Reactor Anaeróbico

Tilley et al. (2018) manifiestan que:

El Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA o UASB por sus siglas en inglés) es un proceso de un solo tanque. Las aguas residuales entran al reactor desde el fondo y fluyen hacia arriba. Un manto de lodo suspendido filtra y trata las aguas residuales conforme pasan a través del manto. Esta tecnología ha sido utilizada en para tratamiento de aguas municipales urbanas en sistemas centralizados, pero su aplicación en áreas rurales aun es limitada.

3.10.2.1 Ventajas y Desventajas

De igual manera Tilley et al. (2018) ponen en consideración las siguientes observaciones del tratamiento donde se indica sus ventajas y desventajas:

Ventajas:

 Alta reducción de la DBO

 Puede soportar altas tasas de carga hidráulica y orgánica

 Baja producción de lodo (sin necesidad de desenlodado frecuente)

 El biogás puede utilizarse para producción energética (generalmente requiere depuración antes de usarle).

Desventajas:

 Requiere diseño, construcción, operación y mantenimiento por parte de expertos (las tasas de flujo ascendente y asentamiento deben estar equilibradas)

 Periodo inicial largo

 Requiere una Nota constante de energía eléctrica

 No todos los repuestos están disponibles localmente

 El lodo y el afluente requieren tratamiento adicional o descarga apropiada.

3.10.2.2 Criterio de diseño

“El reactor presenta en el fondo una cama de lodo más densa, seguida de un volumen de lodo expandido. La mayor remoción se lleva a cabo en la primera capa de lodo, presenta una remoción adicional en el lodo expandido. El lodo es expandido por el gas generado y por el flujo ascensional de la alimentación del agua residual” (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2016).

3.10.2.3 Tiempo de residencia hidráulica

El tiempo de residencia hidráulica se define como el tiempo que permanece el agua residual dentro del reactor. De acuerdo con las investigaciones de CONAGUA (2016) reportan remociones de entre 40 y 70 por ciento de DQO, en aguas residuales con concentraciones de entre 300 y 1 400 mg/L de DQO, operando a temperaturas de 20 a 27 °C. La Tabla 11 presenta,

para diferentes temperaturas de operación, recomendaciones para la selección del TRH en un RAFA que trate aguas residuales domésticas.

Para el cálculo del tiempo de residencia hidráulico, se emplea la siguiente formula:

𝑇𝑅𝐻 = ^𝑉_𝑄 Ecu 4

Donde:

 TRH= tiempo de residencia hidráulico en días

 V= volumen del reactor

 Q= gasto en el afluente.

Tabla 11

Tiempo de recomendación hidráulica para un Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente para aguas residuales

Temperatura del agua residual

(ºc)

Tiempo de residencia hidráulica Promedio diario Mínimo (durante 4 -6h)

16-19 10-14 7-9

22-26 7-9 5-7

> 26 6-8 4-5

Nota. Tomado de (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2016) La ecuación para el volumen del reactor es la siguiente:

𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑇𝑅𝐻 Ecu 5

3.10.2.4 Carga orgánica volumétrica

La carga orgánica volumétrica es un factor de diseño en los RAFA y es el producto del gasto por la concentración de la materia orgánica (DQO) del agua residual alimentada diariamente al reactor, dividido entre el volumen efectivo del reactor. La Ecuación 3.3 expresa la carga volumétrica de la siguiente manera (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2016).

𝐶𝑂𝑉 =^{𝑄∗𝑆𝑜}_𝑉 Ecu 6 Donde:

 COV= tasa de carga orgánica volumétrica (kg de DQO/m3 d)

 Q= gasto (m3/d)

 So= concentración de sustrato en el afluente (kg de DQO/m3)

 V= volumen total del reactor (m3)

El volumen (V) se puede determinar de la siguiente ecuación:

𝑉 =^{𝑄∗𝑆𝑜}_𝐶𝑂𝑉 Ecu 7

Otro parámetro para determinar es la carga biológica o de lodos (Ls), referida a la cantidad de materia orgánica aplicada al reactor por unidad de biomasa presente, como se expresa en la siguiente ecuación: ” (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2016).

𝐿𝑠 =^{𝑄∗𝑆𝑜}_𝑀 Ecu 8 Donde:

 Ls= tasa de carga biológica o lodo (kg DQO/kg SV d)

 Q= gasto promedio del afluente (m3/d)

 So= concentración de sustrato en el afluente (kg de DQO/m3)

 M= masa de microorganismos presentes en el reactor (kg SV/m3).

3.10.2.5 Velocidad ascensional y altura del reactor

CONAGUA (2016), puntualiza que la velocidad ascensional del agua residual es un parámetro importante en el diseño y operación de un RAFA, y es la relación del gasto entre el área del reactor, como se presenta en las ecuaciones siguientes donde el cálculo de la velocidad ascensional basado en la relación de la altura del reactor y su tiempo de residencia hidráulica.

𝑣 =^𝑄_𝐴 Ecu 9

Donde:

 v= velocidad de flujo ascendente (m/h)

 Q= gasto (m3/d)

 A= área de la superficie (m2)

𝑣 =^𝑄∗𝐻_𝐴 =_𝑇𝑅𝐻^𝐻 Ecu 10 Donde:

 H= altura del reactor (m) Tabla 12

Velocidades de flujo ascendente recomendados para reactores anaeróbicos

Gasto del afluente Velocidad de flujo ascendente (m/h)

Flujo promedio 0,5 – 0,7

Flujo máximo < 0,9 – 1,1

Flujo pico temporales < 1,5

Nota. Tomado de (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2016) 3.10.2.6 Distribución del afluente

Para CONAGUA (2016) el reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA), el afluente se distribuye en el fondo del reactor para tener un mayor tiempo de contacto del mismo con el lecho del lodo que contiene los microorganismos encargados de la degradación de la materia orgánica. Asimismo, el número de tubos de distribución está determinado por el área de la sección transversal del reactor y por el área de influencia de cada distribuidor.

3.10.2.7 Reactores anaeróbicos de fibra de vidrio

Peñuela y Morató (2017) mencionan que el tratamiento y purificación de aguas se hace en tanques de diferentes tipos y formas, en condiciones de control diversas. Las

transformaciones biológicas y químicas, que ocurren en dichos reactores, por lo general se concretan en la formación de un floc biológico o químico que se separa económicamente en un tanque de sedimentación. De igual forma dentro de un reactor, una sustancia puede reaccionar de diferentes maneras, La sustancia es transportada al reactor por el flujo afluente, y extraída por el flujo efluente. El transporte por convección o advección propaga la sustancia por el movimiento del flujo; la dispersión disemina la sustancia en el reactor mediante el movimiento aleatorio de las moléculas y es función de la turbulencia. La sustancia reacciona física, química o biológicamente, dentro del reactor, para que se obtenga una producción o destrucción de la misma. Para el tiempo el cual la sustancia reside en el reactor, su mecanismo de reacción produce una alteración en su concentración.

Además, Peñuela y Morató (2017) sugieren que, en un reactor Aeróbico, el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte inferior del reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de lodos constituido por gránulos o partículas formadas biológicamente. De tal manera que el tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y el caudal de aire, introducido mecánicamente por un Blower o Soplador. El caudal de aire introducido mecánicamente genera al interior del reactor condiciones aeróbicas (exceso de oxígeno) lo que provoca una circulación interior, que colabora en la formación y mantenimiento de los gránulos, o partículas pesadas que se van acumulando en el fondo del tanque. Parte del aire introducido dentro del manto de lodo se adhiere a las partículas biológicas. Tanto el aire libre como las partículas a las que se ha adherido, ascienden hacia la parte superior del reactor. Allí se produce la liberación del aire a las partículas, de forma natural y sin generación de olores. Las partículas sin aire suelen volver a caer hasta la superficie del manto de lodo.

En efecto Peñuela y Morató (2017) explican que el aire liberado de las partículas, debido al exceso de oxígeno, contiene un mínimo de olor. El líquido, que contiene algunos

sólidos residuales y algunos de los gránulos biológicos, se conduce a una cámara de sedimentación, donde se separan los sólidos residuales Los sólidos separados se reconducen a la superficie del manto de lodo a través de la inyección mecánica de aire. Para mantener el manto de lodo en suspensión, es necesario que la velocidad de flujo ascendente tenga un valor entre 0,6 y 0,9 m/h.

Finalmente Peñuela y Morató (2017) determinan que el objeto de prevenir una inyección violenta del caudal de aire que pueda agitar bruscamente el manto de lodos, aumentando la turbiedad del agua residual en proceso de purificación dentro del reactor, se instala a la tubería de distribución de aire unos accesorios conocidos como DIFUSORES DE BURBUJA FINA, los cuales, como su nombre lo indica, inyectan el aire al interior del manto de lodos en burbujas de diámetro microscópico, lo que favorece la estabilidad de las partículas acumuladas en el fondo del reactor y a su vez la estabilidad de las colonias microbianas encargadas de consumir y descomponer el contenido de materia orgánica (DBO).

Tabla 13

Resumen de los principales criterios hidráulicos para el diseño del Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente para aguas residuales

Criterio/Parámetro

Intervalo de valores, como una función del flujo

Q prom. Q max. Q pico

Carga volumétrica hidráulica <4 <6 <7

Tiempo de retención hidráulica 6-9 4-6 >3,5-4

Velocidad de flujo ascendente 0,5-0,7 <0,9-1,1 <1,5 Velocidad en la abertura para

sedimentación <2-2,3 <4-4,2 <5,5-6

Tasa de carga de superficie en

el sedimentador 0,6-0,8 <1,2 <1,6

Tiempo de retención hidráulico

en el sedimentador 1,5-2 >1 >0,6

Nota. Tomado de (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2016)