TRATAMIENTO DE AGUAS DIGESTIÓN ANAEROBIA

Transcripción

1 DIGESTIÓN ANAEROBIA

2 DIGESTIÓN ANAEROBIA ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN: VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA 2. FUNDAMENTOS DEL PROCESO 3. MECANISMOS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA 4. PARÁMETROS DE DISEÑO EN DIGESTIÓN ANAEROBIA. 5. CONTROL EN DIGESTIÓN ANAEROBIA Grupo TAR 1

3 1.- INTRODUCCIÓN. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA VENTAJAS 1. El producto final es un material totalmente inofensivo, lo que permite poderlo verter sin problemas. 2. Durante el proceso de digestión se produce una reducción de la materia sólida. 3. En el producto final es fácil eliminar parte del agua que lleva sometiéndolo a un proceso de secado. 4. Es el sistema más económico existente para reducir la materia orgánica de los sólidos eliminados del agua residual. 5. Dado el tiempo de duración del proceso actúa como elemento muelle, absorbiendo las puntas de volumen de sólidos y de carga contaminante, sin que su eficiencia se vea afectada. 6. Durante el proceso de estabilización se produce un gas que se puede emplear de nuevo en el proceso a fin de ahorrar energía. 7. No se producen malos olores en las instalaciones pues todas están cerradas. 8. Durante el proceso de estabilización se eliminan los elementos patógenos y ciertos organismos parásitos. 9. El producto final es rico en ciertos nutrientes, y puede emplearse en agricultura. DESVENTAJAS Grupo TAR 2

4 1. Alto costo de equipos e instalaciones. 2. Los microorganismos son muy sensibles a los cambios que se puedan producir. 3. El líquido extraído del digestor tiene una alta demanda de oxígeno y en caso de ser recirculado a cabecera puede originar problemas de sobrecarga. 4. Son necesarios grandes tiempos de retención. Grupo TAR 3

5 2.- FUNDAMENTOS DEL PROCESO La materia orgánica en ausencia de oxígeno es convertida por medio de microorganismos anaerobios en elementos más simples y estables. Estos microorganismos consiguen su energía a partir de la rotura de los enlaces de los compuestos orgánicos que se degradan a metano (CH 4 ) y dióxido de carbono (CO 2 ). La biodegradación de la materia orgánica en metano tiene lugar por medio de una población bacteriana compleja con actividades metabólicas individuales a distintos niveles tróficos. El metano, producto reducido final y mayoritario en la fermentación, es esencialmente inerte en ausencia de aceptores de electrones lo que asegura la continuidad de la descomposición de la materia orgánica. La degradación biológica de la materia orgánica se produce por un mecanismo de cuatro etapas llevado a cabo por distintos grupos de bacterias facultativas y anaerobias estrictas que, de manera secuencial utilizan los productos metabólicos generados por cada grupo. Involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación: Hidrólisis (Grupo I. Bacterias Hidrolíticas), Acidogénesis (Grupo I: Bacterias fermentativas), Acetogénesis (Grupo II: Bacterias acetogénicas), Metanogénesis (Grupo III: Bacterias metanogénicas). Grupo TAR 4

6 3.- MECANISMOS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA El más aceptado es este esquema donde los pasos que lo conforman son llevados a cabo por grupos de bacterias distintas: Figura 1.- Esquema del proceso de digestión anaerobia. 1º.- HIDRÓLISIS: Es una etapa indispensable, dado que los microorganismos encargados de depurar sólo son capaces de actuar sobre materia orgánica disuelta. En Grupo TAR 5

7 esta fase se produce la disolución y rotura por fermentación de los grandes biopolímeros (almidones, proteínas...) para dar moléculas más pequeñas. 2º.- FASE ÁCIDA: Acidogénesis: En esta etapa las bacterias facultativas (pueden vivir con o sin oxígeno), toman los productos finales que dejan las hidrolíticas, y los llevan a H 2, CO 2 y ácidos grasos volátiles. Estas bacterias tienen una velocidad de crecimiento alta en comparación con los demás microorganismos implicados. El ph del proceso es bajo (ácido). Acetogénesis: Por otra parte, otras bacterias facultativas toman esos ácidos grasos volátiles y liberan ácido acético (el cual es alimento de las metanogénicas). 3º.- METANOGÉNESIS: Realizada por bacterias estrictamente anaerobias (sin oxígeno). Las bacterias metanogénicas son capaces de utilizar el CO 2, H 2 y los ácidos acético y fórmico, para la síntesis de sus constituyentes celulares, y a la vez producen metano como producto de deshecho a tal velocidad que una bacteria da un volumen en gas cada treinta segundos. próximo a 7. Estas bacterias son las más lentas del proceso, y necesitan un ph En competencia con las metanogénicas, están las sulforreductoras que usan el sulfato, dando sulfhídrico, inhibiendo la actividad de las anteriores. Esta reacción está más favorecida, razón por la cual los residuos ricos en sulfatos, en general, tienen menores producciones de metano y un sulfhídrico indeseable en la instalación (por su poder corrosivo), por lo que hay que reducir el nivel de sulfatos a priori, o ponerle luego un filtro al biogas para eliminarlo. Grupo TAR 6

