Biodegradabilidad de lixiviados procedentes de un relleno sanitario utilizando un sistema de lodos activados flujo pistón / The biodegradability of leachates from a landfill using an activated sludge processes plug flow reactor system / Biodegradabilidade de lixiviados de um aterro usando um sistema de lodos ativados de fluxo de pistão

Resumen En esta investigación se desarrolló un Reactor Flujo Pistón (RFP) de lodos activados, que fue empleado para determinar el Tiempo de Retención Celular (TRC) óptimo para tratar cargas altas de lixiviado y estimar el comportamiento cinético del sistema con el fin que sirva de base para proyecciones de escalamiento y diseño de reactor de este tipo a escala real. Para ello se realizó el diseño, la construcción y puesta en marcha del RFP a nivel de laboratorio (capacidad de 50L) en condiciones de operación continua con recirculación de lodo y se utilizó como sustrato lixiviado procedente del relleno sanitario El Guayabal de la ciudad de Cúcuta. Se determinó como parámetros de control cuatro TRC diferentes entre 5 y 20 días diferenciada por etapas. Se evaluaron las variables de pH, Temperatura, Oxígeno disuelto y Sólidos Suspendidos Volátiles en el Licor Mixto (SSVLM). En cuanto al control y monitoreo de la eficiencia de remoción se escogió la Demanda Química de Oxígeno (DQO) como parámetro para medir la degradación de materia orgánica, dado que este parámetro a diferencia de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) puede ser calculado en un menor tiempo. El sistema biológico RFP alcanzó estabilizarse en un período de operación entre 20 y 25 días con remociones promedio mayores a 92% para TRC de 15 y 20 días mientras que TRC menores reportaron remociones promedio por debajo del 86%. Así mismo TRC de 15 permitió un Factor de carga (F/M) óptima promedio de 1.1 KgDQO/KgSSV.d. Las constantes cinéticas obtenidas en esta investigación, representativas para un sistema de RFP operado a escala laboratorio para remoción de materia orgánica carbonacea en lixiviados fueron: KS= 836.5 mg/L DQO, k=4.8123 d1, Y= 0.089 mg SSVLM/mg DQO y kd= 0.018 d-1, ajustados por regresión al modelo matemático de Lawrence y McCarty al poseer una correlación de 0.97 entre los datos experimentales obtenidos y el modelo y amplia aplicación en el campo de diseño de reactores de lodos activados.

Abstract An activated sludge processes (ASP) plug flow reactor (PFR) was developed in this research and used for determining optimal cell residence time (CRT) for treating high leachate loads and estimating the system's kinetic behaviour as a basis for scaling projections and this type of reactor design at full-scale. The RFP was designed, built and put into operation in the laboratory (50L capacity) involving continuous operation conditions with sludge recirculation; leached substrate from the city of Cúcuta's El Guayabal landfill was used. Four 5-day CRTs (ranging from 5 to 20 days) were used as control parameters. Variables were evaluated regarding pH, temperature, dissolved oxygen and mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS). Regarding removal efficiency control and monitoring, chemical oxygen demand (COD) was chosen as a parameter for measuring organic matter degradation since COD (unlike biochemical oxygen demand (BOD5)) can be calculated in a shorter time. The RFP biological system became stabilised in a 20- to 25-day operating period, having greater than 92% average removal for 15- and 20-day CRTs, whilst lower CRTs reported lower than 86% average removal. A 15-day TRC gave an average 0.26 kgDQO/kgSSV.d optimal load factor (F/M). The representative kinetic constants obtained in this research for a laboratory-scale PFR system for the removal of carbonaceous organic matter in leachates were KS = 836mg COD / l, k = 4.8123 d1, Y = 0.089 mg SSVLM / mg COD and kd = 0.018 d-1, adjusted by regression using Lawrence and McCarty's mathematical model (having 0.97 correlation between the experimental data and the model). Such model should have broad application in the field of ASP-type PFRs.

