TRATAMIENTO MEDIANTE REACTORES ANAEROBIOS Curso Tratamiento de Aguas Residuales Año 2002

TRATAMIENTO MEDIANTE REACTORES ANAEROBIOS Curso Tratamiento de Aguas Residuales Año 2002

REACTORES ANAEROBIOS INTRODUCCION

REACTORES ANAEROBIOS • BIBLIOGRAFIA: • “Reatores anaeróbios” Carlos Augusto De Lemos • "“Introduction to Wastewater Treatment Processes” Ramalho • “Manual de disposición de aguas residuales” Tomo II. Programa de Salud Ambiental – CEPIS, OPS, OMS • “Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposicao controlada no solo” Coordinador: José Roberto Campos - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB). • “Proyecto y operación de filtros anaeróbios para tratamiento de efluentes líquidos industriales” José Roberto Campos - Módulo del Taller Regional y Conferencia sobre Tratamiento Anaeróbio de Aguas Residules en América Latina (México, 1990)

REACTORES ANAEROBIOS GENERALIDADES: Los reactores anaerobios pueden ser utilizados para tratar efluentes domésticos o industriales con altas cargas orgánicas. Pueden utilizarse solos o con unidades de pos-tratamiento para producir un efluente final adecuado para su disposición final. Comparación con tratamientos aerobios: Ventajas: - bajo consumo de energía; no se requiere aporte de O2 - posibilidad de recuperar y utilizar CH4 como combustible (caro) - el lodo obtenido es un lodo ya estabilizado Desventajas: - largo período de arranque si no se utiliza inóculo (4-6 meses) - sensibilidad a variación de condiciones ambientales - menor efliciencia en remoción de MO (aprox.80%)

REACTORES ANAEROBIOS DIGESTION ANAEROBIA: MO - compuestos orgánicos complejos (carbohidratos, proteínas, lípidos) Hidrólisis compuestos orgánicos simples (azúcares, aminoácidos, etc) Acidogénesis ácidos orgánicos (acetato, propianato, butirato, etc) Acetogénesis acetato + H2 + CO2 Metanogénesis H2S + CO2 CH4 + CO2 Sulfurogénesis: cuando hay sulfatos las bacterias sulfato reductoras compiten por el sustrato con las demás (se genera H2S y baja prod.CH4, hay problema de olores e inhibición). Acidogénesis: los productos solubles son convertidos en ácidos grasos volátiles, CO2, H2, H2S, etc, por la acción de las bacterias fermentativas acidogénicas. Metanogénesis: finalmente se produce metano a partir de acetato (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y de H2S y CO2 (bacterias metanogénicas hidrogenotróficas). Hidrólisis: los compuestos orgánicos complejos (material particulado) son transformados en material disuelto más simple, por medio de enzimas producidas por bacterias fermentativas. Acetogénesis: los productos generados en la etapa anterior son transformados en sustrato para las bacterias metanogénicas.

Inhibición de las bacterias metanogénicas: Sulfuro de hidrógeno: Forma más tóxica en que se puede encontrar el sulfuro. H2S H+ + HS- 2H+ + S2- % 100 HS- H2S S2- pH 4 6 8 16 10 12 14 REACTORES ANAEROBIOS • Se debe garantizar un adecuado equilibrio entre las comunidades de bacterias que intervienen • Tasa de crecimiento de las metanogénicas << acidogénicas • Velocidad de metanogénesis << acidogénesis • Si disminuye la tasa de reproducción de las metanogénicas, se dará acumulación de ácidos lo que provocará la inhibición de las metanogénicas y la interrupción de la reducción de la DBO, generándose malos olores Inhibición de las bacterias metanogénicas: pH - rango para el desarrollo: 6-8 (crecim.óptimo  6.6-7.4) Ac.volátiles – si pH sale de rango las metanog.se inhiben pero las acidogénicas continúan su actividad (se generan >> ác.volátiles) y el reactor se acidifica Alcalinidad – importante ya que controla las variaciones de pH si no fuera suficiente se dosifica alcalinizante Tóxicos – las sales (Na, K, etc), el amonio y los sulfuros, en altas concentraciones, así como los metales pesados pueden inhibir el proceso.

