EVALUACIÓN DE FILTROS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENT E (FAFAs)
CON MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA
ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA
YOLIMA CONSTANZA BATERO CORREA
ERIKA MILENA CRUZ OLIVEROS
UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGÍAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA
PEREIRA, RISARALDA
2007
EVALUACIÓN DE FILTROS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENT E (FAFAs)
CON MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA
ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA
YOLIMA CONSTANZA BATERO CORREA
ERIKA MILENA CRUZ OLIVEROS
Tesis de grado presentada como requisito para
optar el título de tecnólogo en química
Director
JUAN MAURICIO CASTAÑO ROJAS
Ingeniero Químico M. Sc.
UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGÍAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA
PEREIRA, RISARALDA
2007
NOTA DE ACEPTACION DEL TRABAJO DE GRADO
EVALUACIÓN DE FILTROS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENT E (FAFAs)
CON MEDIO DE SOPORTE EN GUADUA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIA
ORGÁNICA DE UN AGUA RESIDUAL SINTÉTICA
Presentado por:
YOLIMA CONSTANZA BATERO CORREA
ERIKA MILENA CRUZ OLIVEROS
Los suscritos director y jurados del presente trabajo de grado, una vez revisada la
versión escrita y presenciado la sustentación oral, decidimos otorgar:
La nota de: ____________________
Con la connotación: ____________________
Para constancia firmamos en la ciudad de Pereira hoy: ____________________
El director: _______________________
Nombre: Juan Mauricio Castaño Rojas
Jurado: __________________________
Nombre:
Jurado: __________________________
Nombre:
DEDICATORIA
Erika:
Al Creador por la sublime y maravillosa experiencia de existir y de disfrutar de todo lo
grandioso que Él nos brinda, por su infinito amor, por su compañía y guía para conquistar
niveles superiores, por permitirme ser un instrumento de su paz y cumplir con mi misión,
porque la carrera que he emprendido sea para su honra y orgullo, para contribuir con la
protección de este hermoso planeta y con el bienestar de todos sus seres.
A mi abuela María Vargas, a mi madre Ligia Margarita Oliveros y a la memoria de mi
padre Germán Cruz Castro, por sus valiosas enseñanzas que cada día florecen en mí, por
sembrar en mí ese deseo inmenso de trascender, por su esmero y motivación para que yo
alcance mis sueños e ideales.
A mis hermanos Darío, Adriana y Hoover, a mis sobrinos Brandoon, Natalia y Santiago, y
a mi novio Leonardo Arenas, por inspirarme, por brindarme su amor y apoyo.
Mi gratitud para Ricardo López, Robinson Ramírez, Juan David Valencia, Adriana
Barrientos, Diana Acevedo, Jaime Herrera, Jackeline Pulgarín, Katherine Rendón, familia
Cruz, por brindarme su cariño, colaboración y motivación.
Con todo mi Amor.
Yolima:
Doy gracias a Dios por darme la vida y por ser la razón de la misma, por la oportunidad de
culminar esta etapa con tantas enseñanzas y satisfacciones.
A mi familia por su amor, esfuerzo e inspiración para ser una mejor persona.
A mi esposo por su amor incondicional y apoyo durante este proceso y a todos los
compañeros que con su colaboración amenizaron el camino.
AGRADECIMIENTOS
Al director del trabajo de grado Ingeniero Juan Mauricio Castaño Rojas.
A la Ingeniera Ambiental Janneth Cubillos.
Al personal del laboratorio de Química Ambiental de la Universidad Tecnológica.
Al operario de la planta de tratamiento de la UTP. John Fredy Herrera.
A todos los profesores que contribuyeron con nuestra formación académica y personal.
CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN............................................................................................................. 1
1.1 Justificación................................................................................................................. 1
1.2 Objetivo General......................................................................................................... 3
1.3 Objetivos Específicos.................................................................................................. 3
2 REVISIÓN DE LITERATURA........................................................................................ 4
2.1 Proceso Anaerobio...................................................................................................... 4
2.1.1 Hidrólisis................................................................................................................. 4
2.1.2 Acidogénesis........................................................................................................... 4
2.1.3 Acetogénesis........................................................................................................... 5
2.1.4 Metanogénesis......................................................................................................... 5
2.1.5 Estabilidad del proceso........................................................................................... 9
2.2 Reactores Anaeróbicos.............................................................................................. 10
2.3 El Filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente.............................................................. 12
2.3.1 Configuración del filtro.………………………………………………………… 16
3 DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE
FAFAs.................................................................................................................................. 20
3.1 Materiales y Métodos................................................................................................ 20
3.1.1 Factores de estudio................................................................................................ 20
3.1.2 Descripción del sistema……................................................................................. 20
3.1.3 Características del agua residual sintética..……………………………………... 22
3.1.4 Inoculación…………............................................................................................ 23
3.1.5 Variables............................................................................................................... 23
3.1.6 Programa de muestreo........................................................................................... 23
3.1.7 Métodos analíticos................................................................................................ 24
3.2 Resultados y Discusión.............................................................................................. 26
3.2.1 Gráficos de barras: Parámetros - Unidad de Tratamiento………..……………... 26
3.2.2 Gráficos de barras: Eficiencia de Remoción – Unidad de Tratamiento…….…... 35
3.2.3 Gráficos de línea: Parámetros – Tiempo………………………………….…….… 38
3.2.4 Gráficos de línea: Eficiencia de Remoción- Tiempo………………………….….. 47
3.2.5. Análisis de resultados……………………………………………………….….… 53
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…............................................................ 55
4.1 Conclusiones................................................................................................................. 55
4.2 Recomendaciones........................................................................................................ 56
5 BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................... 57
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1. Formación de metano en la digestión anaerobia …………………….………... 10
Figura 2. Diferentes tipos de reactores anaeróbicos …………………….………………. 11
Figura 3. Filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA)………………….……………… 12
Figura 4. Configuraciones de entrada en Filtros Anaeróbicos. a) Sin falso fondo. b) Con
falso fondo ………………………………………………………………….……………. 17
Figura 5. Tipos de medios de empaque……………………………...……….…….……. 18
Figura 6. Configuraciones de salida. a) Tubería Perforada, b) Vertedero……….…….… 19
Figura 7. Montaje experimental de los FAFAs ………………………………….……… 21
LISTADO DE GRÁFICAS
Gráfica 1. DQO Total Entrada por Unidad de Tratamiento.……………………….……. 26
Gráfica 2. DQO Total Salida por Unidad de Tratamiento ……………………….……… 26
Gráfica 3. DQO Soluble Entrada por Unidad de Tratamiento.……………………….…. 27
Gráfica 4. DQO Soluble Salida por Unidad de Tratamiento.……………………………. 27
Gráfica 5. DBO5 Entrada por Unidad de Tratamiento……………………………….. ….28
Gráfica 6. DBO5 Salida por Unidad de Tratamiento………………………………….… 28
Gráfica 7. Nitrógeno Total Entrada por Unidad de Tratamiento.…………………………29
Gráfica 8. Nitrógeno Total Salida por Unidad de Tratamiento.………………………..… 29
Gráfica 9. Fósforo Total Entrada por Unidad de Tratamiento.…………………………... 30
Gráfica10. Fósforo Total Salida por Unidad de Tratamiento.……………………….…….30
Gráfica 11. SST Entrada por Unidad de Tratamiento.…………………………………..... 31
Gráfica 12. SST Salida por Unidad de Tratamiento.……………….…………………….. 31
Gráfica 13. pH Entrada por Unidad de Tratamiento.……………………………………... 32
Gráfica 14. pH Salida por Unidad de Tratamiento.…………………………………….… 32
Gráfica 15. Caudal Entrada por Unidad de Tratamiento.…………………………………. 33
Gráfica 16. Caudal Salida por Unidad de Tratamiento.…………………………………... 33
Gráfica 17. Temperatura Entrada por Unidad de Tratamiento.…………………………... 34
Gráfica 18. Temperatura Salida por Unidad de Tratamiento.…………………………….. 34
Gráfica 19. Eficiencia de Remoción DQO Total por Unidad de Tratamiento.…………… 35
Gráfica 20. Eficiencia de Remoción DQO Soluble por Unidad de Tratamiento…………. 35
Gráfica 21. Eficiencia de Remoción DBO5 por Unidad de Tratamiento.………………... 36
Gráfica 22. Eficiencia de Remoción SST por Unidad de Tratamiento.……………….…. 36
Gráfica 23. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total por Unidad de Tratamiento.……… 37
Gráfica 24. Eficiencia de Remoción Fósforo Total por Unidad de Tratamiento.………... 37
Gráfica 25. DQO Total Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………….…. 38
Gráfica 26. DQO Total Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………………. 38
Gráfica 27. DQO Soluble Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.………………….......... 39
