3. BIBLIOGRAFIA:
- “Reatores anaeróbios” Carlos Augusto De Lemos
- "“Introduction to Wastewater Treatment Processes” Ramalho
- “Manual de disposición de aguas residuales” Tomo II.
Programa de Salud Ambiental – CEPIS, OPS, OMS
- “Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e
disposicao controlada no solo” Coordinador: José Roberto
Campos - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico
(PROSAB).
- “Proyecto y operación de filtros anaeróbios para tratamiento
de efluentes líquidos industriales” José Roberto Campos -
Módulo del Taller Regional y Conferencia sobre Tratamiento
Anaeróbio de Aguas Residules en América Latina (México,
1990)
REACTORES ANAEROBIOS
4. Los reactores anaerobios pueden ser utilizados para tratar
efluentes domésticos o industriales con altas cargas orgánicas.
Pueden utilizarse solos o con unidades de pos-tratamiento para
producir un efluente final adecuado para su disposición final.
Comparación con tratamientos aerobios:
Ventajas:
- bajo consumo de energía; no se requiere aporte de O2
- posibilidad de recuperar y utilizar CH4 como combustible (caro)
- el lodo obtenido es un lodo ya estabilizado
Desventajas:
- largo período de arranque si no se utiliza inóculo (4-6 meses)
- sensibilidad a variación de condiciones ambientales
- menor efliciencia en remoción de MO (aprox.80%)
REACTORES ANAEROBIOS
GENERALIDADES:
5. REACTORES ANAEROBIOS
MO - compuestos orgánicos complejos
(carbohidratos, proteínas, lípidos) Hidrólisis
Acidogénesis
acetato + H2
+ CO2
CH4
+ CO2
Acetogénesis
Metanogénesis
compuestos orgánicos simples
(azúcares, aminoácidos, etc)
ácidos orgánicos
(acetato, propianato, butirato, etc)
Hidrólisis:Hidrólisis: los compuestos orgánicos complejos (material
particulado) son transformados en material disuelto más simple,
por medio de enzimas producidas por bacterias fermentativas.
Acidogénesis:Acidogénesis: los productos solubles son convertidos en ácidos
grasos volátiles, CO2, H2, H2S, etc, por la acción de las bacterias
fermentativas acidogénicas.
Acetogénesis:Acetogénesis: los productos generados en la etapa anterior son
transformados en sustrato para las bacterias metanogénicas.
Metanogénesis:Metanogénesis: finalmente se produce metano a partir de
acetato (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y de H2S y
CO2 (bacterias metanogénicas hidrogenotróficas).
H2
S + CO2
Sulfurogénesis:Sulfurogénesis: cuando hay sulfatos las bacterias sulfato
reductoras compiten por el sustrato con las demás (se genera
H2S y baja prod.CH4, hay problema de olores e inhibición).
DIGESTION ANAEROBIA:
6. REACTORES ANAEROBIOS
- Se debe garantizar un adecuado equilibrio entre las
comunidades de bacterias que intervienen
- Tasa de crecimiento de las metanogénicas << acidogénicas
- Velocidad de metanogénesis << acidogénesis
- Si disminuye la tasa de reproducción de las metanogénicas,
se dará acumulación de ácidos lo que provocará la inhibición
de las metanogénicas y la interrupción de la reducción de la
DBO, generándose malos olores
Inhibición de las bacterias metanogénicas:
pH - rango para el desarrollo: 6-8 (crecim.óptimo ≅ 6.6-7.4)
Ac.volátiles – si pH sale de rango las metanog.se inhiben pero las
acidogénicas continúan su actividad (se generan
>> ác.volátiles) y el reactor se acidifica
Alcalinidad – importante ya que controla las variaciones de pH
si no fuera suficiente se dosifica alcalinizante
Tóxicos – las sales (Na, K, etc), el amonio y los sulfuros, en
altas concentraciones, así como los metales pesados
pueden inhibir el proceso.
Inhibición de las bacterias metanogénicas:
Sulfuro de hidrógeno:
Forma más tóxica en que se
puede encontrar el sulfuro.
H2S H+
+ HS-
2H+
+ S2-
H2S HS-
S2-
pH
%
100
4 1086 161412
7. REACTORES ANAEROBIOS
REQUISITOS AMBIENTALES:
- Nutrientes:
Se requiere la presencia de macronutrientes (N, P, S) y
micronutrientes (Fe, Zn, etc) en proporciones adecuadas para
atender las necesidades de los microorganismos. Estos
elementos se encuentran presentes en el líquido residual
doméstico.