REACTORES ANAEROBIOS • REQUISITOS AMBIENTALES: • Nutrientes: • Se requiere la presencia de macronutrientes (N, P, S) y micronutrientes (Fe, Zn, etc) en proporciones adecuadas para atender las necesidades de los microorganismos. Estos elementos se encuentran presentes en el líquido residual doméstico. • Temperatura: • Influye en la velocidad de metabolismo de las bacterias y en la solubilidad de los sustratos. Existen dos rangos para el proceso - mesófilo (30-35°C) y termófilo (50-55ºC) • pH: • Entre 6 y 8 para que no se inhiba el proceso por las metanogénicas • Ausencia de OD

DQO cel DQO cel DQO rem DQO CH4 DQO total DQO bd DQO AGV DQO AGV DQO no rem DQO rec DQO rec DQO rec REACTORES ANAEROBIOS TRATABILIDAD DE LOS EFLUENTES: Para escoger el tratamiento más adecuado y evaluar la prod.de sólidos biológicos, metano, etc, se deben conocer las caract.del líquido a tratar: DBO, DQO, pH, alcalinidad, contenido de nutrientes, temperatura, presencia de compuestos tóxicos. Los compuestos presentes en el afluente pueden ser clasificados como de degradación fácil, difícil o no degradables. Balance de DQO en el proceso de degradación: La DQO total afluente puede ser dividida en la porción biodegradable DQObd (que puede ser degradada biológicamente en condiciones anaerobias) y la que no puede ser degradada por las bacterias (DQO recalcitrante) La mayor parte de los ác. grasos volátiles serán finalmente transformados en CH4 La MO biodegradable será consumida por los microorg. fermentativos, siendo convertida en células y ác. grasos volátiles.

En el proceso de degradación de la MO se libera CH4, el cual será luego oxidado a CO2 y H2O para completar el ciclo del carbono. Ejemplo – degrad. de la glucosa bajo condiciones anaerobias: C6H12O6 3CO2 + 3CH4 Para evaluar la demanda de oxígeno del proceso se deben considerar los productos generados (CO2, CH4). Como el CO2 se encuentra ya en la forma más oxidada, la única demanda de oxígeno será la correspondiente a la oxidación del CH4. CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (16gr) (64gr) (44gr) (36gr) De la ecuación surge que 1 mol de CH4 requiere 2 moles de O2 para su completa oxidación. Para el caso de la glucosa se tendrá que por cada mol de glucosa se generan 3 moles de CH4 (48 gr) que requieren de un consumo de 192 gr de O2 para su oxidación, siendo entonces la demanda de oxígeno igual a 192 gr (se remueven 192 gr de DQO). En resumen, cada 16 gr de CH4 producido y liberado se consumen 64 gr de O2 (se remueven 64 gr de DQO). REACTORES ANAEROBIOS Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso: La remoción de DQO se da en la etapa final metanogénica, donde se forma CH4 (muy poco soluble). La MO inicial termina siendo liberada a la atmósfera en forma de CH4, reduciendo así el contenido orgánico del efluente. Estimación de la producción de CH4:

REACTORES ANAEROBIOS Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso: Entonces puede determinarse la producción de metano a partir de la remoción de DQO en el proceso: VCH4 = DQOCH4 / k(T) K(T) = K.P / R(273+T) Con: VCH4 = volumen de CH4 liberado (l) DQOCH4 = DQO convertida en metano (grDQO removido) K = gr DQO por 1 mol de CH4 (64 grDQO / molCH4) R = cte. de los gases (0.08206 atm.l/mol.°K) P, T = presión atmosférica (atm) y temperatura (ºC) Finalmente, considerando que el gas producido se compone de: 75-80% CH4 y 20-25% CO2, puede estimarse la producción total de gas en el proceso.