Gráfica 28. DQO Soluble Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.…………………….…… 39
Gráfica 29. DBO Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………………….... 40
Gráfica 30. DBO Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………………….…. 40
Gráfica 31. Nitrógeno Total Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………... 41
Gráfica 32. Nitrógeno Total Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.…………………….… 41
Gráfica 33. Fósforo Total Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.………………………... 42
Gráfica 34. Fósforo Total Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………….… 42
Gráfica 35. SST Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.………………………………….. 43
Gráfica 36. SST Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.………………………………….... 43
Gráfica 37. pH Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.…………………………………… 44
Gráfica 38. pH Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.………………………………….…. 44
Gráfica 39. Caudal Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.………………………….…… 45
Gráfica 40. Caudal Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.……………………………….... 45
Gráfica 41. Temperatura Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo.…………………………. 46
Gráfica 42. Temperatura Salida Filtros Anaerobios – Tiempo.…………………………... 46
Gráfica 43. Eficiencia de Remoción DQO Total.………………………………………… 47
Gráfica 44. Eficiencia de Remoción DQO Soluble.………………………………….........48
Gráfica 45. Eficiencia de Remoción DBO5.……………………………………………… 49
Gráfica 46. Eficiencia de Remoción Sólidos Suspendidos Totales.…..………………….. 50
Gráfica 47. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total.……………………………………. 51
Gráfica 48. Eficiencia de Remoción Fósforo Total.……………………………..……….. 52
LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. Características del Filtro Anaeróbico……………………………………….….. 21
Tabla 2. Características del medio de soporte de los filtros anaeróbicos.…………….…. 22
Tabla 3. Proporciones para la preparación del agua residual sintética alimentada a los filtros
anaeróbicos………………………………………………………………………..….…... 22
Tabla 4. Eficiencia de remoción (promedio) de materia orgánica de los FAFAs………. 55
Tabla 5. Estadística descriptiva parámetros in situ de entrada.…………………………. 60
Tabla 6. Estadística descriptiva parámetros in situ de salida.……………………….…... 60
Tabla 7. Estadística descriptiva parámetros de entrada.………………………………… 61
Tabla 8. Estadística descriptiva parámetros de salida.……………………………….….. 63
Tabla 9. Estadística descriptiva eficiencias de remoción.………………………….……. 65
LISTADO DE CUADROS
Cuadro 1. Condiciones para favorecer el equilibrio dinámico del proceso anaeróbico…… 9
Cuadro 2. Comparación entre el tratamiento aeróbico y anaeróbico.…………………..... 14
Cuadro 3. Ventajas y desventajas del proceso anaerobio…………………………….….. 15
Cuadro 4. Ventajas y desventajas del proceso aerobio………………………................... 16
Cuadro 5. Factores y niveles de estudio……………………………………………….… 20
Cuadro 6. Variables.………………………………………………………………….….. 23
Cuadro 7. Frecuencia y parámetros de evaluación de las muestras.……………………... 24
Cuadro 8. Métodos Analíticos.…………………………………………………………... 25
LISTADO DE ANEXOS
ANEXO 1. Estadística descriptiva…………………………………………..…..……….. 60
ANEXO 2. Tabla de resultados de los análisis de laboratorio………………………..…... 69
1
1 INTRODUCCIÓN
1.1 Justificación
Años atrás, cuando la población era menor y las industrias pocas, los desechos que llegaban
a los ríos eran de menor cantidad, por lo tanto, la naturaleza se hacía cargo de los
contaminantes por medio de las bacterias presentes en el agua las cuales degradaban los
residuos depurando así el preciado líquido (Investigación y Desarrollo, 2000). En la
actualidad, el crecimiento acelerado de las ciudades, no ha permitido un cubrimiento de
servicios públicos adecuado para toda la población. Una de las consecuencias indeseables
de esta situación es la descarga indiscriminada de las aguas residuales domésticas e
industriales a los cuerpos de agua mas cercanos, siendo imposible para la naturaleza
eliminar la inmensa cantidad de contaminantes del agua con su consecuente deterioro y con
consecuencias desfavorables para la ecología y la salud pública. Los países desarrollados
han controlado esta situación utilizando sistemas de depuración de las aguas residuales
previamente a su descarga en la fuente receptora. Al igual que la tecnología de la
evacuación de las aguas servidas, se han hecho numerosos esfuerzos para la aplicación de
los sistemas de depuración utilizado en los países desarrollados a las condiciones
socioeconómicas, climáticas y culturales de nuestro medio. Uno de los resultados obtenidos
en estos esfuerzos es la incapacidad económica de las municipalidades para pagar los altos
costos de inversión y de operación de los sistemas tradicionales para el tratamiento de las
aguas residuales. A diferencia de otro tipo de servicios públicos, el tratamiento de las aguas
residuales necesita de soluciones tecnológicas apropiadas para el medio climático y
socioeconómico de los países en vías de desarrollo (Giraldo, 1993).
Una de las alternativas tecnológicas para la depuración de las aguas residuales que ha
tenido un gran desarrollo en las últimas décadas ha sido la de los tratamientos biológicos en
ambientes anaerobios (Giraldo, 1993).
2
El filtro anaeróbico desarrollado a finales de los años sesenta es un reactor de cultivo fijo
clasificado como de alta tasa, que alcanza la separación entre el tiempo de retención
hidráulico (TRH) y el tiempo se retención celular (TRC) que puede ser del orden de 100
días, de esta manera se permite dentro del reactor un crecimiento lento de los
microorganismos independientemente del flujo de agua residual. Este reactor ha encontrado
aplicabilidad en el tratamiento de aguas residuales industriales y domésticas (Castaño,
2003).
En el filtro el agua residual fluye de forma ascendente, sobre o a través de una masa de
sólidos biológicos, contenidos en un reactor con material de empaque. La biomasa en el
reactor puede estar adherida a la superficie del medio en forma de biopelícula, o estar en
suspensión en el líquido como un lodo granular o floculento que se distribuye en los
intersticios del medio empacado como función de la velocidad ascensional. Los compuestos
orgánicos solubles y los nutrientes existentes en el agua residual afluente se difunden
dentro de los sólidos biológicos, adheridos al medio o en suspensión, convirtiéndose en los
productos intermedios y finales propios de la digestión anaeróbica (Castaño, 2003),
depurando de esta manera el agua.
El proyecto realizado es continuación de estudios previos y es el pretratamiento de
humedales en el proyecto: Hidrodinámica y Cinética de Humedales Artificiales de Flujo
Subsuperficial que busca contribuir con la preservación de los ecosistemas y la salud
pública mediante la depuración de las aguas residuales producto de las actividades
humanas.
Este estudio presenta los resultados experimentales obtenidos en la evaluación de los
FAFAs para la remoción de materia orgánica al variar la carga orgánica volumétrica (COV)
aplicada y duplicar el tiempo de retención hidráulica (TRH).
3
1.2 Objetivo General
Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica, con variación de la carga orgánica
volumétrica, de los filtros anaerobios de flujo ascendente.
1.3 Objetivos Específicos
• Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica de los filtros anaerobios de
flujo ascendente operando bajo las cargas orgánicas volumétricas (COV) de 0.7 y
1.26 Kg DQO/m3día.
• Evaluar el impacto de duplicar el tiempo de retención hidráulica.
4
2 REVISIÓN DE LITERATURA
2.1 Proceso Anaerobio
El tratamiento anaerobio es el proceso de degradación u oxidación de la materia orgánica
por la acción coordinada de cinco grupos diferentes de microorganismos en cuatro etapas
secuenciales: Hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis, en ausencia de
oxígeno u otros agentes oxidantes fuertes (SO=4, NO=
3, etc), para obtener la energía
requerida para el crecimiento y mantenimiento de los organismos anaerobios. El proceso
microbial es muy complejo y está integrado por múltiples reacciones paralelas y en serie,
interdependientes entre sí. Como subproducto se obtiene un gas, denominado usualmente
biogás, cuya composición básica es metano CH4 y dióxido de carbono CO2 en un 95 %,
pero con la presencia adicional de nitrógeno, hidrógeno, amoníaco y sulfuro de hidrógeno,
usualmente en proporciones inferiores al 1%. La figura 1 muestra el proceso de producción
del metano (Romero, 2004).
2.1.1 Hidrólisis
Inicialmente las bacterias hidrolíticas, mediante transformaciones enzimáticas, fermentan
los compuestos orgánicos complejos en compuestos de masa molecular baja como los
azúcares, aminoácidos, ácidos grasos y glicerol, adecuados para emplearlos como fuente de
energía y de carbón celular (Romero, 2004).
2.1.2 Acidogénesis
Las bacterias acidogénicas transforman las moléculas pequeñas, producto de la hidrólisis,
en ácidos orgánicos, por ejemplo acido acético, propiónico, butírico, valérico y fórmico,
además de hidrógeno y dióxido de carbono. Durante esta etapa fermentativa no existe
5
realmente estabilización, sino una transformación de material orgánico complejo en
compuestos más simples. (Romero, 2004).
C6H12O6 + 3H2O →→→→Bacterias CH3COCOOH + 3CO2 + 7 H2
Glucosa Piruvato
Reacción 1
2.1.3 Acetogénesis
Los productos de la acidogénesis son convertidos en acido acético, hidrógeno y dióxido de
carbono mediante las bacterias acetogénicas (Romero, 2004).
2 CH3COCOOH + 2H2O →→→→Bacterias 2 CH3COOH + 2CO2 + 2 H2
Piruvato Acetato
Reacción 2
2.1.4 Metanogénesis
En esta etapa a partir del ácido acético y fórmico, (CO2, H2) y metanol, las bacterias
metanogénicas producen metano, dióxido de carbono y agua (Romero, 2004; Metcalf &
Eddy, 1995). Estas bacterias son microorganismos estrictamente anaeróbicos muy sensibles
a los cambios de temperatura y pH.
6
Sin embargo, en un digestor anaeróbico, las dos rutas principales de producción de metano
son (Metcalf & Eddy, 1995):
• La formación de metano por la reducción del CO2 con el H2 por intermedio de las
bacterias metanogénicas hidrogenofílicas.
