GESTIÓN Y OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE
GESTIÓN Y OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
3. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Procesos anaerobios
Reactor anaerobio de lecho de lodos con flujo ascendente
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.
Es recomendable su uso para altas cargas orgánicas (›1 000 mg/L DBO)
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 eficiencia en remoción de MO (aprox. 80%)
Los procesos biológicos anaerobios son procesos en el que se produce la transformación de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxígeno molecular.
Sus principales aplicaciones son la estabilización de lodos concentrados provenientes de la plantas de tratamiento de agua residual, y de determinados residuos industriales.
En la digestión anaerobia se consideran cuatro etapas :
•Hidrólisis •Acidogénesis •Metanogénesis •Sulfurogénesis
Procesos anaerobios
• En estos procesos la captación y control del biogás es relevante debido a que está considerado como GEI. Este control se logra mediante la incineración o su utilización para generar energía eléctrica.
• Las bacterias metanogénicas, las cuales son responsables de la mayor parte de la estabilización de las aguas residuales en el tratamiento anaerobio, crecen lentamente en comparación a los microorganismos aerobios, por lo que requieren un tiempo mayor para ajustarse a los cambios en las cargas orgánicas, temperatura u otras condiciones ambientales. 𝐶6𝐻14𝑂2𝑁 → 𝐶𝑂2 + 𝐶𝐻4 + 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 + 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖ó𝑛 + 𝐻2𝑂 Procesos anaerobios Biomasa fija FAFA Biomasa suspendida RAFA
Procesos anaerobios
Procesos anaerobios
Generación Características
Primera generación
• Biomasa sedimentada. • Sin mezclado.
• No tienen sistemas para incrementar la temperatura. Transición entre la primer y segunda generación
• Sistema de mezclado.
• Recirculación de lodos (aumenta el TRS lo que incrementa la COV y disminuye el volumen del reactor)
Segunda generación
• Retención de biomasa por adhesión a un empaque o por la retención de una capa densa de lodo activo (Aumenta el TRS y el TRH lo que incrementa la COV y disminuye el volumen del reactor
Tercera generación
• Incremento en la velocidad del flujo aumentando la COV, también se incrementa el mezclado provocando la expansión y fluidificación del la cama, provocando una elevada producción de biogás
DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
a) Fosa séptica.
La fosa séptica puede considerarse como un digestor convencional a escala muy reducida, en donde las condiciones anaerobias estrictas no son siempre cumplidas ya que existen zonas anóxicas.
Dado que su principal función se limita a la hidrólisis de la materia orgánica en suspensión, para lograr una buena eficiencia, es necesario que la fosa evacue en un sistema de zanjas de absorción colocadas en el suelo, el cual se encargará de realizar la estabilización de la materia orgánica.
DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
b) Tanque Imhoff.
El tanque Imhoff, es un sistema un poco más elaborado que la fosa séptica, ya que crea dos compartimentos distintos, el de sedimentación y el de digestión. Esto impide en cierto modo que los productos de la hidrólisis de los lodos sean evacuados por el efluente, lo que se traduce en mejores eficiencias de tratamiento.
Sus aplicaciones han sido a nivel de pequeñas comunidades, en donde la fosa séptica no sería recomendable debido al volumen que requeriría.
DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
c) Lagunas anaerobias.
Este es otro proceso rústico empleado en aguas de desecho con cierto contenido de sólidos suspendidos sedimentables.
Consiste en estanques profundos (de 2.4 a 4.8 metros) en donde las condiciones anaerobias prevalecen, con la excepción de una pequeña zona en la superficie.
Las condiciones meteorológicas influencian grandemente la operación de estos sistemas, registrándose generalmente una baja considerable en la eficiencia durante el invierno.
DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
d) Digestor anaerobio convencional.
Consiste en un tanque cerrado sin agitación y sin calentamiento, en donde el desecho por tratar se estratifica en zonas bien definidas.
La parte en donde se lleva a cabo prácticamente la totalidad de la actividad microbiana representa alrededor del 30% del volumen total del digestor, lo que aunado a la lentitud de la cinética de degradación bajo estas condiciones, resulta en volúmenes de reactor considerables (tiempos de retención mayores a 30 días).
LODO DIGERIDO LODO EN DIGESTION SOBRENADANTE ESPUMA efluente crudo líquido sobrenadante. lodo digerido gas
REACTOR DE CONTACTO
natasDESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
e) Digestor anaerobio completamente mezclado.
La introducción de una agitación vigorosa del medio de reacción, aunada frecuentemente a un calentamiento del reactor, se traduce en mayores eficiencias en la remoción de la materia orgánica.
La agitación es lograda, ya sea por un agitador mecánico o por la inyección del biogás en el fondo del reactor.
Su principal aplicación es el tratamiento de los lodos de desecho de las grandes plantas de lodos activados.
LODO DIGERIDO LODO EN DIGESTION efluente crudo lodo digerido gas
REACTOR ANAEROBIO MEZCLADO
DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS
f) Reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA).
Su principio de funcionamiento se basa en la buena sedimentabilidad de la biomasa producida dentro del reactor, la cual se aglomera en forma de granos o "pellets" hasta de 5 mm de diámetro.
Estos granos cuentan además con una actividad metanogénica muy elevada, lo que explica los buenos resultados del proceso. El reactor es de flujo ascendente y en la parte superior cuenta con un sistema de separación gas-líquido-sólido, el cual evita la salida de los sólidos suspendidos en el efluente y favorece la evacuación del gas y la decantación de los flóculos que eventualmente llegan a la parte superior del reactor.
REACTORES RAFA (UASB)
efluente afluente gas Capa de lodo Manto de lodo Deflector de gases SeparadorReactor anaerobio de lecho de
lodos con flujo ascendente
Reactor anaerobio de lecho de
lodos con flujo ascendente
Criterios hidráulicos para el diseño de reactores RAFA
Criterio/Parámetro Rango de valores, como una función de flujo
Qprom Qmax Qpico*
Carga hidráulica volumétrica (m3/m2d) < 4 < 6 < 7
Tiempo de residencia hidráulica** (horas) 6-9 4-6 > 3.5-4 Velocidad de flujo ascendente (m/h) 0.5-0.7 < 0.9-1.1 < 1.5 Velocidad en la abertura para sedimentación (m/h) < 2-2.3 < 4-4.2 < 5-5.6 Tasa de carga de superficie en el sedimentador (m/h) 0.6-0.8 < 1.2 < 1.6 Tiempo de residencia hidráulica en el sedimentador (m/h) 1.5-2 > 1 > 0.6
Reactor anaerobio de lecho de
lodos con flujo ascendente
• pH: Afecta la actividad de las enzimas. Intervalo óptimo de pH es entre 6.6 y 7.4. Sin embargo, un pH entre 6.0 y 8.0 se puede conseguir estabilidad en la formación de CH4.
• El objetivo principal en el control del pH, es eliminar los riesgos por la inhibición de las bacterias metanogénicas, debido a los bajos valores de pH, evitando así una desestabilización en el proceso.
• Para realizar el ajuste de pH puede utilizarse cal, bicarbonato de sodio (NaHCO3) o sosa cáustica (NaOH). Debe tenerse cuidado para evitar la precipitación excesiva de los carbonatos de calcio que se forman.
Reactor anaerobio de
lecho de lodos con flujo
ascendente
• Alcalinidad: La alcalinidad es la capacidad amortiguadora de un sistema para mantener un determinado pH, por lo que, para mantener un nivel óptimo de pH es necesario tener una buena capacidad amortiguadora.
• La alcalinidad del agua residual resulta de la presencia de hidróxidos (OH-), carbonatos (CO32-) y bicarbonatos (HCO3-) de elementos tales como calcio, magnesio, sodio, potasio y amonio. Los boratos, silicatos, fosfatos y compuestos similares también pueden contribuir a la alcalinidad.
• La alcalinidad en el agua residual ayuda a resistir los cambios en el pH causado por la acidificación por los ácidos grasos y CO2 mediante los sistemas ácido-base, carbónico, ortofosfórico y del amonio (NH4+).
• Valores altos de alcalinidad (2,000 a 4,000 mg/L de CaCO3)son necesarios para desplazar el ácido carbónico disuelto y mantener el pH cerca de valores neutros.
Parámetros de control del proceso:
Reactor anaerobio de lecho de
lodos con flujo ascendente
• Alcalinidad: La cal es uno de los álcalis más baratos, pero su precipitación como carbonato de calcio (CaCO3) causa serios problemas de acumulación de sólidos no deseables.
• Además, grandes cantidades de un catión simple como Na+ que se agregan para el control del pH, pueden llegar a ser potencialmente tóxicas.
• En estos casos es preferible utilizar mezclas de neutralizantes como hidróxido de calcio (Ca(OH)2), hidróxido de sodio (NaOH) e hidróxido de potasio (KOH) para el control del pH (IMTA, UNAM, 2002).
Parámetros de control del proceso:
𝛼 = 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐻𝐶𝑂3 − 5.75 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 4.3 = 0.5 Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑡𝑎𝑚𝑝ó𝑛 = 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝐺𝑉 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 4.3 = 0.2 y 0.3
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
ING. EMILIO JAVIER MANRIQUE RAMÍREZ
ejmanriquer@yahoo.com.mx