Resumo Nesta pesquisa, um Reator de lodo ativado de Fluxo de Pistão (RFP) foi desenvolvido para determinar o Tempo de Retenção Celular (CRT) ideal para tratar altas cargas de lixiviado e estimar o comportamento cinético do sistema, a fim de servir de base para projetar o reator em escala real. Para isso, foram realizados RFP em nível de laboratório (capacidade de 50L) em condições de operação contínua com recirculação de lodo e foi utilizada como substrato lixiviado do aterro El Guayabal na cidade de Cúcuta. Usando quatro diferentes CRTs entre 5 e 20 dias como fatores de bloqueio. Foram avaliadas as variáveis ​​pH, Temperatura, Oxigênio Dissolvido e Sólidos Suspensos Voláteis no Licor Misto (SSVLM). Em relação ao controle e monitoramento da eficiência de remoção, a Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi escolhida como parâmetro para medir a degradação da matéria orgânica, uma vez que este parâmetro, ao contrário da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5), pode ser calculado em um tempo mais curto. O sistema biológico da RFP se estabilizou em um período de operação entre 20 e 25 dias com remoções médias superiores a 92% para TRC de 15 e 20 dias, enquanto TRC menores mostraram remoções médias abaixo de 86%. Da mesma forma, TRC de 15 dias permitiu um fator de carga ideal médio (F / M) de 0,26 KgDQO / d. As constantes cinéticas obtidas nesta pesquisa, representativas de um sistema RFP operado em escala de laboratório para remoção de matéria orgânica carbonácea em lixiviados foram: KS = 836mg COD / l, k = 4,8123 d1, Y = 0,089 mg SSVLM / mg COD e kd = 0,018 d-1, ajustado por regressão ao modelo matemático de Lawrence e McCarty, tendo uma correlação de 0,97 entre os dados experimentais obtidos e o modelo e ampla aplicação na área de projeto de reatores de lodo ativado.

Incidencia del rradiente de velocidad en la efiiencia de la electrocoagulaciónn para remover arsénico en un reactor a flujo pistón / Incidence of he velocity graient in the electrocoagulation efficiency for aarsenic removal in a plug-flow reactor / Incidência o graadiente de elocidade na eficiência da electrocoagulação paara remover arsénico em um reator de fluxo pistão

Se realizaron estudios a escala de laboratorio usando un reactor electroquímico a flujo pistón con electrodos de hierro, que produce hidróxidos de hierro en línea como coagulante. Los objetivos fueron analizar la influencia de la turbulencia en el fenómeno de coagulación por neutralización de carga, así como definir los parámetros que más influyen en la eficiencia electroquímica de producción de hierro y en la remoción de los flocs formados. Los resultados mostraron que las eficiencias de producción de hierro y de remoción de los flocs producidos aumentaron al incrementarse el gradiente de velocidad en el mezclado (G) y el producto de éste por el tiempo de residencia en el reactor (Gt). La producción de hierro disminuyó conforme transcurrió el tiempo de operación del reactor; sin embargo, un valor de conductividad de 600µS·cm-1 originado por la adición de NaCl evitó este decremento y aumentó la eficiencia electroquímica. La presencia de cloro en el agua elevó significativamente la eficiencia en la remoción de hierro pero no influyó en la producción del mismo. En el estudio se partió del supuesto que entre más hierro se removiera después de la sedimentación, mayor sería la cantidad de arsénico que se eliminaría del agua. Los resultados mostraron que hay una buena correlación entre la eliminación de los dos contaminantes.

Studies at laboratory scale were carried out using a plug-flow electrochemical reactor with steel plates that produces iron hydroxide as coagulant in a continuous form. The goals were first to analyze the influence of turbulence over coagulation due to neutralization charges and second, to define the principal factors that are involved in obtaining high efficiencies of electrochemical iron production and in removing the formed flocs. The results revealed that these efficiencies were increased when the mixture velocity gradient (G) and its product by the reactor detention time (Gt) also rose. The iron production decreased according to the reactor operation time; however, the addition of NaCl to reach a conductivity of 600µS·cm-1 avoided the reduction and increased electrochemical efficiency. The presence of chlorine in water raised considerably the iron removal efficiency, but did not affect the iron production. In this study it was assumed that if more iron is removed after sedimentation the amount of eliminated arsenic in water will be higher. The results showed that there is a good correlation between the elimination of both pollutants.

Realizaram-se estudos a escala de laboratório usando um reator eletroquímico de fluxo pistão com eletrodos de ferro, que produz hidróxidos de ferro em linha como coagulante. Os objetivos foram analisar a influência da turbulência no fenômeno de coagulação por neutralização de carga, assim como definir os parâmetros que mais influem na eficiência eletroquímica de produção de ferro e na remoção dos flocos formados. Os resultados mostraram que as eficiências de produção de ferro e de remoção dos flocos produzidos aumentaram ao incrementar-se o gradiente de velocidade na mistura (G) e o produto deste pelo tempo de residência no reator (Gt). A produção de ferro diminuiu conforme transcorreu o tempo de operação do reator; no entanto, um valor de condutividade de 600µS·cm-1 originado pela adição de NaCl evitou este decremento e aumentou a eficiência eletroquímica. A presença de cloro na água elevou significativamente a eficiência na remoção de ferro, mas não influiu na produção deste. No estudo se partiu do suposto que entre mais ferro se removera depois da sedimentação, maior seria a quantidade de arsênico que se eliminaria da água. Os resultados mostraram que há uma boa correlação entre a eliminação dos dois contaminantes.