4H2 + CO2 →→→→Bacterias CH4 + 2 H2O
reacción
KJ130.69∆Gº −=
Reacción 3
• La producción de metano a partir del acetato por medio de las bacterias
metanogénicas acetoclásticas.
CH3COOH →→→→Bacterias CH4 + CO2
CH3COO - + H2O →→→→Bacterias CH4 + HCO3 -
reacción
KJ31ºG∆ -====
Reacción 4
Estas bacterias tienen tasas de crecimiento muy lentas, razón por la cual se considera que su
metabolismo es un factor limitante del tratamiento anaerobio de los residuos orgánicos. En
general todas las bacterias metanogénicas son de crecimiento muy lento y, por lo tanto, el
tiempo de retención celular debe ser lo suficientemente largo para permitir su crecimiento e
7
impedir su extracción del sistema, se considera que la fermentación metanogénica controla
la tasa del proceso (Metcalf & Eddy, 1995).
La mayor parte del metano producido, el 70% proviene de la fermentación del ácido
acético, el cual es el ácido predominante en la fermentación de carbohidratos, proteínas y
grasas; el 30% restante, es el resultado de la reducción del CO2 por el H2 (Romero, 2004;
Díaz, 1987).
La estabilización o remoción biológica anaerobia de DBO ocurre en la etapa de formación
de metano, porque este es poco soluble en el agua y se evapora con el gas que sale del
reactor. El CO2 producido también escapa como gas o es convertido en alcalinidad
bicarbonácea (Romero, 2004; Metcalf & Eddy, 1995).
Para mantener una digestión eficiente debe haber producción de metano y mantenerse una
concentración baja de hidrógeno. Lo anterior ocurre debido a la relación simbiótica
sintrófica (mutuamente beneficiosa) obligada entre las bacterias metanogénicas utilizadoras
de hidrógeno que contribuyen a mantener bajas presiones parciales de H2 en el sistema.
Esto desplaza el equilibrio de la fermentación hacia la formación de acetato, mediante las
bacterias acetogénicas, sustrato a su vez de las bacterias acetoclásticas, controlantes de la
velocidad neta de la digestión (Metcalf & Eddy, 1995).
La formación de metano también puede verse afectada por la concentración de sulfatos en
el afluente. Al comparar las constantes de saturación media (Ks) de las bacterias
metanogénicas utilizadoras de hidrógeno (6.6 M), y la de las bacterias reductoras del
sulfato (1.3 M) puede observarse que la reducción de sulfatos a sulfuros de hidrógeno se
encuentra energéticamente favorecida. Asimismo, la comparación de sus constantes de
saturación media en la metabolización del acetato, muestran una amplia diferencia, 0.2 mM
para las reductoras del sulfato y 3 mM para las metanogénicas (Díaz, 1987); en las
reacciones 3 a 6 también se puede apreciar que las bacterias sulforeductoras tienen más
afinidad por el H2 y el acetato como sustrato que las metanogénicas (Comparando las
energías libres); Por tanto, cuando las concentraciones de acetato e hidrógeno son
8
limitantes, la reducción del sulfato prevalecerá sobre la formación de metano. Sin embargo
la concentración de sulfatos básicamente no tiene efecto en la eficiencia de remoción de
DQO, debido a que la existencia de bacterias sulfato reductoras compensan la inactividad
de las metanógenas, dado que consumen H2 y metabolizan acetato (Castaño, 2003) .
O4HSH 2H SO 4H22
ctorasSulforredu
Bacterias 2-
42++++ →→→→++++++++ ++++
reacción
KJ21.151ºG∆ -====
Reacción 5
OH 2 SH CO 2 3H SO4 COOCH222
ctorasSulforredu
Bacterias
- 2-
3++++++++ →→→→++++++++ ++++
reacción
KJ5.57ºG∆ -====
Reacción 6
No obstante, en reactores anaeróbicos la etapa limitante está relacionada con factores como:
la naturaleza del sustrato, la configuración del reactor, la temperatura, o la velocidad de
carga al sistema, por lo cual la etapa limitante estará determinada en mayor o menor grado
por estos factores. Así, para sustratos con alto contenido de celulosa o lignina, la limitación
se presentará en la hidrólisis de estos compuestos. La hidrólisis también podrá ser limitante
con residuos de alto contenido de grasas o lípidos, por tanto, la limitación será mucho
mayor si el proceso se efectúa a bajas temperaturas. La fase de formación de ácidos
también podrá constituirse en la fase controladora del proceso. Por ejemplo, residuos con
alto contenido de sustratos fácilmente hidrolizables dan lugar a la formación acelerada de
ácidos. Estos no podrán removerse a la misma velocidad de producción, por lo que existirá
una acumulación de ácidos en el sistema, y en consecuencia se presentará inhibición de la
formación de metano. De manera similar, esta etapa será limitante cuando la carga orgánica
en el sistema es muy baja. La poca concentración de ácidos volátiles afecta la velocidad de
9
formación de metano, pero a medida que se aumente la carga, la metanogénesis se
incrementará (Díaz, 1987).
2.1.5 Estabilidad del proceso
Con objeto de mantener un sistema de tratamiento anaerobio que estabilice correctamente
el residuo orgánico, los microorganismos formadores de ácidos y de metano se deben
encontrar en un estado de equilibrio dinámico. Las condiciones óptimas para favorecer
dicho estado y por lo tanto tener un proceso anaerobio eficiente se encuentran descritas en
el cuadro 1. (Romero, 2004; Metcalf & Eddy, 1995):
Cuadro 1. Condiciones para favorecer el equilibrio dinámico del proceso anaeróbico.
PARÁMETRO CONDICIÓN
Bacterias Equilibrio dinámico entre no metanogénicas
y metanogénicas
Temperatura Intervalo óptimo mesofílico (20 – 40 ºC).
Medio Anaerobio, OD (oxígeno disuelto) = 0
Sustancias tóxicas Como metales pesados y sulfuros, ausentes.
Nutrientes
Nitrógeno, Fósforo, trazas de Ca, Mg, Fe,
para asegurar el crecimiento de los
microorganismos.
pH 6.5 - 7.6
Alcalinidad 1000 - 5000 mg/l – CaCO3 *
Ácidos volátiles Inferior a 250 mg/l *
*Para evitar que el pH descienda por debajo de 6.2, que es límite de la actividad de la
bacterias formadoras de metano.
10
Figura 1. Formación de metano en la digestión anaerobia (Tomado de Romero
(2004))
2.2 Reactores Anaeróbicos
Como el crecimiento de los microorganismos involucrados en la producción de metano es
muy lento, la retención de la biomasa en el reactor es uno de los factores más importantes
para su funcionamiento. El desarrollo y mantenimiento de una alta concentración de
biomasa es elemento fundamental para el diseño y operación de estos reactores.
Afortunadamente, muchas de las bacterias involucradas en el proceso tienen la capacidad
de adherirse unas a otras formando “flocs”, o adherirse a superficies, lo que facilita su
retención en el reactor. Es así como la utilización de esta característica ha permitido el
desarrollo de procesos estables y eficientes.
11
En la actualidad una serie de reactores avanzados de alta tasa que aseguran una eficiente
retención de la biomasa, se presentan como nuevas alternativas de tratamiento. Dentro de
estos se pueden mencionar los presentes en la figura 2. (Díaz, 1987).
Figura 2. Diferentes tipos de reactores anaeróbicos (Tomado de Díaz (1987))
descendente
12
2.3 El Filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente (Tomado de Romero (2004))
El filtro anaerobio de flujo ascendente es un proceso de crecimiento adherido propuesto por
Young y McCarty en 1969, para el tratamiento de residuos solubles. De los sistemas de
tratamiento anaerobio es el más sencillo de mantener porque la biomasa permanece como
una película microbial adherida y porque como el flujo es ascensional, el riesgo de
taponamiento es mínimo.
El filtro anaerobio está constituido por un tanque o columna, relleno con un medio sólido
para soporte del crecimiento biológico anaerobio (figura 3). El agua residual es puesta en
contacto con el crecimiento bacterial anaerobio adherido al medio y como las bacterias son
retenidas sobre el medio y no salen en el efluente, es posible obtener tiempos de retención
celular del orden de cien días con tiempos de retención hidráulica cortos. Los filtros
anaerobios también pueden ser útiles para desnitrificar efluentes ricos en nitratos o como
pretratamiento en plantas de purificación de agua.
Figura 3. Filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA)
13
El proceso no utiliza recirculación ni calentamiento y produce una cantidad mínima de
lodo; las pérdidas de energía a través del lecho son mínimas. El filtro anaerobio usa como
medio de soporte de crecimiento piedras, anillos de plástico o bioanillos plásticos,
colocados al azar. La mayor parte de la biomasa se acumula en los vacíos intersticiales
existentes entre el medio. La acumulación de biomasa y de sólidos inertes puede causar
canalización y cortocircuito. El medio permanece sumergido en el agua residual,
permitiendo una concentración de biomasa alta y un efluente clarificado; el proceso se ha
usado a bajas temperaturas, pero preferiblemente la temperatura debe ser mayor de 25 ºC.
El espesor observado de biopelícula sobre diferentes medios plásticos es de 1 a 3 mm. El
residuo debe contener alcalinidad suficiente para mantener un pH, en la zona de lodos,
mayor de 6.5; Sin embargo, el amonio liberado en la hidrólisis de las proteínas puede
reducir la alcalinidad requerida de fuentes externas.
