DIGESTIÓN AEROBIA DISEÑO DE PROCESOS EN INGENIERÍA AMBIENTAL. José Peralta Donate. Luis Miguel Varea Dorado

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1 DIGESTIÓN AEROBIA DISEÑO DE PROCESOS EN INGENIERÍA AMBIENTAL José Peralta Donate Luis Miguel Varea Dorado

2 DIGESTIÓN AEROBIA DIGESTIÓN AEROBIA PARA TRATAMIENTOS DE AGUAS DIGESTIÓN AEROBIA PARA TRATAMIENTOS DE RESIDUOS DIFERENCIAS CON LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

3 DIGESTIÓN AEROBIA TRATAMIENTO DE AGUAS

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7 DIGESTIÓN AEROBIA Procesos Biológicos Aerobios: Procesos realizados por diversos grupos de microorganismos, principalmente bacterias y protozoos que, en presencia de oxígeno actúan sobre la materia orgánica disuelta, transformándola en productos finales inocuos y materia celular.

8 DIGESTIÓN AEROBIA La fórmula general del proceso de digestión aerobia es la siguiente: Materia Orgánica + O 2 + Microorganismos + nutrientes CO 2 + agua + Materia Orgánica + Microorganismos + NH 4 + P

9 DIGESTIÓN AEROBIA Los P.B.A. se dividen en dos grandes grupos: Proceso de fangos activados: el cultivo se mantiene en suspensión. Procesos de película fija: los microorganismos se mantienen adheridos en un material de soporte.

10 DIGESTIÓN AEROBIA Ejemplos de sistemas de digestión aerobia : Humedales Fangos Fangos Activos Biodiscos Filtrado por goteo Estabilización n de lodos

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13 DIGESTIÓN AEROBIA Para que el P.F.A. se desarrolle con la efectividad suficiente, es preciso que los microorganismos depuradores actúen en una doble vertiente: Estabilizando la materia orgánica Facilitando agruparse en unidades que se denominan flóculos y que son susceptibles de ser separados por decantación(lodos).

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24 DIGESTIÓN AEROBIA DIGESTIÓN AEROBIA DE LODOS.ESTABILIZACIÓN DE LODOS: Eliminación de la parte fermentable de los lodos En este proceso de digestión se pretende: Disminución de materias volátiles Mineralización de la materia orgánica Concentración de lodos

25 DIGESTIÓN AEROBIA RESPIRACIÓN ENDÓGENA: El mecanismo en el que los microorganismos llegan a su propia auto-oxidación C 5 H 7 O 2 N + 5O 2 5CO 2 + 2H 2 O + NH 3 Oxidándose posteriormente el NH 3 a NO 3 -

26 DIGESTIÓN AEROBIA ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS: La mayor parte de los digestores aerobios funcionan en régimen de mezcla completa,tomando como base de diseño ña reducción de S.S.V.

27 DIGESTIÓN AEROBIA Con las premisas anteriores puede adoptarse el modelo de eliminación de ADAMS: (X (X d (MASA/VOLUMEN) d ) ) (MASA/VOLUMEN) K d = o e = Conc de S.S.V. degradables en la ent. del digestor, = Conc de S.S.V. degradables en la sal. y en el digestor, Constante de eliminación ( -1 T ) ( X ( X d d ) ) e o = e K d t

28 DIGESTIÓN AEROBIA Evolución de la constante de degradación Kd

29 DIGESTIÓN AEROBIA Relación entre Kd y la temperatura T (según ARRHENIUS)

30 DIGESTIÓN AEROBIA Relación entre Kd y la temperatura T (según RANDALL)

31 DIGESTIÓN AEROBIA Evolución de Kd en función de los S.S.

32 DIGESTIÓN AEROBIA Tiempo de digestión aerobia en función de la concentración de S.S.

33 DIGESTIÓN AEROBIA La captación de oxigeno en función del tiempo Los problemas mayores de la aireación son: La aparición de espuma, la posible incidencia sanitaria de la formación de aerosoles, y el nivel de ruido.

34 DIGESTIÓN AEROBIA Consumo de O 2 en función de la temperatura de digestión

35 DIGESTIÓN AEROBIA Variación del consumo de O 2

36 DIGESTIÓN AEROBIA TRATAMIENTO DE RESIDUOS

37 OBJETIVOS DE LA FERMENTACIÓN AEROBIA DIGESTIÓN AEROBIA Dar solución a la ingente cantidad de residuos que hoy en día se generan. Aprovechar al máximo los recursos que estos residuos pueden aportan.

38 DEFINICIÓN DE RESIDUO DIGESTIÓN AEROBIA Materia generada en las actividades de producción. Sustancia u objeto del cual se desprende su poseedor o tiene la obligación de desprenderse en virtud de las disposiciones nacionales vigentes.

39 DIGESTIÓN AEROBIA PLAN NACIONAL DE RESIDUOS URBANOS Fomentar el compostaje hasta tratar la mitad de la materia en el 2006 y avanzar en el tratamiento anaerobio.

40 CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS Físicas: Tamaño y distribución. DIGESTIÓN AEROBIA Químicas: Contenido de C, H, O, N, S y Cenizas. Biológicas: Biodegradabilidad.

41 PARTES DEL RESIDUO DIGESTIÓN AEROBIA Fracción Inerte Fracción biodegradable Fácilmente biodegradable. Lentamente degradable.

