REACTORES ANAERÓBICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES

Dr. Ing. Wolfgang Wagner Nov. 2015

Balance anaeróbica y aeróbica de la DQO

Blindthema 2

Tipos de tratamiento anaeróbico

Blindthema 3

Fuente: ATV-Fachausschuss 7.5 /1990 Korrespondenz Abwasser

Degradación biológica de materia orgánica

Blindthema 5

Condiciones que favorecen la degradación anaeróbico

Blindthema 6

Parámetro Condición

Temperatura Intervalo optimo mesofilico

(20 -35 °C)

Medio Anaeróbico, OD

(Oxígeno disuelto) = 0

Substancias toxicas Como metales pesados y

sulfuros ausentes

Nutrientes Nitrógeno, fosforo, trazas de

Ca, Mg, Fe, para asegurar el

crecimiento de los

microrganismos

PH 6,5 – 7,6

Alcalinidad 1000 – 5000 mg/l CaCO3*

Ácidos volátiles Inferior a 250 mg/l*

*Para evitar que el valor de pH descienda por debajo de 6,2, que es el límite de la actividad de las bacterias formadoras de metano

Esquema de un reactor UASB “Upflow anaerobic sludge blanket” también D.A.F.A. (Digestor Anaeróbico de Flujo Ascendente)

Blindthema 7

deflectores

separador

Pre- y posttratamiento del reactor UASB

Blindthema 8

Alternativa reactor UASB

Blindthema 9

Reactor UASB (con muchas colectores de gas / aguas residuales industriales)

Blindthema 10

UASB-reactor para 3.000 hab. (Jalapa / Nicaragua)

11 Blindthema

Vista de arriba Canales para el efluente

Vista de arriba Distribución del afluente

Corte Separadores

Esto no es bueno

Reactor UASB en Managua /Nicaragua

Blindthema 12

Reactor UASB en Managua /Nicaragua

Blindthema 13

Planta con reactor UASB San Juan del sur /Nicaragua

Blindthema 14

Esquema de un módulo del reactor UASB / distribución del afluente /San Juan del Sur/Nicaragua

Blindthema 15

Caja de distr. Caja de distr.

Caja de distr. Caja de distr.

Caja de distr. Caja de distr.

Distribuidor 1

Distribuidor 2.1

Distribuidor 2.2

25

,5

16,8

Mangueras D = 5cm

Tuberias para los 2 modulos previstos en el futuro

Modulo 1

Modulo 2

Esquema de un módulo del reactor UASB /San Juan del Sur / distribución del afluente

Blindthema 16

Caja de distribuicion

Caja de distr.

Caja de distribuicion

Caja de distr.

Caja de distr. Caja de distr.

Caja de distr. Caja de distr. 25

,5

16,8

Modulo 1

Modulo 2

Purga de lodoModulo 1

Purga de lodoModulo 2

Distribución del agua en los 4 tanques

Blindthema 17

RALF = Modificación del reactor UASB (reactor anaeróbico de leito fluidificado)

Blindthema 18

Reactor RALF

Blindthema 19

RALF Monteagudo

Blindthema 20

Distribuidor de un reactor RALF

Blindthema 21

Ventajas reactores UASB

Blindthema 22

• Poca demanda de área

• Reducción de emisión de CH4 por el quemador

• En caso de una operación correcta, no hay olores

• Técnica sencilla

• Poca demanda de energía (mezcla por el gas producido)

• No hay dispositivos móviles en el reactor

• Pocos pasos (agua y lodo son tratados en un paso)

• Estabilización del lodo (tiempo de edad > 30 días)

• También es posible estabilizar en el reactor el lodo de filtros percoladores y lodos

activados en el sistema

Ventajas reactores UASB

Blindthema 23

• Las instalaciones pueden ser construidas en todos los países

• Operación y mantenimiento fácil

• Bajos costos de inversión y de la operación

• El uso del gas es posible

• Tratamiento de aguas industriales con altas cargas es posible

• Apta para pequeñas y grandes unidades

• Almacenamiento del lodo en el reactor es posible por mucho tiempo (meses)

• No problemas de obstrucciones

Desventajas reactores UASB

Blindthema 24

• Se necesita un know how especial

• Con respecto al diseño faltan normas y pautas claras ( técnica que se usa para aguas

residuales municipales desde 20 anos)

• Su uso no es posible en caso de temperaturas menor que 15 grados C (temperatura

promedia en el mes mas frio del ano)

• En caso de errores de operación hay peligro de olores

• No es posible eliminar muchos patógenos

• No hay una eliminación de nutrientes ( N - 5 %)