REACTORES ANAEROBIOS CINETICA DE LA DEGRADACION ANAEROBIA: Crecimiento bacteriano: La velocidad de crecimiento de los microorganismos es proporcional a la vel.utilización de sustrato: dX/dt = Y . dS/dt La velocidad de crecimiento de los microorganismos es proporcional a la conc.de microorg. y depende del sustrato: - Cuando el crecimiento se da sin limitaciones: dX/dt = m . X - Cuando existen limitaciones del sustrato presente: m = mmáx . S/(Ks+S) dX/dt = mmáx . S/(Ks+S) . X Siendo: X = microorganismos (mg SSV/l) S = concentración de sustrato (mgDQO/l) Y = prod.biomasa por unidad sustrato (mgSSV/mgDQO) m = vel.crecimiento celular (d-1) mmáx = vel.crecimiento máxima (d-1) Ks = cte.saturación de sustrato (S para m = 0.5mmáx) Decaimiento bacteriano: dX/dt = -Kd . X con Kd = coef.de respiración endógena (d-1) Crecimiento resultante: dX/dt = mmáx . S/(Ks+S) . X - Kd . X Siendo:X = microorganismos (mg SSV / l) m = tasa crecimiento (d-1) mmáx = tasa crecimiento máxima (d-1) S = concentración de sustrato limitante (mg/l) Ks = oncentración de sustrato para la cual m = 0.5mmáx

REACTORES ANAEROBIOS CINETICA DE LA DEGRADACION ANAEROBIA: Producción de sólidos: La producción de biomasa (o crecimiento bacteriano) puede ser expresado en función de la utilización de sustrato. Cuando más sustrato sea asimilado, mayor será la tasa de crecimiento bacteriano. dX/dt = Y . dS/dt Y = coef.prod.biomasa (mgSSV/mgDQO) Por lo tanto la prod.de sólidos será: dX/dt = Y.dS/dt - Kd.X Tasa de utilización de sustrato: Expresa la capacidad de conversión de sustrato por la biomasa, por unidad de tiempo: dS/dt = 1/Y . dX/dt entonces: dS/dt = mmáx . S/(Ks+S) . X/Y

Se Existe un qc mínimo necesario para que se desenvuelva la digestión anaerobia. 1/qc = 1/X . dX/dt = mmáx.S/(Ks+S) - Kd 1/qcmín = mmáx.So/(Ks+So) - Kd So qc mín qc Para aumentar qc se puede: - Recircular parte de los lodos - Inmovilizar la biomasa: soporte de material inerte, manto de lodos Q Q RA recirculación purga REACTORES ANAEROBIOS PARAMETROS DEL PROCESO: Tiempos de retención: Tiempo de ret.hidráulica: TDH = V/Q Tiempo de ret.celular: tiempo medio de permanencia de los sólidos biológicos en el sistema (edad del lodo) qc = masa sólidos sist. / masa sólidos retirada por unid.t En estado estacionario: qc = V.X / (V.dX/dt) Si no existe mecanismo ret.sólidos: qc = TDH Si existe mecanismo ret.sólidos: qc > TDH

población mm Y Ks tasa metaboliz. (d-1) (gSSV/gDQO) (mgDQO/l) (gDQO/gSSV.d) bacteriana 2.0 0.15 200 13 acidogénicas metanogénicas 0.4 0.03 50 13 0.4 0.18 --- 2 pobl.mixta REACTORES ANAEROBIOS Coeficientes cinéticos: Se debe tener cuidado al aplicar los valores de la tabla ya que los mismos no se ajustarán al funcionamiento del real del reactor (características del tipo de sustrato, la población bacteriana y las condiciones ambientales)

biogas sol. de NaOH biogas lodo nutr. sustr. frasco de reacción probeta graduada REACTORES ANAEROBIOS EVALUACION DE LA ACTIVIDAD MICROBIANA: El desempeño del proceso de tratamiento anaerobio depende del mantenimiento, dentro de los reactores, de una biomasa adaptada, con elevada actividad microbiológia. Para evaluar la actividad microbiana se utiliza el test de AME (Actividad Metanogénica Específica), con el cual se determina la capacidad de la biomasa para convertir sustratos en CH4 y CO2. Test de AME: Ensayo de laboratorio donde se mide el metano liberado, por desplazamiento de volumen (es una medida indirecta). Se intenta repetir el proceso de degradación anaerobia del lodo, en un recipiente de ensayo, para evaluar la producción de metano. El ensayo se realiza en condiciones estandar. Test de AME: Descripción del test: - medir sólidos volátiles del lodo a evaluar - colocar lodo + nutrientes en frasco reacción - purgar el O2 (con N2 gas) y agregar el sustrato - agitar y registrar vol.gas a lo largo del tiempo CO2 : se disuelve en la solución de NaOH CH4 : burbujea (desplaza NaOH a la probeta) Test de AME: Insumos necesarios para el test: - lodo anaerobio a evaluar - sustrato orgánico (acetato de sodio) - solución de nutrientes - disp.controlador de temp.(estufa, baño maría) - dispositivo de mezcla (agitador) - dispositivo de medición de producción de gases

