Resumen en el presente trabajo se describe la construcción de un filtro con estratos de arena, piedra porosa, fibra de coco y aserrín, y un cultivo de lombrices Roja Californiana






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fecha de publicación10.03.2016
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DISEÑO DE BIOFILTRO CON FIBRA DE COCO (Cocus nucífera) PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Preciado M. G. y Rojas T. A.

Departamento de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Politécnica de Guanajuato. Av. Universidad Norte s/n. Localidad Juan Alonso, Cortazar, Gto. C.P. 38483.

RESUMEN

En el presente trabajo se describe la construcción de un filtro con estratos de arena, piedra porosa, fibra de coco y aserrín, y un cultivo de lombrices Roja Californiana (Eisenia foetida) cuya finalidad fue la de tratar el agua residual proveniente de los laboratorios del Depto. de Ing. Agroindustrial de la UPG campus Cortazar. Se construyó un prototipo por el cual se hicieron ____ corridas midiendo la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) antes de hacer pasar el efluente por el biofiltro y después se midió en el lugar de captación para observar la diferencia.

PALABRAS CLAVE: tratamiento de aguas, Eisenia foetida, Cocus nucífera.

INTRODUCCIÓN

La reutilización de las aguas residuales hoy en día se ha convertido en una de las necesidades más apremiantes por parte de las industrias y de la comunidad en general, los efluentes están siendo desperdiciados y subvalorados, trayendo como consecuencia problemas de contaminación en las fuentes receptoras, acompañados de grandes inversiones económicas en los tratamientos para recuperarlas (Rodríguez, 1999).
En las últimas décadas, los problemas relacionados con el déficit del agua de primer uso y la contaminación de las fuentes de agua se han agudizado en México, sobre todo en las zonas áridas y semiáridas, en las regiones de mayor concentración de la población y en las de desarrollo industrial intensivo; agotamiento de acuíferos profundos, contaminación de acuíferos someros y cuerpos de aguas superficiales, intrusión salina, falta de alternativas económicamente factibles para afrontar la demanda del agua, son fenómenos cada vez más frecuentes; están, sin embargo, disponibles grandes cantidades de aguas residuales, las cuales, después de un tratamiento adecuado, pueden ser utilizadas para reducir las demandas del sector municipal, industrial, agrícola y recreativo, particularmente en sitios con poca disponibilidad (WEF, 1991).
Las aguas residuales son aguas de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de cualquier otro uso, así como la mezcla de ella; las aguas residuales tratadas son aquellas que mediante procesos individuales o combinados de tipo físicos, químicos, biológicos u otros, se han adecuado para hacerlas aptas para su reuso en servicios al público (NOM-003-SEMARNAT-1997).