• Sensible a tóxicos (metales pesados)

• Mucho tiempo para la fase inicial

• Posttratamiento normalmente necesario

Condiciones para el uso del sistema

Blindthema 25

• Concentración mínima de la DQO > 250 mg/L

• Deseable serián > 400 mg DQO/L

• Valor de pH 6,5 hasta 9

• Aceites y grasas < 100 mg/L

• Solidos suspendidos < 500 mg/L

Determinación del volumen del reactor / carga hidráulica volumétrica (importante para aguas residuales municipales)

Blindthema 26

• Carga hidráulica volumétrica:

𝐶𝐻𝑉 =𝑄

𝑉=

1

𝑇𝐷𝐻

CHV < 5 m3/(m3·d) significa (TDH > 4.8 hs)

• Con:

• CHV = carga hidráulica volumétrica (m3 /(m3∙d)

• Q = caudal afluente promedio (m3/d)

• V = volumen del reactor (m3)

• TDH = tiempo de retención hidráulico (d) / depende de la temperatura

Determinación del Volumen del reactor / carga hidráulica volumétrica

Blindthema 27

Para concentración normalmente < 2.500 mg DQO/l, es solamente el tiempo de retención importante para el diseño

Tiempos de retención (TRH) para el diseño de reactores UASB

Blindthema 28

Temperatura del

agua (°C)

TRH

Qmedio

(h)

TRH

Qmáximo *

(h)

16 -19 >10 -14 h >7 - 9 h

20 -26 >6 -9 h >4 - 6 h

>26 > 6 h > 4 h

*TRHQmáximo vale para el caudal, que se da durante un tiempo máx.4-6 horas por día

Volúmenes de reactores UASB Dependencias

Blindthema 29

0

20

40

60

80

100

120

140

80 100 120 140 160 180 200

Vo

lum

en

esp

eci

fica

(l /

hab

.) d

el

reac

tor

Agua diaria, que entra en la planta (l/(hab.d)

5

10

15

Tiempo de detención (h)

Clima my caliente

Clima temprano

Blindthema 30

Q v (m/h)

medio

máximo

pico

0.5-0.7

0.9-1.1

< 1.5

Los picos tendrán una duración máxima de 2-4 hs por día Los medios tendrán una

duración máxima de 4-6 hs por

día

Velocidad ascensional del flujo v = Q/A = H/TDH

Con: v = velocidad ascensional (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:

Distribución del caudal de las aguas residuales sobre un día de una cuidad de 50.000 habitantes. (Fuente: Imhoff)

Blindthema 31

En caso de la existencia de estaciones de bombeo o picos muy grandes puede ser necesario instalar tanques de ecualización Para estaciones del bombeo se recomienda una regulación de la frecuencia para evitar plazos del bombeo y plazos sin bombeo Problemas en caso de sistemas combinados (agua negra y agua de lluvia)

Aumento de la velocidad de la degradación en dependencia de la temperatura del agua (cada 1°C por 11 %)

Blindthema 32

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 5 10 15 20 25 30 35

Ve

loci

dad

re

lati

va d

e la

de

grad

acio

n

Temperatura C°

Carga biológica (carga de lodo)

Blindthema 33

CB =𝑄×𝑆

𝑀

Con: CB = carga biológica (kgDQO/(kgSSV·d)

Q = caudal afluente (m3/d)

S = concentración de sustrato afluente (kg DQO/m3)

M = masa de microorganismos en el reactor (kg SSV/m3

Durante la operación) en caso del tratamiento de aguas residuales municipales se pueden

esperar valores de CB = 0,05 - 0,5 kg DQO/(kg SSV·d).

Blindthema 34

TRATABILIDAD DE LOS EFLUENTES:

Para escoger el tratamiento más adecuado y evaluar la producción 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:

DQO total

DQO bd

DQO rec

DQO cel

DQO AGV

DQO rec

DQO cel

DQO AGV

DQO CH4

DQO rec

DQO rem

DQO no rem

Blindthema 35

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.

Producción de CH4 degradando DQO:

Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:

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.

En resumen, cada 16 gr de CH4 producido y liberado se

consumen 64 gr de O2 (se remueven 64 gr de DQO).

Pesos

moneculares C 12,011 O 15,999 H 1,008

Inhibición y Toxicad

Blindthema 36

Inhibición – Disminución de la

velocidad de los procesos biológicos

Toxidad – Mortalidad de todos las

bacterias / na hay reacciones

En caso de aguas residuales

domesticas normalmente –

no es un problema

Inhibición y Toxicad de metales pesados (μg/l)

Blindthema 37

Köhler, R Scherger, K.; Steiner A.

