La Depuración Anaerobia La Depuración Anaerobia De Aguas ResidualesDe Aguas Residuales

Grupo DAMMGrupo DAMM

Departamento De IngenieríaDepartamento De Ingeniería

Josep Miquel Carceller Rosa

DIAGRAMA DE FLUJO DE UN SISTEMABIOLÓGICO DE FANGOS ACTIVADOS

REACTORBIOLOGICOAEROBIO

DECANTADORSECUNDARIO

RAS

WAS

UN PROBLEMA FRECUENTE:

INTERFERENCIA EN LA DECANTACIÓN POR PROLIFERACIÓN EXCESIVA DE BACTERIAS FILAMENTOSAS (“BULKING”)

¿QUE SECTORES SON MAS PROPENSOS AL “BULKING”?

LOS QUE TIENEN AGUAS RESIDUALES FACILMENTE BIODEGRADABLES, Y MUY ESPECIALMENTE EL SECTOR ALIMENTACIÓN Y BEBIDAS:

CERVECERO

DESTILERÍAS

“SOFT-DRINKS”

ZUMOS

PROCESADO DE PRODUCTOS DE ORIGEN VEGETAL (CONSERVAS, ETC.)

LACTEO

PAPELERO

RELACIÓN ENTRE TIPOS DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS Y EL ORIGEN DEL AGUA RESIDUAL

ORIGEN DEL IVF TIPOS FILAMENTOSOS AGUA

RESIDUAL 6/12 2/12 PREDOMINANTES

Municipal

103

148

021N, 0041, M. parvicella, S. natans, 1701

Papelera

265

613

021N, 0041, Nocardia, 1701, 0675

Matadero

109

160

021N, 1701, M. parvicella

Láctea

224

490

0092, 021N, 1701, M. parvicella

Vegetales

173

302

Nocardia, 0041, 021N

Frutas

112

209

021N, M. parvicella, S. natans, 1701

Destilería

103

191

021N, 0041, N. limícola

Cervecera

169

283

021N, 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)

¿QUE SECTORES SON LOS MÁS INDICADOS PARA ADOPTAR SISTEMAS ANAEROBIOS?

LOS QUE TIENEN AGUAS RESIDUALES CON CONCENTRACIONES ALTAS DE MATERIA ORGÁNICA (DQO > 1.500 mg./L), Y AGUASRESIDUALES FACILMENTE BIODEGRADABLES

BASICAMENTE LOS MISMOS SECTORES PROPENSOS A TENEREPISODIOS DE “BULKING”

ACTIVIDADES MICROBIANAS EN EL PROCESO ANAEROBIOMATERIA ORGÁNICA (substratos poliméricos complejos)polisacáridos proteínas lípidos

MONÓMEROS Y MOLÉCULAS DE BAJO P.M.

azúcares aminoácidosy péptidos

ácidos grasosde cadena larga

H2, CO2, acetato, formato, propionato, butirato . . . (AGV)etanol, lactato, aldehidos, . . . .

Acetato, H2, CO2,

CH4 + CO2

Hidrólisis por exoenzimas bacterianos

Fermentativos

Acetogénicos

Metanogénicos

1ª F

ASE

: A

CID

OG

ÉNES

IS2ª

FA

SE:

MET

AN

OG

ÉNES

IS

BIOGAS

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO ANAEROBIO

DESBASTE

DECANTADORPRIMARIO

pH ácidopH alcalinoCargas altasTemperatura

TANQUE DEACONDICIONAMIENTO:

PREACIDIFICACION

REACTORANAEROBIO:

METANOGÉNESIS

PROCESO DE HIDRÓLISIS YDE ACETOGÉNESIS:

FORMACIÓN DE AGV

Decantaciónde sólidossedimentables

TRATAMIENTODE OLORES

BIOGAS

EFLUENTE

TANQUE DEEMERGENCIA

AGUA PREACIDIFICADApH = 6,0

•APORTE DE ACIDEZ•APORTE DE CARGA

ORGÁNICA•APORTE DE CAUDAL

VELOCIDAD ASCENSIONAL

AUMENTA CON:

• CAUDAL DE INFLUENTE

• CAUDAL DE RECIRCULACIÓN

•CARGA ORGÁNICA (POR LAFORMACIÓN DE BIOGÁS)

•ALTURA DEL REACTOR

RECIRCULACIÓN EFLUENTEpH = 7,0

• APORTE DE ALCALINIDAD

• APORTE DE CAUDAL

EL SISTEMA ANAEROBIO U.A.S.B.

