Efluentes, barrios y digestión anaeróbica: la importancia del inóculo

1. Efluentes, barros y digestión anaeróbica:
la importancia del inóculo
Universidad de Buenos Aires
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Leonardo Erijman
I N G E B I
C O N I C E T

2. A qué llamamos efluente?

3. De qué hablamos cuando hablamos de
tratamiento de efluentes
Efluente
Efluente
effluent
biogas
Influent
wastewaterEfluente
Efluente

4. Tecnologías para digestión
anaeróbica
Lagunas Digestores Reactores (UASB, EGSB)
En qué se parecen y en que se diferencian?
Es necesario inocular con barro?
Con qué barro?

5. Digestión anaeróbica
+
1. hidrólisis
4. Metanogénesis
(aceticlástica)
4. Metanogénesis
(hidrogenotrófica)
homoacetogénesis
3. acetogénesis
2. fermentación

6. Producción de biogás por digestión anaeróbica
Biogás
Materia
orgánica
Polímeros
(lignocelulosa, proteinas, grasas)
Monomeros y oligómeros
(azúcar, aminoacidos, peptidos etc.)
Intermediarios
(alcoholes, VFA etc.)
1. Hidrólisis
2. Fermentación
H2+CO2 Acetato
CH4+CO2
4. Producción
de metano
3. Oxidación
anaerobica

7. Producción de biogás por digestión anaeróbica
Reactor
anaeróbico
Biogás
Barro excedente
Materia
orgánica
Polímeros
(lignocelulosa, proteinas, grasas)
Monomeros y oligómeros
(azúcar, aminoacidos, peptidos etc.)
Intermediarios
(alcoholes, VFA etc.)
1. Hidrólisis
2. Fermentación
H2+CO2 Acetato
CH4+CO2
4. Producción
de metano
3. Oxidación
anaerobica
Efluente
tratado

8. Biogás
digestato
(líquido + sólido)
Materia
orgánica
Polímeros
(lignocelulosa, proteinas, grasas)
Monomeros y oligómeros
(azúcar, aminoacidos, peptidos etc.)
Intermediarios
(alcoholes, VFA etc.)
1. Hidrólisis
2. Fermentación
H2+CO2 Acetato
CH4+CO2
4. Producción
de metano
3. Oxidación
anaerobica
Digestor
anaeróbico
Producción de biogás por digestión anaeróbica

9. Producción de biogás por digestión anaeróbica
Laguna
anaeróbica
Biogás
Barro sedimentado
Materia
orgánica
Polímeros
(lignocelulosa, proteinas, grasas)
Monomeros y oligómeros
(azúcar, aminoacidos, peptidos etc.)
Intermediarios
(alcoholes, VFA etc.)
1. Hidrólisis
2. Fermentación
H2+CO2 Acetato
CH4+CO2
4. Producción
de metano
3. Oxidación
anaerobica
Efluente
tratado

10. Procesos sin retención
de biomasa
Procesos con retención
de biomasa
Hay un paso de separación entre líquido y sólidos?
NO SI

11. Barros activados
Oxígeno Disuelto > 1 mg/l
Davyhulme (UK) - 1935

12. En el primer experimento, se requería aproximadamente 5 semanas de aireación continua
para lograr completa oxidación del efluente. Al final de este período el líquido claro oxidado
se removía por decantación y una nueva tanda de efluente crudo se aireaba en contacto con
el material original que había quedado sedimentado.
Este método de tratamiento se repitió un número de veces, siempre reteniendo los sólidos
sedimentados.
Se encontró que a medida que aumentaba la cantidad de material depositado, el tiempo
requerido para cada oxidación disminuía gradualmente, hasta que eventualmente era posible
oxidar una muestra fresca de efluente crudo en menos de 24 horas
Efluente
tratado
Efluente
crudo
aireación sedimentación

