International Conference about Anaerobic Treatment of Urban and Industrial Wastewater on Faculty of Environmental Engineering and Natural Resource (FIARN-UNAC). Speaker: Dr. Fernando Fernandez-Polanco Fernandez de Moreda (Professor of Valladolid University, Spain).
1. Facultad de Ingeniería Ambiental y Recursos Naturales
Depuración Anaerobia de Aguas Residuales
Fernando Fdz-Polanco
Dpto. Ingeniería Química y
Tecnología del Medio Ambiente
Universidad de Valladolid
2. PROCESOS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS
1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
2. FACTORES DE OPERACIÓN
3. CONFIGURACIÓN DE REACTORES
4. PARÁMETROS DE DISEÑO
5. TRATAMIENTO INTEGRADO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
3. 1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
CH4 + CO2
(biogás)
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
M.O.
SUSTRATO
(líquido) (sólido)
M.O. NO DEGRADADA
(líquido)
C5H7NO2
PRINCIPIO DE
CONSERVACIÓN
DE MATERIA
4. 5. TRATAMIENTO INTEGRADO
AEROBIO ANAEROBIO
CH3COOH + 2 O2 ® 2 CO2 + 2 H2O
+ ENERGÍA
CH3COOH ® CO2 + CH4
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
+ 2 O2
CO2 + 2 H2O + ENERGÍA
pérdidas
mantenimiento
síntesis
100% E sustrato
pérdidas
productos
mantenimiento
síntesis
100% E sustrato
5. 1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
residuo particulado complejo y biomasa inactiva
hidratos de C proteínas lípidos
azucares aminoácidos AGCL
propionato VaH BuH
acetato CO2 H2
CH4
inertes
particulados
inertes solubles
acidogénesis de azucares
acidogénesis de aminoácidos
acetogénesis de AGCL
acetogénesis de propionato
acetogénesis de VaH y BuH
metanogénesis acetotrófica
metanogénesis hidrogenotróf.
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
6. enzimas extracelulares
1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
reacciones intracelulares
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
7. 1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
M.O.
AGV
acetato
CH4
•crecimiento lento
•sensibles
•características críticas
M.O.
AGV
acetato
CH4
ACUMULACIÓN!!
- acidificación
- toxicidad
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
9. 1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
nitrógeno
bacterias
fijadoras de N2
proteína
vegetal
muerte excreciones
2. ANÓXICO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
proteína
animal
bacterias
desnitrificantes
nitratos
alimento
nitritos
compuestos
de amonio
absorción por plantas
bacterias
nitrificantes
(Nitrobacter)
bacterias nitrificantes
(Nitrosomonas)
muerte
bacterias
fijadoras de N2
NKT ® N-NH4
+
1. AEROBIO
10. 1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
1. ANAEROBIO
Poli-P
Pi+E
HSCoA
moléculas
CoA
orgánicas simples
Ciclo
TCA
NADH2
NAD
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
PHB
Pi
2. AEROBIO O
ANÓXICO
O2 o NO3
-
Pi PHB
HSCoA
CO2
ADP+Pi
H2O o N2
ATP
11. PROCESOS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS
1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
2. FACTORES DE OPERACIÓN
3. CONFIGURACIÓN DE REACTORES
4. PARÁMETROS DE DISEÑO
5. TRATAMIENTO INTEGRADO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
12. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
ARRANQUE
pH, ALCALINIDAD Y AGV
NUTRIENTES
INHIBIDORES
TEMPERATURA
MEZCLA
BIOGÁS
Biodegradación rápida
Producción de biogás
Elevado crecimiento
Estabilidad
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
13. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
1. ARRANQUE
residuo particulado complejo
hidratos de C proteínas lípidos
azucares aminoácidos AGCL
propionato VaH BuH
acetato CO2 H2
CH4
residuo complejo
hidrólisis +
fermentación
acetato H2
metanogénesis
CH4
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
14. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
1. ARRANQUE
residuo complejo
hidrólisis +
fermentación
acetato H2
metanogénesis
CH4
EQUILIBRIO ENTRE AMBAS ETAPAS
¿CÓMO SE REALIZA EL ARRANQUE?
