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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES
Departamento Académico de Ciencias Ambientales
Informe Final de Prácticas Pre profesionales
Estimación de parámetros biocinéticos del agua residual del camal municipal
(Tingo María) mediante un sistema de lodos activados a escala de Laboratorio
Ejecutor : CERNA CUEVA, Franco Alberto
Asesor : Blgo. Cesar Gozme Sulca
Lugar de Ejecución : Laboratorio de microbiología de la UNAS
Fecha de inicio : 22 de Enero del 2014
Fecha de término : 23 de Abril del 2014
TINGO MARIA – PERÚ
INDICE DE CONTENIDO
I. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
II. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 3
III. OBJETIVOS ..................................................................................................... 4
3.1. Objetivos generales ................................................................................... 4
3.2. Objetivos específicos ................................................................................. 4
IV. REVISION DE LITERATURA ........................................................................... 5
4.1. Construcción de equipos que simulen un sistema de lodos activados a
escala de laboratorio............................................................................................ 5
4.1.1. Antecedentes de estimación de parámetros biocinéticos a escala
de laboratorio................................................................................................5
4.1.2. Sistemas convencionales de lodos activados a escala de
laboratorio.....................................................................................................8
4.2. Elaboración de modelos matemáticos para la estimación de
parámetros biocinéticos ..................................................................................... 11
4.2.1. Parámetros biocinéticos de crecimiento de microrganismos .........11
4.2.2. Balance de materia........................................................................15
4.2.3. Reactor de mezcla completa .........................................................15
4.3. Determinación de la carga orgánica en aguas residuales........................ 17
4.3.1. Demanda bioquímica de oxigeno ..................................................17
4.4. Biomasa microbiana................................................................................. 19
4.4.1. Recuento microrganismos heterótrofos en placa difusa (Pour -
plate) 20
4.4.2. Sólidos totales en suspensión (103 – 105 ºC) ...............................23
4.4.3. Sólidos suspendidos volátiles (SSV) .............................................23
4.5. Relación entre recuento en placa y biomasa microbiana ......................... 24
4.6. Ajuste de datos a un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales .... 28
V. MATERIALES Y METODOS .......................................................................... 29
5.1. Ubicación ................................................................................................. 29
5.2. Equipos y materiales ................................................................................ 29
5.2.1. Equipos .........................................................................................29
5.2.2. Materiales ......................................................................................30
5.3. Metodología ............................................................................................. 30
5.3.1. Construcción del equipo que simule el sistema de lodos activados
30
5.3.2. Determinación del modelo matemático a utilizar ...........................34
5.3.3. Determinación de la carga orgánica ..............................................37
5.3.4. Determinación de la biomasa microbiana ......................................38
5.3.5. Determinación de la relación entre recuento en placa (Pour – Plate)
y los sólidos suspendidos volátiles (SSV) ..................................................40
5.3.6. Ajuste de los datos obtenidos a la ecuación modelada .................42
VI. RESULTADOS ............................................................................................... 43
6.1. Construcción del equipo que simule un sistema de lodos activados a
escala de laboratorio.......................................................................................... 43
6.2. Determinación del modelo matemático a utilizar para la estimación de
los parámetros biocinéticos. .............................................................................. 47
6.3. Determinación de la carga orgánica en el periodo de evaluación ............ 48
6.4. Determinación de la biomasa microbiana en el periodo de evaluación y
aclimatación ....................................................................................................... 49
6.4.1. Determinación de biomasa microbiana en el periodo de
aclimatación................................................................................................49
6.4.2. Determinación de biomasa microbiana en el periodo de evaluación
50
6.5. Determinación de la relación entre el recuento en placa por el método
Pour – plate, y los Sólidos suspendidos volátiles. ............................................. 51
6.6. Ajuste de los datos experimentales para la determinación de los
parámetros biocinéticos ..................................................................................... 53
VII. DISCUSION.................................................................................................... 57
VIII. CONCLUSION ................................................................................................ 62
IX. RECOMENDACIONES. ................................................................................. 64
X. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA .................................................................... 66
XI. ANEXOS......................................................................................................... 70
A. MODELO DE HOJAS PARA EL LLENADO DE DATOS .......................... 70
B. HOJAS LLENAS CON LOS RESULTADOS` ........................................... 74
C. DATOS PRIMARIOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA ........................... 80
D. GALERIA DE FOTOS .............................................................................. 92
INDICE DE CUADROS
Cuadro
1. Valores típicos de parámetros biocinéticos en lodos activados para la
ecuación de Monod, en aguas residuales urbanas.....................................6
2. Valores obtenidos de parámetros biocinéticos en lodos activados para la
ecuación de Monod para agua residuales municipales ..............................7
3. Rangos de la relación F/M para el funcionamiento óptimo para un
determinado sistema ................................................................................10
4. Rangos de los parámetros pH y Temperatura para la óptima tasa de
crecimiento de microrganismos ................................................................10
5. Rangos de los parámetros pH y Temperatura obtenidos en el trabajo de
VARILA & DIAZ 2008 ...............................................................................10
6. Caracterización del agua residual porcina ................................................11
7. Porcentajes de dilución para la incubación en botellas en la medida de la
DBO. .........................................................................................................18
8. Relación de las concentraciones de biomasa en (numero/mL) y (mg/L) en
distintas etapas del tratamiento ................................................................27
9. Parámetros pH y Temperatura obtenidos en el reactor 1 en la etapa de
evaluación ................................................................................................46
10. Parámetros pH y Temperatura obtenidos en el reactor 2 en la etapa de
evaluación ................................................................................................46
11. Parámetros pH y Temperatura obtenidos en el reactor 3 en la etapa de
evaluación ................................................................................................46
12. Datos obtenidos para la determinación de la relación entre SSV (mg/L) y
el recuento en placa (UFC/mL) .................................................................51
13. Parámetros biocinéticos obtenidos para el agua residual del camal
municipal Tingo María ..............................................................................53
14. Parámetros de diseño y características del equipo, para la determinación
de los parámetros biocinéticos. ................................................................56
15. Hoja de mediciones de caudales, etapa de aclimatación. ........................70
16. Hoja de mediciones de biomasa microbiana, etapa de aclimatación........70
17. Hoja de evaluación de la biomasa microbiana para la determinación de los
parámetros cinéticos .................................................................................71
18. Hoja de evaluación de la carga orgánica para la determinación de los
parámetros cinéticos .................................................................................72
19. Hoja de trabajo para la determinación de la carga orgánica. ....................73
20. Hoja de trabajo para la determinación de la biomasa microbiana ............73
21. Hoja de trabajo para la determinación de los SSV ...................................73
22. Hoja de llenado de datos para el ajuste a la ecuación (34) ......................73
23. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de aclimatación
para el reactor 1........................................................................................74
24. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de evaluación para
el reactor 1 ................................................................................................74
25. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de aclimatación
para el reactor 2........................................................................................75
26. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de evaluación para
el reactor 2 ................................................................................................75
27. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de aclimatación
para el reactor 3........................................................................................76
28. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de evaluación para
el reactor 3 ................................................................................................76
29. Biomasa microbiana de la entrada, reactor y recirculación obtenidos,
etapa de aclimatación para el reactor 1 ....................................................77
30. Biomasa microbiana de la entrada reactor y recirculación obtenidos, etapa
de evaluación para el Reactor 1 ...............................................................77
31. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 2 ...................................................................78
32. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
evaluación para el reactor 2 .....................................................................78
33. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 3 ...................................................................79
34. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
evaluación para el reactor 3 .....................................................................79
35. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 1, etapa de
aclimatación ..............................................................................................80
36. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 1, etapa de
evaluación. ...............................................................................................80
37. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 2 etapa de
aclimatación ..............................................................................................81
38. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 2, etapa de
evaluación. ...............................................................................................81
39. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 3 etapa de
aclimatación ..............................................................................................82
40. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 3 etapa de
evaluación. ...............................................................................................82
41. Recuento de microrganismos en el reactor 1, etapa de aclimatación .......83
42. Recuento de microrganismos en el reactor 1, etapa de evaluación. ........83
43. Recuento de microrganismos en el reactor 2, etapa de aclimatación .......84
44. Recuento de microrganismos en el reactor 2, etapa de aclimatación .......84
45. Recuento de microrganismos en el reactor 3, etapa de aclimatación .......85
46. Recuento de microrganismos en el reactor 3, etapa de aclimatación .......85
47. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 1, etapa de
aclimatación ..............................................................................................86
48. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 1, etapa de
evaluación ................................................................................................86
49. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 2, etapa de
aclimatacion ..............................................................................................86
50. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 2, etapa de
evaluación ................................................................................................87
51. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 3, etapa de
aclimatación ..............................................................................................87
52. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 3, etapa de
evaluación ................................................................................................87
53. DBO en la entrada del reactor 1, etapa de evaluación. ............................88
54. DBO en el reactor 1, etapa de evaluación. ...............................................88
55. DBO en la entrada del reactor 2, etapa de evaluación. ............................89
56. DBO en el reactor 2, etapa de evaluación. ...............................................89
57. DBO en la entrada del reactor 3, etapa de evaluación. ............................90
58. DBO en el reactor 3, etapa de evaluación. ...............................................90
59. Recuento en placa para la determinación de la relación de SSV (mg/L) y
UFC (Numero/mL). ...................................................................................91
60. Recuento en placa para la determinación de la relación de SSV (mg/L) y
UFC (Numero/mL). ...................................................................................91
61. Sólidos Suspendidos Volátiles para la determinación de la relación de
SSV (mg/L) y UFC (Numero/mL). .............................................................91
62. Sólidos Suspendidos Totales para la determinación de la relación de SSV
(mg/L) y UFC (Numero/mL). .....................................................................92
INDICE DE FIGURAS
Figura
1. Esquema convencional de lodos activados ................................................8
2. Reactor contínuo de mezcla completa (CSTR).........................................16
3. Correlación de cada medida biomasa versus los sólidos suspendidos
totales con nivel de confianza de 95 %. ....................................................25
4. Relación entre el recuento en placa y la biomasa microbiana representada
por la densidad óptica. ..............................................................................26
5. Relación entre la biomasa microbiana y SSV. Los puntos rojos
representan al cultivo S.natans, los puntos negros representan al cultivo
E932, y los puntos azules representan al de barros activados. ................27
6. Diseño del bioreactor que simule un sistema de lodos activados .............32
7. Diluciones seriadas para el recuento en placa de microrganismos por el
método Pour – Plate. ................................................................................41
8. Construcción de los 3 reactores instalados ..............................................43
9. Tanque de alimentación para los 3 reactores instalados ..........................44
10. Mangueras suministradoras de aire por medio de bombas, a través de los
orificios, en la cuba de aireación para el mezclado y la suministración de
Oxigeno Disuelto OD (mg/L) .....................................................................44
11. Pendiente inclinada en la cuba de decantación, para evitar la acumulación
de lodos en las esquinas y facilitar su salida. ...........................................45
2
12. Instalación del equipo que simule el sistema de lodos activados a escala
de laboratorio ............................................................................................45
13. DBO (ppm) promedio de entrada en los 3 reactores ................................48
14. DBO (ppm) en promedio en los reactores para los 3 reactores ................48
15. SSV (ppm) promedio de entrada en los 3 reactores .................................50
16. SSV (ppm) promedio en los 3 reactores en la etapa de evaluación .........50
17. SSV (ppm) de recirculación del reactor 3 en la etapa de evaluación........51
18. Relación entre los SSV (mg/L) y el recuento de microrganismos
(Numero/mL).............................................................................................52
19. Relación entre los SSV (mg/L) y el recuento de microrganismos
(Numero/L) al cuadrado. ...........................................................................52
20. Variación en promedio para los 3 reactores de la carga orgánica y
biomasa microbiana en el tiempo de evaluación. .....................................53
21. Biomasa modelada (simulación) con la biomasa experimental ................54
22. Carga orgánica modelada (simulación) con la carga orgánica experimental
..................................................................................................................54
23. Biomasa modelada (comparación) con la biomasa experimental (R2 =
0.9638) .....................................................................................................55
24. Carga orgánica modelada (comparación) con la carga orgánica
experimental (R2 = 0.8945) .......................................................................55
25. Haciendo mediciones de pH y Temperatura ºC ........................................92
3
26. Con los equipos corriendo el sistema .......................................................93
27. Haciendo el recuento de microrganismos .................................................93
28. Haciendo la mediciones de Oxigeno Disuelto para la determinación de la
DBO (mg/L) ..............................................................................................94
29. Con el filtrado para la incineración y posterior determinación de SSV .....94
30. Recuento en placa del reactor, etapa de evaluación ................................95
31. Recuento en placa del reactor para la calibración ....................................95
32. Recuento en placa del reactor ..................................................................96
33. Recuento en placa del reactor ..................................................................96
34. Pesando el papel filtro ..............................................................................97
I. INTRODUCCIÓN
En el tratamiento de aguas residuales domésticas, el tratamiento
primario se ocupa básicamente de la separación física de los contaminantes
presentes, ya sea por desbaste, filtración o decantación, removiendo los
contaminantes en suspensión y dejando a un lado la materia orgánica disuelta
que es frecuente en estas aguas residuales. La separación de materia orgánica
disuelta de las aguas residuales, es muy costosa por medios químicos o
físicos, y generalmente se utilizan tratamientos biológicos, entre estos el más
común es el sistema de lodos activados. La eficiencia de este tratamiento,
dependerá de muchos parámetros, entre estos parámetros encontramos a
estos de mucha importancia, como son los que definen la cinética de remoción
de la materia orgánica disuelta por medio de los microrganismos, siendo estos
específicos para cada tipo de agua residual, haciendo a estos parámetros
fundamentales en el momento del diseño de una planta mediante este sistema,
ya que la cinética de remoción define los otros parámetros como
dimensionamiento, tiempo de retención, caudal y carga a tratar. En este tipo de
tratamiento, para que sea viable, es muy importante que exista una cantidad
elevada de microrganismos, ya que de estos depende la velocidad de
depuración.
