Estudio comparativo de complementos alimenticios

por Justin Hall de UW-Steven's Point.

Comparación de tres fuentes de carbono y su eficacia en el tratamiento de aguas residuales en reactores discontinuos. Los suplementos alimenticios probados incluyen: melaza, comida para perros Old Roy y SmartBOD de Aquafix.

Diseño del reactor

Se construyeron tres reactores discontinuos utilizando tubos de PVC de 6" con un volumen total de aproximadamente 7L y un volumen de trabajo de 5L. Cada uno de los reactores tenía controles independientes de pH y oxígeno disuelto, además de monitorizar la temperatura. Se diseñó una interfaz de microcontrolador a medida para controlar los puntos de ajuste de los reactores y visualizar la salida de los sensores en tiempo real.

Las aguas residuales se obtuvieron de la planta municipal de tratamiento de aguas residuales de Stevens Point, Wisconsin. Las aguas residuales se diluyeron con agua del grifo hasta alcanzar una concentración de 1500 mg/L de MLSS antes de iniciar el estudio.

Condiciones experimentales

Se utilizaron tres suplementos alimenticios diferentes (suplementos de carbono); melaza, comida para perros Old Roy y SmartBOD. Los reactores tenían los siguientes controles: pH, oxígeno disuelto y mezcla. La temperatura se monitorizó pero no se controló. La mezcla se realizó con un agitador de techo y aireación (cuando estaba activa). Las condiciones de los reactores se indican en la Tabla 1.

Cuadro 1: Condiciones experimentales

La cantidad de cada suplemento alimenticio difería en función de los valores de DBO suministrados. La Tabla 2 ilustra los volúmenes añadidos a cada reactor por día para alcanzar una concentración de DBO de 250 mg DBO / día.

Tabla 2: Volúmenes de alimentos añadidos a los reactores

Cada reactor completó tres ciclos diarios consistentes en fases de tratamiento, sedimentación, decantación y alimentación/dilución. Cada ciclo duraba ocho horas. Los reactores se asentaron durante 30 minutos antes de la decantación. Las fases de alimentación y dilución se producían simultáneamente.

Métodos de ensayo

Los reactores se sometieron a las siguientes pruebas: amoníaco, fósforo reactivo, demanda química de oxígeno, recuento de flora, sólidos en suspensión en licor mezclado e índice de volumen de lodos. La tabla 3 muestra el método utilizado para cada prueba.

Cuadro 3: Lista de métodos

Amonio y fósforo reactivo

Se recogieron muestras del efluente del reactor, se filtraron a través de un filtro de membrana de 0,45 µm y se conservaron a un pH de < 2,0 con H2SO4 1:1. Las muestras fueron analizadas por el Laboratorio de Análisis de Agua y Medio Ambiente situado en el campus de la Universidad de Wisconsin - Stevens Point.

Demanda química de oxígeno

Las muestras de efluentes del reactor se recogieron, filtraron y conservaron con _H2SO4 y se refrigeraron a 4°C hasta el momento en que pudieron ser analizadas. Las muestras de demanda química de oxígeno se analizaron internamente.

Recuento de flora

Se realizó un recuento de la flora, utilizando un método desarrollado por Toni Glymph. Se analizaron tres portaobjetos por cada MLSS del reactor. Las diferentes especies de flora observadas se contaron y promediaron en los tres portaobjetos. Estos resultados se presentan como porcentaje de la flora total.

Mezcla de licores Sólidos en suspensión

Se extrajeron del reactor muestras de licor mezclado. El volumen retirado del reactor se sustituyó por agua del grifo para mantener constante el volumen de 5 L de los reactores. Se desperdiciaron los reactores según fuera necesario para mantener el MLSS en 1500 mg/L.

Índice de volumen de lodos

Se extrajo 1 L del licor mezclado del reactor y se dejó reposar durante 30 minutos. A continuación, las muestras se devolvieron a los reactores.

Espectroscopia

Se intentó comparar los valores MLSS obtenidos a partir del SM2540 D con la espectroscopia uv-vis. Se recogieron datos durante el estudio, pero no resultaron concluyentes. Se observó que durante el estudio era necesario obtener una corrección de fondo para corregir el color que se desarrollaba en los reactores. El trabajo sobre la comparación de los valores de absorbancia con las concentraciones de MLSS continuará en futuros estudios mientras se corrige el color de fondo.

