ANEXO 1

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DE LA PTAR PROPUESTA EN LA EVALUACIÓN DEL POTANCIAL ENERGÉTICO DE LAS AGUAS

RESIDUALES DE LA AMB

JESÚS MANUEL EPALZA CONTRERAS

UNIVERSIDAD DE SANTANDER – UDES

MAEATRÍA EN SISTEMAS ENERGÉTICOS AVANZADOS

BUCARAMANGA 2014

INTRODUCCIÓN

A continuación se describen las unidades propuestas en el sistema de

tratamiento, haciendo énfasis en los reactores anaerobios de agua y lodo y en

la laguna aerobia de alta tasa con tratamiento de microalgas.

Es importante establecer que la AMB cuenta con una altura promedio de 980

msnm, pero la población de la ciudad y su sistema de alcantarillado tiene

alturas que van desde los 1100 msnm hasta los 700 msnm, lo que posibilita un

transporte de la masa de agua residual hacia el sistema de aprovechamiento

energético, y dentro de esta planta también es posible el transporte del agua

por gravedad; caso distinto para el lodo residual, pues este debe ser

transportado por bombas de tornillo, para realizar su dosificación en el reactor,

para su intercambio de calor y su producción de biogás.

1. Tratamiento preliminar

1.1 Caudal de diseño

Los parámetros para el cálculo de los caudales de diseño es el siguiente

Población a servir 507000 habitantes

Dotación 200 l/hab *día

Coeficiente de retorno Cr 0,85 (RAS Tabla D.3.1)

Volumen diario tratado 86170 m3

QMD 997,6 lps

CAUDAL DE DISEÑO 1 m3/s

Carga de diseño

DBO5 = 360 mg/l

DQO= 650 mg/l

LD DBO5 13,17 t DBO5/DÍA

LD DQO 24,39 t DQO/DÍA

Los Tratamientos Preliminares buscan una calidad del agua apropiada a las

necesidades de los tratamientos previos, donde se busca separar sólidos

gruesos, flotantes, sedimentables y grasas y aceites; estos comprenden un

cierto número de operaciones mecánicas, físicas y/o químicas que tienen por

objeto separar del agua la mayor cantidad posible de materias que por su

naturaleza o tamaño puedan ocasionar problemas en el tratamiento posterior.

Para establecer un tratamiento el primer paso está en establecer el caudal de

diseño de la planta; para esto se toma en cuenta la población, y los consumos

actuales. Los consumos de agua están en el rango de 1 LPS, lo que es

equivalente para una población de 500 habitantes, el sistema de tratamiento

preliminar es descrito a continuación con sus unidades y cálculos.

1.2 Cribado.

Los sistemas de rejillas es el método más elemental para remover el material

contaminante grueso como basura, sólido grueso y todos los desperdicios

presente en las aguas residuales que representan peligro para el correcto

funcionamiento de los sistemas que le siguen.

Una reja de desbaste es básicamente un sistema de barras paralelas, cuya

inclinación recomendada cuando se encuentra dentro de un canal es de 45º,

pues se adapta para que la limpieza de la rejilla pueda ser manual o mecánica.

El espaciamiento entre las barras de la rejilla dependerá del tipo de residuo a

ser retenido y del material en que sea construida. El ancho de la reja

dependerá del ancho total de la captación o canal y la velocidad de flujo a

través de ella baja, con el fin de evitar el arrastre del material retenido.

Se proyecta colocar dos barreras (rejillas gruesas y finas) de limpieza manual

compuestas por barras paralelas, inclinadas, igualmente separadas, y

colocadas en la sección transversal del canal de aproximación.

1.3 Canal desarenador.

Esta unidad es el segundo componente del tratamiento preliminar de las aguas

residuales, está compuesta por dos canales, uno en operación y uno en

reserva, para lo cual se proyecta la colocación de una compuerta en madera

que controle el paso del flujo por cada uno de los canales.

