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Tratamiento Biológico de Residuos Peligrosos (BETEX): Análisis de Procesos y Tecnologías -, Resúmenes de Gestión y tratamiento de residuos

Este documento explora el tratamiento biológico de residuos peligrosos, específicamente los compuestos betex (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno). Se analizan los procesos de lodos activados, lagunas aireadas y biorreactores con biopelículas, incluyendo sus ventajas, limitaciones y parámetros clave para su aplicación. Se destaca la importancia del oxígeno, el ph y la temperatura en la eficiencia del tratamiento, así como la influencia de agentes inhibidores o tóxicos. El documento también presenta una tabla comparativa de diferentes métodos de tratamiento y sus porcentajes de remoción de betex.

Tipo: Resúmenes

2023/2024

Subido el 19/09/2024

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CAMPECHE
INGENIERÍA QUÍMICA
Actividad 2: Documento y presentación de un caso práctico de tratamiento
físico, químico o biológico de los RP´s.
Integrantes:
Canul Bobadilla Jair Isaac
Pech Martínez Victor Alejandro
Rojas López Viviana
Rosado Maas Rodrigo Gabriel
Uc Tun Ingrid Paola
Asignatura:
Gestión de RSU, ME, y RP’S
Grupo:
MK6
Docente:
Chab Ruiz Alberto Efrén
San Francisco de Campeche a 20 de mayo del 2024
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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CAMPECHE

INGENIERÍA QUÍMICA

Actividad 2: Documento y presentación de un caso práctico de tratamiento

físico, químico o biológico de los RP´s.

Integrantes:

Canul Bobadilla Jair Isaac

Pech Martínez Victor Alejandro

Rojas López Viviana

Rosado Maas Rodrigo Gabriel

Uc Tun Ingrid Paola

Asignatura:

Gestión de RSU, ME, y RP’S

Grupo:

MK

Docente:

Chab Ruiz Alberto Efrén

San Francisco de Campeche a 2 0 de mayo del 2024

INTRODUCCIÓN

En los entornos industrializados, la gestión segura de sustancias químicas constituye una preocupación constante, tanto por la salud humana como por la preservación del medio ambiente. En este sentido, es crucial contar con información detallada sobre las propiedades, riesgos y medidas de seguridad asociadas a cada sustancia, para asegurar prácticas laborales seguras y minimizar los impactos ambientales adversos. Este documento se propone analizar el proceso de tratamiento de residuos peligrosos (BETEX). Estas sustancias, ampliamente utilizadas en diversas industrias, conllevan riesgos significativos para la salud y el medio ambiente si no son manejadas adecuadamente. El tratamiento de estos residuos implica su clasificación en nueve grupos, conforme a la NOM- 052 - SEMARNAT-2005, aunque esta normativa no contempla la mezcla aceite/agua ni una clasificación amplia de compuestos orgánicos, considerándolos dentro de su clasificación de Toxicidad Ambiental, además de no abordar los compuestos radiactivos. Dado el impacto del grupo BETEX, resulta imperativo someterlo a procesos de tratamiento específicos. Este trabajo se centra en los procesos biológicos para su tratamiento, es decir, aquellos en los que intervienen seres vivos y que comprenden una serie de reacciones químicas u otros eventos, con el fin de transformar o eliminar dichos compuestos.

