Combinación de procesos biológicos y oxidación avanzada para el tratamiento de una corriente de proceso de la industria de curtiembre
RESUMEN
En este estudio se evaluó el efecto de un tratamiento secuencial de
oxidación avanzada - lodo activado sobre la eliminación de la
materia orgánica en aguas residuales provenientes de la etapa de pelambre
del proceso de producción de cuero. Como pretratamiento oxidativo se
utilizó reactivo de Fenton, con una relación H2O2/Fe2+ de 9,
y H2O2/DQO de 4. La velocidad de carga orgánica (VCO) alimentada al
tratamiento biológico se varió entre 0,4 y 1,6 gDQO/L·d,
mientras que el tiempo de retención hidráulico (TRH) se mantuvo
constante en 1 d. Los resultados indican que un pretratamiento mediante POA,
efectivamente ayuda a mejorar la eliminación global de materia orgánica
recalcitrante contenida en efluentes de pelambre. Los radicales libres generados
en el pre-tratamiento mediante la reacción de Fenton, no produjeron
efectos relevantes sobre la actividad de la biomasa, durante los 30 días
de operación del sistema biológico.
Palabras Clave: biodegradabilidad, efluente de curtiembre, lodos activados,
oxidación avanzada, tratamiento de residuos industriales líquidos.
INTRODUCCION
En todo proceso productivo se originan residuos contaminantes, que pueden
constituir un riesgo potencial para el medio ambiente. Dentro de las industrias
contaminantes se encuentran las curtiembres, cuyos residuos contienen altas
concentraciones de materia orgánica, sulfuro y cromo, que pueden alcanzar
niveles tóxicos. Aparte del contenido de cromo en las aguas residuales
de la industria de curtiembre, la disminución de la carga orgánica
de sus efluentes es actualmente uno de los principales problemas que debe
enfrentar este rubro. El diagrama de flujo del proceso de transformación
de pieles animales en cuero se esquematiza en la Figura 1.
El tratamiento de efluentes mediante lodos activados constituye la principal
vía de reducción de carga orgánica (Ahn et al., 1996),
sin embargo en el caso de algunas de las corrientes del procesamiento del
cuero pueden producirse efectos inhibitorios por presencia de sales y otras
sustancias químicas, como también de materia orgánica
de alto peso molecular, como es el caso de efluentes de pelambre (Bornhardt
et al., 2001). En la literatura se describe que la eficiencia de un tratamiento
biológico puede mejorar significativamente mediante un pretratamiento
oxidativo (Menéndez et al., 1998). Los procesos de oxidación
avanzada se están empleando recientemente para la degradación
parcial de materia orgánica en aguas residuales (Nieto et al., 2001).
Se han ensayado agentes oxidantes en presencia de radiación ultravioleta
y/o catalizador (semiconductor), como el dióxido de titanio (TiO2).
Otra posibilidad es la combinación de H2O2 con iones de Fe+2 ó
Fe+3, conocido como reacción de Fenton, y en presencia de luz UV es
conocido como reacción de Foto-Fenton.
En este estudio se pretende evaluar el efecto de un tratamiento secuencial
de oxidación avanzada - lodo activado sobre la eliminación de
la materia orgánica en aguas residuales provenientes de la etapa de
pelambre del proceso de producción de cuero, como también verificar
el comportamiento de la biomasa debido a la influencia de compuestos oxidados.
MATERIALES Y MÉTODOS
- Efluente: El efluente fue obtenido de una industria
de curtiembre local, ubicada en la zona central de Chile. Se trabajó
con efluente proveniente de la etapa de pelambre.
- Pretratamiento mediante procesos de oxidación
avanzada (POA): En base a los resultados obtenidos en estudios preliminares
(Nieto et al., 2001), se utilizó como pretratamiento reactivo de Fenton,
con una relación H2O2/Fe2+ de 9, y H2O2/DQO de 4, de acuerdo a la metodología
descrita por Tang y Huang (1997).
- Sistema de lodos activados: Un reactor de lodos
activados (reactor de 1,8 L y clarificador de 0,9 L) con biomasa adaptada
a este tipo de agua residual (Bornhardt et al., 2001), fue alimentado durante
aproximadamente 30 días con efluente proveniente del proceso de pelambre
pretratado mediante reacción de Fenton. La velocidad de carga orgánica
(VCO) se varió entre 0,4 y 1,6 gDQO/L·d, mientras que el tiempo
de retención hidráulico (TRH) se mantuvo constante en 1 d. La
biomasa fue periódicamente reciclada y el exceso fue purgado para mantener
una edad del lodo constante.
- Estudio de la biomasa del reactor: Se evaluó
el comportamiento del reactor a través de los parámetros de
índice volumétrico de lodo (IVL), edad del lodo, y factor de
carga de DBO5 del lodo (F/M). Además se realizó determinaciones
de actividad respirométrica del lodo para determinar sus parámetros
cinéticos (b: tasa de consumo de oxígeno, kd: constante de decaimiento,
etc.).