El desarenado tiene por objeto extraer del agua servida la arena y partículas

más o menos finas de origen inorgánico, de forma que la arena retenida no

arrastre materias contaminadas, con el fin de evitar que se produzcan

sedimentaciones en los canales y conductos, para proteger las partes móviles

de los equipos de la planta contra la abrasión y para evitar sobrecargas de

sólidos en las unidades de tratamiento biológico.

Teoría de sedimentación Fue desarrollada por Hazen y Stokes. Su modelo de

sedimentación considera que la velocidad de sedimentación de una partícula

es directamente proporcional al cuadrado del diámetro y está dada por la

ecuación:

𝐕𝐬 =𝐠

𝟏𝟖∗

𝛒𝐬−𝛒

𝛍𝐝𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟕𝟗 Ecuación 1

Vs = velocidad de sedimentación (cm/s)

g = Gravedad

ρs = Peso específico de la partícula de arena = 2.65

ρ = Peso específico del agua : (1.0)

μ = Viscosidad cinemática del fluido (μ = 0.00963 cm2/s, temperatura promedio

22 ºC)

d = diámetro de la partícula (0.2 mm = 0.02 cm)

En un desarenador de tipo canal, de profundidad H, una partícula en

suspensión que se encuentre en la superficie del agua en el momento de su

entrada en el canal, sedimentará con una velocidad Vs de caída constante,

alcanzando el fondo del decantador al cabo de un tiempo Ts = H/Vs, bajo el

supuesto que:

- La velocidad en el canal es horizontal y uniforme.

- La partícula se supone eliminada cuando alcanza el fondo del canal.

- Las partículas sedimentan independientemente, es decir sin interacción

mutua.

La anterior expresión indica que la sedimentación de partículas en las

condiciones expuestas, no depende de la altura del canal sino de su área

superficial. No obstante la profundidad no puede reducirse del todo, pues se

aumentaría la velocidad de paso del agua y las partículas no sedimentarán.

𝐒 = [𝐐

𝐕𝐬] = [

𝟏𝐦𝟑/𝐬

𝟎,𝟎𝟑𝟕𝟗 𝐦/𝐬] = 𝟐𝟔, 𝟑𝟖𝟓𝐦𝟐Ecuación 2

El área mínima calculada es de 26,385 m2, la cual es el área a considerar una

relación largo-ancho; por tanto se toma de la proporción Largo-Ancho de la

RAS 5:1.

Se asume un ancho del canal que permita la remoción manual del material

retenido de 1.0 m; para la profundidad del canal se toma de la misma norma

una relación Ancho-Profundo 1:1; finalmente las dimensiones del canal

desarenador son:

Largo: 20 m

Ancho: 4 m

Profundidad: 3 m

Altura de Lodos: 0.1 m

Borde Libre: 0.4 m

- Tiempo de Retención Hidráulico

TRH= 4 min

Tabla 1: Geometría de los desarenadores

Fuente: Tomado de título E RAS 2000.

1.4 Trampa de grasa

Una vez sometidas a los procesos anteriores, las aguas residuales son

conducidas a la trampa de grasas recogiendo en la superficie la mayor parte

de contaminantes que sean menos densos que el agua, para evitar en su

totalidad la formación de capas flotantes de lodos inertes y sobrenadantes.

Son tanques pequeños de flotación donde la grasa sale a la superficie, y es

retenida mientras el agua aclarada sale por una descarga inferior. No lleva

partes mecánicas y el diseño es parecido al de un tanque séptico. Recibe

nombres específicos según al tipo de material flotante que vaya a removerse.

1. Domiciliar: Normalmente recibe residuos de cocinas y está situada en la

propia instalación predial del alcantarillado.

2. En Sedimentadores: Son unidades adaptadas en los sedimentadores

(primarios en general), las cuales permiten recoger el material flotante

en dispositivos convenientemente proyectados, para encaminarlo

posteriormente a las unidades de tratamiento de lodos.

