calvo

6/12/2009

FORO DE TECNOLGÍAS DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES

UNIVERSIDAD NACIONAL

COSTA RICA – JUNIO 2009

2 CH4 = 21 x CO2

CH4 = 21 x CO2

CH4 = 21 x CO2

4,500 niños mueren CADA DÍA en el mundo a

causa de beber aguas contaminadas

(uno cada 20 segundos, cerca de 200 en los

próximos 60 minutos)

CH4 = 21 x CO2

Procesos Físicos y

Operaciones

Químicas

Unitarias

ALTERNATIVAS AL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Métodos Biológicos

Aerobios


Anaerobios

CH4 = 21 x CO2

PROCESOS FÍSICOS UNITARIOS

CH4 = 21 x CO2

OPERACIONES QUÍMICAS UNITARIAS

CH4 = 21 x CO2

OBSERVACIÓN IMPORTANTE No. 1

CH4 = 21 x CO2

TAMIZADO PARA SEPARACIÓN DE SÓLIDOS

CH4 = 21 x CO2


CH4 = 21 x CO2

ALTERNATIVAS EN TRATAMIENTO SECUNDARIO (MATERIA ORGÁNICA)

CH4 = 21 x CO2

ALTERNATIVAS EN TRATAMIENTO SECUNDARIO

CH4 = 21 x CO2

AIRE (O2)

CO2 + H2O

50%

50%

REMOCIÓN

AGUA DEL

TRATAMIENTO PRIMARIO

ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UN PROCESO DE LODOS ACTIVADOS

REACTOR BIOLÓGICO

AEROBIO

(TANQUE DE

AIREACIÓN)

CH4 = 21 x CO2

AIRE (O2)

CO2 + H2O

50%

50%

REMOCIÓN95%

REMOCIÓN

45% MANEJO

Y DISPOSICION

DE LODOS

AGUA DEL



TANQUE DE

AIREACIÓN

SEDIMENTADOR

FINAL

PURGA DE LODOS

REACTOR BIOLÓGICO

AEROBIO

(TANQUE DE

AIREACIÓN)

CH4 = 21 x CO2

CLARIFICADOR

FINAL

AIRE (O2)

CO2 + H2O

50%

50%

REMOCIÓN95%

REMOCIÓN

45% MANEJO

Y DISPOSICION

DE LODOSRECIRCULACIÓN

INTERNA DE LODOS

AGUA DEL


TANQUE DE

AIREACIÓN

PURGA DE LODOS

REACTOR BIOLÓGICO

AEROBIO

(TANQUE DE

AIREACIÓN)

SEDIMENTADOR

FINAL


CH4 = 21 x CO2

ASPECTO TIPICO DE UN SISTEMA “SALUDABLE” DE LOS LODOS ACTIVADOS

CH4 = 21 x CO2

PTAR “BASADA” EN LODOS ACTIVADOS

CH4 = 21 x CO2

PROCESO BIOLÓGICO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS

CH4 = 21 x CO2

ALTERNATIVAS EN TRATAMIENTOS AEROBIOS

CH4 = 21 x CO2

AIREADORES DE “PRIMERA GENERACIÓN” – TIPO TURBINA

CH4 = 21 x CO2

AIREADORES DE “PRIMERA GENERACIÓN” – TIPO TURBINA EN OPERACIÓN

CH4 = 21 x CO2

ROTOR DE UN “SOPLADOR DE AIRE” (TIPO “BLOWER”)

CH4 = 21 x CO2

ESQUEMA DE UN SOPLADOR DE AIRE (BLOWER)

CH4 = 21 x CO2

ASPIRACIÓN DE AIRE – AIREADORES DE “TERCERA GENERACIÓN”

CH4 = 21 x CO2

EQUIPO DE ASPIRACIÓN DE AIRE INSTALADO EN EL TANQUE DE AIREACIÓN

CH4 = 21 x CO2

TANQUE DE AIREACIÓN CON EQUIPO EN OPERACIÓN

CH4 = 21 x CO2


CH4 = 21 x CO2

FILTRO PERCOLADOR

CH4 = 21 x CO2


CH4 = 21 x CO2

BIODISCOS - CRECIMIENTO ADHERIDO

CH4 = 21 x CO2


CH4 = 21 x CO2

LODOS ACTIVADOS EN PROCESO DISCONTINUO (SEQUENTIAL BATCH REACTORS)