1. inóculo adecuado (lento crecimiento
Þ cuanto más mejor)
2. agua
3. temperatura
4. tamponar para evitar caída de pH
5. MO de modo que no se forme más de
2-4 g/L AGV manteniendo pH 6.8-7.6
6. control diario de pH y AGV(AcH, PrH,
BuH, IBuH por cromatografía)
7. 108-109 microorganismos/mL reactor
8. 1 a 4 meses Þ mayor estabilidad
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
15. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
2. pH Y ALCALINIDAD (6.6-7.6 problemas de acidificación)
primera etapa
acidogenesis
sseegguunnddaa eettaappaa
generación
AGV
disminución pH aumento pH
proceso global
pH constante
AcH Û Ac- + H+
Ac- H+
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
Ac- H+
AcH
Consumo
AGV
16. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
2. pH Y ALCALINIDAD (6.6-7.6 problemas de acidificación)
CO (g) «
CO (ac)
2 2
CO (ac) + H O «
H CO
2 2 2 3
-
H CO « HCO +
H
2 3 3
= +
+
-
3
HCO « CO +
H
3
K 38 atm/mo l(35ºC)
= =
H
[CO (g)]
2
[H CO *]
2 3
H CO * = CO (ac) +
H CO
2 3 2 2 3
7
-
K = 5 × 10 (35ºC) Þ pK =
6.3
11
a,1
a,1
-
K = 6 × 10 (35ºC) Þ pK =
10.2
a,2
a,2
100
% H2CO3 HCO3- CO3=
80
60
40
20
0
0 2 4 6 8 10 12 14 pH
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
17. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
2. pH Y ALCALINIDAD
ALCALINIDAD es la capacidad del agua para neutralizar ácidos.
Es la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de un agua (mg CaCO3/L)
Relación pH/alcalinidad/CO2
alcalinidad
50000
pH = pK + log
a,1 2
[CO ]
H
K
pH>6.5 500-900 mg CaCO3/L 24-45% CO2
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
en el biogás
2 3
-
HA + HCO3 « A + H CO Efecto de los AGV -
Neutralización cal Ca(OH)2 NaHCO3 no tiene problemas pero es caro y toxicidad del Na
Na2CO3 NaOH
NH3 toxicidad
NH4HCO3
más barato
formación de CaCO3
consumo de CO2 Þ vacío
hidróxidos y carbonatos:
consumo de CO2 Þ vacío
18. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
3. NUTRIENTES • efluente urbano
• efluente agroalimentario
• efluente industrial (estudios de laboratorio)
DOSIS
estequiometría
N Þ 12% peso celular
P Þ 2% peso celular
S Þ 2% peso celular
- SO4
= presente en el AR
- adición sin exceso
- sulfuro metálico insoluble
trazas para activación enzimática
- Fe, Co, Ni
cationes comunes
- presentes en las aguas
- 40-60 mg/L
- evitar desequilibrio entre ellos
mg/g DQO exceso
mg/L adición
N 5-15 50 NH3, NH4Cl, NH4HCO3
P 0.8-2.5 10 NaH2PO4
S 1-3 5 MgSO4· 7 H2O
Fe 0.03 10 FeCl2· 4 H2O
Co 0.003 0.02 CoCl2· 2 H2O
Ni 0.004 0.02 NiCl2· 6 H2O
Zn 0.02 0.02 ZnCl2
Cu 0.004 0.02 CuCl2· 2 H2O
Mn 0.004 0.02 MnCl2· 4 H2O
Mo 0.004 0.05 NaMoO4· 2 H2O
Se 0.004 0.08 Na2SeO3
T 0.004 0.02 NaWO4· 2 H2O
B 0.004 0.02 H3BO3
Na 100-200 NaCl, NaHCO3
K 200-400 KCl
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
19. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
4. INHIBIDORES
ESTIMULACIÓN
INHIBICIÓN
concentración
óptima
SIN EFECTO
concentración
tasa de reacción biológica
ANAEROBIO Þ efecto es peor:
• las AR presentan altas cargas
y también de inhibidores
• tasas de crecimiento bajas
ADAPTACIÓN Þ SOLUCIÓN
elegir un cultivo que se adapte mejor
DIVERSIDAD BIOLÓGICA
dificultad para conocer la concentración tóxica
ensayos biológicos (test de toxicidad)
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
20. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
4. INHIBIDORES
4.1. SALES ESTIMULACIÓN
INHIBICIÓN
MODERAD
A
FUERTE
INHIBICIÓN
Na 100-200 3500-5500 8000
K 200-400 2500-4500 12000
Ca 100-200 2500-4500 8000
Mg 75-150 1000-1500 3000
EFECTO
ANTAGÓNICO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
21. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
4. INHIBIDORES
4.2. AMONIACO • degradación anaerobia de proteínas Þ NH4
+ « + + = × • NH4
NH NH H K 5.5 10
100
80
60
40
20
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
+/NH3
• AR matadero o purines
pK 9.3
a
-10
4 3 a
=
+ inhibición a 3000 mg/L
• NH3 inhibición a 100 mg/L
0
0 2 4 6 8 10 12 14 pH
%
NH +
4
NH4+ NH3 NH3
22. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
4. INHIBIDORES
4.3. SULFUROS SO = ¾¾¾¾® BSR S =
/HS -
4 /H2S (ac) « H2S (g)
K 13 atm/mo l(35ºC)
-
+
H S HS H pK 7.04
-
« + =
a1
2
= +
HS « S + H pK =
12.9
a2
H S (ac) H S (g) [H S (g)]
2 2 2
« = =
[H S (ac)]
H
2
100
80
60
HS- H2S HS- S=
40
20
0
0 2 4 6 8 10 12 14 pH
%
H2S
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
23. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
- affect the intracellular pH
HS- - MA the most sensitive
COD
H2S
S-compounds
ANAEROBIC DIGESTER
CH4/CO2
H2S
Sulphide
BIOGAS
odour
corrosion
toxic to humans
EFFLUENT
increase COD
bulking
REACTOR
inhibition
accumulation of
inert material in
the sludge (metal
sulphides)
growth of
filamentous
bacteria
ENERGY BALANCE
less CH4
biogas treatment
H2S < 200 mg/Nm3
< 0.013% (v/v)
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
24. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
4. INHIBIDORES
4.4. METALES Co, Ni, Zn, Cd, Hg presentan inhibición » 1 mg/L
evitar su entrada en el reactor
precipitación de sulfuros metálicos (insolubles y no tóxicos)
PROBLEMA
dosis S= Þ toxicidad
SOLUCIÓN
FeS - Fe es desplazado por los metales
- Fe no es tóxico
4.5. TÓXICOS ORGÁNICOS comunes a muchos residuos industriales
adaptación Þ degradación - fenol
- cloroformo
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
25. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
4. INHIBIDORES
CONTROL
1. eliminación del tóxico del influente
2. dilución Þ mayores volúmenes
3. precipitación o complejos (Cu, Zn
como sulfuros con SO4
=, cuidado
con la dosificación!!)