Localización

Deben localizarse lo más cerca posible de la fuente de agua residual

(generalmente la cocina) y aguas arriba del tanque séptico, sedimentador

primario o de cualquier otra unidad que requiera este dispositivo para

prevenir problemas de obstrucción, adherencia a piezas especiales,

acumulación en las unidades de tratamiento y malos olores. Debe tenerse

en cuenta, que independientemente de su localización, deben existir

condiciones favorables para la retención y remoción de las grasas.

Parámetros de diseño

El diseño debe realizarse de acuerdo con las características propias y el

caudal del agua residual a tratar, teniendo en cuenta que la capacidad de

almacenamiento mínimo expresada en kg. de grasa debe ser de por lo

menos una cuarta parte del caudal de diseño (caudal máximo horario)

expresado en litros por minuto.

Área: 1680m2.

Ancho: 14m

Largo: 120m

Alto: 0,6m

Relación Ancho : Longitud: 1 : 8.

Velocidad ascendente: 0.088m/s.

Tiempo de Retención Hidráulico

TRH= 16, 8 min

1.5 Fase de ajuste.

La fase de ajuste no se considera una operación dentro del tratamiento del

agua residual municipal, en esta fase hay 2 correcciones que son:

Filtro de carbón activado: este filtro realiza la adsorción de cloro residual

del agua, principal desinfectante usado en los hogares, comercios y

centros hospitalarios, adicionalmente puede retener otros tipos de

tóxicos asociados a la toxicidad nociva para microorganismos.

Ajuste de pH: este es un dispositivo que se mantiene con sensores en

línea, que descargan cantidades de NaOH o HCl, según sea necesario,

cuando las condiciones de pH del agua puedan salirse de los sugeridos

para la digestión anaerobia en los factores de funcionamiento de un

reactor UASB.

2. Tratamiento Primario biorreactor UASB (Tratamiento Biológico

Anaeróbico)

2.1 Biorreactor Anaeróbico de Manto de Lodos de Flujo Ascendente o

UASB (Up-Flow Anaerobic Sludge Blanket)

El reactor UASB es un sistema de tratamiento de aguas residuales compacto,

en donde el flujo se da en sentido ascendente, con un sistema de alimentación

localizado en el fondo y un separador gas-sólido-líquido en la parte superior.

El líquido que va a ser tratado se introduce en el fondo del reactor, desde

donde fluye hacia arriba a través del manto de lodos compuesto de partículas o

gránulos biológicos densamente formados, que constituyen la zona de

digestión, en la cual, los sólidos suspendidos son atrapados y la materia

orgánica biodegradable es digerida por microorganismos anaeróbicos que

tienen el mayor contacto con el sustrato orgánico en esta zona. Los gránulos

de lodo varían de tamaño desde 1/16 hasta ¼ de pulgada. En algunos casos,

el manto de lodos es floculante. Los gases que se producen bajo condiciones

anaerobias (en especial el metano y el dióxido de carbono) sirven para mezclar

los contenidos del reactor a medida que ascienden hacia la superficie.

El gas que asciende ayuda a formar y a mantener los gránulos, mientras que el

material, que se mantiene a flote, gracias a los gases, se estrella contra los

tabiques desgasificadores y se depositan de nuevo sobre la zona en reposo de

sedimentación arriba del manto de lodos. El gas es atrapado en el domo

colector de gases localizado en la parte superior del reactor.

El tratamiento de aguas residuales domésticas utilizando reactores anaerobios

de alta tasa, tipo UASB, ha sido estudiado en escala piloto y gran escala con el

fin de encontrar las posibilidades de aplicación para el tratamiento de aguas

residuales con DQO menor a 1000 mg/l (Ganbagni Roa, 2011). La tecnología

ha sido aplicada y su utilidad ha sido demostrada en el tratamiento de aguas

residuales domésticas con temperatura entre 21 y 27 °C y tiempo de retención

hidráulica (TRH) entre 5 y 9 horas.

Uno de los desafíos está relacionado con la factibilidad de su aplicación para el

tratamiento de aguas residuales domésticas con baja concentración de sustrato

y baja temperatura. En estas condiciones el crecimiento celular es limitado ya

que la velocidad de crecimiento de los organismos y la velocidad de utilización

del sustrato dependen de la concentración del mismo y la temperatura.

