Filtro empacado con residuos de lodos de Al para la eliminación de fósforo como sistema de pulimento en una planta de tratamiento de aguas residuales
DOI:
https://doi.org/10.24850/j-tyca-2024-06-07Keywords:
tratamiento de pulimento de agua residual, remoción de fósforo, PTAR descentralizada, filtración en lodos de Al, sistema de biofiltración, reúso de residuos, filtración sobre astillas de madera, reutilización de lodos residuales de AlAbstract
Recientemente se ha evaluado el uso de lodos residuales de aluminio (lodos-Al) de plantas de tratamiento de agua potable para la eliminación de fósforo y ha demostrado ser altamente eficiente. Sin embargo, la mayoría de los estudios se han realizado utilizando agua sintética. Solo unos pocos trabajos han aplicado este método a aguas residuales (AR) reales y ninguno de ellos ha sido probado en modo continuo, como paso de pulido, en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) descentralizada a escala piloto.
Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el desempeño de un filtro sumergido empacado con un lecho de lodos residuales de Al como sistema de pulido para la eliminación de fósforo en una PTAR descentralizada a escala piloto.
El estudio determinó a escala de laboratorio la capacidad de eliminación de fósforo mediante pruebas discontinuas y continuas, utilizando aguas residuales tanto sintéticas como reales, y se evaluó el efecto del tiempo de retención. Con base en los resultados, se construyó, implementó y evaluó un filtro sumergido de lodos de Al (filtro lodos-Al) a escala piloto como paso de pulido para el efluente de una PTAR descentralizada.
Los resultados mostraron que durante las pruebas continuas con AR real, la capacidad de eliminación de fósforo fue de 2.55 mg P-PO43-∙g-1 por gramo de lodo-Al utilizando un tiempo de retención de 120 min. El filtro de lodos Al como sistema de pulido presentó una eficiencia de remoción promedio de 94 ± 8 % y una concentración de efluente inferior a 0.50 mg P-PO43-∙l-1 durante los primeros 20 días operativos. Durante los siguientes 17 días, el sistema eliminó 85 ± 9 % en promedio, mostrando una concentración de efluente inferior a 1.0 mg P-PO43-∙l-1. A partir del día operativo 32, la eficiencia de remoción fue de 63.6 ± 10.7 %, con una concentración promedio de efluente de 2.20 ± 0.39 mg P-PO43-∙l-1.
References
Ádám, K., Krogstad, T., Vråle, L., Søvik, A. K., & Jenssen, P. D. (2007). Phosphorus retention in the filter materials shellsand and filtralite P®-Batch and column experiment with synthetic P solution and secondary wastewater. Journal of Ecological Engineering, 29, 200-208. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2006.09.021
APHA, American Public Health Association. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater (23rd ed.). Washington, DC, USA: American Public Health Association.
Arias, C., & Brix, H. (2005). Phosphorus removal in constructed wetlands: Can use suitable alternative media be identified? Water Science and Technology, 51, 267-273.
ASTM. (1997). Standard test method for particle size distribution of granular activated carbon. DOI: 10.1520/D2862-10.2
Alayu, E., & Leta, S. (2021). Post treatment of anaerobically treated brewery effluent using pilot scale horizontal subsurface flow constructed wetland system. Bioresources and Bioprocessing, 8(8), 2-19. DOI: 10.1186/s40643-020-00356-0
Babatunde, A. O., & Zhao, Y. Q. (2009a). Forms, patterns and extractability of phosphorus retained in alum sludge used as substrate in laboratory-scale constructed wetland systems. Chemical Engineering Journal, 152, 8-13. DOI: 10.1016/j.cej.2009.03.020
Babatunde, A. O., & Zhao, Y. Q. (2009b). Phosphorus removal in laboratory-scale unvegetated vertical subsurface flow constructed wetland systems using alum sludge as main substrate. Water Science and Technology, 60, 483-489. DOI: 10.2166/wst.2009.384
Babatunde, A. O., Zhao, Y. Q., Burke, A. M., Morris, M. A., & Hanrahan, J. P. (2009). Characterization of aluminium-based water treatment residual for potential phosphorus removal in engineered wetlands. Environmental Pollution, 157, 2830-2836. DOI: 10.1016/j.envpol.2009.04.016
Brooks, A. S., Rozenwald, M. N., Goehring, L. D., Lion, L. W., & Steenhuis, T. S. (2000). Phosphorus removal by wollanstonite: A constructed wetland substrate. Journal of Ecological Engineering, 15, 121-132.