4. variación del pH
5. adición de sustancias antagónicas
a las que producen toxicidad
EJEMPLOS
• detergentes con cationes de amonio cuaternario
• AGCL con Ca se complejan
• pH cambia la toxicidad:
- NH4
+/NH3 (pH ácido)
- CH3CH2COOH / CH3CH2COO- (pH básico)
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
26. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
5. TEMPERATURA
• importante por la lenta velocidad de crecimiento
• tasa de crecimiento se duplica cada 10ºC
• a T mayor de la óptima se destruyen enzimas
tasa de crecimiento
CLASE INTERVALO (ºC)
psicrófilas -5 a 20
mesófilas 8 a 45
termófilas 40 a 70
hipertermófilas 65 a 110
0 20 40 60 80 100
T (ºC)
ELECCIÓN DEPENDE
DE LA CARGA (CH4)
VENTAJAS
mayor temperatura Þ
mayor actividad Þ
menor volumen
DESVENTAJAS
• coste energético
• pérdida de la capacidad
del sistema si hay un
fallo en la calefacción
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
27. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
5. TEMPERATURA Aislamiento
Sistema de calefacción
INTERNA (30%)
Elevada temperatura en la
superficie del cambiador
produce precipitación de
proteínas en la superficie del
cambiador Þ mayor superficie
EXTERNA (25%)
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
28. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
sedimentación
zonas muertas
mezcla
6. MEZCLA
Temperatura y condiciones homogéneas
Distribución de nutrientes
Mejora el contacto
Evita sedimentación
Evita zonas muertas
29. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
6. MEZCLA. SISTEMAS DE MEZCLADO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
1. RECIRCULACIÓN DE LÍQUIDO (bomba)
recirculación interna
recirculación externa
2. RECIRCULACIÓN DE GAS (compresor)
difusión de gas
gas lift
30. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
6. MEZCLA. SISTEMAS DE MEZCLADO
3. MEZCLA MECÁNICA 4. COMBINACIÓN DE SISTEMAS
- recirculación de líquido + gas
- recirculación de líquido + mezcla mecánica
- recirculación de gas + mezcla mecánica
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
31. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
7. PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS
• valor energético CH4 = 35.8 kJ/L
influente
104 m3/d
20 g DQO/L
estabilización
C6H12O6 ® 3 CO2 + 3 CH4
C6H12O6 + 6 O2 ® 6 CO2 + 6 H2O
0.350 L CH
eliminada
3 CH 4
3 22.4 L CH
=
6.3 10 m CH
0.350 m CH
4
× × = ×
2.26 10 kJ
10 m
35.8 10 kJ
18 kg BOD
L elim
6.3 10 m CH
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
4
2
4
2
g DQO
6 32 g O
6 O
×
= ×
• relación entre MO
eliminada y el metano
producido
• eliminación de MO
d
m CH
d
d
kg BOD
d
m
9
4
3
4 3
3
4
4
3
4
L
3 3
4
3
× × × = ×
90%
efluente
104 m3/d
2 g BODL/L
biogás
• composición 70-75% CH4 30-25% CO2
32. 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO
7. PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS
metanol
grasas
algas y bacterias
proteinas
hidratos de C, ácido acético
ácido cítrico
ácido fórmico, CO
-4 -2 0 2 4
ácido oxálico
urea
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
100
50
0
composición del biogás (% CH4)
Estado de oxidación del C
33. PROCESOS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS
1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
2. FACTORES DE OPERACIÓN
3. CONFIGURACIÓN DE REACTORES
4. PARÁMETROS DE DISEÑO
5. TRATAMIENTO INTEGRADO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
34. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás
1. MEZCLA COMPLETA
MEZCLA (no se usaba inicialmente)
• mejora el contacto
• evita la sedimentación (disminuiría el Vútil)
TRH
• 25 d
• evita la purga porque es muy alto
INCONVENIENTE
sólo se obtienen altas cargas por unidad
de volumen para influentes de 8000 a
50000 mg BODL/L mejora el contacto
