y Análisis de las Condiciones de Operación en el Tanque de Aireación del Proceso de Lodos Activados en la
Planta de Tratamiento de Aguas Negras Proyecto Lago de Texcoco.
PROTOCOLO DE TRABAJO DE LA OPCIÓN CURRICULAR EN LA MODALIDAD DE: ESTANCIA INDUSTRIAL.
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO AMBIENTAL
PRESENTA:
Francisco Alan Juárez Tenopala
ASESOR INTERNO: Agustín Rivera Hernández
ASESOR EXTERNO: Daniel Muciño Raymundo
México, D. F. Junio de 2009
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- 3 -
AGRADECIMIENTOS.
ESPECIALES:
A MIS PADRES HILDA TENOPALA REYES,
FRANCISCO JUAREZ AVILES Y HERMANO
BRAYAN JUAREZ TENOPALA POR BRINDARME
SU APOYO EN TODO MOMENTO PARA LOGRAR
MIS METAS ACADÉMICAS Y PERSONALES.
ESPECIALES:
A MI HERMOSA PAREJA SENTIMENTAL
NORMA VILLEGAS CRUZ POR IMPULSARME A
CONSEGUIR EL ÉXITO ACADEMICO, HACER FACIL
LO DIFICIL Y REGALARME SU AMOR.
A TODA MI FAMILIA EN GENERAL POR
APOYARME EN EL DESARROLLO DE MI VIDA
ACADÉMICA.
A MIS PROFESORES, ASESORES Y EVALUADORES
POR GUIARME EN ESTE CAMINO, HACIENDOME
CRECER ACADEMICAMENTE TOMANDOLOS COMO
EJEMPLOS DE ÉXITO, HUMILDAD, SENCILLEZ,
HONRADEZ Y SABIDURIA.
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ÍNDICE.
1. Resumen………………………………………………………………………….………….5
2. Introducción………………...………………………………………………………………..6
2.1 Organigrama de la Comisión Nacional del Agua………………………………6 2.2 Ubicación de la Zona Federal del Lago de Texcoco…………………………..8
3. Antecedentes………………………...……………………………..……………………...10
3.1 Proceso de Lodos Activados…………………………………………………...10 3.2. Planta de Tratamiento de Aguas Negras Proyecto Lago de Texcoco…….10
4. Justificación..…………………………………………………………………………….…12
5. Objetivos
5.1. Generales....……………………….…………………………………………………..…12
5.2. Específicos….…...………….……………………………………………..…………….13
6. Metodología…………………..............…………………………...………………..……..13
6.1. Revisión Bibliográfica…………………………………………………………..13 6.2. Recopilación de información de la planta…………………………………….13 6.3. Reconocimiento de la planta…………………………………………………..13 6.4. Establecimiento de los puntos de muestreo…………………………………14 6.5. Determinación de los parámetros de operación en un proceso de
tratamiento de aguas residuales por lodos activados…...…………………14 6.6. Caracterización cualitativa de microorganismos por análisis
microscópico…………………………………………………………………….14 6.7. Determinación de las condiciones de operación…………………………….15 6.8. Dar posibles soluciones en las deficiencias encontradas…………………..15
7. Resultados………………………………………………………………………………….15
8. Análisis y discusión de resultados...……………………………………………………..20
9. Propuestas y recomendaciones para dar solución a los problemas de remoción y
aireación………………...…………………………………...……………………………..26
10. Protocolo de operación del tanque de aireación.……………..……………………...28
11. Conclusiones.…………………………………………………………..………………...35
Anexo1………………………………………………………………………………….…......36
Anexo 2………………………………………………………………………………………..40 13. Bibliografía.…………………………………………………………..............................44
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% d
e r
em
oció
n
DETERMINACIÓN Y ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN EN EL TANQUE DE AIREACIÓN DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS EN LA PLANTA
DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS PROYECTO LAGO DE TEXCOCO.
Francisco Alan Juárez Tenopala, Daniel Muciño Raymundo*, Agustín Rivera Hernández. *Director del proyecto: Biólogo Daniel Muciño Raymundo, 21-58-10-00 ext. 4810, [email protected].
Palabras clave: aireación, lodos activados, parámetros de operación y tratamiento.
Introducción. Uno de los recursos naturales mas afectados por la contaminación en el mundo es el agua. Es por ello que surgieron los tratamientos de aguas residuales por procesos que sanearan a este recurso y con esto reusar el agua tratada en actividades productivas como la agricultura y la recuperación de áreas naturales u otras actividades que no necesiten el agua con calidad de potable. Con esta visión se creo la planta de tratamiento de aguas negras proyecto lago de Texcoco que mediante el proceso de tratamiento convencional de lodos activados Para cumplir con los objetivos de tratabilidad de las aguas por cualquier proceso es importante tener una programación y organización del monitoreo del proceso así como efectuar labores de mantenimiento para identificar problemas puntuales que afecten el tratamiento. Metodología. Para el monitoreo de la calidad del agua y determinar las condiciones en que opera la planta de tratamiento de aguas negras proyecto Lago de Texcoco, se realizaron análisis de Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Sólidos Sedimentables en el Licor Mezclado, Oxígeno Disuelto, pH y Temperatura, todas las técnicas se realizaron conforme a lo descrito en las normas mexicanas en materia de agua, con excepción del oxigeno disuelto, el cual se midió con un medidor automático de oxígeno modelo DO 300 series WATERPROOF marca OAKTON. Resultados y discusión. Los resultados obtenidos indican que el oxigeno disuelto de los tanques de aireación es bajo, lo que repercute en el porcentaje de remoción de demanda bioquímica de oxigeno como se muestra en la figura 1, sin embargo, se cumple con lo establecido en la normatividad mexicana (NOM- 001-SEMARNAT-1996), la calidad del agua monitoreada de Junio de 2008 a Noviembre de 2008 es aceptable para la recarga del Lago Nabor Carrillo.
% de remoción de DBO
80
70
60
Tanuqe
50 Primario 1
Tanque
Primario 2 40
30
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Muestra
Figura 1. Porcentaje de remoción de la demanda bioquímica de oxigeno de la Planta de tratamiento de aguas negras. . Del análisis de los resultados obtenidos, se establecieron los parámetros con los que opera la planta y los cuales comparados
con la bibliografía resultan algunos, estar en un punto crítico, como el oxígeno disuelto, el cual es el insumo principal en este proceso de tratamiento de aguas.
Cuadro 1. Parámetros de operación.* Fuente: CEPIS.
Parámetros
Teórico * Planta del Exlago de
Texcoco
Sedimentación primaria 1- 2 horas 1 hora con 20 minutos
Tanque de aireación 4 - 8 horas 8 horas
Sedimentación secundaria
1- 2 horas 1 hora
Recirculación del lodo 15 - 50% 20%
Residencia celular. 5 - 15 días ----------
Remoción de DBO 85 - 95% 58 %
Temperatura 18 - 25 ºC 19 .5 ºC
pH 6.5 - 7.5 7.5
Oxígeno disuelto 2.5 - 4 mg/l Menor a 1 mg/l
Conclusiones y perspectivas. Las condiciones en las que opera la planta de tratamiento de aguas negras proyecto Lago de Texcoco en cuanto a la eficiencia de remoción de demanda bioquímica de oxígeno es en promedio del 50%, por lo que se encuentra debajo del porcentaje de remoción. En cada planta de tratamiento de aguas, existen ciertas condiciones ambientales, contaminantes y problemas particulares, los cuales hacen a cada planta única, haciendo difícil mantener los parámetros de operación constantes. El monitoreo constante de la calidad del agua en cada proceso, asegura el buen funcionamiento del proceso, llevando al tratamiento a sus máximas eficiencias. La falta de los aireadores mecánicos eleva las probabilidades para un mal tratamiento e impedir obtener agua de buena calidad. Para asegurar un buen funcionamiento del proceso de tratamiento, es necesario contar por lo menos con una persona que se encargue de vigilar el proceso, la cual cuente con una capacitación sencilla para realizar las técnicas, analizarlas y poner en práctica el protocolo de operación propuesto en el presente trabajo. Agradecimientos. Al director del presente trabajo Daniel Muciño Raymundo, a la Comisión Nacional del Agua, a Agustín Rivera Hernández por el apoyo brindado durante el desarrollo del trabajo. Referencias. 1. R.S. Ramalho, “Tratamiento de aguas residuales” 2
edición, editorial REVERTE, España Barcelona, pag. 253- 354.
2. Fabian Yañez, “Proceso de lodos activados y aireación prolongada” Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria (CEPIS) 1989.
