Embed Size (px)
DESCRIPTION
dsdadasdadasd
Citation preview
Proceso anaerobio de manto de fango de flujo ascendente (UASB).
178116.14 m3/dia
En este proceso el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte inferior del
reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de fango
constituido por gránulos o partículas formadas biológicamente.
El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y las partículas. Los gases
producidos en condiciones anaerobias (principalmente metano y dióxido de carbono)
provocan una circulación interior, que colabora en la formación y mantenimiento de los
gránulos.
Parte del gas generado dentro del manto del fango se adhiere a las partículas biológicas.
Tanto el gas libre como las partículas a las que se ha adherido gas, ascienden hacia la
parte superior del reactor. Allí, se produce la liberación del gas adherido a las partículas al
entrar éstas en contacto con unos deflectores desgasificadores.
Las partículas desgasificadas suelen volver a caer hasta la superficie del manto de fango. El
gas libre y el gas liberado de las partículas se capturan en una bóveda de recogida de
gases instalada en la parte superior del reactor. El líquido, que contiene algunos sólidos
residuales y algunos de los gránulos biológicos, se conduce a una cámara de
sedimentación, dónde se separan los sólidos residuales.
Los sólidos residuales se reconducen a la superficie del manto del fango a través de un
sistema de deflectores. Para mantener el manto de fango en suspensión, es necesario que
la velocidad de flujo ascendente tenga un valor de entre 0.6 y 0.9 m/h. En la siguiente
tabla se proporcionan los datos sobre cargas y rendimientos del proceso anaerobio de
manto de fango de flujo ascendente (UASB).
Tabla “”: Datos típicos de rendimiento de procesos anaerobios empleados en el
tratamiento de vertidos industriales.
Proceso
DQO de
entrada
mg/l
Tiempo de
detención
hidráulica, h
Carga orgánica,
g DQO/l día
Eliminación
DQO,
porcentaje.
Proceso
anaerobio de
contacto
1500-5000 2-10 0.48-2.40 75-90
Manto de fango
anaerobio de
flujo ascendente
5000-15000 4-12 4.00-12.00 75-85
Lecho fijo10000-
2000024-48 0.96-4.80 75-85
Lecho expandido 5000-10000 5-10 4.80-9.60 80-85
Figura “”. Esquema del Reactor de Manto de Fango Anaerobio de Flujo Ascendente
(UASB).
Generalidades.
Para que la descontaminación se vuelva una realidad, los costos de inversión y de
operación de las plantas de tratamiento deben ser proporcionales al nivel de vida de la
población. Por esto, no es factible proponer en países tropicales y mediterráneos sistemas
de tratamiento similares al norte-europeo, y es indispensable la búsqueda de alternativas
adaptadas a cada caso y al nivel de ingresos del lugar.
El trópico tiene ventajas con relación a los países del norte para lograr una
descontaminación a bajo costo de las aguas residuales y su aprovechamiento agrícola.
Estas ventajas son:
Temperaturas altas y estables todo el año, lo que representa una ventaja
específica para el uso de los sistemas anaerobios.
Doce meses de crecimiento vegetal al año, o sea, una "demanda" relativamente
constante de materia orgánica y de nutrientes, lo que evita sobrecostos de
almacenamiento.
Alto requerimiento de materia orgánica para el suelo pues la alta
temperatura y humedad aceleran su mineralización, generando un buen precio
de mercado.
Alta demanda de agua de riego, por las estaciones secas marcadas y las altas
temperaturas, y uso generalizado de los sistemas de riego (tecnología común y
apropiada).
DIGESTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE CON MANTO DE LODO (UASB).
ASPECTOS GENERALES.
Concepto:
El proceso anaeróbico de flujo ascendente consiste básicamente de un tanque Imhoff,
"al revés", presentando las cámaras de decantación y digestión anaeróbica
superpuestas. En este digestor existen 3 zonas bien definidas. Las zonas son:
Zona de lecho de lodos, en la cual se concentran los microrganismos que van a
biodegradar el material orgánico presente en el agua residual a tratar.
Zona donde se encuentran dispersos los microrganismos a lo largo del UASB.
Zona de separación gas - líquido - sólido.
Funcionamiento.