- Temperatura:
Influye en la velocidad de metabolismo de las bacterias y en
la solubilidad de los sustratos. Existen dos rangos para el
proceso - mesófilo (30-35°C) y termófilo (50-55ºC)
- pH:
Entre 6 y 8 para que no se inhiba el proceso por las
metanogénicas
- Ausencia de OD
8. REACTORES ANAEROBIOS
TRATABILIDAD DE LOS EFLUENTES:
Para escoger el tratamiento más adecuado y evaluar la prod.de
sólidos biológicos, metano, etc, se deben conocer las caract.del
líquido a tratar: DBO, DQO, pH, alcalinidad, contenido de
nutrientes, temperatura, presencia de compuestos tóxicos.
Los compuestos presentes en el afluente pueden ser clasificados
como de degradación fácil, difícil o no degradables.
Balance de DQO en el proceso de degradación:
DQO
total
DQO bd
DQO rec
DQO cel
DQO AGV
DQO rec
DQO cel
DQO AGV
DQO CH4
DQO rec
DQO
rem
DQO
no rem
La DQO total afluente puede ser dividida
en la porción biodegradable DQObd (que
puede ser degradada biológicamente en
condiciones anaerobias) y la que no
puede ser degradada por las bacterias
(DQO recalcitrante)
La MO biodegradable será
consumida por los
microorg. fermentativos,
siendo convertida en células
y ác. grasos volátiles.
La mayor parte de
los ác. grasos
volátiles serán
finalmente
transformados en
CH4
9. REACTORES ANAEROBIOS
La remoción de DQO se da en la etapa final metanogénica,
donde se forma CH4 (muy poco soluble). La MO inicial termina
siendo liberada a la atmósfera en forma de CH4, reduciendo así
el contenido orgánico del efluente.
Estimación de la producción de CH4:
Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:
En el proceso de degradación de la MO se libera CH4, el cual
será luego oxidado a CO2 y H2O para completar el ciclo del
carbono.
Ejemplo – degrad. de la glucosa bajo condiciones anaerobias:
C6H12O6 3CO2 + 3CH4
Para evaluar la demanda de oxígeno del proceso se deben
considerar los productos generados (CO2, CH4). Como el CO2 se
encuentra ya en la forma más oxidada, la única demanda de
oxígeno será la correspondiente a la oxidación del CH4.
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
(16gr) (64gr) (44gr) (36gr)
De la ecuación surge que 1 mol de CH4 requiere 2 moles de O2
para su completa oxidación. Para el caso de la glucosa se
tendrá que por cada mol de glucosa se generan 3 moles de CH4
(48 gr) que requieren de un consumo de 192 gr de O2 para su
oxidación, siendo entonces la demanda de oxígeno igual a 192
gr (se remueven 192 gr de DQO).
En resumen, cada 16 gr de CH4 producido y liberado se
consumen 64 gr de O2 (se remueven 64 gr de DQO).
10. REACTORES ANAEROBIOS
Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:
Entonces puede determinarse la producción de metano a partir
de la remoción de DQO en el proceso:
VCH4 = DQOCH4 / k(T) K(T) = K.P / R(273+T)
Con: VCH4 = volumen de CH4 liberado (l)
DQOCH4 = DQO convertida en metano (grDQO removido)
K = gr DQO por 1 mol de CH4 (64 grDQO / molCH4)
R = cte. de los gases (0.08206 atm.l/mol.°K)
P, T = presión atmosférica (atm) y temperatura (ºC)
Finalmente, considerando que el gas producido se compone de:
75-80% CH4 y 20-25% CO2, puede estimarse la producción
total de gas en el proceso.