Problemática Los BETEX, un grupo de compuestos orgánicos volátiles (COV), son reconocidos por su capacidad de vaporizarse fácilmente, pasando del estado líquido al gaseoso. Estos vapores pueden desplazarse a través del aire, potencialmente afectando la calidad del aire en áreas residenciales o comerciales cercanas, así como migrar a través de aguas subterráneas y suelos, convirtiéndose en contaminantes. Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA), el término "BETEX" engloba al benceno, tolueno, etilbenceno y xileno, tomando la primera letra de cada compuesto para formar el acrónimo. Esta categoría se clasifica dentro del Grupo 3 de compuestos orgánicos sin metales pesados, además de ser considerados COV comúnmente presentes en productos derivados del petróleo como la gasolina y el diésel. Es importante destacar que, según la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) de México en 2003, los BETEX son una de las principales fuentes de contaminación en el país. Estos compuestos suscitan preocupación debido a su papel como precursores de ozono y otros oxidantes, así como por la alta toxicidad de algunos de ellos. Por ejemplo, el benceno se ha reconocido como cancerígeno y puede ocasionar una serie de efectos adversos en la salud humana, como edemas y hemorragias bronquio-alveolares, efectos cardiovasculares como extrasístoles o taquicardia ventricular, y efectos gastrointestinales que van desde gastritis tóxica hasta estenosis pilórica. La exposición a los BETEX es común en la vida cotidiana, ya sea a través del ambiente, el lugar de trabajo o el hogar. Se encuentran habitualmente en productos como diluyentes de pintura, barnices para uñas, lacas y en el humo de vehículos automotores o tabaco. Esta exposición puede provocar enfermedades, cuya gravedad dependerá de la cantidad, duración y frecuencia de exposición al contaminante. A corto plazo, la exposición a los BETEX se ha asociado con irritación de la piel, dolores de cabeza, mareos y molestias en la nariz y los ojos. Sin embargo, las exposiciones diarias y en grandes cantidades pueden acarrear problemas en la piel, el sistema respiratorio, el sistema nervioso central, así como afectar órganos como los riñones y el hígado. Estas sustancias contaminantes ingresan al medio ambiente a través de fugas en el almacenamiento subterráneo de tanques, excesos en depósitos de almacenamiento, derrames de combustibles y vertederos.

Una medida para reducir la exposición a estos químicos es garantizar una adecuada ventilación al utilizar productos que los contienen, como la gasolina, plaguicidas, barnices, pinturas, resinas y pegamentos, además de disponer de áreas específicas para su manipulación segura.

Xileno Compuesto orgánico sin metales Es un hidrocarburo aromático que contiene dos grupos metilo unidos a un anillo bencénico, compuesto solo por carbono e hidrógeno.

  • Bacterias para el tratamiento BETEX Generalmente, el lodo es de color marrón; si es muy oscuro, puede estar cerca de ser séptico. Si es más claro, puede haber tenido una aireación insuficiente y presenta una baja velocidad de sedimentación. El lodo bien acondicionado tiene un olor característico a tierra. Tiende a volverse séptico rápidamente, adquiriendo un olor desagradable de putrefacción. La capacidad de ciertos microorganismos para degradar BETEX se conoce desde 1908, cuando Stormer observó que la bacteria Bacillus hexabovorum podía crecer aeróbicamente en un medio que contenía tolueno y xileno. La capacidad de los microorganismos naturales en el suelo para degradar BETEX fue demostrada por primera vez por Gray y Thornton en 1928. Desde entonces, varios estudios han identificado microorganismos eficientes para la degradación de BETEX, con el objetivo de utilizarlos en la remediación ambiental de esta mezcla. Entre estos microorganismos, las bacterias del género Pseudomonas son frecuentemente citadas, incluyendo Pseudomonas putida , Pseudomonas fluorescens , Pseudomonas aureofaciens y Pseudomonas aeruginosa. Además, se han identificado otras bacterias como Microbacterium lactuim , Bacillus cereus , Rhodococcus rhodochrous y hongos como Cladophialophora sp. La naturaleza de las aguas residuales tratadas determina los tipos de microorganismos que se desarrollan. Para el tratamiento de los compuestos BETEX, las bacterias más comunes son las Pseudomonas putida , que se multiplican rápidamente. Inicialmente están libres en el líquido, pero luego se aglutinan para formar el núcleo del flóculo. La tendencia a flocular varía entre diferentes especies. Según Ferrer, el flóculo puede aumentar de tamaño por la multiplicación de las bacterias en su interior y por la adición de materia muerta o viva desde la fase líquida. Durante su desarrollo, el flóculo es colonizado por organismos consumidores de bacterias como protozoos ciliados, nematodos y rotíferos. Un flóculo maduro puede considerarse un