El arranque de un proceso de crecimiento adherido puede ser más lento que el de un
proceso de crecimiento suspendido, puede demorar unos seis meses en aguas residuales de
baja concentración y de temperatura baja. Sin embargo, el filtro anaerobio es poco sensible
a variaciones de carga hidráulica y a la operación discontinua pues el medio retiene los
sólidos y la biomasa formada en él. En estudios hechos en Brasil se indica que estos filtros
logran remociones de DBO del 80%, con lechos de piedra de 4 a 7 mm y altura de 1.20 m.
Otros estudios con residuo de DQO igual a 12000 mg/l, carga orgánica volumétrica menor
de 4 Kg DQO/m3 d, tiempo de retención hidráulica de 1 día, edad de los lodos de 56 días y
temperaturas de 20 a 25 ºC, indicaron remociones del 88 % de DQO.
Es destacable el uso actual de los sistemas anaeróbicos en zonas rurales y comunidades
dispersas, dado que precisan de menor suministro de energía externa y, eventualmente,
podrían obtenerse subproductos de utilidad como el caso del biogás (ver cuadro 2),
(Castaño, 2003).
14
Cuadro 2. Comparación entre el tratamiento aeróbico y anaeróbico (Fuente: Castaño,
2003)
COMPARACIÓN TRATAMIENTO
AERÓBICO
TRATAMIENTO
ANAERÓBICO
Modelo de mineralización del sustrato
C6H12O6 + 6O2 ↔ 6CO2 + 6H2O
∆Go = -2840 KJ/mol Glucosa
C6H12O6 ↔ 3CO2 + 3CH4
∆Go = -393 KJ/mol Glucosa
Balance de carbono
50-60 % es convertido a CO2 40-50 % es incorporado como tejido celular
95% es convertido a biogás; 5% es incorporado como tejido celular
Balance de energía
60% de la energía es almacenada en la nueva biomasa; 40% se disipa como calor
90% se retiene como CH4, 3-5% se disipa como calor, 5-7% almacenada en la nueva biomasa
Requerimientos de energía Alta demanda de energía para aireación
No se requieren entradas extremas de energía
Requerimientos de nutrientes A menudo se requiere adición de nutrientes
Bajos requerimientos de nutrientes
Arranque Cortos tiempos de arranque Mayores tiempos de arranque
Estado de desarrollo Tecnología establecida
Tecnología recientemente establecida, aun bajo investigación para aplicaciones específicas
Remoción de nutrientes Se puede incorporar la remoción de nutrientes
Remoción de nutrientes a través de postratamientos
Remoción de patógenos Baja Baja
15
Cuadro 3. Ventajas y desventajas del proceso anaerobio (Fuente: Romero, 2004)
VENTAJAS DESVENTAJAS
- Tasa baja de síntesis celular y, por
consiguiente, poca producción de
lodos.
- El lodo producido es
razonablemente estable y puede
secarse y disponerse por métodos
convencionales.
- No requiere oxígeno. Por tanto,
usa poca energía eléctrica y es
especialmente adaptable a aguas
residuales de alta concentración
orgánica.
- Produce metano, el cual puede ser
útil como energético
- Tiene requerimientos nutricionales
bajos.
- Para obtener grados altos de
tratamiento requiere temperaturas
altas.
- El medio es corrosivo.
- Tiene riesgos de salud por H2S.
- Exige un intervalo de operación de
pH bastante restringido.
- Requiere concentraciones altas de
alcalinidad.
- Es sensible a la contaminación con
oxígeno.
- Puede presentar olores
desagradables por H2S, ácidos
grasos y amidas.
16
Cuadro 4. Ventajas y desventajas del proceso aerobio (Fuente: Romero, 2004)
VENTAJAS DESVENTAJAS
- Ausencia de olores.
- Mineralización de todos los
compuestos biodegradables
- Tasa alta de síntesis celular y, por
consiguiente, alta producción de
lodos.
- Requiere mucha energía eléctrica
para oxigenación y mezcla.
- Gran proporción de células en los
lodos que hace, en algunos casos,
necesaria su digestión, antes de
secarlos y disponerlos.
2.3.1 Configuración del filtro (Tomado de Castaño (2003))
El filtro anaeróbico de flujo ascendente se constituye de tres zonas funcionales: zona de
entrada, zona empacada y zona de salida.
2.3.1.1 Zona de entrada
En el filtro anaeróbico se pueden tener dos tipos de configuración de entrada: sin falso
fondo y con falso fondo (ver figura 4).
En la configuración sin falso fondo, todo el volumen del reactor es ocupado por el medio,
en este caso es importante cuidar que el material del fondo sea uniforme y de alta porosidad
con el fin de evitar taponamientos. Cuando la configuración es con falso fondo, se
promueve una zona en la que se forma un floc granular de buena sedimentabilidad. La
distribución del caudal se hace por medio de una tubería perforada (generalmente PVC) y
debe ser uniforme, con el fin de evitar zonas muertas dentro del reactor.
17
Figura 4. Configuraciones de entrada en filtros anaeróbicos. a) Sin falso fondo. b) Con
falso fondo (Tomado de Castaño (2003))
2.3.1.2 Zona empacada
Parte del filtro en la cual se encuentra el medio filtrante y se presenta el crecimiento de los
microorganismos con la consiguiente remoción de contaminantes orgánicos. El medio
filtrante sirve de soporte para que la población biológica se desarrolle, por lo cual una
principal característica que este debe poseer es una relativamente alta área superficial. Sin
embargo estudios han demostrado que a pesar de ocurrir una adherencia del filme biológico
al medio de soporte, una mayor porción de los microorganismos se encuentran suspendidos
en los intersticios del medio dejando de ser la superficie específica una variable de
importancia que afecte la eficiencia desde la perspectiva de la concentración de biomasa
activa.
No obstante, el tipo, forma y características del lecho filtrante ejercen influencia sobre la
eficiencia, en aspectos diferentes a la cantidad de biomasa activa fija: el medio actúa como
separador líquido – gas - sólido; también ayuda a proveer un flujo uniforme del agua
residual, propiciando un mayor contacto del residuo con la masa biológica; el medio retiene
la biomasa adherida o en suspensión, generando altos tiempos de retención celular, además
del efecto en los tiempos de arranque, la rugosidad del material de soporte, su grado de
EFLUENTE
GASES
AFLUENTE
MEDIO
BIOMASA SUSPENDIDA
a)
EFLUENTE
AFLUENTE
GASES
MEDIO
b)
18
porosidad, así como el tamaño del poro, afecta a la tasa de colonización de la población
microbiana.
Tipos de medios
Entre los tipos de medios más utilizados se encuentran la piedra triturada angulosa o
redonda (grava sin picos, de tamaño entre 4-7 cm), materiales cerámicos, vidrios, ladrillos,
poliésteres, poliuretano. Actualmente se han estudiado otras alternativas no convencionales
como son la guadua, el bambú, la cáscara de coco, tejas de barro; y otros más sofisticados
como los anillos sintéticos, las matrices plásticas de flujo cruzado o tubular; estos últimos
de mayores costos por ser mas eficientes. Estas nuevas alternativas han suprimido
inconvenientes como atascamientos y colmatación que se presentaban en los tratamientos
con grava, sobre todo cuando esta es pequeña, afectando negativamente la eficiencia con el
paso del tiempo.
Figura 5. Tipos de medios de empaque (Tomado de Castaño (2003))
19
2.3.1.3 Zona de salida
Esta zona cumple varias funciones importantes las cuales son: recibir el efluente del filtro,
evacuarlo y garantizar una correcta y homogénea circulación del mismo a través de todo el
sistema, así se evitarán cortos circuitos o zonas muertas lo que proporcionará una adecuada
eficiencia hidráulica. Cuando se presentan este tipo de inconvenientes los tiempos de
retención hidráulicos calculados en el diseño serán mayores que los reales, como
consecuencia podríamos obtener una baja eficiencia del sistema. Tomando en cuenta todos
estos aspectos la zona de salida puede ser a través de una tubería perforada o por medio de
un vertedero (ver figura 6). Estas dos configuraciones garantizan una recolección
homogénea a lo largo del sistema.
Figura 6. Configuraciones de salida. a) Tubería perforada, b) Vertedero (Tomado de
Castaño (2003))
20
3 DESARROLLO EXPERIMENTAL DE LA EVALUACIÓN DEL SIS TEMA DE
FAFAs
El proyecto de investigación se realizó en las instalaciones de la Universidad Tecnológica
de Pereira, específicamente en un sistema de FAFAs, (pretratamiento de humedales; parte
del proyecto: Hidrodinámica y Cinética de Humedales Artificiales de Flujo
Subsuperficial) ubicado en la planta de tratamiento de aguas residuales.
3.1 Materiales y Métodos
3.1.1 Factores de estudio
El cuadro 5 muestra los factores de estudio y los niveles para cada factor:
Cuadro 5. Factores y niveles de estudio.
FACTOR NIVELES
A Carga orgánica volumétrica 0.7 Kg DQO/m3día (CO II) 1.26 Kg DQO/m3día (CO III)
B Tiempo de retención
hidráulica Duplicado
3.1.2 Descripción del sistema
Para el desarrollo del proyecto se trabajó en un montaje de dos FAFAs ubicados en serie
con medio de soporte en guadua. El montaje posee un sistema de alimentación de agua
residual sintética, la cual es llevada a los filtros por medio de una bomba peristáltica que a
21
su vez reguló el caudal de la solución de 312 ml/min. (Figura 7). El tiempo de retención
hidráulica de los filtros fue de 12 horas.
