REACTORES

INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACABIOLOGICOS

INGENIERIA QUIMICAMATERIA: REACTORES QUIMICOS TRABAJO: Calculo de reactores heterogeneos biologicos

10 Junio 2011

CATEDRATICO:

YADIRA GOCHI PONCEALUMNO:

M A R C O A N T O N I O S1 N T I A G O M A R T I N E Z A

REACTORES

BIOLOGICOS

2.1. Clasificacin de reactores heterogneos Entre los reactores heterogneos ms comunes, tenemos aquellos donde intervienen al menos dos fases. Generalmente un fluido que reacciona sobre un lecho o cama de catalizador. Este ltimo puede estar inmvil (reactor empacado de lecho fijo), o en movimiento pero sin salir del reactor (reactor de lecho fluidizado) o bien, el catalizador puede entrar y salir del reactor continuamente (reactor de lecho transportado). Las figuras 3.4. a 3.6. esquematizan cada uno de estos reactores. Kunii y Levenspiel [1] proponen una clasificacin completa de los diferentes regmenes de flujo para los lechos catalticos.

fluido

catalizador slido

Fig. 3.4. Reactor de lecho fijo

fluido

catalizador slido fluidizado

Fig. 3.5. Reactor de lecho fluidizado

fluido

catalizador slido entrando y saliendo del reactor

Fig. 3.6. Reactor de lecho transportado

Existen tambin reactores donde se presentan ms de dos fases y entre estos tenemos :

2

REACTORES

BIOLOGICOS

fl i

2

fl i

1

t li

r

li

Fig. 3.7. Reactor de lecho percolador (trickle bed)

gas

catalizador en suspensin lquida

Fig. 3.8. Reactor de suspensin (slurry)

Al final del curso se analizarn los modelos matemticos para cada reactor heterogneo y sus diferentes particularidades, en relacin con su uso. II.2. Ecuaciones de conservacin Se detallar fundamentalmente el desarrollo de la ecuacin de conservacin para transferencia de masa, recordando algunos conceptos matemticos para una mejor comprensin de la notacin empleada. As, del curso de transferencia de masa se sabe que :

transporte de transporte por transporte por ! masa di conveccin usin

El transporte total de materia para la especie A, por ejemplo en la direccin z, que pasa por un rea transversal Az se define como el flux de A, NAz. Sus unidades son mol/unidad de

3

REACTORES

BIOLOGICOS

tiempo*unidad de rea y es una magnitud vectorial, aunque por comodidad se evitar la notacin correspondiente.

La ecuacin 3.3. representa el flujo total de materia por unidad de rea (flux) en la direccin z, incluyendo los dos componentes mencionado anteriormente.

NAz ! JAz C A

z

En general, para un elemento diferencial

x (y (x (z N Ay

y

Fig. 3.9. Elemento

VRcon flux de materia en las diferentes direcciones

Podemos escribir el balance de materia :

_Flux entrando de A .rea tranversal ac / direccin _Flux saliendo de A .rea tranversal ac / direccin moles acumuladas de A - _moles consumidas de A a(V ! _R

z

z

direccin z

(3.3.)

VR= x y z, tenemos

NAx NAz z

a(V

R

4

REACTORES

BIOLOGICOS (2.4.)

N Ax (y(z x N Ax (y(z x +(x N Ay (x(z N Ay (x(zy

y + (y

N Az (x(y z N Az (x(y z+ (z

x (r A )(x(y(z = (C A (x(y(z ) xt

La ecuacin 2.4. se divide entre x y z y se toma el lmite para cuando cada incremento tiende a cero (ver Cap.18 de Bird et al. [2]) , resultando :

x

y

que en notacin vectorial se escribe :

- N A ( r A ) =

xC A xt

Regresando al caso particular del reactor tubular de flujo pistn operando al estado estable, se puede deducir la ecuacin de diseo a partir de la ecuacin 2.6. En este reactor solamente hay transferencia de materia en la direccin z N Ax = 0, N Ay = 0 y el trmino de acumulacin vale cero,

xC A ! 0 , entonces : xt d N Az (r A ) = 0 dzmultiplicando ambos trminos de la ecn. 2.7. por Azdz, (2.7.)

d( A zN Az ) dz ( r A )A z dz = 0 dzRe-arreglando 3.8. y substituyendo la relacin dVR=Azdz,

d( A z N Az ) dz d (A z N Az ) = ! (r A ) dz dz dV RSubstituyendo para el flux, N Az ! J Az

J Az ! D z

dC A dz

(Ley de Fick)

5

z

-

x N xx

-

x N xy

-

x N xz

( r )=

xC A xt

(2.5.)

