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DISEÑO DE UN REACTOR ANAERÓBICO
El tratamiento anaeróbico de las aguas residuales ha
existido como tecnología práctica en los últimos 100 años. Gradualmente se
desarrolló desde un simple sistema de tanque séptico a reactores completamente
controlados de alta tasa actualmente usados para tratar efluentes industriales
complejos. En sistemas anaeróbicos, las poblaciones microbianas clave generalmente
tienen una tasa de crecimiento reproductiva inferior a la de los reactores
aeróbicos equivalentes. Esto requiere que el tiempo de retención del lodo sea
mayor.
Las tasas de carga permitidas en un proceso de tratamiento
de residuos anaeróbico es, por lo tanto, principalmente dictado por la
concentración de biomasa activa dentro del digestor. Consecuentemente, el
mantenimiento de un SRT alto ha sido, al menos hasta recientemente, el mayor
punto de interés en la aplicación práctica de procesos anaeróbicos. Conforme
avanzan las tecnologías anaeróbicas, es cada vez más evidente que puede
conseguirse un tratamiento anaeróbico de alta tasa empleando métodos de
retención de biomasa eficientes. Estos permiten que el tiempo de retención de
sólidos (SRT) se mantiene bien en exceso del tiempo de retención hidráulico
(HRT) resultando en densidades de biomasa más altas dentro del sistema.
Consecuentemente, fueron posibles tasas de conservación mejoradas por volumen
unitario del reactor donde sea posible y las densidades de biomasa altas
también confirieron una mayor resistencia a ninguna sustancia inhibidora en la alimentación.
Para lograr la eficiencia de un tratamiento mayor y fiabilidad asociada con un
largo SRT, se han desarrollado nuevas configuraciones de reactores anaeróbicos.
Durante las últimas dos décadas, una sucesión de pequeñas modificaciones al
diseño del reactor exixtente ha permitido desarrollar nuevas configuraciones.
Digestor anaeróbico completamente
mezclado o convencional
El concepto de de digestión anaeróbica se desarrolló en Francia
mediante el diseño de un reactor llamado “Mouras automatic scavenger”, una
cámara hermética usada para licuar los componentes sólidos de las aguas
residuales. En 1891 se construyó el primer tanque séptico con capacidad para retener
sólidos. En 1904 se desarrolló el tanque
“Travis” para separar y fermentar los lodos de aguas residuales sépticos en una
cámara de reacción separada. Esto fue seguido por el desarrollo del tanque
“Imhoff” en Alemania. Estas cámaras mixtas sin mezclar disponen de un medio de
retención de lodos realzado dentro de la cámara del reactor. Más tarde, los
digestores se mezclaron y calentaron para mejorar la tasa de digestión. En esta
ocasión, sólo la fracción de sólidos suspendidos en las aguas residuales fue
sometida a un tratamiento anaeróbico y no fue hasta el desarrollo del tanque de
contacto anaeróbico que se usó la digestión anaeróbica para el tratamiento
anaeróbico de las aguas residuales diluidas. Por lo tanto, los digestores
anaeróbicos convencionales se han usado para la degradación de materia orgánica
tanto en lodos de aguas residuales como aguas residuales industriales.
El digestor anaeróbico convencional es un reactor
completamente mixto sin reciclado de sólidos en el que el tiempo de retención
de sólidos es igual al tiempo de retención hidráulica. En estos reactores, las
bacterias anaeróbicas y aguas residuales se mezclan juntas para permitir
reaccionen entre sí. Cuando las bacterias anaeróbicas han reducido la carga
contaminante orgánica al nivel deseado, las aguas residuales tratadas luego se
retiran del reactor para su eliminación. Este sistema puede operar en modo
continuo o por lote y depende del crecimiento continuo de nueva biomasa para
reemplazar la pérdida de efluente. Sabemos que algunos metanógenos clave son
organismo de crecimiento con doble de tiempo de 5 a 10 días; y se requieren al
menos 10 días de tiempo de retención hidráulica y de sólidos. Esto necesitará
un reactor con volumen muy grande. El requerimiento de tiempo puede reducirse
aplicando un proceso de reciclaje de sólido / separación de fase. Es decir
existen dos fases, uno para la mezcla y reacción, y el otro para sedimentación
y almacenamiento.
