Embed Size (px)
Citation preview
Taller “Operación y Mantenimiento de
Sistemas de Alcantarillado Sanitario y
Plantas de Tratamiento de Aguas
Residuales”
REACTORES ANAEROBIOS
La Ceiba, Atlántida, 03 al 07 de Marzo de 2014
Ing. PEDRO E. ORTIZ BARDALES ASESOR TECNICO SANAA
Sistemas anaerobios de tratamiento Hasta hace poco, la utilización de los reactores anaerobios, para el tratamiento de efluentes líquidos, era considerada antieconómica y problemática, sin duda por la reducida tasa de crecimiento de la biomasa anaerobia (bacterias metanogénicas), hace que el control del proceso sea delicado y que la recuperación del sistema sea lenta, una vez que es sometido a condiciones adversas. Con el desarrollo de los sistemas anaerobios de alta tasa, que se caracterizan por la retención de: grandes cantidades de biomasa, elevada actividad, incluso con la aplicación de bajos tiempos de retención hidráulica, se consigue mantener un elevado tiempo de retención de sólidos a pesar de la aplicación de altas cargas hidráulicas al sistema. El resultado es la obtención de reactores compactos, con volúmenes bastante inferiores a los digestores anaerobios convencionales y con una grado de estabilización de lodo.
Descargas que pueden ser tratadas por la vía anaerobia
En general todos los compuestos pueden ser degradados por la vía anaerobia, pero es más eficiente y más económico cuando los residuos son fácilmente biodegradable. La digestión anaerobia también a sido muy utilizada en el tratamiento de efluentes de industrias agrícola, alimenticias y de bebidas, tanto en los países en vía de desarrollo como en los desarrollados. La aplicabilidad dela tecnología anaerobia depende de forma más significativa de la temperatura del agua residual, debido a la baja actividad de los microorganismos anaerobios en temperaturas abajo los 20°C y la inviabilidad del calentamiento de los reactores, porque las aguas negras son más diluidas que los efluentes industriales, dando como resultado bajas tasas de producción volumétrica de gas metano, cuya utilización se vuelve antieconómica como fuente de energía para el calentamiento del reactor.
Principales ventajas y desventajas de los tratamientos anaerobios
Ventajas Desventajas
Baja producción de sólidos, cerca de 2 a 8 veces inferior que el de los procesos aerobios.
Bajo consumo de energía, generalmente debido al bombeo a la llegada de la planta, esto permite tener bajos costos operacionales.
Baja demanda de área Bajos costos de inversión (US$20- 30/hab.) Producción de biogás, el metano es un gas
combustible de alto poder calorífico. Preservación de la biomasa sin
alimentación del reactor, por varios meses.
Tolerancia de elevadas cargas orgánicas Aplicación en pequeña y gran escala Bajo consumo de nutrientes.
Baja remoción de patógenos, nitrógeno y fósforo.
Producción de efluente con aspecto desagradable y que generalmente no cumple con la normativa de descarga.
Posibilidad de trastornos por choques de carga orgánica e hidráulica, presencia de compuestos tóxicos y ausencia de nutrientes.
La bioquímica y la microbiología de la digestión anaerobia son complejas y requieren ser bien estudiadas.
La partida del proceso es lenta (4 a 6 meses) y generalmente requiere lodo para su inoculación.
Posibilidad de generación de malos olores y problemas de corrosión pero pueden ser controlados.
La digestión anaerobia como una Tecnología integrada de tratamiento
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 (crecimiento óptimo 6.6-7.4) Ac.volátiles – si pH sale de rango las metanogenicas se inhiben pero
las acidogénicas continúan su actividad (se generan >> ácidos volátiles) y el reactor se acidifica;
Alcalinidad – es 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.
Reactores anaerobios
Inhibición de las bacterias metanogénicas:
H2S HS-
S2-
pH
%
100
4 10 8 6 16
14 12
Sulfuro de hidrógeno: Es la forma más tóxica en que se puede encontrar el sulfuro.
H2S H+ + HS- 2H+ + S2-
Requisitos ambientales, Reactores Anaerobios - 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. La relación de nutrientes según Lettinga (1996) se indica en la tabla siguiente:
- Temperatura: Influye en la velocidad de metabolismo de las bacterias y en la solubilidad
de los sustratos. Existen dos rangos óptimos para la digestión anaerobia, en 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
Descripción DQO C N P
Bajo coeficiente de producción celular Y ≈ 0.05gSS/gDQO
1,000 5 1
330 5 1
Elevado coeficiente de producción celular Y ≈ 0.15gSSV/gDQO
350 - 5 1
130 5 1
Configuración de los Reactores anaerobios La selección de la configuración del reactor depende de: TDH, qc, 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 qc, 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 qc. Existen dos tipos de
reactores: de crecimiento disperso y de crecimiento adherido.
