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/' ARIWNQUE DE UN REGCTOR ANUEHOBIU CON LQDOS ADAPTADOS COMO INOCULO Y UN AFLUENTE INDUSTRIAL DE LA INDUSTRIA AGROGLIMENTICIA (INGENIO AZUCARERO).
REALIZADO EN EL LABORATORIO DE MICRQBIOLOGIA AMBIENTAL. DPTU. BIOTECNOLOGIA, UAM-I
PARTICIPANTE : ROXANA GUBRIELA INGENIERO EN AL os. . . " . . . I
\Lo ASESOR : DR. JEAN PIERRE GUYOT. ae A\.\\%\e*\a5
1990
. .:
t r a t a m i e n t a a n a e r o b k o d e aquas de desecho, la han cslacado CUiTiO ui7a
a l t e r n a t i v a s e r i a , c a n f i a b l e y e + i c r i e n t e , q t ~ e tin m~!ctios casas) ee,
s ~ t p ~ r i o r a io5 p t - ~ c e ~ o s atlt-obic!s I I ) I
Esto SE f u n d a m e n t a e n e l hechi i de que las característ iras
m e t a b 6 1 icacl d e l grupo de m i c r ~ a r g a n i s m o s i n v o l u c f - a d a s E?n el proceso
a n a e r o b i o , o f r e c e n mayaues v e n t a j a - ; en c u a n t c s a ‘11 a p l i c a c i ó n , su i n g e n i e r í a y s u c o n t r o l , e n c o m p a r a c i 6 n a Io5 mict-oot-gariismas
aet-ob ios.
E n c u a n t o a l p u n t a de , v i s t a e n e r N t i c a , u n a bac ter ia
a n a i r o b i a u t i l i z a e l 1 0 % d e l a e n e r g í a c o n t e n i d a en s u a l i m e n t o c1
ciiicitrato para f u n c i o n e s d e r e p r o d u c c i ó n . d a n d a o r i g e n a n u e v a s ,
c é l u l a s ; e l 90 X r e s t a n t e l o d i r i g i r á a l a C r r o d u c c i ó n de b i o g a s
(metano 6 5 COZ). Por sti p a r t e :la bacter-ia a e r o b i a , empleará e n
p r e k e n c i a de oxígeno, ~ t n 60-65 % d e la e n e r g í a d e l s u s t r a t o e n ia síntesis de n u e v a s cél~tlac;, m i e n t r a s ; l a - f r a c c i ó n r e s t a n t e es
u t i l i z a d a para l l e v a r a cabo otras f u n c i o n e s metakblicas y d i s i p a d a
e n forma de calor . Las i m p i i c a c i o n e s i n g e n i e r i l e s son muy i m p o ’ r t a n t e s como se
i n d i c a a c o n t i n u a c i ó n :
- Existe u n a menor p r o d d u c c i b n de lodos e n la v í a
a n a e r o b i a ( a p r o x i m a d a m e n t e c i n c o veces m e n o r ) d i s m i n u y e n d o así los
problemas d e tratamiento y d i s p o s i c i ó n Y e lodcs U5 purga. Adr;máe, si Ias lodas están Iu s u f i c i e n t e m e n t e e s t a D i i i z a d o c , p u e d e n ser
e v a c u a d o s d i r e c t a m e n t e sin un t r a t a m i e n t o p r e v i o (1, 8). - La e n e r g f a c o n t e n i d a en el m e t a n a , puede ser u t i l i z a d a
como enerc;i a calor1 f i c a o set- t r a n s f o r m a d a a rneráfiica o e léctr ica ,
s e m n l a s n e c e s i d a d e s (poder calor-1 f i c a d e l m e t a n o , , 8850 kcal/m3) .Estc r e p r e s e n t a u n a +uc inte d e aharr-o aara l a i n d u s t r i a , ya
que se p u e d e n g e n e r a r i n q t - e s a s netos m e d i a n t e l a r-ecuperación d e l
b i ogas p roduc i do.
a n a e r o b i o s : (El)
- Lac, bacter ia5 artaerabias ( p a r t i c u l a r m e n t e l a s
m e t a n o g é n i c a s ) san muy sensibles a compuestos t6xico5.
- E l a r r a n q u e d e l proceso es. lenta.
- E l t r a t a m i e n t o anaerobio puede r-eqcierir de ~1.n a d e c U E( d L)
post r-a t am i ent o
La m e t a n o g 6 n e s i s o c u r r e en ecssistemas m u y diversos s i n
e m b a r g a c a d a u n o d e e l lo-, t i e n e caracteví st i rac p r o p i a s , l o que
hace q u e p u e d a n sambiat- u n p a c a 1 3 s mecanismas de m e t a n o g & n e s i s . A
pesar d e estas p a t - t i c u l a r i d a d e s f u n d a m e n t a l e s , s o n cas i 1 0 5 mismos. Se r e q u i e r e n t res c o n d i c i o n e s básicas para t e n e r una
. m e t a n o g & n e s i s a d e c u a d a :
\
' .
- a n a e r o b i o s i s e s t r i c ta ,
- condiciones r e d u c t o r a s rigurosas i -330 mV1.
- a u s e n c i a d e aceptares m i n e r a l e s i i i - : a l e s ~ i i e fctvct-eztlart o-
t r a s v í a s en r o m p e t i c i 6 n can l a m z t a n a g é n e s i s .
Además de estas c o n d i c i o n e s . &e deben respetar l a 5
e x i g e n c i a s específicas de cada g r - i i c u de h a c t ~ r i a r ; i n v o l u c t - a d a s
temper-attii-a. pH, ~1 ignelementuc, etz ( 6 ) .
La metanogénesis otur-r-t? entrr-i L ~ R pi-! de 6.7-7.5 <a pHs
ácidos, los á c i d o s grasos vts lát i le i ; puederi provocar una i n h i b i c i ó n
d e l ferdmem,) y l a temperatura óptima es de 35°C ( 6 , 7). Por 10 general estas condic iones se autaestablecen e n los
reac tores anaerobios y no hay necesidad de reducir previamente .el i n f l u e n t e , siempre que se apsr-e adecuadamente.
Es reconocido actualmente que el .Fenómeno d e digesjti6n
anaet-obia 5e desarro l la e n tres etapas.