2
En el Perú las aguas residuales domésticas, al igual que las aguas
residuales de los camales municipales, no son tratadas previamente para su
posterior vertimiento, solo un 35% de las aguas residuales tanto domesticas
como de camales municipales (SUNASS 2013), pasan por un tratamiento
previo; nuestra localidad no es ajena a esta realidad. Cabe mencionar que
estas aguas contienen un alto contenido de microrganismos; haciéndolos
ideales para el tratamiento mediante el sistema de lodos activados.
II. JUSTIFICACIÓN
Por lo expuesto anteriormente esta práctica es importante dada su
aplicación práctica en el diseño de una planta de tratamiento mediante lodos
activos. Importancia en el dimensionamiento de la planta, cantidad de agua a
tratar, carga contaminante del agua a tratar y tiempo en el que se llevaría a
cabo.
La presente práctica podrá servir como base y referencia, para el
diseño y posterior construcción de una futura planta de tratamiento para las
aguas residuales del camal municipal Tingo María.
III. OBJETIVOS
3.1. Objetivos generales
Estimar los parámetros biocinéticos del agua residual del camal
municipal (Tingo María) mediante un sistema de lodos activados a
escala de Laboratorio
3.2. Objetivos específicos
Construcción de un equipo que simule un sistema de lodos activados a
escala de laboratorio.
Determinar el modelo matemático a utilizar para la estimación de los
parámetros biocinéticos.
Determinar la carga orgánica en el periodo de evaluación.
Determinar la biomasa microbiana en el periodo de evaluación.
Determinar la relación entre recuento en placa de microrganismos por
el método Pour – plate, con los sólidos suspendidos volátiles.
Ajustar los datos experimentales al modelo elaborado para la
estimación de los parámetros biocinéticos.
IV. REVISION DE LITERATURA
4.1. Construcción de equipos que simulen un sistema de lodos
activados a escala de laboratorio
4.1.1. Antecedentes de estimación de parámetros biocinéticos a
escala de laboratorio
La Planta Experimental de Tratamiento de Aguas, Facultad de
Ingeniería, Universidad Central de Venezuela, PETA, UCV, se ha venido
desarrollando investigaciones a escala laboratorio, para la determinación de las
constantes cinéticas Ks, Umax, Yxs y kd y para su posterior metodología de
operación. Los valores de estas constantes dependen del tipo de agua residual,
siendo en aguas residuales industriales y domésticas, (FINAMORE et al.,
1999). Revisando la literatura se ha encontrado que las constantes cinéticas
obtenidas por los diferentes investigadores que han trabajado con sistemas de
lodos activados a escala laboratorio suelen presentar un rango muy amplio: Ks
(mgDBO/L): 23 - 266, µmax (d-1): 0,31-5,0, YXS(mg SSV/mg DBO): 0,31-0,81 y
kd (d-1): 0,012-0,19, razón por la cual puede limitar su uso para el diseño de
sistemas de lodos activados, debido a la incertidumbre de qué valor
seleccionar, con la gran limitante que en su mayoría son valores obtenidos con
sustrato sintético o industrial.
6
Se tiene que la constante KS alcanza los mayores valores cuando
se trabaja con sustrato de tipo industrial, en diferencia cuando se trabaja con
sustrato sintético. En cuanto a la constante µmax, se representa valores mucho
menores cuando se trabaja con sustrato de tipo industrial, en diferencia cuando
se trabaja con efluentes sintéticos. Lo anterior indica que para el caso de
líquidos industriales se reportan los mayores valores de la constante KS y los
menores de µmax, contrariamente a lo que ocurre al trabajar con líquidos
residuales sintéticos, lo cual puede ser debido a la composición orgánica de los
sustratos en cada uno de los casos.
Cuadro 1. Valores típicos de parámetros biocinéticos en lodos activados para la
ecuación de Monod, en aguas residuales urbanas
Parámetros Cinéticos Base de cálculo Valor
Umax dia-1 0,6 - 13.2
Kd dia-1 0,01 - 0,14
Ks DBO 12 - 120
Ks DQO 22 - 223
Y SSV/DBO 0,38 - 0,75
Y SSV/DQO 0,31 - 0,67
Fuente: GIL 2001
La línea de investigación en aguas residuales de la Facultad de
Ingeniería Civil, Universidad Militar Nueva Granada ha venido desarrollando
investigaciones en modelos físicos a escala laboratorio en donde con aguas
residuales de un frigorífico se han determinado las constantes cinéticas Kd, Ks,
Km, K0, K1, K2, Ke utilizando el proceso de lodos activados. En esta
investigación se trabajó con lodos activados de mezcla completa con flujo
7
continuo. (RODRIGUEZ, 2003).
Existen trabajos del mismo tipo de los anteriores en diferentes tipos
de aguas residuales, como las aguas de la industria láctea (CARDENAS et al.,
2008), aguas residuales municipales (BLANCO et al., 2011), aguas de las
actividades porcinas (LOPEZ, 2009).
Estos parámetros biocinéticos dependen fundamentalmente del
líquido residual (domestico, porcino, industrial, entre otros), así como de las
condiciones ambientales, lo cual trae como consecuencia que los valores
reportados en la bibliografía foránea deben ser evaluados con cuidado, ya que
en algunos casos pueden ser inaplicables. Por esta razón se hace necesario su
determinación para condiciones particulares locales y, por ende, la metodología
a emplearse debe ser en la medida de lo posible, sencilla, práctica y
económica, (FINAMORE et al., 1999).
Cuadro 2. Valores obtenidos de parámetros biocinéticos en lodos activados
para la ecuación de Monod para agua residuales municipales
Parámetros biocinéticos Valor Unidad
µmax 0.64 día-1
KS 35 mg/L
YXS 0.39 mgSSV/mgDBO
Kd 0.034 día-1
Fuente: FINAMORE et al., 1999
8
4.1.2. Sistemas convencionales de lodos activados a escala de
laboratorio
El sistema convencional de lodos activados, cuenta con 2 cámaras,
una de aireación y otra de decantación secundaria, el agua residual a tratar,
antes de llegar a la cámara de aireación, pasa previamente por un
pretratamiento, para deshacerse de una gran parte de los sólidos suspendidos,
y así tratar solo el agua con materia orgánica disuelta (GERARD et al.,. 1999),
el flujograma del sistema convencional de lodos activados se presenta a
continuación:
Figura 1. Esquema convencional de lodos activados
El esquema mostrado anteriormente no es el único, existen
combinaciones de sistemas que hacen aún más eficiente el tratamiento, pero el
anterior es el sistema más utilizado. A escala de laboratorio el tamaño y
disposición de los sistemas es un poco distinto, la cámara de aireación y la
cámara de decantación secundaria no están separados si no juntos separados
solamente por una “pared”.
En el estudio realizado por el municipio de Cali en Colombia, sobre
9
lodos activados a escala de laboratorio, se utilizaron dimensiones de 9.8 Litros
para la cámara de aireación, y 7.8 Litros para la cámara de decantación
(TORRES et al., 2011).
Otro trabajo estimó los parámetros biocinéticos de una agua
residual sintética, para lo cual utilizo el sistema convencional, con una cámara
de aireación de 8 Litros y una cámara de decantación de 5.9 Litros. Este utilizó
diferentes tiempos de retención, para lo cual el trabajo se realizó con diferentes
caudales de 3.2, 4.9, 7.1 y 20 mL por minuto, para hacer posible esto, en este
estudio se utilizaron bombas peristálticas, que garantizaron un flujo constante
para cada caudal, también se trabajaron con difusores de aire que garantizaron
la mezcla homogénea y una adecuada aireación con una potencia de 35 W/m3.
La DBO fue de 750 ppm, esta DBO es la que representaba la materia orgánica
disuelta en el agua sintética y con una concentración de sólidos suspendidos
volátiles de 1600 ppm, que representaba la biomasa microbiana. (VARILA &
DIAZ 2008).
Un parámetro de mucha utilidad al momento de diseñar sistemas
de lodos activados es la relación F/M (alimento/microrganismo). Este sistema
alcanza el equilibrio cuando la cantidad de alimento es igual a la cantidad de
microrganismo. La pérdida de esta igualdad, significa demasiado alimento, muy
poco alimento, demasiados microrganismos, pocos microrganismos. (GERARD
1999).
10
Cuadro 3. Rangos de la relación F/M para el funcionamiento óptimo para un
determinado sistema
Tipo de Sistema Rango
Relación
Aireación Prolongada 0.03 - 0.8
Convencional 0.8 - 2
Sistema por oxígeno puro >2
Fuente: GERARD 1999
También es importante el control de los parámetros de temperatura
y pH ya que estos influencian de manera determinante, en el funcionamiento
del proceso. (GERARD 1999). Cabe mencionar de que no siempre se obtienen
pH y T ºC dentro del rango establecido en el Cuadro 4, como es el caso del
trabajo realizado por VARILA & DIAZ 2008, que se muestra en el Cuadro 5.
Cuadro 4 Rangos de los parámetros pH y Temperatura para la óptima tasa de
crecimiento de microrganismos
Parámetro Rango Unidad
Temperatura 30 - 45 ºC
pH 5.9 – 7.7 s/u
Fuente: GIL 2001
Cuadro 5. Rangos de los parámetros pH y Temperatura obtenidos en el trabajo
de VARILA & DIAZ 2008
Parámetro Rango Unidad
Temperatura 17.30 – 25.8 ºC
pH 6.2 – 7.68 s/u
Fuente: VARILA & DIAZ 2008
11
Cuadro 6. Caracterización del agua residual porcina
Compuestos Valores Unidades
DQO 9300 mg/L
DBO 5751 mg/L
SST 2332 mg/L
SSV 2030 mg/L
NTK 1907 mg/L
N-NH 1472 mg/L
N-(N02- + NO3-) 0.63 mg/L
P Total 62.2 mg/L
pH 6.94 s/u
Recuento 9.20x108 Numero/mL
Fuente: GARZON 2013.
4.2. Elaboración de modelos matemáticos para la estimación de
parámetros biocinéticos
4.2.1. Parámetros biocinéticos de crecimiento de microrganismos
La ecuación de la cinética de degradación de la materia orgánica, y
la consiguiente producción de lodos, es un ejemplo de reacciones no
elementales, cuya ecuación estequiométrica, se representa por:
→ ( )
La velocidad relativa del crecimiento de lodos es el balance de la
tasa de crecimiento microbiano µ, menos la tasa de degradación Kd:
12
( )
Ecuación que integrada nos lleva a:
( ) ( )
Donde t es el tiempo, X0 es la concentración inicial de
microrganismos, X representa la concentración de microrganismos en el tiempo
t. Si la tasa de crecimiento es mayor que la tasa de degradación, y si existe
sustrato disponible, habrá un crecimiento exponencial de los lodos. El
crecimiento exponencial sólo se observa experimentalmente en períodos
iniciales de crecimiento. Cuando la población alcanza valores elevados, la
velocidad de crecimiento disminuye, a causa de la competencia por el sustrato
y la interacción entre congéneres á distancias cortas.
En los procesos de depuración de aguas, es muy frecuente que el
sustrato se encuentre en concentraciones limitantes para el desarrollo
microbiano, por tanto su crecimiento está limitado por la disponibilidad de
sustrato, de modo que la Ecuación (3) no es generalizable, por lo cual es
necesario expresar la dependencia explícita del sustrato. La dependencia de la
tasa de crecimiento por la concentración de sustrato disponible se determina
por consideración de las reacciones enzimáticas tipo Michaelis-Menten.
Se considera que el sustrato, en una primera reacción elemental,
se une mediante una reacción reversible, con constantes k1 y k2 a las enzimas
microbianas, para producir un complejo enzima- sustrato:
13
→
← ( )
Este producto intermedio, SE*, se descompone irreversiblemente
en una segunda reacción elemental, con constante k3, para dar los Productos
Finales, PF, y liberar las enzimas utilizadas:
→ ( )
La velocidad neta de formación del complejo enzima - sustrato
será:
( )
La concentración de enzima libre será la concentración total inicial
E0, menos la que está formando parte del complejo enzima - sustrato.
( )
Quedando de la siguiente manera:
(
)
( )
Considerando el estado estacionario:
( )
Por tanto la velocidad de formación de productos finales será:
14
( )
Jérôme Monod expreso la ecuación (10) de la siguiente manera:
( )
Dónde:
µ = Tasa de crecimiento de los microrganismos.
S = Sustrato o Carga orgánica en nuestro caso
µmax = Tasa máxima de crecimiento de microrganismos
Ks = Constante de semisaturación.
K1 = Tasa de producción de enzima – sustrato
K2 = Tasa de descomposición de enzima - sustrato
K3 = Tasa de producción de productos finales
Para poder determinar la cinética de consumo de sustrato (DBO), a
partir de la cinética de crecimiento microbiano, GERARD 1999, propone la
proporcionalidad a una fracción de sustrato o carga orgánica que se convierte a
bioamasa en (mg Biomasa/mg Sustrato):
( )
Utilizando la ecuación (12) y remplazando la ecuación (11) en la
ecuación (2) obtenemos finalmente:
[
] ( )
[
]
( )
Existen otras ecuaciones que representan la cinética del consumo
15
microbiano y la degradación de la materia orgánica, estas las expresiones de
Contois (1959), Edwards (1970), Moser (1958), Levenspiel (1953), (GIL 2001).
Otras ecuaciones que representan más rigurosamente la dinámica
en función de varios componentes (DBO, nitratos, fosfatos, COT), entre estas
ecuaciones tenemos a la ecuación IAWPRC (GERARD 1999).
