u442574

Vista previa del material en texto

ESTUDIO DEL EFECTO DE LA RECIRCULACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE HIERRO EN 
EL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES 
 
 
 
 
 
LIDA MARCELA ÁVILA RAMÍREZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 
BOGOTÁ D.C. 
2010
 
ESTUDIO DEL EFECTO DE LA RECIRCULACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE HIERRO EN 
EL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES 
 
 
 
 
LIDA MARCELA ÁVILA RAMÍREZ 
 
Tesis de grado para optar por el título de 
Magíster en Ingeniería Civil con Énfasis en Gestión Ambiental 
 
Director: 
Sergio Fernando Barrera Tapias 
Ingeniero Civil, MSc. 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 
BOGOTÁ D.C. 
2010 
 
 
1 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
TABLA DE CONTENIDO 
1. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 6 
2. OBJETIVOS .............................................................................................................. 7 
2.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................... 7 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 7 
3. ESTUDIO PREVIOS ................................................................................................. 8 
4. FUNDAMENTO TEÓRICO ....................................................................................... 9 
4.1 TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES .................................... 9 
4.1.1 Tratamiento aerobio ........................................................................................10 
4.1.2 Tratamiento anaerobio ....................................................................................11 
4.1.3 Tratamiento anóxico........................................................................................12 
4.2 REDUCCIÓN BIOLÓGICA DE HIERRO FÉRRICO .............................................12 
5. MATERIALES Y METODOLOGÍA ...........................................................................17 
5.1 PREPARACIÓN DEL LODO BIOLÓGICO ...........................................................17 
5.2 ADECUACIÓN DEL REACTOR Y DE LA CÁMARA DE AIREACIÓN .................20 
5.3 MONTAJE DE LABORATORIO ...........................................................................21 
5.3.1 Descripción del reactor y cámara de aireación ...............................................21 
5.3.2 Conexiones hidráulicas ...................................................................................24 
5.3.3 Sistema de agitación .......................................................................................24 
5.3.4 Tiempo de retención hidráulica (TRH) ............................................................25 
5.4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ..........................................................................25 
5.4.1 Diagrama de flujo y descripción general del proceso ......................................25 
5.4.2 Preparación Agua Residual Sintética (ARS) ...................................................27 
5.4.3 Preparación y dosificación del cloruro férrico (FeCl3) .....................................30 
5.4.4 Preparación y dosificación de hidróxido de sodio (NaOH) ..............................31 
5.4.5 Aireación y precipitación de hidróxido férrico (Fe(OH)3) .................................31 
5.4.6 Recirculación de hidróxido férrico (Fe(OH)3) ..................................................32 
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS .....................................................33 
 
 
2 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
6.1 CONTROL Y MONITOREO DE pH ......................................................................33 
6.2 CONTROL Y MONITOREO DE OXÍGENO DISUELTO .......................................35 
6.3 SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES (SSV) ...................................................37 
6.4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO)............................39 
6.5 ANÁLISIS DE HIERRO ........................................................................................41 
6.6 ANALISIS MICROBIOLÓGICOS ..........................................................................47 
7. CONCLUSIONES ....................................................................................................52 
8. RECOMENDACIONES ............................................................................................54 
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .........................................................................55 
10. ANEXOS ...............................................................................................................59 
ADECUACIONES DEL REACTOR Y DE LA CÁMARA DE AIREACIÓN ...................59 
PREPARACIÓN DEL LODO ......................................................................................60 
DESCRIPCIÓN DE LA EVOLUCIÓN DEL PROCESO ..............................................61 
RESULTADOS DE LABORATORIO ..........................................................................65 
 
 
 
3 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
LISTADO DE TABLAS 
 
Tabla 1. Principales procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual ..... 10 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de los procesos biológicos ......................................... 12 
Tabla 3. Composición de la solución de hidróxido de hierro (Fe(OH)3 ......................... 17 
Tabla 4. Composición de leche y nutrientes .................................................................. 18 
Tabla 5. pH óptimos reportados en la literatura ............................................................. 19 
Tabla 6. Partes que se adecuaron al reactor y a la cámara de mezcla ......................... 20 
Tabla 7. Dimensiones y capacidad del reactor .............................................................. 22 
Tabla 8. Dimensiones y capacidad de la cámara de aireación ...................................... 22 
Tabla 9. Composición del agua residual sintética .......................................................... 29 
Tabla 10. Propiedades del agua residual sintética ........................................................ 29 
Tabla 11. Dosis de cloruro férrico .................................................................................. 31 
Tabla 12. Composición de “Wolfe’s minimal salts” ........................................................ 47 
Tabla 13. Determinación de bacterias ferroreductoras por el método de número más 
probable......................................................................................................................... 49 
Tabla 14. Tabla de resultados de análisis NPM ............................................................ 50 
Tabla 15. Descripción general de lo ocurrido en la etapa de experimental ................... 61 
Tabla 16. Resultados de control de pH y OD en el reactor y en la cámara de aireación65 
Tabla 17. Resultados DQO............................................................................................ 67 
Tabla 18. Resultados de SSV ........................................................................................ 68 
Tabla 19. Hierro a la entrada de la cámara de aireación ............................................... 68 
Tabla 20. Hierro a la salida de la cámara de aireación .................................................. 69 
Tabla 21. Cantidad de hierro presente en la cámara de aireación ................................ 69 
Tabla 22. Hierro total ..................................................................................................... 70 
Tabla 23. Hierro ferroso ................................................................................................. 70 
Tabla 24. Hierro férrico ..................................................................................................71 
 
 
 
 
4 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
LISTADO DE FIGURAS 
Figura 1. Diagrama conceptual de la oxido-reducción del hierro. ................................. 13 
Figura 2. Transferencia de electrones entre la célula microbial y la superficie de los 
óxidos de hierro. . .......................................................................................................... 14 
Figura 3. Lodo (Solución de hidróxido férrico, leche y nutrientes preparada el 
18/Diciembre/2009) ....................................................................................................... 19 
Figura 4. Monitoreo de pH en el lodo ............................................................................ 19 
Figura 5. Montaje de laboratorio .................................................................................... 22 
Figura 6. Reactor y Cámara de aireación ...................................................................... 23 
Figura 7. Bombas peristálticas ...................................................................................... 24 
Figura 8. Diagrama de flujo del proceso ........................................................................ 26 
Figura 9. Descripción del proceso ................................................................................. 26 
Figura 10.Recirculación Fe(OH)3 ................................................................................... 32 
Figura 11. Monitoreo de pH en el licor mixto ................................................................. 34 
Figura 12. pH en la cámara de aireación ....................................................................... 35 
Figura 13. Medidor de oxígeno disuelto ........................................................................ 36 
Figura 14. Comportamiento del oxígeno disuelto en el reactor ..................................... 36 
Figura 15. Comportamiento del oxígeno disuelto en la cámara de aireación ................ 37 
Figura 16. Comportamiento de los sólidos suspendidos totales y sólidos suspendidos 
volátiles en el licor mixto ................................................................................................ 38 
Figura 17. Comportamiento de la demanda bioquímica de oxígeno en el influente y en el 
efluente .......................................................................................................................... 39 
Figura 18. Porcentajes de remoción de materia orgánica alcanzada en el proceso ...... 40 
Figura 19. Concentración de hierro a la entrada de la cámara de sedimentación 
presente en el efluente primario .................................................................................... 42 
Figura 20. Concentración de hierro a la salida de la cámara de sedimentación presente 
en el efluente final ......................................................................................................... 43 
Figura 21. Concentración de hierro presente en la cámara de aireación ...................... 44 
Figura 22. Concentración de hierro total ....................................................................... 45 
Figura 23. Concentración de hierro ferroso ................................................................... 45 
Figura 24. Concentración de hierro férrico .................................................................... 46 
Figura 25. Bacilos gran negativos presentes en el lodo biológico ................................. 48 
Figura 26. Adecuaciones del reactor y de la cámara de aireación ................................ 59 
Figura 27. Evolución preparación del lodo .................................................................... 60 
Figura 28. Evolución del proceso ................................................................................. 63 
file:///C:/Users/UserXP/Documents/Recupera2/UNIANDES/SEMESTRE%20IV/TESIS/TESIS%20II/Tesis.docx%23_Toc265961668
file:///C:/Users/UserXP/Documents/Recupera2/UNIANDES/SEMESTRE%20IV/TESIS/TESIS%20II/Tesis.docx%23_Toc265961669
 
 
5 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
INTRODUCCIÓN 
 
Según estudios del Banco Mundial en América Latina y en el Caribe (2006), se estima 
que de los 510 millones de habitantes de la región, unos 56 millones no tienen acceso a 
agua limpia (11%), otros 132 millones carecen de servicios de saneamiento adecuados 
(28 %), 26 millones de habitantes de zonas urbanas no tienen fuentes de agua 
mejorada (5%) y aproximadamente 50 millones carecen de servicios de alcantarillado 
(10 %); la falta de alcantarillado e instalaciones adecuadas de tratamiento de aguas y 
eliminación de los desechos puede traer severas consecuencias para la salud y el 
medio ambiente. 
Según el estudio de Ramos y García (2005) acerca de las tendencias en el desarrollo 
de nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas, residuos y lodos para el periodo 
comprendido entre 1999 y 2003, se encontró que según la Clasificación Internacional 
de Patentes (CIP), de 384 invenciones analizadas, el mayor número de invenciones 
correspondió al tratamiento de aguas y lodos con aproximadamente 266 invenciones 
(69,3%), 27 invenciones (7,03%) a depósito de residuos sólidos y 12 invenciones (3,1 
%) a separaciones. Respecto a las invenciones que se realizaron para el tratamiento de 
aguas se encontró que 177 invenciones (46,1%) corresponden a tratamientos 
biológicos de residuos acuosos, lo cual indica que la mayoría de los inventos 
tecnológicos están encaminados a dar solución al tema de tratamiento de aguas y que 
la tendencia es usar procesos biológicos. Sin embargo aun se requiere de tratamientos 
innovadores para la remoción de materia orgánica con un costo competitivo. 
 