En este proceso, el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte inferior del
reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de
lodos constituido por gránulos o partículas forma das biológicamente.
El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y el lodo
microbiológico. Los gases producidos en condiciones anaeróbicas (principalmente
metano y dióxido de carbono) provocan una circulación interior, que colabora en la
formación y mantenimiento de los gránulos.
Parte del gas generado dentro del manto de lodos se adhiere a las partículas biológicas.
Tanto el gas libre como las partículas a las que se ha adherido gas, ascienden hacia la
parte superior del reactor. Allí se produce la liberación del gas adherido a las partículas, al
entrar éstas en contacto con unos deflectores desgasificadores. Las partículas
desgasificadas suelen volver a caer hasta la superficie del manto de lodo.
El gas libre y el gas liberado de las partículas se capturan en una bóveda de recogida de
gases, instalada en la parte superior del reactor. El líquido, que contiene algunos
sólidos residuales y algunos de los gránulos biológicos, se conducen a una cámara de
sedimentación, donde se separan los sólidos residuales. Los sólidos separados se
conducen a la superficie del manto de lodo a través del sistema de deflectores. Para
mantener el manto de lodo en suspensión, es necesario que la velocidad de flujo
ascendente tenga un valor entre 0,6 y 0,9 m/h.
La idea básica de este proceso es que el lodo anaerobio tenga buenas características de
sedimentación, si les son favorables las condiciones físicas y químicas del proceso de
floculación.
Si se logran estas condiciones, la retención del lodo, o sea, los microrganismos,
dependerán principalmente de una separación efectiva del gas producido en el proceso
(especialmente de las burbujas de gas atrapadas en el lodo). Después de la separación
del gas la sedimentación del lodo procede favorablemente.
En el UASB estos objetivos se cumplen equipando el reactor en la parte superior con
un separador sólido - gas y manteniendo un mezclado mecánico y/o la recirculación del
lodo a niveles mínimos.
Existen diversos aspectos a conocer que son de sumo interés para poder lograr una buena
operación del reactor UASB, a continuación se comentarán algunos de éstos.
La formación de un lodo granulado es fundamental para obtener buena eficiencia
en el reactor UASB, lo cual depende, fundamentalmente de los factores siguientes:
a) Disponibilidad de nutrientes.
b) Temperatura.
c) Tipo de residual.
d) pH.
e) Sedimentación por gravedad.
La concentración de biomasa en el reactor debe ser tan grande como sea posible.
El valor máximo a ser alcanzado se ve limitado por las condiciones de operación
propias del sedimentador, la cual incluye la recirculación por gravedad del lodo
sedimentado.
La actividad biológica del lodo también debe ser elevada, esta actividad
depende fundamentalmente de la cantidad de microrganismos presentes en el
lodo los cuales son responsables de la degradación de la materia orgánica presente
en el residual tratado.
Debido a que las bacterias anaerobias tienen baja velocidad de crecimiento,
solamente es posible obtener lodos con elevada actividad biológica después de un
largo tiempo de adaptación (entre 0,5 y 1 año).
El tiempo de retención de sólidos debe ser elevado para que pueda desarrollarse
una mezcla apropiada de microrganismos, esto puede obtenerse mediante una
operación efectiva de las tres funciones del separador.
El tiempo de retención hidráulico en el reactor debe ser tan pequeño como
sea posible. En estas condiciones, el contacto entre el efluente y la biomasa
debe ser muy bueno. Para cumplir con este objetivo debe tenerse en cuenta
dos aspectos muy importantes:
a) El sistema de distribución del afluente debe ser diseñado de forma tal
que todo el lodo en la parte inferior del reactor se mantenga en íntimo
contacto con el afluente.
b) El líquido en el lecho y en la zona de dispersión debe estar debidamente
mezclado. Para evitar el uso del mezclado mecánico debe garantizarse que
la turbulencia que produce el biogás, resultante de la anaerobiosis,
provoque un mezclado adecuado.
La producción de gas debe ser tal que la distribución del lodo sobre el lecho, y en la
zona dispersa, sea óptima. La concentración del lodo en la zona dispersa
aumenta con el incremento de la producción de biogás y mientras mayor sea la
cantidad de lodos en la zona de dispersión, mayor será la capacidad de
biodegradación, por lo tanto, la producción de biogás será máxima. Con este
máximo, la concentración de lodo en la zona de dispersión debe ser tal que
garantice una operación adecuada de las funciones del separador. A muy altas
concentraciones de lodo en la zona de dispersión, el sistema de recirculación de
éste puede bloquearse y sobrecargarse el sedimentador.