Adicionalmente la producción de biogás es baja con la consecuencia de la

disminución en la intensidad de la mezcla y un pobre contacto biomasa-

sustrato.

Cuando se tratan aguas residuales complejas, como las de origen doméstico,

en las que generalmente hay una gran cantidad de material orgánico

particulado, con temperatura alrededor de 15°C, la velocidad de la hidrólisis de

los sólidos suspendidos depende fuertemente de la temperatura y será el paso

limitante en el tratamiento. Se ha sugerido que en estas condiciones se deben

realizar cambios en el diseño de los reactores UASB.

Entre estas modificaciones están la de distribución homogénea del agua

residual en el fondo del reactor, más puntos de entrada por metro cuadrado,

para mejorar el contacto biomasa sustrato y el empleo de dos o tres reactores

en secuencia. En esta configuración el primer reactor sirve para remover e

hidrolizar el material particulado presente en el agua. Investigaciones

adelantadas con reactores en dos pasos o un reactor más próximo al flujo

pistón muestran que se producen eficiencias más altas que en un solo reactor

del mismo volumen.

2.1.1 Características del proceso.

En el reactor UASB, la materia orgánica contenida en las aguas residuales, se

degrada por la acción de consorcios microbianos que se adaptan a condiciones

favorables de temperatura y disponibilidad de nutrientes, en las cuales pueden

sustentar sus necesidades metabólicas a través del rompimiento enzimático de

las moléculas orgánicas mediante cuatro reacciones de degradación, siendo

las más importante la de formación de metano (biogás), principal subproducto

del proceso biológico anaerobio, que es recogido en la parte superior de los

reactores.

A medida que el proceso transcurre, la comunidad bacteriana crece y se

agrupa formando flóculos que se depositan en la parte inferior del reactor,

dando lugar al llamado “manto de lodos”, responsable del proceso de

biodegradación.

Los sistemas de tratamiento anaerobio son procesos microbiológicos que

involucran varios grupos de bacterias que conviven en un equilibrio biológico

complejo.

La clave del éxito de la operación de los sistemas anaeróbicos de tratamiento

de aguas residuales radica en ajustar las condiciones para que este equilibrio

no se rompa y las bacterias puedan fomentar un proceso de degradación

paulatino de la materia orgánica mediante reacciones biológicas.

Durante el proceso se produce un gas compuesto principalmente de metano

(CH4) y dióxido de carbono (CO2), conocido como biogás, producto de la

degradación anaeróbica de la materia orgánica.

La cantidad de gas producido y velocidad de digestión varían

fundamentalmente con la cantidad de materia orgánica alimentada al digestor y

de otros factores como la temperatura del medio, la homogeneidad del sustrato

orgánico y el pH, entre otros.

El biogás producido mediante este tipo de reacciones está contaminado por

trazas de moléculas precursoras de olores ofensivos, principalmente sulfuro de

hidrógeno H2S (0 – 0.1%) y amoniaco, provenientes de la degradación de

compuestos azufrados y nitrogenados presentes en la materia orgánica.

2.2 Factores importantes de desempeño de un biorreactor UASB

2.2.1 Factores ambientales:

pH: El valor del pH no solo determina la producción de biogás, sino también,

lo que es más importante, su composición en metano, ya que debajo de 6.2

la acidez existente en el reactor inhibe fuertemente la actividad de las

bacterias metanogénicas, entre 6,5 y 8,2 la inhibición afecta también a las

fermentativas. Efectos similares se detectan en valores de pH por encima

de 8. El rango óptimo de pH está comprendido entre 6,6 y 7,4.

Temperatura: Si el intervalo de temperatura de un reactor cambia, es

necesario iniciar nuevamente el arranque del reactor, una nueva población

microbiana tiene que ser cultivada. La actividad y el crecimiento de las

bacterias disminuye en un 50% por cada 10 ºC de descenso por debajo de

35ºC, cambios en la temperatura pueden ser tolerados, pero no es

aconsejable aumentar la temperatura de los reactores por encima de 42ºC,

ya que puede ocurrir un deterioro de las bacterias.