Resultados y debate

Amonio y fósforo reactivo

Se analizaron el amonio y el fósforo reactivo de los efluentes. La Tabla 4 muestra las concentraciones de cada muestra analizada. No está claro por qué las muestras iniciales tenían altos niveles de amonio y fósforo en el efluente del reactor en comparación con las fechas de las muestras posteriores. Es posible que todavía hubiera arrastre de la semilla MLSS obtenida de la planta de tratamiento de aguas residuales de Stevens Point.

El amonio pareció acumularse en el reactor que contenía la comida para perros Old Roy, observándose niveles bajos en el resto de las muestras de suplemento de carbono. El fósforo se acumuló en el reactor que contenía la comida para perros y la melaza. Además de la muestra inicial, se observaron bajas concentraciones de amonio y fósforo con SmartBOD.

Tabla 4: Concentraciones de amonio y fósforo reactivo en el efluente del reactor

Demanda química de oxígeno

Se comprobó la demanda química de oxígeno del efluente como medida de la eficacia del tratamiento de las aguas residuales en los reactores. El reactor con la comida para perros Old Roy mostró un claro aumento de la DQO a lo largo del estudio, hasta casi 1000 mg/L. Esto indicaría que el tratamiento no fue completo durante los ciclos del reactor y continuó acumulándose. Tanto la melaza como los complementos alimenticios SmartBOD presentaron niveles bajos de DQO en su efluente. Todos los valores de SmartBOD, excepto el 3 y el 9 de noviembre estaban por debajo de 100 mg/L de DQO, el resto estaban cerca o por debajo de 50 mg/L de DQO. Esto indicaría una eliminación continua y eficaz de la DQO de las aguas residuales. La Tabla 5 y la Figura 4 contienen los resultados de DQO.

Recuento de flora

Se realizó un análisis microscópico del MLSS para observar la flora presente en cada reactor. Los tipos de flora presentes pueden indicar la edad relativa y la salud de los lodos. Los lodos más sanos y jóvenes tienden a tener más flagelados y ciliados, mientras que los lodos más viejos y menos sanos tienden a tener más amebas y metazoos.

Tabla 6: Recuento de flora del MLSS. Resultados en porcentaje del recuento total. Melaza (Rx1), Old Roy (Rx2) y SmartBOD (Rx3)

Índice de volumen de lodos

El índice de volumen de lodos (IVS) es una métrica adicional que puede controlarse para caracterizar la salud de los lodos de aguas residuales. El IVS es el volumen de sólidos ocupados tras un periodo de 30 minutos sedimentación , en mililitros. La tabla 7 contiene directrices generales para los resultados de una prueba de IVS. 

Cuadro 7: Directrices generales para el IVS

El reactor alimentado con el suplemento de carbono de melaza durante la primera parte del estudio tuvo un IVS ligeramente superior al de SmartBOD. Durante la prueba, se observó una buena sedimentación con ambos reactores. Sin embargo, tras un lento aumento del IVS, éste disminuyó rápidamente a menos de 100 mL/g. Se observó una masa densa después del período de 30 minutos sedimentación . Durante este mismo tiempo, se observó que durante la prueba MLSS para el reactor alimentado con melaza se hizo difícil de filtrar. Una posible causa de ello es la formación de bacterias filamentosas. SmartBOD mantuvo un IVS en el rango ideal de 100 a 200 mL/g durante la duración del estudio.

En la comida para perros Old Roy se observó un aumento continuo de la estabilidad. Durante las pruebas se observó una escasa formación de flóculos y una sedimentación deficiente. La Tabla 8 y la Figura 5 ilustran el IVS del estudio.

Cuadro 8: Índices de volumen de lodos

Figura 5: Índices de volumen de lodos

Conclusiones: Complementos alimenticios

La adición de SmartBOD como suplemento alimentario superó a la melaza y a la comida para perros Old Roy al comparar las métricas de eliminación de DQO, acumulación de nutrientes y propiedades de sedimentación . La ventaja más clara es cuando se compara con el uso de comida para perros Old Roy. El reactor de comida para perros tenía altos niveles de sólidos, acumulación de nutrientes y altos niveles de DQO en el efluente del reactor. Todos estos factores indican que sólo hubo un tratamiento parcial en el reactor que contenía la comida para perros Old Roy.

SmartBOD y las melazas tienen niveles similares de eliminación de nutrientes y una eficacia de eliminación de DQO ligeramente inferior. El SmartBOD supera a la melaza cuando se trata de la sedimentación de los lodos. El IVS de SmartBOD está justo en el "punto óptimo", indicativo de un lodo sano.

En conclusión, las pruebas de este estudio apoyan que el SmartBOD es un complemento alimenticio más eficaz en comparación con el pienso para perros Old Roy y la melaza.