Las propiedades de sedimentación del lodo determinan la eficiencia del
sedimentador e influye en la concentración del lodo en la zona dispersa; por lo
tanto estas propiedades deben ser óptimas.
Eliminando el lodo con propiedades de sedimentación inferiores a las requeridas,
mejorará el comportamiento promedio de sedimentación del mismo, lo cual se logra
cuando la velocidad ascensional del fluido en el reactor aumenta mucho. Para un uso
óptimo de las propiedades de sedimentación del lodo es necesario que el régimen de flujo
en el sedimentador sea laminar y uniforme. Esto solamente se logra si no se produce gas
en el sedimentador y si la turbulencia del líquido en el reactor no continúa en el
sedimentador; por lo tanto, la separación del gas en el reactor debe ser eficiente, la
turbulencia del líquido en el reactor debe disminuir antes que la suspensión líquido-lodo
entre en el sedimentador y llegue a valores críticos y debe ser tan pequeña como sea
posible.
El lodo granular tiene un índice volumétrico de lodo (IVL) de 10 a 20 ml/g. Esto ocurre en
la parte inferior del lecho de lodos. El IVL se define como el volumen que ocupa 1g de
licor mezclado o líquido en un reactor. Para hallar su valor se toma una muestra de
licor mezclado del reactor y se le determinan los sólidos suspendidos totales (SS) en mg/l y
se toma un litro del licor mezclado dejándose sedimentar en una probeta durante 30
minutos. La relación volumen de lodo sedimentado/g SS es igual al IVL.
Uno de los aspectos más importantes de los reactores, arriba destacados, es, con toda
seguridad, su capacidad de producir el gránulo típico del lodo anaeróbico. Este lodo
presenta una alta actividad específica (p.e. 1.0 g DQO/g SSV día). Además de estos
aspectos, se debe citar el bajo valor del IVL, cerca de 50 ml/g o menos, y la velocidad de
sedimentación que varía de 2 a 90 m/h en sistemas no "cargados". De todas formas, el
lodo granulado, con una velocidad de sedimentación de 40 m/h, puede flotar en cargas
muy altas. Se pueden desarrollar diferentes tipos (formas) de lodo granular, tales como
bastón, filamentosos y "con puntas" y esto depende de varios aspectos como son la
composición del sustrato y la naturaleza de la puesta en marcha.
La concentración de sólidos totales en el UASB puede alcanzar hasta 150 g/l. En la parte
superior del lecho de lodo éste es floculento con menor sedimentabilidad (30ml/g como
IVL).
A temperaturas moderadas, la presencia de sólidos en suspensión constituye un
inconveniente para el tratamiento anaeróbico. Para superar este inconveniente, se han
propuesto sistemas anaeróbicos en dos etapas. En la primera etapa, se retienen e
hidrolizan parcialmente los sólidos y en la segunda, se degradan los compuestos solubles
presentes en el líquido, y aquellos generados durante la primera etapa. El Tiempo
de Retención Hidráulica (TRH) es uno de los parámetros más importantes en todo
sistema de tratamiento de aguas residuales. En el caso de los líquidos cloacales, donde
la presencia de sólidos en suspensión es considerable, existe un tiempo de retención
óptimo que permite una máxima remoción de sólidos y materia orgánica expresada como
Demanda Química de Oxígeno (DQO).
El concepto UASB se aplica, en general, a cualquier residual líquido biodegradable
lográndose buenas eficiencias, estos reactores pueden procesar cargas de 15 a 20 kg
SV / m3 día.
Depuración biológica anaeróbica.
La depuración anaeróbica transforma parcialmente las sustancias contaminantes en
amoniaco, dióxido de carbono, agua y sulfuro de hidrógeno. Dado que la degradación
es insuficiente para algunos tipos de aguas residuales habrá que aplicar, a menudo,
una depuración aeróbica para cumplir con las normativas de emulsiones.
Ventajas.