 
 
 
 
6 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
1. JUSTIFICACIÓN 
 
Los impactos en salud y el desequilibrio ambiental ocasionados por la carencia de 
tratamiento o el tratamiento inadecuado de las aguas residuales hacen imperativo el 
desarrollo de nuevas alternativas que permitan realizar el tratamiento de aguas 
residuales de una manera más efectiva y a un costo más bajo. 
La Universidad de los Andes ha venido adelantando una serie de trabajos de 
investigación que pretenden encontrar una alternativa que permita un adecuado 
tratamiento de aguas, el cual se vea reflejado en la eficiencia de remoción de materia 
orgánica y que sea a un bajo costo para mitigar el impacto que esta genera. 
La adición de hierro férrico (Fe+3) en el tratamiento biológico de aguas residuales 
parece ser una buena alternativa ya que este elemento es un excelente aceptor de 
electrones en el metabolismo energético de una amplia variedad de bacterias. El Fe+3 
se reduce a hierro ferroso (Fe+2), gana electrones (e-) y debido a su alto potencial de 
oxido reducción (ORP) (Fe+3/ Fe+2 ~ 0,771 V a pH= 7, 25 °C) (McCarty & Rittmann, 
2001) libera una gran cantidad de energía la cual es asimilada y utilizada por los 
microorganismos presentes en el medio acuoso para transformar y degradar la materia 
orgánica. 
La escasa literatura frente al tratamiento biológico de aguas residuales mediante la 
adición de hierro férrico en condiciones anaerobias y en presencia de bacterias 
reductoras de hierro, es uno de los mayores retos de esta experimentación ya que nos 
obliga a generar la mayor cantidad de datos y variables posibles, para poder llevar esta 
alternativa a una escala real. 
 
 
 
 
 
7 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
2. OBJETIVOS 
 
2.1 OBJETIVO GENERAL 
 
Analizar la viabilidad del aprovechamiento del hidróxido férrico proveniente del 
tratamiento biológico de aguas residuales de acuerdo con las condiciones en que se 
lleva a cabo este proceso. 
 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica durante el tratamiento biológico 
de aguas residuales mediante la adición de hierro férrico en condiciones anaerobias. 
Determinar la efectividadde la presencia de bacterias ferroreductoras durante el 
tratamiento biológico de aguas residuales mediante la adición de hierro férrico en 
condiciones anaerobias. 
 
 
 
 
8 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
3. ESTUDIO PREVIOS 
 
La Universidad de los Andes ha venido desarrollando trabajos relacionados con la 
adición de hierro en el tratamiento biológico de aguas residuales como una alternativa 
que busca reemplazar el suministro de oxígeno, por hierro como aceptor de electrones. 
Esto con el fin de proporcionarle a los microorganismos, la energía necesaria que 
requieren para la descomposición de la materia orgánica en el tratamiento de aguas 
residuales. De esta forma se tienen los trabajos realizados por Wilches (2001), Huertas 
(2002) y Pérez (2006) que muestran resultados favorables empleando esta alternativa. 
El estudio de Wilches (2001) analizó la factibilidad del uso de hierro en el tratamiento de 
aguas residuales y se pudo comprobar experimentalmente la teoría que hay detrás de 
la química del hierro (ORP). Gracias a este trabajo, se logró establecer la metodología 
para desarrollar la fase experimental del presente estudio, ya que Wilches observó que 
el principal parámetro a controlar en este proceso era el pH, dada la extremada 
acidificación que se presentó en los biorreactores. 
En el estudio de Huertas (2002) se evidenció una disminución en la eficiencia de 
remoción de la materia orgánica cercana al 50%, entre un tratamiento de aguas 
residuales en un régimen aerobio y un régimen anaerobio con adición de hierro como 
aceptor de electrones; lo cual pudo ser causado por la disminución en la densidad 
microbiana. También se descartó el uso de sulfato ferroso (FeSO4), el cual se oxida y 
no funciona como un buen aceptor de electrones durante el metabolismo de los 
microorganismos a diferencia del cloruro férrico (FeCl3) que si actúa como un buen 
aceptor final de electrones. 
Pérez (2006) a través de una comparación entre un tratamiento de lodos activados y un 
tratamiento anaerobio de aguas residuales con inclusión de cloruro férrico (FeCl3) como 
aceptor de electrones, pudo observar que con los dos procesos se obtuvieron altas 
eficiencias de remoción (alrededor del 80%). Esto permitió concluir que la adición de 
hierro en el tratamiento anaerobio es viable en condiciones de laboratorio, ya que se 
alcanzan eficiencias de remoción de materia orgánica similares a las de un proceso 
convencional de lodos activados. 
 
 
 
9 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
4. FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
4.1 TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES 
 
El tratamiento biológico es uno de los tratamientos de aguas residuales más utilizados 
en la actualidad. Este proceso tiene como objetivo fundamental, remover la materia 
orgánica soluble y coloidal biodegradable presente en las aguas mediante la acción 
metabólica de los microorganismos, principalmente bacterias y archaea, las cuales 
tienen la capacidad de convertir la materia orgánica en fuente de energía y de carbono 
necesaria para su crecimiento. 
Adicionalmente, contribuye a la disminución biológica de compuestos nutricionales en 
exceso, tales como nitrógeno y fósforo; a la eliminación de compuestos a nivel de traza 
que puedan resultar tóxicos y a la eliminación de parásitos y microorganismos 
patógenos. 
Los procesos biológicos pueden clasificarse de acuerdo con: 
 El tipo de aceptor de electrones en: procesos aerobios, anóxicos y anaerobios 
(Grady et al, 1999). 
 
 El medio de soporte en que se encuentren los microorganismos en: procesos de 
cultivo fijo y de cultivo en suspensión (Grady et al, 1999) (Metcalf & Eddy et al, 
2003) 
 
 El elemento contaminante a eliminar: se pueden diferenciar en procesos 
biológicos para la eliminación de materia orgánica carbonácea, eliminación de 
nitrógeno (nitrificación - desnitrificación) y eliminación de fósforo (Grady et al, 
1999). 
 
 
 
 
10 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Tabla 1. Principales procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual 
Proceso Principales tratamientos 
Aerobio 
Lodos activados, lagunas aireadas, digestión aerobia, filtros 
percoladores, filtros de desbaste, sistemas biológicos rotativos 
de contacto o biodiscos (RBC), biofiltros activados. 
Anaerobio 
Digestión anaerobia, proceso anaerobio de contacto (UASB), 
filtro anaerobio, y lecho expandido. 
Anóxico 
Denitrificación con cultivo en suspensión, y la denitrificación de 
película fija. 
Combinados 
Proceso de una o varias etapas (aerobios, anaerobios y 
anóxicos). 
Estanques o 
lagunajes 
Lagunas aerobias, lagunas facultativas, lagunas anaerobias y 
lagunas de maduración o terciarias. 
Fuente: Adaptado de Metcalf & Eddy, Tchobanoglous; Burton, y Stensel, 2003 
 
4.1.1 Tratamiento aerobio 
 
Es el proceso mediante el cual una población de microorganismos en presencia de 
oxígeno (O2), es capaz de degradar la materia orgánica e inorgánica disuelta, 
suspendida y coloidal que hay dentro de un agua residual, en gases y masa celular, los 
cuales se pueden separar fácilmente mediante una sedimentación. 
La presencia del oxígeno hace que este elemento actúe como el aceptor de electrones 
dentro del sistema y genere un alto rendimiento energético, que conlleva a una gran 
producción de lodo biológico debido al crecimiento de bacterias aerobias. Una limitante 
de este proceso es la solubilidad del oxígeno dentro del agua (Metcalf & Eddy et al, 
2003). 
El proceso de lodos activados es uno de los procesos biológicos aerobios más eficiente 
en términos de remoción de materia orgánica (superior al 90%). Consiste en una 
mezcla de agua residual y el lodo biológico aireada y agitada continuamente. Está 
basado en el cultivo de una población de microorganismos formada por bacterias, 
protozoos, metazoos, hongos entre otros, que degradan la materia orgánica presente 
en el medio mediante un aporte de oxígeno (Grady et al, 1999) (Madigan et al, 2003) 
(Metcalf & Eddy et al, 2003). 
 
 
11 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Los lodos biológicos producidos son separados y un porcentaje de ellos son devueltos 
al tanque de aireación en la cantidad necesaria, en este sistema las bacterias utilizan el 
oxígeno suministrado artificialmente para desdoblar los compuestos orgánicos, que a su 
vez son utilizados para su crecimiento. A medida que los microorganismos crecen y son 
mezclados en el tanque de aireación, se aglutinan y forman una masa activa de 
microorganismos llamados “Lodo Activado”. La mezcla de lodo activado y aguas 
residuales en el tanque de aireación es llamada licor mixto, la cual fluye en un tanque 
de sedimentación secundario en donde sedimentan los lodos activados. Los efluentes 
del sedimentador secundario pueden ser descargados a una corriente receptora o ser 
sometidos a tratamientos adicionales según las normas sobre calidad de efluentes. 
Parte de los lodos son retomados al tanque de aireación con el fin de mantener una 
población bacterial alta, que permita una oxidación rápida de la materia orgánica y el 
resto es sometido a tratamientos más avanzados para lograr una disposición final 
adecuada (Metcalf & Eddy et al, 2003) (Salazar & Orozco , 1987). 
 
4.1.2 Tratamiento anaerobio 
 
Es un proceso biológico que se da dentro de un recipiente hermético, donde ocurren 
una serie de reacciones bioquímicas, que conducen a digerir la materia orgánica en 
ausencia de oxígeno (O2) (McCarty & Rittmann, 2001). 
Este proceso está dirigido principalmente por bacterias facultativas y por bacterias 
anaeróbicas estrictas, las cuales obtienen su energía de compuestos diferentes al 
oxígeno (O2) y son capaces de aceptar electrones tales como nitratos (NO3
-), hierro 
férrico (Fe3+), sulfatos (SO4
2-), carbonatos (CO3
2-), dióxido de carbono (CO2) e incluso 
algunos compuestos orgánicos (parte de su propia materiaorgánica). Los productos 
finales del tratamiento anaerobio de aguas residuales, generalmente son el dióxido de 
carbono (CO2) y el metano (CH4) (Metcalf & Eddy et al, 2003) (Salazar & Orozco , 1987). 
 