8 4.- PARÁMETROS DE DISEÑO EN DIGESTIÓN ANAEROBIA 1) INÓCULO INICIAL. FASE DE ARRANQUE. Para las aguas residuales urbanas, no hace falta una siembra inicial, aunque, debido a la lentitud del proceso de digestión, se suele recurrir a inóculos procedentes de otro digestor. Los microorganismos presentes en el inóculo deben aclimatarse a las nuevas condiciones, por lo que será muy importante el tiempo de arranque. La puesta en marcha de un digestor requiere trabajar inicialmente con cargas orgánicas moderadas. Aunque no hay evidencia total, parece que los digestores arrancados lentamente (entre 1 y 4 meses) ofrecen a la larga una mejor estabilidad. 2) TEMPERATURA Un factor importante es el mantenimiento de la temperatura en el digestor (Tabla I), ya que las bacterias, principalmente las formadoras de metano, son sensibles a los cambios de la misma. Así pues, no se recomiendan variaciones mayores a 1ºC al día. Según la temperatura a la que se lleve a cabo la digestión podemos distinguir entre: * Régimen mesofílico: ºC: La más utilizada. * Régimen termofílico: ºC: Mayor velocidad del proceso, menos patógenos en el fango, mejor deshidratación posterior, peores sobrenadantes, mayor coste, uso limitado. Temperatura (ºC) Duración de la digestión (días) Gas producido (m 3 /Kg sólido) 0,45 0,53 0,61 0,76 Tabla I.- Efecto de la temperatura en la digestión anaerobia. Grupo TAR 7

9 3) GRADO DE MEZCLA Los objetivos logrados con una mezcla suficiente son: Homogeneizar el medio para conseguir valores uniformes de la concentración y temperatura. Facilitar que los microorganismos entren en contacto con el alimento. Prevenir cortocircuitos. Parte del sustrato puede abandonar el reactor sin entrar en contacto con los microorganismos y, por tanto, sin ser depurado. En caso de entrar un tóxico, al ser rápidamente dispersado por el digestor, se reduce al mínimo su acción nociva. Un digestor mal agitado puede presentar zonas muertas que llegan a ocupar el 80 % del digestor. La agitación debe favorecer la formación de flóculos por tanto no puede ser demasiado brusca. 4) NUTRIENTES Los requerimientos en nutrientes son inferiores en los procesos anaerobios que en los aerobios, debido a la menor extensión de las reacciones de síntesis celular. Los principales nutrientes son carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P). Como valores promedio orientativos: Aerobio C/N/P: 100/ 5/ 1 Anaerobio C/N/P: 100/ 0,5/ 0 5) COMPUESTOS TÓXICOS Aunque el efecto de una entrada puntual de tóxicos puede inhibir la marcha del reactor, las poblaciones bacterianas pueden recuperar su actividad con relativa rapidez (1-3 días). Grupo TAR 8

10 Si se trata de una entrada más continua de tóxicos, se puede llegar a conseguir que las bacterias se acomoden a concentraciones relativamente altas, siempre que el tiempo de arranque sea suficientemente largo. 6) TIEMPO DE RETENCIÓN Se define como el tiempo que la masa de microorganismos permanece en el sistema. Se calcula dividiendo el total del volumen del digestor entre la cantidad de sólidos que se extraen en la unidad de tiempo. Es un factor importante, dado que las bacterias que producen el metano necesitan tiempo suficiente para reproducirse y adaptar su población a la cantidad de materia orgánica que entra en el digestor. Son las bacterias más lentas las que limitan la velocidad de un proceso en este caso, las metanogénicas limitan la velocidad de la digestión anaerobia. 7) DENSIDAD DE CARGA Se define como la cantidad de materia orgánica (D.Q.O. ó Sólidos volátiles) tratada por metro cúbico de digestor y día. 8) VELOCIDAD VOLUMÉTRICA DE CARGA Viene fijada por el volumen de A.R. que hay que tratar diariamente. Si es demasiado alta, se inestabiliza el proceso y se pueden llegar a tener pérdidas excesivas de biomasa en el digestor. 9) DIMENSIONAMIENTO El volumen del digestor debe ser aquel que asegure el tiempo de retención adecuado para alcanzar los rendimientos exigidos. Grupo TAR 9

11 10) RENDIMIENTOS Puede evaluarse según tres parámetros: Reducción de materia volátil. Producción de biogas. Calidad del efluente. Grupo TAR 10

12 5.- CONTROL EN DIGESTIÓN ANAEROBIA En el proceso de digestión intervienen un gran número de factores. Dado que un control exhaustivo es difícil de conseguir, es necesario concentrarse, al menos, en alcanzar los siguientes: 1. Que la alimentación del digestor se realice de forma regular. 2. Mantener una temperatura uniforme del fango dentro del digestor. 3. Conseguir una buena mezcla para amortiguar la alcalinidad y regular el ph, evitar el acúmulo de espumas y mantener una temperatura uniforme en todo el tanque. 4. Buen ajuste entre la alimentación del fango fresco y la extracción de fango digerido. 5. Eliminar sustancias tóxicas. Grupo TAR 11

13 Figura 2.- Esquema operativo de la digestión anaerobia. Grupo TAR 12