1. Bajo consumo eléctrico.
2. Puede producir calor y electricidad.
3. Baja producción de fango.
4. Apropiado para aguas extremadamente contaminadas.
Una de las desventajas principales de los procesos anaerobios es su larga etapa de
adaptación, aspecto que se agudiza más en los procesos termófilos por la sensibilidad
de los mismos a las variaciones de temperatura, interrupciones de la alimentación,
entre otros.
APLICABILIDAD.
La aplicabilidad del proceso de tratamiento anaerobio depende muy fuertemente del
tipo de residual y sus características y, usualmente, a través de cuidadosos estudios de
laboratorio y piloto es posible definir el tipo de tratamiento a dar y el tipo de reactor a
utilizar.
La digestión anaerobia aplicada al tratamiento de aguas residuales urbanas.La puesta en
marcha de una planta UASB a temperatura superior a 20 ºC puede llevarse a cabo a un
TRH de 5 h dentro de un periodo de 6 a 12 semanas, sin necesidad de inóculo. Si el
efluente doméstico es muy fresco (poco séptico, contendrá muy pocos microrganismos
anaerobios), la puesta en marcha es más lenta, resultando conveniente interrumpir la
alimentación durante algunos días, lo que favorece el desarrollo del lodo
metanogénico.
La eficacia del tratamiento a un TRH medio de 5-6 horas, como porcentaje de
eliminación, es la siguiente: DQOt = 55-75%, DQOs = 50- 60 %, DBO5 = 65-80 %, SS = 67-81,
eliminación de patógenos alrededor del 70 % y eliminación de huevos de helmínticos
superior al 90 %. La eficacia resulta ligeramente mejor cuando se opera a un TRH bajo
(2-3 h) durante el día y a TRH más elevados (10-12 h) durante la noche, situación que
coincide con la oscilación normal del caudal residual de tipo urbano.
Los reactores de flujo ascendente de manto de lodo para las aguas domésticas
operan con cargas orgánicas entre 1 y 2 kg DQO/m 3 . día, con eficiencias de remoción
de hasta 85 %, a temperatura ambiente. Igualmente se citan, en la bibliografía, cargas
tan altas como 50 kg DQO/m3 día y esto hace que el proceso resulte también interesante
para el tratamiento de aguas residuales industriales orgánicas (con un alto contenido de
DQO por unidad de volumen).
Aspectos constructivos y de diseño.
El diseño de un sistema de tratamiento se relaciona estrechamente con el lugar en el que
se pretende instalar. Las principales consideraciones son las características del sitio, así
como las correspondientes a los residuales a tratar. Éstos a su vez determinan los
tratamientos preliminares y primarios a aplicar. El éxito en la selección o diseño de un
sistema (o planta) de tratamiento de residuales radica fundamentalmente en la
simplicidad y economía del diseño, la posibilidad de empleo de materiales locales como
insumos, la durabilidad de la obra y que el sistema de tratamiento sea apropiado para el
residual a tratar, así como para el cumplimiento de las normas medioambientales y los
objetivos de la planta. De ahí la importancia de contar con sistemas de tratamiento de
residuales bien diseñados y de fácil manejo y construcción.
Los reactores más usados y difundidos para el tratamiento de residuales líquidos por
vía anaerobia son los reactores anaerobios de flujo ascendentes del tipo UASB (por sus
siglas en inglés). El tamaño de estos digestores está determinado por el contenido de
sólidos y el tiempo de retención del residuo para un tipo de carga dado.
El tratamiento de los materiales insolubles, tales como papel, paja y otros materiales
lignocelulósicos, puede requerir días (o aún años en ciertos rellenos sanitarios), mientras
que puede lograrse hasta una reducción del 95% con una carga diaria de 20 kg/m 3 de
digestor cuando el residuo es soluble.
A pesar de que los reactores UASB son fáciles de trabajar, existen diferentes parámetros
a tener en cuenta a la hora de su puesta en marcha para que funcionen adecuadamente y
se obtenga de ellos el mejor rendimiento.
Los parámetros a tener en cuenta para el diseño de un reactor UASB son:
1. Remoción de DQO (en tiempo seco) = (%) (DBOt).
2. Tiempo de retención (horas).
3. Carga máxima (kg DQO/m3 día).
4. Velocidad ascensional (m/h).
5. Producción de biogás (m3).
6. Altura del manto de lodo (m).
7. Orificios (difusores).
8. Separador gas-sólido-líquido.
Aplicaciones, ventajas y desventajas.