4.2.2. Balance de materia
En ingeniería aparecen con frecuencia las leyes de conservación
de la masa. Para la ingeniería ambiental es de especial interés la ley de
conservación de la masa que subyace bajo los balances de materia. Establece
“La suma de los pesos (masas) de sustancias que entran a una reacción es
igual a la suma de los pesos (masas) de los productos de una reacción.
(Gerard 1999).
∑ ∑ ∑ ( )
4.2.3. Reactor de mezcla completa
Donde los reactivos se alimentan al reactor continuamente, (Puede
ser que una vez por día, por hora, etc.) y los productos incluyendo los reactivos
no utilizados se descargan continuamente de un recipiente bien mezclado. Al
estar bien mezclado se supone que el contenido es uniforme en su
concentración en toda la masa sin gradientes de concentración, por tanto se
supone que la concentración de salida es igual que la del reactor. Un mayor
16
tiempo de retención supone una mayor conversión de reactantes a productos.
Este reactor es habitual en la depuración de aguas residuales.
Figura 2. Reactor contínuo de mezcla completa (CSTR)
( )
Dónde:
Qe = Caudal de entrada.
Ce = Concentración de entrada
V = Volumen del reactor
ri = Tasa de reacción (Consumo o Producción)
Qs = Caudal de salida.
C = Concentración en el reactor
17
4.3. Determinación de la carga orgánica en aguas residuales
4.3.1. Demanda bioquímica de oxigeno
La Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, se define como la
cantidad de oxígeno utilizado por microrganismos heterótrofos, para
transformar la materia orgánica metabolizable de la muestra a examinar, en
anhídrido carbónico, agua y productos finales. Se realiza en condiciones
aeróbicas, con presencia suficiente de oxígeno libre, desde el comienzo al final
de la prueba, midiéndose la acumulación del oxígeno utilizado. El resultado se
expresa en miligramos de oxígeno utilizado por litro de agua examinada
(ATLAS, 2002).
Las condiciones de medida, fueron establecidas en 1912 por la UK
Royal Commission, en su octavo informe titulado Standards and Tests for
Sewage and Sewage Effíuents Discharging into Rivers and Streams. En este
informe se recomendó un periodo de incubación de cinco días, tiempo medio
de los ríos ingleses en llegar al mar, a la temperatura de 65 °F, máxima
temperatura de los ríos ingleses en el mes más cálido, que equivale a 18,3 °C,
redondeado a 20 °C. (GIL 2001).
Los microrganismos en las condiciones de la medida de la
Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, en presencia de oxígeno disuelto
metabolizan las materias orgánicas biodegradables de las muestras a
examinar, de procedencia urbana o industrial. Las reacciones bioquímicas de
18
esta actividad metabólica se resumen en reacciones de síntesis de nuevos
organismos, reacciones de producción de energía, para desarrollo de su
actividad y reacciones de degradación de los propios microrganismos,
consumiendo estas tres reacciones oxígeno, hasta que el sustrato disponible
se agota, comenzando entonces la fase de metabolismo endógeno,
caracterizado por un consumo mínimo de oxígeno, (GIL 2001).
La DBO de un agua residual, varía en función del tipo de agua
residual, para lo cual en el cálculo de DBO se necesita escoger correctamente
los factores de diluciones, (GERARD 1999).
Cuadro 7. Porcentajes de dilución para la incubación en botellas en la medida
de la DBO.
Uso de porcentaje de mezclas Medición directa con pipeta en recipientes
de 300 mL
% de la mezcla Margen de DBO mL Margen de DBO
0.01 20.000-70.000 0.02 30.000-105.000
0.02 10.000-35.000 0.05 12.000-42.000
0.05 4.000-14.000 0.10 6.000-21.000
0.1 2.000-7.000 0.20 3.000-10.500
0.2 1.000-3.500 0.50 1.200-4.200
0.5 400-1.400 1.0 600-2.100
1.0 200-700 2.0 300-1.050
2.0 100-350 50 120-420
5.0 40-140 10.0 60-210
10.0 20-70 20.0 30-105
20.0 10-35 50.0 12-42
50.0 4-14 100 6-21
100 0-7 300 0-7
Fuente: JOHANA NEIRA 2008
19
Para el cálculo de la DBO, una muestra de agua residual se diluye
con un blanco (agua saturada de oxígeno disuelto), esta agua sembrada o
inoculada se deposita en un recipiente sellado al vacío, midiéndose la
concentración de OD en el día 0 y nuevamente en el día 5. La diferencia de OD
es la DBO5. En el ensayo estándar se emplea una botella de 300 mL y se lleva
a cabo la incubación en un ambiente libre de luz (oscuro), a 20 ºC durante 5
días, (APHA 1992). La DBO se ve influenciada por el factor de dilución, para lo
cual se establece la siguiente formula (GERARD 1999):
[( ) ( ) ] ( )
Dónde:
OD1 = Oxígeno Disuelto en el día 1
OD5 = Oxígeno Disuelto en el día 5
B1 = Oxígeno Disuelto en el día 1 en el blanco
B5 = Oxígeno Disuelto en el día 5 en el blanco
p = Factor de dilución
f = relación de OD entre la muestra y el blanco en el día 1
4.4. Biomasa microbiana
Biomasa microbiana, significa literalmente “masa de materia viva
de los microrganismos” y pueden expresarse en unidades de peso, numero o
concentración. Por desgracia las mediciones directas de la biomasa
20
microbiana, como las que se realizas por filtración, o determinación del peso
seco o mediante la centrifugación y medición del volumen celular, que se
practican en cultivos puros, casi nunca son aplicables a muestras ambientales.
Estas técnicas suelen medir partículas minerales, detríticas y biomasa no
microbiana, conjuntamente con los microrganismos y no permiten discriminar
entre la biomasa del microrganismo y otros compuestos orgánicos e
inorgánicos. La determinación de biomasa microbiana suele ser imprecisa por
este motivo. (ATLAS et al., 1998).
4.4.1. Recuento microrganismos heterótrofos en placa difusa
(Pour - plate)
El método de placa difusa, es muy práctico durante todo el proceso
de ejecución, es recomendado cuando las diluciones del agua de muestra son
bajas, en el caso de aguas fuertemente contaminadas. A continuación se
muestran las recomendaciones brindadas por APHA 1992:
Para la toma de muestras iníciese el estudio lo antes posible para
reducir al mínimo las alteraciones de la población bacteriana. El tiempo máximo
recomendado que debe transcurrir entre la recogida de la muestra y su estudio
es de 8 horas (máximo tiempo de intervalo, 6 horas; máximo tiempo de
procesamiento, 2 horas). Si el análisis no puede iniciarse en las primeras 8
horas, manténgase la muestra a una temperatura inferior a 4 °C, pero sin
congelarla. No ha de permitirse que el intervalo máximo entre la toma de la
muestra y el análisis supere las 24 horas.
21
Para la preparación de la muestra antes de proceder a su estudio,
márquese cada placa con el número de la muestra, la dilución, la fecha y
cualquier otra información necesaria. En el caso de los métodos de placa fluida
o difusa, utilícense placas de Petri de vidrio (65 cm2) o desechables de plástico
(57 cm2). Mézclense cuidadosamente todas las muestras o diluciones mediante
unos veinticinco movimientos completos de arriba abajo (y de adelante atrás).
También se puede utilizar un agitador mecánico durante 15 segundos para
agitar las muestras o las diluciones.
Para la incubación el método de la placa difusa se describe en las
disposiciones revisadas de la EPA de Estados Unidos. Para adaptarse a estas
disposiciones, incúbese a 35 °C durante 48 horas. El tiempo de incubación es
relativo, está más en función al control de calidad del agua. Puede variar desde
1 hasta 7 días en una cámara de 28 o 30 ºC; los informes de los resultados
deben recoger el tiempo y la temperatura utilizados. Cabe mencionar que la
temperatura es un factor que determina qué tipo de microrganismos crecerán
preferentemente, por lo cual REASORNE 1998, propone un rango de
temperatura de microrganismos heterótrofos de 20 a 30 ºC.
Para el recuento y registro inmediatamente después de la
incubación, cuéntense todas las colonias de las placas seleccionadas. Si hay
que retrasar el recuento, guárdense las placas a 5-10 °C durante no más de 24
horas, aunque evitando que esta práctica se convierta en habitual. Regístrense
en el informe los resultados de los controles estériles de cada uno de los lotes
de muestras. Si se hace recuento manual, utilícese un instrumento de recuento
22
adecuado, como el contador de colonias Quebec. Cuando no se disponga de
este tipo de instrumentos, utilícese cualquier otro contador, siempre que
proporcione aumento e iluminación equivalentes.
Al preparar las placas, introdúzcanse volúmenes de muestra que
proporcionen 30-300 colonias/placa. El objetivo consiste en disponer de al
menos una dilución que proporcione recuentos de colonias comprendidas entre
estos límites, salvo en los casos que comentaremos más adelante. Por lo
general, no deben sembrarse más de 2,0 mL de muestra; por tanto, cuando el
número total de colonias que se desarrollan con 2,0 mL sea inferior a 30, no se
observará la regla antes expuesta y se registrarán los resultados obtenidos.
Salvo en este caso, sólo se considerarán en los recuentos las placas que
muestren de 30 a 300 colonias. Regístrese el recuento bacteriano por mililitro,
multiplicando el número medio de colonias por placa por el recíproco de la
dilución utilizada. Preséntese el informe en UFC por mililitro. En caso de que
ninguna placa tenga de 30 a 300 colonias y una o más tengan más de 300
colonias, utilícense aquéllas con el número más cercano a 300. Regístrese el
recuento, multiplicando el número medio por placa por el recíproco de la
dilución utilizada, y preséntese en UFC por mililitro calculadas. Si ninguna de
las placas de una muestra tiene colonias, comuníquese un recuento inferior a
una (< 1) vez el recíproco de la dilución más baja. Por ejemplo, si no se
desarrollan colonias en la dilución 1:100, comuníquese los resultados para
reportar un recuento menor a 100(<100) UFC/ml.
La fórmula que se utiliza para el recuento es:
23
⁄ …(18)
Dónde:
# M.O. /mL = Numero de microrganismos por mililitro de muestra
#CF = Numero de colonias formadas en la placa.
F = Fracción de la placa.
FD = Factor de dilución
4.4.2. Sólidos totales en suspensión (103 – 105 ºC)
Para la determinación de Sólidos Totales en Suspensión, se filtra
una muestra bien mezclada por un papel filtro, y el residuo retenido en el
mismo se seca a un peso constante a 103- 105 C. El aumento de peso del filtro
representa los sólidos totales en suspensión. Si este material obtura el filtro y
prolonga la operación de filtrado, la diferencia entre el total de sólidos y el total
de sólidos disueltos puede proporcionar un cálculo aproximado de los sólidos
totales en suspensión, (APHA 1992).
4.4.3. Sólidos suspendidos volátiles (SSV)
Los sólidos volátiles en suspensión corresponden a los lodos
biológicos, constituidos por una población heterogénea de microrganismos. La
determinación experimental de los SSV se lleva a cabo midiendo la pérdida de
peso de los sólidos totales en suspensión después de incineración en una
estufa de laboratorio a 600°C, (RAMALHO 1994).
24
El residuo obtenido con el método explicado para sólidos totales en
suspensión se incinera, a peso constante, a una temperatura de 550 ± 50 ºC.
Los sólidos remanentes representan los sólidos totales fijos disueltos o en
suspensión, mientras que la pérdida de peso por ignición representa los sólidos
volátiles. La determinación es útil para el control de las operaciones en plantas
de tratamiento de aguas residuales, porque ofrece un cálculo aproximado de la
cantidad de materia orgánica presente en la fracción sólida del agua residual,
lodos activados y residuos industriales, (APHA 1992). El procedimiento
consiste en incinerar el residuo producido por el método explicado para sólidos
totales disueltos, a peso constante, en un horno de mufla a temperatura de 550
± 50 ºC. Se deberá elevar el horno a esta temperatura antes de introducir la
muestra. Por lo general, la incineración sólo precisa de 15 a 20 minutos.
Enfríese el filtro con el crisol al aire hasta que se haya disminuido el calor y
transfiéranse a un desecador para proceder a su enfriamiento final en una
atmósfera seca, cuidando de no sobrecargar el desecador. Pésense el filtro con
el crisol tan pronto como se hayan enfriado para equilibrar la temperatura.
4.5. Relación entre recuento en placa y biomasa microbiana
Existen diversos métodos para determinar la biomasa microbiana,
están los métodos por espectrofotometría, por contenido de proteínas, o de
algunas otras sustancias, recuentos, centrifugación entre otros; en teoría, estos
métodos son indicadores cuantificados de una misma variable (biomasa
microbiana), por lo tanto tendrían que ser directamente proporcionales. Un
25
estudio realizado por la Universidad de Corea, muestra algunas relaciones de
estas técnicas con respecto a sólidos suspendidos totales.
Figura 3. Correlación de cada medida biomasa versus los sólidos
suspendidos totales con nivel de confianza de 95 %.
Fuente: BUMHAN et al., 1998
La Figura 3 muestra la relación entre algunos métodos para
determinar biomasa microbiana con los sólidos suspendidos totales; ahora
veremos otro trabajo realizado que muestra la relación que existe entre la entre
el recuento de microrganismos y la biomasa microbiana calculada por medio de
la densidad óptica a 600 nm, en una determinada muestra, (DONG – JU KIM et
al., 2012).
26
Figura 4. Relación entre el recuento en placa y la biomasa microbiana
representada por la densidad óptica.