REACTORES ANAEROBIOS CONFIGURACION DE REACTORES: La selección de la configuración del reactor depende de: TDH, qc, carga orgánica e hidráulica, factores ambientales, disponibilidad de área, etc. En todos los casos es importante favorecer el contacto del líquido afluente con la biomasa activa en el reactor (para promover una degradación más eficiente). Los diseños con sistema de retención de biomasa permiten aumentar qc, reduciendo el TDH. Sistemas convencionales: Trabajan con cargas volumétricas bajas, altos tiempos de retención hidráulica y no cuentan con mecanismos de retención de sólidos. Sistemas de alta tasa: Los reactores cuentan con mecanismos de retención de biomasa, lo que permite la operación con bajos TDH y altos qc. Existen dos tipos de reactores: de crecimiento disperso y de crecimiento adherido.

REACTORES ANAEROBIOS Inmobilización de biomasa: Crecimiento disperso: Los microorganismos se adhieren y agregan unos a otros formando flocs o gránulos que se mantienen suspendidos en el reactor debido a las condiciones hidráulicas. Crecimiento adherido: Las bacterias se adhieren a un medio soporte formado por material inerte como arena, piedra, plástico. Al favorecer el desarrollo y retención de gran cantidad de microorganismos en el reactor, se logran altas velocidad de tratamiento, lo que permite aplicar altas cargas orgánicas en tanques de volumen reducido. Carga orgánica aplicada: CO = Q.S Carga orgánica máxima admisible: COmáx = V.X.AME (AME = activ. metanog. máx. por unidad de biomasa kgDQOCH4/kgSSV.d)

REACTORES ANAEROBIOS FUNCIONAMIENTO DE REACTORES: Distribución del afluente: Debe ser uniforme para evitar zonas muertas y debe generar una buena mezcla para favorecer el contacto afluente-biomasa. Recirculaciones: Puede recircularse parte del líquido efluente o de los gases generados para mejorar la mezcla y el contacto afluente-biomasa. Remoción de lodos: Una vez completado el qc, el exceso de lodo es descartado. Ese lodo ya estará estabilizado, debiendo ser deshidratado previo a su disposición final. Sólidos suspendidos en el afluente: Dependiendo del tipo de reactor, la respuesta que habrá frente a altas concentraciones de sólidos suspendidos en el afluente.

REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS CONVENCIONALES: Lagunas anaerobias: Funcionan como reactor y sedimentador conjunto. Fosas sépticas: Predominan los mecanismos de sedimentación, depositándose el lodo en el fondo donde se da la mayor parte de la remoción de materia orgánica. Digestores anaerobios: Son tanques circulares cubiertos, con pendiente de fondo para favorecer el retiro de los sólidos sedimentados. La cubierta del reactor puede ser fija o flotante. Se emplean para aguas residuales con alta concentración de sólidos suspendidos, lodos (1arios y 2arios). La etapa de hidrólisis puede volverse la etapa limitante (temp.óptima para la hidrólisis: 25-35ºC).