CECA. (1989). CE-CCA-001/89. Acuerdo que establece los Criterios Ecológicos de Calidad del Agua. Diario Oficial de la Federación. Recuperado de https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=4837548&fecha=13/12/1989#gsc.tab=0
Därr, G. M., & Ludwig, U. (1973). Determination of the specific surface by adsorption from solution. Matériaux et Construction, 6, 233-237.
De-Bashan, L. E., & Bashan, Y. (2004). Recent advances in removing Phosphorus from wastewater and its future use as fertilizer (1997-2003). Water Research, 38, 4222-4246. DOI: 10.1016/j.watres.2004.07.014
Doherty, L., Zhao, Y., Zhao, X., & Wang, W. (2015). Nutrient and organics removal from swine slurry with simultaneous electricity generation in an alum sludge-based constructed wetland incorporating microbial fuel cell technology. Chemical Engineering Journal, 266, 74-81. DOI: 10.1016/j.cej.2014.12.063
Dong, C. S., Ju, S. C., Hong, J. L., & Jong, S. H. (2005). Phosphorus retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland. Water Research, 39, 2445-2457. DOI: 10.1016/j.watres.2005.04.032
Drizo, A., Comeau, Y., Forget, C., & Chapuis, R. P. (2002). Phosphorus saturation potential: A parameter for estimating the longevity of constructed wetland systems. Environmental Science & Technoly, 36, 4642-4648. DOI: 10.1021/es011502v
Drizo, A., Forget, C., Chapuis, R.P., & Comeau, Y. (2006). Phosphorus removal by electric arc furnace steel slag and serpentinite. Water Research, 40, 1547-1554. DOI: 10.1016/j.watres.2006.02.001
Drizo, A., Frost, C. A., Grace, J., & Smith, K. A. (1999). Physico-chemical screening of phosphate-removing substrates for use in constructed wetland systems. Water Research, 33, 3595-3602. DOI: 10.1016/S0043-1354(99)00082-2
EU. (2014). EEC Council (1991). 91/271/EEC of 21 May 1991 concerning urban waste-water treatment. EEC Council Dir. 10. Recovered from http://eur-lex.europa.eu/legal-content/en/ALL/?uri=CELEX:31991L0271
El-Sergany, M., & Shanableh, A. (2012). Phosphorus removal using Al-modified bentonite clay. Effect of particle size. Advanced Biomedical Engineering, 6, 323-329.
Garzón-Zúñiga, M. A., Buelna, G., & Moeller-Chávez, G. E. (2012). La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en pequeñas comunidades e industrias. Tecnología y ciencias del agua, 3(3), 153-162. Recovered from https://revistatyca.org.mx/index.php/tyca/article/view/255
Garzón-Zúñiga, M. A., González Zurita, J., & García-Barrios, R. (2016). Evaluación de un sistema de tratamiento doméstico para reúso de agua residual. Revista Internacional de Contaminación Ambiental, 32, 199-211. DOI: 10.20937/RICA.2016.32.02.06
George, D. B., Berk, S. G., Adams, V. D., Ting, R. S., Roberts, R. O., Parks, L. H., & Lott, R. C. (1995). Toxicity of alum sludge extracts to a freshwater alga, protozoan, fish, and marine bacterium. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 29, 149-158. DOI: 10.1007/BF00212964
Gustafsson, J. P., Renman, A., Renman, G., & Poll, K. (2008). Phosphate removal by mineral-based sorbents used in filters for small-scale wastewater treatment. Water Research, 42, 189-197. DOI: 10.1016/j.watres.2007.06.058
Hedström, A. (2006). Reactive filter systems for small scale wastewater treatment a literature review. Vatten, 62, 253–263.
