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Reactor anaerobio de flujo ascendente UASB

Parámetros de funcionamiento y diseño

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Transcript of Reactor anaerobio de flujo ascendente UASB

Parámetros de funcionamiento y diseño Reactor anaerobio de flujo ascendente UASB En condiciones anaerobias suelen ocurrir procesos como la desnitrificación, la reducción de sulfatos, hidrólisis y fermentación acetogénica y La conversión de la materia presente en el agua residual en metmetanogénica.ano es realizada por una comunidad microbiológica heterogénea compuesta por dos bacterias: no metanogénicas y metanogénicas. Parámetros de seguimiento en un reactor UASB Fundamentos del proceso Los parámetros están relacionados ya sea con el agua residual, el lodo, el reactor, el contacto del agua residual con el lodo y la forma como esté distribuido en el interior del reactor. Estos son:

Temperatura
pH
DBO5
DQO
Ácidos grasos volátiles
Alcalinidad
Sólidos
Fósforo
Nitrogeno La demanda de oxigeno de las aguas residuales es resultado de 3 tipos de materiales: orgánicos carbónicos (fuente de alimente por organismos aeróbicos), nitrógeno oxidable (sirven como alimentación para bacterias específicas) y compuestos químicos reductores (iones ferrosos, sulfitos y sulfatos).

La importancia de esta prueba radica en que es un parámetro ambiental que da una medida del grado de contaminación. Ácidos Grasos Volátiles (AGV) Son la mayoría de los productos intermedios de la digestión anaeróbica del material degradable a metano: ácidos acético, propiónico, butírico y valérico.

Se mide en mg Ac. Acético/ L. Los AGV son degradados por bacterias acetogénicas hasta ácido acético, que constituye el mayor sustrato de las bacterias metanogénicas. Diseño y construcción del reactor El diseño puede hacerse en forma rectangular o cilíndrica. Para una capacidad de tratamiento de 10,76 m3/d de agua residual, (aporte de población de 196 personas), la construcción del reactor UASB requiriere poca área superficial (aprox. 65,63 cm2/hab) y costos operativos bajos.

Se puede realizar con materiales disponibles en el mercado de la construcción, utilizando una técnica de construcción novedosa en el país (Ferrocemento) que reduce sustancialmente los costos, $US 1.715, siendo la inversión estimada de $US 17,86 por habitante y a un costo de 0,07 $US/m3 de agua residual tratada. Cálculo basado en la carga orgánica y en el criterio de velocidad de flujo Para la determinación de la velocidad de flujo ascendente como uno de los parámetros de diseño, se partió de variables conocidas tales como: Separador gas – líquido – sólido (GLS) La campana o separador GLS es fundamental para lograr un buen funcionamiento del reactor a fin de mantener un lodo sedimentable, un efluente clarificado libre de gases y unos gases adecuadamente separados.

Los aspectos a tener en cuenta en el diseño de las campanas son: Temperatura Es una de las variables que más influyen en el proceso.
Su eficacia decrece por debajo de 15°C.
Por encima de 15°C la biodegradación se incrementa.

La temperatura afecta la actividad de los microorganismos, determina la cantidad de energía neta producida e influye en la relación pH-alcalinidad. Los ambientes anaeróbicos en relación con la temperatura óptima de crecimiento pueden subdividirse en tres categorías:

Psicrofílico (0 a 20°C)
Mesofílico (20 a 40°C)
Termofílico (45 a 65°C)

Si el intervalo de temperatura en el reactor cambia, es necesario arrancar el reactor de nuevo. En el rango mesofílico, la actividad y el crecimiento de las bacterias disminuye a la mitad por cada 10°C de descenso por debajo de 35°C. Los diferentes grupos bacterianos presentan niveles de actividad satisfactorios a pH próximos pero un poco diferentes; los hidrolíticos entre 7,2 y 7,4, los acetogénicos entre 6,5 y 7,5.

Cuando la capacidad metanogénica está continuamente sobrecargada y no se añade la base necesaria para neutralizar los AGV presentes, el sistema de tratamiento se convertirá en un reactor de acidificación y el pH del efluente estará entre 4,5 y 5. pH Es una medida de la materia orgánica en la muestra equivalente, a la cantidad de oxígeno que se puede oxidar químicamente en un medio ácido. Sólidos Su determinación es una prueba indispensable para la operación de reactores biológicos que junto con otros parámetros, proporciona información de la eficiencia de remoción del proceso, e indirectamente, de la concentración de biomasa bacteriana en el reactor.