CH4 = 21 x CO2


OTRA OPCIÓN AL TRATAMIENTO DE LAS

AGUAS RESIDUALES

ALTERNATIVAS EN TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMAS ANAEROBIOS

SISTEMAS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS:

Materia Orgánica + Bacterias

CH4 + CO2+ H2O + Nuevas Bacterias (“LODO”)

Biogás

CH4 = 21 x CO2

EJEMPLOS DE SISTEMAS ANAEROBIOS

– Lagunas ANAEROBIAS

– Fosas Sépticas (Tratamiento Primario)

– Tanques IMHOFF

– Digestores Convencionales de Lodos

– Bio-digestores Rurales

– Filtros ANAEROBIOS

– Reactores UASB

CH4 = 21 x CO2

TIPOS DE SISTEMAS ANAEROBIOS

• Lagunas Anaerobias (para aguas residuales INDUSTRIALES)

Metano (CH4)

10,000 kg DQO 5,000 kg DQO

15 – 30 días

CH4 = 21 x CO2


Fosa Séptica (Tratamiento Primario)

Metano (CH4)

1,000 g DQO 650 g DQO

1 – 2 días

CH4 = 21 x CO2

NOTA SOBRE LA FOSA SEPTICA

1. La Fosa Séptica, sin un campo de absorción apropiado, se comporta como un simple

Sistema de Tratamiento Primario

2. Un Campo de Absorción o de “Infiltración” (el suelo) es un buen Sistema de Tratamiento

Secundario

3. Un Pozo de Absorción (el Subsuelo) NO es un adecuado Sistema de Tratamiento

Secundario

CH4 = 21 x CO2


Tanque IMHOFF – Tratamiento Primario

Metano (CH4)

1,000 g DQO

650 g DQO1 – 2 días

LODOS

NATAS

CH4 = 21 x CO2


Digestor Convencional de LODOS

BIOGÁS

AFLUENTE

EFLUENTE

15 – 30 días

Reducción de SSV (20 a 40%)

CH4 = 21 x CO2

Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA – FAFA ?*...¿!*!?!...)

AFLUENTE

BIOGÁS

EFLUENTE

MEDIO

DE SOPORTE

“EMPAQUE” 6 – 24 horas

70 % eficiencia

200,000 kg DQO

60,000 kg DQO


CH4 = 21 x CO2

• Upflow (flujo ascendente)

• Anaerobic (anaeróbico)

• Sludge (lodo)

• Blanket (manto)

– Reactor UASB: desarrollado en Sudáfrica en la década de los años 70. Perfeccionado por

el profesor Gatze Lettinga y colaboradores de la Universidad de Wagenningen, Holanda

DEFINICION DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

CH4 = 21 x CO2

Afluente

Biogás

(Energía)

Efluente

(a Riego)

Manto de

Lodos

Lodos

(Abono)

Separador

GSL

1,000 kg DQO

150 kg DQO

6 – 24 horas

70 - 90% eficiencia

ESQUEMA DE UN REACTOR ANAEROBIO UASB

CH4 = 21 x CO2

Además de su amplio uso en Europa y Asia, el reactor UASB se ha usado en Latinoamérica

en países como Argentina, Brasil, Costa Rica, Colombia, El Salvador, Guatemala, Honduras,

México Nicaragua y Panamá desde su divulgación por el profesor Lettinga y sus colaboradores

en la década de los 80’s.

Se ha usado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales de todo tipo: beneficios de

café, industrias de alimentos, fábricas de papel, destilerías de alcohol, ingenios azucareros,

mataderos (rastros), empresas de biotecnología, aguas negras, etc.

USOS DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

CH4 = 21 x CO2

Reactor UASB de 120 m3 en aguas

residuales industriales

REACTOR UASB PARA TRATAMIENTO DE ARI

CH4 = 21 x CO2

Reactor UASB en PTAR de

Kellog’s de CA (Guatemala)

REACTOR UASB PARA TRATAMIENTO DE ARI

CH4 = 21 x CO2

Reactor UASB de 120 m3 en aguas

residuales domésticas (Guatemala)

REACTOR UASB PARA TRATAMIENTO DE ARD

CH4 = 21 x CO2

UASB PARA ARD, TAPACHULA ORIENTE (MEXICO) – 7,200 m3

CH4 = 21 x CO2

ZONA DE REACCIÓN BIOLÓGICA (MANTO DE LODOS)