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2. INTRODUCCIÓN. La institución donde se realizo el presente trabajo, es la planta de tratamiento de
aguas negras del lago de Texcoco. La planta es operada por la Residencia General
del Proyecto Lago de Texcoco quien a su vez es administrado por la Gerencia del
Lago de Texcoco que pertenece al Organismo de Cuencas del Valle de México quien
es controlado por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) de México.
2.1 Organigrama de la Comisión Nacional del Agua
Fig. 1 Organigrama de la Comisión Nacional del Agua Fuente: Comisión Nacional del Agua (2008)
Actualmente (2008), la misión y visión de la Comisión Nacional del Agua consiste en:
Misión
"Administrar y preservar las aguas nacionales y sus bienes inherentes, para lograr su
uso sustentable, con la corresponsabilidad de los tres órdenes de gobierno y la
sociedad en general".
Visión
"Ser autoridad con calidad técnica y promotor de la participación de la sociedad y de
los órdenes de gobierno en la gestión integrada del recurso hídrico y sus bienes
públicos inherentes".
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Los objetivos que se plantea el Organismo de Cuencas son: Promover el desarrollo de planes, proyectos y la ejecución de las obras
correspondientes al programa de manejo de los recursos de la Cuenca Sur-Oriental
tributaria del Valle de México, con base en los planes de ordenamiento ecológico y
territorial aprobados, considerando los aspectos hidrológicos y geohidrológicos
ambientales, así como los trabajos y servicios que se requieran para suplir las
necesidades de suelo y agua de los núcleos poblacionales más importantes que se
encuentran en la zona de influencia de las tareas de rescate hidroecológico del Lago
de Texcoco. Fuente: www.cna.gob.mx
Debido a las condiciones de deterioro ambiental que aquejaba a la comunidad de la
Ciudad de México como consecuencia de la desecación del lago de Texcoco, así
como la desaparición de especies, la recuperación del lago y aéreas verdes en la
cuenca tributaria de Texcoco se inicio desde 1972 con la construcción y operación de
las plantas de tratamiento de aguas negras proyecto lago de Texcoco.
El funcionamiento del lago de Texcoco, centro hidrológico de la cuenca del Valle de
México, ha estado ligado íntimamente con el desarrollo social y urbano del valle. En la
época prehispánica la zona lacustre llegó a cubrir hasta 2,000 km 2, aproximadamente
20% de la superficie total de la cuenca.
El crecimiento acelerado de la población generó mayor demanda de agua para
diversos usos, lo cual entre otros factores provocó la desecación del lago.
El incremento de la población trajo consigo mayores volúmenes de aguas residuales
en los ríos Churubusco, los Remedios y de la Compañía, los cuales descargaban sus
aguas sobre la superficie desecada y salitrosa de lo que actualmente corresponde a la
Zona Federal del Lago de Texcoco, y la tornaban cada vez más insalubre. En la época
de los años 50, eran comunes las tolvaneras, resultado de la frecuencia anual de los
vientos del noreste, que levantaban no sólo polvo sino también detritus y gérmenes
patógenos, y que provocaban graves problemas de salud pública en toda la zona
metropolitana.
Ante esta situación, en 1971 se aprobó el Plan Texcoco con la finalidad de recuperar
la zona degradada, con base en el aprovechamiento racional de los recursos
naturales, el desarrollo forestal y el saneamiento ambiental, y buscando un mejor nivel
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de vida para los pobladores de la zona. Para ello, se establece además como prioridad
el respeto al ambiente sin detrimento de las actividades productivas tan necesarias
para el desarrollo.
2.2 Ubicación de la Zona Federal del Lago de Texcoco.
La Zona de influencia del Lago de Texcoco colinda con la Zona Metropolitana de la
Ciudad de México (ZMCM) y con los municipios de Texcoco, Atenco, Chimalhuacán,
Ecatepec y Nezahualcóyotl, del Estado de México.
La zona Federal del Lago de Texcoco se ubica al oriente de la Ciudad de México,
dentro de la Zona Hidrográfica No. VII, de la Cuenca del Valle de México. Se
encuentra a 2,237 msnm. Tiene un clima templado semiseco, caracterizado por
valores altos de evaporación. En el área no hay núcleos poblacionales por tratarse de
una Zona Federal. Sin embargo, por su localización, está sujeta a la presión urbana,
ya que está delimitada por la ZMCM y por los municipios de Nezahualcóyotl,
Chimalhuacán, Texcoco y Atenco del Estado de México. (Ver figura 2.)
Figura 2. Mapa de ubicación “Planta de Tratamiento Proyecto Lago de Texcoco Por su ubicación, la Zona Federal Lago de Texcoco es un lugar fundamental en el
control de las aguas residuales de una parte de la Ciudad de México. El caudal de
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agua residual que se controla en esta zona es de 10,0 m3/s en el estiaje y 28,0 m3/s
durante el período de lluvias (valores promedio).
El Lago de Texcoco aplica procesos de tratamiento con una capacidad instalada de
1,5 m3/s, que opera actualmente a 1,3 m3/s.
La planta de Aguas Residuales proyecto lago de Texcoco, cuenta con sistemas
convencionales de lodos activados para el tratamiento de aguas negras y con un
sistema de bombeo para la succión del influente a tratar, cuenta también con un
pretratamiento donde se elimina los materiales de grandes dimensiones empleando
rejillas finas, una sedimentación primaria para retirar sólidos sedimentables, y cuenta
con un sistema donde se involucra el tratamiento secundario por el proceso de lodos
activados.
Debido a las condiciones de operación y de la infraestructura de drenaje de la Ciudad
de México, el agua debe ser bombeada del río Churubusco de donde se obtiene para
enviarla a la planta y darle tratamiento.
Al inicio, el proyecto de recuperación consideraba las condiciones hidrológicas
prevalecientes pero las aguas negras se descargaban en el lago, los grandes
volúmenes de aguas demandaban la recuperación ecológica de la zona del Lago de
Texcoco y en vista del gasto medio de aguas residuales disponibles que descargaban
en el lago, resultaba evidente considerar el aprovechamiento de estos volúmenes en
las tierras de riego localizadas fuera de la zona, mediante el tratamiento y reuso de
esta agua para cubrir las crecientes demandas de aquellas actividades que no
requieren agua de calidad potable. Una alternativa de tratamiento que respondía a
estas expectativas fue la del proceso de lodos activados.
Como ya se mencionó, el proyecto inicio en 1972 pero en la actualidad (2009), las
condiciones y características con que llegan las aguas negras provenientes de la
ciudad, han cambiado, por lo que es de gran importancia para los operarios de la
planta de lodos activados conocer el comportamiento del proceso de tratamiento de
estas nuevas aguas, el punto critico y mas importante del proceso de oxidación
microbiana que se lleva a cabo en el tanque de aireación, el cual presenta problemas
con las características cualitativas del lodo. Por ello, se realizo un análisis de las
condiciones actuales de operación en el tanque de aireación tomando como base
análisis fisicoquímicos, observaciones al microscopio de los lodos y otros análisis para
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determinar la calidad del agua con que sale del proceso de lodos activados, así, se
estableció un nuevo manual de operación que incluya los aspectos a seguir para el
buen funcionamiento de la planta.
3. Antecedentes
3.1. Proceso de Lodos Activados.
Una planta de lodos activados es un sistema de mezcla completa. Su nombre proviene
de la producción de una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un
residuo en medio aerobio, es decir en presencia de oxígeno. Este método está
provisto de un sistema de recirculación y eliminación (purga) de lodos. El ambiente
aerobio en el reactor se consigue mediante el uso de aireadores mecánicos, que
también sirven para mantener el líquido en estado de mezcla completa. Al cabo de un
periodo determinado de tiempo, la mezcla de las nuevas células con las antiguas se
conduce hasta un tanque de sedimentación para ser separados por sedimentación del
agua residual tratada. Una parte de las células sedimentadas se recirculan para
mantener en el reactor la concentración de células deseadas, mientras que la otra
parte se purga del sistema. La fracción purgada corresponde al crecimiento del tejido
celular.
El estudio de los parámetros del tratamiento biológico aerobio conduce a determinar
las condiciones en las que los microorganismos degradan un residuo, suministrando
información básica necesaria para controlar las condiciones en las que operaran los
reactores biológicos aerobios. El agua residual conteniendo un inóculo de
microorganismos (el inóculo puede ser una masa de lodos activos procedentes de una
planta en operación o aguas residuales decantadas) se introduce en los reactores y se
aplica aire dentro del sistema. El lodo biológico, medido como Sólidos Suspendidos
Volátiles en el Licor de Mezcla (SSVLM o SSLM), se mantiene en un estado de mezcla
completa debido a la agitación proporcionada por el aire inyectado en el sistema por
medio de los aireadores. Se determina la concentración de sustrato del agua residual
medida como Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).