Las dimensiones y características de los filtros anaeróbicos y del medio de soporte se
presentan en las tablas 1 y 2.
Figura 7. Montaje experimental de los FAFAs
Tabla 1. Características del filtro anaeróbico
FILTROS ANAERÓBICOS CARACTERÍSTICAS
Material Canecas plásticas de 56 cm de diámetro y 83 cm de altura
Zona de entrada
Se utilizó una parrilla metálica como falso fondo. La distribución del agua residual se hizo a través de un marco de 25 cm de lado en pvc de 1/2 pulgada, perforado lateralmente cada 2.5 cm.
22
Tabla 2. Características del medio de soporte de los filtros anaeróbicos
PARÁMETRO GUADUA
Volumen empacado, L 148
Porosidad 0.60
Volumen de vacíos, L 59
Altura del lecho, m 0.60
Forma Anillos
Diámetro, cm ≈ 2.5
Longitud, cm ≈ 2.5
3.1.3 Características del agua residual sintética
El agua residual sintética se preparó en un tanque de 800 litros al cual se le agregó: agua
limpia, agua residual proveniente de la Universidad Tecnológica de Pereira como
suministro de micro y macronutrientes y sangre de bovino obtenida del matadero
metropolitano de la ciudad de Pereira como fuente de materia orgánica, en las proporciones
dadas en la tabla 3.
Tabla 3. Proporciones para la preparación del agua residual sintética alimentada a los
filtros anaeróbicos
COV (Kg
DQO/m3día)
DQO
Afluente
(mg/l)
Dilución
Volumen
Sangre (ml)
Volumen
Agua
Limpia (L)
Volumen
Agua
Residual (L)
0.7 (CO II) 350 800 1000 639.0 160
1.26 (CO III) 630 400 2000 638.0 160
23
3.1.4 Inoculación
El proyecto se inició sobre un sistema ya arrancado. La inoculación se realizó en un estudio
previo con el fin de minimizar el período de arranque de los filtros, suministrando una
población inicial de lodos provenientes de la planta de tratamiento de agua residual de
Postobón de la siguiente manera: una capa de guadua, una capa de lodo y una capa de cal
hasta completar 60 cm de lecho.
3.1.5 Variables
La materia orgánica en el agua residual sintética, se midió en términos de Demanda
Química de Oxígeno (DQO) total y soluble y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5).
Para los análisis estadísticos se tomó como variable de respuesta principal el porcentaje de
remoción de DQO (Total y Soluble) y DBO5.
Cuadro 6. Variables
VARIABLES NO CONTROLADAS
VARIABLES DE CONTROL
VARIABLES DE RESPUESTA
Calidad del agua cruda que entra a los reactores
Condiciones ambientales
pH
Temperatura
Caudal de entrada a los reactores (TRH)
Demanda Química de Oxígeno, DQO (total y soluble) Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO5
Sólidos Suspendidos Totales, SST Fósforo Total, PT Nitrógeno Total, NTK.
3.1.6 Programa de muestreo
Durante el trabajo de campo se realizaron 16 muestreos, uno por semana, en cada punto
reseñado en la figura 7, se hizo toma de muestra compuesta de la siguiente manera: se tomó
24
una alícuota de 84 ml en cada punto con intervalos de media hora secuencialmente, de esta
forma hasta completar 1 litro de muestra en 6 horas.
La frecuencia y parámetros evaluados en las muestras se encuentran descritos en el cuadro
7.
Cuadro 7. Frecuencia y parámetros de evaluación de las muestras
PARÁMETRO FRECUENCIA
pH Semanal (in situ)
Temperatura Semanal (in situ)
Caudal Semanal (in situ)
Demanda Bioquímica de Oxígeno - DBO5 Semanal
Demanda Química de Oxígeno Total - DQOt Semanal
Demanda Química de Oxígeno Soluble - DQOs Semanal
Sólidos Suspendidos Totales - SST Semanal
Nitrógeno Total Kjeldahl - NTK Semanal
Fósforo Total – PT Semanal
3.1.7 Métodos analíticos
Los análisis de laboratorio se desarrollaron con base en el manual Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater. El cuadro 8 presenta los métodos analíticos
utilizados.
25
Cuadro 8. Métodos analíticos
PARÁMETRO MÉTODO ANALÍTICO
Demanda Bioquímica de Oxígeno - DBO5 Incubación a 20 ºC por 5 días, luego medida de oxígeno por método potenciométrico
Demanda Química de Oxígeno – DQO Reflujo cerrado, método titulométrico Nitrógeno Total – NTK Kjeldahl Fósforo Total – PT Digestión y método fotométrico Sólidos Suspendidos Totales – SST Gravimétrico pH pH-metro
Temperatura Termómetro digital y de columna de mercurio.
Caudal Volumétrico
26
3.2 Resultados y Discusión 3.2.1 Gráficos de barras: Parámetros - Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
250.00
500.00
750.00
DQ
OT
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 1. DQO Total Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
100.00
200.00
300.00
DQ
OT
Sal
ida
(mg/
l)
�
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 2. DQO Total Salida por Unidad de Tratamiento
27
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
250.00
500.00
750.00
DQ
OS
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 3. DQO Soluble Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
100.00
200.00
300.00
DQ
OS
Salid
a (m
g/l)
�
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 4. DQO Soluble Salida por Unidad de Tratamiento
28
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
250.00
500.00
750.00
DB
O5
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 5. DBO5 Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
100.00
200.00
300.00
DB
O5
Salid
a (m
g/l)
�
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 6. DBO5 Salida por Unidad de Tratamiento
29
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
NK
T E
ntra
da (
mg/
l)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 7. Nitrógeno Total Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
NK
T S
alid
a (m
g/l)
�
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 8. Nitrógeno Total Salida por Unidad de Tratamiento
30
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
PT
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 9. Fósforo Total Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
PT
Sal
ida
(mg/
l) �
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 10. Fósforo Total Salida por Unidad de Tratamiento
31
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
100.00
SST
Ent
rada
(m
g/l) �
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
��
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 11. SST Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
100.00
SST
Sal
ida
(mg/
l)
�
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 12. SST Salida por Unidad de Tratamiento
32
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
2.00
4.00
6.00
pH E
ntra
da
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 13. pH Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
2.00
4.00
6.00
pH S
alid
a
� � �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 14. pH Salida por Unidad de Tratamiento
33
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
100.00
200.00
300.00
Cau
dal E
ntra
da (
ml/m
in)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 15. Caudal Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
100.00
200.00
300.00
Cau
dal S
alid
a (m
l/min
) �
� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 16. Caudal Salida por Unidad de Tratamiento
34
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
Tem
pera
tura
Ent
rada
(ºC
)
�
��
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
��
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 17. Temperatura Entrada por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
Tem
pera
tura
Sal
ida
( ºC
)
�� �
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�� �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SD
Gráfica 18. Temperatura Salida por Unidad de Tratamiento
35
3.2.2 Gráficos de barras: Eficiencia de Remoción – Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
Efi
cien
cia
DQ
O T
otal
(%)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
� �
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SE
Gráfica 19. Eficiencia de Remoción DQO Total por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
Efi
cien
cia
DQ
O S
olub
le (
%)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
��
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SE
Gráfica 20. Eficiencia de Remoción DQO Soluble por Unidad de Tratamiento
36
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
0.00
25.00
50.00
75.00
Efi
cien
cia
DB
O5
(%)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SE
Gráfica 21. Eficiencia de Remoción DBO5 por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Efi
cien
cia
SST
(%
)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SE
Gráfica 22. Eficiencia de Remoción SST por Unidad de Tratamiento
37
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
-80.00
-40.00
0.00
40.00
Efi
cien
cia
NK
T (
%)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
�
�
�
Error Bars show Mean +/- 1,0 SE
Gráfica 23. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total por Unidad de Tratamiento
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
-1,000.00
0.00
1,000.00
Efi
cien
cia
PT
(%
)
�
�
�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA 2 FAFA1+FAFA2
Unidad de Tratamiento
� � �
Error Bars show Mean +/- 1,0 SE
Gráfica 24. Eficiencia de Remoción Fósforo Total por Unidad de Tratamiento
38
3.2.3 Gráficos de línea: Parámetros – Tiempo
200 240 280 320
Días
400.00
600.00
800.00
DQ
OT
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
��
�
�
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�
�
�
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�
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CO II
CO III
Gráfica 25. DQO Total Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo
200 240 280 320
Días
100.00
200.00
300.00
DQ
OT
Sal
ida
(mg/
l)
�
� �
� �
�
�
�
�
�
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�
�
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�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
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��
�
�
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�
�
�
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�
�
�
CO IICO III
Gráfica 26. DQO Total Salida Filtros Anaerobios - Tiempo
39
200 240 280 320
Días
400.00
600.00
800.00
DQ
OS
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
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CO II
CO III