Fuente: DONG – JU KIM 2012
La relación mostrada en la Figura 4, es para un cultivo puro, la
Figura 5 nos muestra las relaciones entre los sólidos suspendidos volátiles con
un cultivo de E932, otro cultivo de S. natans, y por ultimo un cultivo de lodos
activados. Si bien es cierto este último no tiene un coeficiente de correlación
muy elevado, se puede utilizar como indicador de la biomasa microbiana, ya
que es sensible a los aumentos y disminuciones de dicha biomasa como lo
muestra el grafico.
27
Figura 5. Relación entre la biomasa microbiana y SSV. Los puntos rojos
representan al cultivo S.natans, los puntos negros
representan al cultivo E932, y los puntos azules representan
al de barros activados.
Fuente: CONTRERAS 2001. Un método alternativo para la determinación de biomasa en cultivos
puros y sistemas de barros activados
Cuadro 8. Relación de las concentraciones de biomasa en (numero/mL) y
(mg/L) en distintas etapas del tratamiento
FASES DEL TRATAMIENTO Recuento
(numero/mL)
Biomasa
(numero/g)
Biomasa
(mg/L)
Aguas residuales sedimentadas 6.80.*108 3.2 *1012 212.500
Liquido del lodo activado mezclado 6.60 *109 1.4 *1012 4714.286
Limos de los filtros 6.20 *1010 1.3 *1012 47692.308
Efluentes secundarios 5.20 *107 4.3 *1012 12.093
Efluentes terciarios 3.40 *107 3.4 *1012 10.000
Fuente: ATLAS 2001
28
4.6. Ajuste de datos a un sistema de ecuaciones diferenciales no
lineales
En el diseño de procesos, es de vital importancia la sistematización
de los mismos, y es frecuente realizarlo a través de modelos matemáticos.
(GERAD 1999). Las ecuaciones diferenciales ordinarias, suelen utilizarse en
problemas de ingeniería, ya que estos son sencillos de solucionar, en
comparación con los sistemas de ecuaciones diferenciales no lineales
acoplados. Si bien es cierto estos últimos, son más consistentes a la hora de
modelar el proceso, son poco utilizados debido a la complejidad de solución e
interpretación. Cabe mencionar que no existe regresiones ordinarias para este
tipo de sistemas, generalmente se utilizan ajustes gráficos, existen algoritmos
estadísticos recursivos, (Filtro de Kalman Extendido), para dar soluciones más
consistentes y exactas de estos problemas (CARRASCO 2002).
La solución de un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales
por el método Runge – Kutta de 4 orden viene dado por el siguiente algoritmo:
Algoritmo de solución:
( ) ( )
V. MATERIALES Y METODOS
5.1. Ubicación
La investigación se realizó en el laboratorio de microbiología de la
Universidad Nacional Agraria de la Selva, en el área de biotecnología
ambiental.
5.2. Equipos y materiales
5.2.1. Equipos
Estufa (PRECISIÓN THELCO)
Contador de colonias (TRITRIPLAQUE MIM)
Oxí - metro (HANNA – 9146)
PH – metro (EXTECHS INSTRUMENTS)
Termómetro (EXTECHS INSTRUMENTS)
Balanza analítica (HWKASSEL – G200)
Mufla
30
5.2.2. Materiales
Placa
Plumón indeleble
Papel filtro
Tubos
Llaves de paso
Bombas
Matraces
Medio de cultivo Plate-Count
Cronometro
5.3. Metodología
5.3.1. Construcción del equipo que simule el sistema de lodos
activados
Se construyeron 3 equipos, los cuales siguieron el esquema de la
Figura 1, con una cámara de aireación y otra de decantación, ambas de vidrio,
la cámara de aireación tiene un volumen de aproximadamente 15 Litros, cuenta
también con 2 agujeros de ½ pulgada de diámetro en la parte trasera y
superior, una agujero para la alimentación de agua fresca sin tratar, y la otra
para la recirculación de lodos, también la cámara de aireación cuenta con una
abertura que se encuentra en la parte superior delantera, a una altura desde su
base de 17 cm y a ½ cm por debajo de los 2 agujeros mencionados
anteriormente, la cámara de decantación, tiene un volumen de
31
aproximadamente 4 Litros, el cual está conectado por su parte trasera a la
cámara de aireación por medio de una abertura de 3.5 cm de profundidad; esta
cámara cuenta con 2 agujeros en la parte frontal de media pulgada, una es
para el agua tratada y el otro agujero es para la recirculación de lodos, en la
parte inferior este cuenta con una pendiente de 36 grados empezando desde la
mitad de la parte posterior del decantador hasta la base. Estos reactores fueron
alimentados a través de tuberías de ½ pulgada de PVC por un tanque de
almacenamiento de agua fresca de 150 Litros. Parea la aireación se utilizó una
bomba de refrigeradora, con ayuda de unas cuantas bombas de pecera, las
cuales suministraban aire a través de mangueras con pequeños orificios que
simulaban un difusor de aire.
Se tomaron algunos datos de los parámetros de pH y Temperatura
en periodos irregulares de tiempo.
33
Se corrió desde el tanque de alimentación agua, hasta los
bioreactores por medio de las tuberías; se comprobó que no existan fugas de
agua y aire, o algún otro desperfecto que altere el funcionamiento del
bioreactor.
El caudal se determinó por medio de un racionamiento, sabiendo
que el tanque de almacenamiento es de una capacidad de 146 Litros, que son
3 los bioreactores a alimentar, durante 5 días a la semana, obteniendo un
caudal aproximado de 6.8 mL/min, valor que se encuentra dentro del rango de
los caudales que utilizo VARILA & DIAZ 2008.
5.3.1.1. Elaboración del plan para la toma de datos
Se elaboró un plan de trabajo para realizar las mediciones tanto de
DBO como de biomasa microbiana, para el cual se diseñó una hoja de trabajo
para la etapa de aclimatación y para la etapa de evaluación donde se
determinó los parámetros biocinéticos.
Etapa de aclimatación
En la etapa de aclimatación solo se tomó los caudales y la biomasa
microbiana lo cual tuvo un tiempo de duración de 3 semanas, se elaboraron 2
hojas, una para la toma de caudales (Ver Anexo A, Cuadro 15.) y otra para la
determinación de biomasa microbiana (Ver Anexo A, Cuadro 16).
Etapa de evaluación para la estimación de los parámetros
biocinéticos.
En esta etapa se evaluó la variación de la biomasa (ver Anexo A,
Cuadro 17) como de la carga orgánica (ver Anexo A, Cuadro 18), para lo cual
34
posteriormente dichos cambios se ajustaron al modelo que se presenta más
adelante.
5.3.2. Determinación del modelo matemático a utilizar
Para la determinación del modelo matemático a utilizar se
consideró el flujograma convencional (ver Figura 1) de lodos activados, para
realizar los balances de masa microbiana y de carga orgánica de acuerdo a la
ecuación (15), donde las tasas de crecimiento microbiano y consumo de
sustrato o carga orgánica, se consideraron las ecuaciones (13) y (14)
respectivamente. Tanto la biomasa microbiana como la carga orgánica, pasan
a través del flujograma de la Figura (1), por lo tanto será necesario hacer un
balance de biomasa microbiana y carga orgánica por separado, sujetándonos a
los enunciados de la ecuación (15).
5.3.2.1. Balance de masa para la biomasa microbiana
Solo se emplea el volumen de la cuba de aireación, donde se
analizarán las entradas, la producción y las salidas de biomasa.
Entradas de biomasa en la cuba de aireación
Las entradas de biomasa en la cuba de aireación solo son por la
alimentación de agua fresca y de la recirculación de lodos.
35
( )
( )
Dónde:
Q0 = Caudal de alimentación del agua fresca.
X0 = Concentración de biomasa en el agua fresca.
Qr = Caudal de recirculación.
Xr = Concentración de biomasa de recirculación.
Producción de biomasa en la cuba de aireación
La producción de biomasa es dada por el crecimiento de los
microrganismos, donde la ecuación (13), nos muestra la cinética de crecimiento
Salidas de biomasa de la cuba de aireación
Las salidas de biomasa en la cuba de aireación simplemente se da
por la corriente de flujo, cabe mencionar que para este balance se considera un
reactor de mezcla completa (CSTR), el que considera que la concentración de
biomasa de salida es igual a la concentración de biomasa presente en el
reactor.
( )
( ) ( )
36
Dónde:
X = Concentración de biomasa del reactor.
5.3.2.2. Balance de masa para la carga orgánica
Solo se emplea el volumen de la cuba de aireación, donde se
analizaran las entradas, la producción y las salidas de carga orgánica.
Entradas de carga orgánica en la cuba de aireación
Las entradas de carga orgánica en la cuba de aireación solo son
por la alimentación de agua fresca, se considera que la carga orgánica de
recirculación es muy baja, ya que esta recirculación es de lodos sedimentados,
que paso por un proceso de degradación.
( )
( )
Degradación de carga orgánica en la cuba de aireación
La degradación de carga orgánica es dada por el consumo de los
microrganismos, donde la ecuación (14), nos muestra la cinética de consumo.
Salidas de carga orgánica de la cuba de aireación
Las salidas de carga orgánica en la cuba de aireación simplemente
se da por la corriente de flujo, cabe mencionar que para este balance se
considera un reactor de mezcla completa (CSTR), el que considera que la
37
concentración de biomasa de salida es igual a la concentración de biomasa
presente en el reactor.
( )
( ) ( )
Dónde:
S = Concentración de carga orgánica del reactor.
5.3.3. Determinación de la carga orgánica
La carga orgánica puede ser representada por la DBO (RAMALHO
1999), para lo cual utilizaremos botellas pintadas con esmalte negro, con un
volumen de 500 mL, el factor de dilución a utilizar fue aquel que en su rango de
DBO este dentro 750 ppm (VARILA & DIAZ et al., 2008) entonces utilizamos un
factor de dilución de 0.5% que es el factor que se debe utilizar para DBO entre
400 – 1400, (JOHANA NEIRA 2007).
Para el cálculo de la DBO se utilizó la formula (17), donde se
necesita conocer el oxígeno disuelto (OD) de la muestra y el blanco, en el
primer y quinto día. Para poder determinar el OD se utilizó un oxímetro,
descrito entre los materiales de trabajo.
Como se mencionó anteriormente, existen 2 etapas de trabajo una
de aclimatación y otra de evaluación para la determinación de los parámetros
biocinéticos. La carga orgánica representada por la DBO solo se evaluara en la
38
segunda etapa, donde se llenó una hoja (ver Anexo A, Cuadro 19), para la
posterior determinación de la DBO.
5.3.4. Determinación de la biomasa microbiana
La representación de la biomasa microbiana fue dada por los
sólidos suspendidos volátiles, (RAMALHO 1994). Estos SSV, se calcularon
indirectamente a través de recuento de microrganismos por placa difusa (Pour
– plate), para lo cual primero se realizó un ajuste entre los SSV de los lodos
versus el recuento en placa de microrganismos de los lodos.
Recuento de microrganismos (Método Pour – Plate)
Para el recuento en placa se utilizó el método descrito en la
literatura, con la diferencia entre el recuento en la etapa de aclimatación y
evaluación, con la etapa de la determinación de la relación entre el recuento en
placa difusa y los SSV
Recuento de microrganismos en la etapa de aclimatación y
evaluación
En este periodo se hizo el recuento como se mencionó en la
literatura (APHA 1992), con la diferencia que para la toma de muestra no se
hizo diluciones en tubos de ensayo, si no que se utilizó una micropipeta que
tiene un rango desde 0.1 hasta 100 microlitros, para el agua fresca y lodos en
el licor de mezcla se utilizó una dilución de 10-6 y para los lodos de
recirculación, una dilución de 10-7, estos se sembraron directamente a un
39
medio de cultivo genérico (Plate – Count), el rango de estas diluciones es
debido a la capacidad de la micropipeta utilizada. El medio de cultivo se
preparó siguiendo la proporcionalidad para un Litro, que menciona el envase
del medio de cultivo. Una vez realizado la siembra y la incubación, se realizó el
conteo mediante el equipo contador de colonias descrito anteriormente, para
posteriormente llenar los datos (ver Anexo A, Cuadro 20).y calcular el número
de microrganismos, para lo cual se utilizó la formula (18).
Sólidos suspendidos volátiles de una muestra
Para la determinación de sólidos suspendidos volátiles se seguirá
lo establecido por la APHA 1992, teniendo un volumen de muestra de 50 mL
para todos los análisis, para lo cual se llenó de datos la hoja elaborada de
acuerdo al Anexo A, Cuadro 21. Cabe mencionar que estos SSV solo se
calcularon en la etapa de calibración para la determinación de la relación entre
el recuento y los SSV. La fórmula para determinar los SSV es la siguiente:
( )
Dónde:
SSV = Sólidos Suspendidos Volátiles (mg/L)
SST = Sólidos Suspendidos Totales (mg/L)
SSNV = Sólidos Suspendidos No Volátiles o Fijos (mg/L)
Para la determinación de sólidos suspendidos totales se seguirá la
siguiente formula, (APHA 1992):
40
( )
( )
Dónde:
PD = Peso del papel filtro después del filtrado y de la estufa (mg)
PA = Peso del papel filtro antes del filtrado y antes de la estufa (mg)
V = Volumen de muestra (mL)
Para la determinación de los sólidos suspendidos no volátiles o
fijos se seguirá la siguiente formula, (APHA 1992):
( )
( )
Dónde:
CD = Peso del papel filtro después de la mufla (cenizas) (mg).
5.3.5. Determinación de la relación entre recuento en placa (Pour –
Plate) y los sólidos suspendidos volátiles (SSV)
A diferencia de la etapa anterior, aquí se realizó diluciones seriadas
como muestra la Figura 7, las diluciones se realizaron por duplicado y luego se
procedió como en la etapa anterior.
