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PROCESOS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS
Los procesos biológicos anaerobios emplean bacterias facultativas o
estrictamente anaerobias para descomponer la materia orgánica
biodegradable en ausencia de oxígeno
o Es preciso que no existan como aceptores de electrones ni el
oxígeno molecular ni los nitratos
o Los productos finales son principalmente metano y dióxido de
carbono (también pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno y
amoniaco entre otros)
o Se genera poca biomasa con lo que la producción de lodos es
pequeña
o Se precisa operar a temperaturas por encima de la ambiente
o En general es adecuado para mayores cargas orgánicas que el
tratamiento aerobio.
VENTAJAS
Permite tratar aguas con alta
carga orgánica
Se generan pocos lodos
Se produce CH 4 aprovechable
( 0 , 35 nm
3
/kg DQO
eliminada)
Se ahorra la energía de
aireación
DESVENTAJAS
Requiere TRC altos (gran V de reactor) Suele requerir calefacción adicional Muy sensible a los cambios Reacciones poco conocidas
APLICACIONES
ARU: Estabilización de lodos biológicos ARI: Residuos industriales con gran contenido en materia orgánica biodegradable (industria alimentaria, papel) y algunos residuos peligrosos (cresoles, fenoles, organoclorados)
Etapas en la producción de metano a partir de residuos orgánicos
pH Muy importante su control porque debe de permitir el desarrollo de las bacterias acidogénicas (pH 5 - 7 ) y metanogénicas (pH 6 - 8 ) TEMPERATURA En digestión anaerobia se emplean normalmente temperaturas mesófilas ( 30 - 40 ºC) (más frecuentemente) o termófilas ( 50 - 60 ºC) Necesidad de calefacción ACIDEZ VOLÁTIL Un aumento de la concentración de ácidos orgánicos es indicativo de que el proceso no se está realizando la metanogénesis adecuadamente. Reaccionan con los ácidos orgánicos y se desprende CO 2 que aumenta su proporción en el biogas
PARÁMETROS AMBIENTALES
HA NaHCO 3 NaA H 2 O CO 2
PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN
INÓCULO INICIAL Y FASE DE ARRANQUE
Las bacterias anaerobias crecen muy lentamente con lo que hacen falta altas concentraciones iniciales y largos periodos de adaptación (pueden llegar a durar meses) NUTRIENTES Los requerimientos de N y P son inferiores que en el tratamiento aerobio; DBO 5 :N:P = 100 : 0 , 5 : 0 , 1 ) TIEMPO HIDRÁULICO DE RESIDENCIA (THR) Son superiores a los necesarios en los tratamientos aerobios (mayores tamaños de reactor) PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS Se produce teóricamente 0 , 35 Nm 3 CH 4 / kg DQO eliminada El biogas está constituido mayoritariamente por CO 2 ( 30 - 40 %) y CH 4 ( 60 - 70 % ) y pequeñas cantidades de SH 2 y NH 3 Q V Caudal Volumen reactor THR r
REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS CONVENCIONALES:
o No hay dispositivos de
mezcla.
o El líquido crudo ingresa en la
zona de digestión.
o En la superficie se forma
una capa de espuma
favorecida por el gas que
asciende arrastrando lodo y
flotantes.
o Se purgan periódicamente
sobrenadante y lodo
digerido.
o Volumen útil reactor = aprox
50 % del vol.total del
digestor
Digestores anaerobios de baja carga:
LODO DIGERIDO LODO EN DIGESTION SOBRENADANTE ESPUMA efluente crudo líquido sobren. lodo digerido gas
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.
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 gas
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:
afluente efluente
REACTORES ANAEROBIOS
SISTEMAS DE ALTA TASA:
Biomasa suspendida
Reactores de manto de lodos (UASB-RAFA-DAFA):
- 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
TRATAMIENTO CON BIOMASA EN SUSPENSIÓN
DIGESTIÓN ANAEROBIA CONVENCIONAL
mezclado sin
recirculación de sólidos
- TRH > 10 días
- T ~ 35 ºC
- Agitación mecánica o por
recirculación del biogas.
segunda etapa sin
calefacción ni agitación
para separar los sólidos
APLICACIONES Fangos o residuos con alta concentración en sólidos DIGESTOR ANAEROBICO Q V THR TRC
- Es una modificación del tratamiento convencional que incorpora la recirculación de sólidos
- Tras la digestión la mezcla se separa por sedimentación o flotación y el fango anaerobio se recircula
- TRH = 1 - 7 días menor volumen de reactor
- Adecuado para residuos con concentraciones de sólidos no muy elevadas (p.ej. agua residuales de industria alimentaria)
PROCESO ANAEROBIO DE CONTACTO
Diseño de reactores de primera generación
Diseño de reactores de segunda generación )
Planta de tratamiento UASB
TRATAMIENTO CON BIOMASA FIJA
LECHOS FIJOS (FILTRO ANAEROBIO) Análogos a los sistemas de lecho fijo aerobio, consisten en un lecho con relleno, que puede ser de distintos materiales y geometrías, sobre el que se fijan las bacterias anaerobias Dado que las bacterias no son arrastradas por el efluente, se pueden conseguir altos tiempos de retención celular con bajos tiempos de retención hidráulica Se puede trabajar con temperaturas más bajas y residuos más diluidos Pueden ser de flujo ascendente o descendente