gas qc = TDH 30-60 días ESPUMA Carga sólidos 0.6-1.6 kgSSV/m3.d líquido sobren. SOBRENADANTE Vol. reactor 57-85 l/hab lodo 1ario 113-170 l/hab lodo 1ario+ lodo act. efluente crudo LODO EN DIGESTION LODO DIGERIDO lodo digerido REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS CONVENCIONALES: Digestores anaerobios de baja carga: • No hay dispositivos de mezcla. • El líquido crudo ingresa en la zona de digestión. • En la superficie se forma una capa de espuma favorecida por el gas que asciende arrastrando lodo y flotantes. • Se purgan periódicamente sobrenadante y lodo digerido. • Volumen útil reactor = aprox 50% del vol.total del digestor

gas efluente crudo LODO EN DIGESTION LODO DIGERIDO qc = TDH 15-20 días Carga sólidos 1.6-3.2 kgSSV/m3.d lodo digerido Vol. reactor 37-57 l/hab lodo 1ario 74-113 l/hab lodo 1ario+ lodo act. REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS CONVENCIONALES: Digestores anaerobios de alta carga: • Cuentan con mecanismos de mezcla y calentamiento. • Admiten cargas mayores y los volúmenes requeridos son menores. • El proceso es más estable control temp

gas líquido sobren. MANTO afluente crudo lodo descaratado REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS DE ALTA TASA: Biomasa adherida: Reactores de lecho fijo (filtros anaerobios): • Existe un manto de material inerte que sirve como soporte para los microorganismos, que van formando una capa de biomasa adherida. • Parte de los microorg. quedan retenidos en los intersticios del manto. • El flujo de líquido por los intersticios del manto genera la mezcla y el contacto afluente-biomasa • En general son indicados para el tratamiento de aguas residuales con bajo contenido de SS, o para sistemas de tratamiento que cuenten con unidades de retención de sólidos aguas arriba (ej:fosa séptica). • El flujo puede ser ascendente o descendente • TDH  horas • qc  20 días

efluente afluente REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS DE ALTA TASA: Reactores de lecho rotativo (biodiscos anaerobios): • Serie de discos instalados en forma paralelas, centradas en un eje giratorio accionado por un motor externo. La biomasa se adhiere a los discos de material poroso. • Los discos se mantienen sumergidos y el reactor es cerrado • Velocidad de rotación: debe permitir la adherencia de biomasa en los discos y el desprendimiento del exceso de biomasa retenida en los mismos. • La mezcla ocurre por el propio flujo hidráulico de movimiento de los discos. El líquido ingresa por un extremo inferior y sale por el extremo opuesto superior. • A continuación del reactor se debe instalar un sedimentador secundario para la decantación de los lodos que salieron con el efluente.

gas efluente LECHO EXPANDIDOO FLUIDIF. afluente REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS DE ALTA TASA: Reactores de lecho expandido o fluidificado (RALF): • El reactor contiene un manto de material inerte que se mantiene expandido por la velocidad ascencional del líquido, al que se adhieren los microorganismos. • La diferencia entre ambos reactores está en el grado de expansión del manto de lodo (fluidificación: movimiento de las partíc. del lecho se vuelve libre en relación a las demás) • Lecho expandido: 10-20% • Lecho fluidificado: > 30% • La expansión del lecho mejora el contacto afluente-biomasa y evita problemas de obstruciones (como en filtros anaerobios). • Manto: • - arena, antracita, PVC, etc con f = 0.3-3 mm • - cerca del 10% del volumen del reactor • En la parte superior de la unidad se ubica un sedimentador que evita la salida de partículas de lodo con el efluente.

gas efluente MANTO DE LODO CAPA DE LODO afluente REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS DE ALTA TASA: Biomasa suspendida Reactores de manto de lodos (UASB-RAFA-DAFA): • No posee material inerte como soporte para la biomasa. • La inmobilización de los microorg. ocurre por auto adensamiento (formación de flóculos o gránulos densos suspendidos, que se disponen en capas de lodo a partir del fondo del reactor) • El flujo es ascendente y pasa a través del lecho de lodo denso. • La estabilización de la MO ocurre en todas las zonas del reactor. • En la parte superior se ubica un sedimentador para evitar la salida de partículas de lodo con el efluente. • Debajo del sedimentador existe un dispositivo de separación de los gases.