 
 
12 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
4.1.3 Tratamiento anóxico 
 
Es un proceso mediante el cual el nitrógeno del nitrato (NO3
-) es convertido 
biológicamente a nitrógeno inerte (N2) en ausencia de oxígeno. Este proceso también 
se conoce como denitrificación (Metcalf & Eddy et al, 2003). 
 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de los procesos biológicos 
 Aeróbico Anaeróbico 
V
e
n
ta
ja
s
 
Alta eficiencia de remoción de materia orgánica 
(90%). 
Menor tiempo de contacto o THR. 
Permite degradar grandes volúmenes en 
espacios reducidos. 
Baja producción de lodos. 
Bajo requerimiento de nutrientes. 
No requiere suministro de O2. 
Bajos costos de operación, de inversión y 
mantenimiento. 
Valor agregado de desechos (CH4) 
D
e
s
v
e
n
ta
ja
s
 
Alta producción de lodos 
Requiere una infraestructura muy costosa. 
Instalación de equipos electromecánicos de 
alto consumo energético. 
Baja eficiencia de eliminación de bacterias 
patógenas. 
Baja tasa de crecimiento de 
microorganismos. 
Alto requerimiento de control de pH. 
Producción de olores. 
Mayor tiempo de aclimatación. 
Mayor tiempo de contacto o THR. 
Fuente: Adaptado de Metcalf & Eddy, Tchobanoglous; Burton, y Stensel, 2003 
 
4.2 REDUCCIÓN BIOLÓGICA DE HIERRO FÉRRICO 
 
El hierro es el cuarto elemento más abundante de la corteza terrestre (Straub et al, 
2005). Generalmente existe en tres estados de oxidación: 0, +2 y +3, los cuales se 
denominan así: hierro metálico (Fe0), hierro ferroso (Fe2+) y hierro férrico (Fe3+). En la 
naturaleza, el ciclo del hierro se da entre la forma ferrosa y férrica. 
Bajo condiciones aeróbicas, el hierro se encuentra usualmente en su forma más 
oxidada (Fe3+), en esta forma, el hierro se caracteriza por tener una solubilidad baja en 
sistemas acuosos. Bajo condiciones anaeróbicas el Fe3+ es reducido a la forma de Fe2+ 
y en este estado el hierro tiene una solubilidad muy alta (Lovley & Coates, 2000) (Maier 
et al, 2009). 
 
 
13 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Aunque la abundancia de hierro es alta, la biodisponibilidad de la gran mayoría de 
minerales de hierro es un poco limitada (Straub & Schink, 2003) (Bonneville et al, 2004). 
Es por eso, que los microorganismos tienen la necesidad de desarrollar estrategias 
para obtener el hierro a partir de su forma mineral (óxidos de hierro o hidróxidos de 
hierro). La estrategia más estudiada es el uso de quelantes de hierro1, comúnmente 
conocidos como sideróforos2 (Straub & Schink, 2003). En la Figura 1 se puede observar 
un diagrama conceptual de la oxido-reducción de hierro. 
Los estudios de Lovley y sus colaboradores (2004) sugieren que la reducción del hierro 
férrico pudo haber sido la primera forma de respiración microbiana, la capacidad 
reducción del hierro férrico, parece haber evolucionado a lo largo del tiempo. Los 
géneros Shewanella y Geobacter representan los dos grupos más grandes de bacterias 
reductoras de hierro en el medio natural (Zhanga et al, 2003). 
El Fe3+ tiene diferentes mecanismos reductores, por ejemplo las especies Geobacter, 
requieren un contacto directo con los óxidos en estado férrico para reducirlos. Por el 
contrario, las especies Shewanella y Geothrix producen quelantes que solubilizan Fe+3 y 
permite que se de una liberación y flujo de electrones que se transfieren de la superficie 
de la célula a la superficie de los óxidos Fe+3 sin que estén en contacto directo con las 
células (Lovley et al, 2004). 
 
Figura 1. Diagrama conceptual de la oxido-reducción del hierro. Fuente: Lovley D.R., 2008; Maier, 
Pepper, & Gerba, 2009. 
 
1
 Quelante de hierro: es una sustancia que forma complejos con iones de hierro 
2
 Sideróforos: es un compuesto quelante de hierro secretado por microorganismos 
http://es.wikipedia.org/wiki/Ion
http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro
http://es.wikipedia.org/wiki/Microorganismo
 
 
14 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
El hierro es reducido biológicamente para dos propósitos, asimilación y generación de 
energía (disimilación). La asimilación ocurre cuando se reduce el Fe3+ para satisfacer 
las necesidades nutritivas de los microorganismos durante su crecimiento, a este 
proceso se le denomina metabolismo asimilador. 
La reducción disimilatoria del hierro, se da cuando el Fe3+ es usado como aceptor de 
electrones para generar energía durante la respiración anaerobia, a este proceso se le 
denomina metabolismo disimilador. 
Muchos organismos llevan a cabo un metabolismo asimilador, mientras que sólo un 
grupo limitado de organismos, principalmente procariotas, realizan metabolismo 
disimilador. 
En la Figura 2 se pueden ver dos formas usadas por los microorganismos para que se 
dé la transferencia de electrones. En (A) se puede observar el intercambio directo de 
electrones entre la célula y un óxido de hierro. En (B) se muestra la transferencia de 
electrones a través de un intermediario que actúa como un transportador (enzima), sin 
que la célula y el óxido estén necesariamente en contacto. Cuando se necesitan tales 
transportadores, se designa al donador inicial como donador primario de electrones y al 
aceptor final como aceptor final de electrones, generalmente estos transportadores son 
secretados por los mismos microorganismos con el fin de solubilizar el hierro no esta 
disponible (Lovley et al, 2004) (Maier et al, 2009). 
 
 
Figura 2. Transferencia de electrones entre la célula microbial y la superficie de los óxidos de hierro. 
Fuente: Adaptado de Lovley et al, 2004; Straub et al, 2005; Maier, Pepper, & Gerba, 2009. 
Para entender las oxidaciones y reducciones biológicas se hace necesario tener en 
cuenta que debe existir siempre una reacción en la que intervenga un donador de 
electrones y otra en la que intervenga un aceptor de electrones. En las reacciones 
 
 
15 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
oxidación-reducción, los electrones son cedidos por un donador y aceptados por un 
aceptor. 
Generalmente, la materia orgánica es el donante más común de algunos 
microorganismos y para el caso de estudio, el hierro juega un papel fundamental como 
elemento aceptor de electrones en los procesos de oxidación de la materia orgánica 
(Fredrickson & Gorby, 1996). Ya que tiene potencial de reducción del par Fe3+/ Fe2+ es 
ligeramente electropositivo (E0’=+0,771 V a pH 7) (McCarty & Rittmann, 2001). 
La cantidad de energía liberada en una reacción de oxido reducción depende tanto de 
la naturaleza del donador, como del aceptor de electrones: cuanto mayor sea la 
diferencia entre los respectivos potenciales de reducción, mayor será la energía 
liberada cuando reaccionen entre ellos. 
Es importante tener en cuenta que lo que realmente libera energía no es el donador de 
electrones que contiene la energía, sino la reacción química mediante la cual oxida el 
donador de electrones. Esta energía que se libera hace que se produzcan una gran 
cantidad de procesos enzimáticos (Fredrickson & Gorby, 1996). 
Entre los microorganismos reductores de hierro se encuentran las bacterias 
quimioorganotrofas 3 (Shewanella putrefaciens) y quimiolitrofas 4 (Geobacter 
metallireducens, estas bacterias son capaces de reducir el hierro férrico (Fe3+) a hierro 
ferroso (Fe2+)) (Fredrickson & Gorby, 1996) (Ding et al, 2008), incluso en condiciones de 
pH bajo o alta temperatura (Zhanga et al, 2003) (Madigan et al, 2003). 
 
Los géneros más estudiados son: 
Shewanella: Género bacteriano formado por bacilos rectos o ligeramente curvados, 
Gram negativos, móviles por flagelación polar. Generalmente se encuentran en 
ecosistemas acuáticos. Este género comprende a S.putrefaciens,S.benthica y 
S.hanedai como representantes más notables y a los géneros Vibrio, Ferrimonas, 
Pseudoalteromonas y Colwelia. La Shewanella puede colonizar diversos nichos 
ecológicos, se han aislado de diferentes lugares. El crecimiento anaerobio depende del 
Fe3+ (Straub et al, 2005) (Byung Hong et al, 1999-1) (Byung Honk et al, 1999-2). 
 
3 Son bacterias que obtienen la energía y los materiales a partir de sustancias orgánicas. 
 
4 Son bacterias que obtienen la energía de procesos químicos y los materiales a partir de sustancias inorgánicas. Ejemplo: las bacterias férricas, 
las sulfurosas y las nitrificantes y nitrosificantes. 
 
 
16 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Geobacter: pertenecen al grupo de bacterias procariotas Gram negativas. Este género 
comprende las bacterias G. metalrreducens y G sulfurreducens. Se caracterizan por 
que usan hidrógeno (H2) y otros compuestos derivados del petróleo como donadores de 
electrones, por lo cual pueden resultar muy útiles en bioremediación de este tipo de 
compuestos contaminantes (p.ej. tolueno) e incluso de algunos compuestos 
radioactivos (p.ej. uranio), según lo constatan los estudios de Fredrickson & Gorby 
(1996), Lovley & Coates (2000), Balk M (2007), Ding et al (2008) y Izallalen et al (2008). 
 