13. Digestor anaeróbico vs. reactor anaeróbico
digestor
anaeróbico
Sólidos
Volátiles
Biogas
70 % CH4
Barro
excedente
Biogas
70 % CH4
reactor
anaeróbico efluenteDQOdigestato
tiempo retención sól. = tiempo ret. hidráulico tiempo retención sól. >>> tiempo ret. hidráulico

14. tiempo de retención hidráulico = tiempo de retención de sólidos
Digestores anaeróbicos
20 – 30 días
mezcla de líquido y sólidos

15. biogas
Efluente tratado
Colección de
biogas
Barro
granular
biogas
Efluente crudo
• Buena mezcla sin
aireación
mecánica
• Alta velocidad
superficial
UASB: Upflow Anaerobic Sludge Bed
Adaptado de Koji Shiraishi

16. Expanded Granular Sludge Bed (EGSB)
• Gránulos compactos
• Muy alta velocidad superficial
• Produce mezcla casi completa
• Alta actividad metanogénica
(1 kg DQO/kg VSS.d)
Sistema de
distribución
2do separador
lecho
expandido
desgasificador
1er separador
líquido
ascendente
líquido
descendente
pulido
BIOPAQ®IC
Líquido crudo
biogas
Efluente tratado

17. Característica del barro granular
Densos, sedimentan muy rápidamente

18. Barro granular vs barro floculento
dispersofloculentogranular
Adaptado de Dinesh Bhutada

19. Velocidad de ascenso en reactores anaeróbicos
UASB: 0.5-1.0 m/h
biogas
Efluente tratado
Colección de
biogas
Barro
granular
biogas
Líquido crudo
EGSB: 6-10 m/h
Sistema de
distribución
2do separador
lecho
expandido
desgasificador
1er separador
líquido
ascendente
líquido
descendente
pulido
La formación de gránulos depende de la combinación de un compartimento de
sedimentación adecuado y un régimen hidráulico que impone una presión de
selección (alta velocidad de ascensión y bajo tiempo de retención hidráulico )
Efluente tratado
Líquido crudo
biogas

20. Los sólidos sedimentables van hacia el fondo de la laguna
Las reacciones ocurren principalmente en la interfase sólido-líquido
biogasEfluente
crudo
efluente
tratado
Lagunas anaeróbicasBiodigestores anaeróbicos

21. Importancia del inóculo

22. Experimento de adaptación de inóculos
Davis Sala et al. 2017
Fecha
GramosdeSV/L
0
100
200
300
400
500
600
700
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91
Alimentación
H2+CO2 Acetato
CH4+ CO2
Producción de
biogas
Inóculo: CerveceríaInóculo: Pta trat efluentes

23. Los inóculos de adaptan rápidamente al nuevo
sustrato
Davis Sala et al. 2017
Fecha
Produccióndebiogás
0
100
200
300
400
500
600
700
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Fecha 5/9/16 5/19/16 5/29/16 6/8/16 6/18/16 6/28/16 7/8/16 7/18/16 7/28/16
Alimentación
Producción de biogas
Alimentación

24. Davis Sala et al. 2017
Coordenada 1 Coordenada 1
Coordenada2
Coordenada2
Bacterias (hidrólisis, acidogenesis) Arqueas (metanogenesis)
Los inóculos de adaptan rápidamente al nuevo
sustrato

25. Redundancia funcional en digestores anaeróbicos
Vanwonterghem et al. 2016 Environ Microbiol, 18, 3144-3158
Múltiples poblaciones de
bacterias capaces de catalizar
las mismas reacciones

26. Las comunidades microbianas en los digestores
son seleccionadas por el tipo de alimentación
Zhang et al. 2014. Substrate type drives variation in reactor
microbiomes of anaerobic digesters Biores Technol, 151, 397-401

27. Conclusiones y recomendaciones
Sustrato
Tipo de
proceso
• Medir actividad metanogénica
• Medir concentración de sólidos
Con retención
de biomasa
Barro
granular
Sin retención
de biomasa
inóculo (anaeróbico) de alta diversidad
inóculo similar