REACTORES ANAEROBIOS SISTEMAS COMBINADOS: Pueden emplearse sistemas integrados de reactores anaerobios como primera etapa, con otros reactores biológicos para pos tratamiento, de modo de asegurar un efluente de alta calidad. Desinfección de efluentes anaerobios: Lagunas de maduración para reducir el contenido de microorganismos patógenos Disposición en el suelo se puede lograr la remoción de los patógenos antes de alcanzar los cuerpos de agua Desinfección con cloro (generación de subproductos indeseables), con ozono (costo elevado) Reactor anaerobio + Reactor anaerobio: Fosa séptica + Filtro anaerobio en la fosa séptica se retiene y degrada la fracción particulada de la MO por sedimentación, mientras que la fracción soluble es tratada en el filtro anaerobio UASB + Filtro anaerobio el efluente del UASB puede contener SS de pequeño tamaño que pueden ser retenidos en un filtro anaerobio Reactor anaerobio + Reactor aerobio: UASB + Barros activados, Filtro biológico o Laguna aireada con el tratam.aerobio posterior se logra remover MO remanente y otros elem, obteniendo efluente de alta calidad.

Separador Deflector de gases Manto de lodo Capa de lodo REACTORES UASB DISEÑO DE REACTORES UASB: En la zona superior hay un separador de gases-sólido-líquido, que ayuda a retener el lodo dentro del reactor. Sobre el separador se ubica el sedimentador donde el lodo sedimenta y vuelve al compartimiento de digestión. gas En la zona inferior se desarrolla una capa de lodo concentrado (4-10%) con buenas características de sedimentación. efluente Sobre esa capa se desarrolla una zona de crecimiento bacteriano más disperso (manto de lodos) en el que los sólidos presentan velocidades de sedimentación más bajas. La concentración de lodo en esa zona es 1.5-3% El sistema es auto mezclado por el mov. ascendente de las burbujas de gas y del flujo de líquido a través del reactor. En general qc > 30 días, por lo que el lodo excedente descartado ya se encontrará estabilizado. afluente

REACTORES UASB Consideraciones generales: • Se deben garantizar bajas velocidades en los compartimientos de digestión y sedimentación para retener la biomasa en el sistema (Asup. para asegurar esas vel.) • Para favorecer la sedimentación del lodo en la cámara de sedimentación puede ser necesario aumentar el Asup. (para reducir la velocidad del flujo). • Se deben asegurar las velocidades admisibles para todo el rango de caudales afluentes. • Forma de los reactores: circulares o rectangulares • con Asup. uniforme o variable

REACTORES UASB Criterios de proyecto: Carga orgánica volumétrica: COV = Q.S/V COV < 15 kgDQO/m3.d Con: COV = carga orgánica volumétrica (kgDQO/m3.d) Q = caudal afluente (m3/d) S = concentración de sustrato afluente (kgDQO/m3) V = volumen del reactor (m3) Cuando se tratan líquidos domésticos la carga orgánica no es el factor limitante, ya que en general < 2.5-3 kgDQO/m3.d. Carga hidráulica volumétrica: CHV = Q/V = 1/TDH CHV < 5 m3/m3.d (TDH>4.8 hs) Con: CHV = carga hidráulica volumétrica (m3 /m3.d) Q = caudal afluente (m3/d) V = volumen del reactor (m3) TDH = tiempo de retención hidráulico (d)

TDH med. (Qm) TDH mín (Qmáx) Temp.del líquido (°C) 16-19 > 10-14 hs > 7-9 hs 20-26 > 6-9 hs > 4-6 hs • Según la concentración de sustrato del • afluente, el criterio de diseño limitante • será por: CHV S < 2500 mgDQO/l • COV S > 2500 mgDQO/l V(m3) >26 > 6 hs > 4 hs Q.S/COV Q/CHV S(mgDQO/l) 2500 REACTORES UASB • Observaciones: • Si se diseña con TDH menores puede producirse la pérdida excesiva de biomasa del sistema, con la reducción de qc. • La temperatura influye en la velocidad del proceso de digestión, por lo que se limita TDH según la temperatura: Qmáx es el que se da durante un tiempo máx.4-6 hs por día

REACTORES UASB Carga biológica (carga de lodo):CB = Q.S/M Con: CB = carga biológica (kgDQO/kgSSV.d) Q = caudal afluente (m3/d) S = concentración de sustrato afluente (kgDQO/m3) M = masa de microorg. en el reactor (kgSSV/m3) Es la MO aplicada diaramente al reactor por unidad de biomasa presente. La carga biológica máxima depende de la actividad metanogénica del lodo. En la partida de reactores anaerobios CB será baja, del orden de 0.05-0.15 kgDQO/kgSSV.d, y se irá aumentando gradualmente. Durante la operación en régimen se pueden alcanzar valores de CB = 2 kgDQO/kgSSV.d

