XV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL

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1 XV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS CHILE Concepción, Octubre de 2003 EVALUACIÓN DE TECNOLOGIAS ANAEROBIAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS EN CHILE Andrés Donoso, Héctor Silva, Rolando Chamy M. Escuela de Ingeniería Bioquímica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV) Avenida Brasil 2147, Valparaíso a_donoso_b@hotmail.com (32) RESUMEN El uso de tecnologías innovadoras y de menor costo, se hace absolutamente necesario para el desarrollo medioambiental sustentable del país. En este aspecto las tecnologías anaerobias de lodo granular presentan algunas ventajas por sobre las aerobias por lo que su estudio y escalamiento para su aplicación futura cobra importancia. Diversos sistemas anaerobios en países de climas tropicales son usados para tratar las aguas urbanas, por lo que su aplicación en climas mas templados (como Chile) debe ser evaluado El principal objetivo de este trabajo es la evaluación de estas alternativas para el tratamiento de aguas residuales urbanas, tanto en la ingeniería de diseño como en su evaluación económica, basando sus resultados en experiencias a nivel piloto realizadas en el país y de plantas a mayor escala implementadas en países con climas más cálidos.

2 Introducción Los Servicios Sanitarios (que la ley divide en cuatro etapas: producción de agua potable, distribución de agua potable, recolección de aguas servidas y disposición de aguas servidas) deben ser prestados por empresas constituidas como Sociedades Anónimas. La constitución de las empresas sanitarias, la asignación de concesiones y la fijación de tarifas del sector son supervigiladas por la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS), sin perjuicio del control de otros organismos con facultades en aspectos específicos. Por tanto, el tratamiento de las aguas servidas, como parte de su disposición, es una obligación legal y no una opción Actualmente Chile se encuentra en la mitad de un proceso de 10 años, cuyo objetivo final es aumentar la cobertura del tratamiento de aguas servidas domésticas desde un 17% a cerca del 100%, lo que trae consigo una fuerte inversión y por tanto, el consecuente aumento tarifario por el nuevo servicio prestado. El sector sanitario chileno, ha enfrentado este desafío mediante la utilización de tecnologías punta para el tratamiento, principalmente mediante el empleo de sistemas de tratamiento biológico de cultivo suspendido intensivo, es decir, plantas en base a lodos activados modalidad aireación extendida o convencional. Tabla 1: Situación de las plantas de tratamiento en Chile y su proyección Tecnología A Dic A Dic A 2009 Lodos activados Lagunas estabilización Lagunas aireadas Emisarios submarinos Otros TOTAL Fuente: Por otro lado existe evidencia técnica y bibliográfica, que la tecnología de lodos activados, no obstante presenta seguridad en la obtención de los niveles de remoción deseados, corresponde a los mas altos costos de inversión y operación, esto último por los mayores consumos de oxigeno

3 y alta generación de lodos, en comparación con otras alternativas. Esta inversión afecta las tarifas que las empresas sanitarias cobran a los usuarios y es importante el estudio de alternativas a los sistemas ya existentes, que ofrezcan una igual o mejor depuración de las aguas servidas y lo mas importante que el impacto que estas tengan en las tarifas sea menor, para poder reemplazar las tecnologías existentes. El objetivo general de este trabajo es evaluar la tecnología anaerobia como alternativa de tratamiento para las aguas residuales urbanas en Chile. Digestión anaerobia En palabras simples, se puede considerar como la disminución, en condiciones de ausencia de O 2, el poder contaminante de un residuo, o con mas precisión la transformación de la materia contaminante principalmente a biogás (CH 4 y CO 2 ), con una reducida producción de lodos (Soubes,1994). La tabla 2 muestra una comparación entre el tratamiento anaerobio y aerobio Tabla 2: Comparación de la digestión aerobia y anaerobia y su influencia en los parámetros de operación Parámetros Digestión aerobia Digestión anaerobia Proceso de degradación La materia orgánica es La materia orgánica es degradada a CO 2, H 2 O, nitrato, degradada principalmente a sulfato, fosfatos y biomasa metano y CO 2, en menor grado a biomasa y eventualmente a NH + 4 y H 2 S Crecimiento de Alta velocidad de crecimiento Baja velocidad de crecimiento microorganismos y rendimiento celular, por lo y rendimiento celular, por lo tanto alta producción de tanto baja producción de biomasa (lodo) biomasa Seguridad operacional Alta estabilidad biológica Mas propenso a tener prob lemas de estabilidad biológica Demanda de energía El O 2 actúa como ultimo No es necesaria la presencia aceptor de electrones, por lo de O 2, por ende requiere baja tanto requiere una alta cantidad de energía demanda de energía externa para la aireación

4 Ganancia de energía Gran diferencia de energía entre los sustratos iniciales y los productos finales, capacidad de calentamiento propio debido a la actividad metabólica exotérmica (productos finales sin uso energético) Baja diferencia energética entre los sustratos iniciales y los productos finales, baja capacidad de autocalentamiento, por lo tanto los productos finales (metano) tiene valor energético Uno de las ventajas principales del tratamiento anaerobio es la potencial utilización de los productos finales de la digestión, los cuales se destacan en la tabla siguiente Tabla 3: Post- tratamiento de los productos generados en digestión anaerobia. Productos de procesos anaeróbicos Lodo Liquido Gas Post- tratamiento Secado Post- tratamiento Combustión Utilización Fertilización Acondicionamiento de suelos Ferti-irrigación de suelos Producción de energía eléctrica y/o térmica Desarrollo de la tecnología anaerobia en el tratamiento de aguas residuales domésticas El desarrollo de la tecnología anaerobia para el tratamiento de aguas residuales se basa principalmente en los fundamentos de los reactores UASB que fueron concebidos durante los años 70 por el profesor Gatze Lettinga de la Universidad de Wageningen en Holanda. La tecnología anaerobia fue desarrollada comercialmente a partir de 1980 en Europa para el tratamiento de efluentes industriales, cuyas temperaturas normalmente son tibias, propias de las fermentaciones anaerobias y en concentraciones de DBO superiores a 1000 ppm. Por el factor limitante de la temperatura y el de la concentración de DBO, se había recomendado siempre el uso de reactores UASB en lugares donde hubiera una baja relación entre sólidos suspendidos y DQO, así como entre grasas y DQO. Estudios recientes muestran que el tratamiento anaerobio

5 de aguas residuales domesticas mediante reactores UASB es perfectamente realizable en el rango de temperatura psicrofilo (alrededor de 20ºC), lo que implica claramente un potencial desarrollo de esta tecnología en zonas mas templadas, como lo es nuestro país Diversas estudios muestran que el uso de tecnologías anaerobias de lodo granular (EGSB y UASB) son aplicables en aguas residuales de baja carga (Hulshoff L.et al, 1998) y con bajas temperaturas (Elmitwalli T. et al. 2001) Finalmente se entregan los resultados obtenidos en una planta piloto que trata las aguas residuales de la ciudad de Valparaíso. Los resultados obtenidos se utilizan como modelo para el diseño y dimensionamiento de los equipos como para la evaluación económica, des tacando el impacto en las tarifas de los usuarios Bibliografía Hulshoff L,Salih Rebac, M. Kato, J. Van Lier and G. Lettinga (1998). Anaerobic treatment of low-strength wastewater, V Taller y Seminario Latinoamericano de Tratamiento de agues residua les, Viña del Mar, Chile Elmitwalli T., Gr. Zeeman and G. Lettinga (2001). Anaerobic treatment of domestic sewage at low temperature. Wat. Sci and Tech. Vol 44 No 4 pp