Qi

Qr

BIOGAS

EFLUENTE

Qb

LOS TRES SISTEMAS MÁS EXTENDIDOS DE LOS TRES SISTEMAS MÁS EXTENDIDOS DE DEPURACIÓN ANAEROBIA DE AGUAS RESIDUALESDEPURACIÓN ANAEROBIA DE AGUAS RESIDUALES

U.A.S.B E.G.S.B. I.C.

LOS SISTEMAS ANAEROBIOS MÁS EXTEDIDOS:DIFERENCIAS BÁSICAS

TIPO DE SISTEMA ANAEROBIO: UASB EGSB REACTOR IC

PARÁMETRO:

Unidades

VALORES HABITUALES DE DISEÑO

Etapas 1 1 2

VLR

(Carga volumétrica)

Kg O2 / m3 · d

12 – 15

14 - 18

18 - 30

Volumen del reactor m3 1.800 1.500 1.100

Altura del reactor m 5 18 24

Superficie requerida m2 360 83 45

VALORES CONSIDERADOS PARA Q = 8.000 m3/d, DQO = 3.000 y T = 30-38º C

INCREMENTO EN ELAPORTE DE ACIDEZ

APORTE DE ALCALINIDAD

EFECTO DEL INCREMENTO DE LA CARGA ORGÁNICAEN EL SISTEMA ANAEROBIO U.A.S.B.

INCREMENTO EN ELAPORTE DE CARGA

ORGÁNICA

APORTE DE CAUDAL

BIOGAS

EFLUENTE

Qr

Qi

Qb

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

MAYOR APORTE DE ACIDEZ =MAYOR NECESIDAD DE ALCALINIDAD =

NECESIDAD DE AUMENTAREL CAUDAL DE RECIRCULACIÓN

UN INCREMENTO EN EL APORTE DECARGA ORGÁNICA CONTAMINANTE SESOLUCIONA POR LA CONFIGURACIÓN DELSISTEMA IC:

MAYOR CARGA ORGÁNICA = MAYOR PRODUCCIÓN DE BIOGAS =MAYOR ACTIVIDAD EN LA 1ª ETAPA =

AUMENTA LA RECIRCULACIÓN NTERNA

MAYOR APORTE DE ACIDEZ =MAYOR NECESIDAD DE ALCALINIDAD =

EL AUMENTO DE RECIRCULACIÓN INTERNAAPORTA LA ALCALINIDAD NECESARIA

INCREMENTO EN EL APORTE DE ACIDEZ

INCREMENTO EN EL APORTE DE CARGA ORGÁNICA

BIOGAS

EFLUENTE

ETAPA DE BAJA CARGA

ETAPA DE ALTA CARGA

EFECTO DEL INCREMENTO DE LA CARGA ORGÁNICA EN ELSISTEMA BIOPAQ® “IC”

7,67,6------mtmtDiDiáámtreo del reactor (IC)mtreo del reactor (IC)

7722227373103103mtmtDimensiones (L x L)Dimensiones (L x L)

111111119119237237--RelaciRelacióón de superficiesn de superficies

45454804805.3335.33310.66710.667m2m2Superficie requeridaSuperficie requerida

112224242424--RelaciRelacióón de voln de volúúmenesmenes

1.0911.0912.4002.40026.66726.66726.66726.667m3m3Volumen del reactorVolumen del reactor

222210100,900,900,900,90KgO2KgO2/m3/m3··ddCarga volumCarga voluméétrica (VLR)trica (VLR)

InventarioInventarioInventarioInventario3333g/Lg/LConcentraciConcentracióón de n de

biomasabiomasa

----80.00080.00080.00080.000KgKgBiomasa requeridaBiomasa requerida

----0,30,30,30,3KgO2KgO2//KgSSVKgSSV··ddCarga mCarga máásica (F/M)sica (F/M)

242455552,52,5mtmtAltura lAltura láámina de aguamina de agua

24.00024.00024.00024.00024.00024.00024.00024.000KgO2KgO2/d/dCarga orgCarga orgáánicanica

