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Integración de metanogénesis y desnitrificación en un reactor UASB para
recuperación de aguas en pequeñas colectividades.
Contenidos
Introducción
Objetivo
Materiales y Métodos
Resultados y Discusiones
Conclusiones
Introducción
Problemática frecuente en las cuencas españolas.
Desequilibrio entre oferta y demanda de agua
Vertidos inadecuadamente tratados
Déficit
Contaminación de masas de agua
Perspectivas poco halagüeñas en ausencia de medidas correctoras.
Crecimiento de la población y de las actividades económicas
Creciente demanda de recursos hídricos
Creciente cantidad de volúmenes vertidos
Introducción
Introducción
Uso de agua residual regenerada en agricultura
EDARsCoste-eficaces
Medidas integrales
Regeneración de aguas residuales para su uso en riego.
Basadas en:
Aeróbico100 Kg. DQO
Aireación(100 KWh.)
Anaeróbico100 Kg. DQO
Tratamientos anaerobios vs aerobios
Introducción
Influente
Influente
Efluente ( 2–10 Kg. DQO)
Efluente (10-20 Kg. DQO)
Lodos
(30-60 Kg DQO)
Lodos
(5 Kg. DQO)
Pérdidas de calor
Biogás 35 m3 (285 KWh.)
Ventajas:•Baja producción de lodos
•Producción de biogás
•Baja demanda energética
•Compacto y bajo coste
•Alta eficiencia en eliminación de MO y SV
•Admite altas cargas
•Capacidad filtrante
Limitaciones:•No elimina nutrientes (p.e. N)
•No elimina patógenos (E. colli)
UASB (lecho de lodo anaerobio ascendente)
Introducción
Lecho de lodo
Influente
Biogás
Efluente
Sistema sencillo
Se cierran los ciclos de agua y nutrientes
Introducción
(Aeróbico) (Anaeróbico) Biodiscos
N2
Biodiscos
Consideraciones sobre desnitrificación en un UASB
•Un crecimiento del potencial redox podría inhibir la metanogénesis
•Los intermediarios de la desnitrificación son tóxicos para los metanógenos
(NO-3 → NO-
2 → NO → N2O → N2 )
Introducción
Objetivo
Puesta en marcha y seguimiento del comportamiento de un reactor UASB a escala de laboratorio integrando
metanogénesis y desnitrificación.
Equipo:1. Bidón del influente
2. Bomba peristáltica
3. Reactor UASB
4. Bolsa colectora de gas
5. Bidón del efluente
6. Termostato
2
1
3
4
56
Inóculo:Lodo anaeróbico extraído de un reactor UASB operado en condiciones reales
Reactor UASB: Materiales y métodos
Influente
Etapa Metanogénica Agua residual sintética (1,5 g DQO/l)
(Acetato, propionato y glucosa)El 80% del DQO usado en metanogénesis, 20% usado en desnitrificación
Idem + 56 mg NO3-N/l
Etapa Met/ Desnit. DQO/N = 26
Monitorización:
Influente y Efluente (DQO, AGV, NO3)
Gas (producción y composición)
Lodo (SV, ST, Actv metanogénica, actv. desnitrificadora)
Materiales y métodos
Comportamiento del UASB
Etapa metanogénica
Comportamiento metanogénico bueno y estable
DQOsol R = 92 %
Acetato R = 96 %
Propionato R = 92 %
80 % CH4
Lodo
Actv. Metanogénica: 1,4 (g CH4-DQO/gSV/d)
Actv. Desnitrificadora: 2,1 (mg NO3-N/gSV/h)
Resultados y discusiones
Etapa Metanogénico/Desnitrificadora
0
20
40
60
80
100
231 236 241 246 251 256
Tiempo (días)
[N
O 3-N
](mg/
l)
0
20
40
60
80
100
Efic
ienc
ia d
e el
im
Inlet NO3-NOutlet NO3-N%R
Eliminación de nitrato
1. Completa desnitrificación
La actividad desnitrificadora en el lodo metanogénico se mantuvo en la etapa metanogénica (sin NO3
-)
Resultados y discusiones
Puesta en Marcha
2. Inhibición temporal de metanogénesis
Acusadas caídas en la eliminación de acetato y % de CH4
Inhibición de la metanogénesis
Acumulación transitoria de los intermediarios de la desnitrificación (NO2, NO, N2O)
Shock por incremento del potencial redox
0
200
400
600
800
1000
220 225 230 235 240 245 250
[ace
tato
] (m
g/l)
0
20
40
60
80
100
%R
Inlet acetateOutlet acetate%R
Composición del biogás
Eliminación de acetato
NO3-
NO3-
Etapa Metanogénico/Desnitrificadora
Puesta en Marcha
Resultados y discusiones
0102030405060708090
220 225 230 235 240 245 250
Time (days)
porc
enta
jes
de g
ases
N2%
CH4%
Tiempo (días)
Comportamiento estable
Tras tres días de adición de nitrato:
DQOsol R = 91%
Acetato R =97,4%
Propionato = 97,6%
NO3-N R = 97,5%
% CH4 = 73%
% N2 = 8,4%
Rápida adaptación del sistema
0
200
400
600
800
1000
220 225 230 235 240 245 250
[ace
tato
] (m
g/l)
0
20
40
60
80
100
%R
Inlet acetateOutlet acetate%R
0102030405060708090
220 225 230 235 240 245 250
Tiem po (days)
porc
enta
jes
de g
ases
N2%
CH4%
Composición del biogás
Eliminación de acetato
Balance de masas:El exceso de C, no utilizado en desnitrificación, fue convertido a CH4
Etapa Metanogénico/Desnitrificadora
Resultados y discusiones
0102030405060708090
220 225 230 235 240 245 250
Time (days)
porc
enta
jes
de g
ases
N2%
CH4%
Tiempo (días)
El exceso de C, no utilizado en la desnitrificación, fue convertido a CH4 debido a la formación de gradientes de NxOy y/o potencial redox
Reactor de flujo en pistón
Metanogénesis
Desnitrificación
Biofilms desnitrificadores alrededor de los flóculos de lodo
Estratificación del hábitat
Eo y/o NxOy
metanogénesis
desnitrificación
Umbral metanogénesis
Resultados y discusiones
Conclusiones
1. La presencia de actividad desnitrificadora en lodo metanogénico es la regla y no la excepción.
2. Los sistemas UASB tienen un gran potencial para integrar la desnitrificación y la metanogénesis en un único
reactor.
Altas tasas de eliminación de DQO y N
Buena calidad del biogás
Baja producción de lodos
Segregación del hábitat entre desnitrificadores y
metanógenos
Conclusiones
3. El sistema propuesto es compacto, flexible, relativamente simple y barato, de baja demanda
energética pero a la vez eficaz y adaptado para riego. Por tanto es muy adecuado para pequeñas
colectividades.
Conclusiones
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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