Beneficios y desventajas del proceso UASB.
Ventajas:
La producción de lodos estabilizados en exceso es mínima y fácilmente
drenable hasta de 30 a 40 % y, por tanto, los costos de tratamiento del lodo y su
transportación posterior son relativamente bajos.
Se pueden aplicar altas cargas hidráulicas y orgánicas con eficiencias aceptables.
El reactor necesita poco espacio.
Los lodos anaerobios adaptados pueden mantenerse sin alimentación por
largos períodos de tiempo, por lo que el proceso resulta muy adecuado para las
industrias que trabajan de forma cíclica.
Su construcción no es compleja y los costos de operación y mantenimiento son
relativamente bajos.
Desventajas:
El comienzo del proceso es lento y requiere de un período de 8 a 12 semanas.
El proceso es sensible a la presencia de compuestos tóxicos.
La reducción de bacterias patógenas es relativamente baja.
En los últimos años, muchos investigadores han realizado diversos trabajos que tratan
la optimización del proceso UASB, entre ellos, la operación del mismo en el rango
termofílico dada sus ventajas cinéticas. Las ventajas cinéticas del sistema termofílico
comienzan a ser más claras cuando pudieron ser manejadas velocidades de cargas
extremadamente altas, entre 50-120 kg de DQO/ m3 /d, con buenas eficiencias de
tratamiento. En general, la operación termofílica ofrece algunas ventajas en comparación
con la mesofílica, dada las altas velocidades de reacción y mejor reacción de
patógenos, entre otras, por ejemplo, las velocidades de carga aplicables a 54 °C son 2,4
veces más altas que a 38 °C.
Reactores Anaerobios de Flujo Ascendente (UASB).
La abreviación U.A.S.B. se define como Upflow Anaerobic Sludge Blankett o Reactor
Anaerobio de Manto de Lodos de Flujo Ascendente. Esta tecnología proveniente de
Bélgica y Holanda, es aplicada especialmente al tratamiento de aguas residuales con alto
contenido de materia orgánica.
El reactor anaerobio de flujo ascendente y manto de lodo describe un reactor de
biopelícula fija sin medio de empaque o soporte, con una cámara de digestión que tiene
flujo ascendente y a cierta altura se desarrolla un manto de lodos anaerobios que es
altamente activa y en el cual se da la estabilización de la materia orgánica del afluente
hasta CH4 y CO2. (Caicedo, 2006).
La operación de los reactores UASB se basa en la actividad autorregulada de diferentes
grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y se desarrollan en forma
interactiva, formando un lodo biológicamente activo en el reactor. Dichos grupos
bacterianos establecen entre sí relaciones simbióticas de alta eficiencia metabólica bajo la
forma de gránulos cuya densidad les permite sedimentar en el digestor. La biomasa
permanece en el reactor sin necesidad de soporte adicional. En la figura 3 se muestra un
esquema general de uno de estos reactores, donde se distinguen 4 zonas:
La zona 1 se llama lecho del lodo.
La zona 2 se llama la manta de lodo.
La zona 3 es la zona de bajo nivel de turbulencia.
La pieza 4 del diagrama sirve como sedimentador.
Figura “”. Esquema general de un rector UASB.
Las típicas cargas de DQO en función de la fuerza de las aguas residuales, la fracción de
partículas de DQO en las mismas, y las concentraciones de SST en el afluente se resumen
en la Tabla “”.
Tabla “”. Cargas volumétricas recomendadas para reactores UASB a 30°C para alcanzar
remociones del 85% al 95%(Metcalf & Eddy. 2011).
Eficiencias de remoción de DQO del 90 a 95% se han logrado en cargas que van desde 12 hasta 20 DQO kg/m3 *d en una variedad de desechos de 30 a 35 º C con reactores UASB. Los valores de tau , (tiempo de retención hidráulico) para las aguas residuales de alta fuerza se han logrado disminuir a lapsos de 4 a 8 horas a esas cargas. Donde menos del 90% de remoción de DQO y las concentraciones de SST mayores de efluentes son aceptables, se puede utilizar el aumento de las velocidades de flujo ascendente, las cuales desarrollarán un lodo granulado más denso por el lavado de otros sólidos.
