TRATAMIENTO ANAEROBIOTRATAMIENTO ANAEROBIO

Proceso biológico que transcurre en ausencia de oxígeno y que se basa en la transformación, a través de una serie de reac-ciones bioquímicas, de la materia orgánica contaminante, en un gas cuyos componentes principales se indican en la tabla y en una suspensión acuosa de materiales sólidos (lodos)

Composición promedio del biogás

  Gas %CH4 50-80

CO2 20-50

H2S 0-2

H2 1-2 (como máximo)

CO < 1N2 < 4

CH4, CO2

H2S, H2

LODOS (m.o + compuestos difíciles de degradar, como N, K, Ca, Mg, etc.)

Materia orgánica

OBJETIVOSOBJETIVOS

Reducir materia orgánica contaminante Dependía del

casoProducir gas combustible

FASES DEL PROCESOFASES DEL PROCESO

Etapa hidrolítica

Etapa fermentativa o acidogénica

Etapa acetogénica

Etapa metanogénica

Etapa Hidrolítica y FermentativaEtapa Hidrolítica y Fermentativa

Los polisacáridos, los lípidos y las proteínas son reducidas a moléculas más simples, por medio de la acción de enzimas extracelulares de bacterias.

Luego, estos compuestos experimentan el proceso de fermentación, originando principalmente acetato, propio-nato y butirato, y en menor proporción, CO2 e hidrógeno.

Etapa AcetogénicaEtapa Acetogénica

Bacterias homoacetogénicas: formación de acetato como único metabolito, a partir de la fermentación de azúcares, formato o la mezcla gaseosa H2-CO2.

Bacterias acetogénicas: formación de acetato, CO2 e hidrógeno, a partir de alcoholes, ácidos grasos volátiles y algunos compuestos aromáticos.

FORMACION DE ACETATO

Etapa MetanogénicaEtapa Metanogénica

o Se caracteriza por estar realizada por bacterias estrictamente anaerobias.

o Responsables de la formación de metano a partir de ácido acético, hidrógeno y CO2, y marginalmente ácido fórmico.

PARÁMETROS DE CONTROLPARÁMETROS DE CONTROL

TemperaturaTemperatura

Tiene un efecto relevante en el desarrollo de los microorganismos y, por lo tanto, en la producción de biogás

Dependiendo del rango de temperatura en el que actúan, las bacterias se clasifican en:

Psicrofílicas: T < 15 °C 15 °C15 °C

Mesofílicas: 15 < T < 45 °C 37 °C37 °C

Termofílicas: 55 < T < 65 °C 55 °C55 °C

Aunque la DA puede llevarse a cabo en cualquier rango, el más utilizado es el mesofílico.

pHpH

La digestión anaerobia se lleva a cabo en un intervalo de pH entre 6.2 y 7.8, siendo el óptimo entre 7.0 y 7.27.0 y 7.2

Algunas causas del descenso del pH son: Aumento repentino de la carga Presencia de elementos tóxicos en la alimentación Cambio súbito de la temperatura

Ácidos Grasos Volátiles (AGV)Ácidos Grasos Volátiles (AGV)

Los AGV son un indicador de la actividad metabólica de las bacterias formadoras de ácidos. En condiciones normales de operación, los AGV son inferiores a 100 mg/L.

Un aumento de los AGV, se puede deber a: Sobrecarga en la alimentación o inhibición de las metanobacterias Desbalance entre bacterias metanogénicas y acetogénicas Presencia de sustancias tóxicas para las bacterias metanogénicas

AlcalinidadAlcalinidad

La alcalinidad es una medida de la capacidad tampón del contenido de un digestor anaerobio

Valor AI/AT (A. Parcial/A. Total) Operación Normal : Inferior a 0,3Inferior a 0,3 Desestabilización : Valor superior a 0,3 – 0,4

AmoníacoAmoníaco

A pH neutro, concentraciones de 200-300 mg/L de nitrógeno amoniacal no disociado (NH3), se considera inhibitoria para la metanogénesis.

A pH alcalinos, concentraciones de 1500-3000 mg/L de NH4

-, pueden ser inhibitorias para la metanogénesis.

