Efecto de la Granulometría sobre el Desempeño de un Sistema de Biofiltración Utilizando Material Orgánico

Abstract

Se evaluó el desempeño de tres sistemas de biofiltración sobre lecho orgánico (BF), empacados con partículas de diferente tamaño, para el tratamiento de un agua residual municipal. El material filtrante utilizado fueron trozos de madera del árbol Jacaranda mimosifolia. Las tres granulometrías experimentales fueron: 10 a 12 cm (biofiltro empacado con la granulometría chica, BFC), 13 a 15 cm (biofiltro empacado con la granulometría mediana, BFM) y 16 a 18 cm (biofiltro empacado con la granulometría grande, BFG) de largo, que se seleccionaron a partir de los resultados obtenidos de unas pruebas rápidas de filtración. Los tres sistemas experimentales, se operaron en continuo y con una tasa de aireación de 1 m3·m-2·h-1 por 185 días. Se evaluaron dos CHS: 0.3 m3·m-2·d-1 y 0.6 m3·m-2·d-1. Los resultados demostraron que con la primera CHS, las eficiencias de remoción de SST fueron de 88%, 85% y 80% para el BFC, BFM y BFG, respectivamente. La prueba de ANOVA mostró un efecto significativo de la granulometría sobre la remoción de los SST, siendo estadísticamente el BFC el sistema con la mayor capacidad de remoción y el BFG con la menor capacidad de remoción de SST. Las eficiencias de remoción de materia orgánica medida como DBO5 y DQO en el BFC, fueron de 89% para ambos parámetros, en el BFM fueron de 80% y 84%, mientras que en el BFG fueron de 78% y 81%. El ANOVA mostró un efecto significativo de la granulometría sobre la remoción de la DQO, siendo a menor tamaño de granulometría, mayor la remoción. En cuanto a los coliformes fecales (CF) el BFC removió 99.9%, el BFM 98% y el BFG 88%. Con respecto al nitrógeno, las eficiencias de remoción del N-NH4+ fueron de 92%, 77% y 85% para el BFC, BFM y BFG, respectivamente. El ANOVA mostró un efecto significativo de la granulometría sobre la remoción del N-NH4+, siendo el BFC el sistema con la mayor capacidad de remover el N-NH4 +. Para los N-NO3 −, la mayor concentración en el efluente la presentó el BFC (14 ± 3 mg·L-1), seguido del BFG (13± 2 mg·L-1). Las eficiencias de remoción del NTK y del N-Total en el BFC fueron de 83% y 49%, en el BFG fueron de 82% y 53%, mientras que en el BFM fueron de 68% y 43%. Cuando los biofiltros se operaron con la CHS de 0.6 m3·m-2·d-1, las eficiencias de remoción de todos los parámetros disminuyeron ligeramente, a excepción de los CF ya que en este caso la eficiencia disminuyó notablemente; el BFC removió el 92%, el BFM el 65% y el BFG removió sólo el 56%. En cuanto al fósforo (medido como P-PO4-3), en ambas CHS evaluadas no hubo remoción en ninguno de los biofiltros, lo cual concuerda con los reportes de la literatura para estos sistemas. Se utilizaron dos métodos para la estimación del tiempo de residencia hidráulico (TRH) en los biofiltros: por pruebas de vaciado y por trazado. Ambos métodos mostraron amplias diferencias entre sí. El TRH medio (tg) fue de 2.3, 2.5 y de 0.5 h para el BFC, BFM y BFG, respectivamente, mientras que el TRH por vaciado fue de 12.2, 7.3 y de 1.2 h para el BFC, BFM y BFG, respectivamente. Las diferencias entre los tiempos, se pueden atribuir a los grandes espacios vacíos (macroporos), formados entre partículas del empaque que permiten el flujo del agua a gran velocidad, a los canales preferenciales creados por el sistema de alimentación y a la aireación aplicada a los sistemas. Con respecto a la compactación del lecho filtrante, los biofiltros BFC y BFG presentaron la misma compactación al final de la etapa experimental con 3 cm. Mientras que el BFM presentó la mayor compactación al final de la etapa experimental (5.5 cm). En cuanto al desempeño de los biofiltros de acuerdo a normatividad vigente, para ambas CHS evaluadas, si los efluentes de los tres sistemas son desinfectados, cumplen con los límites máximos permisibles de descarga a cuerpos de agua en las modalidades de uso en riego agrícola y uso público urbano (NOM−001−SEMARNAT, 1996).