Los requerimientos de gran volumen y el lavado de
microorganismos en el efluente imponen serios problemas que hacen que los
digestores anaeróbicos convencionales no sean convenientes para usar con la
mayoría de aguas residuales. Sin embargo, pueden usarse para tratamiento de
lodo y para aguas residuales que contienen alto contenido en materia orgánica y
sólido.
Proceso de contacto anaeróbico
El link entre alta concentración de biomasa, mayor
eficiencia) y el más pequeño tamaño del reactor
siembra la idea del proceso del
tanque de contacto. El principio del reactor de contacto anaeróbico tiene
paralelismos con el proceso de lodos activados, es decir, sedimentación de
lodos microbiológicos en un tanque de sedimentación y su retorno vuelve al
reactor para permitir un mayor contacto entre biomasa y residuos crudos. En los
reactores de contacto anaeróbicos, debido a la disposición de reciclado de
sólidos, el SRT no está acoplado al HRT como digestores convencionales. Como
resultado de ello, pueden alcanzarse considerables mejoras en la eficiencia del
tratamiento. Una buena mezcla es esencial dentro del digestor de contacto
anaeróbico de forma que ocurre una transferencia adecuada de masa entre el
alimento y la biomasa activa.
El defecto fundamental de los reactores de contacto es su
dependencia de unas características de asentamiento favorable del lodo
anaeróbico, un requerimiento que puede no cumplirse en todo momento. Un
asentamiento de lodos pobre se debe al crecimiento de bacterias anaeróbicas
filamentosas y formación de gas por bacteria anaeróbica en el tanque de
sedimentación. El crecimiento filamentoso puede deberse a una deficiencia de
nutrientes y esto puede ser rectificado por un mantenimiento cuidadoso del
ratio N/P. Los problemas de formación de gas pueden minimizarse empleando
desgasificación de vacío por shock térmico anterior a la sedimentación, usando
agentes de floculación en el tanque de sedimentación o incorporando láminas
inclinadas en el diseño del sedimentador.
Aunque simple en concepto, las unidades de componentes
individuales del proceso de contacto anaeróbico lo hacen más complejo que otros
sistemas digestores anaeróbicos de alta tasa, sin embargo, la ausencia de
cualquier accesorio interno ofrece algunas ventajas para el tratamiento de
residuos que tengan altos contenidos de sólidos.
En la siguiente tabla podemos ver las condiciones típicas de
operación de varias configuraciones de digestores anaeróbicos.
Tipo de reactor
|
Carga (kg COD/m3
día)
|
HRT (Horas)
|
Retirada COD (%)
|
Reactor anaeróbico convencional
|
1 – 5
|
240 – 360
|
60 –80
|
Reactor de contacto anaeróbico
|
1 – 6
|
24 – 120
|
70 – 95
|
Reactor por lotes de secuenciación anaeróbica
|
1 – 10
|
6 – 24
|
75 – 90
|
Filtro anaeróbico
|
2 – 15
|
10 – 85
|
80 – 95
|
Lecho fluidizado
|
2 – 50
|
1 – 4
|
80 – 90
|
UASB
|
2 – 30
|
2 – 72
|
80 – 95
|
Reactor baffled anaeróbico
|
3 – 35
|
9 – 32
|
75 – 95
|
Digestión anaeróbica de dos fases
|
5 – 30
|
20 – 150
|
70 – 85
|
Nota: COD es demanda de
oxígeno químico
Reactor por lotes de secuenciación
anaeróbica (ASBR)
El proceso de reactor por lotes de secuenciación anaeróbica
(ASBR) es sistema de crecimiento suspendido decantado y alimentado por lotes y
es operado en una secuencia cíclica de cuatro etapas: alimentación, reacción,
sedimentación y decantación. Comprende un tanque simple en el que tienen lugar
todos los eventos, y ya que una parte significativa del tiempo del ciclo se
emplea sedimentando la biomasa del agua residual sin tratar, el requerimiento
del volumen del reactor es más alto que para los procesos de caudal continuo.
Sin embargo, esta desventaja es largamente compensado por su simplicidad (no
requiere etapa de sedimentación de biomasa adicional o reciclado del ciclo).
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