Primera etapa : H i d r ó l i s i s o Fermentación. En e l l a 5e i n i c i a
e l fenómeno de d i g e s t i ó n anaerobia. Los po l f m e r o s natura les c o m o l a
ce lu losa , pect ina, pt-ateí nas, etc, 6 compuestas de más ba jo peso
molecular (amincAcidos, sacár idos , l í p i d o s ) , 5on transformados por
h i d t - ó l i s i s o fermentaci6n e n á c i d o s carbord licos, alcoholer;,
hidr6ganci y CD2. Los ác i do5 carbord l i cos producidos, son pr inc ipa lmente á c i d o s gt-asos v o l á t i lec : ace ta to , propionato, n e
i so-but i rato y n e iso-va l6r ico . Las bactet- ias respansables d e e s t a
etapa pertenecen a d i f e r e n t e s grupos y pueden ser- anaerobias
f a c u l t a t i v a s 6 er ; t r ic tas .
ace togénes is los productos de fermentaci6n produi idos
anter iormente 5an conver t idas e n ace ta to , H2 y COZ por un grupo de bac t e r i as acetogénicas productat-as c b l iqadas de hidrbgeno ó OHPA
en ing l es . Estas b a c t e r i a s son ;,nhibidas por el hidr6gena que
producen y es necesario que este nci se acumule e n el medio. Por eso l a5 bac t e r i a s OHPA t i e n e n una estrecha r e l a c i 6 n con las bac t e r i as
SegÜnda etapa : Acetog6nesis. 1 ) Bac te r ias OHPA. Durante l a
hidrogenoSl1 i cas 'que remueven el hidrógeno. For l o genet-al estas
bac t e r i as hidrogenctfí l i c a s son metanog6nicas. pero si el medio
' cont iene s u l f a t o s , la5 bac t e r i as s u l f a t o reductoras (ESR)
subst i tuyen a lac, metanogéniczs. Cuando el medio n o tiene Su l f d t 05
c l e t - t ~ ~ grupos de BSi?? san capaces d e establecet- tina r e l ac i ón
s inkrbf i c a con las metanag&nicas hicirogenoi'i 1 icas d e l a m i s m a
manera que l a s bac t e r i as OHF'A.
I: .-.
11 11 Bcittsr i a s Su í f a t o Reductor-as
( B C R ) . Ez*Las bac t e r i a s t i e n e n l a capacidad d e reduc ir los sul-fatcs
en sudfurac, de hidudgerio. La importancia de este gr-uDa e= 10s. digestares depende pr incipalmente de l a pr-esencia be sulfato en e l
e f l u e n t e a t r a t a r y tambien de la capacidad de unas 233 de establecer- en ausencia de sulfato, una t r ans f e r enc i a i n t e r e spe c i e
de hidrdgeno can bac t e r i a s metanoq&nicas. Estas bac t e r i a s se d i v iden
en dos grupas : las capaces de oxidar parc ia lmente el l a c t a t s e n
a c e t a t o y COZ, .e
2 CH3CHOHCOO + SClc----i-- 2 fH3COÓ + 2 HC03-+ HS + H+ Go' = -28.2 kcal/reacción
y la5 que r e a l i z a n ttn presenc ia de sul+atos la o x i d a c i b n de 105
ácidos graso5 vo lá t i l es y d e unas compuestos aro~r&tico% En ausencia
de 5Ulf-at05, no pueden rea l i zar - una t r ans f e r enc i a i n t e r e spe c i e de
' hidr-dgeno, lo que d e j a a l a s OHPA l a e x c lu s i v i dad de l a degradacic5n
de los á c i d o s grasas vo lát i l es , cuando el efluente no t i c i n e r
su l f a t a s .
La sulfato reducción e n los d i g e s t o r e s t i e n e ' :in ac,pecta
n ega t i v o dado que los c;ulfut-os producidas, cuando se acumulan,
püeden i n h i b i r l a metanogénesis.
' Tercer-a etapa : Metanogenesis. Esta etapa es ia t l l t ima en e l
* pracesa d e degradación anaerobia de l a mater ia orgánica y es
llevado a cabo par el grupo de l a s b a c t e r i a s metanag4nicas. Con
anaerobiac e s t r i c t a s " y es necesar io tener po t enc i a l e s de ó x i d o redctcci6n menores J -330 mV para que pueda l l e v a r s e a cabo l a
metanogénesis. Esta-, bact.zr-iac ~ , e pueden d i v i d i r en d e s gr-uuus
4
FIG. f :: Esquema de la Degradación Anaerotiia de l a
Mater ia OrGánica..
Aceragé nesis
MATERIA CEGRNICA 1 I
I Homoclcetpg6 nesic
t 1
I Pict a no@ ne-, i c,
5
$-r ALETAT0
La evolucibn de la t e c n s l o y l a a n i e r c ~ h i s . !-la dadu iugar ; a
tres g e n e r a c i o n e s d e r-eAr:tat-e5. La pt-imet-a comprende aquel l o s procesos e n d o n d e l a b i o m a s a se e n c u e n t r a e n s u s p e n s i ó n : e n los de
s e g u n d a g e n e r a c i ó n . 105 m i c r o o r q a n i s m o s s o n r e t e n i d o s e n el reactor
ya síea a i s u m i n i s t r á r s e l e c un s o p o r t e para que se a d h i e r a n en forma
de b i o p e l l c u l a o b i e n por m e d i o d e su s e d i m e n t a c i 6 n ; los reactores
d e t e r c e r a g e n e r a c i ó n t i e n e n tambi4.n los m i c r o o t - g a n i s m o s e n forma
d e b i o p e l l c u l a , p e r o el s o p o r t e ce e x p a n d e o f i u i d i f i c a c o n a l t a s
v e l o c i d a d e s d e + l u j o . A c o n t i n u a c i ó n 5e d e s c r i b e n b r e v e m e n t e l a s ca rac t e r í s t i cas del r e a c t o r e m p l e a d o e n este e s t u d i o , q u e e5 un
reactor UASB de s e g u n d a g e n e r a c i6 n.