Gráfica 27. DQO Soluble Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo
200 240 280 320
Días
100.00
200.00
300.00
DQ
OS
Salid
a (m
g/l)
�
�
��
�
�
�
�
�
�
��
�
�
�
�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
��
�
��
�
�
�
�
�
��
�
�
�
�
CO IICO III
Gráfica 28. DQO Soluble Salida Filtros Anaerobios – Tiempo
40
200 240 280 320
Días
200.00
400.00
600.00
800.00
DB
O5
Ent
rada
(mg/
l)
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
CO II
CO III
Gráfica 29. DBO5 Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo
200 240 280 320
Días
100.00
200.00
300.00
DB
O5
Salid
a (m
g/l)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
��
�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
�
��
�
�
�
�
�
�
��
�
�
�
�
CO IICO III
Gráfica 30. DBO5 Salida Filtros Anaerobios - Tiempo
41
200 240 280 320
Días
20.00
40.00
60.00
80.00
NK
T E
ntra
da (m
g/l)
� ��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
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CO II
CO III
Gráfica 31. Nitrógeno Total Entrada Filtros Anaerobios – Tiempo
200 240 280 320
Días
20.00
40.00
60.00
80.00
NK
T S
alid
a (m
g/l)
�
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�
�
�
�
�
�
��
�
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�
�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
��
�
�
CO II
CO III
Gráfica 32. Nitrógeno Total Salida Filtros Anaerobios - Tiempo
42
200 240 280 320
Días
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
PT
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 33. Fósforo Total Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo
200 240 280 320
Días
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
PT
Sal
ida
(mg/
l)
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO IICO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 34. Fósforo Total Salida Filtros Anaerobios – Tiempo
43
200 240 280 320
Días
40.00
60.00
80.00
100.00
SST
Ent
rada
(m
g/l)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 35. SST Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo
200 240 280 320
Días
25.00
50.00
75.00
100.00
SST
Sal
ida
(mg/
l)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 36. SST Salida Filtros Anaerobios – Tiempo
44
200 240 280 320
Días
7.00
7.20
7.40
7.60pH
Ent
rada
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 37. pH Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo
200 240 280 320
Días
6.70
6.80
6.90
7.00
7.10
pH S
alid
a
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
��
CO II
CO III
Gráfica 38. pH Salida Filtros Anaerobios – Tiempo
45
200 240 280 320
Días
280.00
300.00
320.00
340.00
Cau
dal E
ntra
da (
ml/m
in)
�
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�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 39. Caudal Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo
200 240 280 320
Días
240.00
280.00
320.00
360.00
Cau
dal S
alid
a (m
l/min
)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
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�
�
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�
CO II CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 40. Caudal Salida Filtros Anaerobios – Tiempo
46
200 240 280 320
Días
20.00
21.00
22.00
23.00
24.00
Tem
pera
tura
Ent
rada
( ºC
)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
CO II
CO III
Gráfica 41. Temperatura Entrada Filtros Anaerobios - Tiempo
200 240 280 320
Días
20.00
21.00
22.00
23.00
24.00
Tem
pera
tura
Sal
ida
( ºC
)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
CO II
CO III
FAFA 1 FAFA1+FAFA2
200 240 280 320
Días
�
�
�
�
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
CO II
CO III
Gráfica 42. Temperatura Salida Filtros Anaerobios - Tiempo
47
3.2.4 Gráficos de línea: Eficiencia de Remoción- Tiempo
20.00
40.00
60.00
80.00
Efi
cien
cia
DQ
O T
otal
(%
)
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CO II
CO III
FAFA 1 FAFA 2
FAFA1+FAFA2
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CO IICO III
200 240 280 320
Días
20.00
40.00
60.00
80.00
Efi
cien
cia
DQ
O T
otal
(%
)
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CO II
CO III
Gráfica 43. Eficiencia de Remoción DQO Total
48
20.00
40.00
60.00
80.00
Efi
cien
cia
DQ
O S
olub
le (%
)
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CO II
CO III
FAFA 1 FAFA 2
FAFA1+FAFA2
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CO II CO III
200 240 280 320
Días
20.00
40.00
60.00
80.00
Efi
cien
cia
DQ
O S
olub
le (
%)
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CO II
CO III
Gráfica 44. Eficiencia de Remoción DQO Soluble
49
20.00
40.00
60.00
80.00
Efi
cien
cia
DB
O5
(%)
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CO II
CO III
FAFA 1 FAFA 2
FAFA1+FAFA2
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CO II
CO III
200 240 280 320
Días
20.00
40.00
60.00
80.00
Efi
cien
cia
DB
O5
(%)
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CO II
CO III
Gráfica 45. Eficiencia de Remoción DBO5
50
-50.00
-25.00
0.00
25.00
50.00
Efi
cien
cia
SST
(%)
�
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��
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CO II
CO III
FAFA 1 FAFA 2
FAFA1+FAFA2
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�
CO IICO III
200 240 280 320
Días
-50.00
-25.00
0.00
25.00
50.00
Efi
cien
cia
SST
(%
) �
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�
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�
�
CO II
CO III
Gráfica 46. Eficiencia de Remoción Sólidos Suspendidos Totales
51
-300.00
-200.00
-100.00
0.00
Efi
cien
cia
NK
T (%
)
�
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CO II
CO III
FAFA 1 FAFA 2
FAFA1+FAFA2
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��
�CO II
CO III
200 240 280 320
Días
-300.00
-200.00
-100.00
0.00
Efi
cien
cia
NK
T (
%)
�
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CO II
CO III
Gráfica 47. Eficiencia de Remoción Nitrógeno Total
52
-6,000.00
-4,000.00
-2,000.00
0.00
Efi
cien
cia
PT
(%
)
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CO II
CO III
FAFA 1 FAFA 2
FAFA1+FAFA2
��
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CO II
CO III
200 240 280 320
Días
-6,000.00
-4,000.00
-2,000.00
0.00
Efi
cien
cia
PT
(%)
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CO II CO III
Gráfica 48. Eficiencia de Remoción Fósforo Total
53
3.2.5. Análisis de resultados
pH
Durante todo el estudio se observó un valor promedio de 7.22 a la entrada del sistema de
filtros, 6.88 a la salida del filtro 1 y de 6.97 a la salida del filtro 2, lo que muestra que en el
filtro 1 ocurre en su mayoría la solubilización y acidificación parcial de los compuestos
complejos del agua residual (hidrólisis, acidogénesis) y en el filtro 2 el pH vuelve a
aumentar, lo que indica una disminución del contenido de ácidos en la solución. Para todo
el estudio este parámetro permaneció dentro del rango óptimo de 6.5 y 7.6 de operación de
los FAFAs.
Temperatura
Este parámetro presentó un valor promedio de 22ºC, el cual se encuentra en el intervalo
mesofílico (20 – 40ºC).
Caudal
Los resultados muestran un buen control del caudal de entrada, su valor fue relativamente
constante en los filtros.
Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)
Las mayores eficiencias de remoción se presentaron al evaluar los filtros ubicados en serie
(FAFA 1 + FAFA 2) y al aumentar la COV aplicada.
En los filtros individuales se observó eficiencias de remoción de materia orgánica más altas
en el FAFA 1 que en el FAFA 2 y ubicados en serie aumentaron su eficiencia en un rango
54
de 17 - 35% con respecto a los filtros individuales; aumentar la COV de 0.7 a 1.26 Kg
DQO/m3día, aumentó la eficiencia de remoción de los filtros en 5% para el FAFA 1; 20%
para el FAFA 2 y 11% para el FAFA 1 + FAFA2 (ver tabla 4).
Las variaciones en los parámetros de entrada se presentaron debido a las fluctuaciones en la
concentración del agua residual proveniente de la universidad, aumento en época de estudio
y disminución en temporada de vacaciones además de las diluciones producidas por la
lluvia.
Sólidos Suspendidos Totales
Este parámetro presentó variaciones considerables, en la COV II la eficiencia de remoción
de los sólidos fue baja, 16% en el FAFA 1; 6% en el FAFA 2 y 29% en FAFA 1 + FAFA 2.
Para la COV III las eficiencias fueron bajas y negativas, - 4% en FAFA 1; 22% en FAFA 2
y 19% en FAFA 1 + FAFA 2.
Se presentaron problemas con el FAFA 1, presentó inestabilidad en la retención de sólidos,
esta biomasa salió en gran cantidad de este filtro, debido a esto la eficiencia negativa en el
FAFA1 para la COV III, los filtros no fueron eficientes en la remoción de sólidos
suspendidos totales.
Nitrógeno y Fósforo
Se presentaron variaciones significativas, los gráficos de eficiencia de remoción de estos
parámetros muestran que hay mas eficiencias negativas que positivas lo que indica que los
filtros no son eficientes para la remoción de éstos, lo anterior es consecuencia de la
inestabilidad de los filtros en la retención de sólidos, esta biomasa sale de los filtros
concentrada de los nutrientes (nitrógeno y fósforo).
55
56
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 Conclusiones
• Los FAFAs con medio de soporte en guadua son eficiente en la remoción de materia
orgánica (DQO, DBO5), individuales y en serie (ver tabla 4).
• Aumentar la carga orgánica volumétrica aumenta la eficiencia de remoción de
materia orgánica de los filtros individuales y en serie (ver tabla 4).
• Con los filtros en serie FAFA 1 + FAFA 2 (duplicación del tiempo de retención
hidráulica) se obtiene mayores eficiencias que individualmente (ver tabla 4).
Tabla 4. Eficiencia de remoción (promedio) de materia orgánica de los FAFAs
COV (Kg
DQO/m3día) Parámetro
Eficiencia
FAFA 1
Eficiencia
FAFA 2
Eficiencia
FAFA 1 +
FAFA 2
0.7 (CO II)
DQO total 56.09 % 40.90 % 74.38 %
DQO Soluble 58.44 % 40.51 % 75.41 %
DBO5 55.49 % 47.86 % 73.64 %
1.26 (CO III)
DQO total 61.63 % 61.08 % 85.10 %
DQO Soluble 61.53 % 60.99 % 85.18 %
DBO5 54.48 % 68.36 % 85.49 %
• El sistema de filtros no es eficiente para la remoción de sólidos suspendidos totales
y de los nutrientes nitrógeno y fósforo.
