tratamiento anaerobio

8/11/2019 tratamiento anaerobio

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- Tratamiento Anaerobio


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Tratamiento Anaerobio

del Agua residual


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Tratamiento Anaerobiodel Agua residual

El tratamiento anaerbico de las aguasresiduales supone la descomposicin de la

materia orgnica y/o inorgnica en ausenciade oxigeno molecular. La mayor aplicacinse halla en la digestin de los fangos deaguas residuales una vez concentrados, as

como parte de residuos industriales.


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El modo mas usual de operar una instalacin detratamiento anaerbico de fango concentrado es

la utilizacin de un reactor de mezcla completa ymnima recirculacin celular cuyo objeto es elcalentamiento contenido en el tanque.

El tiempo de detencin del liquido del reactoroscila entre los 10 y 30 das, incluso mas, segn

opere el sistema.


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El tratamiento anaerobio deagua residual se limita aaquellas sustancias orgnicaspropensas al ataque por partede organismos facultativos o

inherentes anaerobios.

Se adecua especialmente a

aguas residuales ricas encarbohidratos y grasas.


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La materia se descompone en varias etapas,hasta las pequeas alteraciones (variaciones enel valor del pH, toxicidad, metales pesados, etc.)pueden producir un colapso en el proceso dedigestin alcalina, mientras la descomposicinanaerobia de las sustancias permanece en fase

cida.


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El proceso anaerobio es considerablemente mslento con respecto al aerobio.

El tratamiento anaerobio resulta ms econmicocon aguas residuales con alta contaminacinorgnica, como una DQO superior a 4 000 mg/ldebido a no necesitar aireacin eliminando loscostos correspondientes.

La produccin de gas metano rico en energa, labaja produccin celular (volumen de lodoproducido) y la estabilizacin del lodo,representan ventajas adicionales.


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El tratamiento anaerobio se lleva a cabomediante una amplia variedad de bacterias

clasificadas en dos grupos formadoras decidos (acidgenicas) y formadoras demetano (metanognicas) estos dosgrandes grupos de bacterias actan en

forma combinada para garantizar laconversin del carbono en metano.


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El diseo de las lagunas aneaerobias se realiza conbase en la tasa de carga orgnica superficial, la tasade carga orgnica volumtrica y el tiempo deretencin hidrulico.

En climas donde la temperatura supera los 22 C sepuede alcanzar hasta un 50% de remocin de DBOusando los siguientes criterios de diseo:

- Profundidad entre 8 y 16 pies (2.5 y 5m).

- Tiempo de retencin hidrulico de 5 das.- Carga orgnica volumtrica superior a 0,0187

lb/pie3.d (0,3 Kg/m3.d).


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Ventajas

- C6H12O6 3CO2+ 3CH4

- 90% de energa al final como CH4

- No requiere energa de entrada

- No tenemos emisiones gaseosas.


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Limitaciones

-Produccin marginada desde ladilucin del agua residual 20mg DBO/l

se degrada al 70%.

- Bajo arranque, lento.

- T > 15C


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Fig. 1.1 Pasos para la Degradacin anaerbica de lamateria orgnica y formacin de biogas


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Mineralizacin de la biomasa: 4 mecanismosprincipales para biodegradar la masa.


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CaHbOc C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Aerobio

C6H12O6 3CO2 + 3CH4 Anaerobio


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Los aerbios producen bajamateria orgnica al final del

proceso.

Los anaerobios producen altacantidad de CH4

Los anaerobios producen bajacantidad de lodos.

Gana elSistema

Anaerobio


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Materia Orgn ica

Lodos

CO2

CH4

AEROBIO ANAEROBIO

Ambos no son buenos en la remocin de

patgenos y nutrientes, por lo que se requiere delos 2 ambiente para tratar todos estos parmetros,por eso lo del sistema integrado, considerando lasalud pblica, uso y reuso.