3.2. Planta de Tratamiento de Aguas Negras Proyecto Lago de Texcoco
En la planta de tratamiento de aguas negras, el proceso convencional de lodos
activados del proyecto lago de Texcoco, cuenta con un sistema de bombeo de agua
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residual proveniente del río Churubusco, el cual envía 700 litros por segundo (lps) a la
planta de lodos activados por medio de una caja de distribución, posteriormente el
agua pasa a una sedimentación primaria para la eliminación de sólidos sedimentables
un tiempo aproximado de 1 hora con 20 minutos para después ser enviada a los
tanque de aireación en donde es aireada y homogeneizada un tiempo no mayor a 9
horas con cuatro aireadores en cada tanque, luego de esta operación, el agua es
enviada a un sedimentador secundario en donde se sedimentan los flóculos
resultados del proceso anterior por un lapso de 60 minutos, por ultimo el agua
saneada es llevada al lago Nabor Carrillo, el proceso cuenta con una recirculación de
lodos con capacidad instalada de 180 a 360 lps.
Figura 3. Diagrama de la planta de lodos activados El proceso convencional de lodos activados según la bibliografía reporta los siguientes
parámetros de operación:
Un periodo de retención de 5 a 7 horas en el tanque de aireación, de una hasta dos
horas en los tanque de sedimentación primaria y secundaria, una recirculación de
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lodos del 20 al 30 %, un volumen de oxigeno disuelto de 2.5 – 4 mg/l y DBO removida
de 85 a 95%.
Debido a lo anterior y a que el personal encargado de la operación de la planta no
cuenta con los conocimientos suficientes para establecer los tiempos de retención en
cada proceso pero principalmente en el proceso biológico. Actualmente, no se cuenta
con un protocolo de operación que rija a la planta, pero, para poder establecer las
condiciones en las que debe opera el tanque de aireación la bibliografía sugiere
aspectos que se pueden tomar en cuenta para desarrollar el buen funcionamiento del
proceso.
4. JUSTIFICACIÓN
Actualmente, la planta de tratamiento de aguas negras Proyecto Lago de Texcoco
contribuye al saneamiento del recurso hídrico en la zona metropolitana para la
recuperación ambiental del lago de Texcoco. Pero opera bajo condiciones de
inestabilidad en cuanto a la eficiencia en el tratamiento, debido a deficiencias de
funcionamiento en la aireación y recirculación para el tratamiento del influente. Las
grandes diferencias de carga orgánica con que llega el influente día con día más los
desechos que descargan las diferentes aves migratorias que llegan a la zona, la falta
de personal y la mala coordinación de los operarios de la planta. Estos son los
principales problemas que inciden en su bajo nivel de depuración, por lo que se
requiere de los datos suficientes actuales que sean confiables para analizar el
funcionamiento y aplicar posibles soluciones pero básicamente estandarizar las
operaciones para la tratabilidad del agua y disponer de este liquido vital para la
recuperación ecológica recargando el lago Nabor Carrillo principalmente en épocas de
estiaje.
5. OBJETIVOS
5.1. General.
Determinar y analizar las condiciones de operación en el Tanque de Aireación
del Proceso de Lodos Activados en la Planta de Tratamiento de Aguas Negras
Proyecto Lago de Texcoco para proponer la corrección de los problemas que
disminuyen su eficiencia de remoción de DBO.
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5.2. Específicos.
Determinar la situación de las condiciones de operación en el Tanque de
Aireación del Proceso de Lodos Activados y recirculación de lodos para
identificar fallas en la operación.
Determinar cualitativamente la microbiología del lodo activado para establecer
si están en buenas condiciones y llevar a cabo la degradación.
Establecer un nuevo protocolo de operación para los tanques de aireación con
la estandarización del proceso según la calidad del influente y minimizar las
fallas en la operación.
6. METODOLOGÍA.
La metodología del trabajo consiste en los siguientes pasos:
6.1 Revisión Bibliográfica.
Esta se llevó a cabo en la biblioteca de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de
Biotecnología (UPIBI) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), biblioteca de la Gerencia
General de la Planta de Tratamiento de Aguas Negras Proyecto Lago de Texcoco
perteneciente a CONAGUA e INTERNET con la finalidad de conocer el principio de
funcionamiento de los tanque de aireación, las variables que afecten el proceso d e
tratamiento por lodos activados y todo aquello que influya sobre este proceso que
involucre los tanques de aireación.
6.2 Recopilación de información de la planta.
En este punto se realizo una búsqueda de registros anteriores de las mediciones de
los parámetros que se hicieron en algún momento por personal de la planta.
6.3 Reconocimiento de la planta.
Se estableció la forma de operación del proceso de lodos activados en el tanque de
aireación físicamente como un paso muy importante para tener el conocimiento de las
condiciones físicas en las que se encuentra el tanque.
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6.4 Establecimiento de los puntos de muestreo.
Para tener la seguridad de que las determinaciones y análisis de las muestras
tomadas del tanque sean contundentes y claras es necesario establecer los puntos de
muestreo que representen lo que sucede dentro del tanque de aireación.
6.5 Determinación de los parámetros de operación en un proceso de
tratamiento de aguas residuales por lodos activados.
La Demanda Bioquímica del Oxigeno (DBO5) es una medida de la concentración de
sustrato del agua residual que será degradada por los microorganismos, los cuales
necesitan estar con buenas condiciones de oxigeno, la Demanda Química de Oxígeno
será un parámetro que indica el grado de contaminación química en que se encuentra
el agua y que probablemente sea de difícil degradación para lo lodos. Los Sólidos
Sedimentables (SS), estos parámetros resultan ser importantes pues muestran la edad
cualitativa del lodo biológico de manera sencilla. Los Sólidos Suspendidos Totales
representan aquellos sólidos que por sus características de carga, son difíciles de
sedimentar. El oxigeno disuelto es un parámetro de los más importantes en el tanque
de aireación pues al existir una buena cantidad de oxígeno disuelto mejor será la
degradación de la materia orgánica por los lodos activados, este se midió con un
oxímetro. El pH y Temperatura son datos que nos establecen las condiciones en las
que trabajaran los lodos activados y que se deberán de tener en lo mayor posible
constante al optimo en que se desarrollan lo lodos activados y por ultimo la
determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL) es la sedimentabilidad de los
lodos, es un indicativo de un buen tratamiento.
6.6 Caracterización cualitativa de microorganismos por análisis
microscópico.
La velocidad de degradación de la materia dependerá en gran medida a los
microorganismos que se encuentren en los lodos por lo que es importante caracterizar
los microorganismos por medio del microscopio para conocer el estado en que se
encuentran o la edad según los microorganismos encontrados para degradar los
contaminantes.
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6.7 Determinación de las condiciones de operación.
Con una revisión bibliográfica en bibliotecas del IPN y en INTERNET, comparando los
resultados obtenidos con los reportados en libros, artículos u otras plantas de
tratamiento se logro establecer las condiciones en las que opera el tanque.
6.8 Dar posibles soluciones en las deficiencias encontradas
Al cumplir lo antes mencionado es posible encontrar en donde se puede optimizar el
proceso dentro del tanque de aireación y proponer soluciones en base a lo
encontrado.
Todas las determinaciones se realizaron en base a las Normas Oficiales Mexicanas y
técnicas analíticas alternativas que se aplican para sistema de tratamiento en caso de
no contar con los materiales especificados en las normas, el oxígeno disuelto se midió
con un medidor automático de oxígeno modelo DO 300 series WATERPROOF marca
OAKTON. .
7. RESULTADOS
Se determinaron 12 muestras de DBO5 total, 10 muestras de DQO y 26 muestras de
Sólidos sedimentables (SS) para cada modulo de tratamiento así como los parámetros
fisicoquímicos, en el periodo marcado en el cronograma (junio a noviembre de 2008)
en horarios de 10:00 A.M. a 01:00 P.M., muestreando el influente y los tanques
secundarios de sedimentación de cada modulo, es decir, las entradas y salidas de los
tanques de aireación con el fin de conocer el porcentaje de remoción de la DBO y
compararlos con la NOM-001-SEMARNAT-2005, los resultados se muestran a
continuación:
- 16 -
DB
O (
mg
/l)
% d
e r
em
oc
ión
300
250
200
150
Influente
Tanque Secundario 1
Tanque Secundario 2
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Muestra
Gráfica 1. Comportamiento de la remoción de la DBO con respecto al tiempo.