Herrmann, I., Jourak, A., Hedström, A., Lundström, T. S., & Viklander, M. (2013). The effect of hydraulic loading rate and influent source on the binding capacity of phosphorus filters. PLoS One, 8(8). DOI: 10.1371/journal.pone.0069017
Maher, C., Neethling, J. B., Murthy, S., & Pagilla, K. (2015). Kinetics and capacities of phosphorus sorption to tertiary stage wastewater alum solids, and process implications for achieving low-level Phosphorus effluents, Water Research, 85, 226-234. DOI: 10.1016/j.watres.2015.08.025
Maqbool, N., Khan, Z., & Asghar, A. (2016). Reuse of alum sludge for Phosphorus removal from municipal wastewater. Desalination and Water Treatment, 57, 13246-13254 DOI: 10.1080/19443994.2015.1055806
Mortula, M., Bard, S. M., Walsh, M. E., & Gagnon, G. A. (2008). Aluminum toxicity and ecological risk assessment of dried alum residual into surface water disposal. Canadian Journal of Civil Engineering, 36(1), 127-136. DOI: 10.1139/S08-042
Muisa, N., Nhapi, I., Ruziwa, W., & Manyuchi, M. M. (2020). Utilization of alum sludge as adsorbent for Phosphorus removal in municipal wastewater: A review. Journal of Water Process Engineering, 35. DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101187
Park, W. H. (2009). Integrated constructed wetland systems employing alum sludge and oyster shells as filter media for P removal. Ecological Engineering, 35, 1275-1282. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.05.015
Semarnat, Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. (1996). NOM-001-SEMARNAT-1996 Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales. Diario Oficial de la Federación, 35, México.
Semarnat, Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. (11 de marzo, 2022). NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-2021, Que establece los límites permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en cuerpos receptores propiedad de la nación. Diario Oficial de la Federación, 35, México.
Takashima, M., Nakamura, S., Takano, M., & Ikemoto, R. (2015). Treatment of eutrophic lake water and Phosphorus recovery by reusing alum sludge and/or wood. Journal of Water Reuse and Desalination, 5, 446-453. DOI: 10.2166/wrd.2015.130
UN-HABITAT. (2008). Constructed wetlands manual. Recovered from https://sswm.info/sites/default/files/reference_attachments/UN%20HABITAT%202008%20Constructed%20Wetlands%20Manual.pdf
USEPA, United States Environmental Protection Agency. (September, 2012). EPA/600/R-12/61. Guidelines for water reuse. Washington, DC, USA: United States Environmental Protection Agency, Office of Wastewater Management, Office of Water.
Vohla, C., Kõiv, M., Bavor, H. J., Chazarenc, F., & Mander, Ü. (2011). Filter materials for phosphorus removal from wastewater in treatment wetlands. A review. Ecological Engineering, 37, 70-89. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.08.003
Yang, Y., Zhao, Y. Q., & Kearney, P. (2008). Influence of ageing on the structure and phosphate adsorption capacity of dewatered alum sludge. Chemical Engineering Journal, 145, 276-284. DOI: 10.1016/j.cej.2008.04.026
Zhao, Y. Q., Babatunde, A. O., Zhao, X. H., & Li, W. C. (2009) Development of alum sludge-based constructed wetland: An innovative and cost-effective system for wastewater treatment, Journal of Environmental Science and Health, Part A, 44(8), 827-832, DOI: 10.1080/10934520902928685
Zhao, Y. Q., Babatunde, A. O., Hu, Y. S., Kumar, J. L. G., & Zhao, X. H. (2011). Pilot field-scale demonstration of a novel alum sludge-based constructed wetland system for enhanced wastewater treatment. Process Biochemistry, 46, 278-283. DOI: 10.1016/j.procbio.2010.08.023
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