TEMA 15.TRATAMIENTO ANAEROBIO

TEMA 15. TRATAMIENTOS
ANAEROBIOS
MAESTRIA EN RECURSOS HIDRICOS
Tratamiento de Aguas Residuales
Ing. Rosa Miglio T.
TRATAMIENTOS BIOLOGICOS PARA ELIMINACION
DE MATERIA ORGANICA
ANAEROBIO
 Sin O2 disuelto
 MO + bacterias = CO2+ CH4+ nuevas bacterias
 Poco lodo
 Con O2 disuelto
AEROBIO
 MO + O2+ bacterias = CO2+ H2O + NH3+
nuevas bacterias
 Mucho lodo
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TRATAMIENTOS BIOLOGICOS PARA
ELIMINACION DE MATERIA ORGANICA
Materia orgánica
remanente por
remover
Lodo
generado
TRATAMIENTO ANAEROBIO
• Es un proceso de degradación biológica de la materia orgánica en
ausencia de oxigeno, llamado también digestión o fermentación.
• La digestión anaerobia ocurre en etapas secuenciales, cada una de
ellas se caracteriza por la actividad de grupos específicos de
microorganismos.
• Como resultado del proceso se generan dos sub productos: biogás y
lodo.
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SISTEMAS ANAEROBIOS
PROCESO: Digestión o fermentación anaerobia
• Proceso microbiológico que se desarrolla en ausencia de oxígeno
disuelto.
• Intervienen diferentes tipos de bacterias: lipolíticas, fermentativas,
productoras de hidrogeno y metanogénicas, para producir finalmente
metano.
• Las bacterias formadoras de metano:
. Tienen un desarrollo variable entre 2 y 22 días.
. Son muy sensibles al pH, menor de 6,2 es tóxico.
• Cualquier condición que impida la formación de metano, reduce la
eficiencia de remoción de DBO.
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
Acidogénesis:
los
productos
solubles
son
convertidos
ende
ácidos
Metanogénesis:
Hidrólisis:
los compuestos
finalmente
orgánicos
se
produce
complejos
metano
a(material
partir
Acetogénesis:
los
productos
generados
en
la etapa
anterior
son
Sulfurogénesis:
cuando
hay
sulfatos
lasla
bacterias
sulfato
grasos
volátiles,
CO
,
H
,
H
S,
etc,
por
acción
de
las
bacterias
acetato
particulado)
(bacterias
son
transformados
metanogénicas
en
acetoclásticas)
material
disuelto
y
de
más
H
y CO2
2
2
2
2 simple,
transformados
en
sustrato
para
las
bacterias
metanogénicas.
reductoras compiten
por el sustrato con las demás (se genera
fermentativas
acidogénicas.
(bacterias
por medio metanogénicas
de enzimas
producidas
hidrogenotróficas).
por bacterias fermentativas.
H2S y baja prod.CH4, hay problema de olores e inhibición).
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DIGESTION ANAEROBIA
Materia orgánica particulada
Bacterias
lipoliticas
HIDROLISIS
Amino ácidos/azucares
FERMENTACION
acidogénesis
Bacterias
fermentativas
Ácidos grasos
FERMENTACION
acetogénesis
Acetato/hidrogeno
Bacterias
Metanogénicas
METANOGENESIS
Solamente en la etapa
de metanogénesis, se
forma el biogás.
Bacterias
productoras
de hidrogeno
Metano/dióxido de carbono
TRATAMIENTOS ANAEROBIOS
• Se han impuesto en los últimos 20 años sobre los
procesos aerobios para tratar aguas residuales con alta
carga orgánica.
• Son aplicables en efluentes agro ganaderos, aguas
residuales de industrias alimentarias, cervecería,
mataderos, etc.
• Se pueden usar también en aguas residuales urbanas
cargadas, bajo ciertas condiciones favorables de clima
tropical; por ejemplo Brasil ha desarrollado en los
últimos años modelos de tratamiento que combinan con
mucha eficiencia procesos anaerobios y aerobios.
• Otra aplicación es en la digestión de lodos provenientes
de procesos biológicos aerobios.
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AGUAS RESIDUALES CON ALTA CARGA
Efluentes de crianza porcina
Efluentes de matadero
Efluentes de matadero
Efluentes agroindustriales
ESTABILIZACION DE LODOS EN DIGESTOR
Provenientes de PTAR con filtros
biológicos
Provenientes de PTAR de lodos
activados convencionales
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TRATAMIENTO ANAEROBIO
Dos factores que no se deben separar:
 Presencia del lodo biológico o biomasa bacteriana
en cantidad adecuada.