(2.6.)

(2.8.)

(2.9.)Avz,

donde (2.10)

REACTORES

BIOLOGICOS

donde Dz es el coeficiente de difusividad de A en la direccin z, no forzosamente molecular en naturaleza.

dC A d zD z A A d( A z v zC A ) dz z = ( r A ) dV R dV R

(2.11.)

introduciendo la relacin FA=AzvzCA para el 1er. trmino y dVR=Azdz, para el 2do. trmino de la ecn. 2.11. y simplificando obtenemos :

dF A d2 C A D z = ( r A ) dV R dz 2

(2.12.)

El segundo trmino en la ecuacin 2.12. representa el transporte de materia axial debido a la difusin. A este fenmeno se le conoce como dispersin axial y debido a que Dz es igual a cero en un reactor de flujo pistn, entonces se puede escribir :

que coincide con la ecuacin de balance de materia presentada al inicio del captulo (ecn.2.2.). Resulta claro que las ecuaciones de conservacin de materia, energa y cantidad de movimiento pueden aplicarse para modelar cualquier reactor y sus soluciones dependern de cada caso particular. Conviene entonces presentar ahora las ecuaciones de conservacin para sistemas reactivos con geometra cilndrica, pues se adaptan ms a la morfologa de la mayora de los sistemas.

Fig. 3.10. Elemento

para un elemento diferencial

d

A

= (r A )dV R

(2.13.)

r z

(r N Ar N Az (z

VR para geometra cilndrica VR=2 r r z, por el BM/A tenemos :

6

REACTORES

BIOLOGICOS

Debe notarse el trmino de cambio de fase para la especie A (gi.f.), pues frecuentemente ocurre en los reactores heterogneos. Siguiendo una metodologa similar a la ecuacin en geometra rectangular llegamos a la ecuacin :

-

xN Az A z xN A x(C A V R ) dz - Ar r dr (r A )dV R s g i.f.dV R = xt xz xx

Dividiendo la ecuacin 2.14. entre dVR, e invirtiendo signos tenemos :

1 xN Az A z 1 xN Ar A r 1 x(C A V R ) dz + dr ( r A ) s g i. f. = dV R xt xz dV R xx dV RSubstituyendo:

dC A C A v z , donde Dz =cte. en z N Az ! J Az C A v z ! D z dz N Ar ! J Ar C A v r ! D rcomo VR=2 r

dC A CA v r dr

r z , entonces dVR=2 r drdz, simplificando la ecn. 2.17.

xv z A A z 1 x(C A V R ) x 2 A D r x xC A (r A ) s r i. f. = Dz r 2 A zxz xz xt dV R r xr xz como F A = v z C A A z y

dV R = A zdz , tenemos finalmente

! _moles acumuladas de A

a

VR

(2.16.)

vr ! 0

7

_Fl trando de A . rea tranversal ac / direcci n _Fl saliendo de A . rea tranversal ac /direcci n - _moles consumidas de A a V R s _moles cambiando de fase de A

a VR

(2.14.)

(2.15.)

(2.17.)

(2.18.)

REACTORES

BIOLOGICOS

xF A x2 C A D r x xC A 1 x(n A ) ( r A ) s r i. f. = D z r 2 xz V R xt xV R r xr xz

(2.19.)

_1a

_2a

_3a

_4a _5a

_6a

Para cada trmino podemos decir :

_ a, cantidad asociada al cambio de flujo molar de A con respecto al 1molecular y debida sobre todo, a efectos de turbulencia,

volumen del reactor,

_2a, trmino asociado con la dispersin axial (en la direccin z), no forzosamente de origen _3a, magnitud relacionada con la dispersin radial (en la direccin r), al igual que el casoanterior, no siempre de origen molecular y originada por efectos de turbulencia, trmino correspondiente a la desaparicin o generacin de especies, definido en unidades coherentes con el volumen de control sobre el que se hace el anlisis, se puede denotar en este caso rv,

_4a,

_5a,

contabiliza las moles que cambian de fase, es decir, aquella masa que se transfiere

desde o hacia una fase diferente a la que se analiza,

_ a, indica la acumulacin de moles de la especie A en el sistema.

