Diseño Anaerobio

Curso Gestin y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios Lima Septiembre 2014

DISEO DE REACTORES UASB

Fernando Fdz-Polanco

Grupo de Tecnologa Ambiental

Dpto Ingeniera Qumica y Tecnologa del Medio Ambiente

Universidad de Valladolid (Espaa)

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

Curso Gestin y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios

Lima 11 14 Septiembre 2014


ETAPAS DEL PROCESO

1. DEFINICIN DEL PROBLEMA

2. DISEO CONCEPTUAL

3. INGENIERIA BSICA

4. INGENIERIA DE DETALLE

5. CONSTRUCCIN

ARRANQUE Y OPERACION


1. DEFINICION

DATOS DE PARTIDA

ORIGEN DEL EFLUENTE. UBICACIN PLANTA

CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE

CAUDAL (F) y COMPOSICIN (S)

C y F = f (t), variavilidad horaria y estacional

DATOS FINALES

NORMATIVA LEGAL

NIV

EL

MN

IMO

DE

TR

ATA

MIE

NT

O


1. DEFINICION DEL PROBLEMA.

ORIGEN

- TIPO DE ACTIVIDAD. Forma de trabajar.

- VALORES TPICOS DEL SECTOR

(m3 efluente/ t producto; kg DQO / t producto)

- UBICACIN PLANTA

Topografa. Datos climatolgicos

Segregacin pluviales, servicios e industrial

Superficie disponible

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1. DEFINICION DEL PROBLEMA.

CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE

CAMPAA DE MUESTREO (Periodicidad y duracin)

PARAMETROS A ANALIZAR

TOMA Y CONSERVACIN DE LAS MUESTRAS

VARIACIN EN EL TIEMPO

(turnos, das, fines de semana, poca del ao)

VALORES PROMEDIO REPRESENTATIVOS

(Caudal Y Cargas)


6

E = eficacia de eliminacin (%)

Cinf = concentracin de contaminante en influente (mg/L)

Cefl = concentracin de contaminante en el efluente (mg/L)

CLCULOS BSICOS. Eficacia de eliminacin

100

inf

inf

C

CCE efl


7

THR = (h)

V = volumen (m3)

Q = caudal (m3/h)

Q

VHRT

(THR o HRT)

CLCULOS BSICOS. Tiempo Hidrulico de Residencia


CLCULOS BSICOS. Tiempo de Retencin CelularEdad del fango

DQOr- .Y SSVC . V

C

V = Volumen reactor (m3)

CSSV = CONCENTRACIN SSV (kg SSV/ m3)

Y = Tasa de crecimento celular ( kg SSV/kg DQOELIM)

rDQO = velocidad eliminacin DQ= ( kg DQOElim / d)


9

us= velocidad ascensional (m/h)

A = rea del reactor (m2)

h = altura del reactor (m)

Velocidad ascensional (Vup)

CLCULOS BSICOS. Velocidad superficial (us)

Q = us.A

Q = V/THR

V = A . h

Us = h / THR

A

Qus


10

B = carga orgnica (kgDQO/d)

BV = carga orgnica volumtrica (kgDQO/m3react .d)

C = concentracin (kgDQO/m3)

BX = carga orgnica del lodo (kgDQO/kgSSV.d)

X = lodo activo en el reactor (kgSSV/m3)

L = carga hidrulica especfica (m3influente/m3reactor.d)

HRT

C

V

CQBV

XV

CQBX

HRTV

QL

1

CQB

CLCULOS BSICOS. Carga orgnica

V

B

V

CQBV


11

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H20

16 g CH4 + 64 g O21 g CH4 4 g O2

1 g de metano = 4 g DQO

CLCULOS BSICOS. DQO de CH4


12

64 g (1mol) AcH 16 g CH4 (1 mol) 22.4 L CH4 (STP)1 g COD-AcH 0.350 L (STP)