CUADRO Nº 1.2: Límites permisibles en la descarga de líquidos y aguas residuales.
Fuente: DIGESA. 2004
PARÁMETROS CRITERIODBO5
Sólidos Totales en Suspensión Aceites y GrasaspHOxígeno DisueltoFósforoNitrógeno AmoniacalTemperaturasColiformes Totales
10 ppm< 30 mg / dm3
< 15 mg / dm3
6.95> 3.5 mg / dm3
< 30 mg / dm3
< 20 mg / dm3
un incremento < 3°C< 1000 colonias / 100 cm3
Velocidad del flujo ascendente.
Para aguas residuales más débiles, la velocidad permitida y la altura del reactor, determinará el volumen del reactor UASB y para para aguas residuales más fuertes, la velocidad será determinada por la carga volumétrica de DQO.
Volumen del reactor y dimensiones.
Deben considerase la carga orgánica, la velocidad superficial y el volumen efectivo de tratamiento para determinar el volumen requerido del reactor y sus dimensiones.
El volumen efectivo de tratamiento es el volumen ocupado por el manto de lodo y de biomasa activa. Un volumen adicional existe entre el volumen efectivo y la unidad de recolección de gas donde se produce una cierta separación adicional de sólidos y la biomasa se diluye.
Características físicas.
Las principales características físicas que requieren una cuidadosa consideración son: la alimentación de entrada, la separación y recolección de gas (Los diseños de separación de entrada y el gas son únicos para el RAFA) y la retirada del efluente, para proveer una distribución uniforme y evitar el acanalamiento y formación de zonas muertas. Estos dos aspectos son muy importantes sobre todo cuando se tratan aguas residuales débiles, ya que se puede tener menor producción de gas y mezcla del manto de lodos
Un número de tuberías de alimentación se colocan para dirigir el flujo a diferentes áreas en la parte baja del reactor. El acceso, debe proveer tuberías para la limpieza en caso de taponamiento.
Recuperación de Gas y separación de sólidos
El separador de gas/ sólidos (GSS) está diseñado para recolectar el biogás, previniendo el lavado de sólidos, fomentando la separación de partículas de gases y sólidos, para permitir que los sólidos se deslicen hacia atrás en la zona de manto de lodos, y ayudar a mejorar la eliminación de sólidos en el efluente.
Una serie de pantallas en forma de V invertida se utiliza junto a vertederos de efluentes para lograr los objetivos mencionados.
Secuencia de cálculo de un Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente, UASB.
Los reactores anaerobios se pueden diseñar con forma rectangular o cilíndrica, la siguiente secuencia de cálculo se hará con la forma cilíndrica ya que se tienen algunas ventajas hidráulicas en comparación con la forma rectangular, por ejemplo, siendo la principal y más importante, que se evita la formación de zonas muertas.
La determinación de la velocidad de flujo ascendente como uno de los parámetros de diseño, se partió de variables conocidas como el área y volumen del reactor a partir del diámetro y la altura efectiva, carga típica máxima de diseño y concentración promedio de materia orgánica en el agua de alimentación. El agua puede ser residual con una alta carga orgánica o puede ser sintética y preparada para ser alimentada inmediatamente al reactor.
La secuencia de cálculo que se propone es la siguiente:
1) Definición de variables de diseño
El cálculo se inicia con cuatro variables que se describen a continuación y que se obtienen de manera experimental o por medición directa:
Diámetro del tubo que servirá como cuerpo del reactor UASB, se representa como d y su unidad es el cm .
El caudal mínimo, el cual se determina a partir del tipo de bomba peristáltica y manguera a usar, se representa como Q y sus unidades son mL/min.
La carga orgánica por día que se estará alimentando en el reactor, representado como carga y sus unidades son kgDQO/m3.d .
El tiempo de residencia hidráulica, identificado como TRH, la unidad es el dia.
2) Cálculo del volumen del reactor. Se emplea la siguiente expresión:
V R=TRH .Q .1440(1)Donde 1440 es un factor de conversión de minutos a días para que el volumen se pueda expresar en mililitros.