- Métodos analíticos: Los parámetros
Sólidos Totales (ST), Sólidos Volátiles (SV), Sólidos
Suspendidos Totales (SST), Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV),
Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Biológica de
Oxígeno (DBO5), nitrógeno total y fósforo total fueron
medidos de acuerdo a métodos estandarizados (APHA, 1985). Las muestras
para la determinación de DBO5 y DQO fueron previamente filtradas mediante
membrana 0,45 µm.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 1 se muestra la caracterización del efluente de pelambre
utilizado en los tratamientos de oxidación avanzada mediante reacción
de Fenton y biológico.
Como se observa, el efluente presenta un alto pH y una elevada carga orgánica,
determinada como DQO y DBO5, debido principalmente a la presencia de proteínas
solubles de bajo y alto peso molecular. Unido a ésto, se evidenció
una alta concentración de nitrógeno total (3 g/L) y sales provenientes
del proceso de pelambre (22 g/L de cloruros), entre las que destaca sobre
1 g/L de sulfuros, los que eventualmente pueden interferir con el proceso
biológico.
En la Tabla 2 se resume la eficiencia de eliminación de materia orgánica
en cada etapa (POA y biológico) de tratamiento del efluente de pelambre,
para las distintas cargas orgánicas alimentadas al sistema, así
como las eficiencias globales del proceso combinado.
Se observa que al aumentar la VCO de 0,43 a 0,72, también aumenta
la eficiencia de eliminación de materia orgánica; sin embargo
para una VCO de 1,6 gDQO/L·d se produce una disminución en la
eliminación de materia orgánica, comparada a la VCO anterior,
de manera que pareciera existir un óptimo en la operación de
los sistemas. Los resultados indican que un pre-tratamiento mediante POA,
efectivamente ayuda a mejorar la eliminación global de materia orgánica
recalcitrante contenida en efluentes de pelambre, dado que un tratamiento
biológico sin pre-tratamiento presenta rendimientos menores a los obtenidos
en este trabajo (Bornhardt et al., 2001). Se estima que este efecto se logra
por una oxidación química fuerte de compuestos recalcitrantes
de elevado peso molecular, con lo que mejora biodegradabilidad de estas fracciones.
El estudio de la biomasa en el sistema biológico indica que no existe
una gran influencia de grupos altamente oxidados en la actividad de ésta,
lo que se demuestra a través de estudios de respirometría que
así lo indican (datos no mostrados). En cuanto a las características
de sedimentación del lodo, se observó que éstas mejoraron
aun más durante el estudio, reflejándose en el valor del IVL,
que se redujo de 12 a 2,6 mL / g SSV. La proporción de materia orgánica
en los lodos no sufrió cambios significativos por eventual presencia
de compuestos inorgánicos, y la razón SSV/SST se mantuvo constante
alrededor de 0,8 - 0,9, indicando que los compuestos inorgánicos fueron
separados adecuadamente a la entrada del tratamiento biológico.
Conclusiones
El tratamiento secuencial POA-biológico permite incrementar la eliminación
de la materia orgánica contenida en un efluente de pelambre. Los radicales
libres generados en el pre-tratamiento mediante la reacción de Fenton
(POA), no producen efectos relevantes sobre la actividad de la biomasa, durante
los 30 días de operación del sistema biológico.
Agradecimientos. - Este trabajo fue parcialmente financiado por el Proyecto
INCO-DC Nº ERB IC18-CT98-0286 "Reduction of environmental impacts
of leather tanneries (EILT)", el Proyecto N° 201096054-1.0 de la
Dirección de Investigación de la Universidad de Concepción
(Chile), y el Proyecto PE 2101 de la Dirección de Investigación
y Desarrollo de la Universidad de La Frontera, Temuco (Chile).
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
APHA-AWWA-WPCF. (1985) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater.
16th Ed., Washington, USA.
Ahn D. H., Chung Y. C., Yoo Y. J., Pak D. W. and Cheng W. S. (1996) Improved
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Zoogloea ramigera and its extracellular polymer in an activated sludge process.
Biotechnology Letters 18(8), 917-22.
Bornhardt C., Nieto J., Cooman K. and Vidal G. (2001) Activated sludge treatment
and toxicity evaluation of tannery wastewater streams. IWA 2nd World Water
Congress, 15 - 19 October, Berlin / Germany.
Menéndez C. y Díaz M. (1998) Depuración de aguas residuales
de tenerías de pieles. Tecnología del agua 183, 27-32.
Nieto J., Lizama C., Bornhardt C., Vidal G., Freer J. y Mansilla H. (2001)
Oxidación avanzada de un efluente de curtiembre tratado biológicamente.
XXIV Jornadas Chilenas de Química, 28 -30 de Noviembre, Temuco.
Tang Z. and Huang P. (1997) Stochiometry of Fenton´s reagent in the
oxidation of chlorinated aliphatic organic pollutants.
Environmental Technology 18, 13-23.
Gladys Vidal S.
Centro de Ciencias Ambientales Eula-Chile, Universidad de Concepción
/ Chile
Jessica Nieto J.
Centro de Ciencias Ambientales Eula-Chile, Universidad de Concepción
/ Chile
Fernando Márquez R.
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Concepción
/ Chile
Héctor Mansilla H.
Laboratorio de Recursos Renovables, Universidad de Concepción / Chile
Cristian Bornhardt B. (*)
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera
/ Chile.
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