La gráfica no. 1 muestra la tendencia de la demanda bioquímica de oxígeno para el
influente, tanque secundario 1 (T.S.1.) y tanque secundario 2 (T.S.2.) con respecto al
tiempo monitoreado en cada muestra.
80
70
60
Tanuqe
50 Primario 1
Tanque
Primario 2 40
30
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Muestra
Gráfica 2. % de remoción de DBO.
- 17 -
DQ
O(m
g/l)
pH
En la gráfica 2 se pueden observar los porcentajes de remoción de la demanda
bioquímica de oxígeno para cada modulo (1 y 2), es decir el % de remoción de los
tanques primarios 1 y 2 con respecto a los tanques secundarios 1 y 2 respectivamente
conforme a las muestras.
400
350
300
250
Influente
Tanque Secundario 1
Tanque Secundario 2
200
150
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Muestra
Grafica 3. Comportamiento de la DQO con respecto al tiempo.
En la grafica 3 se puede observar el comportamiento que tuvo el parámetro demanda
química de oxígeno con respecto a las muestras. A continuación se muestran los
resultados obtenidos de los parámetros fisicoquímicos:
14
13
12 Influente
11 T.L.1.
10 T.L.2.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Muestra
Gráfica 4. Comportamiento del pH.
- 18 -
SS
(m
l/l)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Uno de los parámetros fisicoquímicos monitoreado fue el pH, el cual se muestra en la
gráfica 4 con resultados del influente, tanque de lodos 1 (T.L.1.) y tanque de lodos 2
(T.L.2.).
30
28
26 Influente
24 T.L.1
22 T.L.2.
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Muestra
Gráfica 5. Comportamiento de la temperatura.
Los resultados obtenidos en el monitoreo de la temperatura, son mostrados en la
gráfica 5, los cuales se discutirán más adelante.
500
450
400
350
T.L.1
T.L.2.
300
250
200
150
100
50
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
M ue stra
Gráfica 6. Comportamiento de los sólidos sedimentables en el Licor de Mezclado.
- 19 -
O.D
. (m
g/l
) Los sólidos sedimentables fueron tomados para un lapso de 30 minutos y los
resultados obtenidos para los tanques de lodos se muestran en la gráfica 6.
3
2,5
2
1,5
Influente
T.L.1
T.L.2.
1
0,5
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
M ue stra
Gráfica 7. Comportamiento del oxígeno disuelto. Uno de los parámetros mas importantes para el tratamiento de aguas negras con
sistema convencional de lodos activados es el oxígeno disuelto en los taques de
aireación o tanques de lodos activados, en los cuales se hace énfasis en el análisis y
discusión de los resultados.
En una vista al microscopio con una resolución de 40X se encontraron los siguientes
microorganismos, todos en baja población al menos cualitativamente y que resulta
contradictorio en un sistema de tratamiento de lodos activados.
Figura 4. Rotífero philodina Figura 5. Ciliado vorticella
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Figura 6. Ciliado chilodonella Figura 7. Flagelado chlamydomona
Fuente: Daniel Velázquez (9) Las especies ilustradas en las figuras anteriores se encontraban en una proporción
cualitativa de 3 a 6 organismos por 2 ml de muestra analizada, por lo que se tiene
poca actividad para ser lodos activados y a su vez es evidente que por esta razón la
remoción de DBO es baja para el proceso de tratamiento empleado, además de que el
lodo según la figura 10 corresponde a la edad de lodo viejo en forma de ramas, el cual
debe ser en forma de floculo.
En cuanto a los análisis de SST e IVL no se realizaron por falta de material de
laboratorio.
Algunas fotografías del proceso de tratamiento de las aguas en las condiciones que se
encuentra la planta se muestran en el anexo 1, y en el anexo 2 se encuentran los
resultados totales de las determinaciones.
8. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
En esta sección se discuten y analizan los resultados en el orden con el que son
presentados con anterioridad aunque como ya se mencionó, todos los parámetros
medidos guardan una cierta relación.
Empezaremos mostrando la normatividad oficial mexicana aplicable para los limites
máximos permisibles de contaminantes en las descarga de aguas residuales en aguas
y bienes nacionales (NOM-001-SEMARNAT-1996), la cual nos servirá de guía para
tener valores de referencia y establecer en que condiciones se da el proceso de
- 21 -
tratamiento de aguas negras por lodos activados y los grados de contaminantes
básicos descargados al lago Nabor Carrillo, el cual es un bien nacional que sirve para
el rescate de las especies pertenecientes al ex-lago de Texcoco y que por lo tanto es
de gran importancia conocer las cantidades que se descargan, además que esta agua
tratada podría servir para algo mas que la recarga del lago Nabor Carrillo como puede
ser de uso agrícola para el territorio circundante en la zona.
Figura 8. Tabla 2. de la NOM-001-SEMARNAT-1996 Fuente: NOM-001-SEMARNAT-1996
Como se muestra en la figura numero 8, en cuanto al parámetro de DBO, tomando en
cuenta que la descarga de las aguas residuales se hace a un embalse artificial marca
un valor de 75 mg/l en un promedio mensual y 150 mg/l en un promedio diario si se
pretende usar en riego agrícola, por lo tanto en nuestro caso aplicara el promedio
diario ya que para tomar el promedio mensual tendríamos que utilizar dos muestras
compuestas por día, lo cual no fue así.
- 22 -
Los resultados promedio obtenidos para DBO fueron de 56.11 mg/l en el tanque
secundario de sedimentación 1 y 53.89 mg/l en el tanque secundario de sedimentación
2, por lo que está dentro de norma en cuanto a este contaminante. Cabe señalar que
para efectos del cumplimiento de la norma, se cumple con el objetivo de tratamiento
pero también se puede ver en la gráfica 1 que en algunos días la demanda bioquímica
de oxígeno varía tanto que llega a exceder estos límites, además que, la temporada en
que se realizaron los análisis (junio a noviembre de 2008) pertenecía a la temporada
de lluvias, por lo que existió una dilución de la contaminación con lo que pudieran ser
engañosos los resultados.
En la gráfica 2 se expresa el porcentaje de DBO removida, la cual es bastante variable
pero que en promedio es de 57.64% y 57.76% para el modulo 1 y 2 respectivamente ,
que para un sistema de tratamiento convencional con lodos activados resulta ser bajo
pues normalmente los porcentajes de remoción para este sistema oscilan del 85%
hasta el 95% según la bibliografía.
Se puede decir que los microorganismos no están en las condiciones óptimas para
desarrollarse y que estos resultados de DBO5 están ligados con los demás resultados,
resaltando que la planta atravesó por varias fallas en el transcurso del tiempo
monitoreado como fue el paro de la planta por mantenimiento.
En lo referente a la demanda química de oxígeno (que no es un parámetro
contaminante básico considerado por la NOM-001-SEMARNAT-1996) en la gráfica 3
se observan las variaciones en la primera muestra que no corresponde a un resultado
lógico pero es importante señalar que la cantidad de DQO en el influente es menor
que la de salida debido a que en ese periodo la planta tuvo un paro por el remplazo de
las bombas de succión del agua que provoco que los resultados no sean confiables en
su totalidad, conforme pasó el tiempo, los valores de DQO se va estabilizando,
quedando en rangos de 150 a 100 mg/l. Con este parámetro es posible predecir que al
inicio, existieron en el influente, contaminantes inorgánicos que probablemente
pudieron y/o pueden ser los responsables de la inestabilidad del proceso y las
condiciones para el desarrollo de los microorganismos, ya que estos son muy
sensibles a los cambios de nutrientes y no muy rápido metabolizan compuestos
inorgánicos. Esto también puede tener relación con el origen del influente, pues la
calidad de este es muy variable debido a que es resultado de la combinación de las
aguas residuales domesticas e industriales, que hipotéticamente las descargas
realizadas por la industria pudieran traer compuestos inorgánicos no tratados con
- 23 -
anterioridad, o éste aumento en la DQO se puede ver reflejado con el aumento de la
precipitación, la cual puede arrastrar compuestos inorgánicos de las calles.