SOLUCIÓN
separar THR del SRT
ALIMENTACIÓN Þ fangos municipales
• 2.5 a 15% TS
• del 100% de los SS ® 65 % VSS
50% biodegradables ¿
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
35. REACTOR DE MEZCLA COMPLETA
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
36. REACTOR DE MEZCLA COMPLETA
Estabilización de lodos (DA). Huevos
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014 36
37. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás
2. CONTACTO (análogo FA)
1955
Para residuos de conservas con
1300 mg BODL/L
INCONVENIENTE
flotación en el sedimentador por desorción
Þ problemas más grave que en aerobio por
la baja tasas de crecimiento
SOLUCIÓN
aplicar vacío antes del sedimentador para
eliminar la sobresaturación del gas
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
38. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
39. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
3. BIOFILTROS
ASCENDENTE (análogo a filtro aerobio)
Medio rocoso
- poco volumen de vacío
- poca área específica
Þ medio plástico
Obstrucción y SS en el efluente
Þ aguas sin SS
Þ ascensión turbulenta del biogas
Buena retención de biosólidos, muy aplicado
DESCENDENTE
- los sólidos se acumulan en la
superficie (más sustrato, Þ más
crecimiento)
- H2S (inhibidor) se forma en la parte alta
APLICACIÓN
• alimentación
• bebidas
• farmacia
• industria química
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
40. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás
4. LECHOS FLUIDIZADO Y EXPANDIDO
FLUIDIZADO
VENTAJAS
- gran espacio de poro Þ menor obstrucción
Þ menos cortocircuitos
- elevada área específica
ß
MAYOR EFICACIA RESPECTO
A LA CARGA POR UNIDAD DE VOLUMEN
INCONVENIENTES
- conseguir BP fuertemente adherida
- proporción adecuada de BM en la BP
- recirculación (menor FP y coste energético)
EXPANDIDO
• menor velocidad de flujo ascensional
• mejor captura de sólidos
• peor transferencia de materia
• cortocircuitos
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
42. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás
5. UASB (http://www.uasb.org) problema de granulación
ß
conocimiento de los
factores de granulación
biogás
APLICACIÓN
• alimentaria
• papelera
• industria química
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
47. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás 6. REACTOR COMPARTIMENTADO
- biomasa pasa a la cámara siguiente
- se puede sedimentar y recircular a la 1ª cámara
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
48. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás
7. LECHO PERCOLADOR Y FILTRO PERCOLADOR
1. hidrólisis (célulosa)
2. metanogénesis
DIGESTIÓN EN DOS ETAPAS
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
49. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás
membrana
biogás biogás
8. R. DE MEMBRANA
no hay pérdida de biomasa
mejora la calidad del efluente
la CV puede aumentarse
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
ß
COSTE
50. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
MEMBRANAS HUECAS
MEMBRANAS
SUMERGIDAS
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
51. 3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás
membrana
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
biogás
biogás a aerobio biogás
52. ventajas desventajas
elevada capacidad tratamiento
bajo THR
adaptación a diferentes aguas
aguas diluidas y cargadas
resistente fluctuaciones de carga
rápido rearranque
requiere poca superficie
puesta en marcha difícil
riesgo de oclusiones
limitado a aguas con pocos SS
elevado contenido SS efluente
sensible altas concentraciones Ca
elevado coste de relleno
ventajas desventajas
muy alta capacidad tratamiento
muy bajos THR
diferentes tipos de aguas