57
• Se confirma el buen funcionamiento de la guadua como medio de soporte.
• Los resultados de la investigación demuestran que el filtro anaeróbico de flujo
ascendente con medio de soporte en guadua, es una solución sencilla, eficiente y
económica para el tratamiento de las aguas residuales.
• La sencillez en su construcción y operación lo hace adecuado para ser utilizado en
nuestro medio, reduciendo la carga contaminante producida actualmente,
contribuyendo a la recuperación de los recursos hídricos de la región.
4.2 Recomendaciones
• Realizar mantenimiento constante a los filtros: remoción de natas, de sólidos y
sobrenadantes, filtrar en la salida del FAFA 1 para retener los sólidos que salen del
filtro concentrados de los nutrientes nitrógeno y fósforo.
• Eventualmente realizar un retrolavado del material de empaque para evitar la
colmatación del filtro (esta se presenta debido a la presencia de residuos con alto
contenido de sólidos en suspensión).
• Para remoción de nitrógeno y fósforo, complementar el sistema de FAFAs (p.e. con
un sistema aeróbico).
58
5 BIBLIOGRAFÍA
1. CARVAJAL BURBANO, María Ximena. Reactor anaerobio - aerobio a escala
piloto para el tratamiento de aguas residuales domesticas. Memos de investigación.
Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. No 405. Bogotá, Septiembre,
1997.
2. CASTAÑO ROJAS, Juan Mauricio. Consideraciones sobre diseño, arranque,
operación y mantenimiento de filtros anaeróbicos de flujo ascendente. Revista
SCIENTIA ET TECHNICA. Nº 18. Abril 2002.
3. CASTAÑO ROJAS, Juan Mauricio. Influencia del medio de soporte en el
comportamiento de filtros anaeróbicos de flujo ascendente bajo diferentes tiempos
de retención hidráulica. Tesis de grado (Magíster en Ingeniería Sanitaria y
Ambiental). Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. Postgrado en Ingeniería
Sanitaria y Ambiental. Santiago de Cali, Junio 2003.
4. CASTAÑO ROJAS, Juan Mauricio y PAREDES CUERVO, Diego. Usos de aros
de guadua en filtros anaerobios para el tratamiento de aguas residuales. Seminario
taller avances en la investigación sobre guadua. Mayo 16 – 17 y 18 de 2002.
Disponible en internet:
<http://www.sigguadua.gov.co/index>
5. CORREA, Mauricio Andrés y SIERRA, Jorge Humberto. Remoción integrada de
materia orgánica, fósforo y nitrógeno en un sistema de filtros (biofiltros) en serie
anaerobio/ anóxico/ aerobio en condiciones dinámicas. Revista Universidad de
Antioquia. Facultad de Ingeniería. No 31, junio 2004.
59
6. DÍAZ BAEZ, María Consuelo. Reactores anaeróbicos de alta tasa. Revista de
Ingeniería e Investigación, Universidad Nacional de Colombia. Facultad de
Ingeniería. Vol. 4, No 2. Bogotá, 1987.
7. DÍAZ, María Consuelo; GUEVARA, Jairo y MAYORGA Humberto. Estudio del
comportamiento de dos filtros anaeróbicos a nivel de laboratorio durante la etapa de
arranque. Revista de Ingeniería e Investigación, Universidad Nacional de Colombia.
Facultad de Ingeniería. No 17. Bogotá, 1988.
8. DÍAZ GÓMEZ, Jaime; LARA MENDOZA, Carlos Rafael y VALENCIA
MONEDERO, Carlos Hernán. Evaluación del tratamiento de aguas residuales
domésticas del municipio de Tunja por medio de un reactor anaerobio UASB de dos
compartimentos. Revista Proyección Universitaria, Fundación Universitaria de
Boyacá. Facultad de Ciencias e Ingeniería. No 19. Tunja, Octubre 2001.
9. GIRALDO GOMEZ, Eugenio. Tratamientos anaerobios de las aguas residuales
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los Andes. No 4. Bogotá, Septiembre 1993. Disponible en internet:
<http://www.revistaing.uniandes.edu.co/pdf/rev4art1>
10. GUYOT, J. P; MONROY, O. y NOYOLA, A. Comparación experimental de dos
tipos de reactores anaeróbicos avanzados. Revista AINSA. Asociación de
Ingenieros Sanitarios de Antioquia. Año 8, No 2. Medellín, Julio – Diciembre 1988.
11. INVESTIGACION Y DESARROLLO. Periodismo de ciencia y tecnología: Tres
tecnologías para aguas negras [boletín informativo en línea]. México, abril 2000.
Disponible en Internet:
<http://www.invdes.com.mx/anteriores/Abril2000/htm/ibtech.html>
60
12. MADERA Carlos A., SILVA, Juan P. y PEÑA, Miguel R. Sistemas combinados
para el tratamiento de aguas residuales basados en tanques sépticos- filtro anaerobio
y humedales subsuperficiales. Revista Ingeniería y Competitividad. Vol 7, No 2.
Diciembre 2005.
13. METCALF & EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales: Tratamiento, vertido y
reutilización. Tomo I. 3 Edición. México: Editorial Mc Graw Hill, 1995. p. 125,
409, 487, 488.
14. ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD (OMS). Agua, Saneamiento y
Salud: El uso de aguas residuales [boletín informativo en línea]. New York (USA).
2005. Disponible en internet:
<http://www.who.int/water_sanitation_health/wastewater>
15. OSORIO, Patricia. El filtro anaeróbico con guadua: una alternativa para el
tratamiento de aguas mieles. Revista Gaceta Ambiental. ACODAL. Nº 8. Abril
1994.
16. ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Acuiquímica. 1 Edición. Bogotá: Editorial
Escuela Colombiana de Ingeniería, Febrero 1996. p. 56, 82, 104, 107, 116.
17. ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y
principios de diseño. 3 Edición. Bogotá: Editorial Escuela Colombiana de
Ingeniería, Febrero 2004. p. 233-246, 706-707.
18. ZAROR ZAROR, Claudio Alfredo. Introducción a la Ingeniería Ambiental para la
Industria de Procesos. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química.
Concepción Chile.
61
ANEXO 1. Estadística descriptiva
Tabla 5. Estadística descriptiva parámetros in situ de entrada
UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
Caudal Entrada (ml/min)
16 311.4169 21.69169 345.17 273.60
Temperatura Entrada (ºC)
14 21.3214 1.34010 24.27 19.34
pH Entrada 13 7.2208 .17207 7.58 6.93
UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 2
N Mean
Std. Deviation
Maximum Minimum
Caudal Entrada (ml/min)
16 302.1738 43.54504 369.80 211.10
Temperatura Entrada (ºC)
14 21.7314 1.43545 24.27 19.43
pH Entrada 13 6.8785 .13297 7.17 6.71
Tabla 6. Estadística descriptiva parámetros in situ de salida
UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 1
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
pH Salida 13 6.8785 .13297 7.17 6.71 Temperatura Salida (ºC)
14 21.7314 1.43545 24.27 19.43
62
UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
pH Salida 12 6.9700 .10913 7.15 6.78 Temperatura Salida (ºC)
14 21.9243 1.43393 24.22 19.58
Tabla 7. Estadística descriptiva parámetros de entrada
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1 + FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Entrada (mg/l)
7 388.0714 46.57392 432.74 301.80
DQOS Entrada (mg/l)
7 372.9686 41.82526 427.70 300.40
DBO5 Entrada (mg/l)
7 219.8643 98.24794 408.42 134.25
SST Entrada (mg/l)
5 73.9400 25.95348 104.80 38.50
NKT Entrada (mg/l)
7 38.8857 14.82694 58.00 12.60
PT Entrada (mg/l) 7 .4584 .28010 .74 .01
63
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Entrada (mg/l)
9 775.2067 111.24509 967.84 650.35
DQOS Entrada (mg/l)
9 727.6611 131.05239 941.47 504.00
DBO5 Entrada (mg/l)
9 552.7233 199.87780 845.00 154.50
SST Entrada (mg/l)
8 80.0000 21.97889 115.50 49.50
NKT Entrada (mg/l)
9 57.3778 24.10113 96.60 21.00
PT Entrada (mg/l) 9 .6192 .20571 .94 .34
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Entrada (mg/l)
7 193.2014 27.44002 212.20 133.40
DQOS Entrada (mg/l)
7 178.2000 35.61326 206.88 102.40
DBO5 Entrada (mg/l)
7 105.5914 40.10348 156.90 44.37
SST Entrada (mg/l)
5 65.1000 23.92279 94.50 30.00
NKT Entrada (mg/l)
7 46.6143 26.84514 94.50 18.20
PT Entrada (mg/l) 7 .6387 .27428 .95 .21
64
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Entrada (mg/l)
9 281.3089 43.40346 345.17 219.27
DQOS Entrada (mg/l)
9 261.9556 41.97578 333.44 210.37
DBO5 Entrada (mg/l)
9 219.1267 78.68554 368.78 137.17
SST Entrada (mg/l)
8 78.0000 23.81026 121.00 37.00
NKT Entrada (mg/l)
9 60.4556 17.03974 82.60 35.00
PT Entrada (mg/l) 9 .5902 .18834 .80 .23
Tabla 8. Estadística descriptiva parámetros de salida
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 1
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Salida (mg/l)
7 193.2014 27.44002 212.20 133.40
DQOS Salida (mg/l)
7 178.2000 35.61326 206.88 102.40
DBO5 Salida (mg/l)
7 105.5914 40.10348 156.90 44.37
SST Salida (mg/l)
5 65.1000 23.92279 94.50 30.00
NKT Salida (mg/l)
7 46.6143 26.84514 94.50 18.20
PT Salida (mg/l) 7 .6387 .27428 .95 .21
65
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 1
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Salida (mg/l)
9 281.3089 43.40346 345.17 219.27
DQOS Salida (mg/l)
9 261.9556 41.97578 333.44 210.37
DBO5 Salida (mg/l)
9 219.1267 78.68554 368.78 137.17
SST Salida (mg/l)
8 78.0000 23.81026 121.00 37.00
NKT Salida (mg/l)
9 60.4556 17.03974 82.60 35.00
PT Salida (mg/l) 9 .5902 .18834 .80 .23
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Salida (mg/l)
7 102.1400 21.99361 132.00 66.00
DQOS Salida (mg/l)
7 95.0714 25.07872 117.00 43.20
DBO5 Salida (mg/l)
7 53.2043 34.17947 108.20 12.77
SST Salida (mg/l)
5 54.2000 21.01369 86.00 27.00
NKT Salida (mg/l)
7 41.6000 25.59889 86.00 7.00
PT Salida (mg/l) 7 .6629 .27945 1.00 .27
66
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
DQOT Salida (mg/l)
9 120.0711 18.97728 148.80 91.08
DQOS Salida (mg/l)
9 110.2156 22.36268 142.20 63.00
DBO5 Salida (mg/l)
9 74.9556 28.86609 135.10 42.90
SST Salida (mg/l)
8 68.2500 22.86919 96.50 18.00
NKT Salida (mg/l)
9 55.3556 24.89453 88.00 15.40
PT Salida (mg/l) 9 .6419 .19709 .94 .38
Tabla 9. Estadística descriptiva eficiencias de remoción
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 1
N Mean Std.