CH4 = 21 x CO2

UASB TAPACHULA ORIENTE – SEPARADOR DE TRES FASES (G-S-L)

CH4 = 21 x CO2

UASB TAPACHULA ORIENTE – SALIDA DEL AGUA TRATADA

CH4 = 21 x CO2

LIMITACIONES DEL UASB (PROCESOS ANAEROBIOS)

• Se deben conocer los fundamentos de los Procesos Anaerobios (poder contar con la

asistencia técnica “apropiada”: en microbiología, en hidráulica, en procesos bioquímicos, etc.)

• Su “arranque” es algo lento (por la falta de “semilla” o inóculos adecuados)

• Puede generar olores molestos (especialmente si hay “acidificación” del reactor)

• El ambiente altamente reductor dentro del reactor es muy “corrosivo”, lo que hace que se

requiera de materiales apropiados

CH4 = 21 x CO2

SUSTRATOS

POLÍMERICOS

FERMENTACIÓN

ACETOGÉNESIS

METANOGÉNESIS

ACETOCLÁSTICA

METANOGÉNESIS

AUTOTRÓFICA

METANO + CO2

BACTERIAS

HIDROLÍTICAS

MONÓMEROSENZIMAS

EXTRACELULARES

BACTERIAS

ACIDOGÉNICAS

C3 C4C2 H2

BACTERIAS

METANOGÉNICAS

BACTERIAS

METANOGÉNICAS

BACTERIAS

ACETOGÉNICAS

ÁCIDOS GRASOS

VOLÁTILES, AGV

ESQUEMA SIMPLE DE LAS ETAPAS DE LA DIGESTION ANAEROBIA

CH4 = 21 x CO2

NUESTRAS AMIGAS LAS BACTERIAS ANAEROBIAS

CH4 = 21 x CO2

ASPECTO FÍSICO DEL LODO ANAEROBIO

CH4 = 21 x CO2

VENTAJAS DEL UASB

• No consume energía en su operación: al contrario, genera energía en forma de biogás (gas

Metano, CH4)

• No tiene partes móviles, es prácticamente “libre de mantenimiento”. Lo cual también es una

GRAN desventaja !...

• Tiene una baja producción de lodos, los cuales están digeridos (o “estabilizados”), dada su alta

“edad de lodos”

• Requiere una baja inversión inicial, debido a su volumen reducido, ya que soporta altas cargas

orgánicas (kg DQO/m3 de reactor)

• Tiene mínimos costos de operación y mantenimiento

CH4 = 21 x CO2

NUESTROS “OPERADORES DE PTAR” EN ALGUNOS PAÍSES DE

LATINOAMERICA

CH4 = 21 x CO2

COMPARACIÓN DE SISTEMAS - AEROBIO

Reactor

AEROBIO

10,000 kg DQO

Afluente (100,000 PE)

1,000 kg DQO

Efluente

Energía Aireación

10,000 kWh (U$ 547,400/año)

5,000 kg DQO

Lodo en Exceso

CH4 = 21 x CO2

COMPARACIÓN DE SISTEMAS - ANAEROBIO

Reactor

ANAEROBIO

10,000 kg DQO

Afluente (100,000 PE)1,500 kg DQO

Efluente

Metano (2,231 m3, 39 MJ/m3)

(87,019 MJ 24,172 kWh)

20% Ef. = 4,834 kWh

201 kW (U$ 130,528/año)

1,000 kg DQO

Lodo en Exceso

CH4 = 21 x CO2

ACERCA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB – ALIMENTACIÓN

67 CH4 = 21 x CO2

ACERCA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB – ZONA DE REACCIÓN

68 CH4 = 21 x CO2

ACERCA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB – SEPARADOR G-S-L

69 CH4 = 21 x CO2

ACERCA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB – SEPARADOR G-S-L

70 CH4 = 21 x CO2

ACERCA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB – QUEMADOR DE GAS

71 CH4 = 21 x CO2

REACTOR ANAEROBIO UASB

72 CH4 = 21 x CO2

REACTOR ANAEROBIO UASB

73 CH4 = 21 x CO2

CH4 = 21 x CO2

SISTEMA “COMBINADO” (UASB + FILTRO PERCOLADOR)