Q v (m/h) medio 0.5-0.7 máximo 0.9-1.1 pico < 1.5 REACTORES UASB Velocidad superficial del flujo:v = Q/A = H/TDH Con: v = velocidad ascencional (m/h) A = área superficial (m2) H = altura del reactor (m) Corresponde a la zona de digestión y el valor máximo depende de las características del lodo presente y de las cargas aplicadas. Para líquidos domésticos: Los picos tendrán una duración máxima de 2-4 hs por día • Para mayores cargas orgánicas (5-6 kgDQO/m3.d): • Si el reactor opera con un lodo tipo floculento v  0.5-0.7 m/h y para picos v  1.5-2 m/h • Si opera con lodo tipo granular se admitirá v < 10m/h

REACTORES UASB Distribución del afluente: Se debe distribuir el sustrato afluente en forma uniforme en la parte inferior del reactor, evitando cortocircuitos a través de la capa inferior de lodo. Esto es fundamental cuando se tratan líquidos domésticos o la temperatura de operación es baja ya que la producción de gas no es suficiete como para lograr la mezcla adecuada. El sistema se diseña a partir de un canal de distribución ubicado en la parte superior, que distribuye el afluente a través de tubos que descargan el líquido en la zona inferior del reactor. A continuación se verán los parámetros de diseño para cada uno de los componentes del sistema (canaletas y tubos de distribución).

REACTORES UASB Esquemas para tanque circular o rectangular:

REACTORES UASB Canaleta de distribución: La canaleta de distribución se ubica en la zona superior del reactor y alimenta los tubos de distribución. Conviene que la canaleta se divida en compartimientos, en cada uno de los cuales se ubique un tubo de distribución (mejor respuesta frente a obstrucciones)

REACTORES UASB Tubos de distribución: - f 75-100mm por obstrucciones - velocidad < 0.2 m/s para evitar ingreso de aire al reactor - en la zona inferior se busca tener una velocidad mayor para favorecer la mezcla y evitar sedimentaciones en la zona cercana: f 40-50mm - número de tubos: se determina en función del A del reactor y del área de influencia de cada distribuidor (Ad). Nd = A / Ad para líquidos domésticos se puede asumir Ad = 1.5-3 m2

REACTORES UASB Separador de gases, sólidos y líquidos: Separación de gases: Las dimensiones deben ser tales que permitan la formación de un área de interfase líquido-gas suficiente para permitir la liberación del gas generado. El gas, al liberarse, deberá vencer la capa de espumas pero sin arrastrar partículas de lodo hacia las tuberías de salida de gas. Tgas = Qgas / Ai Con: Tgas = tasa de liberación de gas (m3/m2.h) Qgas = producción esperada de gas (m3/h) Ai = área de la interfase líquido-gas (m2) Se recomiendan valores de Tgas  1-3 m3/m2.h, por lo que determinando Qgas se puede obtener el área de interfase.

Q Vs (m/h) TDH (h) medio 0.6 - 0.8 1.5 - 2 máximo < 1.2 > 1 pico (2-4hs) < 1.6 > 0.6 REACTORES UASB • Separador de gases, sólidos y líquidos: • Separación de sólidos: • Sedimentador: • profundidad de la cámara de sedimentación 1.5-2 m • tasade aplicación superficial y tiempo de retención según: • paredes del sedimentador serán inclinadas (>45°) • Se instalarán deflectores debajo de las aberturas de ingreso al sedimentador (sobresaliendo 10-15 cm) para evitar ingreso de gases. La velocidad en las aberturas será menor a: 2-2.3 m/h (Qm), 4-4.2 m/h (Qmáx), 5.5-6 m/h (Qpico)