Los SST representan el parámetro de biomasa bacteriana en el reactor.Los SSV representan la porción orgánica de los SST.

Es importante mantener un registro de los sólidos de los afluentes y del lecho, de modo que se pueda asegurar que la perdida de biomasa no es mayor al crecimiento esperado. La alimentación al reactor se hace mediante una bomba peristáltica la cual nos permite dosificar y mantener un caudal aproximadamente constante de lixiviado al reactor. En el reactor existe una zona de reacción compartida internamente y su separador de biogás. El agua residual se distribuye en todas las secciones de reacción y en manto de todos, en esta sección los contaminantes orgánicos son convertidos en biogás. Trabaja con altas concentraciones de concentración de biomasa del orden de 20 - 30 kg biomasa/m3 (5kg DQOm^3 ) o mejores con tiempos de retención hidráulica de 10 horas.

Cuando un reactor UASB ya está funcionando a plena capacidad y el lodo es activo, se establecen dos partes definidas: El hecho donde se encuentran las altas concentraciones de sólidos y el manto donde los lodos producidos por el flujo ascensional del afluente a través de lecho por la mezcla que establece el gas producido en el lodo. El manto de lodos es la zona de mayor turbulencia. Alcalinidad Cuantifica la capacidad del agua residual de neutralizar ácidos. Se mide en mg de CaCO3/L. Se ha demostrado que cuando la relación entre AGV y la alcalinidad del medio supera 0,3 – 0,4, es indicador de fallo inminente en el sistema de digestión anaerobia. Se expresa en mg/L y es un indicador de la calidad del agua:

Débil = <400 mg/L, Media = 700 mg/L y Fuerte = >1500 mg/L En aguas residuales el nitrógeno puede hallarse en cuatro estados de oxidación, nitratos, nitritos, amonio y nitrógeno orgánico.

Es necesario controlar los niveles de nitrogeno para evitar eutrofización. Nitrógeno El fosforo se encuentra en las aguas naturales y residuales solo como fosfatos. Constituyentes de muchos limpiadores comerciales, res biológicos, formados en procesos biológicos. Fósforo Perfil de lodos Es la medida de concentración de SST y SSV y su relación con la altura del reactor, que permite el cálculo de la cantidad absoluta de lodo en el reactor.

Los lodos pueden ser dispersos (no hay agregación de partículas en el lodo, no presenta cambio importante), granular (agregado en gránulos compactos de 0,5 a 3 mm de diámetro con velocidad medida de sedimentación =50 m/h) y lodo floculento (agregado en flóculos sueltos con propiedades intermedias de sedimentación V=2m/h).

Este parámetro de control es fundamental ya que permite darse cuenta del estado y características del lodo en el reactor, además de conocer su comportamiento cuando se establecen en su funcionamiento. Gracias La velocidad de sedimentación indica la rapidez con que se sedimenta el lodo expresado para mantener altas concentraciones de lodo biológico dentro del reactor.

Los procesos de mezcla inducen a la formación de lodo granular, que presenta propiedades como: alta velocidad de sedimentación, comunidad microbiana balanceada y resistencia a descargas tóxicas. Los reactores UASB forman gránulos que son densos conglomerados de microorganismos. Un buen desarrollo del lodo granular con una alta fuerza física y buena velocidad es óptimo para el trabajo de un reactor de este tipo.

Las ventajas del lodo granular son la alta velocidad de sedimentación, capaz de separar la fase líquida y gaseosa para tener altas velocidades. Bibliografía Estudio de los reactores UASB para el tratamiento de lixiviados del relleno sanitario la esmeralda. Por Fernanda Cristina Morillo León y Eliana Fajardo Fajardo. UNAL, Facultad de ingeniería y arquitectura, Esp. en Ing. Ambiental Sanitaria. Manizales, 2005. Diseño, construcción y arranque de un reactor U.A.S.B. piloto para el tratamiento de lixiviados. Por Francisco Javier Caicedo Messa. UNAL Esp. En Ing. Ambiental Sanitaria. Manizales, 2006. Metcalf & Eddy (1985). Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento, Vertido y Reutilización. Volumen II, 3ra. Edición, Edit. MacGraw-Hill, España. Encontrado en http://www.miliarium.com/Proyectos/depuradoras/manuales/tesis/uasbV.a
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