11. REACTORES ANAEROBIOS
Crecimiento bacteriano:
La velocidad de crecimiento de los microorganismos es
proporcional a la vel.utilización de sustrato: dX/dt = Y . dS/dt
La velocidad de crecimiento de los microorganismos es
proporcional a la conc.de microorg. y depende del sustrato:
- Cuando el crecimiento se da sin limitaciones: dX/dt = µ . X
- Cuando existen limitaciones del sustrato presente:
µ = µmáx . S/(Ks+S) dX/dt = µmáx . S/(Ks+S) . X
Siendo: X = microorganismos (mg SSV/l)
S = concentración de sustrato (mgDQO/l)
Y = prod.biomasa por unidad sustrato (mgSSV/mgDQO)
µ = vel.crecimiento celular (d-1
)
µmáx = vel.crecimiento máxima (d-1
)
Ks = cte.saturación de sustrato (S para µ = 0.5µmáx)
CINETICA DE LA DEGRADACION ANAEROBIA:
Decaimiento bacteriano:
dX/dt = -Kd . X con Kd = coef.de respiración endógena (d-1
)
Crecimiento resultante:
dX/dt = µmáx . S/(Ks+S) . X - Kd . X
Siendo:X = microorganismos (mg SSV / l)
µ = tasa crecimiento (d-1
)
µmáx = tasa crecimiento máxima (d-1
)
S = concentración de sustrato limitante (mg/l)
Ks = oncentración de sustrato para la cual µ = 0.5µmáx
12. REACTORES ANAEROBIOS
Producción de sólidos:
La producción de biomasa (o crecimiento bacteriano) puede ser
expresado en función de la utilización de sustrato. Cuando más
sustrato sea asimilado, mayor será la tasa de crecimiento
bacteriano.
dX/dt = Y . dS/dt Y = coef.prod.biomasa (mgSSV/mgDQO)
Por lo tanto la prod.de sólidos será: dX/dt = Y.dS/dt - Kd.X
Tasa de utilización de sustrato:
Expresa la capacidad de conversión de sustrato por la biomasa,
por unidad de tiempo:
dS/dt = 1/Y . dX/dt entonces: dS/dt = µmáx . S/(Ks+S) . X/Y
CINETICA DE LA DEGRADACION ANAEROBIA:
13. Tiempos de retención:
Tiempo de ret.hidráulica: TDH = V/Q
Tiempo de ret.celular: tiempo medio de permanencia de los
sólidos biológicos en el sistema (edad del lodo)
θc = masa sólidos sist. / masa sólidos retirada por unid.t
En estado estacionario: θc = V.X / (V.dX/dt)
Si no existe mecanismo ret.sólidos: θc = TDH
Si existe mecanismo ret.sólidos: θc > TDH
REACTORES ANAEROBIOS
PARAMETROS DEL PROCESO:
θcθc mín
Se
So
Existe un θc mínimo necesario para
que se desenvuelva la digestión anaerobia.
1/θc = 1/X . dX/dt = µmáx.S/(Ks+S) - Kd
1/θcmín
= µmáx.So/(Ks+So) - Kd
Para aumentar θc se puede:
- Recircular parte de los lodos
- Inmovilizar la biomasa:
soporte de material inerte, manto de lodos
RA QQ
recirculación purga
15. REACTORES ANAEROBIOS
EVALUACION DE LA ACTIVIDAD MICROBIANA:
El desempeño del proceso de tratamiento anaerobio depende
del mantenimiento, dentro de los reactores, de una biomasa
adaptada, con elevada actividad microbiológia.
Para evaluar la actividad microbiana se utiliza el
test de AME (Actividad Metanogénica Específica),
con el cual se determina la capacidad de la
biomasa para convertir sustratos en CH4 y CO2.
Test de AME:
Ensayo de laboratorio donde se mide el
metano liberado, por desplazamiento de
volumen (es una medida indirecta).
Se intenta repetir el proceso de degradación
anaerobia del lodo, en un recipiente de ensayo,
para evaluar la producción de metano. El
ensayo se realiza en condiciones estandar.
Test de AME:
Descripción del test:
- medir sólidos volátiles del lodo a evaluar
- colocar lodo + nutrientes en frasco reacción
- purgar el O2 (con N2 gas) y agregar el sustrato
- agitar y registrar vol.gas a lo largo del tiempo
CO2 : se disuelve en la solución de NaOH
CH4 : burbujea (desplaza NaOH a la probeta)
Test de AME:
Insumos necesarios para el test:
- lodo anaerobio a evaluar
- sustrato orgánico (acetato de sodio)
- solución de nutrientes
- disp.controlador de temp.(estufa, baño maría)
- dispositivo de mezcla (agitador)
- dispositivo de medición de producción de gases
biogas
sol. de
NaOH
lodo
nutr.
sustr.
biogas
frasco de
reacción
probeta
graduada
16. REACTORES ANAEROBIOS
CONFIGURACION DE REACTORES:
La selección de la configuración del reactor depende de: TDH,
θc, carga orgánica e hidráulica, factores ambientales,
disponibilidad de área, etc.