41
Determinación de la relación entre SSV y recuento en placa (método
Pour – Plate)
Como se observó en la literatura, la relación entre los distintos tipos
de mediciones de biomasa microbiana posee relaciones directamente
proporcionales, para lo cual asumimos en esta relación de estos 2 métodos
para medir biomasa microbiana (SSV y recuento en placa), también como
directamente proporcionales, para lo que se utilizó la ecuación de la recta para
el ajuste de estos datos.
( )
Dónde:
SSV= Sólidos Suspendidos Volátiles del reactor (mg/L)
Figura 7. Diluciones seriadas para el recuento en placa de
microrganismos por el método Pour – Plate.
42
UFC = Unidades Formadoras de Colonias del reactor (Numero/mL)
a,b = Constantes de la ecuación que se determinaron experimentalmente
Los datos que se ajustaron a la ecuación (30) se llenaron en la hoja
del Anexo A, Cuadro 22.
5.3.6. Ajuste de los datos obtenidos a la ecuación modelada
El ajuste que se realizó, fue un ajuste gráfico, ya que el sistema de
ecuaciones diferenciales no lineales obtenido, como producto de la modelación
que veremos más adelante, no puede obtenerse ajuste por métodos ordinarios
(CARRASCO 2002). Se desarrolló una hoja programada del tipo Runge – Kutta
de 4 orden, descrito en la ecuación (a), para lo cual se usó el software Matlab
2011.
Para realizar dicho ajuste solo se trabajó con el promedio de los 3
reactores tanto como para biomasa microbiana como para DBO.
VI. RESULTADOS
6.1. Construcción del equipo que simule un sistema de lodos
activados a escala de laboratorio
Figura 8. Construcción de los 3 reactores instalados
44
Figura 9. Tanque de alimentación para los 3 reactores instalados
Figura 10. Mangueras suministradoras de aire por medio de
bombas, a través de los orificios, en la cuba de
aireación para el mezclado y la suministración de
Oxígeno Disuelto OD (mg/L)
45
Figura 11. Pendiente inclinada en la cuba de decantación, para
evitar la acumulación de lodos en las esquinas y
facilitar su salida.
Figura 12. Instalación del equipo que simule el sistema de lodos
activados a escala de laboratorio
46
Cuadro 9. Parámetros pH y Temperatura obtenidos en el reactor 1 en la etapa
de evaluación
Fecha T ºC pH
Reactor Entrada Reactor
18/03/2014 22.3 * 7.88
25/03/2014 19.7 5.73 8.13
31/03/2014 24.6 6.41 7.27
01/04/2014 26.1 * *
PROMEDIO 23.18 6.07 7.76
Cuadro 10. Parámetros pH y Temperatura obtenidos en el reactor 2 en la etapa
de evaluación
Fecha T ºC pH
Reactor Entrada Reactor
18/03/2014 22.1 * 7.17
25/03/2014 22.7 5.73 7.26
31/03/2014 19.6 6.41 8.2
01/04/2014 20.4 * *
PROMEDIO 21.20 6.07 7.54
Cuadro 11. Parámetros pH y Temperatura obtenidos en el reactor 3 en la etapa
de evaluación
Fecha T ºC pH
Reactor Entrada Reactor
18/03/2014 25.1 * 8.11
25/03/2014 24.5 5.73 7.52
31/03/2014 20.1 6.41 7.49
01/04/2014 21.2 * *
PROMEDIO 22.73 6.07 7.71
47
6.2. Determinación del modelo matemático a utilizar para la estimación
de los parámetros biocinéticos.
Determinación del modelo matemático para el balance de biomasa
microbiana
Considerando el enunciado de la ecuación (15) y las ecuaciones
(20), (13) y (22) y sabiendo que las recirculaciones en el trabajo fueron
discontinuas, se generara acumulación, finalmente obtenemos como balance
total de biomasa microbiana para la cuba de aireación el siguiente modelo:
( ) ( )
Determinación del modelo matemático para el balance de carga
orgánica
Considerando el enunciado de la ecuación (15) y las ecuaciones
(24), (14) y (26) y sabiendo que las recirculaciones en el trabajo fueron
discontinuas, se generara acumulación, finalmente obtenemos como balance
total de carga orgánica para la cuba de aireación el siguiente modelo:
( ) ( )
48
6.3. Determinación de la carga orgánica en el periodo de evaluación
Carga orgánica (DBO) en la entrada a los reactores
Figura 13. DBO (ppm) promedio de entrada en los 3 reactores
Promedio de los 3 reactores 1046.45 (ppm) ver Anexo C, Cuadros
53, 55, 57.
Carga orgánica (DBO) en la entrada a los reactores
Figura 14. DBO (ppm) en promedio en los reactores para los 3 reactores
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1400.00
0 48 96 144 192 240 288
DB
O (
pp
m)
Tiempo (Horas)
DBO en la Entrada
PromedioDBO
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
0 48 96 144 192 240 288
DB
O (
pp
m)
Tiempo (Horas)
DBO en el Reactor
PromedioDBO
49
Promedio de los 3 reactores 267.96 (ppm) ver Anexo C, Cuadros 54,
56, 58.
6.4. Determinación de la biomasa microbiana en el periodo de
evaluación y aclimatación
6.4.1. Determinación de biomasa microbiana en el periodo de
aclimatación
Biomasa microbiana en la entrada
Promedio de los 3 reactores 715.75 (ppm) ver Anexo B, Cuadros 29,
31, 33.
Biomasa microbiana en el reactor
Promedio de los 3 reactores 1872.09 (ppm) ver Anexo B, Cuadros
29, 31, 33.
Biomasa microbiana de recirculación
Promedio de los 3 reactores 7732.36 (ppm) ver Anexo B, Cuadros
29, 31, 33.
50
6.4.2. Determinación de biomasa microbiana en el periodo de
evaluación
Biomasa microbiana en la entrada
Figura 15. SSV (ppm) de entrada en los 3 reactores
Promedio de los 3 reactores 556.46 (ppm) ver Anexo B, Cuadros
30, 32, 34.
Biomasa microbiana en los reactores
Figura 16. SSV (ppm) en los 3 reactores en la etapa de evaluación
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 48 96 144 192 240 288
SSV
(p
pm
)
Tiempo (Horas)
SSV en la Entrada
PromedioSSV
0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
2500.00
3000.00
3500.00
4000.00
0 48 96 144 192 240 288
SSV
(p
pm
)
Tiempo (Horas)
SSV en los Reactores
PromedioSSV
51
Promedio de los 3 reactores 1758.64 (ppm) ver ANEXO B, Cuadros
30, 32, 34.
Biomasa microbiana en la recirculación
Figura 17. SSV (ppm) de recirculación del reactor 3 en la etapa de
evaluación
Promedio de los 3 reactores 8153.51 (ppm) ver ANEXO B, Cuadros
30, 32, 34.
6.5. Determinación de la relación entre el recuento en placa por el
método Pour – plate, y los Sólidos suspendidos volátiles.
Cuadro 12. Datos obtenidos para la determinación de la relación entre SSV
(mg/L) y el recuento en placa (UFC/mL)
Recuento (UFC/mL) SSV (mg/L)
9.20E+08 1056.77
1.60E+09 805.38
3.58E+09 983.51
6.87E+09 3290.68
7.40E+09 3996.78
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
24 96 192 240
SSV
(p
pm
)
Tiempo (Horas)
SSV en las Recirculaciones
PromedioSSV (ppm)
52
Figura 18. Relación entre los SSV (mg/L) y el recuento de
microrganismos (Numero/mL)
( )
(
) ( )
Figura 19. Relación entre los SSV (mg/L) y el recuento de
microrganismos (Numero/L) al cuadrado.
y = 4.74041E-07x + 95.3795 R² = 87.8744
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0.00E+00 2.00E+09 4.00E+09 6.00E+09 8.00E+09
SSV
(m
g/L)
UFC (Numero/mL)
Relacion entre SSV y UFC
y = 6.11513E-23x + 5.08930E+02 R² = 98.18
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 6E+25
SSV
(m
g/L)
UFC² (Numero/L)
Relacion entre SSV (mg/L) y UFC² (Numero²/L)
53
6.6. Ajuste de los datos experimentales para la determinación de los
parámetros biocinéticos
Cuadro 13. Parámetros biocinéticos obtenidos para el agua residual del camal
municipal Tingo María
Parámetro biocinéticos Valor Unidad
µmax 3.84 día-1
KS 587 mg/L
YXS 1.476 mgSSV/mgDBO
Kd 0.98 día-1
Figura 20. Variación en promedio para los 3 reactores de la carga
orgánica y biomasa microbiana en el tiempo de
evaluación.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 48 96 144 192 240 288
Co
nce
ntr
ació
n (p
pm
)
Tiempo (Horas)
SSV y DBO en los Reactores
DBO(ppm)
SSV(ppm)
54
Figura 21. Biomasa modelada (simulación) con la biomasa
experimental
Figura 22. Carga orgánica modelada (simulación) con la carga
orgánica experimental
55
Figura 23. Biomasa modelada (comparación) con la biomasa
experimental (R2 = 0.9638)
Figura 24. Carga orgánica modelada (comparación) con la carga
orgánica experimental (R2 = 0.8945)
56
Cuadro 14. Parámetros de diseño y características del equipo, para la
determinación de los parámetros biocinéticos.
Parámetro Valor Unidad
Volumen del decantador 4.16 Litros
Volumen del aireador 13.80 Litros
Caudal de Entrada* 0.42 Litros/hora
Caudal de recirculación* 0.06 Litros/hora
Biomasa de entrada* 556.46 mg/L
Sustrato de entrada* 1046.45 mg/L
Biomasa en el reactor* 1758.64 mg/L
Sustrato en el reactor* 267.96 mg/L
Biomasa de recirculación* 8153.51 mg/L
Tiempo de retención hidráulica 1.379 d-1
Relación A/M 0.432 mgDBO/mgSSV/día
* Valores obtenidos en promedio de los 3 reactores
VII. DISCUSION
7.1. Construcción del equipo simulador de un sistema de lodos
activados a escala de laboratorio
El volumen de la cámara de aireación del trabajo es de
20.5x21x31cm (13.8) Litros, que difiere con los volúmenes utilizados en los
trabajos de TORRES et al.,. 1999, (9.8 Litros) y VARILA & DIAZ 2008, (8
Litros). El volumen del decantador secundario del trabajo es de (4.16) Litros,
que difiere con los volúmenes utilizados en los trabajos de TORRES et al.,.
1999, (7.8 Litros) y VARILA & DIAZ 2008, (5.9 Litros) La regulación de los
caudales en el trabajo se realizaron de forma manual, por el método
volumétrico, a diferencia de VARILA & DIAZ 2008, que realizo su estudio con
una bomba peristáltica, el cual garantizaba un caudal constante. Para la
aireación, se utilizo una bomba de refrigeradora de potencia desconocida, a
diferencia de VARILA & DIAZ 2008, que utilizo difusores con una potencia de
35W/m3. Los parámetros de operación (pH y T ºC) se encuentran dentro de los
rangos obtenidos en el trabajo de VARILA & DIAZ 2008, sin embargo la
temperatura se encuentra fuera del rango propuesto por GIL 2001, 22.73 ºC,
frente a 30 – 45 ºC.
58
7.2. Construcción del equipo simulador de un sistema de lodos
activados a escala de laboratorio
El modelo de cinética microbiana utilizado fue el de Monod, el cual
asume a la DBO como único representante de la materia orgánica. El agua
residual de camal posee nitratos, fosfatos, compuestos minerales entre otros,
(GARZON etal. 2014) para el cual es recomendable la ecuación de la IAWPRC
(GERARD 1999).
7.3. Determinación de la carga orgánica en el periodo de evaluación
El agua residual de la actividad porcina posee nitratos, fosfatos,
compuestos minerales entre otros, (GARZON etal. 2014) lo que hace
necesario un análisis de otros elementos para una mejor representación de la
carga orgánica, cabe mencionar que la DBO solo como indicador de materia
orgánica si resulta factible (RAMALHO 1994), Para el trabajo se utilizaron
botellas de 500 mL, que difiere del volumen descrito por la APHA 1992,
(300mL), sin embargo se respetó las proporcionalidades de los factores de
dilución. La DBO promedio de entrada fue de 1046.45 ppm, a diferencia de la
DBO obtenida por GARZON etal. 2014, 5751 ppm; o por VARILA & DIAZ
2008, 750 ppm. Esto se puede deber a los métodos utilizados, a los factores de
dilución, a las ecuaciones para el cálculo, o a los equipos utilizados.
7.4. Determinación de la biomasa microbiana en el periodo de
evaluación y aclimatación
En la etapa de aclimatación, para poder correr el equipo en el
59
tratamiento de aguas, se necesita que la biomasa microbiana alcance en SSV
3500 ppm (RAMALHO 1994), a diferencia del trabajo realizado, que se obtuvo
en promedio para los 3 reactores 1872.09 ppm, para 3 semanas de
aclimatación, cabe recalcar que el trabajo tuvo como objetivo observar la
cinética de consumo para determinar los parámetros biocinéticos y no el de
tratamiento del agua residual del camal. También los SSV de entrada fueron de
556.46 ppm a diferencia GARZON etal. 2014 que obtuvo 2030 ppm o VARILA
& DIAZ. 2008 que obtuvo 1600 ppm, esta diferencia se puede deber a la forma
en que se determinaron los SSV, indirectamente a través del recuento de
microrganismos por medio de la ecuación (34), y la forma en que se realizó el
recuento, (sin hacer diluciones), y los conteos obtenidos, eran todos mayores
de 300 UFC/ placa, para lo cual según APHA 1992, no debe sobrepasar el
límite mencionado, lo que pudo causar un sesgo al momento del conteo tanto
en la etapa de aclimatación, como la de evaluación, cabe mencionar que a
pesar de tener conteos altos, se pudo diferenciar las UFC para dicho conteo.