CH3COOH CH4 + CO2

1 kg de DQO eliminada = 350 L de metano en CNPT

CLCULOS BSICOS. Produccin de biogs


CLCULOS BSICOS. Conversin condiciones P y T

P.V = n.R.T


2. DISEO CONCEPTUAL

DATOS DE PARTIDA

ALTERNATIVAS

SELECCIN DE ALTERNATIVAS

DIAGRAMA DE BLOQUES

DIAGRAMA DE FLUJO

3. INGENIERIA BSICA

BALANCES DE MATERIA

DIMENSIONAMIENTO

ESPECIFICACIN EQUIPOS

PRE-EVALUACIN ECONOMICA


CASO PRCTICO CERVECERA.

- DATOS DE PARTIDA

Produccin anual 4 M hl / ao (unidades cada sector)

4 Meses doble de produccin que el resto

Meses bajos: 200 m3/d, DQO = 6500 mg/L

Meses altos: 400 m3/d, DQO = 5900 mg/L

- COMPARAR CON VALORES ESTNDAR DEL SECTOR

(4 L agua residual/L cerveza; DQO = 4000 mg/l)

FUERA DE LIMITES ESTANDAR

- PROPUESTA DE MEDIDAS INTERNAS DE AHORRO

- PROPUESTA DE MUESTREO (COSTE)


DATOS DE PARTIDA

CAUDAL MEDIO TEMPORADA ALTA

TANQUE HOMOGENEIZACIN

PARMETROS MEDIOS

SST, SSV (Pretratamiento)

DQO (aerobio /anaerobio)

Biodegradabilidad (DBO5/DQO) BMP

N y P (eliminar o aadir)

Micronutrientes


ALTERNATIVAS

1. LINEA DE AGUA

- TANQUE DE DESASTRES

- PRETRATAMIENTO

Tamices fijos o rotatorios

Sedimentacin

Filtracin

- HOMOGENEIZACIN

Con o sin aeracin

- ADECUACIN

Control de Ph

Aditivos

- TRATAMIENTO

Fsico-qumico

Biolgico

Aerobio

Anaerobio

Combinado

- POST-TRATAMIENTO.

Eliminar

SST, DQO, N, P

Color


ALTERNATIVAS

2. LINEA DE SOLIDOS

- OPERACIN

Pretratamiento

Biolgico

- MANTENIMIENTO

TANQUES

ANAEROBIO

3. LINEA DE GAS

- BIOGAS

SEGURIDAD (Antorcha)

APROVECHAMIENTO

Motor

Otras /Tratamiento

- OLORES

Lavado qumico

Biofiltros


SELECCIN DE ALTERNATIVAS

PROCESO BIOLGICO

CONSUMO DE ENERGIA

PRODUCCIN DE FANGOS

(Caso prctico)

DIAGRAMA DE BLOQUES

DIAGRAMA DE FLUJO

BALANCES DE MATERIA


INGENIERIA BSICA

- DIMENSIONAMIENTO TANQUE DE HOMOGENEIZACIN

Valores tpicos THR. 12 < THR < 24 h

- DISEO UASB

-Tamao (V), Forma (rectangular, circular)

Dimensiones (base, altura)

- Velocidad ascensional/Recirculacin

- Separador trifsico

- Evacuacin efluente

- Sistema de alimentacin- Salida biogs


DISEO UASB

CRITERIOS CLCULO DEL TAMAO

CARGA VOLUMETRICA Bv (Kg DQO/m3.d)

( 2 < Bv < 12 )

TIEMPO HIDRAULICO THR (h)

( 4 < h <

CUMPLIR AMBOS SIMULTANEAMENTE

ADOPTAR EL MAS RESTRICTIVO (BV, THR)