2.2.2 Factores de proceso:

Carga Hidráulica: Es importante porque hay interés en controlar el lavado

del lodo proveniente del reactor.

Mezclado y Contacto del Lodo y el Agua Residual: Es muy crítico porque en

el contacto del líquido con el lodo existe el peligro de que haya

canalizaciones, esta canalización será más grande si hay baja tasa de

producción de gas (menos de 1m3/m3 día).

Características de Sólidos Suspendidos: Se debe considerar un número

importante de características porque dependiendo de ellas puede tener

efectos en el manto de lodos, algunas de ellas son:

Biodegradabilidad, tamaño y área superficial de los sólidos suspendidos.

Afinidad de las bacterias para atacar el material.

Sedimentabilidad y/o flotabilidad.

Coalescencia.

Nutrientes: Por ser un proceso biológico se requiere de ciertos nutrientes

inorgánicos esenciales para su metabolismo, la escasez de estos limita el

crecimiento. La mayoría de aguas residuales domésticas no presenta una

deficiencia de nutrientes.

Actividad Metanogénicas Especifica del Lodo: Es la cantidad de sustrato

convertido a metano por unidad de lodo, por unidad de tiempo, es de

importancia crítica para la inoculación de un UASB.

2.2.3 Parámetros cinéticos y estequiométricos característicos en la digestión anaerobia.

En el proceso anaerobio, sólo una pequeña cantidad de la energía contenida

en el sustrato es utilizada en el mantenimiento y crecimiento celular, quedando

una gran parte en los productos, en forma de biogás. Esto hace que el tiempo

de crecimiento sea lento, lo que condiciona el diseño y la operación de los

digestores anaerobios.

En la Tabla 10 se presentan los parámetros cinéticos y estequiométricos

correspondientes a diferentes grupos tróficos. Los parámetros son: la velocidad

específica máxima de crecimiento (μm), que informa sobre la velocidad de

crecimiento en condiciones favorables donde no hay limitación por sustrato; el

rendimiento celular (YX/S), que indica la fracción de sustrato destinada al

crecimiento celular; la constante de afinidad (KS) o saturación, que indica la

avidez de un grupo por un determinado sustrato; y la actividad específica

máxima (rS), que indica la cantidad máxima de sustrato utilizada, por unidad de

biomasa, en la unidad de tiempo.

Se observa que las velocidades de crecimiento son pequeñas y que, dado el

bajo rendimiento celular, la conversión de sustrato en masa celular es también

pequeña, por lo que la velocidad de generación microbiana es lenta. Esto

representa una de las ventajas del proceso porque de esta manera la

producción de lodo es baja, pero por otra parte supone tiempos de puesta en

marcha más largos para conseguir la suficiente cantidad de biomasa, cuando

no se inocula el reactor.

Es necesario mantener una elevada concentración de biomasa debido a la

relativamente baja actividad específica máxima que presenta una población

anaerobia, 0,5-2,5 g DQO/g SSV.d, sobre todo si se quiere operar a elevadas

velocidades de carga orgánica.

Tabla 2: Parámetros cinéticos y estequiométricos característicos de

diferentes especies y grupos tróficos en procesos de digestión anaerobia

Especie y grupos

tróficos

µmax

(d-1)

Yxs (g SSV/ g

DQO)

Ks (g

DQO/l)

rs (g DQO/ g

SSV.d)

Acidogénicos (APOH) 2.0 0.15 0.2 13

Metanogénicos

(Acetoclastos)

Methanotrix sp.

Methanosarcina sp.

0.16

0.45

0.05

0.05

0.037

0.350

2

9

Sulfato-reductoras

(BSR)

4-6 0.10 0.007 50

Biomasa digestor 0.1- 0.18 0.1-1.4 0.5-2.5

anaerobio* 0.45

Fuente: Lema 1992

Debido a la gran cantidad de microorganismos que intervienen en el proceso

anaerobio, hay que delimitar las condiciones ambientales óptimas de cada uno

de ellos, para optimizar el proceso globalmente.