Los contaminantes básicos son aquellos compuestos y parámetros que se presentan en las descargas de aguas residuales y que pueden ser removidos o estabilizados mediante tratamientos convencionales; sólo se consideran los siguientes: grasas y aceites, materia flotante, sólidos sedimentables, sólidos suspendidos totales, demanda bioquímica de oxígeno5, nitrógeno total, fósforo total, temperatura y pH (NOM-001-SEMARNAT-1996).
El tratamiento de aguas residuales para aquellas unidades productivas de pequeña y mediana envergadura es incosteable si se piensa en sistemas tradicionales, sin embargo, una buena alternativa de bajo costo para este tipo de sistemas es una tecnología que se ha venido desarrollando desde hace aproximadamente 10 años, se trata de la biofiltración sobre medio orgánico (turba), el cual es un proceso de tratamiento biológico y físico a la vez, en el cual, de forma general, el influente escurre a través de una cama de material poroso orgánico (turba, paja, pasto, madera, etc.) de forma lenta (menos de 1 m3/m2/d), lo cual permite la colonización de la cama por microorganismos adaptados a los contaminantes presentes en el agua residual, así como la retención física de los mismos; los microorganismos forman una biopelícula que se transforma en el principal instrumento de depuración, pero el proceso de adsorción, que está relacionado directamente con el tipo de material de soporte, puede ser muy importante en la separación de ciertos iones y moléculas del agua residual (Garzón, 2002).
Muchos residuos orgánicos considerados como basura se utilizan para obtener productos con valor agregado, mediante el composteo. Éste es un proceso bioxidativo de transformaciones microbianas en condiciones controladas (Hoitink y Kuter, 1986).
Una respuesta a los problemas de contaminación orgánica es justamente la Lombricultura, simple, racional y económica; es una Biotecnología que utiliza, a una especie domesticada de lombriz, Lombriz Eisenia foetida o lombriz roja californiana; recicla todo tipo de materia orgánica y se genera como resultado de este trabajo Humus, un fertilizante orgánico de primer orden, que es la feca de la lombriz que se utiliza fundamentalmente para mejorar los suelos; estas lombrices consumen la materia orgánica de los afluentes residuales transformándola por oxidación en anhídrido carbónico y agua; producto de ello pasa a ser masa corporal en una tercera parte y la restante en humus, por lo tanto no se generan lodos, además en este sistema de tratamiento se origina una gran flora bacteriana que degrada materia orgánica existente (Hernández, 2005).
El Biofiltro Dinámico y Aeróbico es un sistema de tratamiento de la familia de los percoladores, el cual es compuesto por un estanque relleno con distintas capas filtrantes, teniendo en su parte superior lombrices y microorganismos asociados, los cuales digieren la materia orgánica del efluente retenida en las capas de aserrín para la transformación de ésta en humus (Hernández, 2005).

La biofiltración es un proceso que utiliza microorganismos inmovilizados en una biopelícula sobre las partículas de un material de soporte poroso; en los últimos años la biofiltración se ha desarrollado efectivamente para el control de olores ya que no se generan lodos (Devinny et al., 1999).
El coco está constituido por una parte blanda interior y un líquido, a los cuales se les realizan procesos industriales para la obtención de grasas, aceites comestibles, confites y copra; sin embargo, también está constituido por la estopa o mesocarpio, que se encuentra entre el exocarpio duro o cubierta externa, y el endocarpio o envoltura dura, que encierra la semilla; el valor de ésta estriba en su contenido de fibra (fibra bonote), de la cual se pueden distinguir tres tipos principales: una larga y fina, una tosca y una más corta (Quintero, 2003).
Las diversas células que componen una fibra se encuentran aglomeradas por la mela intercelular, compuesta por hemicelulosa, peptina y principalmente lignina. La región central de la fibra también puede presentar una cavidad denominada lacuna. Las lacunas y los lúmenes son responsables de la gran incidencia de poros permeables en las fibras, ya que absorben una elevada cantidad de agua (Calderón, 2000).
El objetivo de este trabajo fue Construir un filtro biológico con el sistema de Lombricultura para el tratamiento de efluentes de aguas grises de la Universidad Politécnica de Guanajuato.

MATERIALES Y MÉTODOS

El medio filtrante a utilizar es la fibra de coco proveniente de desechos de los puestos de venta de cocos, mas una capa de aserrín en donde reside un cultivo de lombriz (Eisenia Foetida) que tiene como sustrato la materia orgánica presente en el agua a tratar, esta materia orgánica sirve de sustrato para la lombriz, al pasar el agua por el biofiltro sale con un mínimo de materia orgánica y es necesario un sistema de aireación para ayudar a las bacterias a degradar componentes más pequeños de materia orgánica que no han sido retenidos en el biofiltro, además de oxigenar el agua, en el estrato de piedra porosa se creará esta flora bacteriana manteniendo un nivel mínimo de agua para que no muera esta población, al salir de esta etapa la calidad del agua aumenta, y se adiciona cloro a una concentración de 5 ppm para evitar cualquier patógeno lo que permitirá una reutilización confiable, se deposita en un estanque de estabilización para un oxidación final de compuestos que aun estén presentes en el agua, en este estanque hay organismos vivos como carpa tilapia, finalmente se bombea el agua al area deseada para regar.



