Biotecnología

 

Digestión anaerobia de lodo primario y secundario en dos reactores UASB en serie

 

Anaerobic digestion of primary and secondary sludge in two serial UASB reactors

 

J. Terreros–Mecalco¹*, A. Olmos–Dichara³, A. Noyola–Robles², F. Ramírez–Vives¹ y O. Monroy–Hermosillo¹

 

¹ Departamento de Biotecnología, Universidad Autónoma Metropolitana. P.A. 55–535, 09340 Iztapalapa, México D.F., México. * Autor para la correspondencia. E–mail: jesusterr@yahoo.com.mx Tel./Fax (+52) 5558046407

² Instituto de Ingeniería, Coordinación de Procesos Ambientales. Universidad Nacional Autónoma de México, Cd. de México, 04510 México.

³ Departamento de Bioprocesos. Instituto Politécnico Nacional, Cd. de México, 07340 México.

 

Recibido 23 de Enero 2009
Aceptado 03 de Julio 2009

 

Resumen

En este trabajo, se estudió la hidrólisis en mesofilia (AM) y la estabilización bajo condiciones metanogénicas en termofília (MT), de una mezcla de lodo primario (LP) y lodo secundario (LS) en dos reactores de lecho de lodos de flujo ascendente (UASB) operados en serie. Los reactores AM y MT operaron a 32±2 °C y 56±1 °C, respectivamente, con diferentes proporciones de LP:LS en la alimentación, sin agitación ni recirculación y a diferentes tiempos de retención hidráulica (TRH). En el reactor AM los mejores resultados fueron en la etapa V, con 2 días de TRH, 18 días de retención de sólidos (TRS), con una proporción LP:LS (50:50), una carga orgánica volumétrica (Bv) de 3.6 kg DQO/m^3.d., en donde se obtuvo una eficiencia de remoción de la materia orgánica (DQO) del 56.8%, una formación de DQO soluble del 48.3%, destrucción de sólidos suspendidos volátiles (SSV) de 68.6% con una velocidad de hidrólisis de 0.16 kg/m^3.d. El reactor MT, presentó la mejor estabilización a 6 días de TRH, con una producción de 107.7 mL_CH4 /Kg_SSVrem, un 66% en la destrucción de SSV, una eliminación de coliformes fecales de 8.5 log10 y una reducción de huevos de helminto del 85%. La separación en dos fases del tratamiento anaerobio de lodos, permitió obtener una mayor hidrólisis de la materia orgánica a TRS menores a los reportados en reactores completamente agitados y una reducción en los huevos de helminto similares a los reportados en la literatura.

Palabras clave: UASB, lodo, hidrólisis, patógenos, estabilización.

 

Abstract

The present research studies of mesophilic hydrolysis (AM) and stabilization under thermophilic methanogenic conditions (MT) for a mixture of primary sludge (PS) and secondary sludge (SS) using two serial Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactors (UASB). The AM and MT reactors were operated at 32 ± 2 °C and 56 ± 1 °C, respectively with different rates of PS:SS in the supply, without stir or recirculation at different hydraulic retention times (HRT). The AM reactor showed the optimal results in the stage V, HRT of 2 days, solid retention times (SRT) of 18.1 for a PS:SS rate of 50:50, and volumetric loading (Bv) of 3.6 kg DQO/m3.d., and it was observed a COD removal efficiency of 56.8%, soluble COD production of 48.3%, volatile suspended solids (VSS) removal of 68.6% using a hydrolysis rate of 0.16 kg/m3.d. The MT reactor showed the optimal stabilization for HRT on the 6^th day of operation, methane (CH₄) production of 107.7 mL CH₄/ Kg VSS_removed, VSS removal of 66%, faecal coliform elimination of 8.5 Log₁₀ and reduction for helminth eggs of 85%. Partition in two stages of the sludge anaerobic treatment allowed us to achieve higher hydrolysis of the organic matter with lower SRT than those reported for completely stirred reactors; furthermore reduction of helminth eggs was similar to other previous reports.

Keywords: UASB, sludge, hydrolysis, pathogens, stabilization.

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Agradecimientos

El primer autor agradece el apoyo al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada para cursar el doctorado en biotecnología dentro del programa de doctorado de la Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa, incluido en el padrón de Postgrados de Excelencia, con el convenio 471–0.