microcosmos, cuya población está en equilibrio dinámico sensible a las condiciones ambientales, incluyendo la composición de los residuos. A medida que el flóculo crece y envejece, aumenta la cantidad de células muertas y sólidos inertes acumulados. Aunque el flóculo viejo puede absorber sustancias, la oxidación biológica solo es posible en las células vivas, lo que disminuye la actividad general del flóculo con la edad. A medida que aumenta su tamaño, la difusión de nutrientes y oxígeno a las bacterias individuales, así como la eliminación de sus secreciones, se hace más difícil. Por lo tanto, en un cultivo microbiano, cada flóculo pasa por diferentes fases de crecimiento, alcanzando la madurez y posteriormente la decadencia, cambiando de estructura y actividad, ambas con un impacto significativo en el proceso de depuración de los BETEX. De los flóculos biológicos que se sedimentan en los tanques finales (clarificadores secundarios), entre el 25% y el 40% se devuelve al tanque de aireación. El resto, conocido como lodos activados por residuos, requiere tratamiento adicional. En los sistemas de lodos activados para efluentes de residuos peligrosos, según la clasificación de Rich (1987), este tratamiento es aplicable solo para compuestos orgánicos sin metales pesados y compuestos biológicos (grupos 3 y 6). Los BETEX se encuentran en el grupo 3, por lo que su tratamiento se puede lograr mediante un sistema biológico. En un sistema biológico para el tratamiento de residuos peligrosos, hay una gran variedad de organismos. Muchos encuentran el medio inadecuado y mueren, mientras que otros, al ser favorables las condiciones del medio, persisten y se multiplican. La composición específica de los lodos activados está determinada por la velocidad relativa de crecimiento de las especies, la disponibilidad de alimento en competencia con otras especies del mismo nivel trófico y el efecto de la depredación por organismos de niveles tróficos más altos. Además, las condiciones físicas y químicas de la planta, como la disponibilidad de oxígeno, el pH, la temperatura y los agentes inhibidores o tóxicos, son importantes. De las especies que compiten por el mismo alimento, una se convierte en dominante, pero debido a las condiciones cambiantes en el sistema, se favorecen sucesivamente diferentes especies. La introducción constante de una flora mixta mantiene la competencia por el alimento. A medida que los lodos maduran, los organismos de niveles tróficos más altos, como los rotíferos y gusanos nematodos, pueden establecerse. El conjunto de organismos

  • Ajustes de pH: Si el pH se desvía del rango óptimo, se pueden añadir productos químicos como ácido sulfúrico o hidróxido de sodio para ajustarlo.
  • Impacto del pH: Un pH fuera del rango óptimo puede inhibir la actividad microbiana y la eficiencia del tratamiento, además de causar problemas de corrosión en el equipo. 3. Temperatura Importancia: La temperatura afecta la tasa de crecimiento de los microorganismos y la velocidad de las reacciones bioquímicas. Consideraciones:
  • Rango óptimo: Los microorganismos mesófilos, comúnmente utilizados en lodos activados, tienen un rango óptimo de temperatura entre 20-35°C.
  • Variaciones de temperatura: Las fluctuaciones significativas pueden afectar negativamente la estabilidad del proceso biológico.
  • Control de temperatura: En climas fríos, puede ser necesario calentar el reactor, mientras que en climas cálidos se deben implementar estrategias de enfriamiento o aislamiento para mantener temperaturas dentro del rango óptimo. 4. Agentes inhibidores o tóxicos Importancia: La presencia de sustancias tóxicas o inhibidoras en el influente puede afectar la viabilidad y actividad de los microorganismos en el sistema de lodos activados. Consideraciones:
  • Identificación de inhibidores: Sustancias como metales pesados, solventes orgánicos, pesticidas, y otros compuestos químicos pueden ser tóxicos para los microorganismos.
  • Medición de toxicidad: Se deben realizar análisis regulares para detectar la presencia de estos compuestos en el influente.
  • Manejo de inhibidores: Estrategias como la dilución, la adición de agentes neutralizantes, o el pretratamiento del influente pueden ser necesarias para manejar los agentes tóxicos y proteger el proceso biológico. Estos factores y condiciones son críticos para el diseño, operación y mantenimiento eficiente de una planta de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados. Monitorear y controlar adecuadamente estos parámetros garantiza una alta eficiencia en la remoción de contaminantes y la estabilidad del proceso biológico. Además, la composición específica de los lodos activados está determinada por la velocidad relativa de crecimiento de las especies, la disponibilidad de alimento en competencia con otras especies del mismo nivel trófico, y el efecto de la predación de los organismos de niveles tróficos más altos.
    • características típicas de un afluente que contiene BETEX a tratar con lodos activados El diseño del tratamiento biológico en una estación depuradora se fundamenta en un conocimiento profundo de las características del agua a tratar. Los parámetros necesarios para calcular el proceso de lodos activados, especialmente para el tratamiento de los compuestos BETEX, incluyen la DQO y la DBOlim (que permite determinar la fracción biodegradable de la materia orgánica). En este caso, los sólidos en suspensión descompuestos son volátiles y biodegradables. Para los BETEX, es crucial conocer la fracción soluble que es fácilmente biodegradable, mientras que la materia suspendida debe pasar por un proceso de hidrólisis antes de ser asimilada por los microorganismos, lo que la clasifica como lentamente biodegradable. Para evaluar el sistema de lodos activados en una experimentación reciente, se utilizó un reactor continuo con un volumen operativo de 10 litros, alimentado con un efluente que