Otros géneros capaces de reducir el hierro férrico son: el género Geospirillum, el 
género Geovibrio (Madigan et al, 2003), el género Geothrix fermentans (es la única 
especie capaz de oxidar ácidos orgánicos simples completamente a CO2 con Fe
3+ como 
único aceptor de electrones, por lo cual la hace diferente a otras bacterias mesófilas 
reductores Fe3+ que oxidan los compuestos orgánicos sólo parcialmente a acetato) 
(Coates et al, 1999), B. infernus (único género Gram-positivo capaz de reducir Fe3+ 
conocido hasta la fecha) (Fredrickson & Gorby, 1996) y Aeromonas hydrophila (Scala et 
al, 2006) (Wóznica et al, 2003). 
Las especies Clostridia y Bacillus también son microbios que anaeróbicamente son 
capaces de reducir el hierro, pero a través de procesos de fermentación (Scala et al, 
2006). 
Muchos de estos microorganismos oxidan los compuestos orgánicos a dióxido de 
carbono (CO2) completamente por efecto de la reducción de hierro férrico, mientras que 
otros sólo oxidan los compuestos orgánicos parcialmente a acetato (Coates et al, 1999) 
Algunos estudios de Lovley & Phillips (1986) indican que la adición de hierro férrico 
inhibe la producción de metano (CH4) en los sedimentos. 
En síntesis las interacciones biogeoquímicas de los microorganismos reductores de 
hierro férrico con minerales de hierro puede desempeñar un papel significativo en la 
eliminación de contaminantes presentes en diferentes ambientes (Fredrickson & Gorby, 
1996). 
 
 
 
 
 
17 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
5. MATERIALES Y METODOLOGÍA 
 
A continuación se describen los materiales y la metodología que se usaron en la fase 
experimental de este proyecto. 
 
5.1 PREPARACIÓN DEL LODO BIOLÓGICO 
 
Los microorganismos especializados en la reducción de hierro fueron los encargados 
de degradar la materia orgánica presente en el agua residual a través del tratamiento 
biológico anaerobio propuesto por este estudio. Era necesario entonces crear un medio 
artificial para generar la aparición de tales microorganismos. 
 
Adicionalmente, se propuso el uso de hierro férrico como aceptor final de electrones, 
para lo cual se preparó una solución de hidróxido férrico (Fe(OH)3) a partir de la mezcla 
de los componentes que se listan en la Tabla 3. Durante su preparación se realizó un 
control de pH, ya que el Fe(OH)3 precipita cuando se encuentra entre un valor de pH de 
7,0 y 7,7 (Lovley & Phillips, 1986) (Deng Y, 1997) (Sánchez, 2002). 
 
En la ecuación 1 se plantea la reacción química que se da al formar hidróxido férrico, a 
partir de la mezcla entre cloruro férrico e hidróxido de sodio. 
 
FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl Ecuación 1 
 
Tabla 3. Composición de la solución de hidróxido de hierro (Fe(OH)3 
Componente Estado 
Concentración 
(g/L) 
Cantidad 
(mL) 
Cloruro férrico 
(FeCl3.6H2O) 
Solución 20 1000 
Hidróxido de 
Sodio (NaOH) 
Solución 40 700 
 
A esta solución de hidróxido férrico se adicionó leche y nutrientes en las cantidades 
mostradas en la 
Tabla 4 con el fin de proporcionarle a los microorganismos la fuente de carbono y de 
nutrientes que requieren para vivir. 
 
 
18 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Tabla 4. Composición de leche y nutrientes 
Componente Estado 
Concentración 
(g/L) 
Cantidad (mL) 
Leche Klim Solución 2 1000 
Cloruro de Calcio (CaCl2) Solución 27,5 3 
Sulfato de Magnesio (MgSO4*7H2O) Solución 22,5 3 
Cloruro férrico (FeCl3.6H2O) Solución 0,25 3 
Solución amortiguadora 
de fosfatos 
Fosfato 
monopotásico 
(KH2PO4) 
Solución 8,5 
3 
Difosfato de 
potasio 
(K2HPO4) 
Solución 21,75 
Fosfato 
disódico 
(Na2HPO4) 
Solución 33,4 
Cloruro de 
amonio (NH4Cl) 
Solución 1,7 
 
Finalmente, a la mezcla entre la solución de hidróxido férrico, leche y nutrientes se le 
denominó “Lodo Biológico”. Este lodo se mantuvo a temperatura ambiente en un 
recipiente cerrado; ya que para cultivar los microorganismos anaerobios hay que evitar 
la presencia de oxígeno (Straub et al, 2005). Ver Figura 3 . 
 
 
 
19 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Figura 3. Lodo (Solución de Hidróxido Férrico, leche y nutrientes preparada el 18/Diciembre/2009) 
Al lodo biológico se le realizó semanalmente un monitoreo de pH y se le adicionó leche 
y nutrientes en las cantidades reportadas en la 
Tabla 4. Este proceso duro aproximadamente tres meses. 
Durante las cuatro primeras semanas se observó un descenso en el pH, el cual alcanzó 
un valor de 5,77; tal como se puede observar en la Figura 4. Esto pudo ser ocasionado 
por una fermentación ácida del lodo, la cual se caracteriza por tener un descenso rápido 
en el pH que va desde valores de pH cercanos a 7 hasta un valor de 5 (Scala et al, 
2006). 
 
Figura 4. Monitoreo de pH en el lodo 
En las semanas siguientes a este descenso, fue necesario adicionar NaOH (1N) para 
incrementar el pH y mantenerlo entre 6,5 y 7,5; pH óptimo para que se dé el crecimiento 
de los microorganismos reductores de hierro, de acuerdo a lo que muestran varios 
estudios (Ver Tabla 5). 
Tabla 5. pH óptimos reportados en la literatura 
pH Fuente 
4,0 – 7,0 Bonneville et al., 2004 ( Bonnevill e et al, 2004) 
5,0 – 6,0 Fredrickson & Gorby.,2006 (Fredri ckson & Gorby, 1996) 
7,0 Roden E.E.,2006 (R oden E. E, 2006) 
7,1 Vandieken V., 2006 (Vandieken V, 2006) 
7 Straub & Schink., 2003 (Str aub & Schink, 2003) 
5,5 - 7,3 King et al., 1999 (King et al, 1999) 
5
5,5
6
6,5
7
7,5
1
8
-d
ic
2
3
-d
ic
2
8
-d
ic
2
-e
n
e
7
-e
n
e
1
2
-e
n
e
1
7
-e
n
e
2
2
-e
n
e
2
7
-e
n
e
1
-f
e
b
6
-f
e
b
1
1
-f
e
b
1
6
-f
e
b
2
1
-f
e
b
2
6
-f
e
b
3
-m
a
r
8
-m
a
r
1
3
-m
a
r
1
8
-m
a
r
2
3
-m
a
r
p
H
 L
o
d
o
 
Fecha 
 
 
20 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
pH Fuente 
5,5 – 7,5 Huertas, 2002 (Huertas, 2002) 
7,0 Lovley & Phillips ( Lovl ey & Phillips, 1986) 
 
Transcurridos tres meses, por primera vez se notó un cambio en la coloración del lodo, 
el cual pasó de un color café claro o un color café oscuro, tal como se puede apreciar 
en anexos la Figura 27. Esto es consistente con lo que describen algunos estudios 
donde el hierro férrico se cambia a hierro ferroso en la ausencia de oxígeno cuando los 
compuestos ferrosos le dan un color café oscuro al sedimento (Boyd C.E, 2008). 
Este cambio es el que permitió tomar la decisión de inocular el reactor, para dar paso a 
la siguiente etapa de experimentación. 
 
5.2 ADECUACIÓN DEL REACTOR Y DE LA CÁMARA DE AIREACIÓN 
 
Se utilizaron los reactores descritos y empleados en un estudio previo (Pérez, 2006),ya 
que se encontraban en relativo buen estado y además estaban disponibles en el 
Laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad de los Andes. 
Uno de ellos se adaptó para que fuera el reactor y otro para que fuera la cámara de 
aireación. Las adecuaciones consistieron en diseñar y mandar fabricar las partes que 
les hacían falta, las cuales se relacionan en la 
 
Tabla 6; así mismo como eliminar las fugas de agua existentes, poniendo silicona en los 
lugares correspondientes. 
 
Tabla 6. Partes que se adecuaron al reactor y a la cámara de mezcla 
Parte Descripción Figura 
 
 
21 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Parte Descripción Figura 
Tapa del reactor 
Tapa en acrílico con seis orificios 
para que cubriera el reactor. 
 
Cada orificio cumplían un fin, ya 
que tres se usaron para permitir 
el ingreso del influente
5
 del 
cloruro férrico (FeCl3) y del 
hidróxido de sodio (NaOH), uno 
para conectar el sistema de 
agitación, otro para extraer el 
efluente tratado y otro para 
introducir las sondas de control 
del pH y de oxígeno disuelto 
(OD), por este mismo orificio se 
podía introducir el hidróxido 
férrico (Fe(OH)3) que fue 
recirculado. 
 
 
Bafle móvil para dividir la 
cámara de mezcla y la 
cámara de sedimentación 
del reactor 
Se ubicó una lámina de acrílico 
de 3 mm de espesor y con 
dimensiones de 20 x 25 cm. 
 
Con el fin de dividir parcialmente 
las cámaras, permitir el paso del 
flujo del agua tratada y recircular 
el lodo que se sedimenta en la 
cámara de sedimentación. 
 
 
Llave 
Se instaló una llave externa en la 
cámara de mezcla del reactor 
con el fin de extraer las muestras 
del licor mixto. 
 
Bafle inclinado en la 
cámara de aireación 
Se adapto una lámina de acrílico 
de 3 mm de espesor en la 
cámara de aireación con el fin de 
facilitar la recolección del 
hidróxido férrico (Fe(OH)3) que 
se sedimenta en ésta. 
 
Bafle móvil para dividir la 
cámara de oxidación y la 
cámara de sedimentación II 
de la cámara de aireación 
Se ubicó una lámina de acrílico 
de 3 mm de espesor y con 
dimensiones de 20 x 25 cm, sus 
funciones fueron dividir 
parcialmente las cámaras, 
permitir el paso del flujo del 
efluente aireado. 
 