 

Referencias

Aguilar, F. y Llaguno, V. (2003). Manual de prácticas del curso y temario teórico por objetivos. Protozoología Médica Veterinaria; Departamento de Parasitología Instituto Politécnico Nacional, México DF.         [ Links ]

Aguilar, R. y Álvarez, M. (2007). Síntesis evolutiva del proceso para la licuefacción de metano. Revista Mexicana de Ingeniería Química 6(1), 81–88.         [ Links ]

Ahumada, I., Escudero, P., Carrasco, A., Castillo, G., Ascar, L. y Fuentes, E. (2004). Use of sequential extraction to assess the influence of sewage sludge amendment on metal mobility in chilean soil. Journal of Environmental Monitoring 6, 327–334.         [ Links ]

Anise, U.A. y Darwin, L.S. (1995). Kinetics of pathogen on destruction during storage of dewatered biosolids. Water Environmental Research 67, 143–149.         [ Links ]

APHA, AWWA, WPFC. (1995). Standard methods for the examination of water and wastewater. 19^th ed. American Public health Association, Washington, D.C., U.S.A.         [ Links ]Balagurusamy, N. (2005). Anaerobic Bioremediation an untapped potential. Revista Mexicana de Ingeniería Química 4(3), 273–287.         [ Links ]

Cabirol, N., Rojas Oropeza M., Noyola A. (2002). Removal of helminthes eggs by anaerobic thermophilic sludge digestion. Water Science and Technology 45(10), 269–274.         [ Links ]

Cecchi, F., Pavan, P., Musacco, A., Mata, A. y Sans, C. (1992). Comparison between thermophilic and mesophilic anaerobic digestion of sewage sludge coming from urban wastewater treatment plants. Water Science and Technology 26(11), 2409–2412.         [ Links ]

Cheunbarn, T. y Pagilla, K. (2000). Anaerobic thermophilic/mesophilic dual–stage sludge treatment. Journal of Environmental Engineering 126(9), 796–801.         [ Links ]

De Tommaso y Van Benschoten J. (1996). "An Experimental Study of Organic Matter Coagulation by Al and Fe Salts", Annual Conference Proceedings, American Water Works Association, Toronto, Canada. Water Research 349–366.         [ Links ]

Dimock, R. y Morgenroth, E. (2006). The influence of particle size on microbial hydrolysis of protein particles in activated sludge. Water Research 40, 2064–2074.         [ Links ]

Dubois, M., Gilles, K.A., Hamilton, J.K., Roberts, P.A., Smith, F. (1956). Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Analytical Chemistry 28, 350–356.         [ Links ]

Dumontet, S., Scopa, A., Kerje, S. y Krovacek, K. (2001). The importance of pathogenic organisms in sewage and sewage sludge. Journal of the Air and Waste Management Association 51(6), 848–860.         [ Links ]

Eastman, J.A. y Ferguson, J.F. (1981). Solubilization of particulate organic carbon during the acid phase of anaerobic digestion. Journal WPCF 53(3), 352–366.         [ Links ]

Environmental Protection Agency (EPA) (1996). A Plain English Guide to the EPA, Part 503 Biosolids Rule. U.S. EPA/832/R–93–003. Vandenburgh, S.R. y Ellis, T.G. (2002). Effect of varying solids concentration and organic loading on the performance of temperature phased anaerobic digestion process. Water Environmental Research 74(2), 142–148.         [ Links ]

Foundation for Water Research. Sewage sludge disposal operational and Environmental Issues. Review of Current Knowledge (ROCK). Foundation for Water Research. United Kingdom. 1999.         [ Links ]

Gantzer, C., Gaspard, P., Galvez, L., Huyard, A., Dumouthier, N. y Schwartzbrod, J. (2001). Monitoring of bacterial and parasitological contamination during various treatment of sludge. Water Research 35(16), 3763–3770.         [ Links ]

Ghosh, S., Bouy, K., Dressel, L., Miller, T., Wilcox, G. y Loos, D. (1995). Pilot and a full–scale two–phase anaerobic digestion of municipal sludge. Water Environmental Research 67(2), 206–214.         [ Links ]

Han, Y. y Dague, R. (1997). Laboratory studies on temperature–phased anaerobic digestion of domestic primary sludge. Water Environmental Research 69(6), 1139–1143.         [ Links ]

Huyard, A., Ferran, B. y Audie, J.M. (2000). Two phase anaerobic digestion process: sludge stabilization and pathogens reduction. Water Science and Technology 42(9), 41–47.         [ Links ]