42 DIGESTIÓN AEROBIA TRATAMIENTOS

43 TRANSFORMACIÓN AEROBIA Comúnmente Compostaje. Convertir la fracción biodegradable en CO2 Compost: Abono agrícola. RSU + O2 Compost + CO2 + H2O + Calor Oxígeno atmosférico. DIGESTIÓN AEROBIA

44 DIGESTIÓN AEROBIA ETAPAS

45 SISTEMAS ABIERTOS DIGESTIÓN AEROBIA SISTEMAS CERRADOS

46 Procedimiento LUCHAIRE DIGESTIÓN AEROBIA Trituración de la fracción fermentable. Alimentación de los residuos al proceso. Selección de fracciones recuperables ( 30 y 50 mm.). Fracción fina a área de fermentación: Volteando los montones 2 veces al mes. Durante 3 meses.

47 Proceso OMNIUM DIGESTIÓN AEROBIA Se criban los residuos y se separan. Fracción fina en trituradora ( Dorr-Oliver ). Cilíndro dividido en 2 niveles Superior: Trituración del material. Inferior: Expulsión del material. Fracción fina a fermentación: Clásica o Siloda. Clásica: Voltear los montones alargados. Siloda: Nave cerrada con muros y se va pasando el material de una celda a otra. Introducción de oxígeno por el suelo.

48 Proceso DANO DIGESTIÓN AEROBIA Introducción de los residuos en un Bioestabilizador. Cilindro horizontal que se mueve lentamente. Se controla la humedad y oxigenación. A los tres días fermentación. La salida del bioestabilizador va a una 2ª criba. Material obtenido a maduración.

49 DIGESTIÓN AEROBIA Procedimiento CAREL, FOUCHE, LAGUEPIN Selección de la fracción recuperable. Fracción fina a digestores ( 25, 30 ó 40 t.) Digestor: Torre vertical de sección cuadrada con 5 niveles. Control de humedad y T con caudal de aire y riego con agua. Material por arriba y se va descendiendo hasta que sale. Se envía a maduración.

50 Procedimiento TRIGA DIGESTIÓN AEROBIA Selección de fracción recuperable y trituración. Separación de fracción densa y el resto a Torre de Higienización. Torre de higienización: Depósito vertical, hueco, distintas formas, con control interno de condiciones. Material por parte superior y se oxigena con aire de un tornillo sinfín. Este tornillo tritura y acelera aumentando la T. Lo obtenido se criba y se envía a maduración.

51 Procedimiento BIOTANK DIGESTIÓN AEROBIA Preparación como en los casos anteriores. Se tritura la fracción fermentable hasta reducir a 30mm. Se descarga en la celda Biotank constituida por 2 muros concéntricos con un cerramiento. El material se va almacenando y se oxigena inyectando aire por el centro. A los 20 días se envía a maduración.

52 DIGESTIÓN AEROBIA Procedimiento de CRIBADOS Cribado sucesivo de varias fracciones del residuo sin trituración. Primera criba en tamiz de 100 mm. La fracción fina se deja fermentar al aire Segunda criba en tamiz de 35 mm.la fracción fina a maduración y se criba de nuevo para usar en agricultura. No se asegura velocidad pero se eliminan productos impropios.

53 DIGESTIÓN AEROBIA DIFERENCIAS CON LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

54 DIGESTIÓN AEROBIA VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA DIGESTIÓN ANEROBIA EN COMPARACIÓN CON LA AEROBIA VENTAJAS El fango resultante ocupa menos volumen y se puede secar más fácilmente que el de la digestión aerobia. El exceso de biomasa producido por la digestión aerobia muchas veces tiene que ser tratado mediante una digestión anaerobia, ya que puede contener compuestos recalcitrantes.

55 DIGESTIÓN AEROBIA VENTAJAS Otra ventaja de la digestión anaerobia sobre la aerobia es, por tanto, el tratamiento de residuos contaminantes para disminuir malos olores y microorganismos patógenos y la degradación parcial de la materia orgánica, mejorando la calidad del agua residual que se vierte a los ríos o se infiltra al subsuelo.

56 VENTAJAS En un digestor anaerobio: DIGESTIÓN AEROBIA -La eliminación de los contaminantes es comparable a la de los mejores tratamientos aerobios. -DBO es reducido de un 80% -DQO es reducido de un 50% El arrancado del proceso anaerobio es lento y difícil, a pesar de ser mas cómodo en su finalización: no hay que invertir en deshacerse de los organismos implicados en el mismo.

57 INCONVENIENTES DIGESTIÓN AEROBIA La digestión anaerobia está mas limitada que la aerobia: en la digestión aerobia el factor limitante es el oxígeno, bastante abundante en la biosfera, mientras que las bacterias anoxigénicas deben controlar el ph de su medio (proceso difícil de realizar por las bacterias) y además esconderse del oxígeno.

58 INCONVENIENTES DIGESTIÓN AEROBIA En la digestión aerobia usamos muchas más bacterias, todas las que el sistema pueda permitir. En cambio la digestión anaerobia precisa de bacterias concretas, y muy coordinadas. El proceso anaerobio supone una menor eficiencia, ya que su rendimiento ecológico es más bajo, al transformar menos materia orgánica en biomasa. Como tras la realización de este proceso se obtiene metano, éste acumula gran cantidad de energía procedente de la materia orgánica de la que partimos, y por eso la energía obtenida al final es menor.

59 INCONVENIENTES DIGESTIÓN AEROBIA Las metanobacterias son inhibidas por multitud de compuestos, tanto orgánicos como inorgánicos, naturales o antropomórficos. Y esa inhibición es causante de muchos de los problemas de los digestores. La digestión aerobia nos proporciona un mayor rendimiento. Y = 0,4 lo que quiere decir que de 1 gramo de materia orgánica se sacan 0,4 gramos de biomasa. Por su parte el rendimiento de la digestión anaerobia es: 0,04 < Y < 0,1.

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