Los valores de pH con sus resultados obtenidos (mostrados en la gráfica 4) nos
indican que existe una cierta variabilidad dentro de un rango de 7 a 8 con un promedio
de 7.49, 7.40 y 7.38 para el influente, tanque de lodos 1 y tanque de lodos 2
respectivamente. Este es factor a descartar en las variaciones de remoción dentro los
tanques de aireación de los lodos pues un pH cercano al neutro (pH=7) es el ideal
para los microorganismos que degradan los contaminantes en aguas residuales. A pH
menores a 6 y mayores a 8 desnaturalizan o inhiben la actividad enzimática de los
microorganismos, además que se afecta el estado iónico del microorganismo,
impidiendo la transferencia de electrones para la degradación o asimilación de
oxígeno, y que por lo tanto en el proceso de lodos activados el pH representa uno de
los principales parámetros a medir con cierta constancia ya. Es un indicador oportuno
para impedir el paso del influente cuando éste contiene altos o bajos niveles de pH y
que llegue a ser mortal para los microorganismos que son la parte mas esencial en
este proceso de tratamiento de aguas.
Dentro de los parámetros fisicoquímicos monitoreados, se encuentra la temperatura, la
cual es un parámetro muy importante para el desarrollo de los microorganismos ya
que como es bien conocido, todos los seres vivos son afectados por las variaciones
temperatura impidiendo su capacidad de metabolizar su alimento. En nuestro caso
particular, los resultados obtenidos, guardan una cierta estabilidad y que en promedio
es de 19.96 ºC para el influente, 19.56 ºC para el tanque de lodos 1 y 19.51 ºC para el
tanque de lodos 2. Esto significa que la temperatura aparentemente no es un factor
que afecte demasiado la actividad de los microorganismos pero es muy importante
mencionar que las mediciones fueron realizadas en un horario matutino (de 10:00 am
a 12:00 pm) y que este valor va cambiando según el movimiento de rotación del
planeta de forma tal que para horarios nocturnos pueden ser estas temperaturas un
factor que afecte a los microorganismos principalmente bajando su actividad y
capacidad de metabolizar los contaminantes. Se debe tomar en cuenta que en la
mayoría de las plantas de tratamiento que trabajan las 24 horas del día los 365 dias
del año, esto es algo que sucede con frecuencia y no representan grandes problemas
para el proceso a menos que las temperaturas se acerquen a la temperatura de
congelamiento del agua. Por otra parte la norma oficial mexicana, marca un límite
máximo permisible de 40 ºC en el momento de tomar la muestra, por lo tanto la
- 24 -
temperatura de descarga del agua no rebasa este límite quedando dentro de la
normatividad.
Los sólidos sedimentables en el licor mezclado suelen ser un parámetro que en
conjunto con los sólidos suspendidos totales (SST) se puede determinar el índice
volumétrico de lodos (IVL), como se muestra en la siguiente fórmula.
IVL SSLM *1000
[mg / l] SST
Sin embargo el simple hecho de medir los sólidos sedimentables representa una
herramienta indispensable para determinar de manera rápida y sencilla, la edad del
lodo presente en el tratamiento, con esto poder corregir los porcentajes de
recirculación hacia los tanques de aireación de lodos. En la gráfica 6 es visible la
variabilidad de los resultados, manejando un promedio de 277.5 ml/l y 274.5 ml/l para
el tanque de lodos 1 y 2 respectivamente en un periodo de 30 minutos de
sedimentación. En este caso no aplica la normatividad pues los resultados obtenidos
son en el tanque de lodos por lo que faltaría el proceso de sedimentación secundaria
para poder ser descargada el agua y aplicarle la normatividad. Interpretando los
resultados se puede decir que la sedimentación es lenta pues según la bibliografía
para un tiempo de 30 minutos de sedimentación, el volumen debe ser de
aproximadamente de 300 ml/l a 400 ml/l o se debe notar marcadamente las dos fases
(solidó – liquido). Esto puede deberse a la edad de el lodo, pues un lodo viejo en el
cual la mayoría de los microorganismos ya son filamentosos, tienden a flotar,
retardando la velocidad de sedimentación y también debido al efecto llamado en ingles
bulking, en el que los microorganismos no tienen el alimento suficiente para mantener
su crecimiento, por lo tanto los microorganismos se ven obligados a funcionar en
régimen de respiración endógena.
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Figura No. 9. Desarrollo de la población bacteriana con respecto al tiempo. Fuente: Daniel Velásquez (9)
En la gráfica 7 se encuentra descrito el comportamiento del oxígeno disuelto en los
tanque de aireación de lodos, el cual es un valor por debajo de 1 mg/l para ambos
casos, son entonces, valores demasiado bajos para las condiciones que deben tener
los tanques, pues la bibliografía menciona que los niveles deben de ser 2.5 a 4 mg/l de
oxígeno disuelto. Esto puede estar o esta muy relacionado con el parámetro anterior y
la capacidad de remoción de la DBO, ya que es muy evidente que para cualquier
microorganismo aerobio es indispensables el oxigeno para poder metabolizar los
contaminantes, sirviendo el oxígeno como aceptor de electrones y en este caso, los
microorganismos se ven limitados en cuanto al oxígeno disuelto disponible en el
reactor biológico. Este parámetro, junto con los sólidos sedimentables y la vista al
microscopio son los que indican el problema de baja remoción de DBO por lo que la
aireación es el punto más delicado a tratar en este estudio y al cual se dieron
propuestas para su solución.
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Tabla 1. Comparación de los parámetros de operación en la planta de tratamiento de aguas negras proyecto lago de Texcoco con lo reportado en la literatura.
Parámetros
Teórico * Planta del Exlago de
Texcoco
Sedimentación primaria 1- 2 horas 1 hora con 20 minutos
Tanque de aireación 4 - 8 horas 8 horas
Sedimentación secundaria 1- 2 horas 1 hora
Recirculación del lodo 15 - 50% 20%
Residencia celular. 5 - 15 días ----------
Remoción de DBO 85 - 95% 58 %
Temperatura 18 - 25 ºC 19 .5 ºC
pH 6.5 - 7.5 7.5
Oxígeno disuelto 2.5 - 4 mg/l Menor a 1 mg/l
* Fuente: CEPIS (8) 9. PROPUESTAS Y RECOMENDACIONES PARA DAR SOLUCION A LOS PROBLEMAS DE REMOCION DE DBO Y AIREACION.
En general los problemas operacionales pueden clasificarse por condiciones que el
operador puede determinar visualmente en el tanque de aireación o en el
sedimentador secundario. Los problemas en los tanques de aireación incluyen
problemas en el sistema de aireación y problemas de espumas.
Los problemas en el tanque de aireación pueden ser corregidos lógicamente usando
prácticas de control operacional y mediante el mantenimiento apropiado de los
equipos.
El licor mezclado debe ser aireado de modo que los microorganismos aeróbicos
reciban suficiente oxigeno como para permanecer activos y saludables. Además el
contenido del tanque de aireación debe ser mezclado para mantener a los
microorganismos en contacto con toda la materia orgánica presente en el líquido a
tratar.
La mezcla en el tanque de aireación puede ser controlada generalmente observando
la turbulencia en la superficie del tanque de aireación. La turbulencia en la superficie
debería ser razonablemente uniforme en todo el tanque. No debería haber turbulencia
muy violenta porque gasta energía y corta el lodo que este en forma de floculo.
Algunas causas de mezcla o aireación inadecuada son:
· Velocidad muy baja del aireador o muy alta.
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· Profundidad inadecuada del impulsor.
· Impulsor cubierto con hilos o trapos.
· Falta de aireadores.
Para corregir los problemas de mezcla o aireación inadecuadas pueden intentarse las
siguientes medidas:
· Remover trapos o hilos
· Sumergir el impulsor del aireador según las recomendaciones del fabricante.
· Considerar el reemplazo del aireador por un más grande.
Los aireadores mecánicos pueden estar sujetos a las pulsaciones hidráulicas u olas.
Esto sucede cuando la profundidad del rodete es menor a la recomendada por el
fabricante y se establece un patrón de ondas que hace que el rodete se encuentre
alternativamente sumergido o no. El aireador estará sobrecargado y podría apagarse o
disminuir su tiempo de vida útil.
Para corregir estos problemas pueden tomarse las siguientes medidas:
· Aumentar o disminuir el efluente del tanque de aireación y/o sumergir el
impulsor para alcanzar una profundidad apropiada. No exceder la profundidad
máxima recomendada.
· Considerar experimentar con deflectores, tubos de aspiración en la entrada y
alabes reductores de flujo para eliminar la acción del oleaje.
· Aumentar la tasa de retorno como ultimo recurso
La presencia de espumas muy oscuras o negras indica tanto una aireación
insuficiente, que resulta en condiciones anaeróbicas, o residuos industriales como
tintas.