E l reactor a n a e r o b i o U4SB ( U p f l o w ' A n a e r o b i c S l u d g e B l a n k e t ) , es un p r o c e s o b i e n e s t a b l e c i d o p a r a e l t r a t a m i e n t o a n a e r o b i o de varia5 d e s e c h o s l í q u i d o s . Sus a l t a s e + i c i e n c i a s s o n d e b i d a s a l a
f a r m a c i 6 n ' d e un l e c h o de l o d o s q r a n c t l a r e s c o n b u e n a s
caracterf s t i cas d e s e d i m e n t a c i ó n . La c a p a c i d a d d e d e c a n t a c i ó n ' d e
estos l o d o s favorece un a l t o g r a d o de retention d e biomasa e n el reactof q u e c u e n t a c o n una buena ac t i v i dad me tanc t g en i c a y permite
l o g r a r bajos t i e m p o s d e t - e t e n c i 6 n h i d r á u l i c a c o n a l t o s t i e m p o s de r e t e n c i ó n d e los m i c r o o r q a n i s m o s (5). ,
__ _ _
En c u a n t o d 5u e s t r u c t u r a , el reactor c u e n t a c o n c u a t r o
p a r t e s e s e n c i a l e s :
i.- Un s e d i m e n t a d o r e n l a p a r t e s u p e r i o r .
2.- Una cámara de a l m a c e n a j e d e gas.
3. - E l reactor p r o p i a m e n t e d i c h o .
4.- Sistema h i d r á u l i c o .
E l i n f l u e n t e e n t r a pot- l a p a r t e i n . f e r i w r d e l reactor y
a t r a v i e sa un manto d e lodos. - E l s ed imen tada t - e n l a p a r t e s u p e r i o r d e l reactor e v i t a l a
s a l i d a de s 6 l i d 0 5 s u s p e n d i d o s e n el e- f luente y f a v o r e c e l a
e v a c u a c i 6 n d e l gas y 1s d e c a n t a c i ó n d e 10s f l d c u l o s que
e v e n t u a l m e n t e 1 l e g a n a i a p a r t e s u p e r i o r d e l r e a c t o r
A
i
TRCtTAM 1 EN7-Q ANFiEHOB I O T)E V I NALRS
El agua residual obtenida de la destilación del alcol-tol de caf'ía , 542 le co'nore canto v i n a z a y se produce a r a z 6 n de 12-16 1 / 1
d e alcohol destilado. Las vinnzas pruvenientes d z la termentación de mrilazas de
c&ap presentan m u y sitas concentracianes de materia orgánica, a.sí
como elevadas temperaturas C8(: )oC)? io que la canvierte en un agua residual de d i f % c i 1 tratamiento, con un potencial enorme de impacto negativo a i ambiente.
Se ha trabajada a nivel laboratorio y pilato i n situ con reactores tipo UASE Y f i l t r o anaerobis, para el tratamiento de esta5
aquas ki castos r-azonatrlsos (3. 4, T i .
Las eficiencias d e remocióri en la DCJO alcanzadas en varia-, I I estudios SE limitan ,", u n 75 :4, corno máxima cuando se trata de
vinazas de melaza5 y al 90 X corr vinazas d'e jugo de caña . E s t a diferencia se debe a que las vinazas de melaras,
contienen una mayor concentración de sale5 y materia arkánica. F ~ O C C )
o n o biodegradable. que las v inazas de j ~ i g o de czña. Así se ha encontrada que lac, s c i l f a t a s (5 .8 q l 1 ) que se reducen a 5u.lfut-os y
el potasio (8.1 g i l ) son a priori los principales causantes de la inhibición (4) .
I
En este traha.ja st. presentan lo5 resultado5 del arranque y
operación de u n reactor UCSCB, alimentada con v inazas de juGo de caña de la empr-esa TFtMEFiCA, b a j e las condiciones que a continuacit5n 5e s&ialan.
~ B J E T I v C ~ G E N E R A L
CARACTERIZACIDN DE LOS CAMBIOS FISICOS Y MICROEIOLOGICQC EN EL ARRANQUE DE UN REACTOR UASE, UTILIZANDO COMO EFLUENTE, vriwzfis DE JUGO DE CARA DE UN INGENIO GZUCARERO.
O B J E T I V O S E S P E C I F I C O S
- CARACTERIZAR LOS CAMBIOS FISICOQUIMICOS DEL REACTOR UASE, MEDIANTE LA MEDICION DE LOS SIGUIENTES PNWMETROC :pH, ALCALINIDAD. DQO, PRODUCCION DE GAS Y POTENCIAL DE OXIDO REDUCCION.
- DAR COMO TERMINO DE LA ETAPA DE'Irl;RRF:NQUE, EL MOMENTO EN EL QUE LOS PARAMETROS FISICOQUIMICOS MENCIONADOS, PRESENTEN UN COMPORTAMIENTO ESTABLE.
- CARACTERIZACION DE LA MICROFLORA PRESENTE: EN LOS LODOS, TANTO DE LAS BACTERIAS METANOGENICAS COMO DE LAC SULFATO REDUCTURAS, A LO LARGO DEL ARRWGJUE DEL RECSCTOR UASB.
I ' - DETERMINAR LA EVOLUCION Y BDCIPTACION DE DICHA MICROFLORA,
CON RESPECTQ A LAS CONDICIONES DEL SISTEMA Y A LA VINAZA ALIMENTADA. I
- DETERMINAR LAS CSCTIVXDRnES METANOGENICAS DE LOS LODOS DURANTE EL PERIODO DE ARRANQUE DEL REACTCK?, PARA PDDER ESTIMAR LOS PERIODOS DE MAXIMA ACTIVIDAD ESPECIFICA D LOS MISMOS.
t
- TOMANUCI EN CUENTA E i CÜMPORTAMIEi4TO DE LQS PARAMETROS
~ ESTCIBLECER LAC ETAPAS LIMITANTES EN EL ARRANQUE, AS1 CDMO LAS DE MAXIMA EFICIENCIA DE REMOCIQN EN LA DGO ALCANZADFi FiL FINAL DEL ARRANQUE.
FICICDQUIMICOS Y MICROBIOLOGICOS ANTERIORMENTE MENCIONADOS,
-,.
i
M E T U D O L D G I A U T I L I Z A D A Y A C T I V I D A D E S R E A L I Z C t D A C
a c t i v a d o s d e purga de l a p l a n t a d e t r a t a m i e n t o d e id C i u d a d
U n i vere, 1 tar ia, UNAM, a d a p t a d o s a n a e r o b i c a m e n t e .