La temperatura utilizada en la estufa para la incubación en los recuentos, es de
37 ºC, que difiere de la recomendada por REASONER 1998, lo que pudo
causar una segmentación en cuanto al crecimiento de microrganismos.
7.5. Determinación de la relación entre el recuento en placa por el
método Pour – plate, y los Sólidos suspendidos volátiles.
Según ATLAS et al., 2001, para el líquido del licor de mezcla el
recuento de microrganismos heterótrofos es de 6,6.109 UFC/mL le corresponde
4714.286 ppm de biomasa, y según la ecuación obtenida (34), para 6,6.109
UFC/mL le corresponde 3193.71 ppm de biomasa como SSV. Según
60
GARZON et al., 2014, para agua residual fresca (entrada) el recuento de
microrganismos es de 9,2.108 UFC/mL le corresponde 2030 ppm de biomasa, y
según la ecuación obtenida (34), para 9,2.108 UFC/mL le corresponde 507.24
ppm de biomasa como SSV. Este sesgo por defecto en la ecuación obtenida,
puede ser debido a la diferencia de métodos utilizados al momento de calcular
las UFC/mL de las muestras. La temperatura utilizada en la estufa para la
incubación en los recuentos, es de 37 ºC, que difiere de la recomendada por
REASONER 1998, lo que pudo causar una segmentación en cuanto al
crecimiento de microrganismos.
7.6. Ajuste de los datos experimentales para la determinación de los
parámetros biocinéticos
Los parámetros biocinéticos obtenidos en la práctica realizada no
se encuentran dentro de los rangos propuestos por GIL 2001, que es para
aguas residuales urbanas, excepto el valor de µmax, también FINAMORE
establece que para aguas residuales industriales, el valor de este parámetro es
bajo. El valor de YXS, es distinto al obtenido por FINAMORE et al.,. 1999, (1.476
mgSSV/mgDBO frente a 0.39 mgSSV/mgDBO), también está por encima del
establecido por GIL 2001, (1.476 mgSSV/mgDBO frente al rango de 0,38-0,75
mgSSV/mgDBO), esto se debe a que los valores de SSV siempre se
encuentran muy por encima de la DBO, haciendo que los mg de la carga
orgánica, produzcan mayor cantidad de mg de biomasa en teoría. Este sesgo
se puede deber a los elevados valores de biomasa calculado, al momento de
las recirculaciones, ya que se utilizaron diluciones de 10-7 al momento de medir
biomasa en los reactores, a diferencia de los periodos donde no hubo
61
recirculaciones, se utilizaron diluciones de 10-6.
El valor de Kd, es distinto al obtenido por FINAMORE et al.,. 1999,
(0.98 d-1 frente a 0.034 d-1), también está por encima del establecido por GIL
2001, (0.98 d-1 frente al rango de 0,01-0,14 d-1), Este valor alto de la tasa de
muerte endógena de los microrganismos, se puede deber a la sobresaturación
de biomasa microbiana en las recirculaciones de y la baja relación A/M
obtenida (0.432 mgDBO/mgSSV/día, frente al rango para el sistema
convencional propuesto por GERARD 1999, 0.8-2 mgDBO/mgSSV/día) ,las
recirculaciones no se realizaron en forma continua, si no que se vertió cada
periodo de tiempo todo el lodo decantado acumulado, saturando de biomasa
microbiana la cuba de aireación, disminuyendo la cantidad de alimento (carga
orgánica) por microrganismo (biomasa microbiana), causando muerte por
inanición, aumentando el valor de la tasa de muerte.
El valor de KS, es distinto al obtenido por FINAMORE et al., 1999,
(587 mg/L frente a 35 mg/L), también está por encima del establecido por (GIL
2001, (587 mg/L frente al rango de 12-120 mg/L), según FINAMORE, las aguas
residuales del tipo industrial siempre presentan valores muy elevados. Este
valor alto de la constante de semisaturación, refleja la alta cantidad de carga
orgánica o sustrato, que necesita el microrganismo para alcanzar la tasa
máxima de crecimiento, esto se puede deber a la baja relación A/M obtenida
(0.432 mgDBO/mgSSV/día, frente al rango propuesto por GERARD 1999, 0.8-2
mgDBO/mgSSV/día) este hace que sea necesario mayor cantidad de carga
orgánica o sustrato por microrganismo, para alcanzar la máxima tasa de
crecimiento, reflejado en el alto valor de KS, obtenido.
VIII. CONCLUSIÓN
1. Se construyó en equipo que simule un sistema de lodos activados a escala
de laboratorio, con una cuba de aireación de 20.5x21x31cm (13,8) Litros,
una cámara de decantación con dimensiones de área trapezoidal lateral de
20.5x11.25x11 cm, con un ancho de 21cm, obteniendo como volumen total
4,16 Litro, con una regulación manual del caudal entrada y una bomba de
refrigeradora de potencia desconocida.
2. Se determinó el modelo matemático descrito en las ecuaciones (31) y (32).
3. Se determinó la carga orgánica en la etapa de evaluación, teniendo como
promedio en la entrada 1046.45 ppm, y en el reactor 267.96 ppm.
4. Se determinó la biomasa microbiana tanto en la etapa de aclimatación,
como la de evaluación, obteniendo en la etapa de aclimatación en
promedio 715.75 ppm, 1872.09 ppm, 7732.36 ppm para la entrada al
reactor, en la cuba de aireación y en la recirculación respectivamente. En la
etapa de evaluación se obtuvo en promedio 556.46, 1758.64 ppm, 8153.51
ppm para la entrada al reactor, en la cuba de aireación y en la recirculación
respectivamente.
63
5. Se determinó la relación entre el recuento en placa de microrganismos por
el método Pour – Plate, con los sólidos suspendidos volátiles, descrita en la
ecuación (34).
6. Se determinaron los parámetros biocinéticos del agua residual del camal
municipal Tingo María, mediante un equipo que simulo un sistema de lodos
activados a escala de laboratorio, obteniendo como valores 3.84 día-1,
587mg/L,1.476 mgSSV/mgDBO y Kd 0.96 día-1 para los parámetros µmax,
KS, YXS y Kd, respectivamente
IX. RECOMENDACIONES
1. Utilizar una bomba peristáltica para la regulación del caudal de entrada,
garantizando así un flujo constante para no alterar la cantidad de carga
orgánica y biomasa microbiana en el sistema y evitar cambios bruscos que
pueden alterar los parámetros biocinéticos obtenidos, también se
recomienda utilizar difusores de aire de potencia conocida, para garantizar
una mezcla homogénea y una adecuada suministración de oxígeno
disuelto. Realizar un control continuo de los parámetros pH y T ºC, y la
relación A/M
2. Utilizar un modelo más riguroso para la evaluación de cada componente
del agua residual
3. Utilizar distintas diluciones y distintas metodologías para el reporte de DBO,
también se recomienda un análisis más riguroso de componentes en el
contenido de materia orgánica del agua residual, para obtener una mejor
representación de la materia orgánica.
4. En el recuento en placa de microrganismos, utilizar varias diluciones desde
el rango de 10-5 hasta 10-9 para obtener un recuento dentro del rango de
30 a 300 UFC/mL, para reportar los resultados. También utilizar otros
métodos, para la representación de biomasa microbiana, se recomienda
65
también utilizar una temperatura de 20 a 30 ºC para la incubación en
dichos recuentos, para evitar la segmentación de crecimiento de
microrganismos.
5. Utilizar diferentes métodos de recuento en placa de microrganismos para
comparar con la cantidad de SSV, y observar las diferencias
6. Utilizar un algoritmo estable para el ajuste de datos al modelo establecido,
hacer un control más riguroso de los parámetros de operación del reactor
(pH, y T ºC),
X. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
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potables y residuales, trad. por Díaz de Santos. 3 ed. Madrid, España,
Mc Graw-Hill. p. 562-573, 1486-1492, 745-753.
GERARD, K. 1999. Ingeniería ambiental, fundamentos entornos tecnologías y
sistemas de gestión, trad. por Antonio García Brage, 2 ed, Madrid,
España, Impresos y Revistas IMPRESA. p. 721-726.
RAMALHO, D. 1983. Tratamiento de aguas residuales, trad. por Domingo
Jiménez Beltrán, 3 ed, Ottawa, Canadá, Facultad de ciencia e ingeniería
Universidad de Laval de Canadá, Editorial REVERTE. p. 203-409.
ATLAS, R., BARTHA, RICHARD. 2001. Ecología microbiana y microbiología
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REVERTE. p. 217-264.
CARRASCO, L. 2002. Métodos numéricos aplicados a la ingeniería, trad. por
Ricardo Figueroa García. 2 ed. Bogota, Colombia, Ediciones RFG. p.
440- 453.
67
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SUNASS, (http://www.sunass.gob.pe/websunass/index.php/component/
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FINAMORE, K. 1999. Congreso Universidad Central de Venezuela. [En Línea]:
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GIL, L. 2001. Modelización de procesos de lodos activados. [En Línea]:
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S0718-07642008000400003, 22 de setiembre del2014)
BLANCO, E. 2011. Lodos activados a escala laboratorio para el tratamiento de
efluentes de una industria papelera. [En Línea]: BVSDE,
(www.bvsde.paho.org/bvsaidis/aresidua/peru/ventar017.pdf, 8 de agosto
del 2014)
68
LOPEZ, J. 2009. Tratamiento de aguas porcinas en lodos activados a escala
de laboratorio. [En Línea]: UCHILE, (www.tesis.uchile.cl/bitstream/handle
/2250/103317/lopez_c.pdf?sequence=3, 13 Agosto del 2014).
TORRES 2011. Alternativas de tratamiento biológico aerobio para el agua
residual doméstica del municipio de Cali, Colombia. [En Línea]: RACO,
(http://www.raco.cat/index.php/afinidad/article/view/268129, 2 abril del
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VARILA & DIAZ2008. Tratamiento de aguas residuales mediante lodos
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GARZON 2014. Caracterización de aguas residuales porcinas y su tratamiento
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967, 9 de Abril del 2014)
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Pseudomonas aeruginosa. [En Linea]: AcademicJournals,
(http://www.academicjournals.org/article/article1380721635_Kim%20et
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69
BUMHAN, W. 1998. Comparison of Microbial biomass Estimation Techniques
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www.eeer.org/upload/eer-3-1-47-6.pdf, 12 de setiembre del 2014)
CONTRERAS, E. 2001. Un método alternativo para la determinación de
biomasa en cultivos puros y sistemas de barros activados. [En Línea]:
SEDICI (http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/2384/Docu
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REASONER, C. 1998. Agencia de protección ambiental de los Estados Unidos,
Recuento en placa de microrganismos heterótrofos [En Línea]: BVSDE,
(http://www.bvsde.paho.org/bvsala/e/fulltext/recuento/recuento.pdf, 5 de
setiembre del 2014)
NEIRA, J. 2002, Demanda Bioquimica de Oxigeno [En Línea]: SCRIBD,
(https://es.scribd.com/doc/207419022/DBO-Johanna-Neira 23 de
setiembre del 2014)
XI. ANEXOS
A. MODELO DE HOJAS PARA EL LLENADO DE DATOS
Cuadro 15. Hoja de mediciones de caudales, etapa de aclimatación.
Fecha Hora Caudal (L/min) Observación
Cuadro 16. Hoja de mediciones de biomasa microbiana, etapa de aclimatación
Fecha Hora
Caudal afluente
promedio (L/min)
Biomasa en el
afluente (mg/L)
Biomasa en el
reactor (mg/L)
Caudal de recirculación
(L/min)
Biomasa de recirculación
(mg/L)
71
Cuadro 17. Hoja de evaluación de la biomasa microbiana para la determinación de los parámetros cinéticos
Fecha Hora Caudal afluente
promedio (L/min)
Biomasa en el afluente (mg/L)
Biomasa en el reactor (mg/L)
Caudal de recirculación
(L/min)
Biomasa de recirculación
(mg/L)
72
Cuadro 18. Hoja de evaluación de la carga orgánica para la determinación de los parámetros cinéticos
Fecha Hora Caudal afluente
promedio (L/min)
Carga Orgánica en el afluente
(mg/L)
Carga Orgánica en el reactor
(mg/L)
Caudal de recirculación
(L/min)
Carga Orgánica de recirculación
(mg/L)
73
Cuadro 19. Hoja de trabajo para la determinación de la carga orgánica.