Q = 1000 m3/d, DQO = 0,5 kg/m3 Carga (C) = (1000) (0,5) = 500 kg DQO/d

Suponiendo Bv = 10 kg DQO/ m3. d

Bv = C/VR VR = 500/10 = 50 m3

THR = Vr/Q = 50/1000 = 0,05d = 1,2 h < valor mnimo RECALCULAR

Suponiendo THR = 6 h = 0,25 d

VR = (1000) (0,25) = 250m3

Bv = 500/250 = 2 kg DQO/ m3. d ADECUADO

VALORES DE DISEO

VR = 250m3 ; THR = 6 h ; Bv = 2 kg DQO/ m

3. D

EJEMPLO AGUA DILUIDA


Q = 1000 m3/d, DQO = 50 kg/m3 Carga (C) = (1000) (50) = 50000 kg DQO/d

Suponiendo Bv = 10 kg DQO/ m3. d

Bv = C/VR VR = 50000/10 = 5000 m3

THR = Vr/Q = 5000/1000 = 5 d (Valor elevado, pero Bv es suficientemente alta)

VALORES DE DISEO

VR = 5000 m3 ; THR = 5 d ; Bv = 10 kg DQO/ m

3. d

EJEMPLO AGUA CONCENTRADA


VELOCIDAD ASCENSIONAL Y RECIRCULACIN

Caso 1.

S = VR/h = 250/6 = 41,6 m2

us = Q/S = (1000/24) / 41,6 = 1 m h-1 (Razonable)

Caso 2.

S = VR/h = 5000/6 = 833 m2

us = Q/S = (1000/24) / 833 = 0,05 mh-1


25

Sedimentacin

Manto de lodo

Lecho de lodo

Extraccin

de lodo

Agua residual

Caja de distribucin

Agua tratadaCanaleta

de efluenteBiogs

Colector

de gasApertura

Biogs

Deflector

Baffle

Inyeccin

(zona de

aquietamiento)

(concentracin;

TRS mnimo)

(concentracin;

TRS mnimo)

(tasa de crecimiento lodo)

(concentracin; Vup)

(nmero)

(carga de gas)

(ngulo)(velocidad)

(densidad) (ngulo;

superposicin)

(ngulo)

SEPARADOR TRIFASICO


SEPARADOR TRIFASICO

CRITERIOS BSICOS

Toda la seccin cubierta

Velocidad de paso en estrechamientos < 4 us (4 SPASO < SREACT)

Seccin rectangular mas sencillo

Angulos > 45 (resbalar lodo)

Superposicin campana placa deflectora > 0,15 m

Altura total < 2 m

Anchura 1,5

Separacin = Anchura


27

Chernicharo

Diseo de reactores UASB


28

Separador Gas-Lquido-Slido (GLS)


29

Placas de concreto. Pueden perder gas

Caja de

distribucin

Deflector

Colector de

biogs

Canaletas de

efluente

Separador Gas-Lquido-Slido (GLS)


30

Egipto

Diseo de reactores UASB


Biogas


32

Caja de distribucin Canaleta de efluente

Corrosin

Primeros sistemas

Sistema de distribucin de influente


SALIDA EFLUENTE

CAMPANA

CANALETA

EFLUENTE


34

Gua para AR solubles: 2-3 m2 por punto de inyeccin



35



36


Caja de distribucin rectangular


37

Caja de distribucin de fibra de vidrio

MantenimientoTubo tapado

Sin corrosin



38



39



SISTEMA DISTRIBUCION INFLUENTE


41

Descarga de lodos


42

Biogs

Sistema de purificacin y quema


43

Biogs

Antorchas

Brasil


44

Caudal influente y efluente

Temperatura y pH (partes bajas del reactor)

Caudalimetro de biogs

Composicin del biogs (CO2, H2S)

Aditivos

Equipos auxiliares


45

Sobre el agua el oxgeno oxida el H2S a sulfato baja el pH a nivel local afecta concreto y acero

Bajo agua CaO del concreto se disuelve en presencia de H2CO3 (CO2 disuelto)

Usar materiales adecuados

Acero inoxidable

Plsticos

Coberturas epoxi

Concreto recubierto mejor que acero recubierto

Otros materiales nuevos

Corrosin


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