Criterios de diseño y operación.

Los criterios de diseño y operación en el reactor UASB son:

Relación de producción de biogás.

La altura del manto de lodos.

Temperatura del agua residual.

Remoción de carga orgánica.

Producción de H2S, hasta el momento no se ha considerado como tal, pero

tenderá a que se considere como una variable de diseño, ya que éste ha

sido uno de los inconvenientes por los cuales esta tecnología ha sido

rechazada por la comunidad y se requiere que su concentración y

emanación sea monitoreada y controlada.

Tabla 3: Parámetros de diseño y operación seleccionados para el dimensionamiento del biorreactor UASB

PARÁMETRO UNIDAD VALOR (ES)

Procedencia del agua residual doméstica

Alcantarillado de AMB

DBO5 en el afluente al sistema de Pre-desnitrificación Clásica

mg/l 360

NTK en el afluente al sistema de Pre-desnitrificación Clásica

mg/l 40.20

Concentración de sólidos inertes en el mg/l 30

afluente

Eficiencia de remoción de DBO5 % 70

Eficiencia de remoción de SST % 40

Eficiencia de remoción de DQO % 60

Temperatura promedia del agua °C 24.28

Altura sobre el nivel del mar Msnm 980

Caudal de operación m3/día 338.8

Tiempo de retención hidráulico del reactor

h 13

Máxima tasa de flujo recomendada en el fondo del reactor

Lodo dispersado

Lodo floculento

Lodo granular

m/h

m/h

m/h

0.25

1 - 2

5

Número recomendado de puntos de alimentación para lodo floculento de espesor medio, entre 1 y 2 puntos de alimentación por m2.

Mínimo traslape entre el separador GLS y campana de gas

M 0.6

Fuente: EMPAS

2.3 CÁLCULO DE VARIABLES DEL BIORRECTOR.

Volumen del tratamiento anaeróbico UASB.

𝐕 𝐮𝐚𝐬𝐛 = 𝐓𝐑𝐇𝐱𝐐Ecuación 3

V uasb = 8,5h ∗ 3600s/h ∗ 1m3/s = 30.600m3

Este es el volumen mínimo del tratamiento anaeróbico del Biorreactor UASB, y

se propone la construcción de 10 estructuras en paralelo, que posibiliten la

utilidad del sistema en caso de mantenimiento preventivo o correctivo.

Área del Biorreactor

𝐀𝐑 =𝐕

𝐏Ecuación 4

𝐀𝐑 =𝟑𝟎. 𝟔𝟎𝟎 𝐦𝟑

𝟑, 𝟓= 𝟖. 𝟕𝟒𝟎𝐦𝟐

Flujo Másico.

𝐅𝐌𝐑 = 𝟑𝟎. 𝟔𝟎𝟎𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟑𝟓𝐤𝐠𝐃𝐁𝐎/𝐝 = 𝟗. 𝟓𝟓𝟎𝐊𝐠 𝐃𝐁𝐎/𝐦𝟑𝐝 Ecuación 5