E n 20s r e s u l t a d o s se i n d i c a n caracitlerf .;ticas f i s i c o a u í micas de
el lodo Y d e n u m e r a c i ó n b a c t e r i a n a d e a 1 CJ u no 5 grupos
i n v o f u c r a d o s . La c a n t i d a d de irdcu1ci e m p l e a d o .fue de m e d i o
litícl, l o que c o r r e s p o n d e a €3.99 g SSV, o ses,, una c o n c e n t r a c i d n e n el reactor d e 3.9 g SSV/1. U n a vez i n o c ~ t l a d o e1 reactor-, se i n i c i d l a a l i m e n t a c i ó n en u n c u a r t o de t e m p e r a t u r a rk t- o 1 a d a
a 35oC, c a n un TRH p r o m e d i o d e 48 HR.
\
ALIMENTACION. E l reactor se a l i m e n t ó r o n u n a s ~ ) l u c i ó n de
v i n ñ z a s d e j u g o de caña d e l Ingenio A z u c a r e r a T k M E k C A , S . L u i s F'atisí
Los cálculos de DQO d e l i n f l u e n t e 'se h i c i e r o n t c n i e n d o como base
alcanzar- un promedio d e 5,000 m g / l . E l i n f l u e n t e se p r e p a r a b a
d i a r i a m e n t e , excepto los f i n e s d e s e m a n a , d i l u y e n d o l a v i n a t a con aqua d e la l l a v e ; la s o l u c i ó n era n e u t r a l i z a d a c o n NaHCQ3 e n
c n n f e n t r a c i o n e s que se i n d i c a r á n p o s t e r i o r m e n t e e n lor, resultados.
La a l i m e n t a c i ó n se I l e v 6 a cabo con l a ayuds d e una bomba
per istá 1 t ica.
I-
.
A c t i v i d a d e s Metanog6nica5 por Cramatogt-a+l a de Gases------ cada 21 días.
' Produccidn d e Gas por Cromatografía d e Gases-------------- c a d a t e r c e r día.
e B i h l i o g r a - f í a ( I O )
,
C U A R T O D E R E A C T -0 R E S
( To - 35'C 1
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n SOLUC ION SALfaiA Slr'PuBIDI
I I I I I I I I I ¡ I I I I I I I I I I I I I I
&IUBHTACIOX (VrnA2A DILUIDA)
..
4
R E S U L T A D O S Y D I S C U C I D N E C
ETAPA. O (Duración. 13 das; dei día O al 19 de operación>. Esta etapa corresponde a l a puesta en marcha d e l reart.or-. En e l l a 5e puede obset-vat- una carga ovgánica promedio d e DQEI
total d e l influente d e 3,041.5? m g / l (Tabla b , f i g l ) , que está por
debajo d a l o s ! 5 , 0 0 C ~ mg/l que s e pretendían alcanzar en es te
estudio.Esto 5e debid a que a6n ria 5e tenía b i e n caracterizada a Ja vinara alimentada. De hecho; e n h a s t a la etapa 2 en ?a que se , logt-s
abtenet- u n valor prcimedio cercano a las -5, (:)O0 mg/l de DQU en e l inf'iuente (Tabla 6 ) . En cuanto al X d e eficiencia en l a remocian de la DY)O se tuv. u n valqi- piamedio ttastélnte a l t o d e 54.77: (Tabla 6.
.Fig. 2).
E l pH de 105 lodo5 eft esta etapa. presentó un valar promedio de a.83 (Tabla 6, f i g . 6 ) . aue está dentt-a del piomedio de 6.7-7.E
< & j pava que s e l leve a cato 1.a metanogSnesis. ?ara poder- canc;et-vat- d i c h a pci, +us necesaria adicionar a l
in.éltiente NaHC03 en unci conzontt-ación d e 1 0 0 mg/l.
~ ~~
4
v a l o r e s d c al . ra l in idad da salida )i p r 3 d x c i ó n BP qa5
(Tabfa 6 , f i g . 51, indican Iri manifestación be i eacc i6n b i c t 1 6 ~ 1 ~ 5
ST: e s t a primera etapa que. abarcó 19 días a part i t - de l a pues t a en
marsh& d e l reactor-.
Dicha a c t i v i d a d se p r e s e n t 6 san ba jo condiciones reduitot"a5 no s a t i s f a c t o r i a s para el cisterna con in Eh d e -34 mV
(Tabla 6. f i g . 4 ) . que está muy pot- a r r z b a de l valat- de -333 m V ( b j
para q u e se l l e v e a cabo una adecuada rnetanoqénesis.
Este comportamient,o se debe a que los lodos t i e n e n que
adaptarse al efluente, e l cual presenta caractet- í s t i c a s
p a r t i c u l a r e s que hacen s u biodegradación d i f í c i l .
Esto f= =omp'rz:=ka car. l a i n e z t u b i l i d u d de l r:-oceíc zr!andc 5:
p r e s e n t a n problemas de opcracibn (ver etapas s i gu i en t es ) .
E T A M I 1 (Duraci6n, das; d e l d í a 19 a l 2b de operaci6n) .
Se d e t i d i 6 suspender l a ad ic i6n de bicat-bonato a l d í a 19 de
operacit'jn, los iodos mo~traron una r4pida ca ída e n SK capacidad
para u t i 1 i z a r s sustratcm. sto, se ve ciar-amente, e n el valor promedio de emoci6n de l a DCJO que f u e de 31.70 X
para esta etapa, a d como e n la disminución cie 105 valores de X de remoción "de sólidos (Tabla 6 , Fig. 2 , 7, 8 ) e n el i n f i u e n t e .
Como consecuencia de la suspens i6n d e NaHC03. disminuyo el valor de pH n el i n f l u e n t e de 6.32 e n l a etapa O a 5.90 e n la etapa 1, a l gual que e l valor de a l ca l in idad .