En todos los casos es importante favorecer el contacto del
líquido afluente con la biomasa activa en el reactor (para
promover una degradación más eficiente).
Los diseños con sistema de retención de biomasa permiten
aumentar θc, reduciendo el TDH.
Sistemas convencionales:
Trabajan con cargas volumétricas bajas, altos tiempos de
retención hidráulica y no cuentan con mecanismos de retención
de sólidos.
Sistemas de alta tasa:
Los reactores cuentan con mecanismos de retención de
biomasa, lo que permite la operación con bajos TDH y altos θc.
Existen dos tipos de reactores: de crecimiento disperso y de
crecimiento adherido.
17. REACTORES ANAEROBIOS
Inmobilización de biomasa:
Crecimiento disperso:
Los microorganismos se adhieren y agregan unos a otros
formando flocs o gránulos que se mantienen suspendidos en el
reactor debido a las condiciones hidráulicas.
Crecimiento adherido:
Las bacterias se adhieren a un medio soporte formado por
material inerte como arena, piedra, plástico.
Al favorecer el desarrollo y retención de gran cantidad de
microorganismos en el reactor, se logran altas velocidad de
tratamiento, lo que permite aplicar altas cargas orgánicas en
tanques de volumen reducido.
Carga orgánica aplicada: CO = Q.S
Carga orgánica máxima admisible: COmáx = V.X.AME
(AME = activ. metanog. máx. por unidad de biomasa kgDQOCH4/kgSSV.d)
18. REACTORES ANAEROBIOS
FUNCIONAMIENTO DE REACTORES:
Distribución del afluente:
Debe ser uniforme para evitar zonas muertas y debe generar
una buena mezcla para favorecer el contacto afluente-biomasa.
Recirculaciones:
Puede recircularse parte del líquido efluente o de los gases
generados para mejorar la mezcla y el contacto afluente-
biomasa.
Remoción de lodos:
Una vez completado el θc, el exceso de lodo es descartado. Ese
lodo ya estará estabilizado, debiendo ser deshidratado previo a
su disposición final.
Sólidos suspendidos en el afluente:
Dependiendo del tipo de reactor, la respuesta que habrá frente
a altas concentraciones de sólidos suspendidos en el afluente.
19. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS CONVENCIONALES:
Lagunas anaerobias:
Funcionan como reactor y sedimentador conjunto.
Fosas sépticas:
Predominan los mecanismos de sedimentación, depositándose
el lodo en el fondo donde se da la mayor parte de la remoción
de materia orgánica.
Digestores anaerobios:
Son tanques circulares cubiertos, con pendiente de fondo para
favorecer el retiro de los sólidos sedimentados. La cubierta del
reactor puede ser fija o flotante.
Se emplean para aguas residuales con alta concentración de
sólidos suspendidos, lodos (1arios
y 2arios
).
La etapa de hidrólisis puede volverse la etapa limitante
(temp.óptima para la hidrólisis: 25-35ºC).
20. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS CONVENCIONALES:
- No hay dispositivos de
mezcla.
- El líquido crudo ingresa en
la zona de digestión.
- En la superficie se forma
una capa de espuma
favorecida por el gas que
asciende arrastrando lodo
y flotantes.
- Se purgan periódicamente
sobrenadante y lodo
digerido.
- Volumen útil reactor =
aprox 50% del vol.total del
digestor
Digestores anaerobios de baja carga:
θc = TDH
30-60 días
Carga
sólidos
0.6-1.6 kgSSV/m3
.d
Vol.
reactor
57-85 l/hab
lodo 1ario
113-170 l/hab
lodo 1ario
+ lodo act.LODO
DIGERIDO
LODO EN
DIGESTION
SOBRENADANTE
ESPUMA
efluente
crudo
líquido
sobren.
lodo digerido
gas
21. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS CONVENCIONALES:
Digestores anaerobios de alta carga:
- Cuentan con mecanismos
de mezcla y calentamiento.
- Admiten cargas mayores y
los volúmenes requeridos
son menores.