 
5.3 MONTAJE DE LABORATORIO 
5.3.1 Descripción del reactor y cámara de aireación 
 
 
5
 Se le denomino influente a la mezcla del agua residual sintética y nutrientes 
Orificios
Tapa
Bafle móvil
Llave
Bafle móvil
Bafle 
inclinado
 
 
22 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 5. Montaje de laboratorio 
Las dimensiones y la capacidad del reactor y de la cámara de aireación se encuentran 
descritas en las 
Tabla 7 y 
Tabla 8 respectivamente. Tanto el reactor como la cámara de aireación se encontraban 
fabricados en acrílico transparente de 3 mm de espesor, para una fácil observación del 
proceso en su interior. 
Tabla 7. Dimensiones y capacidad del reactor 
Reactor 
Cámara de 
mezcla 
Cámara de 
Sedimentación (I) 
Alto (cm) 39,5 39,5 
Ancho (cm) 16,5 18,0 
Profundidad (cm) 20,0 20,0 
Volumen (L) 13,1 8,9 
Volumen de operación (L) 9,0 4,5 
 
Tabla 8. Dimensiones y capacidad de la cámara de aireación 
Cámara de aireación 
Cámara de 
mezcla con 
aire 
Cámara de 
Sedimentación (II) 
Alto (cm) 39,5 39,5 
Ancho (cm) 16,5 18,0 
Profundidad (cm) 20,0 20,0 
Volumen (L) 11,4 8,9 
Bomba 
peristáltica de 
cabezal doble
Bomba 
peristáltica de 
cabezal sencillo
Agitador 
mecánico
Reactor
Cámara de 
aireación
Aireador 
 
 
23 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Volumen de operación (L) 9,3 6,7 
 
 
Figura 6. Reactor y Cámara de aireación 
El reactor constaba de una cámara de mezcla y una cámara de sedimentación (I) como 
se puede observar en la Figura 6. En la cámara de mezcla, se encontraba el lodo 
biológico encargado de metabolizar la materia orgánica. Por la parte superior de esta 
cámara se suministraban el agua residual sintética, el cloruro férrico y la solución de 
hidróxido de sodio. Todos estos componentes eran mezclados continuamente con un 
agitador mecánico. El reactor se mantenía tapado para evitar el ingreso de oxígeno al 
sistema, y contaba con un orificio con tapa por donde se introducían las sondas con las 
que se medían el pH y el oxígeno disuelto de la mezcla. 
La cámara de sedimentación (I) tenía una pared inclinada, diseñada para que hubiera 
una buena sedimentación. En la parte superior de la cámara, sobre la tapa había un 
pequeño orificio por donde se conectó una manguera para retirar el efluente clarificado 
con ayuda de una bomba peristáltica. 
La configuración de la cámara de aireación constaba de una cámara de mezcla de aire 
y una cámara de sedimentación (II), en la cámara de mezcla de aire se adecuó una 
pared inclinada con el fin de facilitar la recolección de hidróxido férrico precipitado 
durante el proceso. 
La cámara de mezcla de aireación se encontraba separada de la cámara de 
sedimentación (II) por un bafle móvil, el cual inicialmente permitió la salida del efluente 
por la parte de abajo de este y más adelante por la parte superior. El espacio que se 
dejo encima de la base de la cámara de mezcla de aire, comunicó las dos cámaras y 
sirvió para reunir y recoger el hidróxido férrico que se formó durante el experimento. 
Cámara de 
sedimentación (I)Cámara de mezcla 
Cámara de 
sedimentación (I)
Cámara de mezcla de 
aire 
Cámara de aireaciónReactor
 
 
24 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
El hidróxido férrico fue extraído a través de una manguera y una bomba peristáltica por 
un orificio que se encontraba ubicado sobre el bafle inclinado a 18 cm de la base y así 
se pudo llevar por un tiempo a la cámara de mezcla del reactor. 
5.3.2 Conexiones hidráulicas 
 
Se utilizaron dos bombas peristálticas, una de doble cabezal y una sencilla. La bomba 
de doble cabezal era de marca Cole Parmer Instrument Co, modelo 77202-60 y con 
control de velocidad Master Flex. Se usaron mangueras de silicona L/S 16 de diámetro 
Masterflex, para transportar el alimento (influente6) y efluente primario7 del reactor a 
razón de un 1L/h (Ver Figura 7). 
La otra bomba era de marca Cole Parmer Instrument Co, modelo 77200-50 y con 
control de velocidad Master Flex. Fue la encargada de llevar el hidróxido férrico que se 
produjo en la cámara de aireación hasta el reactor (Ver Figura 7). 
 
Figura 7. Bombas peristálticas 
5.3.3 Sistema de agitación 
 
En la cámara de mezcla se utilizó un agitador mecánico, modelo EQLAP030697, 
diseñado para operación continua, el cual tenía un selector de velocidad mecánico de 
dos rangos de 40 a 400 r.p.m. y de 200 a 2000 r.p.m, con indicación digital permanente 
de la velocidad en r.p.m y bajo nivel de ruido. Su función fue mantener siempre una 
mezcla íntima en suspensión entre los influentes y el lodo, para lograr una buena 
 
6
 Influente: Agua residual sintética 
7
 Efluente primario: efluente clarificado que se obtuvo en el reactor. 
Bomba peristáltica 
doble cabezal
Bomba peristáltica 
cabezal sencillo
 
 
25 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
efectividad en el proceso. La agitación mantuvo la mezcla en suspensión 
aproximadamente en 100 r.p.m, durante toda la operación del reactor. A esta mezcla se 
le denominó “licor de mixto”. 
 
5.3.4 Tiempo de retención hidráulica (TRH) 
 
El tiempo de retención fue de aproximadamente de 13,5 horas y se calculó de acuerdo 
con la siguiente ecuación: 
 
 ( )
 ( )
: 
Fuente: Metcalf & Eddy, Tchobanglous, Burton y Stensel; 2003) 
 
 
 ( )
 ( )
 
 
 
 
 
 
 
5.4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 
 
5.4.1 Diagrama de flujo y descripción general del proceso 
 
 
 
 
 
 
 
 
Preparación y suministro ARS (ver 
numeral 5.4.2) 
Preparación y dosificación FeCl3(ver 
numeral5.4.3) 
Preparación y dosificación NaOH (1N) 
(ver numeral 5.4.4) 
Mezcla de influentes con lodo biológico 
Sedimentación (I) y evacuación del 
efluente primario 
 
 
26 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8. Diagrama de flujo del proceso 
 
 
 
 
El proceso se efectuó dentro de un reactor y una cámara de aireación. En el reactor se 
llevó a cabo un tratamiento biológico de agua residual sintética (ver numeral 5.4.2), 
usando hierro férrico como aceptor de electrones. Este proceso se efectuó bajo 
condiciones anaeróbicas, en presencia de bacterias ferroreductoras, las cuales fueron 
cultivadas durante tres meses en un medio propicio que se dispuso para el crecimiento 
Cámara de mezcla de 
aireación 
Cámara de mezcla
Hidróxido de Sodio
Cloruro férrico
Agua residual 
sintética
Cámara de 
sedimentación (I)
Agitador mecánico
Bomba peristáltica de 
doble cabezal
Cámara de 
sedimentación (II)
Bomba peristáltica de 
cabezal sencillo
Caneca de 
recolección de 
efluente final
pH metro
Medidor de oxígeno 
disuelto
Cámara de aireación
Reactor
Figura 9. Descripción del proceso 
 
 
27 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
de ellas (ver numeral 5.1). Todo esto basado en la teoría que hay detrás de la reducción 
biológica de hierro férrico. 
El reactor se opero a temperatura ambiente (prom.19 º C), con un pH entre 6,5 y 7,5; de 
acuerdo a lo encontrado en la literatura (Ver Tabla 5 ). El caudal de alimentación y de 
evacuación del efluente primario fue de 1 L/h, el tiempo de retención hidráulico de 13,5 
h y la agitación del licor mixto se realizo aproximadamente a 100 r.p.m. 
El hierro férrico fue suministrado en forma de cloruro férrico durante toda la etapa 
experimental de este estudio. Las dosis que se usaron se encuentran consignadas en el 
numeral 5.4.3. Al cabo de un tiempo, se combinó esta dosificación con la recirculación 
del hidróxido férrico que se obtuvo dentro de la cámara de aireación. 
Simultáneamente a la adición del FeCl3, se agregó NaOH (ver numeral 4.5.4) para 
evitar la acidificación de la mezcla, esta dosificación se realizó a través de un sistema 
de venoclisis. 
Las condiciones en la cámara de mezcla del reactor eran controladas mediante la 
medición continua de pH y oxígeno disuelto (OD), con el fin de controlar el proceso y 
así propiciar las reacciones necesarias para que las bacterias oxidaran la materia 
orgánica y también se pudiera aprovechar la recirculación de hidróxido de hierro que se 
formo durante el proceso en la cámara de aireación. 
El reactor se conectó en serie a una cámara de aireación, la cual tuvo como función 
airear y precipitar una gran parte el hierro disuelto (Fe2+) que se encontraba presente en 
el efluente primario tratado en el reactor anaerobio, tal como se describe en el numeral 
5.4.5). A medida que se realizó la aireación en la cámara, fue apareciendo un 
precipitado de hidróxido férrico. Éste fue recogido y recirculado inicialmente por 
intermedio de una bomba peristáltica y posteriormente con ayuda de una pipeta. Al 
agua que salió de esta cámara se le denominó el efluente final. Finalmente, este 
efluente fue recolectado en una caneca, para luego ser desechado. 
 
5.4.2 Preparación Agua Residual Sintética (ARS) 
 
De acuerdo con lo recomendado por Pérez (2006) en su trabajo de investigación, se 
preparó un influente con una DBO de aproximadamente entre 250-300 mg/l (simulando 
un agua residual). 
 
 
28 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
La composición del agua residual sintética se encuentra descrita en la Tabla 9. La 
preparación del ARS se realizó diariamente para evitar la sedimentación de partículas y 
acidificación de la misma. Consistió en tres pasos fundamentales: 1) se tomó agua 
potable y se aireo por 24 horas antes de preparar el ARS, con el fin de sacarle el cloro 
(Cl) presente en ella y evitar que esto pudiera afectar la vida de los microorganismos; 2) 
en un beacker de 2000 mL se disolvió por medio de una plancha agitadora magnética 
con calefacción 8,4 g de leche en 2 L del agua previamente aireada; 3) se mezclaron 
vigorosamente los dos litros de leche disuelta con 22 L de agua aireada y los 24 ml de 
cada uno de los cuatro nutrientes que se adicionaron al proceso, para asegurar una 
mezcla homogénea. 
 