Mediante un proceso anlogo se llega a la ecuacin de conservacin de la energa para un sistema con geometra cilndrica,

vz

q xT xT x2 T K x xT q c s s i. f. = K z 2 r r p xt xz xz r xr xz V C p V C

(2.20.)

_1a

_2a

_3a

_4a _5a

_6a

La interpretacin de la ecuacin 2.20 es similar a la 2.19 :

_ a, cantidad asociada al cambio de temperatura con respecto a la direccin z, 1 _2a, trmino asociado con la dispersin trmica axial (en la direccin z), debidade turbulencia, Kz es la difusividad trmica en la direccin z, a efectos

8

REACTORES

BIOLOGICOS

_ a, magnitud relacionada con la dispersin radial (en la direccin r), al igual que el caso anterior, Kr es la difusividad trmica en la direccin radial, _4a, trmino correspondiente a ladesaparicin o generacin de calor debido a la reaccin qumica rv,

q c = (-( H rxn )r v

(2.21.)

_ a, contabiliza el calor transferido entre diferentes fases, es decir, aquella energa que setransfiere desde o hacia una fase diferente a la que se analiza,

_ a, indica la acumulacin de energa en el sistema.Finalmente, se tiene la ecuacin de conservacin de cantidad de movimiento en trminos de la velocidad de fluido :

vz

xVv z xP 1 xrX* xVv z + =xz xz r xr xt

(2.22.)

donde t* representa el esfuerzo de corte. Si se tratara de un flujo laminar con un gradiente de presin, al estado estable se tendr :

xP 1 xrX* + =0 xz r xr

(2.23.)

El perfil de velocidades resultante de la solucin a la ecuacin 2.23 tiene forma parablica y lo define la ecuacin. 2.24.

(P d R 2 2 2 2 vz ! 1 r d ! 2v z 1 2r d 4Ql R R Para un flujo turbulento, la solucin de la ecuacin tiene la forma :

2

(2.24.)

En ambos casos :

v z ! v z 1 2r d

n n p g

(2.25.)

9

REACTORES

BIOLOGICOS

(P = caida de presin en el reactor d ,l ! dim nsiones del reactor Q ! viscosidad del fluido

Frecuentemente, para el caso de la transferencia de masa se acostumbra expresar la ecuacin de diseo en funcin del nmero adimensional de Pclet (Pe), pues ste nos permite cuantificar la dispersin. En otras palabras, este trmino permite estimar el grado de mezclado tanto en la direccin axial como en la direccin radial. Para ilustrar lo anterior, se considerar la ecuacin de conservacin de materia 2.19., para un reactor tubular operando al estado estable.

x2 C A D r x xC A xF A 1 x(n A ) D z r r sr = 2 xz v i. f. xz r xr xV R V R xt

Si se desprecia la transferencia de masa en la direccin radial y no hay acumulacin ni

D x xC A r ! 0 r i.f. = 0 transferncia de A desde o hacia otra fase : r r xr xz ecuacin se transforma :

rv ! D z

d 2 C A dF A dz 2 dV R

substituyendo F A = v z C A A z y dV R = A z dz en 2.20. y suponiendo 1er. orden de reaccin, la ecuacin 2.21. describe un reactor tubular de flujo pistn con dispersin axial.

Dz

d CA dC A ! r v ! kC A 2 vz dz dz

2

Si se introduce:

C A 0 ( conc . de A en

Pe z =

lv z , nmero de Pclet basado en la longitud del reactor. Dz 1 d2 f df l !k f 2 Pe z dZ dZ vzDe la solucin de la ecuacin 2.28 resulta : (2.28.)

Pe z p g (D z p 0 ) PFR (no hay mezclado axial

) CSTR (mezclado axial completo)

%

f=

CA

ali .) y

Z ! z l(longitud del reactor

Pe z p 0 (D z p g)

10

$ #

"

!