 Mezcla o contacto del agua residual con la biomasa
Además considerar que:
 Las bacterias anaerobias son mas sensibles, y tienen
menor actividad que bacterias aerobias.
 La mayoría de bacterias anaerobias son mesofílicas
(Rango de temperatura entre 20 y 30 °C).
 A temperaturas menores de 15 °C pueden
presentarse problemas de operación.
TRATAMIENTO ANAEROBIO
• Tanque séptico fue el primer reactor anaerobio.
• Eficiencia de remoción DBO < 30% , TRH de 24 horas.
• No hay buen contacto biomasa-agua residual
• En diseño de nuevos reactores: el flujo ascendente provoca
contacto, y la presencia de gases provoca turbulencia que favorece
la mezcla.
biogás
agua residual
biomasa
biomasa
Tanque séptico
agua residual
Reactor anaerobio de flujo
ascendente (RAFA o UASB)
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PRODUCTOS DE LA DIGESTION
ANAEROBIA
Biogás:
 Mezcla gaseosa formada básicamente por
metano (60-70% de CH4), ácido carbónico
(30-40% CO2), trazas de ácido sulfídrico
(H2S) e hidrógeno.
 El biogás se puede quemar para generar
calor (energía térmica).
 También puede purificarse y utilizarse
para obtener energía eléctrica usando co
generadores.
 Es importante evitar la emisión de metano
a la atmosfera, pues es un gas de efecto
invernadero (GEI) con un potencial de
calentamiento global 21 veces mayor que
el CO2.
PRODUCTOS DE LA DIGESTION
ANAEROBIA
Lodo residual anaerobio:
 La mayoría de la energía producida en
el proceso de digestion permanece en
el metano y no es utilizada en
formación
de
nuevas
células
(biomasa).
 Por ello la producción de lodo residual
es mínima.
 El lodo es una mezcla de materia
orgánica y microorganismos vivos o
muertos.
 Es un material muy bien estabilizado.
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CONDICIONES OPTIMAS PARA EL
PROCESO ANAEROBIO
Suficiente cantidad de nutrientes.
pH entre 6,5 y 7,6
A pH menor de 6,2 ya no trabajan las bacterias metanogénicas,
además se acidifica el reactor y se generan olores.
La temperatura óptima ocurre entre 30 y 38 ºC (rango mesofílico). Las
bacterias formadoras de metano:
o Tienen un desarrollo variable entre 2 y 22 días.
o Son muy sensibles al pH, menor de 6,2 es tóxico.
Ausencia de oxígeno disuelto.
Ausencia de sustancias tóxicas o inhibidoras (metales pesados, sales,
sulfatos y sulfuros).
Cualquier condición que impida la formación de metano, reduce la
eficiencia de remoción de DBO.
FORMAS DE BIOMASA EN PROCESOS
ANAEROBIOS
• La forma del agregado de una estructura de biomasa depende del
•
•
•
•
tamaño de microorganismos, la capacidad de excretar
mucopolimeros, el tipo de agua, las condiciones de carga, diseño del
reactor.
Cada reactor desarrolla un tipo de agregado característico.
Granulación o inmovilización: no hay material inerte, se adhieren las
bacterias unas a otras y se forma un granulo.
No todos los sustratos permiten formar granulación: se presentan en
aguas de industria papelera, por ejemplo.
En agua residual domestica se forma un lodo denso pero no granula.
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LODO DE REACTORES ANAEROBIOS
LODO GRANULAR
REACTORES
ANAEROBIOS
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TIPOS DE REACTORES
PRIMERA GENERACIÓN
TANQUE IMHOFF
FOSA SÉPTICA
DIGESTOR DE ALTA TASA
LAGUNA ANAEROBIA
CONTACTO ANAEROBIO
DIGESTOR DE BAJA TASA
SEGUNDA GENERACIÓN
FILTRO ANAEROBIO
REACTOR UASB
TERCERA GENERACIÓN
REACTOR ANAEROBIO CON MAMPARAS
LECHO FLUIDIFICADO O
EXPANDIDO
TIPOS DE REACTORES ANAEROBIOS
• De lecho fijo (fixed film): biomasa
constituida por bacterias que
forman una película sobre un
soporte inerte (arena, piedra,
plástico).
• De crecimiento libre o suspendido:
microorganismos forman gránulos
o floculos en el reactor, para no
ser lavados con el efluente. La
eficiencia del proceso depende de
la
capacidad
del
inoculo
(lodos/residuo)
para
formar
floculos.
EFICIENCIAS DE TRATAMIENTOS
ANAEROBIOS:
Filtro anaerobio
Tanque Baffled
Reactor UASB
Laguna anaerobia
Tanque Imhoff
Tanque séptico
50 – 60 %
50 – 70%
60 – 80%
50 %
40 – 50 %
30 – 40%
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FILTRO ANAEROBIO
La biomasa se encuentra fija en
un soporte para resistir las
fuerzas ascensionales altas.