Retención de biomasa en los sistemas anaerobios Las células microbianas existen en una amplia faja de tamaños, formas y fases de crecimiento, individualmente, o agregadas en varias microestructuras, la forma de la biomasa tiene un efecto importante en la sobrevivencia de los organismos y la transferencia de nutrientes, consecuentemente en la eficiencia global del proceso de digestión anaerobia. La retención de la biomasa puede lograrse de las formas siguientes:
Retención por adhesión: La inmovilización por adhesión puede darse en superficies fijas (lecho fijo) o en superficies móviles (lecho expandido).
Retención por floculación: Las microestructuras floculadas pueden ser fácilmente separadas de la fase líquida.
Retención por granulación: Los gránulos anaerobios son agregados compactos de microorganismos, usualmente de 1 a 5 mm con elevada actividad metanogénica.
Retención intersticial: Este tipo de inmovilización de biomasa ocurre en los intersticios de los medios de soporte estacionarios, como en el caso e los reactores de lecho fijo.
Reactor anaerobio Inmovilización 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)
Clasificación de los reactores anaerobios
Digestores de lodos Sistemas convencionales Tanques sépticos
Lagunas anaerobias
Reactores de lecho fijo Con crecimiento Reactores de lecho rotatorio adherido Reactores lecho expandido/fluidificado Sistemas de alta Tasa Reactores de dos etapas Con crecimiento Reactores de pantallas disperso Reactores de manto de lodos Reactores con lecho granular expandido Reactores con recirculación interna
Digestores anaerobios de lodo Los digestores convencionales son utilizados principalmente para la estabilización de lodos primarios y secundarios, provenientes del tratamiento de las aguas residuales y para el tratamiento de efluentes industriales con elevada concentración de sólidos suspendidos. Como los digestores convencionales se destinan preferiblemente a la estabilización de residuos con elevada concentración de material particulado, la hidrólisis de los sólidos se puede convertir en la etapa limitante de todo el proceso. Debido a que no poseen medios específicos para la retención de biomasa en el sistema, el tiempo de retención hidráulica debe ser suficiente para garantizar la permanencia y la multiplicación de los microorganismos.
Características:
Diámetro = 6 a 38 m
Profundidad = 7 a 14m
Inclinación paredes de fondo = 1 :4
Cobertura = fija o móvil
Digestores anaerobios de baja carga No disponen de dispositivos de mezcla, siendo usualmente constituidos de un único tanque, donde ocurren simultáneamente la digestión, espesamiento del lodo y la formación de sobrenadante. Con el movimiento ascendente del biogás partículas de lodo y otros materiales flotantes son llevados a la superficie y constituyen una capa de espuma. Como resultado de la digestión, ocurre la estratificación de lodo debajo de la capa de espuma, configurándose cuatro zonas distintas en el reactor.
Zona de espuma Zona de sobrenadante Zona de digestión activa Zona de lodo estabilizado
qc = 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.
Digestor anaerobio de una etapa y alta carga Incorpora mecanismos suplementarios de calentamiento y mezcla, además de ser operados con tasas de alimentación uniformes y con espesamiento previo de lodo bruto, de forma de garantizar condiciones mas uniformes en todo el digestor. Como resultado el volumen del tanque es menor y la estabilidad del proceso mejorada. El tiempo de retención hidráulica es equivalente al tiempo de residencia celular ya que el sistema no dispones de mecanismos de retención de sólidos. Para conseguir la mezcla de lodo en el interior del digestor, pueden ser utilizadas diferentes técnicas, como recirculación de gas, recirculación y agitación de lodo, a través de mezcladores mecánicos.
qc = 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.
Tanque séptico El tanque realiza múltiples funciones de: sedimentación, digestión y de remoción de materiales flotantes, se comporta como un digestor de baja carga, sin mezcla y sin calentamiento. Es una de las principales alternativas para el tratamiento de aguas negras en pequeñas áreas no servidas por redes de alcantarillado. Su funcionamiento puede describirse de la manera siguiente:
Los sólidos presentes en las aguas negras se van al fondo del tanque, que forman la capa de lodo.
Los aceites grasas y materiales ligeros van a la superficie del tanque y forman la capa de espuma.
El agua negra con menos sólidos fluye entre la camada de sólidos y la espuma para salir en el extremo opuesto a la entrada y conducirse al post tratamiento.
El material orgánico retenido sufre una descomposición facultativa y anaerobia, que la transforma en compuestos más estables (CO2,CH4 y H2S).