'I
El-pH de los lodos ae 6.7, 5e encon t ró e n el límite infer ior
de acuerdo a 1 l i t e ra tura , para que se l l e v a r a a cabo una adecuada
a c t i v i d a d meta L
Estos v a l o r e s de pH e n c o n j u n t o con el s l to valor- d e Eh de
-47 mV (.Fig. 41, - fueron l a causa de l a b a j a capacidad de
remoción de l sistema.
I
E 3 altu valor- o b t e n i d o en l a producción d e metarta, de, Q.54 i
CH4 / g DQO remavida, se debió a QUE e n esta etapa 5e tuvieron
problemac=, con l a columna cic- cuan t i f i c a c i ón c!e gas, lo q u e dio causa
a e r r o r e s e n l a medición d e es te parametro y a que e l dato obtenido
f u e r a m u y a l t o (Tabla 6, F ig . . z s l S 7
ETAPA L (Duración, 14 días; del día 26 a l 40 de octet-acibn).
En e s t a etapas aumentamos l a carga orgánica e n la alimentadión , con l o cual tuvimos una DC)O promedio de 4,761.91
mg/l, así como un aumento e n l a cant idad de e l i d o s en e l i n f l u e n t @
(Tabla b3 7 , .Fig. 1).
Como se indica e n la . f igura 1 , a l comienzo de e s t a etapa
l (día 261, .5e , rean~idó l a ad ic ibn de NaHCD3 e n l a al ímentaci6n, e n
una concentración de 100 r n g / l , can e l f i n de regular el pH de los lodas. A 1 parecer- con esta concener-acibn de bicarbonato, se pudo
n eu t r a l i z a r toda el á c i d o del medio, subiendo a d el pM de los I
l ados a un valor promedio d e 6.85. el aumento e n l a a l c a l i n i d a d del eficiente 5ie debió a l a f r a c c i 6 n de NaHC03 l i b r e que nrr> t-eaccioná
con l a ac idez d e l media para fot-mar COZ y H20.
La rel 'ación de valumen de metano producidu por gramo de DQC)
' removido, de 0.15 I. CH4íg Di20 removido (Tabla bi, i n f e r i o r al ba lar
aceptado de 6.37 1 CH4/9 DQO remavido, puede ser in te rpre tado de
I
dos maneras:
- puede deberse a que p a r t e de l a DQO removido. no es transformada .en metano y se quede? atrapada e n el manto de lsdu,
I o' a que l a s mediciones d e gas producida por día son er r oneas.
!
Esta Q l t i m a p o s i b i l i d a d e5 l a más probable, porque l a
p~odc icc i6n d i a r i a d e gas no aumentó a pe5at- d e un aumento e n fa
I i f- iciencia de remoción d e l a DrJO <Tabla 6) y de un aumento e n l a
concrntr-acón d e DaG d e !.a alimenkación.
14
ETAPA 3 Y 4 Iüut-a.ción, 8 d€as; de1 dta 40 al 49 de ~ ; ~ . ; - & - i ~ y a > .
Esta etapa es Ict más carta cje las 7 que =e d is t ingu ie ron en
e l .at-ranque de l r-eactor UASñ, con una duracic5n de 8 d a s , a partir-
del día 40 de operación. E? evento causante 7'ue una +alia del sistema. de
c a l s f a c c i 6n e n el ctrar-tc de t-eactot-es que hizo descender la
temperatura de 35oC Ctemperatuva adecuada para el d e s a r r o l l a de l a s
b a i t e r i a s metanogenicas) ( 6 , 7 ) a tempet-atura ambiente (20-259C). D i c h o evento, aLsí como l a aparente oxigenacidn del sistema que hizo descendev el Eh a -41 mV , a fec taran la e f i c i e n c i a e n l a
remocidn de l a DQG que bajó hasta un valor promedio de 40.68 X
(Tabla 6, f i g . 1, 2 ) . M n cuando se r e i n s t a i d el sistema de
c a l e f a c c i ó n a l d í a 46 de operaci6n los lados comenzaron a
recuperarse tres kií a5 despu&c, apt-a:.: irnadamente.
Hubo también un i i ge t - s aunento e n la pr-aducci6n de gas y una cons iderab le d i s m i n u c i 6 n e n el % de metana, con l o que l a cantidad
d e 1 de CH4 / g de 'DO0 r e m ~ v i d c ; . a.itment6 0.04 puntos únicamente can
respecko a fa e tapa 2 ( ' iabia 6. .F ig . 31.
127405
ETAPA 5 ( D c t t - a c i 6 n 3 1 3 d a s ; d e l dia 48 al 51 d e ajeración).
Fara evi ta t - u n a mayot- c a i d a e n e l RH de 1 0 5 lOd05,
aumentamos l a c o n c e n t r - a c i 6 n de NaHC03 en l a a l i m e n t a c i ó n , a LOO m g / l I f5g . 11, a part i r d e l día 48 d e o p e r a c i ó n d e l i-eactov.
Gracias a esta m e d i d a , e l pH t a n t o d e l i n f l c t e n t e como de los l u d o s a u m e n t ó a 6.3 y 7.0 ( cercano a l a n e u t r a l idad)
r e s p e c t i v a m e n t e { T a b l a 6? f i g . 6) j adeds tie observarse un v a l o r
m á s a l t o e n la alcalinidad d e l e f l u e n t e (115 mc/lS ( f i g . 5).
I
El v a l o r de -132 m‘b e n e l Eh ( T a b l a 6, fig. 4.),
manifiesta . u n a m b i e n t e reductor- basicci p a r a el de5at-t-o1 io t a n t o d e
l a s bacterias s u l f a t o reductoras como de lac; m t s t a n o g é n i c a s .
Las parámetroc, fisi‘caqctímicos para esta etapa ccmienzan a
set- bastante saticfactot- ias p a r a la1 e v o l u c i ó n y a d a p t a c i 6 n de los
lctdosi hacia ~ t n a m e t a n o p S n e s i s a d e c u a d a .
Esto se mani f ies ta clar-amente en el aumentu Ye l os valores
d e % de e + i c i enc i a e n l a remoción de l a IjQO (54.26) y la produccibn
d e metano en 1 d e CH4 í g - d e DG)D remavida (CI.251 así coma er! una
mayor- e s t a b i l i d a d d e 10s misma-,. Todo esto considerando una DCjO e n
e l i n f l u e n t e de 4 , 9 3 1 mg/l.