Indicado para agua residual
donde la materia orgánica en
suspensión es mínima y la mayor
parte de la DBO5 se encuentre
soluble.
El medio filtrante
puede ser:
rocas (cuarzo, granito), bloques
cerámicos o de PVC, esferas de
polietileno, bambú, etc, de
granulometría
uniforme
con
diámetros de 4-7 cm.
PROYECTO CON FILTRO ANAEROBIO CAMPUS NOVO BRASIL
Proyecto para 2000 habitantes, filtro
anaerobio relleno con bambú, mas
humedales de flujo horizontal
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TANQUE BAFFLED O ABR o RAC
•
•
•
•
•
Tanque séptico mejorado
ABR: Anaerobic Baffled Reactor
RAC: Reactor anaerobio compartimentado
Eficiencia de tratamiento: 50 - 70% de DBO
Se mejora el contacto entre el lodo y el agua residual
TANQUE BAFFED O ABR
Primera cámara representa el 50% del volumen total y elimina mayoría
de sólidos sedimentables.
Las cámaras de flujo ascendente (2 a 3) proporcionan eliminación
adicional y digestión de materia orgánica.
Efluente es dirigido hacia el fondo de cada cámara donde tiene mayor
contacto con el lodo
Es utilizado para poblaciones de 200-5000 pe
Tiempo de retención hidráulica: TRH = 2-3 días
Desventajas: baja reducción de patógenos, biogás sale sin tratamiento
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TANQUE BAFFED O ABR-UNALM
TERCERA CAMARA
SEGUNDA CAMARA
PRIMERA CAMARA
PTAR piloto para un desagües domésticos y Q = 6 m3/día, Eficiencia 60% DBO
TANQUE BAFFED O ABR
Tanque Baffled
Caseta de
control
Humedal
(vertical)
Fabrica en Brasil
Efluentes sanitarios de 300 trabajadores
y comedor
Condominio con 2000 hab,
área de PTAR 3000 m2,
tanque baffled tratamiento
primario, tratamiento
secundario humedales de
flujo vertical
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REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO
ASCENDENTE (UASB)
• Upflow anaerobic sludge bed/blanket reactor
(UASB)
• El flujo ascendente del agua mantiene en
suspensión a la masa bacteriana que forma
gránulos o flóculos de fácil sedimentación.
• Esto permite un buen contacto entre las
partículas de materia orgánica y las bacterias,
facilitando su digestión.
• La altura del digestor se estima entre 3 y 5 m
para aguas residuales domésticas, y entre 5 y
7 m para aguas residuales de alta carga.
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO
ASCENDENTE - RAFA O UASB
VENTAJAS
elimina el proceso de
sedimentación
 El periodo de retención es
relativamente corto (12 horas)
 Hay producción de biogás,
teóricamente por cada kg de
DQO eliminado se produce
0,18 m3 de gas metano en
aguas residuales domésticas,
y 0,34 m3 en aguas residuales
industriales.
 Se pueden tratar aguas con
alta concentración.
 Se
DESVENTAJAS
 Limitada remoción de bacterias




y parásitos.
Sensibilidad a los cambios
bruscos de temperatura.
Deterioro de la estructura por
efecto de la corrosión
Control operacional
especializado.
Necesidad de un tratamiento
posterior
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PTAR EN LA UNI - LIMA
REACTOR UASB - UNI
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PTAR CON RAFA Y FILTRO BIOLOGICO
PTAR DE IQUITOS
- Caudal de tratamiento: 668.5 l/s
- Cámara de rejas, desarenador
- 8 Reactores anaerobios de flujo ascendente
(RAFAS)
- 8 Filtros biológicos
- Sedimentadores
- Desinfección
- Deshidratadores de lodos
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PROYECTO FINCYT - UNALM
130 mg/L DBO
290 mg/L SS
84 mg/L DBO
135 mg/L SS
240 mg/L DBO
350 mg/L SS
94 mg/L DBO
74 mg/L SS
1900 mg/L DBO
1300 mg/L SS
PLANTA PILOTO PARA EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA
GRANJA PORCINA UNALM
Caudal: 1 m3/dia
Tecnología: reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA o UASB) +
humedales artificiales
PROYECTO FINCYT - UNALM
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PTAR AGUAS RESIDUALES PORCINAS UNALM
REACTOR DE LECHO EXPANDIDO
(EGSB)
• EGSB. El reactor de lecho expandido es
una variante del UASB
• Trabaja con mayor velocidad de carga
debido a una reducción del diámetro del
reactor, una mayor altura de la columna y
a la recirculación del efluente.