Lettinga, G., Van Vesel, A., Hobma de Zeeuv, S.W. y Klapwijk, A. (1980). Use of the up flow sludge blanket (USB) reactor concept for biological wastewater treatment. Biotechnology and Bioengineering 12, 699-734.         [ Links ]

Lowry, O.H., Rosen Brough, N.J., Farr, A.L. y Randall, R.J. (1951). Protein measurement with the fooling phenol reagent. Journal of Biology and Chemistry, 265–275.         [ Links ]

Mahmoud, N., Zeeman, G., Gijzen, H. y Lettinga, G. (2004). Anaerobic stabilization and conversion of biopolymers in primary sludge–effect of temperature and sludge retention time. Water Research 38(4), 983–991.         [ Links ]

Metcalf y Eddy. (2003). Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento, Vertido y Utilización. México. Editorial Mc–Graw–Hill, México.         [ Links ]

Norma Oficial Mexicana NOM–004–SEMARNAT–2002. Protección ambiental. Lodos, biosólidos, especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. Diario Oficial. México. 15 de agosto de 2003.         [ Links ]

Noyola, A. (1998). Digestión anaerobia de lodos. Memorias del curso "Digestión anaerobia de lodos y aguas residuales". Federación Mexicana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales, A.C. México.         [ Links ]

Pike, E.B., Carrington, E.G. y Harman, S.A. (1989). Destruction of salmonellas, enterovirus and ova of parasites in wastewater sludge by pasteurisation and anaerobic digestion. Water Science and Technology 20(11–12), 337–343.         [ Links ]

Roberts, R., Son, Le. y Forster, C. (1999). A thermophilic–mesophilic dual digestion system for treating waste activated sludge. Journal of chemical technology and Biotechnology 74, 445–450.         [ Links ]

Rojas, O. y Cabirol, N. (2000). Remoción de indicadores patógenos y parásitos (coliformes fecales y huevos de helminto) en lodos municipales de tipo biológico por digestión anaerobia mesofílica y termofílica. Memorias del VI Taller y Seminario Latinoamericano de Digestión Anaerobia en Pernambuco, Brasil.         [ Links ]

Ros, M., Pascual, J., Garcia, C., Hernández, M. e Insam, H. (2006). Hydrolyses activities, microbial biomass and bacterial community in a soil after long–term amendment with different compost. Soil Biology and Biochemistry 38, 3443–3452.         [ Links ]

Shana, A., Asaadi, M., Morchoisne, T. y Marsh, P. (2003). Acid phase digestion pre–treatment and its impact on conventional mesophilic anaerobic digestion. Innovation y Development, Thames Water, Spencer House, Reading RG2 0JN.         [ Links ]

Shelton, D.R. y Tiedje, J.M. (1984). General method for determining anaerobic biodegradation potential. Applied Environmental Microbiology 47, 850–857.         [ Links ]

Song, Y., Kwon, S.J. y Woo, J.H. (2004). Mesophilic and thermophilic temperature co–phase anaerobic digestion compared with single–stage mesophilic– and thermophilic digestion of sewage sludge. Water Research 38(7), 1653–1662.         [ Links ]

Tatsuo, S., Kenso, K. y Yoshikasu, N. (1993). Anaerobic waste–activated sludge digestion a bioconversion mechanism and kinetic model. Biotechnology and Bioengineering 41(11), 1082–1091.         [ Links ]

Tiehm, K., Nickel, M., Zellhorn y Neis, U. (2001). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Water Research 35(8), 2003–2009.         [ Links ]

Vandenburgh, S.R. y Ellis, T.G. (2002). Effect of varying solids concentration and organic loading on the performance of temperature phased anaerobic digestion process. Water Environmental Research 74 (2), 142–148.         [ Links ]

Wilkie, A. (2005). Anaerobic digestion; Biology and benefits. Dairy manure management: Treatment, handling and community relations. Natural resource, agriculture and engineering service. Cornell University, Ithaca, NY. NRAES–176, 63–72.         [ Links ]

Yang, K., Yu, Y. y Hwang, S. (2003). Selective optimization in thermophilic acidogenesis of cheese–whey wastewater to acetic and butyric acids: partial acidification and methanation. Water Research 37, 2467–2477.         [ Links ]

Zitomer, D.H., Lynch, D.L., Kemp, J.S., y Kade, F. (2005). "Occurrence and prevention of high VFA in temperature phased digestion". Proceedings of the 10^th World Congress Anaerobic Digestion. Montreal, Canada.         [ Links ]