 
 
29 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Tabla 9. Composición del agua residual sintética 
Componente Estado 
Concentración 
(g/L) 
Cantidad en 24 
L de agua 
aireada 
Leche Klim Solución 0,35 8,4 g 
Cloruro de Calcio (CaCl2) Solución 27,5 24 ml 
Sulfato de Magnesio 
(MgSO4*7H2O) 
Solución 22,5 24 ml 
Cloruro férrico (FeCl3.6H2O) Solución 0,25 24 ml 
Solución 
amortiguadora 
de fosfatos (1L) 
Fosfato 
monopotásico 
(KH2PO4) 
Solución 8,5 
24 ml 
Difosfato de 
potasio 
(K2HPO4) 
Solución 21,75 
Fosfato disódico 
(Na2HPO4) 
Solución 33,4 
Cloruro de 
amonio (NH4Cl) 
Solución 1,7 
 
Tabla 10. Propiedades del agua residual sintética 
DBO 
(mg/L) 
290,28 
DQO 
(mg/L) 
543,43 
pH 7,2 
Tº (ºC) 18 
 
Para la preparación del agua residual sintética se utilizaron los siguientes equipos: 
 
 
- Plancha Calefactora y Agitadora 
- Agitador magnético 
- Beacker 2000 mL 
- Pipeta volumétrica de 20 mL 
- Recipiente 20 L 
 
 
 
30 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
5.4.3 Preparación y dosificación del cloruro férrico (FeCl3) 
 
La dosificación de cloruro férrico se planteó de acuerdo con lo calculado por Pérez, 
(2006) en su trabajo de grado. La dosis fue corroborada y ajustada de acuerdo con la 
demanda bioquímica de oxígeno (DBO) que tenía el ARS que se preparó en este 
proyecto, la cual fue de 290 mg O2/L. (El cálculo se encuentra claramente explicado en 
el capítulo de anexos) 
La dosificación se realizó gradualmente para llegar a suministrar la dosis calculada (145 
g/día). Para la preparación se pesaba la cantidad de FeCl3 y dentro de la cámara de 
extracción se disolvía en 1L de agua destilada. Para esta operación era necesario usar 
todos los elementos de seguridad del laboratorio, ya que el vapor que generaba esta 
mezcla podía ser tóxico, y por lo tanto perjudicial para la salud. 
El suministro de la solución de cloruro férrico se hizo a través de un sistema de 
venoclisis por goteo. 
Durante la primera semana, se suministró una dosis de 25 g FeCl3/día; sin embargo, al 
cabo de siete días se observó un cambio notable en la coloración del sistema, tanto 
sedimento como el efluente primario ya que tenían un color gris oscuro que poco a poco 
fue invadiendo toda cámara de sedimentación (Ver Figura 28). Este cambio pudo ser 
debido a la falta de cloruro férrico, lo que se traduce en una deficiencia en el proceso de 
respiración anaerobia; por esta razón se aumento la dosis a 120 g FeCl3/día (cantidad 
recomendada por Pérez (2006)) e inmediatamente se observó un cambio favorable 
dentro del reactor. 
En la tercera semana se presentó un aumento en el sedimento del reactor, el cual pudo 
estar relacionado con el aumento de la dosis de cloruro férrico; sin embargo, se dejo en 
observación por dos semanas. Aunque el sedimento estaba casi al mismo nivel que la 
salida del efluente primario, este no interfirió el proceso. El efluente primario salía claro 
y sin rastros de sedimento (Ver Figura 28). 
Finalizando la quinta semana, se decidió disminuir la dosis de FeCl3 e irla aumentando 
semanalmente, para tratar de controlar la generación de sedimento dentro de la cámara 
de sedimentación (I). Como se muestra en la siguiente tabla: 
 
 
 
31 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Tabla 11. Dosis de cloruro férrico 
Semana Dosis (g/día) 
Quinta 30 
Sexta 40 
Séptima 50 
 
Sin embargo, al ir observando la estabilidad en el proceso, reflejada en el cambio de 
coloración del licor mixto y en la generación de sedimento, se disminuyo la dosis a 30 g 
FeCl3/semana, de ahíen adelante (a partir de la semana 8). 
 
5.4.4 Preparación y dosificación de hidróxido de sodio (NaOH) 
 
Diariamente se preparo una solución de hidróxido de sodio (1N) para neutralizar el 
proceso dentro del reactor. Esta actividad consistió en pesar 40 g de hidróxido de sodio 
comercial (soda caustica) y diluirlos en 1L de agua destilada, con ayuda de un agitador 
magnético. La solución fue incorporada al reactor a través de un sistema de venoclisis. 
 
5.4.5 Aireación y precipitación de hidróxido férrico (Fe(OH)3) 
 
Este proceso consistió en airear en la cámara de aireación el agua tratada proveniente 
del reactor, con el fin de precipitar el hierro ferroso presente en ella, producto de la 
reducción biológica del hierro. 
Esta operación se realizó a través de una bomba de aire marca Acuarium, modelo SE-
302, la cual iba conectada una manguera; en la parte final de esta manguera se adaptó 
una piedra difusora de aire para mejorar la transferencia del O2 en la solución y crear 
algo de turbulencia. 
El hierro ferroso al estar en contacto con el oxígeno (O2) del aire, se oxida cediendo un 
electrón al O2 para convertirse en ión férrico: 
 ⁄ 
 
 
 
32 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
El oxígeno reducido toma los hidronios contenidos en el agua, para formar iones 
hidroxilo: 
 
El ión férrico tiene un alto grado de afinidad por los iones hidroxilos del agua, por lo 
tanto, los toma rápidamente para formar el hidróxido férrico, de color amarillo rojizo. En 
un medio acuoso neutro se plantea la siguiente relación estequiométrica: 
 ( ) 
 
 ⁄ ( )
 ( ) 
 
( ) 
 
5.4.6 Recirculación de hidróxido férrico (Fe(OH)3) 
 
El hidróxido férrico que se obtuvo en la cámara de aireación fue inicialmente recirculado 
a través de una bomba peristáltica de cabeza sencilla. Al cabo de un tiempo, esto 
represento una dificultad en el proceso, ya que el Fe(OH)3 tiene la característica de ser 
coloidal; por tal razón, al momento de recircularlo, la manguera no podía succionarlo 
siempre. Cuando no tomaba el hidróxido, empezaba a pasar agua tratada al reactor. 
Con el fin darle una solución a esto, se decidió recircular el hidróxido a través de una 
pipeta graduada de 25 ml (Ver Figura 10). 
 
 
Recirculación a través de una bomba peristálita de cabeza 
sencillla
Recirculación a través de una 
pipeta graduada de 25 ml
Figura 10.Recirculación Fe(OH)3 
 
 
33 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 
 
6.1 CONTROL Y MONITOREO DE pH 
 
El pH es una medida de la concentración de iones de hidrógeno y se mide con un 
pHmetro. El equipo usado durante la etapa experimental de este proyecto fue un 
pHmetro de mesa marca Thermo Orion, modelo Star mesa. 
La medición se efectuó diariamente durante once semanas, primero se realizaba una 
calibración del equipo con tres soluciones buffer de pH diferentes (4, 7 y 10), para 
asegurar el buen funcionamiento del equipo. Luego se efectuaban las mediciones de 
pH (cada 2 horas aproximadamente) al licor mixto que se encontraba dentro de la 
cámara de mezcla del reactor y al efluente que estaba al interior de la cámara de 
aireación. Todos estos datos eran registrados, al final del día se sacaba un promedio de 
las lecturas hechas y este valor es el que se puede observar en la Figura 11 y Figura 
12. 
El control de este parámetro fue esencial para asegurar que dentro del reactor y la 
cámara de aireación, se llevarán a cabo las reacciones necesarias para que el proceso 
tuviera una eficiente remoción de materia orgánica y precipitación de hidróxido férrico 
respectivamente. 
 
 
34 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 11. Monitoreo de pH en el licor mixto 
Como se puede ver en la Figura 11, el pH del licor mixto se mantuvo dentro del rango 
de 6,5 y 7,5 recomendado por la literatura para que los microorganismos reductores de 
hierro pudieran crecer y metabolizar el ARS, en condiciones óptimas. 
La adición de cloruro férrico dentro de la cámara de mezcla del reactor hacía que el pH 
descendiera rápidamente. Sin embargo, esto era contrarrestado con la adición 
simultánea de hidróxido de sodio, el cual neutralizaba la mezcla. 
Cada vez que el valor de pH superó los límites establecidos, fue necesario neutralizar 
licor mixto adicionándole más cloruro férrico para pH > 7,5 e hidróxido de sodio para 
pH<6,5. 
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
2
8
-m
a
r
1
-a
b
r
5
-a
b
r
9
-a
b
r
1
3
-a
b
r
1
7
-a
b
r
2
1
-a
b
r
2
5
-a
b
r
2
9
-a
b
r
3
-m
a
y
7
-m
a
y
1
1
-m
a
y
1
5
-m
a
y
1
9
-m
a
y
2
3
-m
a
y
2
7
-m
a
y
3
1
-m
a
y
4
-j
u
n
8
-j
u
n
1
2
-j
u
n
p
H
 l
ic
o
r 
m
ix
to
 
Fecha 
pH Máximo
 
 
35 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 12. pH en la cámara de aireación 
En la Figura 12 se puede observar el comportamiento del pH dentro de la cámara de 
aireación a lo largo del tiempo. El monitoreo de este parámetro fue de suma importancia 
para controlar la precipitación del hidróxido férrico que se dio en la cámara de aireación, 
y que de acuerdo con la literatura (Lovley & Phillips, 1986) (Deng Y, 1997) (Sánchez, 
2002), el hierro ferroso se oxida más rápidamente a hierro férrico, si el pH es mayor a 
7. Para corroborar esto más adelante se comparará este parámetro con la cantidad de 
hierro férrico producido en la cámara de aireación. 
6.2 CONTROL Y MONITOREO DE OXÍGENO DISUELTO 
 
El Oxígeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua, se 
expresa normalmente en ppm (mg/L). El nivel de oxígeno disuelto puede ser un 
indicador para saber que tan contaminada está el agua. La cantidad de oxígeno que 
puede disolverse en el agua (OD) depende de la temperatura, a mayor temperatura 
menos oxígeno se disuelve. Un nivel alto de OD indica que el agua es de buena 
calidad. 
El control de este parámetro se efectuó con un medidor de oxígeno marca Orion, 
modelo Star 3, serie sn010018 (Ver Figura 13). 
 