CH4 = 21 x CO2

SISTEMA “COMBINADO” (UASB + LODOS ACTIVADOS) – TAPACHULA, CHIAPAS

Tratará las ARD de 28,800 viviendas

21,600 m3/d (250 L/s)

CH4 = 21 x CO2

SISTEMA “COMBINADO” (UASB + LODOS ACTIVADOS) – TAPACHULA, CHIAPAS

Producirá gas para 5,000 viviendas

146,273 MJ/d = 1,693 kW

(20% Ef. = 340 kW)

BENEFICIOS DEL TIPO DE SISTEMA PROPUESTO

77

1. Cumplimiento de la Normativa Ambiental

2. Mejora de la Imagen Institucional

3. Ahorro de espacio (costo de tierra)

4. Menor cantidad de lodos en exceso, ya estabilizados y listos, para disposición final

5. Costo de operación y mantenimiento muy bajos

6. Aprovechamiento de toda el agua ya tratada para ferti-irrigación (mayor aporte de nutrientes)

7. Ingresos económicos por la Venta de Bonos de Carbono

8. Ahorro de energía: el sistema de tratamiento, en lugar de consumir energía, puede generar energía

(térmica, eléctrica) y convertir así a la PTAR un sistema productor neto de energía

CH4 = 21 x CO2

BENEFICIOS DEL SISTEMA PROPUESTO – GENERACIÓN ELECTRICA

78

Producción de Biogás en la PTAR, m3/d 5,001

Producción de Metano, m3/d (75%) 3,751

Energía Potencial Específica, MJ/m3 de metano (STP) 39

Energía Potencial, MJ 146,279

Factor de Conversión, kWh/MJ 0.28

Energía teórica en el Biogás, kWh 40,633

Potencia teórica en el Biogás, kW 1,693

Eficiencia de conversión eléctrica 20%

Potencia real generada, kW 339

Energía real producida, kWh/d 8,127

Energía consumida por la PTAR, kWh/d 6,000

Ahorro anual por venta de energía eléctrica excedente, U$ $ 116,325

Se asume un costo de U$ 0.15 por cada kWh generado

CH4 = 21 x CO2

BENEFICIOS DEL SISTEMA PROPUESTO – VENTA DE BONOS DE CARBONO

79

Producción de Biogás en la PTAR, m3/d 5,001

Constante de conversión a Bonos de Carbono por año 0.009506

Bonos de Carbono potenciales 17,352

Tasa de reconocimiento en Euros por cada Bono € 15.00

Ingresos anuales por venta de Bonos de Carbono, Euros € 260,277

Tasa de Cambio, U$/Euro $ 1.4500

Ingresos Brutos por venta de Bonos de Carbono, U$/año $ 377,402

Gastos de Comisiones e Intermediarios 30%

Ingresos anuales netos por Venta de Bonos de Carbono, U$ $ 264,182

CH4 = 21 x CO2

SISTEMA DE APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS - ESQUEMA

80

Entrada de

Biogás

5,001 m3/d

Tea de

Seguridad

Gasómetro

Filtro de H2S

Generador

0.4 MW

A la Red

CH4 = 21 x CO2

CH4 = 21 x CO2

Procesos Físicos y

Operaciones

Químicas

Unitarias

ALTERNATIVAS AL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES


Aerobios


Anaerobios

CH4 = 21 x CO2

RECORDAR, SIEMPRE, AL HABLAR DE PTAR

1. Se trata de “ECOSISTEMAS COMPLEJOS” (con seres vivos) y NO de simples estructuras o tanques

2. Aprender a cuidarse de los “Piratas”, o de aquellos “famosos” vendedores de “tecnología” y de copias

de planos. Como decía mi maestro: “Un Albañil bien entrenado - sin duda - puede hacer Tanques

en Concreto. Pero solo un buen grupo de Ingenieros (con conocimientos y experiencia) podrá

hacer una verdadera PTAR”

3. Centrar el éxito de los proyectos en la Educación

CH4 = 21 x CO2

EDUCACIÓN, EDUCACIÓN, EDUCACIÓN !...

CH4 = 21 x CO2

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

Ronald Calvo Zeledón

Ingeniero Civil

Director CE Regional Tratamiento de Aguas

Grupo Durman Esquivel

CH4 = 21 x CO2

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