Las siguientes medidas podrán aplicarse para corregir estas espumas
· Incrementar la aireación
· Investigar la fuente de los residuos para determinar la presencia de tintas
· Disminuir la concentración de lodo recirculado.
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Una espuma marrón espesa indica un lodo viejo. Algunas de las posibles causas de
este problema son:
· El tanque de aireación está siendo operado a baja recirculación o pocos
nutrientes.
· Crecimiento de una alta concentración de microorganismos filamentosos
como resultado de un insuficiente desecho de los mismos.
· Aireación de lodos excesivos.
Las siguientes medidas podrán aplicarse para corregir problemas de espumas:
· Gradualmente incrementar la recirculación.
· Si aparecen filamentosos tratar de identificar la causa.
10. PROTOCOLO DE OPERACIÓN DEL TANQUE DE AIREACION.
Como ya se demostró, el evidente mal funcionamiento e inestabilidad del tratamiento
de agua en la planta, debido a la mala operación por parte del personal encargado de
su funcionamiento, a la falta del mismo y el que no esté capacitado para atender de
manera correcta los procesos del tratamiento del agua, una parte muy importante del
presente trabajo es el establecimiento de un nuevo protocolo de operación del tanque
de aireación, el cual se puede aplicar para los dos módulos y que resulta ser la parte
más importante del tratamiento convencional con lodos activados. Lo más adecuado
sería establecer todo el protocolo de operación en cada uno de los procesos del
tratamiento de aguas negras. A continuación se presenta el protocolo de operación.
Como primer paso, es necesario estandarizar la regularidad con que se hagan los
análisis para determinar la calidad con que el influente llega a la planta así como
detectar de manera oportuna el ingreso de alguna sustancia toxica para los
microorganismos degradadores. La siguiente tabla indica cuales análisis hacer y los
tiempos en que se deben realizar:
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Tabla 2. Análisis para determinar la calidad del agua. Fuente: Ramalho (6)
Análisis
Frecuencia Sedimentador
Primario Tanque de aireación
Sedimentador Secundario
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)
3/semana
Sí
No
Sí
Demanda Química de Oxígeno
3/semana
Sí
No
Sí
Oxígeno Disuelto (OD)
Diario
No
Sí
No
Sólidos Sedimentables (SS)
3/semana
No
Sí
Sí
Sólidos Suspendidos Totales (SST)
3/semana
No
Sí
Sí
Índice volumétrico de Sólidos (IVL)
3/semana
No
Sí
No
pH y Temperatura Diario Sí Sí Sí
Observación al
microscopio
3/semana
No
Sí
No
En cuanto a las observaciones microscópicas, se muestran las siguientes fotos para
poder identificar un lodo sano en el tanque de aireación.
Foto 1.Epistylis plicatilis. Foto 2. Epistylis plicatilis
Foto 3. Philodina sp. Foto 4. Lecane sp.
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Los microorganismos viejos para el tratamiento se muestran a continuación.
Foto 5. Nematodos Foto 6. Diflugia sp. Fuente: MENDEZ, L, MIYASHIRO, V, ROJAS (2)
Tabla 3. Características de los lodos en el reactor biológico.
Características de los organismos formadores de flóculos (Deseable)
1 Tienden a unirse.
2
Su aspecto a simple vista es de flóculos de color marrón claro.
3 Sedimentan a velocidad uniforme, prácticamente sin dejar partículas en suspensión.
Características de los organismos filamentosos (No deseable)
1 Su aspecto es filamentoso.
2
Son livianos y de color gris claro. Como consecuencia suelen ser arrastrados con el efluente tratado, esta condición se denomina abultamiento del barro (bulking sludge).
3
Pueden ser aerobios o facultativos es decir, viven con o sin oxígeno disuelto.
Ciertas formas de hongos filamentosos se ven favorecidas en efluentes con contenido de hidratos de carbono o compuestos orgánicos específicos.
Con lo anterior podemos, entonces tomar decisiones para operar el tanque de
aireación por medio de los parámetros de operación de acuerdo a la calidad del
influente y características del lodo.
La siguiente tabla puede ser de gran utilidad como guía a seguir, según los resultados
de los análisis.
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Tabla 4. Guía para identificar los problemas en la operación
Parámetro
Valor en el
Influente
Valor en el Tanque de aireación
Valor en el efluente
Modificación (sólo cuando los valores obtenidos sean diferentes a los aquí
descritos)
DBO
Indistinto
X
Remoción no menor de 80%
Si la remoción es menor, revisar los demás parámetros y descartar cada uno y ajustar en donde sea necesario.
DQO
Indistinto
X
Remoción no menor de 80%
Hacer análisis para contaminantes químicos y en caso de ser tóxicos, impedir el flujo de agua hacia la entrada
OD
X
1.5 mg/l a
4 mg/l
X
Revisar que los aireadores funcionen correctamente, no estén atascados y se encuentren sumergidos según las especificaciones del fabricante.
SS
X
300 ml/l a 400 ml/l
No mayor a 2 ml/l
Verificar si en el lodo predominan microorganismos filamentosos y si el OD es el apropiado, de lo contrario revisar modificación para OD. Aumentar o disminuir la recirculación a no mas de 40% o menos del 20%
SST
Indistinto
X
No mayor a125 mg/l
Verificar que el efluente haya permanecido el tiempo suficiente en el tanque de sedimentación secundario o agregar un coagulante.
IVL
X
40 ml/g a 140 mg/l
X
Verificar si en el lodo predominan microorganismos filamentosos y si el OD es el apropiado, de lo contrario revisar modificación para OD. Aumentar o disminuir la recirculación a no mas de 40% o menos del 20%
pH
6 a 8
6 a 8
Alrededor
de 7
Si el pH del influente no es el apropiado, impedir el flujo de entrada del agua la planta, hasta tener valores dentro de los parámetros.
Como es de evidente, los únicos parámetros operacionales que afectan directamente
al tanque de aireación y pueden ser variados, son la cantidad de oxígeno disuelto, el
cierre total de la entrada de aguas negras (pues en la entrada del tanque de aireación
no hay manera de regular el flujo de entrada ni a la salida y la recirculación de los
lodos) por lo cual los cambios efectuados en la recirculación y en la purga producirán
cambios o afectarán diversos parámetros del proceso tales como:
Demanda y consumo de aire (oxígeno).
Sedimentabilidad del lodo.
Tiempo de residencia celular (q).
Relación F/M. (relación contaminante y microorganismos desarrollados)
Concentración (SSLM y sedimento).
- 32 -
Por consiguiente es necesario para el operador considerar el impacto total sobre el
proceso, antes de, por ejemplo, incrementar la recirculación o disminuir la purga de
lodos.
La siguiente tabla puede ayudar al operario para predecir los resultados del cambio
de purga o recirculación.
Tabla 5. Relación purga/recirculación
Operación
Concentración de la purga
Sólidos en la purga
Relación F/M
q
SSLM en la recirculación
SS
Cambio de Recirculación./Purga constante.
Incrementa Recirculación Disminuye Recirculación
D
I
D
I
D
I
I
D
X
I
D
Cambio de Purga/Recirculación constante.
Incrementa Purga
Disminuye Purga
D
I
X
I
D
D
I
SE
SE
D
I
Cambio mutuo
Incrementa Recirculación./Disminuye Purga
Disminuye Recirculación./Incrementa. Purga
I
D
X
D
I
I
D
X
X
D = Disminuye
I = Incrementa
SE = Sin efecto
X = No aplica
Debe destacarse que el efecto de estos cambios no se verá en forma inmediata. De
hecho tomará un tiempo de residencia celular o alrededor de cinco a siete días, antes
de que el mismo pueda observarse.
La recirculación de lodos a lo largo del día, se basa en diversas consideraciones:
1. El nivel de SSLM requerido en el reactor aeróbico como función de la
relación F/M adoptada.
2. Sedimentabilidad de los sólidos que ingresan al sedimentador secundario.
3. El caudal de ingreso al tanque de aireación con alta DBO.
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4. La concentración de sólidos en el recirculado.
Retornar el lodo activado del sedimentador secundario al tanque de aireación es una
parte importante del proceso. Por lo general no se comprende adecuadamente cuánto
es necesario recircular y cuándo efectuar cambios. El fin principal de la recirculación
es mantener en el tanque de aireación una cantidad adecuada de microorganismos en
relación al sustrato (contaminante) disponible.
