tratamiento anaerobio
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- Tratamiento Anaerobio
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Tratamiento Anaerobio
del Agua residual
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Tratamiento Anaerobiodel Agua residual
El tratamiento anaerbico de las aguasresiduales supone la descomposicin de la
materia orgnica y/o inorgnica en ausenciade oxigeno molecular. La mayor aplicacinse halla en la digestin de los fangos deaguas residuales una vez concentrados, as
como parte de residuos industriales.
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El modo mas usual de operar una instalacin detratamiento anaerbico de fango concentrado es
la utilizacin de un reactor de mezcla completa ymnima recirculacin celular cuyo objeto es elcalentamiento contenido en el tanque.
El tiempo de detencin del liquido del reactoroscila entre los 10 y 30 das, incluso mas, segn
opere el sistema.
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El tratamiento anaerobio deagua residual se limita aaquellas sustancias orgnicaspropensas al ataque por partede organismos facultativos o
inherentes anaerobios.
Se adecua especialmente a
aguas residuales ricas encarbohidratos y grasas.
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La materia se descompone en varias etapas,hasta las pequeas alteraciones (variaciones enel valor del pH, toxicidad, metales pesados, etc.)pueden producir un colapso en el proceso dedigestin alcalina, mientras la descomposicinanaerobia de las sustancias permanece en fase
cida.
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El proceso anaerobio es considerablemente mslento con respecto al aerobio.
El tratamiento anaerobio resulta ms econmicocon aguas residuales con alta contaminacinorgnica, como una DQO superior a 4 000 mg/ldebido a no necesitar aireacin eliminando loscostos correspondientes.
La produccin de gas metano rico en energa, labaja produccin celular (volumen de lodoproducido) y la estabilizacin del lodo,representan ventajas adicionales.
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El tratamiento anaerobio se lleva a cabomediante una amplia variedad de bacterias
clasificadas en dos grupos formadoras decidos (acidgenicas) y formadoras demetano (metanognicas) estos dosgrandes grupos de bacterias actan en
forma combinada para garantizar laconversin del carbono en metano.
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El diseo de las lagunas aneaerobias se realiza conbase en la tasa de carga orgnica superficial, la tasade carga orgnica volumtrica y el tiempo deretencin hidrulico.
En climas donde la temperatura supera los 22 C sepuede alcanzar hasta un 50% de remocin de DBOusando los siguientes criterios de diseo:
- Profundidad entre 8 y 16 pies (2.5 y 5m).
- Tiempo de retencin hidrulico de 5 das.- Carga orgnica volumtrica superior a 0,0187
lb/pie3.d (0,3 Kg/m3.d).
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Ventajas
- C6H12O6 3CO2+ 3CH4
- 90% de energa al final como CH4
- No requiere energa de entrada
- No tenemos emisiones gaseosas.
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Limitaciones
-Produccin marginada desde ladilucin del agua residual 20mg DBO/l
se degrada al 70%.
- Bajo arranque, lento.
- T > 15C
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Fig. 1.1 Pasos para la Degradacin anaerbica de lamateria orgnica y formacin de biogas
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Mineralizacin de la biomasa: 4 mecanismosprincipales para biodegradar la masa.
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CaHbOc C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Aerobio
C6H12O6 3CO2 + 3CH4 Anaerobio
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Los aerbios producen bajamateria orgnica al final del
proceso.
Los anaerobios producen altacantidad de CH4
Los anaerobios producen bajacantidad de lodos.
Gana elSistema
Anaerobio
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Materia Orgn ica
Lodos
CO2
CH4
AEROBIO ANAEROBIO
Ambos no son buenos en la remocin de
patgenos y nutrientes, por lo que se requiere delos 2 ambiente para tratar todos estos parmetros,por eso lo del sistema integrado, considerando lasalud pblica, uso y reuso.