La descomposición anaerobia produce una reducción continua del volumen de lodo depositado en el fondo del tanque. La acumulación de espuma y lodo produce una reducción del volumen del tanque por lo tanto debe ser periódicamente extraído y deshidratado.
Nueva generación de tanques sépticos Estos sistemas incorporan los principios de los reactores anaerobios de alta tasa, especialmente de los UASB y de los reactores híbridos.
Lagunas anaerobias Las lagunas anaerobias, usualmente combinadas con las lagunas facultativas (sistema australiano), constituyen una excelente alternativa para el tratamiento de aguas negras en países tropicales. Debido a sus grandes dimensiones y los elevados tiempos de retención hidráulica, la lagunas anaerobias se pueden clasificar como reactores de baja carga orgánica volumétrica (COV), su funcionamiento es bastante semejante a los tanques sépticos en vista que se llevan a cabo los mismos mecanismos de remoción, sin embargo debido a sus grandes dimensiones tiene algunas características diferentes que se indican a continuación.
Debido a los grandes volúmenes y las elevadas profundidades, no hay necesidad de la remoción sistemática de lodos. Debido a las grandes áreas, las lagunas generalmente son descubiertas, habiendo la
posibilidad de emanación de malos olores y de proliferación de insectos.
La nueva generación de lagunas considera la reducción del tiempo de retención hidráulica en torno a 1 a 2 días, el cual es menor que el tiempo de residencia celular mínimo de las bacterias metanogénicas acetoclásticas (3.3días).
Sistemas anaerobios de alta tasa En general son indicados para el
tratamiento de aguas residuales con bajo
contenido de Sólidos Suspendidos, 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;
qc 20 días;
Existe un manto de material inerte que
sirve como soporte para los
microorganismos, que van formando una
capa de biomasa adherida;
Parte de los microorganismos quedan
retenidos en los intersticios del manto;
El flujo de líquido por los intersticios del
manto genera la mezcla y el contacto
afluente-biomasa.
Biomasa adherida:
Reactores de lecho fijo (filtros anaerobios):
Filtro anaerobio
Filtro anaerobio de flujo descendente Los filtros de flujo descendente son más indicados para el tratamiento de descargas que tengan una elevada concentración de sólidos suspendidos. Los filtros ascendentes tienen la desventaja de acumular biomasa en el fondo y el medio de soporte, que pueden provocar la colmatación o la formación de caminos preferenciales.
Reactor anaerobio de lecho rotatorio 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;
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.
Reactor anaerobio de lecho expandido o
fluidificado
El reactor contiene un manto de material inerte que se mantiene expandido por la velocidad ascensional 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 partículas del lecho se vuelve libre en relación a las demás)
Lecho expandido: 10-20% Lecho fluidificado: > 30%
La expansión del lecho mejora el contacto afluente-biomasa y evita problemas de obstrucciones (como en filtros anaerobios).
Manto: arena, antracita, PVC, etc. con f
= 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 EXPANDIDOO FLUIDIF.
afluente
gas
Reactor Anaerobio de mamparas El reactor de mamparas se asemeja a un tanque séptico, con múltiples cámaras en serie y con dispositivos más eficaces de alimentación a las diferentes cámaras. Para conseguir esta configuración el reactor esta equipado con pantallas verticales que le imponen un movimiento secuencial descendente ascendente, para garantizar un mayor contacto del agua residual con la biomasa presente en el fondo de la unidad. Este reactor no tiene separador de gases, por lo tanto tiene una menor profundidad, que facilita su construcción enterrado y reduce los costos de construcción. En este tipo de reactor puede ocurrir una excesiva pérdida de sólidos, en caso de que reciba grandes picos de caudal.
Reactor anaerobio Alta Tasa(UASB, RAFA, DAFA)
Biomasa suspendida
No posee material inerte como soporte para la biomasa. La inmovilización de los microorganismos 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 M. Orgánica 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.
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 movimiento ascendente de las burbujas de gas y del flujo de líquido a través del reactor. En general qc > 30 días, por lo
que el lodo excedente descartado ya se encontrará estabilizado.
Consideraciones generales, reactores UASB Se deben garantizar bajas velocidades en los compartimientos de
digestión y sedimentación para retener la biomasa en el sistema (área superficial para asegurar esas velocidades).
Para favorecer la sedimentación del lodo en la cámara de sedimentación puede ser necesario aumentar el área superficial (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 área superficial. uniforme o variable
Parámetros cinéticos Tiempo de retención hidráulica:
Es el tiempo de retención hidráulica en sistema, cuyo volumen de líquido que entra es el mismo que sale, puede ser calculado de la manera siguiente: Donde:
t = tiempo de retención hidráulica, en horas V = volumen del reactor, en m3
Q = caudal, en m3/d
Tiempo de retención Celular: Es el tiempo medio de permanencia de los sólidos biológicos en el sistema (edad del lodo). Para sistemas operando en estado estacionario, la cantidad de sólidos retirados del sistema es igual a la cantidad de sólidos producidos. La edad de lodo puede ser expresada como: Donde:
Ɵc = tiempo de residencia celular o edad de lodo, en días; V = volumen del reactor; X = concentración de microorganismos, en mg/L; dX/dt = tasa de generación de microorganismos, en mg/L.d.