• El incremento de velocidad permite la
expansión parcial del flujo, mejorando el
contacto entre la biomasa y el agua
residual.
• En Lima se aplica en efluentes de
industria cervecera.
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REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO
ga
s
• Estructura cilíndrica, empaquetada con
un soporte inerte que ocupa hasta en
un 10% del volumen del reactor.
• El soporte puede ser arena, antracita,
plástico, resinas, tierra de diatomeas,
carbón, bolas de vidrio, cuyo diámetro
debe estar entre 0,3 y 3 mm. Sobre
este material las bacterias forman un
biofilm.
• La expansión del soporte ocurre
gracias al flujo vertical con alta
velocidad ascensional.
efluente
LECHO
EXPANDID
OO
FLUIDIF.
afluente
LAGUNAS ANAEROBIAS
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LAGUNAS ANAEROBIAS CUBIERTAS
EMPRESA SAGUAPAC – SANTA CRUZ DE
LA SIERRA - BOLIVIA
Q = 1658 L/s
Cobertura de geomembrana de polietileno de alta densidad HDPE – 1.5 mm
Producción de metano: 9.388 Nm3/dia
Producción per cápita de metano: 13.8 litros/hab.dia (1380 m3/dίa de metano para 100,000 habitantes)
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EMPRESA SAGUAPAC – SANTA CRUZ DE LA
SIERRA - BOLIVIA
BIOGAS
REMOCION DE OXIDANTES (H2S)
USO DE BIOGAS EN LA
PTAR
OPCION A:
generación de 1.5
mWe
OPCION B: producción
de GNR en la PTAR y su
suministro como GNV
TRANSPORTE EN
BIOGASODUCTOS SIN
H2 S
OPCIONC: auto
producción de EE en est.
de bombeo
OPCION D: auto
producción de EE y
suministro de GNR como
GNV
GNR: gas natural renovable
GNV: gas natural vehicular (empleado como combustible sopara vehículos)
INNOVACIONES EN TRATAMIENTOS
ANAEROBIOS
https://www.iiama.upv.es
Reactor anaerobio de
membrana sumergida, AnMBR.
Permite el tratamiento de aguas
residuales urbanas e
industriales.
Combina el tratamiento
anaerobio con una membrana
MBR.
En los resultados preliminares
se reduce hasta un 80% las
emisiones de CO2 y en un 50%
la producción de lodos.
El proceso de ultrafiltración
desinfecta de forma efectiva el
agua tratada.
A esto se une el valor añadido
de producir agua reutilizable con
un elevado contenido en
nutrientes.
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DIGESTORES PARA LODOS
TRATAMIENTO DE LODOS - DIGESTION
• La digestión anaerobia de lodos de PTAR es un proceso de
•
•
•
•
estabilización que se emplea para eliminar la fracción volátil de los
lodos que se generan en una planta de tratamiento. Los lodos sin
estabilizar generan olores por putrefacción y son atrayentes de
vectores.
La digestión se lleva a cabo en un reactor en ausencia de oxigeno,
donde se produce la degradación de la materia orgánica presente y se
libera biogás.
Un proceso previo a la digestión, es el espesado del lodo, el cual
aumenta la concentración y permite reducir el volumen del digestor.
En climas fríos se puede calentar el digestor para acelerar la actividad
microbiana.
El biogás producido puede contener de 60 a 70 % de CH4, 30-40% de
CO2; 2000 a 3000 ppm de H2S, humedad.
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TRATAMIENTO DE LODOS - DIGESTION
Esquema de tratamiento de lodos en la PTAR El Salitre - Bogotá
TRATAMIENTO DE LODOS - DIGESTION
DIGESTORES, GASOMETRO Y
ANTORCHA PARA QUEMA DEL
BIOGAS
PTAR EL SALITRE-BOGOTA
DISPOSICION DEL BIOSOLIDO
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PTAR SAN JERONIMO - CUZCO
Q = 580 l/s; población atendida = 350,000 habitantes; DBO ingreso 400 mg/L
Tratamiento mediante filtros biológicos
PTAR SAN JERONIMO - CUZCO
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PTAR SAN JERONIMO - CUZCO
• Producción de lodos: 300
•
•
•
•
m3/día
Equipamiento e infraestructura
para control de olores.
Producción de biogás: 4,000
Nm3/día.
25% del volumen de biogás
producido se usa para calentar
lodos a 37 °C.
75% restante se quema
Nm3/día: metros cúbicos normales por día, es una medida de volumen de un gas no condensable a 0 ºC y nivel
del mar.
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