Reactores anaerobicos

TRATAMIENTO MEDIANTE

REACTORES ANAEROBIOS

Curso Tratamiento de Aguas ResidualesAño 2002


INTRODUCCION

BIBLIOGRAFIA:

- “Reatores anaeróbios” Carlos Augusto De Lemos

- "“Introduction to Wastewater Treatment Processes” Ramalho

- “Manual de disposición de aguas residuales” Tomo II. Programa de Salud Ambiental – CEPIS, OPS, OMS

- “Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposicao controlada no solo” Coordinador: José Roberto Campos - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB).

- “Proyecto y operación de filtros anaeróbios para tratamiento de efluentes líquidos industriales” José Roberto Campos - Módulo del Taller Regional y Conferencia sobre Tratamiento Anaeróbio de Aguas Residules en América Latina (México, 1990)


Los reactores anaerobios pueden ser utilizados para tratar efluentes domésticos o industriales con altas cargas orgánicas.

Pueden utilizarse solos o con unidades de pos-tratamiento para producir un efluente final adecuado para su disposición final.

Comparación con tratamientos aerobios:

Ventajas: - bajo consumo de energía; no se requiere aporte de O2

- posibilidad de recuperar y utilizar CH4 como combustible (caro)- el lodo obtenido es un lodo ya estabilizado

Desventajas: - largo período de arranque si no se utiliza inóculo (4-6 meses)- sensibilidad a variación de condiciones ambientales- menor efliciencia en remoción de MO (aprox.80%)


GENERALIDADES:


MO - compuestos orgánicos complejos(carbohidratos, proteínas, lípidos) Hidrólisis

Acidogénesis

acetato + H2 + CO2

CH4 + CO2

Acetogénesis

Metanogénesis

compuestos orgánicos simples(azúcares, aminoácidos, etc)

ácidos orgánicos(acetato, propianato, butirato, etc)

Hidrólisis:Hidrólisis: los compuestos orgánicos complejos (material particulado) son transformados en material disuelto más simple, por medio de enzimas producidas por bacterias fermentativas.

Acidogénesis:Acidogénesis: los productos solubles son convertidos en ácidos grasos volátiles, CO2, H2, H2S, etc, por la acción de las bacterias fermentativas acidogénicas.

Acetogénesis:Acetogénesis: los productos generados en la etapa anterior son transformados en sustrato para las bacterias metanogénicas.

Metanogénesis:Metanogénesis: finalmente se produce metano a partir de acetato (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y de H2S y CO2 (bacterias metanogénicas hidrogenotróficas).

H2S + CO2

Sulfurogénesis:Sulfurogénesis: cuando hay sulfatos las bacterias sulfato reductoras compiten por el sustrato con las demás (se genera H2S y baja prod.CH4, hay problema de olores e inhibición).

DIGESTION ANAEROBIA:


- 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 (crecim.óptimo ≅ 6.6-7.4)Ac.volátiles – si pH sale de rango las metanog.se inhiben pero las

acidogénicas continúan su actividad (se generan >> ác.volátiles) y el reactor se acidifica

Alcalinidad – 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.

Inhibición de las bacterias metanogénicas:

Sulfuro de hidrógeno: Forma más tóxica en que se puede encontrar el sulfuro.

H2S H+ + HS- 2H+ + S2-

H2S HS- S2-

pH

%

100

4 1086 161412


REQUISITOS AMBIENTALES:

- 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.

- Temperatura: Influye en la velocidad de metabolismo de las bacterias y en la solubilidad de los sustratos. Existen dos rangos para 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


TRATABILIDAD DE LOS EFLUENTES:

Para escoger el tratamiento más adecuado y evaluar la prod.de sólidos biológicos, metano, etc, se deben conocer las caract.del líquido a tratar: DBO, DQO, pH, alcalinidad, contenido de nutrientes, temperatura, presencia de compuestos tóxicos.

Los compuestos presentes en el afluente pueden ser clasificados como de degradación fácil, difícil o no degradables.

Balance de DQO en el proceso de degradación:

DQO total

DQO bd

DQO rec

DQO cel

DQO AGV

DQO rec

DQO cel

DQO AGV

DQO CH4

DQO rec

DQO rem

DQO no rem

La DQO total afluente puede ser dividida en la porción biodegradable DQObd (que puede ser degradada biológicamente en condiciones anaerobias) y la que no puede ser degradada por las bacterias (DQO recalcitrante)

La MO biodegradable será consumida por los microorg. fermentativos, siendo convertida en células y ác. grasos volátiles.

La mayor parte de los ác. grasos volátiles serán finalmente transformados en CH4


La remoción de DQO se da en la etapa final metanogénica, donde se forma CH4 (muy poco soluble). La MO inicial termina siendo liberada a la atmósfera en forma de CH4, reduciendo así el contenido orgánico del efluente.