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
2
8
-m
a
r
2
-a
b
r
7
-a
b
r
1
2
-a
b
r
1
7
-a
b
r
2
2
-a
b
r
2
7
-a
b
r
2
-m
a
y
7
-m
a
y
1
2
-m
a
y
1
7
-m
a
y
2
2
-m
a
y
2
7
-m
a
y
1
-j
u
n
6
-j
u
n
1
1
-j
u
n
p
H
 
e
n
 l
a
 c
á
m
a
ra
 d
e
 a
ir
e
a
c
ió
n
 
Fecha 
pH pH ideal
 
 
36 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 13. Medidor de oxígeno disuelto 
 
Las mediciones se realizaron al licor mixto y al agua aireada, aproximadamente tres 
veces al día. Antes de analizar las muestras se calibraba el equipo, para asegurar una 
buena lectura del mismo. Luego se tomaba una muestra del licor mixto o del agua 
aireada en una botella winkler, allí se introducía la sonda del equipo y se leía el valor 
que aparecía en la pantalla. Este dato se registraba y al finalizar el día se tomaba un 
valor promedio de las lecturas efectuadas, este fue el valor que se graficó en las Figura 
14 y Figura 15 
 
Figura 14. Comportamiento del oxígeno disuelto en el reactor 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
2
8
-m
a
r
2
-a
b
r
7
-a
b
r
1
2
-a
b
r
1
7
-a
b
r
2
2
-a
b
r
2
7
-a
b
r
2
-m
a
y
7
-m
a
y
1
2
-m
a
y
1
7
-m
a
y
2
2
-m
a
y
2
7
-m
a
y
1
-j
u
n
6
-j
u
n
1
1
-j
u
n
O
D
 e
n
 e
l 
re
a
c
to
r 
(m
g
/L
) 
Fecha OD…
 
 
37 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
En la Figura 14 se puede observar que el oxígeno disuelto en licor mixto oscilo en 
promedio entre 0,05 y 0,4 mg /L, indicando que el reactor operó con cantidades casi 
despreciables de oxígeno, lo cual era favorable para el proceso, especialmente para los 
microorganismos anaerobios presentes. 
 
Figura 15. Comportamiento del oxígeno disuelto en la cámara de aireación 
 
En la Figura 15 se puede observar una variación de oxígeno disuelto en el agua 
presente en la cámara de aireación a lo largo del tiempo en promedio entre 5,5 y 6,5mg/L. Estos valores indican que se tenía una gran cantidad de O2 suficiente para oxidar 
los iones férricos presentes en el agua tratada. Lo que hacía viable la recuperación y 
formación de hidróxido férrico en esta cámara. 
 
6.3 SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES (SSV) 
 
Los sólidos suspendidos volátiles representan una medida indirecta de la cantidad de 
microorganismos presentes en un medio líquido, por esta razón fueron medidos en este 
trabajo. Para su determinación se siguió la metodología de los procedimientos descritos 
en el “Standard Methods for the examination of water and wastewater” (2005), Método 
2540 D y Método 2540. 
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
2
8
-m
a
r
2
-a
b
r
7
-a
b
r
1
2
-a
b
r
1
7
-a
b
r
2
2
-a
b
r
2
7
-a
b
r
2
-m
a
y
7
-m
a
y
1
2
-m
a
y
1
7
-m
a
y
2
2
-m
a
y
2
7
-m
a
y
1
-j
u
n
6
-j
u
n
1
1
-j
u
n
O
D
 e
n
 l
a
 c
á
m
a
ra
 d
e
 a
ir
e
a
c
ió
n
 (
m
g
/L
) 
Fecha 
 
 
38 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Inicialmente, se hizo una estimación de la cantidad de SSV presentes en el lodo 
biológico que se preparó y utilizó como inóculo del proceso. El valor de SSV que se 
obtuvo fue de 4940 mg/L, el cual estaba dentro del promedio de otros tratamientos 
biológicos. Este valor también permite confirmar la presencia de microorganismos en el 
lodo biológico. 
 
Figura 16. Comportamiento de los Sólidos suspendidos totales y Sólidos suspendidos volátiles en el licor 
mixto 
Durante la etapa de experimentación se decidió efectuar mediciones de SSV al licor 
mixto, sólo hasta cuando el proceso fuera estable. Por esta razón, en la Figura 16 se 
pueden observar catorce mediciones, las cuales presentan valores de SSV muy 
estables y mayores a los del lodo biológico casi 1,22 veces. En promedio, el licor de 
mezcla contenía 6034 mg/L de SSV. Los sólidos suspendidos volátiles representaban el 
40% de los de los sólidos suspendidos totales. 
Al comparar la cantidad de SSV iniciales contenidos en el lodo biológico con el 
promedio de SSV obtenidos durante los últimos quince días del proceso, se puede 
observar que la biomasa tuvo un crecimiento de aproximadamente el 22 %. 
 
 
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
2
6
-m
a
y
2
7
-m
a
y
2
8
-m
a
y
2
9
-m
a
y
3
0
-m
a
y
3
1
-m
a
y
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
9
-j
u
n
1
0
-j
u
n
1
1
-j
u
n
1
2
-j
u
n
S
S
T
e
n
 e
l 
re
a
c
to
r 
(m
g
/L
) 
S
S
V
 e
n
 e
l 
re
a
c
to
r 
(m
g
/L
) 
 
Fecha 
SSV (mg/L) SST (mg/L)
 
 
39 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
6.4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO) 
 
 
La DQO se usa para medir aproximadamente la cantidad total de materia orgánica 
presente en una muestra de agua. Por esta razón fue objeto de análisis en este trabajo. 
La cantidad de materia orgánica presente en la muestra se determinó por el método 
colorimétrico de reflujo cerrado SM 5220 D modificado, descrito en el “Standard 
Methods for the examination of water and wastewater” (2005), este análisis se le realizó 
al influente y al efluente final con el fin de evaluar el porcentaje de remoción de materia 
orgánica para el tratamiento biológico de aguas residuales mediante la adición de hierro 
férrico en condiciones anaerobias cuando se alcanzó un estado estable. 
 
Figura 17. Comportamiento de la demanda bioquímica de oxígeno en el influente y en el efluente 
0
100
200
300
400
500
600
700
8
-m
a
y
1
0
-m
a
y
1
2
-m
a
y
1
4
-m
a
y
1
6
-m
a
y
1
8
-m
a
y
2
0
-m
a
y
2
2
-m
a
y
2
4
-m
a
y
2
6
-m
a
y
2
8
-m
a
y
3
0
-m
a
y
1
-j
u
n
3
-j
u
n
5
-j
u
n
7
-j
u
n
9
-j
u
n
1
1
-j
u
n
1
3
-j
u
n
D
Q
O
 (
m
g
/L
) 
Fecha 
DOO Influente (mg/L) DOO Efluente (mg/L)
 
 
40 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Por efecto de costos solo se pudieron evaluar trece muestras por duplicado. En la 
Figura 17 se puede ver los resultados obtenidos a través de este análisis, vale la pena 
decir que el día 6 de junio se cambio la leche que normalmente se utilizó durante la 
etapa de experimentación, por esta razón se puede notar un cambio en el valor de la 
DQO de ahí en adelante. 
 
Figura 18. Porcentajes de remoción de materia orgánica alcanzada en el proceso 
En la Figura 18 se puede observar la remoción de materia orgánica alcanzada en el 
proceso, la cual fue en promedio de 85%. En conclusión, se puede decir que se obtuvo 
una eficiencia de remoción de materia orgánica alta con el tratamiento biológico de 
aguas residuales mediante la adición de hierro férrico en condiciones anaerobias, lo 
cual lo hace viable a nivel de laboratorio. 
 
A través de un test de jarras se pudo constatar que 
la remoción de materia orgánica alcanzada en el 
proceso se debe al metabolismo de los 
microorganismos y no al tratamiento químico con 
cloruro férrico. Para esto se simularon las 
condiciones estables del reactor, adicionando la 
misma dosis de cloruro férrico (178,57 mg/L) pero 
sin presencia de microorganismos. El porcentaje 
remoción de materia orgánica que se obtuvo fue 
del 70,6%. Valor que si se compara con el 
promedio de obtenido en el tratamiento biológico 
(85%) es más bajo. 
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
8
-m
a
y
1
0
-m
a
y
1
2
-m
a
y
1
4
-m
a
y
1
6
-m
a
y
1
8
-m
a
y
2
0
-m
a
y
2
2
-m
a
y
2
4
-m
a
y
2
6
-m
a
y
2
8
-m
a
y
3
0
-m
a
y
1
-j
u
n
3
-j
u
n
5
-j
u
n
7
-j
u
n
9
-j
u
n
1
1
-j
u
n
1
3
-j
u
n%
 d
e
 R
e
m
o
c
ió
n
 d
e
 m
a
te
ri
a
 
o
rg
á
n
ic
a
 
Fecha 
 
 
41 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
6.5 ANÁLISIS DE HIERRO 
 
Con el fin de determinar la cantidad de hierro férrico que se recirculó en el proceso, se 
estimo la cantidad de hierro total y de hierro ferroso (Fe2+) presente en el efluente 
primario y el efluente final y con la diferencia de ambos se determinó la cantidad de 
hierro férrico dentro de la cámara de aireación. 
El hierro total se determino por el Método FerroVer (Adaptado del método de 
Fenantrolina 3500-Fe B del “Standard Methods for the Examination of Water and 
Wastewater”), este método consiste en adicionarle a la muestra a analizar un reactivo 
denominado FerroVer que reacciona con todas las formas solubles del hierro y la 
mayoría de las formas no solubles del hierro en la muestra, para producir hierro ferroso 
soluble. Éste reacciona con el indicador de fenantrolina 1,10 en el reactivo para formar 
un color naranja que presenta su absorción máxima de luz a una longitud de onda de 
510 nm. La absorbancia de la solución es proporcional a la concentración de hierro. Se 
analizaron diez muestras por cuestión de costos. 
 