- El proceso es más estable
θc = TDH
15-20 días
Carga
sólidos
1.6-3.2 kgSSV/m3
.d
Vol.
reactor
37-57 l/hab
lodo 1ario
74-113 l/hab
lodo 1ario
+ lodo act.
LODO
DIGERIDO
LODO EN
DIGESTION
efluente
crudo
lodo digerido
gas
control
temp
22. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS DE ALTA TASA:
Biomasa adherida:
Reactores de lecho fijo (filtros anaerobios):
- Existe un manto de
material inerte que sirve
como soporte para los
microorganismos, que van
formando una capa de
biomasa adherida.
- Parte de los microorg.
quedan retenidos en los
intersticios del manto.
- El flujo de líquido por los
intersticios del manto
genera la mezcla y el
contacto afluente-biomasa
MANTO
afluente
crudo
líquido
sobren.
lodo descaratado
gas - En general son indicados
para el tratamiento de
aguas residuales con bajo
contenido de SS, o para
sistemas de tratamiento
que cuenten con unidades
de retención de sólidos
aguas arriba (ej:fosa
séptica).
- El flujo puede ser
ascendente o descendente
- TDH ≅ horas
− θc ≅ 20 días
23. REACTORES ANAEROBIOS
Reactores de lecho rotativo (biodiscos anaerobios):
- Serie de discos instalados en forma paralelas, centradas en
un eje giratorio accionado por un motor externo. La
biomasa se adhiere a los discos de material poroso.
- Los discos se mantienen sumergidos y el reactor es cerrado
- Velocidad de rotación: debe permitir la adherencia de
biomasa en los discos y el desprendimiento del exceso de
biomasa retenida en los mismos.
SISTEMAS DE ALTA TASA:
- La mezcla ocurre por el propio flujo hidráulico de
movimiento de los discos. El líquido ingresa por un extremo
inferior y sale por el extremo opuesto superior.
- A continuación del reactor se debe instalar un sedimentador
secundario para la decantación de los lodos que salieron
con el efluente.
afluente
efluente
24. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS DE ALTA TASA:
- El reactor contiene un manto
de material inerte que se
mantiene expandido por la
velocidad ascencional del
líquido, al que se adhieren los
microorganismos.
- La diferencia entre ambos
reactores está en el grado de
expansión del manto de lodo
(fluidificación: movimiento de
las partíc. del lecho se vuelve
libre en relación a las demás)
Lecho expandido: 10-20%
Lecho fluidificado: > 30%
Reactores de lecho expandido o fluidificado (RALF):
- La expansión del lecho
mejora el contacto afluente-
biomasa y evita problemas
de obstruciones (como en
filtros anaerobios).
- Manto:
- arena, antracita, PVC,
etc con φ = 0.3-3 mm
- cerca del 10% del
volumen del reactor
- En la parte superior de la
unidad se ubica un
sedimentador que evita la
salida de partículas de lodo
con el efluente.
efluente
LECHO
EXPANDIDO
O FLUIDIF.
afluente
gas
25. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS DE ALTA TASA:
Biomasa suspendida
Reactores de manto de lodos (UASB-RAFA-DAFA):
- No posee material inerte como
soporte para la biomasa.
- La inmobilización de los microorg.
ocurre por auto adensamiento
(formación de flóculos o gránulos
densos suspendidos, que se
disponen en capas de lodo a
partir del fondo del reactor)
- El flujo es ascendente y pasa a
través del lecho de lodo denso.
- La estabilización de la MO ocurre
en todas las zonas del reactor.
- En la parte superior se ubica un
sedimentador para evitar la
salida de partículas de lodo con el
efluente.
- Debajo del sedimentador existe
un dispositivo de separación de
los gases.
CAPA DE
LODO
efluente
MANTO DE
LODO
afluente
gas
26. REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS COMBINADOS:
Pueden emplearse sistemas integrados de reactores anaerobios
como primera etapa, con otros reactores biológicos para pos
tratamiento, de modo de asegurar un efluente de alta calidad.