Estimación de la producción de CH4:

Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:

En el proceso de degradación de la MO se libera CH4, el cual será luego oxidado a CO2 y H2O para completar el ciclo del carbono. Ejemplo – degrad. de la glucosa bajo condiciones anaerobias:

C6H12O6 3CO2 + 3CH4

Para evaluar la demanda de oxígeno del proceso se deben considerar los productos generados (CO2, CH4). Como el CO2 se encuentra ya en la forma más oxidada, la única demanda de oxígeno será la correspondiente a la oxidación del CH4.

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O(16gr) (64gr) (44gr) (36gr)

De la ecuación surge que 1 mol de CH4 requiere 2 moles de O2 para su completa oxidación. Para el caso de la glucosa se tendrá que por cada mol de glucosa se generan 3 moles de CH4 (48 gr) que requieren de un consumo de 192 gr de O2 para su oxidación, siendo entonces la demanda de oxígeno igual a 192 gr (se remueven 192 gr de DQO).

En resumen, cada 16 gr de CH4 producido y liberado se consumen 64 gr de O2 (se remueven 64 gr de DQO).


Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:

Entonces puede determinarse la producción de metano a partir de la remoción de DQO en el proceso:

VCH4 = DQOCH4 / k(T) K(T) = K.P / R(273+T) Con: VCH4 = volumen de CH4 liberado (l)

DQOCH4 = DQO convertida en metano (grDQO removido)K = gr DQO por 1 mol de CH4 (64 grDQO / molCH4)R = cte. de los gases (0.08206 atm.l/mol.°K)P, T = presión atmosférica (atm) y temperatura (ºC)

Finalmente, considerando que el gas producido se compone de: 75-80% CH4 y 20-25% CO2, puede estimarse la producción total de gas en el proceso.


Crecimiento bacteriano:

La velocidad de crecimiento de los microorganismos es proporcional a la vel.utilización de sustrato: dX/dt = Y . dS/dt

La velocidad de crecimiento de los microorganismos es proporcional a la conc.de microorg. y depende del sustrato:

- Cuando el crecimiento se da sin limitaciones: dX/dt = µ . X- Cuando existen limitaciones del sustrato presente: µ = µmáx . S/(Ks+S) dX/dt = µmáx . S/(Ks+S) . X

Siendo: X = microorganismos (mg SSV/l)S = concentración de sustrato (mgDQO/l) Y = prod.biomasa por unidad sustrato (mgSSV/mgDQO) µ = vel.crecimiento celular (d-1)

µmáx = vel.crecimiento máxima (d-1)Ks = cte.saturación de sustrato (S para µ = 0.5µmáx)

CINETICA DE LA DEGRADACION ANAEROBIA:

Decaimiento bacteriano: dX/dt = -Kd . X con Kd = coef.de respiración endógena (d-1)

Crecimiento resultante:

dX/dt = µmáx . S/(Ks+S) . X - Kd . X

Siendo:X = microorganismos (mg SSV / l) µ = tasa crecimiento (d-1) µmáx = tasa crecimiento máxima (d-1) S = concentración de sustrato limitante (mg/l) Ks = oncentración de sustrato para la cual µ = 0.5µmáx


Producción de sólidos:

La producción de biomasa (o crecimiento bacteriano) puede ser expresado en función de la utilización de sustrato. Cuando más sustrato sea asimilado, mayor será la tasa de crecimiento bacteriano.

dX/dt = Y . dS/dt Y = coef.prod.biomasa (mgSSV/mgDQO)

Por lo tanto la prod.de sólidos será: dX/dt = Y.dS/dt - Kd.X

Tasa de utilización de sustrato:

Expresa la capacidad de conversión de sustrato por la biomasa, por unidad de tiempo:

dS/dt = 1/Y . dX/dt entonces: dS/dt = µmáx . S/(Ks+S) . X/Y

CINETICA DE LA DEGRADACION ANAEROBIA:

Tiempos de retención: Tiempo de ret.hidráulica: TDH = V/Q

Tiempo de ret.celular: tiempo medio de permanencia de los sólidos biológicos en el sistema (edad del lodo)

θc = masa sólidos sist. / masa sólidos retirada por unid.t En estado estacionario: θc = V.X / (V.dX/dt)

Si no existe mecanismo ret.sólidos: θc = TDHSi existe mecanismo ret.sólidos: θc > TDH


PARAMETROS DEL PROCESO:

θcθc mín

Se

So

Existe un θc mínimo necesario para que se desenvuelva la digestión anaerobia. 1/θc = 1/X . dX/dt = µmáx.S/(Ks+S) - Kd 1/θcmín = µmáx.So/(Ks+So) - Kd

Para aumentar θc se puede:

- Recircular parte de los lodos

- Inmovilizar la biomasa: soporte de material inerte, manto de lodos

RA QQ

recirculación purga

Coeficientes cinéticos:

Se debe tener cuidado al aplicar los valores de la tabla ya que los mismos no se ajustarán al funcionamiento del real del reactor (características del tipo de sustrato, la población bacteriana y las condiciones ambientales)


población µm (d-1)

Y (gSSV/gDQO)

acidogénicas 2.0 0.15

metanogénicas 0.4 0.03

bacteriana

pobl.mixta 0.4 0.18

Ks (mgDQO/l)

200

50

---

tasa metaboliz. (gDQO/gSSV.d)

13

13

2


EVALUACION DE LA ACTIVIDAD MICROBIANA:

El desempeño del proceso de tratamiento anaerobio depende del mantenimiento, dentro de los reactores, de una biomasa adaptada, con elevada actividad microbiológia.

Para evaluar la actividad microbiana se utiliza el test de AME (Actividad Metanogénica Específica), con el cual se determina la capacidad de la biomasa para convertir sustratos en CH4 y CO2.

Test de AME:

Ensayo de laboratorio donde se mide el metano liberado, por desplazamiento de volumen (es una medida indirecta).

Se intenta repetir el proceso de degradación anaerobia del lodo, en un recipiente de ensayo, para evaluar la producción de metano. El ensayo se realiza en condiciones estandar.

Test de AME:

Descripción del test:- medir sólidos volátiles del lodo a evaluar- colocar lodo + nutrientes en frasco reacción- purgar el O2 (con N2 gas) y agregar el sustrato- agitar y registrar vol.gas a lo largo del tiempo

CO2 : se disuelve en la solución de NaOHCH4 : burbujea (desplaza NaOH a la probeta)

Test de AME:

Insumos necesarios para el test: - lodo anaerobio a evaluar- sustrato orgánico (acetato de sodio)- solución de nutrientes- disp.controlador de temp.(estufa, baño maría) - dispositivo de mezcla (agitador)- dispositivo de medición de producción de gases

biogas

sol. de NaOH

lodo nutr. sustr.

biogas

frasco de reacción

probeta graduada


CONFIGURACION DE REACTORES:

La selección de la configuración del reactor depende de: TDH, θc, 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 θc, 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 θc. Existen dos tipos de reactores: de crecimiento disperso y de crecimiento adherido.


Inmobilización 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)


FUNCIONAMIENTO DE REACTORES:

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 θc, 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 que habrá frente a altas concentraciones de sólidos suspendidos en el afluente.


SISTEMAS CONVENCIONALES:

Lagunas anaerobias:Funcionan como reactor y sedimentador conjunto.

Fosas sépticas:Predominan los mecanismos de sedimentación, depositándose el lodo en el fondo donde se da la mayor parte de la remoción de materia orgánica.

Digestores anaerobios:Son tanques circulares cubiertos, con pendiente de fondo para favorecer el retiro de los sólidos sedimentados. La cubierta del reactor puede ser fija o flotante.Se emplean para aguas residuales con alta concentración de sólidos suspendidos, lodos (1arios y 2arios).La etapa de hidrólisis puede volverse la etapa limitante (temp.óptima para la hidrólisis: 25-35ºC).



- No hay dispositivos de mezcla.

- El líquido crudo ingresa en la zona de digestión.

- En la superficie se forma una capa de espuma favorecida por el gas que asciende arrastrando lodo y flotantes.

- Se purgan periódicamente sobrenadante y lodo digerido.

- Volumen útil reactor = aprox 50% del vol.total del digestor

Digestores anaerobios de baja carga:

θc = 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.LODO

DIGERIDO

LODO EN DIGESTION

SOBRENADANTE

ESPUMA

efluentecrudo

líquido sobren.

lodo digerido

gas



Digestores anaerobios de alta carga:- Cuentan con mecanismos de mezcla y calentamiento.

- Admiten cargas mayores y los volúmenes requeridos son menores.

- El proceso es más estable

θc = TDH 15-20 días

Carga sólidos

1.6-3.2 kgSSV/m3.d

Vol. reactor

37-57 l/hablodo 1ario

74-113 l/hablodo 1ario+ lodo act.

LODO DIGERIDO

LODO EN DIGESTION

efluentecrudo

lodo digerido

gas

control temp


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.

- Parte de los microorg. 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

afluentecrudo

líquido sobren.

lodo descaratado

gas - En general son indicados para el tratamiento de aguas residuales con bajo contenido de SS, 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− θc ≅ 20 días


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.


- 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.

afluente

efluente



- El reactor contiene un manto de material inerte que se mantiene expandido por la velocidad ascencional 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 partíc. del lecho se vuelve libre en relación a las demás)

Lecho expandido: 10-20%Lecho fluidificado: > 30%

Reactores de lecho expandido o fluidificado (RALF):

- La expansión del lecho mejora el contacto afluente-biomasa y evita problemas de obstruciones (como en filtros anaerobios).