Concentraciones superiores a 3000 mg/L, resultan ser fuertemente inhibitorias, independiente del pH

NutrientesNutrientes

La digestión anaerobia requiere ciertos nutrientes para el crecimiento de la biomasa (C, N, P, S, Co, Fe, Ni y Mo)

Para que el reactor opere en forma adecuada, los nutrientes se deben encontrar en ciertas proporciones:

DQO : N : P : S = 400 : 5 : 1 : 0,2DQO : N : P : S = 400 : 5 : 1 : 0,2

CLASIFICACIÓN DE REACTORES CLASIFICACIÓN DE REACTORES ANAEROBIOSANAEROBIOS

De 1era. generaciónDe 2da. generación

Con crecimiento en soporte Con crecimiento disperso

Tanques sépticos HíbridoReactor de contacto (Lodo activado

anaerobio)

Lagunas anaerobias Lecho fijo UASB

Minidigestores Lecho fluidizado o expandido EGSB

Digestores convencionales Filtro anaerobio con carbón activado Circulación interna

Inmovilización de microorganismos Con ascensión de gas

Asociado a partículas suspendidas Modificado de alta velocidad

Contactor rotatorio anaerobio Membrana

Columna de plato Flujo horizontal con deflectores

Dos etapas

Percoladores en serie

Tubular inclinado

NOTA: Los datos entregados en rojo, algunos autores los consideran de tercera generación

REACTORES ANAEROBIOSREACTORES ANAEROBIOS

Reactores de 1ª generación: TRH = TRS Reactores de 2ª generación: TRH < TRS,

por lo tanto, el proceso es mucho más eficiente.

Aplicación de reactores híbridos.

Los reactores anaerobios de 2ª generación más aplicados:

UASB: 65% Reactor anaerobio de lecho fijo: 10% Biodisco anaerobio: 9% Reactor anaerobio con circulación interna (IC):

5%EGSB: 5% Reactor híbrido: 3%Lecho fluidizado y/o expandido:3%

REACTORES DE 1a. GENERACIÓNREACTORES DE 1a. GENERACIÓNTanques sépticos

Es una unidad prefabricada o construida “in situ” que desempeña las funciones de sedimentación y remoción de material flotante, además de efectuarse la digestión anaerobia de los lodos sedimentados.

Son ampliamente utilizados, siendo una de las principales alternativas para el tratamiento de ARU o de pequeñas áreas no servidas por redes colectoras.

Aunque siguen utilizándose tanques con un sólo comparti-miento, en la actualidad los tipos de tanques sépticos preferidos tienen dos o más compartimientos en serie.

Funcionamiento:Funcionamiento:

Los SSed van al fondo del tanque y forman un lecho de lodos.

A y G flotan en la superficie, formando una capa de espuma.

El efluente tratado abandona el tanque séptico por el lado contrario por donde entró a éste.

El material orgánico retenido en el fondo del tanque sufre una descomposición facultativa y anaerobia, proporcionando una reducción continua del volumen del lodo depositado en el tanque.

Con vistas a optimizar la retención de SSed y flotantes en

el tanque, se colocan bafles internos junto a la entrada y a la salida del reactor.

Sistema Unifamiliar: Altamente recomendado para viviendas donde los costos son determinantes o en casos como campamentos temporales de pocas personas. No requiere sistemas cloacales

Horizontal

Tanque Séptico para aplicaciones de

mayor capacidad, como por ejemplo

pequeñas comunidades.

LAGUNAS ANAEROBIAS (LAN)LAGUNAS ANAEROBIAS (LAN) Es el reactor más sencillo que existe y generalmente no está cubierta, escapándose el biogás a la atmósfera.

Se construyen generalmente con el objetivo de reducir la carga orgánica sedimentable; opera con TRH entre 5 y 30 d

La limpieza de las LAN debe realizarse cuando el lecho de lodos alcance la mitad de la altura útil (no antes de 10 años).

Las LAN se han aplicado, históricamente, a las ARU de pequeñas y medianas poblaciones y a residuos animales de granjas, preferentemente pequeñas.