(2.19.)

-

1 x(n A ) ! 0 , la V R xt

(2.26.)

(2.27.)

) y agrupando

REACTORES

BIOLOGICOS

Algunos reactores catalticos heterogneos siguen cualquiera de los dos comportamientos ideales extremos : en algunos reactores de lecho fijo es posible considerar flujo muy aproximado al pistn, mientras que otros reactores pueden considerarse como perfectamente mezclados, modelndose como un RCTA. Estudios de distribucin de tiempos de residencia nos permiten conocer de una manera sencilla si ocurre algunas de estas situaciones. A continuacin se analizar a travs de un ejemplo, el diseo para un reactor heterogneo donde se pueden utilizar las ecuaciones de balance de materia para un PFR y un RCTA. La descripcin completa de las ecuaciones que describen los reactores heterogneos se ver hacia el final del curso. Adems, hasta ahora, no hemos enfatizado el hecho de que la expresin de velocidad de reaccin es ms compleja, pues incluye los fenmenos de transporte.

REACTORES HETEROGENEOS : LECHO FIJO CON FLUJO PISTON => ECN. DISEO PFR LECHO FLUIDIZADO O TRANSPORTADO PERFECTAMENTE AGITADO => ECN. DISEO CSTR

RECORDAR rv no es sencilla, incluye fenmenos de transporte generalmente rp (=) moles consumidas/t. gr catalizador Ejemplo 2.1. Se desea realizar la hidrodemetilacin cataltica de tolueno en un reactor de lecho fijo, al que se alimenta 40% mol de H2, 20% de tolueno y 40% de inertes. Se operar a 600C y 10 atm de presin total. Calcular el volumen necesario para alcanzar una produccin de 10 grmol/min de benceno, a partir de un flujo volumtrico en la alimentcin de 400 lt/min. la reaccin que ocurre es CH3-C6H5 + H2---> C6H6 + CH4. En experimentos previos se obtuvo que la cintica de la reaccin a 600C corresponde a la ecuacin :

11

REACTORES

BIOLOGICOS 1. 41.10 8P H P T (!)gr ol / grcatalizador . s 1 + 1. 45 P B + 1. 01P T

rp =

(SE TRATA DE LA VELOCIDAD GLOBAL OBSERVADA) La densidad aparente del catalizador en el lecho es de 2.3 gr/cm3. Solucin Para el reactor de lecho empacado, se puede suponer como punto de partida flujo pistn dentro del reactor y que la caida de presin es despreciable. De tal forma, que la ecuacin de conservacin de materia es similar al BM en un PFR.

F A0 Q0

r z

Entonces, para el reactivo limitante (tolueno=A), se realiza un balance en un elemnto diferencial de lecho cataltico, dm.

F

A

F +dFA

A

dm

F A - (F A + dF A ) - r p dm = 0

Simplificando (A) y expresando el flujo en funcin de la conversin, tenemos :

F A 0 dx A = r p dm

A partir de (B) se obtiene mediante integracin la masa de catalizador del lecho, aunque antes debe expresarse rp en funcin de la conversin.xA

m = FA 0

xA 0

dx A rp

12

'

P H ,P T ,P B = presiones parciales de H

&

2,

tolueno y benc no

(A)

(B)

(C)

REACTORES

BIOLOGICOS

Se sabe que Pi=CiRT, considerando gas ideal para cada compuesto i, entonces :

P H = C HRT P T = C T RT P = C B RT

(D) (E) (F)

Por medio de una tabla estequiomtrica (A=tolueno, B=hidrgeno, C=benceno) podemos expresar cada concentracin en funcin de la conversin,

CA !

b C A 0 UB x A a CB = (1 Ix A ) c C A 0 UC xA a CC = (1 Ix A )Tenemos

que

H = 1+ 1-1-1= 0

substituyendo los valores anteriores en (G)-(I) e insertndolos en las ecuaciones (D)-(F), obtenemos :

P A = P A 0 (1 - x A ) P B = P A 0 (2 - x A ) P C = P A 0x A

como PA0=yA0PTOT0=(0.2)(10) atm=2 atm y substituyendo (J)-(L) en la ecuacin cintica, se tiene :

rp =

5.64.10 8 (1 x A )(2 x A ) 3.02 + 0 .88 x A

Antes de integrar debemos encontrar la conversin, a partir de la produccin deseada,

F C = F A0x A .