La purga diaria puede ser continua o intermitente, pero debe basarse en
observaciones del lodo. La purga continua, como regla general, es la manera más fácil
para controlar o monitorear. La clave para las purgas es siempre disponer de
suficiente lodo en el sistema para los períodos de alta carga de DBO como descargas
industriales o cambios diurnos.
Los siguientes pasos a seguir pueden desarrollar una buena purga
1. Efectuar las purgas de manera que quede suficiente lodo en el sistema.
2. No debe excederse el volumen de las purgas, ya que de lo contrario no habrá
suficiente lodo activado en el sistema para cuando la carga orgánica se incremente por
las mañanas u otras causas.
3. Monitorear el nivel de lodos en el sedimentador secundario, ya que es un indicador
de la necesidad de efectuar una purga o de incrementar su cantidad. Ello supone que
el IVL es prácticamente constante y que la purga no requiere de cambios superiores al
20% respecto del promedio. 4. Para incrementar la masa de sólidos bajo aireación (disminuir la relación F/M),
disminuir o suspender la purga e incrementar la recirculación. Para lograr el efecto
contrario (incrementar la relación F/M), aumentar la purga y disminuir la recirculación.
5. Normalmente la purga deberá cambiarse sólo cuando el proceso evidencie
deterioro.
6. Efectos de largo plazo del exceso de purga generan reducción del tiempo de
residencia celular y generación de un lodo joven con una elevada demanda bioquímica
de oxígeno, por lo tanto disminuirá en consecuencia el nivel de OD.
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7. Efectos de largo plazo de purga insuficiente incrementara del tiempo de residencia
celular y generación de un lodo viejo.
8. El control efectivo de la purga es un ajuste de largo plazo que requiere al menos un
tiempo de residencia celular para mostrar su efecto. Cuando el proceso requiera
cambios en el régimen de purga, el mejor procedimiento es llevarlos a cabo en
incrementos sucesivos del orden del 20%, verificando las modificaciones que se
producen cada vez. Ello resulta necesario para evitar impactos bruscos sobre el
proceso. Una vez detectado un cambio favorable, se mantendrá dicha situación por
tres días más a fin de comprobar su desarrollo en óptimas condiciones.
9. La purga puede utilizarse para controlar la sedimentabilidad del lodo,
disminuyéndola se obtiene un floculo más denso lo que tenderá a incrementar su
sedimentabilidad. Si se aumenta el floculo resultante será liviano y su sedimentabilidad
disminuirá. Cualquiera de estas dos situaciones requerirá al menos tres a cuatro días
para mostrar una tendencia definida.
10. Durante períodos de aumento caudal se reducirá el volumen de la purga, a fin de
no perder en exceso sólidos del sistema.
El protocolo de operación, así como las recomendaciones redactadas en el presente
trabajo, corresponden a experiencias de operarios de plantas de tratamiento de
aguas.
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11. CONCLUSIONES Las condiciones en las que opera la planta de tratamiento de aguas negras
proyecto Lago de Texcoco en cuanto a la eficiencia de remoción de demanda
bioquímica de oxígeno es en promedio del 50%, por lo que se encuentra debajo
del porcentaje de remoción.
El lodo visto por el microscopio, cualitativamente expresa una condición
desfavorable para el tratamiento del agua, debido a la inestabilidad del proceso.
En cada planta de tratamiento de aguas, existen ciertas condiciones ambientales,
contaminantes y problemas particulares, los cuales hacen a cada planta única, lo
cual dificulta mantener los parámetros de operación óptimos y constantes.
El monitoreo constante de la calidad del agua en cada proceso, asegura el buen
funcionamiento del proceso, llevando al tratamiento a sus máximas eficiencias.
La falta de los aireadores mecánicos eleva las probabilidades para un mal
tratamiento e impedir obtener agua de buena calidad en la planta.
Para asegurar un buen funcionamiento del proceso de tratamiento, es necesario
contar por lo menos con una persona que se encargue de vigilar el proceso, la cual
cuente con una capacitación para realizar las técnicas, analizarlas y poner en
práctica el protocolo de operación propuesto en el presente trabajo.
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Anexo 1. Fotografías de la Planta de Lodos activados Proyecto Lago de Texcoco
Rió Churubusco (obra de toma)
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Rejillas Primarias (obra de toma)
Cribas (obra de toma)
Bombas en obra de toma
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Caja de distribución
Tanque de lodos 2
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Tanque de lodos 2
Tanque de lodos 1
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Anexo 2.
Resultados de DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
ml de Tiosulfato de Sodio Descripción 1 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
T.P.1 1 0.01 3.0 2.3 0.7 140.00
106.67 62.50
Entro 05-06-08
2 0.03 3.1 2.0 1.1 73.33
T.S.1 10 0.01 3.3 3.0 0.3 60.00
40.00 148 0.03 3.1 2.8 0.3 20.00
T.P.2 20 0.01 2.9 2.3 0.6 120.00
80.00 75.00
Salio 10-05-08
23 0.03 3.0 2.4 0.6 40.00
T.S.2 24 0.01 3.1 3.0 0.1 20.00
20.00 43 0.03 3.1 2.8 0.3 20.00
TESTIGO 124 0 3.3 3.2 0.1 0.00 0.00 Descripción 2 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
T.P.1 5 0.01 3.0 2.7 0.3 60.00
66.67 65.00
Entro 20-05-08
7 0.03 3.1 2.0 1.1 73.33
T.S.1 14A 0.01 3.0 2.8 0.2 40.00
23.33 14B 0.03 2.9 2.8 0.1 6.67
T.P.2 22 0.01 2.9 2.3 0.6 120.00
76.67 56.52
Salio 25-05-08
23 0.03 2.7 2.2 0.5 33.33
T.S.2 30 0.01 2.9 2.8 0.1 20.00
33.33 34 0.03 2.9 2.2 0.7 46.67
TESTIGO 342 0 3.2 3.2 0.0 0.00 0.00 Descripción 3 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
T.P.1 1 0.01 2.7 2.4 0.3 60.00
43.33 61.54
Entro 20-05-08
2 0.03 2.7 2.3 0.4 26.67
T.S.1 12 0.01 2.8 2.7 0.1 20.00
16.67 15 0.03 3.0 2.8 0.2 13.33
T.P.2 21 0.01 2.8 2.2 0.6 120.00
83.33 68.00
Salio 25-05-08
24 0.03 2.8 2.1 0.7 46.67
T.S.2 32 0.01 3.0 2.8 0.2 40.00
26.67 45 0.03 2.9 2.7 0.2 13.33
TESTIGO 148 0 3.2 3.1 0.1 0.00 0.00 Descripción 4 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
T.P.1 7 0.01 3.1 2.5 0.6 120.00
86.67 76.92
Entro 03-09-08
10 0.03 3.1 2.3 0.8 53.33
T.S.1 19 0.01 2.8 2.7 0.1 20.00
20.00 32 0.03 3.2 2.9 0.3 20.00
T.P.2 36 0.01 2.8 2.5 0.3 60.00
40.00 58.33
Salio 08-09-08
39 0.03 2.7 2.4 0.3 20.00
T.S.2 124 0.01 3.0 2.9 0.1 20.00
16.67 193 0.03 3.0 2.8 0.2 13.33
TESTIGO 404 0 3.2 3.1 0.1 0.00 0.00 Descripción 5 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 5 0.01 3.3 1.8 1.5 300.00
246.67 Entro 04/09/08
6 0.03 3.3 0.4 2.9 193.33 T.S.1
9 0.01 3.3 2.8 0.5 100.00 86.67 64.86
12 0.03 3.3 2.2 1.1 73.33
T.S.2 17 0.01 3.2 2.8 0.4 80.00
76.67 68.92 Salio 09/09/08 29 0.03 3.2 2.1 1.1 73.33
Testigo 93 0 3.3 3.3 0 0.00 Descripción 6 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 30 0.01 3.4 2.5 0.9 180.00
183.33 Entro 05/09/08
32 0.03 3.4 0.6 2.8 186.67 T.S.1
34 0.01 3.4 2.8 0.6 120.00 103.33 43.64
47 0.03 3.4 2.1 1.3 86.67
T.S.2 48 0.01 3.3 2.5 0.8 160.00
116.67 36.36 Salio 10/09/08 73 0.03 3.3 2.2 1.1 73.33
Testigo 232 0 3.4 3.3 0.1 0.00
T.P.1. Tanque primario de sedimentación 1 T.P.2. Tanque primario de sedimentación 2 T.S.1. Tanque secundario de sedimentación 1 T.S.2. Tanque secundario de sedimentación 2
Continúa tabla.