OD₀ (ppm)
OD₅ (ppm)
B₀ (ppm)
B₅ (ppm)
Factor de dilución (p)
Relación de siembra (f)
DBO₅ (ppm)
Cuadro 20. Hoja de trabajo para la determinación de la biomasa microbiana
Numero Fracción Factor de Dilución Numero de m.o.
por mL
Cuadro 21. Hoja de trabajo para la determinación de los SSV
Peso del papel (P.p)
(g)
P.p. después de la estufa
105 °C (g)
Peso crisol (P.c.) (g)
P.c. y P.p. después de la
mufla 550 °C
(g)
SST (mg/L)
SSV (mg/L)
Cuadro 22. Hoja de llenado de datos para el ajuste a la ecuación (34)
UFC (Numero/mL) SSV (mg/L)
74
B. HOJAS LLENAS CON LOS RESULTADOS`
Cuadro 23. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 1
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Caudal afluente promedio
(mL/min) Caudal de recirculación
(mL/min)
0 6.5 0
24 7.1 0
48 6.6 2400
72 6.9 0
96 6.4 0
168 7 0
192 6.5 3800
216 6.4 0
240 6.8 0
264 6.6 3800
336 6.6 3900
360 7.1 0
384 6.8 0
408 7.1 3900
432 6.8 0
Cuadro 24. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de evaluación
para el reactor 1
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Caudal afluente promedio
(mL/min) Caudal de recirculación
(mL/min)
0 6.7 0
24 6.2 4000
48 7.1 0
72 6.9 0
96 7.3 4000
168 7.1 0
192 6.9 4000
216 7.2 0
240 7.1 4000
264 7 0
75
Cuadro 25. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 2
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Caudal afluente promedio
(mL/min) Caudal de recirculación
(mL/min)
0 6.8 0
24 6.3 0
48 6.3 2400
72 6.4 0
96 7.2 0
168 6.6 0
192 7.2 3800
216 6.6 0
240 6.5 0
264 6.8 3800
336 7 3900
360 6.8 0
384 6.7 0
408 6.8 3900
432 6.3 0
Cuadro 26. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de evaluación
para el reactor 2
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Caudal afluente promedio
(mL/min) Caudal de recirculación
(mL/min)
0 6.4 0
24 6.8 4000
48 7.2 0
72 7.1 0
96 6.6 4000
168 6.7 0
192 7.2 4000
216 6.6 0
240 7 4000
264 6.5 0
76
Cuadro 27. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 3
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Caudal afluente promedio
(mL/min) Caudal de recirculación
(mL/min)
0 6.4 0
24 6.4 0
48 7 2400
72 6.7 0
96 6.4 0
168 6.4 0
192 6.6 3800
216 6.5 0
240 6.5 0
264 6.6 3800
336 7.2 3900
360 6.9 0
384 7 0
408 6.6 3900
432 6.7 0
Cuadro 28. Caudales de entrada y recirculación obtenidos, etapa de evaluación
para el reactor 3
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Caudal afluente promedio
(mL/min) Caudal de recirculación
(mL/min)
0 6.6 0
24 6.6 4000
48 6.5 0
72 7 0
96 7.1 4000
168 6.4 0
192 7.1 4000
216 6.8 0
240 6.9 4000
264 6.7 0
77
Cuadro 29. Biomasa microbiana de la entrada, reactor y recirculación
obtenidos, etapa de aclimatación para el reactor 1
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Entrada (mg/L) Reactor (mg/L) Recirculación (mg/L)
0 549.98 388.84 0
24 1184.02 620.04 0
48 634.05 5709.94 5184.48
72 1222.56 875.76 0
96 518.45 847.73 0
168 1141.99 1085.94 0
192 956.33 5709.94 7286.3
216 994.86 1040.4 0
240 581.50 893.27 0
264 570.99 5850.06 9107.88
336 476.41 3222.79 11209.7
360 1078.93 1092.95 0
384 539.47 938.81 0
408 665.58 4413.82 11209.7
432 570.99 847.73 0
Cuadro 30. Biomasa microbiana de la entrada reactor y recirculación obtenidos,
etapa de evaluación para el Reactor 1
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Entrada (mg/L) Reactor (mg/L) Recirculación (mg/L)
0 1285.61 388.84 0
24 670.83 4834.18 5920.12
48 760.16 1446.75 0
72 497.43 942.32 0
96 833.72 3397.94 5044.36
168 525.45 788.18 0
192 1106.96 4186.12 11700.12
216 532.46 1040.4 0
240 329.28 2732.36 8442.3
264 353.81 1054.41 0
78
Cuadro 31. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 2
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Entrada (mg/L) Reactor (mg/L) Recirculación (mg/L)
0 497.43 262.73
24 1099.95 616.53
48 1015.88 1453.76 3678.18
72 756.65 231.2
96 1348.67 227.7
168 1348.67 164.64
192 1184.02 5762.48 7321.33
216 560.48 1460.76
240 1141.99 599.02
264 581.50 3030.12 7461.45
336 655.07 4676.55 10333.94
360 1306.63 1113.96
384 518.45 374.82
408 1205.04 3432.97 10509.09
432 1243.58 385.33
Cuadro 32. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
evaluación para el reactor 2
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Entrada (mg/L) Biomasa (mg/L) Recirculación (mg/L)
0 1285.61 518 0
24 670.83 3083 7076
48 760.16 399 0
72 497.43 571 0
96 833.72 3345 9914
168 525.45 574 0
192 1106.96 3398 10404
216 532.46 792 0
240 329.28 3100 11700
264 353.81 967 0
79
Cuadro 33. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
aclimatación para el reactor 3
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Entrada (mg/L) Reactor (mg/L) Recirculación (mg/L)
0 322.28 336.29
24 914.29 210.18
48 613.03 4886.73 3818.3
72 935.31 1092.95
96 973.84 479.92
168 528.96 287.25
192 549.98 4659.03 4659.03
216 952.82 798.69
240 539.47 385.33
264 570.99 5079.39 5394.67
336 581.50 1926.67 9142.91
360 539.47 1341.66
384 613.03 346.8
408 1015.88 4256.18 9668.36
432 602.52 826.72
Cuadro 34. Biomasa microbiana del reactor y recirculación obtenidos, etapa de
evaluación para el reactor 3
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo (Horas) Entrada (mg/L) Biomasa (mg/L) Recirculación (mg/L)
0 1285.61 532.46 0
24 670.83 1926.67 4729.09
48 760.16 441.38 0
72 497.43 994.86 0
96 833.72 2522.18 9283.03
168 525.45 1008.87 0
192 1106.96 2907.52 4694.06
216 532.46 861.75 0
240 329.28 3152.73 8932.73
264 353.81 851.24 0
80
C. DATOS PRIMARIOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA
Cuadro 35. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 1, etapa de
aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
17/03/2014 11:35 92 8 1.00E+06 7.36E+08
18/03/2014 10:15 261 8 1.00E+06 2.09E+09
19/03/2014 9:40 175 8 1.00E+06 1.40E+09
20/03/2014 11:05 267 8 1.00E+06 2.14E+09
21/03/2014 10:40 278 8 1.00E+06 2.22E+09
24/03/2014 12:20 151 8 1.00E+06 1.21E+09
25/03/2014 9:15 157 8 1.00E+06 1.26E+09
26/03/2014 10:30 272 8 1.00E+06 2.18E+09
27/03/2014 10:50 154 8 1.00E+06 1.23E+09
28/03/2014 9:20 163 8 1.00E+06 1.30E+09
31/03/2014 1:05 166 8 1.00E+06 1.33E+09
01/04/2014 10:50 154 8 1.00E+06 1.23E+09
02/04/2014 11:45 175 8 1.00E+06 1.40E+09
03/04/2014 10:35 290 8 1.00E+06 2.32E+09
04/04/2014 11:40 172 8 1.00E+06 1.38E+09
Cuadro 36. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 1, etapa de
evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por L
07/04/2014 11:35 321 4 1.00E+06 1.28E+09
08/04/2014 10:15 238 4 1.00E+06 9.52E+08
09/04/2014 9:40 434 4 1.00E+06 1.74E+09
10/04/2014 11:05 434 4 1.00E+06 1.74E+09
11/04/2014 10:40 238 8 1.00E+06 1.90E+09
14/04/2014 12:20 150 4 1.00E+06 6.00E+08
15/04/2014 9:15 116 8 1.00E+06 9.28E+08
16/04/2014 10:30 152 8 1.00E+06 1.22E+09
17/04/2014 10:50 94 8 1.00E+06 7.52E+08
18/04/2014 9:20 103 16 1.00E+06 1.60E+09
81
Cuadro 37. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 2 etapa de
aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
17/03/2014 11:35 142 8 1.00E+06 1.14E+09
18/03/2014 10:15 314 8 1.00E+06 2.51E+09
19/03/2014 9:40 290 8 1.00E+06 2.32E+09
20/03/2014 11:05 216 8 1.00E+06 1.73E+09
21/03/2014 10:40 385 8 1.00E+06 3.08E+09
24/03/2014 12:20 385 8 1.00E+06 3.08E+09
25/03/2014 9:15 338 8 1.00E+06 2.70E+09
26/03/2014 10:30 160 8 1.00E+06 1.28E+09
27/03/2014 10:50 326 8 1.00E+06 2.61E+09
28/03/2014 9:20 166 8 1.00E+06 1.33E+09
31/03/2014 1:05 187 8 1.00E+06 1.50E+09
01/04/2014 10:50 373 8 1.00E+06 2.98E+09
02/04/2014 11:45 148 8 1.00E+06 1.18E+09
03/04/2014 10:35 344 8 1.00E+06 2.75E+09
04/04/2014 11:40 355 8 1.00E+06 2.84E+09
Cuadro 38. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 2, etapa de
evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
07/04/2014 11:35 321 4 1.00E+06 1.28E+09
08/04/2014 10:15 238 4 1.00E+06 9.52E+08
09/04/2014 9:40 434 4 1.00E+06 1.74E+09
10/04/2014 11:05 434 4 1.00E+06 1.74E+09
11/04/2014 10:40 238 8 1.00E+06 1.90E+09
14/04/2014 12:20 150 4 1.00E+06 6.00E+08
15/04/2014 9:15 116 8 1.00E+06 9.28E+08
16/04/2014 10:30 152 8 1.00E+06 1.22E+09
17/04/2014 10:50 94 8 1.00E+06 7.52E+08
18/04/2014 9:20 103 16 1.00E+06 1.60E+09
82
Cuadro 39. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 3 etapa de
aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
17/03/2014 11:35 157 8 1.00E+06 1.26E+09
18/03/2014 10:15 338 8 1.00E+06 2.70E+09
19/03/2014 9:40 181 8 1.00E+06 1.45E+09
20/03/2014 11:05 349 8 1.00E+06 2.79E+09
21/03/2014 10:40 148 8 1.00E+06 1.18E+09
24/03/2014 12:20 326 8 1.00E+06 2.61E+09
25/03/2014 9:15 273 8 1.00E+06 2.18E+09
26/03/2014 10:30 284 8 1.00E+06 2.27E+09
27/03/2014 10:50 166 8 1.00E+06 1.33E+09
28/03/2014 9:20 163 8 1.00E+06 1.30E+09
31/03/2014 1:05 136 8 1.00E+06 1.09E+09
01/04/2014 10:50 308 8 1.00E+06 2.46E+09
02/04/2014 11:45 154 8 1.00E+06 1.23E+09
03/04/2014 10:35 190 8 1.00E+06 1.52E+09
04/04/2014 11:40 163 8 1.00E+06 1.30E+09
Cuadro 40. Recuento de microrganismos en la entrada del reactor 3 etapa de
evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
07/04/2014 11:35 321 4 1.00E+06 1.28E+09
08/04/2014 10:15 238 4 1.00E+06 9.52E+08
09/04/2014 9:40 434 4 1.00E+06 1.74E+09
10/04/2014 11:05 434 4 1.00E+06 1.74E+09
11/04/2014 10:40 238 8 1.00E+06 1.90E+09
14/04/2014 12:20 150 4 1.00E+06 6.00E+08
15/04/2014 9:15 116 8 1.00E+06 9.28E+08
16/04/2014 10:30 152 8 1.00E+06 1.22E+09
17/04/2014 10:50 94 8 1.00E+06 7.52E+08
18/04/2014 9:20 103 16 1.00E+06 1.60E+09
83
Cuadro 41. Recuento de microrganismos en el reactor 1, etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
17/03/2014 11:35 111 8 1.00E+06 8.88E+08
18/03/2014 10:15 177 8 1.00E+06 1.42E+09
19/03/2014 9:40 163 8 1.00E+07 1.30E+10
20/03/2014 11:05 250 8 1.00E+06 2.00E+09
21/03/2014 10:40 242 8 1.00E+06 1.94E+09
24/03/2014 12:20 310 8 1.00E+06 2.48E+09
25/03/2014 9:15 326 4 1.00E+07 1.30E+10
26/03/2014 10:30 297 8 1.00E+06 2.38E+09
27/03/2014 10:50 255 8 1.00E+06 2.04E+09
28/03/2014 9:20 167 8 1.00E+07 1.34E+10
31/03/2014 1:05 92 8 1.00E+07 7.36E+09
01/04/2014 10:50 312 8 1.00E+06 2.50E+09
02/04/2014 11:45 268 8 1.00E+06 2.14E+09
03/04/2014 10:35 252 4 1.00E+07 1.01E+10
04/04/2014 11:40 242 8 1.00E+06 1.94E+09
Cuadro 42. Recuento de microrganismos en el reactor 1, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
07/04/2014 11:35 152 8 1.00E+06 1.22E+09
08/04/2014 10:15 110 4 1.00E+07 4.40E+09
09/04/2014 9:40 126 8 1.00E+06 1.01E+09