4 3

1 0

2

)

(

C A 0 (1 x A ) 1 Ix A

(G)

(H)

(I)

I ! 0, UB !

y B 0 0. 4 ! !2 y A 0 0. 2

UC !

y C0 ! 0, y A0

(J) (K) (L)

(M)

(N)

13

REACTORESdonde :

BIOLOGICOS

FA0 =entonces

P A 0Q 0 2(400 ) = = 11.17 grmol / min 0. 082 (873 ) RT 0

xA =

FC 10 grmol / min = ! 0.89 F A 0 11.17 grmol / min

Substuyendo (M) y los valores de flujo de A en alimentacin y conversin,

Si la densidad del catalizador en el lecho, Vb es de 2.3 kg/lt, el volumen del reactor se determina fcilmente :

VR =

m 21 869 kg = V b 2. 3 kg / lt

V R = 9 508 lt

Ejemplo 2.2. Se desea disear un reactor de lecho fluidizado para los mismos datos del ejemplo 2.1. (misma conversin e iguales condicioens de operacin). La nica modificacin consiste en el cambio en densidad aparente del catalizador en el lecho, siendo sta de 0.4 gr/cm3.

5

m = 11.1

5.64.10 8 (1 x A A ) ! 21869 kg de catalizador A )(2 x A 0

66

0. 9

7

(3. 02 + 0.

x )dx

14

REACTORESSolucin

BIOLOGICOS

Para el reactor de fludizado, se puede suponer un reactor perfectamente mezclado. La ecuacin de diseo resultante es aquella analizada al inicio del captulo.

F A0 Q0

F A 0 - F A - rpm = 0

(A)

Substituyendo la definicin de conversin y despejando m,

m=

F A 0 (x A x A 0 ) rp

(B)

Introduciendo los valores encontrados en el ejemplo 2.1. y la expresin de velocidad de reaccin en funcin de la conversin en (B)

F A 0 = 11.1 grmol / min , x A ! 0. rp =entonces,

xA 0 ! 0

4.10 8 (1 x A )(2 x A ) 3.02 + 0 . x A

8

Si la densidad del catalizador en el lecho, Vb es de 0.4 kg/lt, el volumen del reactor se determina igual que en el ejemplo precedente :

VR =

m 97 087 kg = V b 0. 4 kg / lt

V R = 2.4.10 5 lt

15

A

m=

1 1.17(0.89) ! 9 087 kg de catalizador 5.64.10 (1 0 .89)(2 0.89) 3.02 + 0. 0 . 9

@ @@

99

8

REACTORES

BIOLOGICOS

3.5. VELOCIDADES DE REACCIN PARA REACCIONES HETEROGNEAS El estudio de las velocidades de reaccin para reacciones heterogneas est basado en los siguientes aspectos: y Leyes empricas

f ( Preactivos , Pproductos ) o bien f ( Creactivos , C productos )

y Ajuste de datos experimentales y No hay informacin real sobre como se lleva al cabo la reaccin De esta manera obtenemos ecuaciones tericas como la siguiente:1 1 1 1 2 2 k C HCl C042 CCl CH 2O K r! 2 1 k1CHCl k2 CCl2

Existen numerosos estudios sobre los mecanismos de catlisis entre los cuales se pueden nombrar: y Langmuir-Hinshelwood y Eley-Readel y Mars Van Krevelen Todos ellos asumen una cintica de primer orden y 3 etapas bsicas que son: y Adsorcin en la superficie del catalizador y Reaccin en la superficie del catalizador y Desorcin Adsorcin. Velocidad neta de adsorcin_ _ _ _ _ 1 _ ra ! ka Ca (C m C ) ka C a ! ka Ca ( C m C) Ca Ka

(3.47)

donde:_

C m = concentracin total de espacios adsorbidos C m C ! C V = concentracin de sitios vacios , ademsCV !_

_

_

_

concentracion de sitios masa de catalizador

Rescribiendo (3.47) tenemos:

_ 1 _ ra ! ka Ca CV Ca Ka en el equilibrio:_ _

(3.48)

(C a )eq ! K a Ca C VAdsorcin disociativa

(3.49)

16

REACTORESA2 2 x 2 A.x2

BIOLOGICOS(Etapa elementaria) (3.50)

ra ! ka C A2 C V _1

2 2 (C A )eq ! K A2 C A2 C V

Reaccin en la superficie

A B CCaso1: (reaccin en la que A se adsorbe y B permanece en fase gas) a) A x b) A.x B

_ _ _ _ 1 _ rs ! ks C A CB ks C C ! ks ( C A C B ) CC Ks

Caso 2: (reaccin en la que A y B se adsorben en la superficie)

A.x B.x C .x x

rs ! ks C A

_

donde:_

y en el equilibrio :

B_

1 _ 2 CA K A21

_

(3.51)

A.x C. x

(absorcin de A) (reaccin con B en fase gas) (3.52)

_

_

CB_

k CC s

_

CV_

(3.53)

Cm

Cm

CB_

=fraccin ocupada por B

Cm_

CV_

=fraccin de sitios adyacentes vacantes

Cm

17

REACTORES _ _ CV C C Ks ! _ _ CA CB eq

BIOLOGICOS

(3.54)

Desorcin del producto

C. x C x_ _ _ 1 _ rd ! kd C C kd CC C V ! kd (CC C V ) CC KC

(3.55)

Suposiciones y y

ra ! rs ! rdExiste una etapa limitante y las otras dos son rpidas

Reactores biolgicos secuenciales (SBR): una tecnologa verstil para el tratamiento de aguas residuales industrialesLos reactores biolgicos secuenciales (SBR) son reactores discontinuos en los que el agua residual se mezcla con un lodo biolgico en un medio aereado. El proceso combina en un mismo tanque reaccin, aeracin y clarificacin. El empleo de un nico tanque reduce sustancialmente la inversin necesaria. Otras ventajas de los SBR son la facilidad para el control de la operacin, la buena flexibilidad ante fluctuaciones de caudal y concentracin de las aguas residuales, y los buenos resultados obtenidos en el tratamiento de compuestos refractarios a los sistemas biolgicos convencionales. El tratamiento y reutilizacin de aguas residuales urbanas e industriales es una opcin que viene tomando importancia en zonas de recursos hdricos escasos, lo que obliga a la mejora de las tecnologas de tratamiento. Las aguas residuales industriales tienen entre sus caractersticas habituales la presencia de contaminantes orgnicos resistentes a la degradacin por va qumica y txicos para el desarrollo de la actividad de los microorganismos en tratamientos biolgicos convencionales. Este es el caso de contaminantes tales como compuestos aromticos (fenoles y clorofenoles), plaguicidas clorados (PCBs), aril y alquilsulfonatos (detergentes) e hidrocarburos lineales. Algunas tecnologas denominadas avanzadas se han dirigido a la utilizacin de procesos de oxidacin qumica, los cuales permiten la mineralizacin de estos contaminantes a dixido de carbono y agua o su transformacin hacia otros productos de menor toxicidad que resulten ms

18

REACTORES

BIOLOGICOS

fcilmente biodegradables. En la Figura 1 se muestra el intervalo de aplicacin de las diferentes tecnologas de tratamiento de aguas residuales dependiendo del caudal de tratamiento y de la carga orgnica. Se observa que los procesos de oxidacin biolgica resultan los ms verstiles en el tratamiento de aguas residuales industriales, tanto en intervalo de caudal a tratar como en concentracin de materia orgnica (hasta 600 ppm de carbono orgnico total).

Figura 1. Intervalo de aplicacin de los diferentes procesos de oxidacin de la materia orgnica.