Konzeli-Katsiri, A.; Kartsonas, N.

Metales pesados

Inhibición Toxicad Inhibición Toxicad Inhibición Toxicad

Cobre (Cu) 150 -250 300 40 -250 40 -250 170 -300

Cadmio (Cd) - - 150 -600 - - 20 -600

Zinc (Zn) Rd. 150 250 250 -400 250 -600 150 -400 250 -600

Níquel (Ni) 100 -300 500 10 -300 130 -500 10 -300 30 -1000

Plomo (Pb) - - 340 340 300 -340 340

Cromo III (Cr) 100 -300 500 120 -500 260 -500 120 -300 200 -500

Cromo VI (Cr) Rd. 100 200 100 -110 200 -220 100 -110 200 -420

Estimulación y inhibición de sales

Blindthema 38

Cationes Concentración mg/l

Estimulación Modérate

inhibición

Fuerte

inhibición

Calcio 100 -200 2500 -4500 8000

Magnesio 75 -100 1000 -1500 3000

Potasio 200 -400 2500 -4500 12000

Sodio 100 - 200 3500 -5500 8000

Fuente: McCarty (1964)

Producción de biogases

Blindthema 39

VCH4 = DQOCH4 / k(T)

con K(T) = K·P / [R·(273+T)]

Con:

VCH4 = volumen de CH4 liberado (L)

DQOCH4 = DQO convertida en metano (g DQO removido)

K = g DQO por 1 mol de CH4 (64 g DQO / mol CH4)

R = cte. de los gases [0,08206 atm.L/(mol.·°K)]

P, T = presión atmosférica (atm) y temperatura (°C)

60-90% CH4 y 10-40% CO2 Se puede calcular en caso de una temperatura de 20 °C y presión nivel del mar (1,013atm.) con 0,375 L CH4 gas por g DQOCH4.removido

Removido significa aquí – transferido en CH4

En condiciones estándares (1,013 atm; 0 C°) se puede calcular con 0,35 L CH4 gas por g DQOCH4.rem. o 1m3 CH4 ≈ 2,86 kg DQOCH4

Formación de CH4-gas por la remoción de 1 g DQOremovido

(importante saber que hablamos de m3 o m3 estándar (Vn))

Blindthema 40

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

l CH

4 g

as /

g D

QO

rem

ovi

do

Presion atmosferica (atm)

10

20

30

Temperatura °C

Producción de gas en función de la temperatura y la presión

Blindthema 41

Considerando perdidas (gas disuelto en el agua y gas que el separador no puede captar) se puede calcular en la práctica con ≈ 200 L biogas usable/kg DQORemovido (m3 estándar / DIN 1343/ T = 0 °C /pn = 101325 Pa).

Removido significa aquí – transferido en CH4

Energía de mezcla, producida por el biogás

Blindthema 42

Energía necesaria para mezcla completa 5 W/m3

5 W/m3 corresponde 1,8 m3 biogas/(Vol-reactor m3·h) o 43 m3 biogas/(Vol-reactor m3.d)

no se puede producir mezcla completa / no es el fin

Valor promedio en reactores para aguas residuales municipales UASB :

aprox. 0,3 hasta 1 m3 biogas/( Vol-reactor m3·d)

Afluente de la planta: 150 l/(hab·d) CH4 soluble en efluente 150 l/(hab·d) ·15 mg/l = 2,25 g CH4/(hab.d) 2,25 g CH4/l Corresponde 9 g CSB/(hab.d) o 10 % del CSB de la entrada sale como CH4 disuelto

Blindthema 43

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 5 10 15 20 25 30 35

mg

CH

4 d

isu

elt

o e

n a

gua

Temperatura °C

Concentracion de saturacion del metano en agua en caso de 70 % metano en el biogas

1 bar (nivel del mar) 0,7 bar (altura 3000 m)

Balance de la DQO / Estimacion Remoción 75 %

Blindthema 44

„Sistema biogás“

Blindthema 45

Velocidad máxima en la tuberías para el transporte del biogás < 3,5 m/s Quemador del biogás se dimensiona para 1,8 del caudal promedio del día Condensado es muy agresivo (corrosión)

