Tratamiento anaerobio de aguas residualesINGENIERA DE AGUAS RESIDUALES. CURSO 2009/2010.

ndice:y Introduccin. y Tratamiento de aguas residuales. y Pretratamiento. y Tratamiento anaerobio. y Aprovechamiento del gas y de los fangos. y Ventajas e inconvenientes del proceso. y Usos de los tratamientos anaerobios. y Mecanismos y aspectos microbiolgicos. y Tipos de reactores. El reactor UASB. y Diseo de un tanque UASB.

Introduccin:Industrias Ciudades Agricultura

Aguas residuales

EDAR

Introduccin:y La depuradora convencional est formada del decantacin

primaria, reactor biolgico y estabilizacin de fangos.

y Es

conceptualmente poco adecuada para tratamientos anaerobios. estrategias: Tratamiento directo anaerobio para aguas urbanas o integrado con etapas anaerobias, aerobias y anoxicas. vertidos lquidos se han consolidado la lucha para la mejora del medio ambiente y se introduce en el campo de energas alternativas al aportar biogs y residuos slidos utilizables.

y En los ltimos aos se empiezan a desarrollar dos tipos de

y Actualmente los procesos anaerobios para la depuracin de

Tratamiento de aguas residualesEl tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos fsicos, qumicos y biolgicos que tienen como fin eliminar los contaminantes presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia o reutilizable en el ambiente y un residuo slido o fango convenientes para su disposicin o reso.

Tratamiento de aguas residualesEstos procesos de tratamiento son divididos en: Tratamiento primario: asentamiento de slidos. Tratamiento secundario: tratamiento biolgico de la materia orgnica disuelta presente en el agua residual, transformndola en slidos suspendidos que se eliminan fcilmente. Tratamiento terciario: pasos adicionales como lagunas, micro filtracin o desinfeccin.

Tratamiento de aguas residuales

Pretratamiento

Tratamiento anaerobio

Aprovechamiento del fango y biogs.

PretratamientoLos sistemas de pretratamiento son muy empleados en la industria, y se utilizan para eliminar los posibles elementos que pueden afectar al sistema de depuracin posterior como slidos gruesos, arenas, fibras, etc.

Desbaste. Homogeneizacin. Neutralizacin. Desengrasado.

Tratamiento anaerobioLa idea de recuperar el carbono se ha ido imponiendo recientemente. Hasta el momento se han encontrado los tres caminos siguientes: Concentracin para la reutilizacin como abono. Transformacin del carbono asociado a N y P para la produccin de protenas alimentarias. Trasformacin en metano para la produccin de energa. La fermentacin de produce en dos etapas, la primera transforma la materia orgnica en cidos voltiles y la segunda stos cidos se transforman en CH4 y CO2.

Tratamiento anaerobioEl biogs producido se puede emplear posteriormente para la produccin de energa elctrica o, evidentemente, trmica en la misma industria. El creciente costo energtico hace totalmente necesario la aplicacin de este mtodo en el caso de efluentes con fuerte carga orgnica, especialmente en solucin. En consecuencia, el sistema se ha desarrollado ltimamente con gran intensidad debido al doble aspecto de reduccin de la contaminacin y produccin de energa.

Tratamiento anaerobioAprovechamiento de los fangos. Aprovechamiento del biogs.y La produccin total de gas

Hay dos soluciones para los fangos formados: y Recuperacin, reciclaje de materiales. Utilizacin en agricultura o recuperacin de terrenos agotados. y Disposicin final sin ninguna intencin de reciclaje.

depende de la cantidad de alimento consumido por las bacterias. y El aprovechamiento total de energa, producida por la combustin del gas de digestin, en motores e intercambiadores de calor.

Tratamiento anaerobioVentajasy Produccin de energa. y Produccin de fangos. y Dimensiones. y Estabilidad del proceso. y Costes de operacin. y Capacidad para altas

Incovenientesy Puesta en marcha. y Temperatura. y Postramientos. y Produccin de olores.

cargas hidrulicas y orgnicas.

Usos de los tratamientos anaerobios

Actualmente se aplican a la totalidad de aguas residuales cargadas con materia orgnica. Podemos clasificar la industria en tres sectores:y Sector ganadero. y Alimentacin. y No alimenticio.

Mecanismos de los procesos anaerobiosEn el proceso de depuracin anaerobia, la contaminacin orgnica es transformada por la accin de microorganismos en: biogs, materias orgnicas degradadas que continan en disolucin y nuevos microorganismos. Las fases en las que se produce la transformacin son: Fase de hidrlisis. Fase cida. Fase acetognica. Fase metanognica.

Aspectos microbiolgicos.Bsicamente, la degradacin anaerbica de realiza por dos grupos de bacterias: bacterias productoras de cidos y bacterias productoras de metano. Estos dos grupos pueden subdividirse en dos grupos cada uno de ellos: Bacterias productoras de cido Bacterias productoras de metano Bacterias productoras de cido sulfhdrico Bacterias formadoras de cido. Bacterias acetognicas. Bacterias metanognicas acetoclsticas Bacterias metanognicas Sulfobacterias o bacterias sulfato reductoras.

Tipos de reactoresTodas las tcnicas actualmente empleadas se basan en la propiedad de las bacterias de formar flculos por unin con otras bacterias o de adherirse sobre superficies slidas. En este sentido, las tcnicas de retencin de los microorganismos en el reactor, son: Separacin externa y recirculacin. Sedimentacin interna. Inmovilizacin sobre superficies slidas. Lecho expandido y fluidizado.

Tipos de reactoresLa aplicacin de estas tcnicas conduce a los modelos de reactor: Contacto anaerobio. Lechos suspendidos (UASB). Filtro anaerobio (AF). Pelcula fija.; lecho fijo orientado. Lecho expandido y fluidizado.