E 5 importante decir para e s t a etapa, que las ac t i v i dades
esped f i c a s (parámetro cinético d e metarmgenesis) pat-a el consumo
d e are ta to y but i ra to , comienzan a presentar un marcado ascenso e n
s u s va l o r es , como 5e verá posteriormente C f i g . 17)
ETWA 6 (Duración, 8 d a s ; de l día 61 a l 69 die operaci6n).
Debido a una S a l l a e n el sistema de r e f r i g e r a c i 6 n , en el cuarto f r í o ( cont iguo a l cuar to de r eac to r es ) , a l día bf operacid~n, l a temperatura aumentó de 5 a 15oC, con l a consecuen contaminacián de l a s v inazas y l a d i s m i n u c i ó n d e l a carga orgánica
alimentada pat-a esta etapa ( de l día 61 a l 69) (Tabla 6, f i g . 1 ) .
lodos, se lograron mantener a un nivel adecuada ( f i g . 61, adees
que l a capacidad de los lodos pat-a remover l a DUO (57.91
aument6 l igeramente con respecto a l a etapa 5 y de que,
producc ión de gas (1.85 1 ) e n conjunto con l a ,praduccibn
(0.36 1 CH4 / q DQU removida) r e g i s t r a r on un s i g n i f i c a t i v o
e n sus va l o r ss con respecta a l a etapa an te r i o r .
No obstante el pH de l a al imentacián aclt como el de
. I I
- ,
f i " 1
,
Consideranda además un ambiente reductor con un Eh
d e - i 04 mV, se puede confirmar para e s ta etapa , el -*
es tab lec imiento de l a s bac t e r i a s sul-Fato reductoras, así como de ~ I
l a s metanogenicas, aunque no SE? h a l l a presentado at3n una e s t a b i l i d a d e n los pat-ámetra f i s i c a q ~ ~ í micos del reactor .
I
D e l día 51 a l 64, ce obtuv ieron va lare5 de remoci6n
negat ivas e n los SST y SSV (Tabla b, f i g . 7,81, la cual corresponde
a un lavado de los lodos e n e l rrac:tat-.
-
17
- Dicila pet-diua de la&~s se puede cün+irmar con ei valor ( 3 ~ X
SSV con respecto a lac SYT en los loolas (Tab la 1 1 ,
ETAPCI 7 (Duración, 35 días; del día 69 al 104 de operaci6c) Esta etapa marc6 el teSrmino del proceso de art-anqu- del
reactot- UCICB alimentado con vinazas de pt-oduccibn de caf5a de el ingenio aArcccaret-o TAMBACA (Can Luis Potosi ya que como se ve en los resultados. los valores de DQO, alcalinidad, pH y Eh, 5e
mantuvieran estables. El perf odo de adaptaci6n o arr-anque del
reactor .fue de 69 días y la eficiencia de remoción de DQO fue de
66.5%.
La5 condiciones reductorac t-ueron muy favorablei; para la metanogénesis en esta etapa de estabilidad, con c!n Eb de -129.9 mV.
La alcalinidad de 32.13 mg/l y el pH de 5.82. de las vinazas al imentadas, descendieron poco con respecto a las etapas anteriores. Pese a ello, los lados demostraron tener lacapacidad de alcalinizar el medio y rriantener un pl-1 neutro de 7.02 en ef sistema {Tabla ¿. fig. 5,¿) .
18
v i 1-1 a 1: as c u r-it i E? 17 e n bast a nt e m a t e r- 1 a 1 n o ti i o de J t- a U x b 1 e.
La desa-ar ic ión d e l lavado d e ladoc, que se gresiintó de 13s
d a s 51 al 69, cuincide can uIfa mayor- rapacidad d& f i o c u l a c i d n de
los mismos como l a ind i ca e l IllL 140 ml/q) íTabia. 3 ) obtenido en e l
Q l t imo muecitt-eo eqectuado ( d í a lOri . ) , q u e carno i c -;díafa la l i t e r a t u r a (a ) , se encuentra e n e l limite -ara 5er- c l a s i f i c a d o como
in locic no granular t u n b~renas rat-ac+:erl skicas de f l a ru l a c i ón .
E l porcen ta j e de s ó l i d o s suspendidos volátiles con r-e~pf-cto a los .totales, en l a s lodul;,p repart6 un valar d e 65-53 X, al d í a
104 de operación de l reactar.Pese a l a p é r d i d a de i a d c s durante el
lavado. el valor- obtenido ind i ca una t.-eci:per-acibn err l a
cnncentr-ación de l a biomasa, para quedar al f i n a l dt! este estudio ,
e n un v a l o r m u y aproximado a l i n i c i a l ( T a b l a 1 ) .
Es importante considerar que, ei p e r i o d o de arranque +,e
bastante ? a t y u 369 d í a s ) debi.cfo a l a ser i e de even'tzs pt-ec,F?T:.iZadao, y
q ~ t e afec'rat-an de d i f e r e n t e manera e n los parámetras r=isicoquí micos
estudiados y y por la tanto, e n i a capacidad Ue 1c5 lodo5 para
desat-r-oJ la r - iina adecuada metanugénec,is.
1
z., = r-! i .-: -. . +-o cjz gt-;i t: A I L... - : L\
a ii '1 a . >.'."f> . . 3 n ; C ; < : i ó n cjp :;.a DQC (58,- gi.1 % ) .) ec-; &re?.t&:I].e ~ ! : : j r ! . ~ : ~ ~ E ! i -
. . 5kF2 .Lipa dfi e.F1~;p-,tec, e ; : l s . e r i r ! h i - ~ i c i & r - , por 1-1 !.::% nti-os -o!-?e=.
a lz. pt-esericia de %ateria ut-gánici:, nct biodegt-adable. E i::: -I .t
ala!.- se errcL[eriti-i7 en e l rango de v a 1 c ~ t - e ~ que se i n d i c a n pa:-a e s t e
ipo de zgua ?-ei;idual. Crjn lo que i-especta a la-, deteriiiinaciones microbioldqicas,
si cc7nia d e proteinat, y azúcares, los datos que En este t r a b a j a se.
