PRUEBAS DE BIODEGRADABILIDAD ANAEROBIA DE VINAZA

Como se ha mencionado ya, antes de aplicar algún tratamiento biológico a un determinado efluente, se debe contar con información confiable acerca de su biodegradabilidad, ya que ésta permite definir el alcance de su tratamiento biológico. De acuerdo a lo anterior, se llevó a cabo la evaluación de la biodegradabilidad anaerobia de las vinazas antes de tratar este efluente en el Reactor de Lecho Fluidizado Inverso Anaerobio.

118 La evaluación consideró la caracterización de las vinazas en estudio, la determinación de la Actividad Metanogénica Específica de los lodos empleados y la prueba de biodegradabilidad anaerobia, tal como se describe a continuación.

VI.3.1 Caracterización de la vinaza

La vinaza fue caracterizada, midiendo los parámetros de pH, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, DBO5, DQOT, DQOS, ST, STV, SST, SSV, NTK,

nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, fósforo y sulfatos. Todos los anteriores parámetros fueron analizados con base en las técnicas analíticas de los Métodos Estandarizados para el Análisis de Aguas y Aguas Residuales (19th _{APHA edición,}

1995).

VI.3.2 Caracterización de los lodos empleados en la prueba de biodegradabilidad

Los lodos empleados en este ensayo, se obtuvieron de un reactor anaerobio de una planta de tratamiento de aguas residuales, cuyo influente es una mezcla de agua residual urbana e industrial (proveniente de diversas industrias: cervecera, papelera, de alimentos, de curtido). En los lodos se cuantificaron los SST, SSV y se determinó la Actividad Metanogénica Específica (AME).

Para la determinación de la AME, los lodos fueron sedimentados y lavados, con la finalidad de eliminar de éstos cualquier forma de sustrato presente, proveniente del reactor del cual fueron obtenidos. El lavado se realiza primero dos veces con agua destilada, y por último con solución de nutrientes.

Se pesó una cantidad de lodos en diversos tubos para centrífuga, poniendo lodo fresco en cada uno de ellos y se centrifugaron por un tiempo de 15 min, a 6000

119 r.p.m., una vez centrifugados, se eliminó el sobrenadante y se pesó el lodo necesario para cada uno de los ensayos, es decir, para cada reactor.

En la determinación de la AME de los lodos empleados en la prueba de biodegradabilidad, se consideró lo citado por van Lier (2011), quien indica que la AME debe ser medida con acetato y no con agua residual. En este caso, se empleó como sustrato una mezcla de ácidos grasos volátiles, AGV´s (acetato de sodio, propionato de sodio y butirato de sodio).

Las pruebas se llevaron a cabo empleando tres reactores de dos litros, con un volumen útil de 1.5 L, un reactor más se utilizó como blanco. El llenado de los reactores se realizó de uno en uno y de acuerdo a los siguientes pasos:

a) Se agregó al reactor la cantidad de lodos calculada (Tabla 6.1).

b) Se alimentó la cantidad de sustrato correspondiente a cada reactor, tal como se muestra en laTabla 6.1.

c) Se introdujo dentro de cada reactor el agua de nutrientes, compuesta por KH2PO4, Na2HPO4.7H2O, NH4Cl, CaCl2, MgCl2 y FeSO4 ajustando al volumen

útil.

d) Después de la alimentación se midió y ajustó el pH en cada uno de los reactores, empleando una solución de NaOH 3N.

e) Se burbujeó nitrógeno gas con la finalidad de eliminar el oxígeno presente dentro de los reactores. Esto se realizó durante un periodo de tiempo de 3 min.

f) Después de burbujear el nitrógeno al reactor, se tomó una muestra para la determinación de los parámetros experimentales iniciales (DQOsol, SST, SSV) y

120 Al igual que el llenado de los reactores, la instalación de los mismos se llevó a cabo uno por uno. Así, una vez preparados los reactores con los medios, se colocaron (cada uno de ellos) a una temperatura de 30°C.