Carga Hidráulica

𝐂𝐇 =𝐐

𝐀Ecuación 6

CH =1m3

8.740m2= 0,000114m/s

CH = 0,000114m

s∗

3600s

h= 0,41m/h

La carga hidráulica máxima de un UASB está establecida en 1 m2/h

Velocidad de Flujo en la Campana

𝐕𝐅𝐂 = 𝟑, 𝟓 ∗ 𝐂𝐇Ecuación 7

𝐕𝐅𝐂 = 𝟑, 𝟓 ∗ 𝟎, 𝟒𝟏 = 𝟏, 𝟒𝟑𝟓𝐦/𝐡

Área de la Abertura

𝐀𝐀𝐛𝐞𝐫𝐭 =𝐐

𝐕𝐅𝐂=

𝟑.𝟔𝟎𝟎

𝟏,𝟒𝟑𝟓= 𝟐. 𝟓𝟎𝟎 𝐦𝟐Ecuación 8

Área de la Sección Transversal de la Campana

𝐀𝐒𝐓𝐂 = 𝐀𝐑 − 𝐀𝐀𝐛𝐞𝐫𝐭 = 𝟖. 𝟕𝟒𝟎𝐦𝟐 − 𝟐. 𝟓𝟎𝟎𝐦𝟐 = 𝟔. 𝟐𝟒𝟎𝐦𝟐Ecuación 9

Velocidad ascensional

𝐕𝐀𝐒𝐂 =𝐐

𝐀𝐑=

𝟏𝐦𝟑

𝟖.𝟕𝟒𝟎𝐦𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟏𝟒𝐦/𝐬Ecuación 10

Tiempo de Retención Hidráulico

𝐓𝐑𝐇 =𝐕

𝐐=

𝟑𝟎.𝟔𝟎𝟎𝐦𝟑

𝟑.𝟔𝟎𝟎𝐦𝟑/𝐡= 𝟖, 𝟓𝐡Ecuación 11

Se encuentra dentro de los parámetros establecidos por la RAS2000, en la

tabla 12.

Tabla 4: Tiempos de Retención Hidráulico para UASB

Fuente: Tomado de título E, RAS2000

Factor de Dilución de la Microbiota.

𝐅𝐃𝟏 =𝐐

𝐕=

𝟑.𝟔𝟎𝟎

𝟑𝟎.𝟔𝟎𝟎= 𝟎, 𝟏𝟏𝟕𝐡−𝟏Ecuación 12

Se manifiesta en un valor de 0.1h-1, con una característica marcada por la

velocidad específica de crecimiento de los microorganismos, y la velocidad de

consumo del DBO.

2.4 Inóculo de la microbiota.

2.4.1 Digestión de la carga orgánica.

El tratamiento de las aguas residuales se ha estudiado teniendo en cuenta las

vías aeróbica y anaeróbica, y ha demostrado ser un proceso de alto

rendimiento, dentro de las diferentes etapas que cumplen las aguas servidas se

tiene que el tratamiento con biocatalizadores (microorganismos) es el más

adecuado para llevar a cabo la mineralización de la materia orgánica que se

dispone sobre el uso del agua, para ser más específicos el agua residual

doméstica.

La descomposición de los contaminantes en el agua va a ser medida con

respecto a indicadores objetivos y medibles, como lo son, DBO5, DQO, sólidos

totales y otros parámetros de tipo físico-químico, en este proceso se

encuentran involucradas las bacterias de tres categorías como lo son:

1 Bacterias aeróbicas.

2 Bacterias anaeróbicas.

3 Bacterias facultativas.

Estos grupos de bacterias son los biocatalizadores que promueven la

mineralización de la carga orgánica presente en esta agua, los sistemas de

tratamiento se optimizan con cultivos mejorados que pueden adaptarse a estos

medios de cultivo, para generar un biogás, compuesto de metano (CH4) y

dióxido de carbono (CO2), este es el resultado del tratamiento de las aguas

servidas, logrando así reducir los indicadores de DBO5, DQO, Sólidos

Suspendidos, Sólidos Sedimentables Totales y Grasas y Aceites, en

porcentajes mayores al 80% (Epalza, 2012).

2.5 ARRANQUE DE LOS BIORREACTORES UASB.

El arranque del biorreactor UASB se realiza mediante una inoculación

controlada de un lodo activado con una microbiota definida de la siguiente

manera:

INÓCULO:

Es lodo derivado de un cultivo exógeno, con una serie de microorganismos

descritos en la microbiota a utilizar; el volumen del inóculo se calcula en 0,3

m3 para cada reactor, lo que nos indica un inóculo total de 0,6 m3, para un

inóculo de 1 % volumen a volumen. Este inóculo se dispone después de 15

días de uso del reactor, y su inyección se realiza controladamente,

ajustando el pH en valores mayores de 7.2, si el pH se acidifica, se

adicionan cantidades equivalentes de un nivelador de pH, que puede ser

soda cáustica (NaOH) diluida, para valores de pH inferiores a 5.5.