Desinfección de efluentes anaerobios:
Lagunas de maduración
para reducir el contenido de microorganismos
patógenos
Disposición en el suelo
se puede lograr la remoción de los patógenos antes de
alcanzar los cuerpos de agua
Desinfección
con cloro (generación de subproductos indeseables),
con ozono (costo elevado)
Reactor anaerobio + Reactor anaerobio:
Fosa séptica + Filtro anaerobio
en la fosa séptica se retiene y degrada la fracción
particulada de la MO por sedimentación, mientras que la
fracción soluble es tratada en el filtro anaerobio
UASB + Filtro anaerobio
el efluente del UASB puede contener SS de pequeño
tamaño que pueden ser retenidos en un filtro anaerobio
Reactor anaerobio + Reactor aerobio:
UASB + Barros activados, Filtro biológico o Laguna aireada
con el tratam.aerobio posterior se logra remover MO
remanente y otros elem, obteniendo efluente de alta
calidad.
27. REACTORES UASB
DISEÑO DE REACTORES UASB:
efluente
afluente
gas
Capa de
lodo
Manto de
lodo
Deflector
de gases
Separador
En la zona inferior se
desarrolla una capa de lodo
concentrado (4-10%) con
buenas características de
sedimentación.
Sobre esa capa se
desarrolla una zona de
crecimiento bacteriano más
disperso (manto de lodos)
en el que los sólidos
presentan velocidades de
sedimentación más bajas.
La concentración de lodo
en esa zona es 1.5-3%
El sistema es auto
mezclado por el mov.
ascendente de las burbujas
de gas y del flujo de líquido
a través del reactor.
En la zona superior hay un
separador de gases-sólido-
líquido, que ayuda a
retener el lodo dentro del
reactor.
Sobre el separador se
ubica el sedimentador
donde el lodo sedimenta y
vuelve al compartimiento
de digestión.
En general θc > 30 días,
por lo que el lodo
excedente descartado ya
se encontrará estabilizado.
28. REACTORES UASB
- Se deben garantizar bajas velocidades en los
compartimientos de digestión y sedimentación para retener
la biomasa en el sistema (Asup. para asegurar esas vel.)
- Para favorecer la sedimentación del lodo en la cámara de
sedimentación puede ser necesario aumentar el Asup. (para
reducir la velocidad del flujo).
- Se deben asegurar las velocidades admisibles para todo el
rango de caudales afluentes.
- Forma de los reactores: circulares o rectangulares
con Asup. uniforme o variable
Consideraciones generales:
29. REACTORES UASB
Carga orgánica volumétrica:COV = Q.S/V
COV < 15 kgDQO/m3
.d
Con: COV = carga orgánica volumétrica (kgDQO/m3
.d)
Q = caudal afluente (m3
/d)
S = concentración de sustrato afluente (kgDQO/m3
)
V = volumen del reactor (m3
)
Cuando se tratan líquidos domésticos la carga orgánica no es el
factor limitante, ya que en general < 2.5-3 kgDQO/m3
.d.
Carga hidráulica volumétrica: CHV = Q/V = 1/TDH
CHV < 5 m3
/m3
.d (TDH>4.8 hs)
Con: CHV = carga hidráulica volumétrica (m3
/m3
.d)
Q = caudal afluente (m3
/d)
V = volumen del reactor (m3
)
TDH = tiempo de retención hidráulico (d)
Criterios de proyecto:
30. REACTORES UASB
Observaciones:
- Si se diseña con TDH menores puede producirse la pérdida
excesiva de biomasa del sistema, con la reducción de θc.
- La temperatura influye en la velocidad del proceso de
digestión, por lo que se limita TDH según la temperatura:
Temp.del
líquido (°C)
TDH med.
(Qm)
TDH mín
(Qmáx)
16-19
20-26
>26
> 10-14 hs
> 6-9 hs
> 6 hs
> 7-9 hs
> 4-6 hs
> 4 hs
Qmáx es el que
se da durante un
tiempo máx.4-6
hs por día
- Según la concentración de sustrato del
afluente, el criterio de diseño limitante
será por: CHV S < 2500 mgDQO/l
COV S > 2500 mgDQO/l
V(m3
)
S(mgDQO/l)2500
Q/CHV
Q.S/COV
31. REACTORES UASB
Carga biológica (carga de lodo): CB = Q.S/M
Con: CB = carga biológica (kgDQO/kgSSV.d)
Q = caudal afluente (m3
/d)
S = concentración de sustrato afluente (kgDQO/m3
)
M = masa de microorg. en el reactor (kgSSV/m3
)
Es la MO aplicada diaramente al reactor por unidad de biomasa
presente. La carga biológica máxima depende de la actividad
metanogénica del lodo.