10/04/2014 11:05 284 8 1.00E+06 2.27E+09
11/04/2014 10:40 144 4 1.00E+07 5.76E+09
14/04/2014 12:20 288 8 1.00E+06 2.30E+09
15/04/2014 9:15 166 4 1.00E+07 6.64E+09
16/04/2014 10:30 246 8 1.00E+06 1.97E+09
17/04/2014 10:50 180 4 1.00E+07 7.20E+09
18/04/2014 9:20 243 8 1.00E+06 1.94E+09
84
Cuadro 43. Recuento de microrganismos en el reactor 2, etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
17/03/2014 11:35 75 8 1.00E+06 6.00E+08
18/03/2014 10:15 176 8 1.00E+06 1.41E+09
19/03/2014 9:40 83 4 1.00E+07 3.32E+09
20/03/2014 11:05 66 8 1.00E+06 5.28E+08
21/03/2014 10:40 65 8 1.00E+06 5.20E+08
24/03/2014 12:20 47 8 1.00E+06 3.76E+08
25/03/2014 9:15 329 4 1.00E+07 1.32E+10
26/03/2014 10:30 417 8 1.00E+06 3.34E+09
27/03/2014 10:50 171 8 1.00E+06 1.37E+09
28/03/2014 9:20 173 4 1.00E+07 6.92E+09
31/03/2014 1:05 267 4 1.00E+07 1.07E+10
01/04/2014 10:50 318 8 1.00E+06 2.54E+09
02/04/2014 11:45 107 8 1.00E+06 8.56E+08
03/04/2014 10:35 196 4 1.00E+07 7.84E+09
04/04/2014 11:40 110 8 1.00E+06 8.80E+08
Cuadro 44. Recuento de microrganismos en el reactor 2, etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
07/04/2014 11:35 148 8 1.00E+06 1.18E+09
08/04/2014 10:15 176 4 1.00E+07 7.04E+09
09/04/2014 9:40 114 8 1.00E+06 9.12E+08
10/04/2014 11:05 163 8 1.00E+06 1.30E+09
11/04/2014 10:40 191 4 1.00E+07 7.64E+09
14/04/2014 12:20 164 8 1.00E+06 1.31E+09
15/04/2014 9:15 194 4 1.00E+07 7.76E+09
16/04/2014 10:30 226 8 1.00E+06 1.81E+09
17/04/2014 10:50 177 4 1.00E+07 7.08E+09
18/04/2014 9:20 276 8 1.00E+06 2.21E+09
85
Cuadro 45. Recuento de microrganismos en el reactor 3, etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
17/03/2014 11:35 96 8 1.00E+06 7.68E+08
18/03/2014 10:15 60 8 1.00E+06 4.80E+08
19/03/2014 9:40 279 4 1.00E+07 1.12E+10
20/03/2014 11:05 312 8 1.00E+06 2.50E+09
21/03/2014 10:40 137 8 1.00E+06 1.10E+09
24/03/2014 12:20 82 8 1.00E+06 6.56E+08
25/03/2014 9:15 266 4 1.00E+07 1.06E+10
26/03/2014 10:30 228 8 1.00E+06 1.82E+09
27/03/2014 10:50 110 8 1.00E+06 8.80E+08
28/03/2014 9:20 290 4 1.00E+07 1.16E+10
31/03/2014 1:05 110 4 1.00E+07 4.40E+09
01/04/2014 10:50 383 8 1.00E+06 3.06E+09
02/04/2014 11:45 99 8 1.00E+06 7.92E+08
03/04/2014 10:35 243 4 1.00E+07 9.72E+09
04/04/2014 11:40 236 8 1.00E+06 1.89E+09
Cuadro 46. Recuento de microrganismos en el reactor 3, etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
07/04/2014 11:35 111 8 1.00E+06 8.88E+08
08/04/2014 10:15 276 4 1.00E+07 1.10E+10
09/04/2014 9:40 413 8 1.00E+06 3.30E+09
10/04/2014 11:05 269 8 1.00E+06 2.15E+09
11/04/2014 10:40 194 4 1.00E+07 7.76E+09
14/04/2014 12:20 225 8 1.00E+06 1.80E+09
15/04/2014 9:15 239 4 1.00E+07 9.56E+09
16/04/2014 10:30 297 8 1.00E+06 2.38E+09
17/04/2014 10:50 156 4 1.00E+07 6.24E+09
18/04/2014 9:20 301 8 1.00E+06 2.41E+09
86
Cuadro 47. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 1,
etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
19/03/2014 9:40 148 4 1.00E+07 5.92E+09
25/03/2014 9:15 208 4 1.00E+07 8.32E+09
28/03/2014 9:20 260 4 1.00E+07 1.04E+10
31/03/2014 1:05 320 4 1.00E+07 1.28E+10
03/04/2014 10:35 320 4 1.00E+07 1.28E+10
Cuadro 48. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 1,
etapa de evaluación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
08/04/2014 10:15 135 4 1.00E+07 5.40E+09
11/04/2014 10:40 265 4 1.00E+07 1.06E+10
15/04/2014 9:15 134 4 1.00E+07 5.36E+09
17/04/2014 10:50 255 4 1.00E+07 1.02E+10
Cuadro 49. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 2,
etapa de aclimatacion
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de Dilución
Numero de m.o. por mL
19/03/2014 9:40 105 4 1.00E+07 4.20E+09
25/03/2014 9:15 209 4 1.00E+07 8.36E+09
28/03/2014 9:20 213 4 1.00E+07 8.52E+09
31/03/2014 1:05 295 4 1.00E+07 1.18E+10
03/04/2014 10:35 300 4 1.00E+07 1.20E+10
87
Cuadro 50. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 2,
etapa de evaluación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de
Dilución
Numero de m.o.
por mL
08/04/2014 10:15 202 4 1.00E+07 8.08E+09
11/04/2014 10:40 283 4 1.00E+07 1.13E+10
15/04/2014 9:15 297 4 1.00E+07 1.19E+10
17/04/2014 10:50 334 4 1.00E+07 1.34E+10
Cuadro 51. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 3,
etapa de aclimatación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de
Dilución
Numero de m.o.
por mL
19/03/2014 9:40 109 4 1.00E+07 4.36E+09
25/03/2014 9:15 133 4 1.00E+07 5.32E+09
28/03/2014 9:20 154 4 1.00E+07 6.16E+09
31/03/2014 1:05 261 4 1.00E+07 1.04E+10
03/04/2014 10:35 276 4 1.00E+07 1.10E+10
Cuadro 52. Recuento de microrganismos en la recirculación del reactor 3,
etapa de evaluación
Fuente: Elaboración Propia
Fecha Hora Numero Fracción Factor de
Dilución
Numero de m.o.
por mL
08/04/2014 10:15 169 4 1.00E+07 6.76E+09
11/04/2014 10:40 144 4 1.00E+07 5.76E+09
15/04/2014 9:15 334 4 1.00E+07 1.34E+10
17/04/2014 10:50 241 4 1.00E+07 9.64E+09
88
Cuadro 53. DBO en la entrada del reactor 1, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo OD₀
(ppm)
OD₅
(ppm) B₀ (ppm) B₅ (ppm)
Factor de
dilución (p)
Relación de
siembra (f)
DBO₅
(ppm)
0 8.04 2.51 8.04 7.47 200 0.995 992.57
24 8.28 2.76 8.28 7.45 200 0.995 938.83
48 8.26 2.81 8.26 7.37 200 0.995 912.89
72 7.92 2.08 7.92 7.3 200 0.995 1044.62
96 7.87 2.23 7.87 7.26 200 0.995 1006.61
168 8.22 2.23 8.22 7.25 200 0.995 1004.97
192 7.82 1.22 7.82 7.13 200 0.995 1182.69
216 8.03 1.4 8.03 7.28 200 0.995 1176.75
240 7.85 0.87 7.85 7.24 200 0.995 1274.61
264 7.87 1.22 7.87 6.94 200 0.995 1144.93
Cuadro 54. DBO en el reactor 1, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo OD₀
(ppm)
OD₅
(ppm) B₀ (ppm) B₅ (ppm)
Factor de
dilución (p)
Relación de
siembra (f)
DBO₅
(ppm)
0 7.97 2.72 7.97 7.21 200 0.995 898.76
24 7.71 5.94 7.71 7.24 200 0.995 260.47
48 7.84 4.85 7.84 6.44 200 0.995 319.40
72 8 6.36 8 7.02 200 0.995 132.98
96 8.26 5.93 8.26 6.55 200 0.995 125.71
168 7.68 6.74 7.68 6.85 200 0.995 22.83
192 7.88 6.54 7.88 6.65 200 0.995 23.23
216 7.69 5.32 7.69 7.2 200 0.995 376.49
240 8.14 6.08 8.14 6.8 200 0.995 145.34
264 8.1 5.73 8.1 6.73 200 0.995 201.37
89
Cuadro 55. DBO en la entrada del reactor 2, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo OD₀
(ppm)
OD₅
(ppm) B₀ (ppm) B₅ (ppm)
Factor de
dilución (p)
Relación de
siembra (f)
DBO₅
(ppm)
0 7.95 1.21 7.95 6.93 200 0.995 1145.02
24 7.93 1.56 7.93 6.91 200 0.995 1071.02
48 7.97 0.32 7.97 7.17 200 0.995 1370.80
72 7.95 1.21 7.95 7.35 200 0.995 1228.60
96 7.83 1.26 7.83 7.19 200 0.995 1186.64
168 8.02 0.62 8.02 6.92 200 0.995 1261.10
192 7.92 0.82 7.92 6.74 200 0.995 1185.18
216 8.05 1.1 8.05 6.91 200 0.995 1163.14
240 7.93 1.4 7.93 7.31 200 0.995 1182.62
264 7.94 0.85 7.94 7.27 200 0.995 1284.67
Cuadro 56. DBO en el reactor 2, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo OD₀
(ppm)
OD₅
(ppm) B₀ (ppm) B₅ (ppm)
Factor de
dilución (p)
Relación de
siembra (f)
DBO₅
(ppm)
0 7.32 1.7 7.32 6.96 200 0.995 1052.36
24 8.28 6.86 8.28 6.99 200 0.995 27.29
48 7.78 5.68 7.78 6.85 200 0.995 234.93
72 7.6 7.26 7.6 7.31 200 0.995 10.29
96 7.66 4.97 7.66 7.43 200 0.995 492.23
168 8.47 5.57 8.47 7.26 200 0.995 339.21
192 7.87 4.62 7.87 6.46 200 0.995 369.41
216 7.95 6.4 7.95 6.78 200 0.995 77.17
240 8.52 5.95 8.52 6.83 200 0.995 177.69
264 7.65 6.94 7.65 7.16 200 0.995 44.49
90
Cuadro 57. DBO en la entrada del reactor 3, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo OD₀
(ppm)
OD₅
(ppm) B₀ (ppm) B₅ (ppm)
Factor de
dilución (p)
Relación de
siembra (f)
DBO₅
(ppm)
0 8.02 0.87 8.02 5.57 200 0.995 942.45
24 7.74 2.85 7.74 7.13 200 0.995 856.61
48 8.08 3.52 8.08 7.68 200 0.995 832.40
72 8.01 3.61 8.01 7.46 200 0.995 770.55
96 7.72 1.3 7.72 5.76 200 0.995 893.96
168 8.08 0.14 8.08 5.02 200 0.995 979.06
192 7.73 0.92 7.73 5.09 200 0.995 836.64
216 7.96 2.46 7.96 6.29 200 0.995 767.67
240 7.86 0.4 7.86 5.52 200 0.995 1026.34
264 7.74 2.48 7.74 6.06 200 0.995 717.68
Cuadro 58. DBO en el reactor 3, etapa de evaluación.
Fuente: Elaboración Propia
Tiempo OD₀
(ppm)
OD₅
(ppm) B₀ (ppm) B₅ (ppm)
Factor de
dilución (p)
Relación de
siembra (f)
DBO₅
(ppm)
0 7.27 3.96 7.27 7.39 200 0.995 685.88
24 8.38 6.22 8.38 6.33 200 0.995 24.05
48 7.17 5.35 7.17 6.21 200 0.995 172.96
72 8.21 5.19 8.21 7.18 200 0.995 399.03
96 8.1 6.46 8.1 6.83 200 0.995 75.27
168 8.5 4.45 8.5 6.35 200 0.995 382.15
192 8.35 5.7 8.35 7.28 200 0.995 317.07
216 7.6 4.88 7.6 7.25 200 0.995 474.35
240 7.97 6.5 7.97 7.13 200 0.995 126.84
264 8.62 6.97 8.62 7.21 200 0.995 49.41
91
Cuadro 59. Recuento en placa para la determinación de la relación de SSV
(mg/L) y UFC (Numero/mL).
Fuente: Elaboración propia
Numero Fracción Factor de dilución Numero de m.o. por L
131 2 1.00E+06 2.60E+08
54 1 1.00E+07 5.36E+08
94 1 1.00E+07 9.36E+08
83 2 1.00E+07 1.60E+09
57 1 1.00E+08 5.67E+09
Cuadro 60. Recuento en placa para la determinación de la relación de SSV
(mg/L) y UFC (Numero/mL).
Numero Fracción Factor de Dilución Numero de m.o. por
L
92 1 1.00E+07 9.20E+08
161 1 1.00E+07 1.61E+09
179 2 1.00E+07 3.58E+09
69 1 1.00E+08 6.90E+09
74 1 1.00E+08 7.40E+09
Cuadro 61. Sólidos Suspendidos Volátiles para la determinación de la relación
de SSV (mg/L) y UFC (Numero/mL).
Peso crisol (g)
Peso Crisol después de la
mufla 550 ºC (g)
Volumen de muestra
(mL)
Sólidos Suspendidos No Volátiles (mg/L)
Sólidos Suspendidos
Volátiles (mg/L)
41.9282 41.9347 50 130.6120 1056.7696
41.9282 41.9463 50 361.8378 805.3808
41.9282 41.9421 50 277.4002 983.5097
41.9282 42.0021 50 1478.4217 3290.6806
41.9282 41.9607 50 650.6385 3996.7795
92
Cuadro 62. Sólidos Suspendidos Totales para la determinación de la relación
de SSV (mg/L) y UFC (Numero/mL).
Peso Papel (g) Peso Papel después de la
estufa 105 ºC (g) Volumen de
muestra (mL) Sólidos Suspendidos
Totales (mg/L)
1.3288 1.3882 50 1187.3816
1.3341 1.3925 50 1167.2186
1.3595 1.4225 50 1260.9099
1.3291 1.5676 50 4769.1023
1.3439 1.5763 50 4647.4180
D. GALERIA DE FOTOS
Figura 25. Haciendo mediciones de pH y Temperatura ºC
93
Figura 26. Con los equipos corriendo el sistema
Figura 27. Haciendo el recuento de microrganismos
94
Figura 28. Haciendo la mediciones de Oxígeno Disuelto para la
determinación de la DBO (mg/L)
Figura 29. Con el filtrado para la incineración y posterior determinación
de SSV
95
Figura 30. Recuento en placa del reactor, etapa de evaluación
Figura 31. Recuento en placa del reactor para la calibración