Separador sumergido

Blindthema 46

Ventajas • El volumen total del reactor sirve como un decantador • La presión del gas facilite su uso (generadores etc) • En el caso de la instalación de un quemador, el sello hidráulico sirve

como protección de una explosión

Separador con presión atmosférica

Blindthema 47

abierto

Ventaja Bueno acceso en caso de reparación, inspección y mantenimiento

Medidor de presión y temperatura

Blindthema 48

Fotos : Christoph Platzer /Empresa do rotaria Brasil

Medición del caudal del gas

Medición de temperatura y presión

Medidor de presión y temperatura

Blindthema 49

Fotos : Christoph Platzer /Empresa do rotaria Brasil

Los medidores indican normalmente Vn, significa volúmenes estándares

Quemador del biogás

Blindthema 50

Aérea peligroso de biogás (explosión)

Blindthema 51

Porcentaje del metano Vol. %

Lim

ites

de

exp

losi

ón

del

bio

gas

Vo

l. %

Porcentaje del metano Vol. %

Limite explosión arriba

Limite explosión abajo

Medidores de Biogás

Blindthema 52

Medición del flujo de biogás

Medición de la composición de Biogás

Fotos: Christoph Platzer / Empresa do rotaria Brasil

Flujo de agua residual, biogás y metano sobre el día

Blindthema 53

Datos: Christoph Platzer/Empresa do rotaria Brasil

Es evidente: picos sobre el día

Composición del biogás en 4 separatas plantas de tratamiento de aguas residuales

Blindthema 54

Datos: Christoph Platzer/ Empresa do rotaria Brasil

Uso de la energía producida

Blindthema 55

Energía total en el agua residual de la entrada:

0,1 kg DQO/(hab·d) · 365 d/a· 3,49 kWh/kg DQO ≈ 127 kWh/(hab.∙a)

Energía en el gas de digestión:

19 L/(hab·d) con 6,5 kWh/m3 gas corresponde 0,124 kWh/(hab·d) / 45 kWh/(hab·a)

Esta energía se puede utilizar directamente como energía térmica (eficiencia térmica ≈ 85 %)

O

En plantas de cogeneración (generadores eléctricos)

• Eficiencia eléctrica hasta el 44 % / en la practica valor promedio 28 %

• Significa para 1.000 hab., se puede generar aproximadamente 1,5 KW energía eléctrica

Uso de la energía producida

Blindthema 56

La indicación de un tamaño de plantas donde es económicamente favorable producir energía

eléctrica es problemático, aparte de la declaración:

cuanto mayor es la planta, más eficiente es la producción de energía.

Factores que deben ser tomados durante de la planificación en consideración

Blindthema 57

• Cuáles sean los costos para la compra de energía eléctrica externa

• Cuánto energía eléctrica se requiere en la planta de tratamiento de aguas residuales

• Sea posible y interesante, enviar la energía eléctrica producida (o partes de esta energía)

en la red pública y cobrar dinero.

• Puede ser interesante utilizar la energía térmica producida.

• Es el personal de la planta de tratamiento suficientemente calificado para hacerse cargo de

la operación de una planta con cogeneración de energía eléctrica.

• Puede ser interesante de vender directamente el gas producido para su utilización en otros

lugares?

• Cuanto dinero hay que pagar para los generadores en el país de instalación ( transporte /

aduana / impuestos)

Unidad generador-motor

Blindthema 58

Fotos: Christoph Platzer / Empresa do rotaria Brasil

Valores para la estimación del potencial de la producción de energía eléctrica

Blindthema 59

Energia del gas100 %

Calor65 -70 %

energia electrica30 - 35 %

Generador

Remoción DQO 75%

Gas 170 l/(kg DQOrem∙d)

Uso electica 33 %

Energía del gas 6,5 kWh/m3

Costos específicos para plantas de cogeneración

Blindthema 60

Potencia [KWelectrica]

Co

sto

s e

spe

cifi

cos

[Eu

ro/k

Wh

]

Costos adicionales de plantas de cogeneración

Blindthema 61

Potencia del generador [KWelectric]

Co

sto

s d

e la

pe

rife

ria

[Eu

ro/k

Wh

]

Calculo de los costos de la energía eléctrica (1)

Blindthema 62

Habitantes 100.000 Hab.