En la partida de reactores anaerobios CB será baja, del orden
de 0.05-0.15 kgDQO/kgSSV.d, y se irá aumentando
gradualmente. Durante la operación en régimen se pueden
alcanzar valores de CB = 2 kgDQO/kgSSV.d
32. REACTORES UASB
Q v (m/h)
medio
máximo
pico
0.5-0.7
0.9-1.1
< 1.5
Los picos tendrán una
duración máxima de 2-4
hs por día
Para mayores cargas orgánicas (5-6 kgDQO/m3
.d):
- Si el reactor opera con un lodo tipo floculento v ≅ 0.5-0.7
m/h y para picos v ≅ 1.5-2 m/h
- Si opera con lodo tipo granular se admitirá v < 10m/h
Velocidad superficial del flujo: v = Q/A = H/TDH
Con: v = velocidad ascencional (m/h)
A = área superficial (m2
)
H = altura del reactor (m)
Corresponde a la zona de digestión y el valor máximo depende
de las características del lodo presente y de las cargas
aplicadas. Para líquidos domésticos:
33. REACTORES UASB
Distribución del afluente:
Se debe distribuir el sustrato afluente en forma uniforme en la
parte inferior del reactor, evitando cortocircuitos a través de la
capa inferior de lodo.
Esto es fundamental cuando se tratan líquidos domésticos o la
temperatura de operación es baja ya que la producción de gas
no es suficiete como para lograr la mezcla adecuada.
El sistema se diseña a partir de un canal de distribución
ubicado en la parte superior, que distribuye el afluente a través
de tubos que descargan el líquido en la zona inferior del
reactor.
A continuación se verán los parámetros de diseño para cada
uno de los componentes del sistema (canaletas y tubos de
distribución).
36. REACTORES UASB
Canaleta de distribución:
La canaleta de distribución se ubica en la zona superior del
reactor y alimenta los tubos de distribución. Conviene que la
canaleta se divida en compartimientos, en cada uno de los
cuales se ubique un tubo de distribución (mejor respuesta frente
a obstrucciones)
37. REACTORES UASB
Tubos de distribución:
- φ ≅ 75-100mm por obstrucciones
- velocidad < 0.2 m/s para evitar ingreso
de aire al reactor
- en la zona inferior se busca tener una
velocidad mayor para favorecer la
mezcla y evitar sedimentaciones en la
zona cercana: φ ≅ 40-50mm
- número de tubos: se determina en
función del A del reactor y del área de
influencia de cada distribuidor (Ad).
Nd = A / Ad
para líquidos domésticos se puede
asumir Ad = 1.5-3 m2
38. REACTORES UASB
Separador de gases, sólidos y líquidos:
Separación de gases:
Las dimensiones deben ser tales que permitan la formación de
un área de interfase líquido-gas suficiente para permitir la
liberación del gas generado. El gas, al liberarse, deberá vencer
la capa de espumas pero sin arrastrar partículas de lodo hacia
las tuberías de salida de gas.
Tgas = Qgas / Ai
Con: Tgas = tasa de liberación de gas (m3
/m2
.h)
Qgas = producción esperada de gas (m3
/h)
Ai = área de la interfase líquido-gas (m2
)
Se recomiendan valores de Tgas ≅ 1-3 m3
/m2
.h, por lo que
determinando Qgas se puede obtener el área de interfase.
39. REACTORES UASB
Separador de gases, sólidos y líquidos:
Separación de sólidos:
- Sedimentador:
- profundidad de la cámara de sedimentación 1.5-2 m
- tasade aplicación superficial y tiempo de retención según:
- paredes del sedimentador serán inclinadas (>45°)
- Se instalarán deflectores debajo de las aberturas de ingreso al
sedimentador (sobresaliendo 10-15 cm) para evitar ingreso de
gases. La velocidad en las aberturas será menor a: 2-2.3 m/h
(Qm), 4-4.2 m/h (Qmáx), 5.5-6 m/h (Qpico)
Q Vs (m/h)
medio
máximo
pico (2-4hs)
0.6 - 0.8
< 1.2
< 1.6
TDH (h)
1.5 - 2
> 1
> 0.6
40. REACTORES UASB
Separador de gases, sólidos y líquidos:
Recolección del efluente:
Estructura de salida mediante vertederos o tubos perforados
sumergidos, con tabique para evitar salida de espumas.