como superficies, turbinas o difusores. La principal diferencia entre las lagunas aireadas y el sistema de lodos activados es la ausencia de recirculación de lodos en las lagunas aireadas. En los sistemas de lodos activados, la recirculación de lodo se utiliza para controlar la cantidad de lodo biológico en el reactor de aireación. La concentración de sólidos en las lagunas aireadas depende de las características del agua residual y del tiempo de residencia, y típicamente oscila entre 80 y 200 mg/L, mucho menor que en las unidades de lodos activados convencionales (2000-3000 mg/L). El efluente se decanta antes de ser vertido para separar el agua tratada de los lodos biológicos. El diseño para el análisis de este tratamiento se realiza de manera similar al proceso de lodos activados, pero sin recirculación. Los valores típicos de la constante de velocidad de descomposición de los BETEX en las lagunas aireadas varían entre 3 y 6 días para lagunas con recirculación, y entre 6 y 8 días o más para sistemas sin recirculación. Si la concentración de biomasa en el alimento es despreciable, la edad del lodo coincide numéricamente con el tiempo de retención hidráulico. El sistema se complementa con un tanque de separación de biomasa producida, que puede ser un sedimentador secundario convencional o una laguna facultativa. En este proceso, no se contempla la recirculación de sólidos del decantador hacia la laguna aireada. Por lo tanto, los sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado presentan concentraciones de 200 y 500 mg/L. La degradación anaerobia en la laguna facultativa del material decantado permite eliminar una parte significativa de este material a través de este proceso. Esto contribuye a mantener baja la cantidad de material suspendido en la salida de la laguna, lo que resulta en una menor DBO suspendida y, por ende, una menor DBO total. Sin esta degradación biológica anaerobia, el material decantado se acumularía con el tiempo y eventualmente obstruiría la laguna. Si la última laguna aireada fuera aerobia, el mezclado en ella sería muy efectivo, lo que provocaría que el efluente que contiene BETEX saliera con todos los sólidos biológicos generados durante el proceso de degradación. Esto afectaría negativamente la calidad final del líquido tratado al aumentar la DBO suspendida.

Parte de los lodos generados en las lagunas aireadas decantan dentro de ellas, especialmente en la laguna aireada facultativa, donde se descomponen anaeróbicamente. El resto de los lodos son arrastrados con el líquido tratado, que contiene cantidades muy bajas de BETEX. En estudios recientes, se ha observado que la DQO del efluente que contiene BETEX al ingresar al sistema es de 1775 mg/L. La figura 4.5 muestra cómo disminuye con el tiempo a medida que se aplica este tratamiento. Para evaluar los resultados del tratamiento de BETEX con este método, realizó un análisis utilizando espectrometría de masas y cromatografía de agua en la salida de una laguna de aireación. A continuación, se presentan los resultados obtenidos: Reactor de Biopelículas En los últimos años, se han logrado avances significativos en el área de tratamiento biológico de efluentes mediante procesos que utilizan biopelículas soportadas sobre

resultados mostraron que, para una mayor concentración de alimentación de los compuestos, se requería un biorreactor más largo, y para diferentes flujos, incluso con una alta cantidad de biomasa en el biorreactor, se necesitaba un tiempo de residencia mínimo para la biodegradación total de los compuestos BETEX. Además, se observó que una porosidad más baja favorecía el proceso de biodegradación de los compuestos BETEX. Respecto al área del biorreactor, se concluyó que es directamente proporcional a la cantidad de compuesto biodegradado.