DQO especifico / valor promedio del ano 100 g/(Hab·d)

DQO diario/ valor promedio del ano 10.000 kg /d

Remoción 70%

DQO removida 7.000 kg /d

Gas usable 195 l/kg DQOremovida

Gas producción 1.365 m3/d

Contenido de energía 6,5 kWh/m3

Energía del gas producido 8.840 kWh/d

Usable para energía el. 30 %

Energía eléctrica usable 2.652 kWh/d

Energía eléctrica usable (anual) 967.980 kWh/a

Numero de generadores 1

Tiempo de operación del generador 7.500 h/a

Potencia eléctrica potencia máxima 129 kW

Costos específicos / Figura 1 1.000 Euro/kW

Costos generador 129.000 Euro

Calculo de los costos de la energía eléctrica (2)

Blindthema 63

Alcancen de gas 500 m3

Costos específicos almacén de gas 200 Euro/m3

Costos almacén de gas 100.000 Euro

Costos periferia 125.000 Euro

Costos de inversión 354.000 Euro

Costos para diseño y la supervisión 15 % de la inversión

Costos inversión con planificación 407.100 Euro

Costos anuales para el capital 10 %

Costos anuales, capital 40.000 Euro/año

Costos del mantenimiento 5 % /a

Costos del mantenimiento 20.000 Euro/año

Costos anuales totales 60.000 Euro/año

Energía producida 967.980 Euro/año

Costos especificas 0,062 Euro/kWh

Blindthema 64

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 suficiente 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.

Entrada redonda

Blindthema 65

Wehr

ZulaufpunktZulaufpunkt

Zulauf

Rundes Einlaufsystem

Vista de arriba

Corte Vertedero

Afluente

Tubería de distribución (manguera?)

Sistema de distribución

Blindthema 66

Distribución de agua la fondo / fin de las tuberías

Blindthema 67

• Diámetro conducción Ø 75-100 mm para evitar 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: Ø 40-50 mm

• Número de tubos (Nd): 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

Distribución de agua la fondo / fin de las tuberías Solución alternativa

Blindthema 68

Separación de gases

Blindthema 69

𝑇𝑔𝑎𝑠 =𝑄𝑔𝑎𝑠

𝐴𝑖

Con:

Tgas = tasa de liberación de gas (m3/(m2·h))

Qgas = producción esperada de gas (m3/h)

Ai = área de la interface líquido-gas (m2)

Se recomiendan valores de Tgas 1-3 m3/(m2·h), por lo que determinando Qgas se puede

obtener el área de interface.

Área de interface Ai

Separación de solidos

Blindthema 70

La profundidad de la cámara de sedimentación es 1,5 - 2 m

Q Vs (m/h) TRH (h)

Medio 0,6 – 0,8 1,5 -2

Máximo < 1,2 ≥ 1,0

Pico (2 hasta 4 horas) <1,6 ≥ 0,6

Velocidad ascensional y tiempo de retención en el sedimentador

Qm (m3/h) 2 - 2,3 m/h

Qmax (m3/h) 4 – 4,2 m/h

Qpico (m3/h) 5,5 - 6 m/h

Velocidades en las aberturas entre volumen-reactor y volumen-sedimentador

Sistema de extracción de lodo

Blindthema 71

Válvulas para la extracción del lodo

Blindthema 72

Producción de lodo en un reactor UASB

Blindthema 73

El coeficiente de producción de lodo, se puede estimar desde

0,1 hasta 0,2 kg SS/kg DQOaplicado

.

Significa se puede esperar una producción de lodo por habitante de aproximadamente

0,15 kg SS/kg DQOaplicado ∙ 100 g DQO/(hab·d) =

15 g SST/d ó 5,5 kg SS/(hab·año)

SS- Solidos sedimentables

Conversión de „masa de lodo“ en „volumen del lodo“

Blindthema 74

𝑉𝑠 =𝑃𝑠

𝛾 × (𝐶𝑠 100)

Con: Ps Producción de solidos (kg SS/d) Vs Volumen del lodo (m3/d) γ Densidad del lodo (kg/m3) (normalmente entre 1,02 y 1,04) Cs Solidos en el lodo (%)

Tipos de lodos / Formación de pellets

Blindthema 75

Granular Floculante Disperso

Características de pellets

Blindthema 76

• 0,5 -3 mm perímetro

• Agregaciones de bacterias anaeróbicas

• Son fijos

• Buen sedimentación

• Buena protección altos valores de pH-valores extremos

Pellets

Blindthema 77

Condiciones favorables para la formación de pellets

Blindthema 78

• No hay muchos sólidos en el agua residual

• Mas favorable son aguas residuales con concentraciones bajas (< 1000 mg DQO/l)

• Tiempo de retención menos que 10 horas

• Concentraciones de calcio 50 -150 mg/l en afluente

• Concentraciones de hierro 50 – 150 mg/l en afluente

• Velocidad constante

• Ácidos acéticos < 200 mg/l en el lecho de lodo

Remoción de la DBO y DQO en función del tiempo de retención

Blindthema 79

Fuente : Chernicharo

Remoción de la DQO en función de la temperatura (Fuente Urban)