Alturas parciales del reactor:
H cámara digestión = 2.5-3.5 m
H cámara sedimentación = 1.5-2 m
Eficiencia:
Puede esperarse rendimientos de entre 50-70% para remoción
de DQO. En base a datos experimentales se estimaron:
EDQO = 100 (1 - 0.68 x TDH-0.35
)
EDBO = 100 (1 - 0.7 x TDH-0.50
)
ESS = 250/TDH + 10
41. REACTORES UASB
Sistema de descarte de lodo:
En forma periódica
se realiza la purga
del lodo en exceso
presente en el
reactor, y del
material inerte
sedimentado en el
fondo de la unidad.
Se colocan dos
puntos de purga
(tuberías de φ >
100mm):
- junto al fondo
del reactor
- 1-1.5 m encima
del fondo
42. FILTROS ANAEROBIOS
DISEÑO DE FILTROS ANAEROBIOS:
- tratamiento
complementario para
efluentes fosas sépticas
- prof. útil: 1.80 m
- diám.: 0.95 - 5.40 m
- ancho: 0.85 - 5.40 m
- vol. útil mín.: 1.25 m3
- H medio soporte: 1.2m
- falso fondo:60cm sobre
fondo
- salida del efluente:
mantener nivel de
líquido mínimo de 30
cm sobre el lecho
Configuración norma brasilera ABNT 1982 (NBR 7229/82):
43. FILTROS ANAEROBIOS
Medio soporte:
Debe promover la uniformización del flujo en el reactor,
mejorar el contacto entre el líquido afluente y los sólidos
biológicos en el reactor, permitir acumulación de gran
cantidad de biomasa (>θc) y actuar como barrera física
evitando la salida de sólidos con el efluente.
Tipos de material: cuarzo, granito, bloques cerámicos o de
PVC, esferas de polietileno, bambu, etc, de granulometría
uniforme con diámetros de 4-7 cm.
Requisito
estructuralmente resistente
biológica y químicamente inerte
Objetivo
soportar peso propio + sólidos biológicos
que no haya reacciones e/lecho y microorg.
alta área específica adherencia de > cantidad de sólidos biológ.
elevada porosidad
forma no achatada o lisa
bajo costo
reducir posibilidad de colmatación
garantizar porosidad elevada
viabilizar el proceso (pto.vista económico)
44. FILTROS ANAEROBIOS
Parámetros de diseño:
Tiempo de retención hidráulica: De acuerdo a la norma ABNT:
En general se diseñan en
función del TDH, salvo que
se trate de un líquido muy
concentrado, en cuyo caso
se diseñará en función de la
carga orgánica
Carga orgánica: se limita a un valor máximo de 16
kgDQO/m3
.d, pero en general se trabaja no superando los 12
kgDQO/m3
.d
Velocidad superficial: se limita a valores inferiores de 1.0 m/h
de modo de evitar el arrastre de sólidos con el efluente.
Q (l/d)
15-25°C
< 1500
1501 - 3000
3001 - 4500
1
0.92
0.83
4501 - 6000 0.75
6001 - 7500
7501 - 9000
> 9000
0.67
0.58
0.50
<15°C
1.17
1.08
1
0.92
0.83
0.75
0.75
TDH (d)
45. FILTROS ANAEROBIOS
Parámetros de diseño:
Volumen útil: De acuerdo a la norma ABNT:
V = 1.60 x N x C x TDH
Con: V = volumen total del filtro (m3
)
N = habitantes contribuyentes al sistema (hab)
C = contribución por habitante (l/hab.d)
TDH = tiempo retención hidráulica (d)
Area horizontal: A = V/H con H = prof.útil del filtro (1.8m)
Eficiencia: Pueden esperarse eficiencias de entre 75 - 95%
cuando se usan como post-tratamiento de efluentes de fosas
sépticas.
E = 100 (1 - 0.87 x TDH-0.50
) ajuste a partir de datos experimentales
46. FILTROS ANAEROBIOS
Parámetros de diseño:
Calidad del efluente final: estimada la eficiencia puede
calcularse la calidad prevista del efluente: S = So - (ExSo/100)
Sistema
descarte lodo:
Para evitar
colmataciones
del medio
soporte puede
realizarse una
purga
periódica de
lodos.