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Esquema de Biodegradacin
OrgnicosPolmero
Mono Oligomeros
cidosGrasos
Voltiles
H2O / CO2 Acetato
CH4/ CO 2
1
2
3
4
55
Hidrlisis
Acidognesis
LcteosAlcohol
Metanognesis
Acetogenidos
Aminocidosazcar y cidos gras os
Protenas,carbohidratos
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Energa de Gibbs:
aA + bB cC + dD
G= Go + RT ln [[[[C]]]]c [[[[D]]]]d
[[[[K]]]]a [[[[B]]]]b
Forma decalcular laenerga
necesaria ypredice lavelocidad decrecimiento
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Para convertir los acetatos con excepcin dellactato se necesita energa.
Como hacer factible la reaccin combinando conreacciones de diferentes substratos ayudan a la
formacin de bacterias acetogenticas.
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Un indicador para saber si una laguna anaerobiafunciona se debe bsicamente a la concentracindel hidrgeno es decir debe estar en el rango de 4a 6 presiones de ATM de H2.
Por lo tanto se puede formar la biodegradacin a { }de 4 atm hasta 6 atm H2.
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100
500
50
100A
B
C
DE
-6 -4 Nivel de Hidrgeno
G
Hay que buscar sta rea para trabajar una buena
reaccin anaerobia en ese rango
Lg: Ph2(atm) Presin del hidrgeno
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Las bacterias en el agua estn distribuidas
uniformemente, deben estar lo ms juntos posibles porlo tanto el rea de contacto debe ser lo ptimo.
Para optimizar el mejor rendimiento del procesoanaerobio desde el aspecto microbiolgico, debe ser lainmovilizacin evitando as las distancias y aumentando
la taza de crecimiento para lo cual se deben de moverlas bacterias un tiempo de retencin hidrulica.
El flujo Hidrulico depende del crecimiento de labacteria que es de 10 das por lo tanto esto influye en eldiseo del tamao del reactor entonces hay que actuar
independientemente del flujo.
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Existen diferentes tipos de reactores flujo ascendentedescendente de lecho fluidizado con las caractersticasde estar soportadas como grnulos e inmovilizadas,
suspendidas o pegadas en un BIOFILTRO.
El tiempo de retencin hidrulico (HRT) mayor que eltiempo de generacin de bacterias, con mayor biomasaactiva mas la degradacin del sustrato, por lo tanto elrango de biocatalizadores y las limitaciones del sustrato
ser mejor.
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Arranque:
Acetato > 20 millonesSiempre remover el sustrato manteniendo laconcentracin del microorganismo en crecimiento, noes bueno hacer una capa gruesa porque no existealimentacin uniforme, por lo que se debe evitar elexceso de generacin de lodos aunque esto se debe aun proceso cclico.
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Los microorganismos causantes de ladescomposicin de la materia se dividen en dosgrupos:
Bacterias formadoras de cidos, estas hidrolizany fermentan compuestos orgnicos complejos acidos simples, de los cuales los mas corrientes
son el cido actico y el cido propinico.
Bacterias formadoras de metano, estasconvierten los cidos formados por las bacterias
del primer grupo en gas Metano y CO2.
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Las bacterias ms importantes de este grupo(las que devoran los cidos Actico ypropinico) tienen tasas lentas de crecimiento ypor ello su metabolismo se considera una
limitante de proceso.
Tabla 2.