- 41 -
Continuación de la tabla de resultados de DBO
ml de Tiosulfato de Sodio Descripción 7 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 21 0.01 3.3 2.6 0.7 140.00
123.33 Entro 10/09/08
30 0.03 3.3 1.7 1.6 106.67 T.S.1
32 0.01 3.1 2.8 0.3 60.00 63.33 48.65
34 0.03 3.1 2.1 1 66.67
T.S.2 57 0.01 3.1 2.6 0.5 100.00
86.67 29.73
Salio 15/09/08 232 0.03 3.1 2 1.1 73.33
Testigo 342 0 3.3 3.1 0.2 0.00 Descripción 8 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 2 0.01 3.2 2.4 0.8 160.00
136.67 Entro 11/09/08
14 0.03 3.2 1.5 1.7 113.33 T.S.1
15 0.01 3.1 2.9 0.2 40.00 53.33 60.98
21 0.03 3.1 2.1 1 66.67
T.S.2 24 0.01 3.1 2.7 0.4 80.00
70.00 48.78
Salio 16/09/08 29 0.03 3.2 2.3 0.9 60.00
Testigo 334 0 3.3 3.2 0.1 0.00 Descripción 9 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 6 0.01 3.3 2.7 0.6 120.00
136.67 Entro 17/09/08
14 0.03 3.3 1 2.3 153.33 T.S.1
17 0.01 3.2 2.9 0.3 60.00 70.00 48.78
20 0.03 3.2 2 1.2 80.00
T.S.2 43 0.01 3.2 3 0.2 40.00
43.33 68.29
Salio 22/09/08 59 0.03 3.2 2.5 0.7 46.67
Testigo 73 0 3.3 3.0 0.3 0.00 Descripción 10 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 6 0.01 3.3 2.4 0.9 180.00
150.00 Entro 08/10/08
29 0.03 3.3 1.5 1.8 120.00 T.S.1
30 0.01 3.2 2.7 0.5 100.00 93.33 37.78
34 0.03 3.2 1.9 1.3 86.67
T.S.2 47 0.01 3.3 2.9 0.4 80.00
76.67 43.90
Salio 13/10/08 48 0.03 3.3 2.2 1.1 73.33
Testigo 232 0 3.3 3.3 0 0.00 Descripción 11 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 10 0.01 3.1 2.4 0.7 140.00
123.33 Entro 23/10/08
21 0.03 3.1 1.5 1.6 106.67 T.S.1
23 0.01 3.0 2.7 0.3 60.00 53.33 56.76
30 0.03 3.0 2.3 0.7 46.67
T.S.2 32 0.01 3.1 2.9 0.2 40.00
36.67 70.27
Salio 29/10/08 39 0.03 3.1 2.6 0.5 33.33
Testigo 57 0 3.2 3.1 0.1 0.00 Descripción 12 No. Botella Dilucion Inicial Final Inicial - Final DBO mg/l DBO prom. % Remocion Fecha
Influente 6 0.01 3.2 2.4 0.8 160.00
140.00 Entro 12/11/08
7 0.03 3.2 1.4 1.8 120.00 T.S.1
14 0.01 3.2 2.9 0.3 60.00 50.00 64.29
15 0.03 3.2 2.6 0.6 40.00
T.S.2 21 0.01 3.2 3 0.2 40.00
43.33 69.05
Salio 17/11/08 29 0.03 3.1 2.4 0.7 46.67
Testigo 57 0 3.2 3.2 0 0.00
T.P.1. Tanque primario de sedimentación 1 T.P.2. Tanque primario de sedimentación 2 T.S.1. Tanque secundario de sedimentación 1 T.S.2. Tanque secundario de sedimentación 2
- 42 -
Resultados de DQO (Demanda Química de Oxígeno)
Descripcion 1 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 9.0 140
02/09/2008 T.S.1 10 8.8 180
T.S.2 10 8.7 200
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 2 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 7.9 360
12/09/2008 T.S.1 10 9.4 60
T.S.2 10 9.3 80
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 3 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 9.0 200
25/09/2008 T.S.1 10 9.9 20
T.S.2 10 9.8 40
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 4 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 8.5 300
03/10/2008 T.S.1 10 9.0 200
T.S.2 10 8.9 220
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 5 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 8.5 300
09/10/2008 T.S.1 10 9.7 60
T.S.2 10 9.8 40
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 6 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 9.2 160
15/10/2008 T.S.1 10 9.8 40
T.S.2 10 9.9 20
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 7 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 9.1 180
27/10/2008 T.S.1 10 9.9 20
T.S.2 10 9.8 40
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 8 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 9.9 100
06/11/2008 T.S.1 10 10.1 60
T.S.2 10 10.2 40
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 9 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 10.1 60
11/11/2008 T.S.1 10 10.0 80
T.S.2 10 10.1 60
Testigo ------------ 10.0 ------------
Descripcion 10 ml de muestra Gasto de sulfato (ml) DQO mg/l Fecha
Influente 10 9.9 100
20/11/2008 T.S.1 10 10.2 40
T.S.2 10 10.2 40
Testigo ------------ 10.0 ------------
T.S.1. Tanque secundario de sedimentación 1 T.S.2. Tanque secundario de sedimentación 2
- 43 -
Resultados de los parámetros fisicoquímicos (pH, temperatura, oxígeno disuelto y sólidos sedimentables en el licor de mezclado)
pH T OD SSLM
Muestra Influente T.L.1 T.L.2. Influente T.L.1 T.L.2. Influente T.L.1 T.L.2. Influente T.L.1 T.L.2.
1 7.23 7.44 7.43 21.1 20.2 20.3 X X X N/M X X
2 7.08 7.07 7.04 21.3 20.8 20.9 X X X N/M X X
3 6.98 6.97 6.98 21.3 20.8 20.7 X X X N/M X X
4 7.22 7.02 7.05 20.8 20.7 20.6 X X X N/M X X
5 7.55 7.55 7.54 21.1 21.0 21.1 X X X N/M X X
6 6.98 7.12 7.10 20.5 20.4 20.4 X X X N/M X X
7 7.8 7.7 7.6 18.1 17.5 17.3 2.8 0.14 0.08 N/M 250 440
8 7.7 7.7 7.6 19.2 18.7 18.9 2.5 0.51 0.33 N/M 310 130
9 7.12 7.22 7.15 18.8 18.5 18.2 2.7 0.74 0.1 N/M 280 330
10 7.43 7.24 7.13 19.2 19.1 18.9 2.5 0.06 0.12 N/M 200 180
11 7.81 7.32 7.27 21 20.1 20.3 1.8 0.21 0.18 N/M 240 190
12 7.54 7.61 7.65 20.4 19 18.4 1.15 0.09 0.13 N/M 370 350
13 7.86 7.73 7.65 21.1 20.5 19.8 1.24 0.24 0.18 N/M 400 320
14 7.93 7.84 7.23 19.7 19.5 19.6 2.03 0.21 0.54 N/M 450 370
15 7.31 7.12 7.21 21.3 20.5 20.8 2.14 0.12 0.1 N/M 260 210
16 7.56 7.24 7.45 19.1 19.3 18.9 2.23 0.2 0.07 N/M 310 350
17 7.86 7.41 7.56 21.3 19.8 20.8 2.01 0.52 0.23 N/M 240 200
18 7.48 7.32 7.68 19.8 19.9 19.8 1.77 0.33 0.04 N/M 390 360
19 7.88 7.51 7.85 20.4 21 20.8 2.12 0.01 0.23 N/M 220 360
20 7.31 7.45 7.26 19.5 19.1 19.3 2.18 0.11 0.08 N/M 230 280
21 7.82 7.64 7.73 18.5 18.6 18.2 1.54 0.54 0.83 N/M 140 170
22 7.16 7.24 7.21 20.1 19.8 19.9 1.84 0.02 0.01 N/M 220 170
23 7.8 7.7 7.6 18.1 17.5 17.3 2.8 0.14 0.08 N/M 250 440
24 7.7 7.7 7.6 19.2 18.7 18.9 2.5 0.51 0.33 N/M 310 130
25 7.12 7.22 7.15 18.8 18.5 18.2 2.7 0.74 0.1 N/M 280 330
26 7.43 7.24 7.13 19.2 19.1 18.9 2.5 0.06 0.12 N/M 200 180
T, Temperatura OD, Oxígeno Disuelto SSLM, Sólidos Sedimentables en el Licor de Mezclado T.L.1. Tanque de lodos o aireación 1 (Reactor Biológico 1) T.L.2. Tanque de lodos o aireación 2 (Reactor Biológico 2)
- 44 -
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