Fig. 1 Esquema del Biofiltro para el tratamiento de aguas residuales



Fig. 2 Esquema de estanque de estabilización



Fig. 3 Bomba de agua de ¼ HP

AGUA RESIDUAL

PRIMER SUSTRATO

Fibra de coco 50%

Aserrín 50%

SEGUNDO SUSTRATO

Lecho de lombrices

TERCER SUSTRATO

CUARTO SUSTRATO

Piedra porosa

RADIACIÓN SOLAR

Arena

Aireación

BIOFILTRO

CLORACIÓN

RADIACIÓN SOLAR

ESTANCAMIENTO

DISTRIBUCIÓN

Drenaje expuesto

Caída por gravedad

Aireación

Tuberías, sistema de riego y válvulas

Análisis previos

Análisis finales
Figura 4. Diagrama de bloques del proceso del tratamiento de aguas residuales utilizando un Biofiltro con fibra de coco.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Tabla . Medición de condiciones del agua gris vs agua potable en la UPG

Agua gris

MUESTRAS

1

2

Agua corriente

MUESTRA




15/06/2010

PH

6.27

6.41




PH

8.05

8:00 hrs

CONDUCTIVIDAD ()

33

25




CONDUCTIVIDAD (mV)

-71




CONDUCTIVIDAD rel

42

34




CONDUCTIVIDAD rel

-69




T °C

23.6

23.2




T °C

24.1

Digital

Conductividad (mS)

0.87

0.85

Digital

Conductividad (mS)

0.45

Digital

ph

6.4

6.4

Digital

ph

8.4

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

  1. Calderón, L. 2000. Estudio de materiales cementicios fibrorreforzados y su posible uso como elementos de reparación en estructuras afectadas por corrosión en medio ambiente marino. Tesis (Ingeniero Químico). Universidad del Valle. Santiago de Cali, Colombia. P 100.

  2. Devinny, J., Deshusses, M. and Webster, T. 1999. Biofiltration for air pollution control. Lewis Publishers. cap. 9, pp. 211-250; cap. 5, p. 81-110.

  3. Garzón, M. 2002. Tratamiento de aguas residuales de granja de puerco por biofiltración aireada sobre cama de turba. XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México. FEMISCA (Federación Mexicana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Sanitarias Ambientales A. C.).

  4. Hernández, Y. 2005. Anteproyecto de construcción para aplicación de lombricultura al tratamiento de planta llau-llao de SALMONERA INVERTEC S.A. Universidad AUSTRAL de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Construcción Civil. Pp. 38-49.

  5. Hoitink, H.A.J. and G.A. Kuter. 1986. Effects of composts in growth media on soil borne pathogens. In: The Role of Organic Matter in Modern Agriculture. Chen, Y. and Y. Avnimelech (eds.). Martinus Nijhoff Publishers. Dordrecht, Netherlands. Pp. 289 – 306.

  6. NOM-001-SEMARNAT-1996. Norma Oficial Mexicana que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales.

  7. NOM-003-SEMARNAT-1997. Norma Oficial Mexicana que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reusen en servicios al público. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales.

  8. Quintero, G. 2003. Evaluación del uso de la estopa de coco (Cocos nucifera), obtenida como residuo de la industria alimenticia en el Valle del Cauca, para la elaboración de elementos prefabricados de concreto aligerado. Trabajo de grado (Ingeniero Agroindustrial). Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira, Facultad de Ingeniería y Administración. P 156

  9. Rodríguez, T. 1999. Biofiltros, una opción para mejorar las características de las aguas residuales prevenientes de tratamientos convencionales. Seminario Internacional sobre Métodos Naturales para el Tratamiento de Aguas Residuales. Universidad del Valle. Instituto Cinara. Cali, Colombia.

  10. WEF. 1992. Water reuse, manual of practice SM-3, 2nd ed., Imperial Printing Co., USA.



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