3) Área del reactor.
AR=π D2
4(2)
Las unidades del área tienen que ser centímetros cuadrados.
4) Altura efectiva del reactor.
Para un adecuado funcionamiento del reactor, la altura efectiva tiene que ser mayor a un metro. Se tiene que introducir el volumen del reactor en centímetros cúbicos.
L=4 V Rπ D 2 (3)
La longitud se tiene que expresar en centímetros.
5) Flujo másico.
La expresión utilizada es la que se muestra a continuación, destacando que el volumen del reactor se debe introducir en metros cúbicos.
F=V R∗Carga (4)
El flujo másico se tiene que expresar en kgDQO/d.
6) Carga hidráulica.
Se calcula mediante la siguiente expresión:
CH=QAR
(5)
Las unidades que se obtienen son cm/min, por lo que se deben convertir a m/h. El valor numérico obtenido no debe exceder de 1 m/h, pues este es el valor típico recomendado para un correcto funcionamiento.
7) Velocidad de flujo en la campana.
La expresión utilizada es la siguiente:
V c=4CH (6)
y las unidades que se obtienen, también son m/h.
8) Separador de gas del líquido.
Los objetivos a lograr con la implementación de las campanas para cada reactor son:
Separación y descarga adecuadas del biogás en cada reactor. Permitir el deslizamiento del lodo dentro del compartimento de digestión. Servir como una clase de barrera (stopper) para expansiones excesivamente
rápidas del manto de lodos dentro del sedimentador. Prevenir el lavado (salida) de lodo granular flotante y floculento.
Para la construcción de esta campana se tienen en cuanta los parámetros recomendados por la literatura, los cuales indican que la estructura convencional es la más adecuada, gracias a su fácil construcción, simplicidad de instalación, funcionamiento y eficiencia.
Los aspectos a considerar en el diseño son los siguientes:
La velocidad de flujo ascendente en la abertura. El ángulo de los lados de la campana. El traslapo vertical.
Todos estos criterios son flexibles, ya que pueden ajustarse entre sí de acuerdo a las proporciones del reactor y a continuación se muestran los parámetros de diseño básicos:
1) Área de abertura.
Está relacionado con el gasto y la velocidad de flujo en la campana. El valor del gasto tiene que estar en m3/h.
Aabertura=QV c
(7)
2) Área de la sección trasversal de la campana.
Para calcular esta área se requiere el valor del área del reactor y el área de la abertura y la expresión matemática es la siguiente:
Acampana=AR−Aabertura (8)
A partir de este valor se puede calcular el radio mayor de la campana, mediante la siguiente ecuación:
Acampana=π R2campana(9)
Se puede entonces calcular el radio de la campana como se indica a continuación:
Rcampana=√ A campanaπ(10)
3) Ancho de la abertura
El ancho de la abertura está relacionado con los radios del reactor y los de la campana, por lo que se tiene la siguiente expresión:
W abertura=R reactor−R campana(11)
Se puede asumir para el diseño de la campana, que tanto el ancho mínimo interno de la campana (HT) y la altura tope sobre la superficie del líquido son iguales a 2 cm.
4) Ángulo de inclinación de la campana.
El ángulo que se recomienda es de 60o debido a que ajusta de forma más adecuada a las condiciones de diseño, tanto de la campana como del tubo del reactor.
5) Altura de la campana.
Para calcular la altura de la campana se requiere conocer previamente la longitud que existe entre el extremo del radio mayor de la campana y el extremo de la abertura de la campana, para lo cual se presentan las siguientes expresiones:
WG=Rcampana−12(W abertura)(12)
HG=WG tan α (13)
Donde α es el ángulo de inclinación de la campana.
6) Traslapo
Se refiere a los deflectores que se colocan para dirigir los gases producidos hacia la campana y se pueda hacer la separación de los gases del líquido.
T V=1.5(W ¿¿ Abertura)(14)¿
7) Ancho de los deflectores
Se calcula de la siguiente manera:
W D=1.5(W ¿¿ Abertura)(15)¿
8) Longitud de los deflectores
Esta longitud está en función de un ángulo, el cual, para facilitar la construcción se considera de 45 grados, por lo tanto, la expresión para su cálculo es la siguiente:
LD=2(W ¿¿D tan 45 °)(16)¿
Figura “”. Esquema de la campana de separación Gas – líquido
Referencias.