Blindthema 80

Fuente : Urban / Base diferentes Plantas UASB para tratamiento de aguas residuales municipales / elaborado a base de publicaciones de Mergaert; Singh, Elmitwalli; Monroy, Seghezzo; Abdel-Halim

Estos valores veo con dudas

Concentración de los solidos suspendidos en el efluente como función del tiempo de retención

Blindthema 81

Eliminación de gérmenes patógenos en reactores UASB

Eliminación

Unidades Log10

Bacteria 0 - 1

Helmintos 1 - 2

Virus 0 - 1

Quistes 1 - 2

Fuente : Chernicharo

Blindthema 82

Parámetro Unidad Valor

Tiempo de detención promedio h 4 - 20

Velocidad promedia m/h 0,2 - 1,0

Carga volumétrica Kg DQO/(m3∙d) 0,4 - 3,6

Carga de lodo g DQO/kg oTS 0,05 - 0,5

Valores evaluados de plantas de tratamiento de aguas urbanas en operación

Materiales para la construcción

Blindthema 83

• En el reactor se desarrolla un medio ambiente corrosivo.

• Especialmente para el espacio libre debajo de la tapa, que no

está inundado y donde se encuentran gases (producción de

H2S)

• Evitar materiales corrosivos, especialmente acero sin

protección

• Ni siquiera el uso de acero inoxidable es una protección

perfecta y tampoco sirve la protección con pinturas

• El material más apto es hormigón armado de una calidad muy

alta

Protección del hormigón DIN 4030 (reglamento alemán)

Blindthema 84

Valor de pH

en el agua

condensada

en el muro

Grado de

corrosión

Destrucción de la

superficie de

hormigón

Por año

Necesidad de

rehabilitación

en años

Medidas de protección

13

12

11

10

9

8

Hormigón denso de una

alta calidad

7

6 poco Muy poco > 80 años

5

4 fuerte < 0,5 mm > 40 años

HS-cemento, hormigón

para sacrificar, piedras

con cal

3

2

1

0

Muy fuerte > 0,5 mm > 5 años

Revestimiento para

protección (PVC y otros)

Planta después de 7 anos de operación

Blindthema 85

Materiales para la construcción

Blindthema 86

• Se recomienda el uso de plástico (para las tuberías de la entrada

y salida)

• tablas de madera dura

• componentes de fibras de vidrio armado con poliéster.

• Para hormigón usar un cemento con una grande resistencia a

sulfuros y áridos con un parte de cal

Recomendaciones para la puesta en marcha

Blindthema 87

• Empezar con un caudal controlado menor que el del diseño

• Estricto control del pH y de la presencia de Ácidos Grasos Volátiles

• Medir la relación entre la biomasa activa y la capacidad de digestión biológica de la

materia orgánica (AME)

• Medir la sedimentabilidad del lodo (IVL) / con el cono Imhoff

• Degradación máxima después de 3 hasta 6 meses

• Inoculación con lodo maduro de otros reactores anaeróbicos puede ayudar a disminuir la

duración de la puesta en marcha ( Volumen inoculado ≈ 5 % del volumen total)

Sugerencia para un programa (mínimo) de control de la planta en la fase de la puesta en marcha

Blindthema 88

Medición en la entrada:

Caudales ( m3/d) diario

Caudal máximo ( L/s) diario

Caudal mínimo ( L/s) diario

DBO total ( mg/L) una vez a la semana

DBO soluble ( mg/L) una vez a la semana

DQO total ( mg/L) una vez a la semana

Sólidos suspendidos ( mg/L) una vez a la semana

Temperatura del agua ( ºC) una vez a la semana

PH ( -) una vez a la semana

Alcalidad (mg/L) una vez a la semana

Sugerencia para un programa (mínimo) de control de la planta en la fase de la puesta en marcha

Blindthema 89

Medición al efluente del reactor:

DBO total ( mg/L) una vez a la semana

DBO soluble ( mg/L) una vez a la semana

DQO total ( mg/L) una vez a la semana

Sólidos suspendidos ( mg/L) una vez a la semana

Temperatura del agua ( ºC) una vez a la semana

PH ( -) una vez a la semana

Oxigeno disuelto (mg/l) una vez a la semana

Sugerencia para un programa (mínimo) de control de la planta en la fase de la puesta en marcha

Blindthema 90

Medición de la concentración del lodo

en los reactores

( % SS) una vez a la semana

Medición de la parte volátil ( %) una vez a la semana

Medición de biogás producido (m3/d) diario

Control de la producción de lodo y de gas en los reactores UASB.