REACTORES UASB Separador de gases, sólidos y líquidos: Recolección del efluente: Estructura de salida mediante vertederos o tubos perforados sumergidos, con tabique para evitar salida de espumas. Alturas parciales del reactor: H cámara digestión = 2.5-3.5 m H cámara sedimentación = 1.5-2 m Eficiencia: Puede esperarse rendimientos de entre 50-70% para remoción de DQO. En base a datos experimentales se estimaron: EDQO = 100 (1 - 0.68 x TDH-0.35) EDBO = 100 (1 - 0.7 x TDH-0.50) ESS = 250/TDH + 10

REACTORES UASB Sistema de descarte de lodo: En forma periódica se realiza la purga del lodo en exceso presente en el reactor, y del material inerte sedimentado en el fondo de la unidad. Se colocan dos puntos de purga (tuberías de f> 100mm): - junto al fondo del reactor - 1-1.5 m encima del fondo

FILTROS ANAEROBIOS DISEÑO DE FILTROS ANAEROBIOS: Configuración norma brasilera ABNT 1982 (NBR 7229/82): • tratamiento complementario para efluentes fosas sépticas • prof. útil: 1.80 m • diám.: 0.95 - 5.40 m • ancho: 0.85 - 5.40 m • vol. útil mín.: 1.25 m3 • H medio soporte: 1.2m • falso fondo: 60cm sobre fondo • salida del efluente: mantener nivel de líquido mínimo de 30 cm sobre el lecho

Requisito Objetivo estructuralmente resistente soportar peso propio + sólidos biológicos biológica y químicamente inerte que no haya reacciones e/lecho y microorg. alta área específica adherencia de > cantidad de sólidos biológ. elevada porosidad reducir posibilidad de colmatación forma no achatada o lisa garantizar porosidad elevada bajo costo viabilizar el proceso (pto.vista económico) FILTROS ANAEROBIOS Medio soporte: Debe promover la uniformización del flujo en el reactor, mejorar el contacto entre el líquido afluente y los sólidos biológicos en el reactor, permitir acumulación de gran cantidad de biomasa (>qc) y actuar como barrera física evitando la salida de sólidos con el efluente. Tipos de material: cuarzo, granito, bloques cerámicos o de PVC, esferas de polietileno, bambu, etc, de granulometría uniforme con diámetros de 4-7 cm.

TDH (d) Q (l/d) 15-25°C <15°C < 1500 1 1.17 1501 - 3000 0.92 1.08 3001 - 4500 0.83 1 4501 - 6000 0.75 0.92 6001 - 7500 0.67 0.83 7501 - 9000 0.58 0.75 > 9000 0.50 0.75 FILTROS ANAEROBIOS Parámetros de diseño: Tiempo de retención hidráulica: De acuerdo a la norma ABNT: En general se diseñan en función del TDH, salvo que se trate de un líquido muy concentrado, en cuyo caso se diseñará en función de la carga orgánica Carga orgánica: se limita a un valor máximo de 16 kgDQO/m3.d, pero en general se trabaja no superando los 12 kgDQO/m3.d Velocidad superficial: se limita a valores inferiores de 1.0 m/h de modo de evitar el arrastre de sólidos con el efluente.

FILTROS ANAEROBIOS Parámetros de diseño: Volumen útil: De acuerdo a la norma ABNT: V = 1.60 x N x C x TDH Con: V = volumen total del filtro (m3) N = habitantes contribuyentes al sistema (hab) C = contribución por habitante (l/hab.d) TDH = tiempo retención hidráulica (d) Area horizontal: A = V/H con H = prof.útil del filtro (1.8m) Eficiencia: Pueden esperarse eficiencias de entre 75 - 95% cuando se usan como post-tratamiento de efluentes de fosas sépticas. E = 100 (1 - 0.87 x TDH-0.50) ajuste a partir de datos experimentales

FILTROS ANAEROBIOS Parámetros de diseño: Calidad del efluente final: estimada la eficiencia puede calcularse la calidad prevista del efluente: S = So - (ExSo/100) Sistema descarte lodo: Para evitar colmataciones del medio soporte puede realizarse una purga periódica de lodos.

FOTOS DE REACTORES ANAEROBIOS REACTORES UASB:

TRATAMIENTO MEDIANTE REACTORES ANAEROBIOS Curso Tratamiento de Aguas Residuales Año 2002