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Esquema de Biodegradacin

OrgnicosPolmero

Mono Oligomeros

cidosGrasos

Voltiles

H2O / CO2 Acetato

CH4/ CO 2

1

2

3

4

55

Hidrlisis

Acidognesis

LcteosAlcohol

Metanognesis

Acetogenidos

Aminocidosazcar y cidos gras os

Protenas,carbohidratos


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Energa de Gibbs:

aA + bB cC + dD

G= Go + RT ln [[[[C]]]]c [[[[D]]]]d

[[[[K]]]]a [[[[B]]]]b

Forma decalcular laenerga

necesaria ypredice lavelocidad decrecimiento


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Para convertir los acetatos con excepcin dellactato se necesita energa.

Como hacer factible la reaccin combinando conreacciones de diferentes substratos ayudan a la

formacin de bacterias acetogenticas.


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Un indicador para saber si una laguna anaerobiafunciona se debe bsicamente a la concentracindel hidrgeno es decir debe estar en el rango de 4a 6 presiones de ATM de H2.

Por lo tanto se puede formar la biodegradacin a { }de 4 atm hasta 6 atm H2.


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100

500

50

100A

B

C

DE

-6 -4 Nivel de Hidrgeno

G

Hay que buscar sta rea para trabajar una buena

reaccin anaerobia en ese rango

Lg: Ph2(atm) Presin del hidrgeno


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Las bacterias en el agua estn distribuidas

uniformemente, deben estar lo ms juntos posibles porlo tanto el rea de contacto debe ser lo ptimo.

Para optimizar el mejor rendimiento del procesoanaerobio desde el aspecto microbiolgico, debe ser lainmovilizacin evitando as las distancias y aumentando

la taza de crecimiento para lo cual se deben de moverlas bacterias un tiempo de retencin hidrulica.

El flujo Hidrulico depende del crecimiento de labacteria que es de 10 das por lo tanto esto influye en eldiseo del tamao del reactor entonces hay que actuar

independientemente del flujo.


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Existen diferentes tipos de reactores flujo ascendentedescendente de lecho fluidizado con las caractersticasde estar soportadas como grnulos e inmovilizadas,

suspendidas o pegadas en un BIOFILTRO.

El tiempo de retencin hidrulico (HRT) mayor que eltiempo de generacin de bacterias, con mayor biomasaactiva mas la degradacin del sustrato, por lo tanto elrango de biocatalizadores y las limitaciones del sustrato

ser mejor.


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Arranque:

Acetato > 20 millonesSiempre remover el sustrato manteniendo laconcentracin del microorganismo en crecimiento, noes bueno hacer una capa gruesa porque no existealimentacin uniforme, por lo que se debe evitar elexceso de generacin de lodos aunque esto se debe aun proceso cclico.


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Los microorganismos causantes de ladescomposicin de la materia se dividen en dosgrupos:

Bacterias formadoras de cidos, estas hidrolizany fermentan compuestos orgnicos complejos acidos simples, de los cuales los mas corrientes

son el cido actico y el cido propinico.

Bacterias formadoras de metano, estasconvierten los cidos formados por las bacterias

del primer grupo en gas Metano y CO2.


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Las bacterias ms importantes de este grupo(las que devoran los cidos Actico ypropinico) tienen tasas lentas de crecimiento ypor ello su metabolismo se considera una

limitante de proceso.

Tabla 2.


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APLICACIN

Tratamiento de lodos

Tratamiento de RSO

Tratamiento de aguas


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TRATAMIENTO ANAEROBIO

REACTOR

PR

POL

H2S

CH4

NH4

+

PO43-


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HIDROLISIS

ACIDOGENESIS

METANOGENESIS


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HIDRLISIS

LIPIDOS

ACIDOS

GRASOSLARGOS

AZUCARES

SIMPLES+

POLISACARIDOSAZUCARESSIMPLES

PROTEINAS AMINOACIDOS


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MICROORGANISMOS

Bacteroides

Clostidria

Bifidobacteria


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ACIDOGENESIS

AMINOACIDOS AGV HAc+ + H2

AZUCARES

SIMPLES

AGV HAc+

ACIDOS

GRASOSLARGOS

HAc + H2

+ H2


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ACIDOGENESIS(continuacin)