Operación

Blindthema 91

• Controlar el funcionamiento del desarenador antes del reactor UASB (limpieza!)

• Medir las cargas orgánicas y caudales; comparar los con los valores del diseño de la

planta

• En caso de valores mucho más alto que los valores del diseño; examinar sus origines

• En caso de valores mucho más bajos que los valores del diseño; examinar las razones

(áreas no conectadas; examinar que tiene sentido poner módulos fuera de servicio)

• Controlar la producción de gas (no gas – significa - no remoción)/quemador

• Eliminar la carpa de nata en la superficie y en la campana del separador

• Controlar los vertederos de distribución del afluente

• Medir los sólidos suspendidos (SS) del efluente < 1 mL/Ll (cono Imhoff)

• Sacar lodo en caso de SS muy altos (> 1 mL/L Cono Imhoff)

• En caso de la purga sacar menor que 25 % de la masa de sólidos volátiles del reactor

Producción y purga de espuma

Blindthema 92

Espuma en el separador

Plancha para retener espuma

Espuma en el área de sedimentación

Válvula automatizada para sacar espuma

Blindthema 93

Posibilidad para evitar danos en la construcción por obstrucciones

Blindthema 94

Distribución posible de los sólidos suspendidos volátiles con la profundidad de un reactor UASB

Blindthema 95

Masa de lodo = 17,7 m3 · (7 + 10 + 35 + 45 + 50) kg/m3 = 2.602 kg Concentración promedia en el volumen del reactor de 29,4 kg SSV/m3

La relación entre solidos suspendidos y solidos suspendidos volátiles tiene un gran rango entre 0,4 hasta 0,8 SSV/SST Concentraciones al fondo entre 40 hasta 100 kg SSV/m3.

Descarga de lodo

Blindthema 96

*

*

*

* *

*

*

x

x

x

xx

x x

1

1

2

2 3

(Rh= 4 h)

(Rh= 8 h)

100 100

80 80

60 60

40 40

20 20

0 020 2040 4060 6080 80100 100

Descarga de lodo (%) Descarga de lodo (%)

DQ

O=

De

gra

da

cio

n(%

)

DQ

O=

De

gra

da

cio

n(%

)

o

oo o

Blindthema 97

Distribución del agua

Distribución del agua

Blindthema 98

Quemador de un RALF

Blindthema 99

Cono de Imhoff

Reposar un litro de agua bien

homogenizada en el cono

Sedimentación de 1 o 2 horas

Profundidad 40 cm

Leer el nivel de sólidos

sedimentados

Medido (ml/l)

Aguas domestícales 3-9 ml/l

Aguas después UASB < 1 ml/l

Posttratamiento

Blindthema 100

1. Por lagunas

Lagunas facultativas

Lagunas de maduración

2. Por reactores de biofilm Filtros percoladores

Filtros anaeróbicos

Filtros aireados

3. Por lodos activados

Plantas convencionales

Plantas SBR

4. Por plantas de flotación

5. Por plantas de filtraciones

6. Por plantas de desinfección Cloro

Ozono

UV-radiación

Consideración de los costos

Blindthema 101

Costos de inversión – 7 hasta 20 US$ por habitante

– Pequeñas unidades 20 hasta 50 US$ por habitante

– Dependen de

• los costos de construcciones en el país

• Consumo especifico del agua (l/(hab·d)

• TRH Temperatura

– Proyectos realizados en Bolivia 2007 aproxi. 150 US$ por m3-Volumen usable ( fueron precios muy bajos)

– otros autores indican costos mayor que 300 US$/m3 Volumen usable

Costos anuales de operación (mantenimiento y inspecciones / sin costos de energía) 2 % de los costos de la inversión

Volúmenes específicos del reactor (l/hab.) en función de la temperatura y consumo especifico de agua

Blindthema 102

Consumo especifico Temp. (°C) 25 20 15 l/(hab·d) TRH (h) 6 9 12

50 12,5 18,8 25 100 25 37,5 50 150 37,5 56,3 75 200 50 75 100

Filtros anaeróbicos (FAFA)