MICROBIOTA.

Se denomina de esta manera a la población microbiana presente en el

inóculo; para la inoculación del Reactor se debe tener en cuenta que los

recuentos totales de bacterias anaerobias tenga un valor de 1011Bacterias

por mililitro, este valor se logra en un cultivo controlado en condiciones de

estricta anaerobiosis (Epalza J. M., 2012).

La composición de la microbiota está definida por: Methanmobacterium sp,

Methanococcus sp, Methanosarcina sp, Methanotrix sp, Methanomicrobium

sp, Methanoplanus sp, Methanosaeta sp, Desulfovibrio sp,

Desulfotomacullum sp, Clostridium sp, Nitrococcus sp, Nitrosococcus sp,

Nocardia sp, Pseudosmonas sp, como especies principales y algunas

levaduras acompañantes.

3. Tratamiento secundario

3.1 Laguna aerobia de alta tasa.

Esta laguna aerobia; se define como un ecosistema combinado entre acuático,

en el cual interactúan tres elementos importantes; Agua substrato y microalgas;

que por interacción propia se desarrollan varios procesos fisicoquímicos y

biológicos, que permite la remoción de materia orgánica, DBO5, nitrificación,

remoción de fósforo, azufre y otros compuesto, además facilita la adsorción,

precipitación, intercambio iónico, además también las microalgas poseen la

capacidad de adaptarse a condiciones acuáticas y / o de saturación de agua.

El tratamiento terciario de láminas filtrantes por tener poca profundidad y

poseer dentro del sistema una baja velocidad del agua permite el crecimiento y

desarrollo de plántulas emergentes.

La laguna de alta tasa planteada para el cultivo microalgal es una serie de

lagunas, conectadas en serie y en paralelo, para realizar las operaciones de

cosecha y aprovechamiento de la biomasa, la cual tiene las siguientes

dimensiones.

Capacidad total: 172.800 m3

Área inundable: 11,52 hectáreas.

Profundidad de las lagunas: 1,5 m

Tamaño sugerido de cada laguna: 0,5 hectáreas

Número de lagunas: 22.5, constructiva y operativamente se construyen 24.

Disposición: 2 trenes de tratamiento de 12 lagunas, conectadas en serie y en

paralelo, para cosechar por par de lagunas.

Figura 1: Disposición de las lagunas de alta tasa.

Fuente: autor

4. Reactor de Lodos.

El reactor de lodos planteado para el aprovechamiento energético en esta

evaluación tiene un comportamiento distinto al UASB y trabaja en condiciones

reológicas distintas, pues el lodo es un fluido con mayor viscosidad y mayor

densidad, que el agua residual.

El reactor de lodo se considera con un tamaño de 800 m3 y se instalan con

redundancia y con capacidad de trabajar con desviaciones de los flujos

paralelos y en serie, cabe anotar que la construcción es de 2 reactores en

paralelo y en serie, cada uno con capacidad de 1200 m3 de capacidad total,

que se utilizan a una capacidad de trabajo máxima de 800 m3, con diferentes

sistemas de intercambio de calor, para aumentar la temperatura del lodo que

ingresa con 25ºC en promedio, y llevarlo a 52ºC o 55ºC, calor que sale del

aprovechamiento energético de la combustión del biogás producido por la

integración de caudales de biogás del UASB y el reactor de lodos.

La inyección de los lodos se realiza mediante bombas de tornillo que llevan el

lodo hasta los reactores, las cuales pueden controlar el flujo de lodo, con baja

afectación de daño mecánico a las células microbianas presentes en el lodo, se

prefieren este tipo de bombas por que las alturas de elevación para inyección

de lodos son inferiores a 20 m y poseen un menor consumo que las bombas

centrífugas utilizadas en el transporte de este tipo de fluidos, el lodo tiene un

comportamiento de fluido No Newtoniano, y la bomba de tornillo controla mejor

el transporte de estas sustancias.