Bermúdez, R. C., Rodríguez, S., Martínez, M. de la C. , Terry A. I. 2011. Ventajas del empleo de reactores UASB en el tratamiento de residuales líquidos para la obtención de biogás. Aqualimpia.com, Recuperado el 22 de febrero de 2011, de http://www.aqualimpia.com/PDF/UASB%20Ventajas.pdf
Caicedo, F. J. (2006). Diseño, construcción y arranque de un reactor U.A.S.B. piloto para el tratamiento de lixiviados. Tesis de Especialidad en Ingeniería Ambiental-Área Sanitaria. Universidad Nacional de Colombia.
Castillo, E. F., Solano, J. K., y Rangel, M. P. (2006). Evaluación operacional de un sistema a escala laboratorio de biopelícula anaerobia soportada para el tratamiento de aguas residuales domésticas. Revista ION. Vol. 19. No. 1. 18-22.
Cakir, F.Y. y Stenstrom, M.K. (2005). Greenhouse gas production: a comparison between aerobic and anaerobic wastewater treatment technology. Water Research. 39, 4197–4203.
Chan, Y. J., Chong M. F., Law, Ch. L., y Hassell, D.G. (2009). A review on anaerobic–aerobic treatment of industrial and municipal wastewater. Chemical Engineering Journal. 155, 1-18.
CONAGUA. Comisión Nacional del Agua. 2008. Documentos relacionados con infraestructura Hidráulica. Plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, estadística por año 2004-2008. Recuperado el 25 de Octubre de 2011 de : http://www.conagua.gob.mx/Contenido.aspx?id=5cce0976-bfaa-45ac-9974-9915f6ee992f| Información sobre el agua en México|0|0|87|0|0
Escalante, V. E., Sánchez M., Pozo, F. y Rivas, A. (2000) Identificación y evaluación de procesos biológicos de tratamiento. México: Comisión Nacional del Agua e Instituto Mexicano de Tecnología del agua.
Groppelli, E., Giampaoli, O. (2001). El Camino de la Biodigestión. Ambiente y Tecnología Socialmente Apropiada. Centro de Publicaciones, Secretaría de Extensión, UNL.
Khan, A.A., Gaur, R. Z. V., Tyagi, K., Khursheed A., Lewb,B, Mehrotraa I. y Kazmia, A.A. (2011) Sustainable options of post treatment of UASB effluent treating sewage: A review. Resources, Conservation and Recycling. 55 , 1232– 1251.
López, M.E. (1998). El reactor anaeróbico tipo EASA: nuevo reactor hibrido de flujo ascendente, Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental.
López, J.; Morgan, J.; y A. Noyola. (2000) Arranque de reactores anaerobios industriales dos casos de estudio. En: “Memorias de XII Congreso de la Federación Mexicana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales” (FEMISCA).
Mecalf & Eddy, Inc.(2003) Wastewater Engineering. Treatment and reuse. (4ta edition). Ed. Mc Graw Hill. 31
Monroy. O., Famá, G., Meraz, M., Montoya, L. y Macarie, H. 2000. Anaerobic Digestion for wastewater treatment in Mexico: state of the technology. Water Research. Vol. 34. No. 6. 1803 -1816.
Montes, V., Pagano A. M., Crozza D.(2009). Gestión Sustentable de los residuos sólidos orgánicos valorizándolos energéticamente. Departamento de Ingeniería Química.
Noyola, A. (1999) Desarrollo de tecnologías mexicanas en tratamiento de aguas residuales: una experiencia. Interciencia. Vol. 24. No. 3, 169 - 172.
Pacheco J. Y Magaña A. (2003). Arranque de un reactor anaerobio. Ingeniería . Vol.7 No.1 21-25.
Ramírez, O., Koetz, P. (1998). Evaluación de un reactor UASB para el tratamiento de efluentes de la industria de aceite de arroz. V taller y Seminario Latinoamericano de Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales. Viña del Mar, Chile.
Van Der Berg, L. (1986). Anaerobic Digestion of Wastes, Division of Biological Sciencies, National Research Council of Canada, Ottawa, Ontario, Canada.