aplicable a aguas con sólidos
insensible sobrecargas
orgánicas
aplicable a aguas con tóxicos
requiere poca superficie
3. REACTORES
puesta en marcha difícil
alto consumo energético
dificultad controlar expansión del
lecho
elevada concentración de SS efluente
diseño y cambio de escala
complicado
poca experiencia a escala industrial
elevado coste de relleno
ventajas desventajas
elevada capacidad
tratamiento
bajo THR
alta eficacia eliminación DQO
bajo requerimiento energético
no necesita soporte
fácil construcción
gran experiencia práctica
proceso de granulación difícil de controlar
la granulación depende del agua
la puesta en marcha puede requerir fango granular
sensible a sobrecargas orgánicas
útil para agua sin SS
Ca+2 y NH+ inhiben la granulación
4
el rearranque puede provocar la flotación de los
gránulos
requiere grandes superficies
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
UASB
BIOFILTRO
LECHO FLUIDIZADO
53. BIOFILTRO 3. REACTORES
distribución uniforme alimentación
taponamiento
caminos preferentes
lavado del lecho
acumulación de inertes
separación de lodos efluente
LECHO FLUIDIZADO
control de la expansión del lecho
distribución uniforme alimentación
flotación de partículas
cambio propiedades fluidización
desprendimiento biopelícula
poca experiencia industrial
UASB
control expansión lecho
estabilidad fluctuaciones alimentación
retención de biomasa en sobrecargas
acumulación de inertes
flotación de la biomasa
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
LIMITACIONES DE OPERACIÓN
COMPARACIÓN comportamiento UASB BF LF
puesta en marcha
acumulación de biomasa
mezcla fase líquida
sobrecargas hidráulicas
sobrecargas orgánicas
admisión SS
riesgo de oclusiones
riesgo flotación biomasa
necesidad de control
-
++
+-+-
++
-+
-++
++
++-++
-
++
++
++
+
++
++
+-
54. 4. PARÁMETROS DE DISEÑO
EXPRESIONES BÁSICAS
μˆ S
ö
= ÷ ÷ø
æ
=
ç çè
sin +
K S
dX
a
dt
μ 1
X
sin
a
æ
ö
= f b
ago - = ÷ ÷ø
b
dX
a
dt
μ 1
X
ago
a
ç çè
dX
a
dt
1
X
ö
÷ø
÷ = - d
× res
a
æ
ç çè
(1 f ) b
dX
a
dt
1
X
dX
dt
1
X
ö
= - - d
÷ø
÷ × inert
a
i
a
æ
ç çè
-
= = + = b
μˆ = qˆ × Y
μ 1 sin ago
μ μ μˆ S
K S
dX
dt
X
i
a
-
+
1
θ = biomasa activa del sistema = -
x μ
producción de biomasa activa
θ VX
a
x = = =
qˆS
μ Y -
qˆS
= ut Xa
x
S K 1 +
bθ
X = Y (Sº -
S)
S K b min -
= + [ ] Yqˆ b
θmin K Sº
x -
o o
Y Y 1 (1 f )bθ
d x
= + -
f = f 1 + (1 -
f )bθ
º d x
f f 1 + (1 -
f )bθ
x d ºe
e 1 bθ
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
θ 1
D
QX
a
BALANCES DE MATERIA BÁSICOS AL SUSTRATO (S) Y BIOMASA ACTIVA (Xa)
b
K +
S
K S
r
+
= -
x [ x ]
Yqˆθ - 1 +
bθ
=
x
a 1 +
bθ
Yqˆ b
=
Sº (Yqˆ b) - Kb
θ 1 lim
min
x =
-
BALANCES DE BIOMASA INERTE (XI) Y SÓLIDOS VOLÁTILES (XV)
X X o
Xa (1 fd )bθ
i = i + - X i, max = X i + (S - Smin )Y(1 -
fd )
x
n 1 +
bθ
x
s s 1 +
bθ
x
+
=
1. Modelos Cinéticos
2. Modelos Empíricos
55. 4. PARÁMETROS DE DISEÑO
BASES DE DISEÑO CONTACT
O BIOFILTRO
LECHO
FLUIDIZAD
O
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
UASB
CV (kg DQO/m3.d)
THR (d)
concentración fangos (kg SSV/m3)
tiempo arranque (d)
carga efluente (g DQO/L)
1-6
1-5
5-10
20-60
10-16
0.75-3
10
30-60
0.4-30
10-40
2-10
10-40
60-90
5-30
0.2-2
10-60
30-90
0.3-800
1. Modelos Cinéticos
2. Modelos Empíricos
56. PROCESOS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS
1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
2. FACTORES DE OPERACIÓN
3. CONFIGURACIÓN DE REACTORES
4. PARÁMETROS DE DISEÑO
5. TRATAMIENTO INTEGRADO
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014
57. Sistema integrado anaeróbico-aeróbico
UUAASSBB
TTrriicckklliinngg
ffiilltteerr
TTiilltteedd ppllaattee
sseettttlliinngg ddeevviiccee
UASB + Lechos Percoladores + Sedimentación secundaria
Tratamiento de Anaerobio de Aguas Residuales. Lima Septiembre 2014 57