Entre los sistemas de depuracin biolgica los reactores secuenciales de flujo discontinuo, en ingles sequencing batch reactors (SBR), son cada vez siendo ms utilizados en el tratamiento y depuracin de aguas residuales industriales. Un reactor discontinuo secuencial es un sistema de crecimiento suspendido en el que el agua residual se mezcla con un lodo biolgico existente en un medio aereado. Es el nico proceso biolgico en el que se combina en un mismo tanque el proceso de reaccin, aeracin y clarificacin. El sistema SBR consta de, al menos, cuatro procesos cclicos: llenado, reaccin, decantacin y vaciado, tanto de efluente como de lodos, tal y como muestra la Figura 2. En la primera fase, llamada llenado esttico, se introduce el agua residual al sistema bajo condiciones estticas. El llenado puede ser dinmico si se produce durante el perodo de reaccin. Durante la segunda fase del ciclo, el agua residual es mezclada mecnicamente para eliminar las posibles espumas superficiales y preparar a los microorganismos para recibir oxgeno. En esta segundo etapa (reaccin) se inyecta aire al sistema. La etapa de reaccin es un proceso cuyos resultados varan con su duracin, y en la que el agua residual es continuamente mezclada y aereada, permitiendo que se produzca el proceso de degradacin biolgica. El tercer ciclo, llamado etapa de decantacin, genera condiciones de reposo en todo el tanque para que los lodos puedan decantar. Durante la ltima fase, o fase de vaciado, el agua tratada es retirada del tanque mediante un sistema de eliminacin de sobrenadante superficial. Finalmente, se puede purgar el lodo generado para mantener constante la concentracin de ste.

19

REACTORES

BIOLOGICOS

Figura 2. Etapas de un ciclo de operacin de un reactor SBR.

Los tiempos de retencin y las cargas varan con cada reactor y dependen en gran medida de la carga de agua residual especfica. Generalmente, un sistema SBR trabaja con un tiempo de retencin hidrulico de 1 a 10 d y un tiempo de retencin celular de 10 a 15 d. La concentracin de slidos en suspensin del licor mezcla (SSLM) se suele mantener entre 1.500 y 5.000 mg/L. El control general del proceso puede ser llevado a cabo automticamente utilizando sensores o temporizadores. Por su configuracin y caractersticas los SBR presenta las siguientes ventajas y beneficios: Bajo requerimiento de espacio, debido a que se requiere un solo tanque para realizar todo el proceso. Menor coste que los sistemas convencionales de tratamiento biolgico, como consecuencia de la menor necesidad de terreno y de la simplicidad de los equipos. Mejor control del crecimiento de organismos filamentosos y de problemas de decantacin. Permite eliminacin de nutrientes. Los sistemas SBR pueden ser utilizados para realizar un proceso completo de nitrificacindesnitrificacin, as como para la eliminacin de fsforo. Estos dos parmetros son los que suelen dar ms problemas cuando se trabaja con tecnologas convencionales. Menor tiempo de control requerido. Gran flexibilidad de funcionamiento en funcin de la duracin de los ciclos y del modo de operar. Fcil reconocimiento y correccin de los problemas de decantacin. Versatilidad para trabajar con fluctuaciones de caudal y de concentracin de materia orgnica. Capacidad para la adaptacin de los microorganismos a efluentes con elevado contenido en sales. Debido a esas ventajas las aplicaciones industriales de los reactores discontinuos secuenciales en la depuracin de aguas residuales son muy variadas, siendo particularmente interesante en el tratamiento de corrientes de bajo caudal. As, se han descrito aplicaciones con xito para aguas residuales municipales, industria vincola y destileras, aguas procedentes de lixiviados de

20

REACTORES

BIOLOGICOS

vertederos, industrias de curtidos, aguas residuales hipersalinas, industria papelera, industria lctea, aguas residuales de matadero e industria ganadera porcina, entre otras. Las aplicaciones ms novedosas son las relacionadas con aguas residuales de la industria textil, de la industria azucarera y de la industria qumica (conteniendo compuestos fenlicos , BTX, TNT, etc.), habindose mostrado el potencial de los SBR en el tratamiento de aguas residuales industriales.

BIBLIOGRAFIA y y y y y http://www.miliarium.com/Proyectos/depuradoras/proyectos/tipo/anejosmemoria/FANGOS _ACTIVOS.htm Publicado por Jos Aguado Alonso el 1 diciembre, 2006 http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2006/12/01/53336 http://www.fbmc.fcen.uba.ar/materias/biotec1/teoricos/Reactores%20biologicos%2092010%20Marina.pdf

21