Si no existe mecanismo retención de sólidos: qc = TDH Si existe mecanismo retención desólidos: qc > TDH
Tiempo de residencia celular mínimo El tiempo que una célula bacteriana permanece en el sistema de tratamiento debe ser superior al necesario para que se pueda duplicar. Caso contrario la célula será barrida del sistema antes de que se pueda multiplicar, conduciendo a una progresiva reducción de la concentración de la biomasa en el reactor. Para sistemas que operan con elevados tiempos de retención celular como los reactores anaerobios, el decaimiento bacteriano debe ser tomado en consideración. En estas condiciones el tiempo de residencia celular mínimo puede ser calculado de dos maneras: Donde:
Ɵc = tiempo de residencia celular mínimo, en días; K = dS/(X*dt) = tasa especifica de utilización de sustrato, gDQO/gSSV.d; Y = coeficiente de producción de biomasa, en gSSV/gDQOremov; Kd = coeficiente de respiración endógena(d-1) µ = tasa de crecimiento especifico, d-1
Para aumentar qc se puede: - Recircular parte de los lodos - Inmovilizar la biomasa: soporte de material inerte, manto de lodos
Parámetros de diseño, reactores UASB Carga orgánica volumétrica:
COV = Q.S/V COV < 15 kgDQO/m3.d
Donde:
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 la COV < 2.5-3 kgDQO/m3.d. Carga hidráulica volumétrica:
CHV = Q/V = 1/TDH CHV < 5 m3/m3.d (TDH>4.8 hs)
Donde: CHV = carga hidráulica volumétrica (m3 /m3.d)
Q = caudal afluente (m3/d)
V = volumen del reactor (m3)
TDH = tiempo de retención hidráulico (d)
Observaciones sobre reactores UASB
- Si se diseña con TDH menores, puede producirse la pérdida excesiva de biomasa del sistema, con la reducción de qc.
- 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
REACTORES UASB
Carga biológica (carga de lodo): Es la Materia Orgánica aplicada diariamente al reactor por unidad de biomasa presente. La carga biológica máxima depende de la actividad metanogénica del lodo. CB = Q.S/M Donde: CB = carga biológica (kgDQO/kgSSV.d)
Q = caudal afluente (m3/d)
S = concentración de sustrato afluente (kgDQO/m3)
M = masa de microorganismos en el reactor (kgSSV/m3)
En la partida de reactores anaerobios la Carga Biológica será baja,
del orden de CB= 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
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:
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 suficiente 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.
REACTORES UASB
Esquemas para tanque circular o rectangular:
REACTORES UASB
Tubos de distribución: f 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: f 40-50mm; número de tubos (Nd): 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.
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.
REACTORES UASB
Ai
Qgas
REACTORES UASB Separador de gases, sólidos y líquidos: Separación de sólidos: - Sedimentador:
- profundidad de la cámara de sedimentación 1.5-2 m (0.3
Vertical) - Tasa de aplicación superficial y tiempo de retención según:
- paredes del sedimentador serán inclinadas (>45°)
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
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)
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
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 f > 100mm):
junto al fondo del reactor. 1-1.5 m encima del fondo
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):
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 (>qc) 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)
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)
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
FILTROS ANAEROBIOS
Parámetros de diseño:
Calidad del efluente final: estimada la eficiencia puede calcularse la calidad prevista del efluente: S = So - (ExSo/100) Donde:
S= concentración de DQO o DBO en el efluente, mg/L. So = concentración de DQO o DBO en el afluente, mg/L. E = eficiencia de remoción de DQO o DBO, en %.
Sistema descarte lodo: Para evitar colmataciones del medio soporte puede realizarse una purga periódica de lodos.
Funcionamiento de Reactores Anaerobios
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 qc, 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 para el post tratamiento dependerá de la concentración de sólidos suspendidos en el afluente y la normativa vigente.
Reactores 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. Reactor anaerobio + Reactor anaerobio: Fosa séptica + Filtro anaerobio en la fosa séptica se retiene y degrada la fracción particulada de la Materia orgánica 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 tratamiento aerobio posterior se logra remover MO remanente y otros elementos, obteniendo efluente de alta calidad.
Reactores combinados UASB + Lagunas de maduración
UASB + Lodos activados