- Manto:- arena, antracita, PVC, etc con φ = 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



Biomasa suspendida

Reactores de manto de lodos (UASB-RAFA-DAFA):

- No posee material inerte como soporte para la biomasa.

- La inmobilización de los microorg. 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 MO 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.

CAPA DE LODO

efluente

MANTO DE LODO

afluente

gas


SISTEMAS 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.

Desinfección de efluentes anaerobios:Lagunas de maduración

para reducir el contenido de microorganismos patógenos

Disposición en el suelo se puede lograr la remoción de los patógenos antes de alcanzar los cuerpos de agua

Desinfección con cloro (generación de subproductos indeseables), con ozono (costo elevado)

Reactor anaerobio + Reactor anaerobio:Fosa séptica + Filtro anaerobio

en la fosa séptica se retiene y degrada la fracción particulada de la MO por sedimentación, mientras que la fracción soluble es tratada en el filtro anaerobio

UASB + Filtro anaerobioel 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 tratam.aerobio posterior se logra remover MO remanente y otros elem, obteniendo efluente de alta calidad.

REACTORES UASB

DISEÑO DE 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 mov. ascendente de las burbujas de gas y del flujo de líquido a través del reactor.

En la zona superior hay un separador de gases-sólido-líquido, que ayuda a retener el lodo dentro del reactor.

Sobre el separador se ubica el sedimentador donde el lodo sedimenta y vuelve al compartimiento de digestión.

En general θc > 30 días, por lo que el lodo excedente descartado ya se encontrará estabilizado.

REACTORES UASB

- Se deben garantizar bajas velocidades en los compartimientos de digestión y sedimentación para retener la biomasa en el sistema (Asup. para asegurar esas vel.)

- Para favorecer la sedimentación del lodo en la cámara de sedimentación puede ser necesario aumentar el Asup. (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 Asup. uniforme o variable

Consideraciones generales:

REACTORES UASB

Carga orgánica volumétrica:COV = Q.S/V COV < 15 kgDQO/m3.d

Con: 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 < 2.5-3 kgDQO/m3.d.

Carga hidráulica volumétrica: CHV = Q/V = 1/TDH CHV < 5 m3/m3.d (TDH>4.8 hs)

Con: CHV = carga hidráulica volumétrica (m3 /m3.d)Q = caudal afluente (m3/d)V = volumen del reactor (m3)TDH = tiempo de retención hidráulico (d)

Criterios de proyecto:

REACTORES UASB

Observaciones:

- Si se diseña con TDH menores puede producirse la pérdida excesiva de biomasa del sistema, con la reducción de θc.

- 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/CHVQ.S/COV

REACTORES UASB

Carga biológica (carga de lodo): CB = Q.S/M

Con: CB = carga biológica (kgDQO/kgSSV.d)Q = caudal afluente (m3/d)S = concentración de sustrato afluente (kgDQO/m3)M = masa de microorg. en el reactor (kgSSV/m3)

Es la MO aplicada diaramente al reactor por unidad de biomasa presente. La carga biológica máxima depende de la actividad metanogénica del lodo.

En la partida de reactores anaerobios CB será baja, del orden de 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 suficiete 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.

A continuación se verán los parámetros de diseño para cada uno de los componentes del sistema (canaletas y tubos de distribución).

REACTORES UASB

Esquemas para tanque circular o rectangular:

REACTORES UASB

Esquemas para tanque circular o rectangular:

REACTORES UASB

Canaleta de distribución:

La canaleta de distribución se ubica en la zona superior del reactor y alimenta los tubos de distribución. Conviene que la canaleta se divida en compartimientos, en cada uno de los cuales se ubique un tubo de distribución (mejor respuesta frente a obstrucciones)

REACTORES UASB

Tubos de distribución:

- φ ≅ 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: φ ≅ 40-50mm

- número de tubos: se determina en función del A del reactor y del área de influencia de cada distribuidor (Ad).Nd = A / Adpara líquidos domésticos se puede asumir Ad = 1.5-3 m2

REACTORES UASB

Separador de gases, sólidos y líquidos:

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


Separación de sólidos:

- Sedimentador:- profundidad de la cámara de sedimentación 1.5-2 m- tasade aplicación superficial y tiempo de retención según:

- paredes del sedimentador serán inclinadas (>45°)

- 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)

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

REACTORES UASB


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 mH 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 φ > 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 (>θc) 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)

Sistema descarte lodo:Para evitar colmataciones del medio soporte puede realizarse una purga periódica de lodos.

FOTOS DE REACTORES ANAEROBIOS

REACTORES UASB:


REACTORES UASB:


REACTORES UASB:

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Reactores anaerobicos