.epor.tan abat-czn Ed10 hasta el día 65 que correzponde a l muestre0 3
Como se p u e d e ver- en l a .figura 1 1 y 13, la concentración :anto de aa3cares corns d e proteínas COB t-espectu' a los Só7idos
suspendidos t o t a l e s d e los iodos ( T a b l a 2), at-eseritan ~ t n f ue r te
.ncremento en sue, valores, ycte no es t . a n marcado con respecto a io5
:db?idas; suspendidos voiátiles. En i d s f i g u r a - i 14, 15 y 16 se muestran 105 resultados de l a s
rirr9ticas efectuadas pat-a el grupo d e l a s bacter ias rnetanog&nicas y
.DHF*A. La actividad d e l a mict-oflot-a cunsumidora d e acetato y
u i i r a t o fue mayor que la que t\t i l iza propionato. Pienso que las
rtacter-ias a c e t o c l á s t i c a s predominaran en comparación con las ~ t i l i z a d o i - a s d e propionato, respondiendo esto a l a razón de
que el acetato desapareciet-a con mayor rapidez: con respecto al tiempo. Si obsevvamos cada una d e las g r á f i c a s , veremos que l a
2 f i s i e n c i a en el cc)nsumo de sustt-ata e s cada vez mayor; ecte
hecho se ve confirmado en l a s actividades e s p e c í f i c a s t-eportadas 3ara cada sListt-s.te ( f i g . 17).
En dicha gt-A-tica., l a actividad e s p e c í f i c a para acbt ica , Ir-op iónico y b u t í rica, se mantienen constantes durante los primeros 40 días de operación d e l reactor: desp¿.&s d e l día COT la5
act iv idades e s p e c í f i c a s para ei accitato y butirato, en comparación con el propionatup mueskt-an ~ ! . n incremento notable en 5u capacidad ~ a t - a conczumi P- el siLiStt-a 'kf3 ;:'Tabl.s 5)
r e i e n t a r o n p e r i o d o s de l a t e n c i a como se muestra en l a f i g u r a 15 ? y
6. S i n embargo esto n a afectó el c a m p a u t a m i e n t o a s c e n d e n t e e n la
; f ic iencia de c o n s ~ i m c de ztistt-a%o presente e n lac a c t i v i d a d h s
sped f-icas.
En c u a n t o a la composici6n micrabiológica d e l lodo d u r a n t e
as muestreos e f e c t u a d o s , se e n c o n t r a r o n todos los g r u p o s
i i c t - o b i a n o s i n v o l u c t - a d u s e n l a d i g e s t i ó n anaerobia, excepto el de .as sulfato r e d u c t o r a s u t i l i z a d o r a s de p r o p i o n a t a y b u t i i a t o ( T a b 1 a
F' =
La a u s e n c i a de BCR u t i l i z a d o r a s de p r o p i o n a t o ( T a b l a 4 j , y
la p r e s e n c i a de u n a actividad de degradaci6n (Tabla. 5) d r l
sropiunato e n ausencia de i>ulfatoc;, no5 i n d i c a q u e l a deqradaclón
je este c o m p u e s t o está a ca r go d e 135 b a c t e r i a s CHPA.
Por ñltimo se oDservC, de m a n e r a especia l , un i n c r e m e n t o en
2 1 numero d e b a c t e r i a s acetoclástiras e hidt-oqeno-Fi 1 i r a s poi- gi-amo
de 55V (Tabla 4).
21
I
J
127405 Cunc?uyendo, se puede d e c i r q que el irácuirt empleado,
- . . ; I.- esent6 b!.te nas cay a c t e r-i kt 55 + 1 ~5; : z c!g ~d m i c 3 5 fi L: f- b i 0 16 3 - i as.
E l per loda de at-r-anque c? d e adaptación ae las i odos a la
i v i r l a ~ a de juga d e caña Fue d e 04 ~ 3 2 . 5 , decpct&~ d e 10s C U ~ ~ E E . el
reactor rnostt-6 UT'! comportamiento e-ikable.
La !rAxima e F i c i e n c i a e n l a r-ernrrci6n cie l a DO0 . alcanzada,
bajo l a s condic iones de o p e r a f i b n empleadas, #UE de 66.50 X , con u n a
Di30 promedio e n l a a l imentac ión de aproximadamente 5, 000 mgil. ?".as eventos sucedidor; durante l a operac ián del reactor UASB,
. como fueron, l a descompostura tantu d e l s istema de cale . facci6n e n e l cuar to de reactores, como de l !zistema de en f r iamiento e n el
! cuar to de a l imentac ión del i n f l u e n t @ . ask como l a suspensi6n de 1 bicar-bonatos y los cambios en l a carga orgán ica ap l icada, a fectaron ' los parametroc f i s i c oqu ím i co s de IICJO i n f - l u e n t e y efluente, pH,
\i
a l ca l in idad , producci6n d e gatsp Eh y e F i c i e n c i a en l a remoción de
l a mo. E l evento que más afect6 e l cumportamiento de los Iodos, #ue
l a s u s p e n s i ó n de bicat-bonatos, al día 19 de operacidn, moktrándose
con e l l o , una gran s e n s i b i l i d a d de los mismos a los cambios de
a l c a l i n i d a d y pH de l medio. La ad i c ibn de bicarbonatos se' r-eanua
a l día 26, s i n suspsnderse a l o l a r g o del per i odo de arranque ! - d e l
r eac tor .
Nct SE! debe -de j a r de cons iderar e l e f e c t o i n h i b i t o r i o que
e j e r c en e l H3S, iones como el K y l a mater ia orgánica no
biodegradable, pr-esentes. en l as vinazac y que contr ibuyen a obtener
b a j o s valores e n l a remoción d e l a DQCI, como se ha demostrado e n
ott -OS E'5tUdiOs ( 3 , 4 ) .
I
- 4
Tam b ir& I ? se c: c) rnp r" o Lt ts, t- a Y: c a m b i o 5 m i c t- o F1 i ci 16 g i c (ss nc t a b 1 e 5
durante es te per1 ado de ¿i:-:-anque.