Reactor UASBEste reactor se utiliza para tratamiento de efluentes de high rate. Este reactor es de tipo tanque; esto implica un diseo extremadamente sencillo y econmico. La corriente cruda se distribuye en el tanque a travs de entradas distribuidas apropiadamente. Luego circula en flujo ascendente a travs de un lecho de lodos donde los microorganismos se ponen en contacto con los sustratos. El movimiento ascendente de las burbujas del biogs causa turbulencia, sin ser necesaria la agitacin mecnica. En el tope del reactor la fase lquida es separada de los slidos y el gas con un separador de tres fases.

Reactor UASBLas cuatro aplicaciones principales para efluentes industriales se hallan en las industrias de bebidas, alimentos, destileras y papeleras. Sin embargo, en los pases desarrollados se est expandiendo esta tecnologa a efluentes de petroqumicas, industrias textiles y del azufre. En climas tropicales, tambin est comenzando a usarse para los efluentes domsticos.

Reactor UASBOtras caractersticas son: Mayor superficie para la adhesin de microorganismos. Bajos requerimientos nutricionales. Bajo consumo de potencia (no agitacin mecanica). Prdida de presin en el lecho moderada. Como no hay relleno reduce la posibilidad de zonas muertas.

Reactor UASBAlgunos inconvenientes que nos podemos encontrar son: Las bacterias anaerobias (particularmente las metanognicas) se inhiben por un gran nmero de compuestos. El arranque del proceso es lento. Puede requerir un pulimiento posterior de su efluente. Generacin de malos olores si no es eficazmente controlado.

Diseo de un reactor UASBLa gran variedad de procesos industriales genera un amplio abanico de efluentes, que requiere en cada caso una investigacin individual y frecuentemente un proceso de tratamiento especfico. Hay cuatro tipos de efluentes industriales a considerar: Efluentes de los procesos generales de fabricacin. Efluentes especficos. Efluentes procedentes de servicios generales. Efluentes intermitentes.

Diseo de un reactor UASBVamos a tratar el agua residual de una industria de leche de vaca donde se producen 1.200.000 t/ao. El agua residual proviene del agua de lavado de botellas, tuberas, equipos y pisos con coloidales y materia orgnica muy fermentable. Los principales procesos de la industria lctea que producen residuos contaminantes son los de produccin de quesos, cremas y mantequilla, el lavado de torres de secado y las soluciones de limpieza alcalina. Las aguas residuales de las industrias lcteas son neutras o poco alcalinas, pero tienen tendencia a volverse cidas rpidamente a causa de la fermentacin del azcar a cido lctico.

Diseo de un reactor UASB Poblacin central lechera h.e. Las caractersticas del agua de laequivalente: 55.000que Caractersticas Caudal medio: 2.200 m3/da. vamos a tratar son: Caudal mximo: 200 m3/h.

del agua:

Carga orgnica: 6600 kg DQO/da. DBO: 3000 mg/l. DQO: 1500 mg/l. Nitrgeno total: 300 mg/l. Slidos en suspensin: 550 mg/l.

Calidad del efluente: Criterios de diseo del UABS para DQO < 5000

Velocidad de flujo: 0,5 m/h. Tiempo de residencia hidralico: 8h. Altura de la zona de sediemntacin: 1m.

Diseo de un reactor UASBl caudal de efluente son: o o tene os caudales u randes de efluente, a os a considerar ue en la instalaci n se an a oner reactores UASB ara tratar / cada uno. stos reactores ueden acerse en for a rectan ular o cilndrica. Se esco i la cilndrica or entajas idrodin icas co o, la enor osi ilidad de for aci n de zonas uertas, ade s del ta ao, olu en...

Diseo de un reactor UASBlculo del olu en del reactor: lculo del di etro del reactor:

La altura del reactor es: h= 4 , distribuidos en 1 de zona de sedi entacin y 3 de altura en la zona de lodos. La altura efecti a es:

Diseo de un reactor UASBLa velocidad de flujo en la campana es 4 veces la de flujo: Vf = 40,5 = 2m/h. rea de abertura de la campana:

rea transversal:

Diseo de un reactor UASBy Una parte importante y crtica en el diseo de un

reactor UASB es la campana o separador, el cual es fundamental para lograr un buen funcionamiento del reactor a fin de mantener un lodo sedimentable (en su mayora granular), un efluente clarificado (libre de gases) y unos gases adecuadamente separados.y Todos estos criterios no son de ninguna manera

inflexibles, ya que pueden ajustarse entre s de acuerdo a las proporciones del reactor.

Estimacin de la produccin de metanoEn los reactores UASB, se estiman una remocin de la DQO entre el 60 y el 80%. Si realizamos una estimacin del 70 %, y tenemos en cuenta que uno de los parmetros de diseo de este tipo de tanques es que se forman entre 0,3 y 0,42 m3 de CH4 por cada kg DQO destruido tenemos: El 70 % de 6600 kg DQO/da = 4620 kg de DQO destruido. 0,3 4620 kg de DQO destruido = 1386 m3 de metano.

Estimacin de la produccin de metano

Si tenemos en cuenta que 1 m3 de gas natural con un 65 % de metano equivale a 6,41 kW/h o a 0,63 L de gasolina tenemos:

ConclusionesEs evidente en los casos con altas cargas, las ventajas de este tipo de sistemas anaerobios frente a los aerobios, no solo porque la produccin de biogs, sino que adems reduce notablemente la contaminacin producida y demuestran una alta rentabilidad econmica. El mayor conocimiento del proceso, y la introduccin de nuevos instrumentos, permitir una mayor eficacia en el control del tratamiento. Todo ello contribuye a garantizar la expansin y futuro de esta recin creada ingeniera sanitaria.