Deviation Maximu
m Minimum
Eficiencia DQO Total (%)
7 56.0868 7.29354 68.01 46.20
Eficiencia DQO soluble (%)
7 58.4453 6.87190 68.24 44.94
Eficiencia DBO5 (%)
7 55.4867 17.20702 72.70 30.99
Eficiencia SST (%) 5 15.8952 38.86246 45.82 -49.71 Eficiencia NKT
(%) 7 -28.1767 114.04731 53.81 -274.21
Eficiencia PT (%) 7 -934.4969 2,472.77157 10.69 -6,542.17
67
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
Eficiencia DQO Total (%)
7 40.9003 14.42612 60.43 13.76
Eficiencia DQO Soluble (%)
7 40.5103 15.08893 66.26 16.06
Eficiencia DBO5 (%)
7 47.8610 24.55034 72.88 8.00
Eficiencia SST (%) 5 5.9353 26.51880 46.86 -24.95 Eficiencia NKT
(%) 7 .1750 39.02933 69.24 -50.57
Eficiencia PT (%) 7 -20.1672 32.77700 13.51 -70.85
Etapa: CO II UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
Eficiencia DQO Total (%)
7 74.3792 6.36511 80.46 62.38
Eficiencia DQO Soluble (%)
7 75.4135 6.79045 86.52 65.09
Eficiencia DBO5 (%)
7 73.6395 22.16881 92.36 36.51
Eficiencia SST (%) 5 28.6131 9.87871 42.49 17.91 Eficiencia NKT
(%) 7 -29.4233 129.98483 77.68 -307.28
Eficiencia PT (%) 7 -879.0706 2,259.24345 22.75 -6,002.04
68
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 1
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
Eficiencia DQO Total (%)
9 61.6304 7.78568 76.28 54.17
Eficiencia DQO Soluble (%)
9 61.5344 9.27111 75.37 43.44
Eficiencia DBO5 (%)
9 54.4859 18.46850 75.81 15.13
Eficiencia SST (%) 8 -3.5501 22.74678 27.33 -39.67 Eficiencia NKT
(%) 9 -20.0334 40.15020 16.91 -88.41
Eficiencia PT (%) 9 -5.6690 42.22939 56.89 -84.34
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA 2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
Eficiencia DQO Total (%)
9 61.0784 4.18133 68.53 56.59
Eficiencia DQO Soluble (%)
9 60.9943 8.07940 78.27 50.80
Eficiencia DBO5 (%)
9 68.3559 6.66696 77.70 57.84
Eficiencia SST (%) 8 21.8857 15.67545 55.36 2.95 Eficiencia NKT
(%) 9 16.3972 42.50289 63.01 -81.93
Eficiencia PT (%) 9 -4.0060 28.36194 25.39 -69.48
69
Etapa: CO III UNIDAD DE TRATAMIENTO: FAFA1+FAFA2
N Mean Std.
Deviation Maximum Minimum
Eficiencia DQO Total (%)
9 85.1029 3.33354 90.24 80.76
Eficiencia DQO Soluble (%)
9 85.1775 4.34819 90.84 76.87
Eficiencia DBO5 (%)
9 85.4918 6.43215 93.72 72.77
Eficiencia SST (%) 8 18.8381 22.41475 65.92 -5.97 Eficiencia NKT
(%) 9 1.7944 54.64118 61.91 -109.87
Eficiencia PT (%) 9 -5.0638 41.52568 27.29 -79.12
70
ANEXO 2. Tabla de resultados de los análisis de laboratorio.
MUESTREO PUNTO DE MUESTREO
PARÁMETROS DQOt (mg/L)
DQOs (mg/L)
DBO (mg/L)
SST (mg/L)
NTK (mg/L)
PT (mg/L)
COV II
1 Entrada 384.8 366.6 164.4 38.5 40.6 0.710 Filtro 1 211.2 206.9 116.0 30.0 39.2 0.650 Filtro 2 119.8 113.7 108.2 27.0 28.0 0.570
2 Entrada 356.0 340.0 157.9 76.5 40.6 0.167 Filtro 1 205.7 187.3 135.5 57.0 26.6 0.210 Filtro 2 132.0 117.0 81.8 53.0 23.8 0.267
3 Entrada 427.6 394.8 134.3 455.0 39.2 0.639 Filtro 1 206.9 194.3 44.4 257.0 53.2 0.946 Filtro 2 110.0 102.2 16.7 553.0 58.8 1.003
4 Entrada 432.7 427.7 159.5 90.4 58.8 0.539 Filtro 1 192.2 188.6 62.4 68.0 33.6 0.706 Filtro 2 88.6 94.2 12.8 54.5 50.4 0.824
5 Entrada 418.6 389.3 408.4 104.8 12.6 0.010 Filtro 1 193.4 167.8 156.9 94.5 50.4 0.710 Filtro 2 91.2 87.8 51.3 86.0 18.2 0.610
6 Entrada 395.0 392.0 229.2 158.0 93.8 0.739 Filtro 1 208.6 200.2 99.4 309.0 43.4 0.910 Filtro 2 107.3 107.3 41.2 171.5 40.6 0.967
7 Entrada 301.8 300.4 285.8 59.5 29.4 0.403 Filtro 1 133.4 102.4 124.6 76.0 18.2 0.339 Filtro 2 66.0 43.2 60.5 50.5 7.0 0.396
COV III
8 Entrada 702.7 674.3 154.5 85.5 64.4 0.510 Filtro 1 316.8 297.4 137.2 65.0 61.1 0.230 Filtro 2 97.2 63.0 42.9 61.5 60.2 0.380
9 Entrada 728.3 728.1 504.7 75.0 39.2 0.840 Filtro 1 345.2 333.4 215.5 73.5 35.0 0.770 Filtro 2 135.3 132.5 75.0 93.5 16.8 0.795
10 Entrada 767.1 759.0 556.0 80.5 28.0 0.796 Filtro 1 323.4 292.2 225.6 75.0 36.4 0.660 Filtro 2 148.8 142.2 96.4 69.5 19.6 0.710
11 Entrada 716.2 656.2 483.0 100.5 44.8 0.940 Filtro 1 244.4 215.6 156.9 91.5 47.6 0.800 Filtro 2 116.0 107.8 67.2 73.5 88.2 0.850
12 Entrada 650.4 625.6 403.7 54.5 74.2 0.640 Filtro 1 234.4 219.4 149.4 71.0 65.8 0.574 Filtro 2 131.4 112.7 69.0 70.0 50.4 0.567
13 Entrada 681.6 504.0 683.5 83.0 92.4 0.590 Filtro 1 232.2 260.2 368.8 81.0 75.6 0.420
71
Filtro 2 132.8 118.1 135.1 83.5 63.0 0.470
14
Entrada 926.1 855.6 689.5 115.5 39.2 0.538 Filtro 1 219.3 210.4 195.9 121.0 70.0 0.767
Filtro 2 91.08 98.4 44.1 96.5 64.4 0.938
15 Entrada 967.8 941.5 845.0 49.5 96.6 0.338 Filtro 1 266.2 254.8 200.1 37.0 82.6 0.610 Filtro 2 107.6 112.9 56.6 18.0 79.8 0.646
16 Entrada 836.6 84.7 654.7 71.0 54.6 0.381 Filtro 1 299.0 274.2 322.7 82.5 70.0 0.481 Filtro 2 120.5 104.4 88.2 73.5 60.2 0.424
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