Los lodosi alcanzat-.on una qran capacidad rnetanuy&ni.rap con l o
que par-a e? per íodo de e s t a b i l i d a d l a praduccidn de metano por
gramo de DQO t-emovida, se encontró e n un v a l o r muy cercano a l
estequimetricamente po s i b l e . E l l o comprueba l a p o s i b i l i d a d d e
recuperar- e l metano para u t i l i z a r l o como +uente de energ ía y
recuperar así pa r t e de los ga s t o s que impl ica, l a i n s t a l a c i ón y
mantenimiento de una planta d~ t ratamiento e n un ingenio azucarera.
En cuanto a los parámiitro-i cineticos de metanog&nesis, l a s
a c t i v i dades ecpec1Ticas más ~ i l t a s sip presentaron e n los grupos
Li i i i izadur es d e &Letatti y but i r a i a .
.Lar, condic iones de t-edticción d e l Fistema y l a e s t a b i l i d a d e n
l a carga orgánica ap l i cada a l f i n a l d e l , e s t u d i o , contr ibuyeron a l
só lo
a l de algunos de los grupos de bactc-ria5 5 u l f S . t D reductorac, coma 1 5
indican 105 resultadcsc, para el dmero má5 probable.
. es tab lec imiento y adaptación de l a s ba c t e r i a s m'etanfq&nicas y
, .,
TABLA I I SOLIDOS DE LOS LODOS
-
YrJEsTaEid DIA
YO o . - )Irr 24 M2 '+O
y3 65 M4 I04
. *.
SST SSF SSV $ SSV reepeato ( R A ) 1) (a/ 1 ) a loe SST
29.21 11.2 17.98 61 . 54 23.84 6.34 17.5i 73.42 14.85 5.46 9039 63.27 11.80 7.67 4.14 35 .O8
26.68 9.11 17.49 65 55
. . . .
'PbBLA~2 1: AZUCAJü3S Y PRO'PEINAS DE LOS LOBOS
I
TABLA 4 t WJMERACION BAC!!ERIOLOGICA
r SUBSTRAT0 aadp BACTERIAS METAEO(I.EBIICAS(BACpspus/a: SSV)
& YO I MI I y2 I Hb ACETATO 2 . a E8 9.99 E7 1.86 E11 1.33 E10
EXDBOGE2IO 4.87 E8 1-99 E10 1-35 E12 1-35 E11 FROPIO~N'O ---# u- UI 9.74 E7
TABLA5 t PAUMBTROS LODOS . -___ - -
CIlDBTICOS BE
..
YO DIA O; M I - DIA 24; y2 - DII 40; Y3 - bsI 65.
25
TABLA 6 t PARAMETROS FISICOQUIMICOS DEL REACTOR U U B UIY[ENTADO COH VIXA2AS DE ALCOHOL DE CUA.
ETAPA COHIGNZO(DIA) DUMCIODI(DIAS) r
,bQO-i ( 4 1 ) DQO-o (m&) I ~ I C ~ C I A DE REMOCIOH DQO
pE-i
lpa Loll08
ALCILXBIzIlD-I
AIICALIVIDUD-. (rg a.9co3/1)
'pH-*
(W rcintc03/1)
P E R I O D O D E A R R A N Q U E
0 - I 2 3 Y 4 5 6 O 1.9 26 40 48 61
19 7 14 8 I 3 8
304X.59 3021.28 4761.91 5023.U8 4981.40 3717.68 1063.45 2028.72 1691.51 2994.42 3264.57 1600.91
64-78 31.76 64-11. 40.68 54.26 57.91
6.3 5.8 6.1 5.9 6.3 6.5 8.3 8.3 8.1 7.3 8.0 7* 9 6.0 6.7 6.9 6.2 7 -0 6.8
29.b 25.72 30.34 ,- 31.69 36.67 39.57
88-43 85.75 103.52 85.31 115.00 117.80
PERIODO DE 3 TABILIUB
7
69 35.
so73 93 1748.54
66. 50
PRODUCCIO8 DB i4 6
(V=) I.07 1.09 $MEl?mrprno " .. 54.35 47-38 1 cü4/g m-r .. 0.54 0.15
POT. OXIDO- BE.DUCCIOH Eh (mV)
$ZtEMOCIOaí ST 42.68 33.02 41.46
-24.00 -47.31 -85.00 I
k326yOCIOar m v 67.88 40.00 70.33 $a?€mOCIOIO 88T 73.46 25.57 35.20 ~ O C I O l r SSV 83.64 19.57 42-76
CARGA O R W I C A
CARGA ORoulJICA MASICA (Cr)
VOLUMETRICA( CV) 1.52 2.5z 2.36
TBH PROMEDIO - & 8 ,
2 0 4 6
52.40 0.33
1.16 1.49 1.85
36.94 52.66 51.72 0.19 0.25 U036
-41.50 -152.00 -1O'toOO
30.46 38.32 36.66 52-75 69-61 62.32 37.65 -6.b3 -34.35 51.07 0.74 -38.00
2.51 2.49 1.86
~~
-129 . O0
2.52
I
PROBOCCIOI E%w
t DESVIACIOBES ESTUDAR
474.21
~ O C I O l l 8r
$I?3iMOCIOlV STV $¿tEMOCIOlJ SüT
$ZfEMOCIOB SSV
6.72 4.51 8.79 11.91
-
I
366.39 402.75
6-53
0.35 0.10 0.14
4.04
2 047
308.61
18.85
5001 S.67 17.28
I9 69
2
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FIG. 1 TIENfO (dicae) -1RH 48hr
EVENTOS DURANTE LA OP~~RÁCION DE UN REACTOR UASB
O ARRANQUE. CRRGA PROM, ENT.= 3941 mg/l. 1. SUSPENSION DE BICRRBONATOS. 2 RUMENTO CRRGR ORG.BICRRSDNRTOS-100ms/i 3 C!?LEFRCCí@N DEVCQWUESTA T.RME-25 %, 4 SISTEMA DE CRLEFACCIUN REINSTRLAUO. 5 ADICION DE BICflRBONRTOS Ft 200 mgí l . €3 CDNTRM I NRC 1 ON I NFLUENTE TEMPERATURR CUARTO FRIO Fi 1 5 C.
7 SISTEMR DE ENFRIRMIENTQ REPARRDO. ETRPA ESTABILIZACION DEL KERCTOR,
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FIG. 17 TIEMPO [dias> - TRH 48 HR
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