  • Evaluación y Resultados Con base al proceso anterior descrito, se podría analizar la cantidad de BETEX alimentada y la eficiencia de remoción, deseada como se puede observar en la siguiente tabla comparamos diferentes tratamientos que podrían ser viables y los porcentajes de remoción de cada uno. Como podemos apreciar la remoción de estos métodos es adecuada, sin embargo, depende de la concentración del contaminante (en este caso los BETEX), el medio a emplear y en que medio se va a utilizar este tipo de tratamiento biológico mencionado, sabiendo que cada uno cuenta con características propias desde los microorganismos empleados, como la concentración del contaminante, así como ciertas condiciones de operación como la temperatura. También como se puede observar en los procesos biológicos no son tan eficiente en la remoción de los BETEX, como el biofiltro de Vermiculita, a pesar de esto muestra una

alternativa ecológica para el tratamiento. Ya que son solventes ya sea en forma liquida o en forma de gas altamente contaminantes y cuando no se puede evitar su uso en el proceso hay que buscar alguna manera de tratarlos y reducir sus emisiones, para no dañar al medio ambiente y fomentar el desarrollo sustentable

  • Leyes, reglamentos, normas o en su caso, leyes ambientales.
  1. Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente (LGEEPA): Establece las bases para la prevención y control de la contaminación del agua, suelo y aire. Es la ley marco para la gestión ambiental en México y abarca aspectos de manejo de residuos y emisiones.
  2. Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos (LGPGIR): Define los residuos peligrosos y establece las obligaciones para su manejo adecuado. Específicamente, se refiere a las características que hacen a un residuo peligroso y las responsabilidades de los generadores y manejadores.
  3. Norma Oficial Mexicana NOM- 001 - SEMARNAT-1996: Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en cuerpos receptores propiedad de la nación. Esta norma aplica a las plantas de tratamiento de aguas residuales, incluyendo aquellas que utilizan lodos activados.
  4. Norma Oficial Mexicana NOM- 002 - SEMARNAT-1996: Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a sistemas de alcantarillado urbano o municipal. Esta norma es relevante para las plantas que descargan sus efluentes en sistemas de alcantarillado.
  5. Norma Oficial Mexicana NOM- 003 - SEMARNAT-1997: Establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reusen en servicios al público. Esta norma regula la calidad del agua tratada para su reutilización, lo cual puede involucrar el uso de lodos activados en el tratamiento.
  6. Norma Oficial Mexicana NOM- 004 - SEMARNAT-2002: Establece las especificaciones y características para el manejo de lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas

CONCLUSIÓN

En conclusión, los tratamientos físicos, químicos y biológicos de RP's (Residuos Peligrosos) representan un enfoque integral y multidisciplinario para abordar los desafíos asociados con la gestión y eliminación de estos materiales. El tratamiento biológico por lodos activados es una eficaz tecnología para la eliminación de compuestos BETEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xileno) presentes en aguas residuales. Este método aprovecha la actividad de microorganismos para degradar estos contaminantes orgánicos presentes en los RP's, convirtiéndolos en compuestos menos tóxicos y más seguros para el medio ambiente. Por lo tanto, la selección del tratamiento más adecuado para los RP's depende de diversos factores, como la naturaleza de los residuos, su composición química, la cantidad producida y los requisitos regulatorios locales. En muchos casos, se requiere una combinación de tratamientos físicos, químicos y biológicos para lograr una gestión eficaz y responsable de los RP's, minimizando su impacto ambiental y protegiendo la salud pública.

REFERENCIAS

González Sánchez, J. F. (2014). Procesos biológicos para el tratamiento de residuos peligrosos (BETEX) [Tesis profesional para obtener el título de Ingeniero Químico]. Universidad Autónoma de México. Facultad de estudios superiores de Cautitlán. colaboradores de Wikipedia. (2024, 11 mayo). Compuesto orgánico. Wikipedia, la Enciclopedia Libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_org%C3%A1nico#:~:text=Un%20compuest o%20org%C3%A1nico%20o%20mol%C3%A9cula,frecuentes%20en%20su%20esta do%20natural. ECOLEC Waste Hub. (2023, 15 junio). Tratamiento de residuos - ECOLEC Waste Hub. https://ecolec.es/informacion-y-recursos/tratamiento-de-residuos/ Hidronor. (2019, 23 enero). Tratamiento y Disposición Final de Residuos - Hidronor. https://www.hidronor.cl/tratamiento-disposicion-final-residuos/ Pinzón-Junca, A., & Pinzón-Junca, A. (s.f.). Pseudomonas. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120- 24482019000100052 Libros. (s.f.). http://www.biblioweb.tic.unam.mx/libros/microbios/Cap3/