CLASIFICACIÓN DE REACTORES CLASIFICACIÓN DE REACTORES ANAEROBIOS de últimas generacionesANAEROBIOS de últimas generaciones

BIOMASA BIOMASA SUSPENDIDSUSPENDID

AA

CLASIFICACIÓN DE REACTORES CLASIFICACIÓN DE REACTORES ANAEROBIOS de últimas generacionesANAEROBIOS de últimas generaciones

BIOMASA BIOMASA ADHERIDAADHERIDA

Lecho

Fijo

Lecho

Móvil

Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente con Manto de Lodos (UASB)

(Uplow Anaerobic Sludge Blanket)

Este proceso fue desarrollado a partir de la década de los años 70 por G. Lettinga en Holanda.

Es el sistema anaerobio más aplicado a escala real.

Su característica distintiva es la retención de biomasa en su interior sin necesidad de ningún medio soporte, gracias a la formación de gránulos, lo cual lo hace más económico y le da ventajas técnicas sobre otros tipos de reactores.

VENTAJAS DESVENTAJAS

• Soporta altas cargas (20 Kg DQO / m3*día)• Bajo requerimiento de energía• No requiere medio de soporte• Construcción relativamente simple• Con inóculo apropiado puede arrancar en forma inmediata• Aplicable a pequeña y gran escala• Operación comparativamente simple• Proceso ampliamente probado

• La granulación es lenta y no necesariamente controlable• No todas las aguas favorecen la granulación• Requerimientos de inóculo de determinadas características• Sensible a sólidos suspendidos y a grasas y aceites en el influente• Sensible a aguas que forman precipitados• Riesgo de flotación de los granos durante rearranques

Las características típicas de diseño de estos digestores son las siguientes:

TRH : 0.5-2 días

VCO : 5 - 20 Kg DQO/m3*día

SS : 5 -15 Kg/m3

Consumo energético : 20-60 Wh/m3

Reactor Anaerobio de Lecho Granular Expandido (EGSB)

(Expanded Granular Sludge Blanket) Es una variante del UASB que opera con gránulos individuales y con un conglomerado o cama expandida de éstos (se puede aplicar mayores vs y VCO).

Las vs que se obtienen pueden estar por encima de 5 a 6 m/h, llegando en ocasiones hasta 10 m/h.

Estas vs se logran por las ele-vadas tasas de recirculación del efluente del reactor combinadas con el uso de reactores de gran relación H/ (> 20 veces).

DIGESTORES DE 2a GENERACIÓN CON BIOMASA DIGESTORES DE 2a GENERACIÓN CON BIOMASA ADHERIDAADHERIDA

Reactor Anaerobio Con Lecho Fijo (RALF)Reactor Anaerobio Con Lecho Fijo (RALF)

RALF con flujo ascendente o

Filtro AnaerobioFiltro Anaerobio

RALF con flujo descendente

RALF con flujo horizontalEstratificación de los m.o.

en la biopelícula

VENTAJAS DESVENTAJAS

• Altas cargas (15 Kg DQO/m3*día)

• Con recirculación es resistente a picos orgánicos o tóxicos

• Construcción simple

• Aplicable a pequeña y mediana escala

• Rápidos rearranques sin problemas

• Operación simple

• Puede operarse como flujo descendente o ascendente (versatilidad)

• Arranque lento aún contando con un inóculo adecuado• Riesgo de tamponamiento, sobre todo con soporte de piedra• Sensible a sólidos suspendidos en el influente• Sensible a aguas que forman precipitados (sobretodo en régimen de flujo ascendente)• Alto costo de material de soporte (plástico, cerámicas, etc.)• Costos mayores en tanque cuando se utiliza piedra• Presencia de sólidos suspendidos en el efluente

Algunos datos operacionales de los filtros anaerobio son los siguiente:TRH : 0.75-3 díasVCO : 1-20 Kg DQO/m3*díaSS : 5-15 g/m3

Arranque : 30-60 díasCarga Influente : 0.2-60 Kg DQO/m3*díaConsumo energético: 20-40 W/m3