Para el monitoreo del biogás y metano generados se adaptó una manguera de salida del mismo en cada reactor. La cantidad de metano fue medida por desplazamiento de NaOH en una probeta.

Una vez montado el equipo y los reactores, se llevó a cabo el monitoreo de la DQO soluble realizando un muestreo cada dos horas. Así mismo, se monitoreó la producción de metano hasta que en ambos parámetros se observaron valores constantes.

La Actividad Metanogénica Específica fue calculada mediante las ecuaciones 1 y 2 (Rodríguez 2000, Fernández 2010): 𝐴𝑀𝐸 = (𝑟∗24) 𝐹𝐶∗𝑉∗𝑆𝑆𝑉 Ec. (1) 𝐹𝐶 =350(273+𝑇) 273 Ec. (2) En donde:

AME = Actividad Metanogénica Específica (g DQO/g SSV._d)

r = Velocidad de producción de metano (ml CH4/h)

24 = Tiempo (h)

FC = Factor de conversión (ml CH4/gDQO)

V = Volumen útil del reactor (ml) SSV = Concentración del lodo (g SSV/ml)

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VI.3.3 Determinación de biodegradabilidad anaerobia de las vinazas

En la prueba de biodegradabilidad se siguió el mismo procedimiento que en la evaluación de la AME, pero empleando como sustrato a la vinaza. Así, se adicionó a los reactores una solución de nutrientes con la misma composición que la utilizada en la AME. Como sustrato se agregó la vinaza ajustada previamente a un pH de 7. También se inocularon lodos húmedos. Las cantidades de vinazas y lodos empleados se muestran en la Tabla 6.1. El volumen útil del reactor fue de 1.5 L y se midió el pH en la mezcla, ajustando cuando fue necesario a un valor de 7.0. Se burbujeó gas nitrógeno con el objetivo de asegurar un ambiente totalmente anaerobio. La instalación de los reactores para el desarrollo de la prueba se llevó a cabo de la misma forma que para la determinación de la AME.

El porcentaje de biodegradabilidad fue calculado con la ecuación 3 (Moreno, 2002).

% 𝐵𝑖𝑜𝑑𝑒𝑔. = 𝐶𝐸

𝐶𝑇 ∗ 100 Ec. (3)

En donde:

Biodeg. = Biodegradabilidad (%)

CE = Producción de metano experimental (ml CH4/h)

CT = Producción de metano teórico (ml CH4/h)

La evaluación de la AME y la prueba de biodegradabilidad anaerobia se llevaron a cabo al mismo tiempo, utilizando un blanco sin sustrato para corregir la producción endógena de biogás. En el blanco se empleó la misma cantidad de lodo y solución de nutrientes, así como el mismo volumen útil.

122 En la Tabla 6.1 se muestran las condiciones bajo las cuales se llevaron a cabo los ensayos de AME y biodegradabilidad. Como puede observarse, la DQO soluble inicial del blanco presentó un valor de 0.112 g/L, aun cuando no se había suministrado sustrato. Se considera que este valor de DQO tuvo su origen en algún remanente de materia orgánica proveniente del sistema de tratamiento de donde fueron obtenidos los lodos.

Tabla 6.1 Tipo y concentración de sustrato promedio, cantidad de lodos y relación So/Xo empleados en los ensayos de AME y Biodegradabilidad.

Ensayo Sustrato DQO soluble inicial promedio g/L Cantidad de inóculo (lodo húmedo) SST promedio g/L SSV promedio g/L Relación So/Xo promedio Blanco _{- 0.112 150 g 11.34 7.27 0.0153} AME _AGV´S: Acetato de sodio, Propionato de sodio, Butirato de sodio 1.805 150 g 12.87 7.41 0.2435 Prueba de Biodegradabilidad Vinaza 1.811 150 g 12.28 7.87 0.2302

VI.4 ARRANQUE Y COLONIZACIÓN DEL REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO