La Depuración Anaerobia De Aguas Residuales Grupo DAMM Departamento De Ingeniería Josep Miquel Carceller Rosa

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1 La Depuración Anaerobia De Aguas Residuales Grupo DAMM Departamento De Ingeniería Josep Miquel Carceller Rosa

2 DIAGRAMA DE FLUJO DE UN SISTEMA BIOLÓGICO DE FANGOS ACTIVADOS DECANTADOR SECUNDARIO REACTOR BIOLOGICO AEROBIO RAS WAS

3 UN PROBLEMA FRECUENTE: INTERFERENCIA EN LA DECANTACIÓN POR PROLIFERACIÓN EXCESIVA DE BACTERIAS FILAMENTOSAS ( BULKING )

4 QUE SECTORES SON MAS PROPENSOS AL BULKING? LOS QUE TIENEN AGUAS RESIDUALES FACILMENTE BIODEGRADABLES, Y MUY ESPECIALMENTE EL SECTOR ALIMENTACIÓN Y BEBIDAS: CERVECERO DESTILERÍAS SOFTDRINKS ZUMOS PROCESADO DE PRODUCTOS DE ORIGEN VEGETAL (CONSERVAS, ETC.) LACTEO PAPELERO

5 RELACIÓN ENTRE TIPOS DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS Y EL ORIGEN DEL AGUA RESIDUAL ORIGEN DEL IVF TIPOS FILAMENTOSOS AGUA 6/12 2/12 PREDOMINANTES RESIDUAL Municipal N, 0041, M. parvicella, S. natans, 1701 Papelera N, 0041, Nocardia, 1701, 0675 Matadero N, 1701, M. parvicella Láctea , 021N, 1701, M. parvicella Vegetales Nocardia, 0041, 021N Frutas N, M. parvicella, S. natans, 1701 Destilería N, 0041, N. limícola Cervecera N, 1701, S. natans, 0092, 0041, 0675 Relación de los IVF que son excedidos 6 meses al año (6/12) y 2 meses al año (2/12), los tipos filamentosos predominantes, y el origen del agua residual (Wanner, 1995)

6 QUE SECTORES SON LOS MÁS INDICADOS PARA ADOPTAR SISTEMAS ANAEROBIOS? LOS QUE TIENEN AGUAS RESIDUALES CON CONCENTRACIONES ALTAS DE MATERIA ORGÁNICA (DQO > mg./l), Y AGUAS RESIDUALES FACILMENTE BIODEGRADABLES BASICAMENTE LOS MISMOS SECTORES PROPENSOS A TENER EPISODIOS DE BULKING

7 ACTIVIDADES MICROBIANAS EN EL PROCESO ANAEROBIO MATERIA ORGÁNICA (substratos poliméricos complejos) polisacáridos proteínas lípidos 1ª FASE: ACIDOGÉNESIS MONÓMEROS Y MOLÉCULAS DE BAJO P.M. azúcares aminoácidos y péptidos Hidrólisis por exoenzimas bacterianos Fermentativos ácidos grasos de cadena larga 2ª FASE: METANOGÉNESIS H2, CO2, acetato, formato, propionato, butirato... (AGV) etanol, lactato, aldehidos,.... Metanogénicos CH4 + CO2 Acetato, H2, CO2, Acetogénicos BIOGAS

8 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO ANAEROBIO TANQUE DE EMERGENCIA ph ácido ph alcalino Cargas altas Temperatura TRATAMIENTO DE OLORES BIOGAS EFLUENTE DECANTADOR PRIMARIO TANQUE DE ACONDICIONAMIENTO: PREACIDIFICACION DESBASTE Decantación de sólidos sedimentables PROCESO DE HIDRÓLISIS Y DE ACETOGÉNESIS: FORMACIÓN DE AGV REACTOR ANAEROBIO: METANOGÉNESIS

9 EL SISTEMA ANAEROBIO U.A.S.B. BIOGAS Qb EFLUENTE RECIRCULACIÓN EFLUENTE ph = 7,0 APORTE DE ALCALINIDAD VELOCIDAD ASCENSIONAL AUMENTA CON: CAUDAL DE INFLUENTE APORTE DE CAUDAL AGUA PREACIDIFICADA ph = 6,0 Qr CAUDAL DE RECIRCULACIÓ CARGA ORGÁNICA (POR LA FORMACIÓN DE BIOGÁS) ALTURA DEL REACTOR APORTE DE ACIDEZ APORTE DE CARGA ORGÁNICA APORTE DE CAUDAL Qi

10 LOS TRES SISTEMAS MÁS EXTENDIDOS DE DEPURACIÓN ANAEROBIA DE AGUAS RESIDUALES U.A.S.B E.G.S.B. I.C.

11 LOS SISTEMAS ANAEROBIOS MÁS EXTEDIDOS: DIFERENCIAS BÁSICAS TIPO DE SISTEMA ANAEROBIO: UASB EGSB REACTOR IC PARÁMETRO: Unidades VALORES HABITUALES DE DISEÑO Etapas VLR (Carga volumétrica) Kg O 2 / m 3 d Volumen del reactor m Altura del reactor m Superficie requerida m VALORES CONSIDERADOS PARA Q = m 3 /d, DQO = y T = 3038º C

12 EFECTO DEL INCREMENTO DE LA CARGA ORGÁNICA EN EL SISTEMA ANAEROBIO U.A.S.B. BIOGAS APORTE DE ALCALINIDAD Qb EFLUENTE APORTE DE CAUDAL Qr UN INCREMENTO EN EL APORTE DE CARGA ORGÁNICA CONTAMINANTE CREA DOS NECESIDADES OPUESTAS: MAYOR CARGA ORGÁNICA = MAYOR PRODUCCIÓN DE BIOGAS = MAYOR VELOCIDAD ASCENSIONAL NECESIDAD DE REDUCIR EL CAUDAL DE RECIRCULACIÓN INCREMENTO EN EL APORTE DE ACIDEZ INCREMENTO EN EL APORTE DE CARGA ORGÁNICA MAYOR APORTE DE ACIDEZ = MAYOR NECESIDAD DE ALCALINIDAD NECESIDAD DE AUMENTAR EL CAUDAL DE RECIRCULACIÓN

13 EFECTO DEL INCREMENTO DE LA CARGA ORGÁNICA EN EL SISTEMA BIOPAQ IC UN INCREMENTO EN EL APORTE DE CARGA ORGÁNICA CONTAMINANTE SE SOLUCIONA POR LA CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA IC: MAYOR CARGA ORGÁNICA = MAYOR PRODUCCIÓN DE BIOGAS = MAYOR ACTIVIDAD EN LA 1ª ETAPA = BIOGAS EFLUENTE ETAPA DE BAJA CARGA AUMENTA LA RECIRCULACIÓN NTERNA MAYOR APORTE DE ACIDEZ = MAYOR NECESIDAD DE ALCALINIDAD = EL AUMENTO DE RECIRCULACIÓN INTERNA APORTA LA ALCALINIDAD NECESARIA ETAPA DE ALTA CARG INCREMENTO EN EL APORTE DE ACIDEZ INCREMENTO EN EL APORTE DE CARGA ORGÁNICA

14 NECESIDADES DE ESPACIO EN LOS SISTEMAS AEROBIO Y ANAEROBIO SISTEMAS AEROBIOS SISTEMAS ANAEROBIOS Turbinas Difusores UASB IC PARÁMETRO Unidades Caudal m3/d DQO KgO2/L Carga orgánica KgO2/d Altura lámina l de agua mt 2, Carga másica m (F/M) KgO2/KgSSV KgSSV d 0,3 0,3 Biomasa requerida Kg Concentración n de biomasa g/l 3 3 Inventario Inventario Carga volumétrica (VLR) KgO2/m3 /m3 d 0,90 0, Volumen del reactor m Relación n de volúmenes Superficie requerida m Relación n de superficies Dimensiones (L x L) mt Diámtreo del reactor (IC) mt 7,6

15 COMPARACIÓN ENTRE EL VOLUMEN Y LA SUPERFICIE REQUERIDOS POR LOS SISTEMAS AEROBIOS Y ANAEROBIO ALTURA = 5 m VOLUMEN = m 3 BALSA DE AIREACIÓN CON DIFUSORES SUPERFICIE RELATIVA = 119 ALTURA = 2,5 m VOLUMEN = m3 REACTOR ANAEROBIO UASB REACTOR ANAEROBIO IC BALSA DE AIREACIÓN CON TURBINAS SUPERFICIE RELATIVA = 237 ALTURA = 5 m VOLUMEN = m3 SUPERFICIE RELATIVA = 11 ALTURA = 24 m VOLUMEN = m SUPERFICIE RELATIVA = 1

16 COMPARACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS AEROBIO Y ANAEROBIO PARÁMETRO AEROBIO ANAEROBIO DQO entrada < 1,500 mg O 2 / L >1,500 mg O 2 / L Estado de la biomasa floculenta granular Formación de biomasa 0.7 Kg / Kg DQO eliminada < 0.02 Kg / Kg DQO eliminada (producción de fango) Carga volumétrica Kg / m 3 d Kg / m 3 d Carga másica Kg / Kg SSV d Kg / SSV d Relación DBO / N / P 100 / 5 / 1 1, / 5 / 1 Rendimiento % % Necesidad de energía o de oxígeno para el proceso SI NO Formación de biogas NO SÍ Superficie requerida Grande Pequeña Control de ph Según los casos Imprescindible Parada de un reactor Obliga a vaciar y arrancar de nuevo si es por cierto tiempo Arranque del reactor (1ª vez) Rápida sin necesidad de aporte de biomasa externa La biomasa puede permanecer parada durante meses Lenta, y requiere el aporte de biomasa externa

17 COMPRAINVERSIONES Y GASTOS ASOCIADOS COMPARACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS AEROBIO Y ANAEROBIO: INVERSIONES Y GASTOS PROCESO SISTEMA AEROBIO SISTEMA ANAEROBIO LINEA DE AGUA Inversión Reducción n DQO Balsa de aireación Preacidificación Soplantes / inst.. oxígeno Reactor anaerobio Separación n aguas fango Decantación n secundaria NO REQUIERE Gastos Aireación Energía, o oxígeno puro NO HAY Dosificación n de nutrientes: nitrógeno y/o fósforof 5 a 10 veces superior a la de un sistema anaerobio Raramente LINEA DE FANGOS Inversión Tratamiento del fango Espesador NO REQUIERE Digestión n y/o estabilización NO REQUIERE Deshidratación NO REQUIERE Gastos Reactivos Polielectrolito NO HAY Gestión n del residuo Tratamiento o disposición NO HAY Beneficios Gestión n del subproducto NO HAY Venta fango granular anaerobio LINEA DE BIOGAS Inversión Tratamiento del biogas NO REQUIERE Antorcha Aprovechamiento del biogas NO REQUIERE Lavado (no es imprescindible) Cogeneración, n, motor electrico o mezcla directa con gas natural en caldera (no requiere inversión) n) Beneficios Aprovechamiento del biogas NO HAY Aprovechamiento energético biogas

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