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APLICACIN
Tratamiento de lodos
Tratamiento de RSO
Tratamiento de aguas
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TRATAMIENTO ANAEROBIO
REACTOR
PR
POL
H2S
CH4
NH4
+
PO43-
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TRATAMIENTO ANAEROBIO
HIDROLISIS
ACIDOGENESIS
METANOGENESIS
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HIDRLISIS
LIPIDOS
ACIDOS
GRASOSLARGOS
AZUCARES
SIMPLES+
POLISACARIDOSAZUCARESSIMPLES
PROTEINAS AMINOACIDOS
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MICROORGANISMOS
Bacteroides
Clostidria
Bifidobacteria
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ACIDOGENESIS
AMINOACIDOS AGV HAc+ + H2
AZUCARES
SIMPLES
AGV HAc+
ACIDOS
GRASOSLARGOS
HAc + H2
+ H2
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ACIDOGENESIS(continuacin)
AGV HAc + H2
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ACIDOS ORGNICOS
VOLATILES NO VOLATILESFORMICO LACTICO
ACETICO PIRUVICO
PROPIONICO SUCCINICO
VALERICO
ISOVALERICO
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MICROORGANISMOS
Syntrophomonas
Syntrophobacter
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METANOGENESIS
HAc CH4 + CO2
H2 + CO2 CH4
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MICROORGANISMOS(metanognicos acetoclasticos)
Methanosaeta
Methanosarcina
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MICROORGANISMOS(metanognicos oxidantes de H2)
Methanobrevibacter
Methanospirillum
Methanobacterium
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DQO v.s ETAPA
HIDROLISIS
DQO
ACIDOGENESIS METANOGENESIS
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ASPECTOS IMPORTANTES
Produccin de metano
Papel del hidrgeno
Relaciones sintrficas
Reduccin de sulfato
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Produccin de metano
OHCOOCH 2224 22 ++
42 CH/OKg4161322
4KgDQOCH =
=
DQO/CHm35.0 43
KgV =
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Metanobacilus omelianskii
43223 222 CHHCOOCHCOOHCHCH +++ +
4CHKJ/mol112=G
Barker, 1940 Antonie Leeuwenhoeck 6 201-220
T di i
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TermodinmicaMetanobacilus omelianskii
23223 22222 HHCOOCHOHOHCHCH +++ +
OHCHCOH 2422 24 ++
4
CHKJ/mol131=G
ETKJ/mol8=G
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Termodinmica
[ ] [ ][ ]
[ ]
2
23
4
2
22
3ln
OHCHCH
HHCOOCHTRGG
O+
+=
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Relaciones sintrficas
HAc
H2ACETOGENICAS METANOGENICAS
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Reduccin de sulfato
MO + SO42-
H2S + HAc
HAc + SO42-
H2S + CO2
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MICROORGANISMOS
Desulfovibrio
Desulfobacter
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COMPETENCIAHAc + SO
4
2- H2
S + CO2
HAc + H2O CH4 + CO2
AcKJ/mol52=G
AcKJ/mol31=G
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REACTORES ANAEROBIOS
Proceso de contacto anaerobio UASB
Filtro anaerobio Lecho fluidizado
SBR anaerobio
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Proceso de contacto anaerobio
GAS GAS
ESQUEMA BSICO DEL UN
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ESQUEMA BSICO DEL UN
TRATAMIENTO SECUNDARIOBIOLGICO
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UASB
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UASBUpflow anaerobic sludge blanket
GAS
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Grnulos
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Sedimentacin de grnulos
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Filtro anaerobio
RELLENO
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RELLENOplstico
Lecho fluidizado
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Lecho fluidizado
GAS
SBR anaerobio
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SBR anaerobio
GAS GAS
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CONVERSION
Tiempo de retencin de slidos
pH
Temperatura
Compuestos inhibitorios: NH3 y H2S
Tiempo de retencin de slidos
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p
Hidrlisis
0 10 20 30 40 50 60
x(d)
Tiempo de retencin de slidos
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AGL
Tiempo de retencin de slidos
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AGV
0 10 20 30 40 50 60
x(d)
Tiempo de retencin de slidos
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p
CH4
0 10 20 30 40 50 60
x(d)
pH
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Compuestos inhibitorios
COMPUESTO CONCENTRACIN
NH3 100 mg N/L
H2S 200 mg/L
Cloroformo 0.5 mg/L
Formaldehdo 50-200 mg/L
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TRATAMIENTO ANAEROBIO
TRATAMIENTO AEROBIO
v.s
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ARBITROS
Concentracin de MO en el aguaresidual
Temperatura
Flujo
Concentracin de slidos
Concentracin de MO en el agua
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residual
< 1000 mg DQO/L
1000-4000 mg DQO/L
> 4000 mg DQO/L
Flujo
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Flujo
BAJOAerobio
ALTOAnaerobio
BAJO ? ; ALTO?
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