AGV HAc + H2


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ACIDOS ORGNICOS

VOLATILES NO VOLATILESFORMICO LACTICO

ACETICO PIRUVICO

PROPIONICO SUCCINICO

VALERICO

ISOVALERICO


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MICROORGANISMOS

Syntrophomonas

Syntrophobacter


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METANOGENESIS

HAc CH4 + CO2

H2 + CO2 CH4


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MICROORGANISMOS(metanognicos acetoclasticos)

Methanosaeta

Methanosarcina


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MICROORGANISMOS(metanognicos oxidantes de H2)

Methanobrevibacter

Methanospirillum

Methanobacterium


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DQO v.s ETAPA

HIDROLISIS

DQO

ACIDOGENESIS METANOGENESIS


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ASPECTOS IMPORTANTES

Produccin de metano

Papel del hidrgeno

Relaciones sintrficas

Reduccin de sulfato


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Produccin de metano

OHCOOCH 2224 22 ++

42 CH/OKg4161322

4KgDQOCH =

=

DQO/CHm35.0 43

KgV =


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Metanobacilus omelianskii

43223 222 CHHCOOCHCOOHCHCH +++ +

4CHKJ/mol112=G

Barker, 1940 Antonie Leeuwenhoeck 6 201-220

T di i


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TermodinmicaMetanobacilus omelianskii

23223 22222 HHCOOCHOHOHCHCH +++ +

OHCHCOH 2422 24 ++

4

CHKJ/mol131=G

ETKJ/mol8=G


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Termodinmica

[ ] [ ][ ]

[ ]

2

23

4

2

22

3ln

OHCHCH

HHCOOCHTRGG

O+

+=


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Relaciones sintrficas

HAc

H2ACETOGENICAS METANOGENICAS


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Reduccin de sulfato

MO + SO42-

H2S + HAc

HAc + SO42-

H2S + CO2


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MICROORGANISMOS

Desulfovibrio

Desulfobacter


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COMPETENCIAHAc + SO

4

2- H2

S + CO2

HAc + H2O CH4 + CO2

AcKJ/mol52=G

AcKJ/mol31=G


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REACTORES ANAEROBIOS

Proceso de contacto anaerobio UASB

Filtro anaerobio Lecho fluidizado

SBR anaerobio


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Proceso de contacto anaerobio

GAS GAS

ESQUEMA BSICO DEL UN


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ESQUEMA BSICO DEL UN

TRATAMIENTO SECUNDARIOBIOLGICO


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UASB


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UASBUpflow anaerobic sludge blanket

GAS


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Grnulos


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Sedimentacin de grnulos


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Filtro anaerobio

RELLENO


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RELLENOplstico

Lecho fluidizado


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Lecho fluidizado

GAS

SBR anaerobio


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SBR anaerobio

GAS GAS


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CONVERSION

Tiempo de retencin de slidos

pH

Temperatura

Compuestos inhibitorios: NH3 y H2S



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p

Hidrlisis

0 10 20 30 40 50 60

x(d)



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AGL



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AGV

0 10 20 30 40 50 60

x(d)



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p

CH4

0 10 20 30 40 50 60

x(d)

pH


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Compuestos inhibitorios

COMPUESTO CONCENTRACIN

NH3 100 mg N/L

H2S 200 mg/L

Cloroformo 0.5 mg/L

Formaldehdo 50-200 mg/L


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TRATAMIENTO AEROBIO

v.s


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ARBITROS

Concentracin de MO en el aguaresidual

Temperatura

Flujo

Concentracin de slidos

Concentracin de MO en el agua


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residual

< 1000 mg DQO/L

1000-4000 mg DQO/L

> 4000 mg DQO/L

Flujo


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Flujo

BAJOAerobio

ALTOAnaerobio

BAJO ? ; ALTO?

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