Blindthema 103

Filtros anaeróbicos; parámetros para la construcción

Blindthema 104

profundidad útil: 1,80 m

en el caso redondo - diámetro : 0,95 - 5,40 m

en caso rectangular - ancho: 0,85 - 5,40 m

vol. útil mín.: 1,25 m3

altura del relleno : 1,2 m

falso fondo: min 30 cm sobre el fondo

salida del efluente: nivel de líquido mínimo de 30 cm sobre el lecho

Filtros anaeróbicos (FAFA), sistema

Blindthema 105

Plano / Corte 1-1 de un filtro anaerobico

Blindthema 106

Tubería DN 100 para la recolección del efluente se encuentra 30 cm arriba de los filtros / con perforaciones de 0,01 m cada 0,10 m

Plano / Corte 2-2 de un filtro anaeróbico

Blindthema 107

Filtros anaeróbicos (FAFA) después de la construcción

Blindthema 108

Diseño del filtro / Tiempo de retención

Blindthema 109

Q (L/d) TRH (d)

Temperatura 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 0,5 0,75

𝑉 = 1,60 × 𝑁 × 𝐶 × 𝑇𝑅𝐻

V = volumen total del filtro (m3) N = habitantes contribuyentes al sistema (hab) C = dotación por habitante (L/(hab·d)) TRH = tiempo retención hidráulica (d)

Diseño del filtro / Velocidad vertical

Blindthema 110

Velocidad vertical < 1,0 m/h

Carga hidráulica entre 6 hasta 18 m3/(m2·d)

Blindthema 111

Medio soporte: piedra tipo manzana (canto rodado) de 8 o 10 cm de diámetro

Filtros anaeróbicos

Blindthema 112

Controlar el efluente a solidos suspendidos (> 1 ml/l)

En este caso lavar el filtro

Tareas filtros anaeróbicos

Requerimientos con respecto al material del relleno

Blindthema 113

Demanda Objetivo

Alta resistencia

estructural

Tiene que ser capaz a portar su propio peso y el

peso del biofilm

Biológico y químico

Inerte

Evitar reacciones entre el relleno y los

microorganismos

Peso específico muy

bajo

Para evitar construcciones caras y complicadas

(estructura)

Superficie específica

muy alta

Para fomentar el asentamiento de

microorganismos

Porosidad muy alta Para reducir obstrucciones

Superficie áspera Para facilitar el asentamiento de bacterias

Costos bajos Para poder realizar el proyecto

Reactores anaeróbicas para el tratamiento de aguas industriales Carga volumétrica en caso de tratamiento de diferentes aguas industriales

Blindthema 114

13,4

11,111

9,89,7 9,5 9,4 8,9

5,5

0

2

4

6

8

10

12

14

kg D

QO

/(m

3·d

)

Des

tiler

ias

Pap

el

Pap

as

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vize

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Féc

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a

Com

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eria

Reactor EGSB (Expanded Granular Sludge Bed - Anaerobic Reactor )

Blindthema 115

Características más importantes de reactores EGSB

Blindthema 116

• Altura hasta 27 m

• Apta para el tratamiento de aguas con altas concentraciones orgánicas

• Recirculación de agua

• Mejora del separador

• Carga 15 hasta 27 kg DQO/(m3·d)

• Concentración de masa orgánica (bacterias) es más alta

• Más costos de energía

• Poca demanda de área

Bibliografía

Blindthema 117

Anaerobic Reactors; Biological Wastewater Treatment Volume 4 – enero 5, 2007 / IWA

Publishing /autor: Chernicharo, CAL

Reactores anaeróbicas; Principios do tratamiento biológico de aguas residuales, Volume 5,

Belo Horizonte, Departamento de Engenharia Sanitaria e ambiental-DESA /UFMG /autor:

Chernicharo, CAL

Anaerobic sewage treatment, 1994, John Wiley & sons, Sussex, England /autor: van Handel,

Lettinga

Anaerobic treatment of municipal wastewater in UASB-reactors, Frankfurt, March 2001, GTZ

Information W6e

Bibliografía

Blindthema 118

Manual de disposición de aguas residuales Origen, Descarga, Tratamiento y Análisis de las

Aguas Residuales / Tomo II. /Programa de Salud Ambiental – Centro Panamericano de

Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) 1 Organización Panamericana de la

Salud (OPS) 1 Organización Mundial de la Salud (OMS), Lima 1991´, Centro Panamericano

de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS), Casilla Postal4337, Lima 100, Perú

Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung/ autor: Urban Ingo en Anaerobtechnik, 3 Auflage,

Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-642 -24894-8

Biological wastewater treatment in warm climate regions, Bd 1. IWA Publishing, London /autor:

van Sperling, M; Chernicharo, CAL

Gracias por su atención

Blindthema 119