3.0003.0003.0003.0003.0003.0003.0003.000KgO2KgO2/L/LDQODQO

8.0008.0008.0008.0008.0008.0008.0008.000m3/dm3/dCaudalCaudal

UnidadesUnidadesPARPARÁÁMETROMETRO

ICICUASBUASBDifusoresDifusoresTurbinasTurbinas

SISTEMAS ANAEROBIOSSISTEMAS ANAEROBIOSSISTEMAS AEROBIOSSISTEMAS AEROBIOS

NECESIDADES DE ESPACIO EN LOS SISTEMAS AEROBIO Y ANAEROBIO

COMPARACIÓN ENTRE EL VOLUMEN Y LA SUPERFICIE REQUERIDOS POR LOS SISTEMAS AEROBIOS Y ANAEROBIO

BALSA DE AIREACIÓNCON DIFUSORES

VOLUMEN = 26.667 m3

ALTURA = 5 m

SUPERFICIE RELATIVA = 119

BALSA DE AIREACIÓNCON TURBINAS

VOLUMEN = 26.667 m3

ALTURA = 2,5 m

SUPERFICIE RELATIVA = 237

REACTORANAEROBIO IC

ALTURA = 24 m

SUPERFICIE RELATIVA = 1

VOLUMEN = 1.091 m3

REACTORANAEROBIO UASB

ALTURA = 5 m

SUPERFICIERELATIVA = 11

VOLUMEN = 2.400 m3

PARÁMETRO AEROBIO ANAEROBIO

DQO entrada < 1,500 mg O2 / L >1,500 mg O2 / L

Estado de la biomasa floculenta granular

Formación de biomasa (producción de fango)

0.7 Kg / Kg DQO eliminada < 0.02 Kg / Kg DQO eliminada

Carga volumétrica 0.3 – 0.7 Kg / m3 · d 10 – 30 Kg / m3 · d

Carga másica 0.2 – 0.5 Kg / Kg SSV · d 0.5 – 1 Kg / SSV · d

Relación DBO / N / P 100 / 5 / 1 1,000 - 350 / 5 / 1

Rendimiento 90 – 95 % 80 –85 %

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

La biomasa puede permanecer parada durante meses

Arranque del reactor (1ª vez) Rápida sin necesidad de aporte de biomasa externa

Lenta, y requiere el aporte de biomasa externa

COMPARACIÓN ENTRE LOS SISTEMASAEROBIO Y ANAEROBIO

Aprovechamiento energAprovechamiento energéético tico biogasbiogasNO HAYNO HAYAprovechamiento del Aprovechamiento del biogasbiogasBeneficiosBeneficios

CogeneraciCogeneracióón, motor n, motor electricoelectrico o mezcla o mezcla directa con gas natural en directa con gas natural en caldera (no requiere inversicaldera (no requiere inversióón)n)

Lavado (no es imprescindible)Lavado (no es imprescindible)NO REQUIERENO REQUIEREAprovechamiento del Aprovechamiento del biogasbiogas

AntorchaAntorchaNO REQUIERENO REQUIERETratamiento del Tratamiento del biogasbiogasInversiInversióónn

LINEA DE BIOGASLINEA DE BIOGAS

Venta fango granular anaerobioVenta fango granular anaerobioNO HAYNO HAYGestiGestióón del subproducton del subproductoBeneficiosBeneficios

NO HAYNO HAYTratamiento o disposiciTratamiento o disposicióónnGestiGestióón del residuon del residuo

NO HAYNO HAYPolielectrolitoPolielectrolitoReactivosReactivosGastosGastos

NO REQUIERENO REQUIEREDeshidrataciDeshidratacióónn

NO REQUIERENO REQUIEREDigestiDigestióón y/o estabilizacin y/o estabilizacióónn

NO REQUIERENO REQUIEREEspesadorEspesadorTratamiento del fangoTratamiento del fangoInversiInversióónn

LINEA DE FANGOSLINEA DE FANGOS

RaramenteRaramente5 a 10 veces superior a la de un 5 a 10 veces superior a la de un sistema anaerobiosistema anaerobioDosificaciDosificacióón de nutrientes: nitrn de nutrientes: nitróógeno y/o fgeno y/o fóósforosforo

NO HAYNO HAYEnergEnergíía, o oxa, o oxíígeno purogeno puroAireaciAireacióónnGastosGastos

NO REQUIERENO REQUIEREDecantaciDecantacióón secundarian secundariaSeparaciSeparacióón aguas n aguas -- fangofango

Reactor anaerobioReactor anaerobioSoplantes / Soplantes / instinst. ox. oxíígenogeno

PreacidificaciPreacidificacióónnBalsa de aireaciBalsa de aireacióónnReducciReduccióón DQOn DQOInversiInversióónn

LINEA DE AGUALINEA DE AGUA

SISTEMA ANAEROBIOSISTEMA ANAEROBIOSISTEMA AEROBIOSISTEMA AEROBIOPROCESOPROCESO

COMPRAINVERSIONES Y GASTOS ASOCIADOS COMPARACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS AEROBIO Y ANAEROBIO: INVERSIONES Y GASTOS