La determinación de hierro ferroso (Fe2+) se realizó por el método 3500-Fe B 4c de 
Fenantrolina descrito “Standard Methods for the examination of water and wastewater” 
(2005), el cual consistió en tomar una 50 ml de muestra acidificada, adicionarle 20 ml 
de una solución de fenantrolina y 10 ml de una solución amortiguadora de acetato de 
amonio diluirla a 100 ml y luego medir la absorbancia de la solución en una celda de 1 
cm a 510 nm. 
 
El hierro férrico se calculó restando el hierro ferroso al hierro total. 
 
 
 
42 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 19. Concentración de hierro a la entrada de la cámara de sedimentación presente en el efluente 
primario 
 
La figura 19 muestra la cantidad de hierro a la entrada de la cámara de aireación 
presente en el efluente primario que provenía del reactor. Se puede observar que la 
cantidad de hierro en el efluente primario variaba mucho cada día, en promedio las 
muestras de agua tenían 104,03 mg/L de hierro total de los cuales el 47,63 mg/L 
correspondían a hierro ferroso (Fe2+) lo que equivale a un 41 % del hierrototal y 56,4 
mg/L de hierro férrico (Fe3+) que equivale al 59 %. La cantidad más alta de hierro total 
presente en el efluente se presentó el día 3 de junio, la cual fue de 172,55 mg/L de 
donde el 72 % era hierro ferroso (123,40 mg/L) y el 28% hierro férrico (49,15 mg/L). Los 
datos obtenidos son consistentes, ya que la cantidad de hierro total esta por encima de 
la cantidad de hierro ferrosos. 
 
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
2
8
-m
a
y
2
9
-m
a
y
3
0
-m
a
y
3
1
-m
a
y
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
H
ie
rr
o
 a
 la
 e
n
tr
ad
a 
(m
g/
L)
 
Fecha 
Fe (II) entrada Fe Total entrada Fe (III) Entrada
 
 
43 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 20. Concentración de hierro a la salida de la cámara de sedimentación presente en el efluente 
final 
 
En la Figura 20 se puede ver que las muestras del efluente de salida para los días 30 y 
31 de mayo presentaban valores de hierro total menores a la cantidad de hierro ferroso, 
esto pudo ser ocasionado por alguna falla al momento manipular las muestras. 
También vale la pena resaltar que en promedio la cantidad de hierro total contenido en 
el efluente final estuvo por debajo de 40 mg/L, a excepción de los días 2 y 3 de junio, 
los cuales tenían 78,25 mg/L y 103,82 mg/L de hierro total respectivamente. 
La concentración de hierro total del efluente salió en mayor proporción que en forma de 
hierro ferroso. 
0
20
40
60
80
100
120
2
8
-m
a
y
2
9
-m
a
y
3
0
-m
a
y
3
1
-m
a
y
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
H
ie
rr
o
 a
 la
 s
al
id
a(
m
g/
L)
 
Fecha 
Fe (II) Salida Fe Total Salida Fe (III) Salida
 
 
44 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 21. Concentración de hierro presente en la cámara de aireación 
 
Los valores que se muestran en la Figura 21 fueron calculados a partir de un balance 
de hierro (lo que entra – lo que sale = acumula), para cada especie. Se pude ver que el 
hierro férrico se presentaba en mayor proporción dentro de la cámara de aireación con 
respecto al hierro ferroso, lo cual es consistente, dado el proceso de oxidación del ión 
Fe2+ que allí estaba ocurriendo. En promedio se generaban 49,72 mg/L de Fe3+, los 
cuales eran potencialmente recirculables y 24,42 mg/L que podían ser oxidados. 
 
0
20
40
60
80
100
120
140
2
8
-m
a
y
2
9
-m
a
y
3
0
-m
a
y
3
1
-m
a
y
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
H
ie
rr
o
 e
n
 l
a
 c
á
m
a
ra
 d
e
 a
ir
e
a
c
ió
n
(m
g
/L
) 
Fecha 
Fe (III) C.A Fe (II) en C.A Fe Total C.A
 
 
45 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
 
Figura 22. Concentración de hierro total 
 
La Figura 22 se presenta la cantidad de hierro total a la entrada, salida y adentro de la 
cámara de aireación y se puede ver que hay consistencia entre la cantidad de hierro 
total que salía y la cantidad de hierro que entraba, pues estos valores son menores. Se 
alcanzó una remoción de hierro total aproximadamente del 65 %. 
 
Figura 23. Concentración de hierro ferroso 
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
2
8
-m
a
y
2
9
-m
a
y
3
0
-m
a
y
3
1
-m
a
y
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
H
ie
rr
o
 T
o
ta
l (
m
g/
L)
 
Fecha 
Fe Total Salida Fe Total entrada Fe Total C.A
0
20
40
60
80
100
120
140
2
8
-m
ay
2
9
-m
ay
3
0
-m
ay
3
1
-m
ay
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
H
ie
rr
o
 F
e
rr
o
s
o
 (
m
g
/L
) 
Fecha 
Fe (II) entrada Fe (II) Salida Fe (II) en C.A
 
 
46 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
En la gráfica Figura 23 se puede ver que al realizar el balance de masa del hierro 
ferroso los días 31 de mayo y 2 de junio, tienen mayor concentración a la salida que a 
la entrada lo cual no es consistente, pero esto puede ser debido a la forma de 
manipulación de la muestra. Obviando los valores de estos dos días, se puede decir 
que en promedio de los 51,46 mg/L de hierro que entraba a la cámara de aireación en 
forma ferrosa; 24,42 mg/L se encuentraban dentro de la cámara y 27,04 mg/L se iban 
en el efluente final. 
 
 
Figura 24. Concentración de hierro férrico 
En la Figura 24, se puede observar que la mayor cantidad de hierro férrico que ingresa 
a la cámara de aireación, se queda dentro de ella, es decir, que alrededor de un 96 % 
pudo ser recuperado y recirculado. 
 
0
20
40
60
80
100
120
2
8
-m
a
y
2
9
-m
a
y
3
0
-m
a
y
3
1
-m
a
y
1
-j
u
n
2
-j
u
n
3
-j
u
n
4
-j
u
n
5
-j
u
n
6
-j
u
n
7
-j
u
n
8
-j
u
n
H
ie
rr
o
 f
é
rr
ic
o
 (
m
g/
L)
 
Fecha 
Fe (III) Salida Fe (III) Entrada Fe (III) C.A
 
 
47 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
6.6 ANALISIS MICROBIOLÓGICOS 
 
Con el fin de evaluar la presencia de microorganismos ferroreductores dentro del lodo 
que se preparó y al licor mixto que se encontraba dentro del reactor se hicieron dos 
análisis microbiológicos: una tinción Gram que permitió hacer una primera 
diferenciación de las bacterias y el otro consistió en una determinación de 
microorganismos ferroreductores aplicando el método del número más probable. 
La tinción de Gram es un tipo de tinción diferencial empleado en microbiología para la 
visualización de bacterias. Si la bacteria es Gram positiva, las bacterias que se 
visualizan a través del microscopio son de color violeta y si la bacteria es Gram 
negativa, las que se visualizan en el microscopio son de color rosa. 
Como se dijo en el capítulo 4 en el numeral 4.2, la gran mayoría de las bacterias 
reductoras de hierro son Gram negativas, por esta razón se realizó este análisis. 
El procedimiento consistió en crear un medio propicio para que las bacterias reductoras 
de hierro crecieran, para esto se preparó un medio rico en sales denominado “Wolfe’s 
minimal salts” con 50 mM de citrato férrico amoniacal, 10 mM de acetato de sodio y 
0,01% de extracto de levadura (Scala et al, 2006). 
Tabla 12. Composición de “Wolfe’s minimal salts” 
Compuesto 
Cantidad para diluir en 
300 ml de agua destilada 
Fosfato de Sodio hepta-hidratado 
(Na2HPO4*7H2O) 
19,2 g 
Fosfato de potasio (KH2PO4) 4,5 g 
Cloruro de Sodio (NaCl) 0,75 g 
Cloruro de amonio (NH4Cl) 1,5 g 
Sulfato de magnesio (MgSO4) 0,6 g 
Leche 6,0 g 
Cloruro de calcio (CaCl2) 0,3 ml 
 
Luego se autoclavó la mezcla y se tomaron 10 ml de esta y se llevaron a un balón de 
fondo plano de 50 ml de capacidad. 
A la mezcla de sales se le adicionó 1 ml de la muestra del lodo biológico y 10 ml de una 
solución al 4 % de citrato férrico amoniacal, la cual cumpliría el papel de aceptor de 
electrones, se mezclo bien y se tapo, luego se llevo a la incubadora por espacio de 21 
días, según lo recomendado por Scala et al (2006). 
 
 
48 
 
MIC 2010-II-1 
Lida Marcela Ávila Ramírez 
Al cabo de este tiempo se realizó la prueba de tinción Gram; se tomaron unas gotas del 
medio y se pusieron sobre una lámina (portaobjetos), luego se fijó dejándola secar 
naturalmente y luego se pasó por un mechero por cuestión de unos segundos. 
Posteriormente, a la lámina se le adicionó un reactivo llamado Cristal Violeta el cual 
tenía la función de entrar y quedarse en la pared celular de las bacterias que eran Gram 
negativas, su acción tardaba un minuto. Luego se lavaba con agua destilada. 
Seguidamente, se adicionaban unas gotas Lugol, un reactivo que tenía la finalidad de 
fijar el color en las bacterias Gram negativas, se dejaba actuar por espacio de un 
minuto. Luego se enjuaga con agua destilada. 
Después se adicionaba Alcohol Acetona, se contabilizan 30 segundos y se enjuaga con 
agua destilada, el objetivo de añadir este reactivo era quitar el color en el caso de que 
las bacterias fueran Gram positivas; finalmente