criterios y parámetros de diseño para reactores...
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Criterios y Parámetros de Diseño para Reactores UASB
Reactor UASB (UpFlowAnaerobic
Sludge Bed)
manto de lodos
ENTRADAENTRADA
BIOGÁS
SALIDA
manto de lodos
UASB
BIOMASA
� Las características del flujo ascendente deben asegurar el máximo contacto entre biomasa y sustrato
� Se deben evitar cortocircuitos� El sistema de separación de las tres fases debe
estar adecuadamente diseñado� El lodo debe estar bien adaptado, con alta
AME(actividad de los microorg metanogénicos) y excelentes condiciones de sedimentabilidad
Principios de funcionamiento del reactor UASB
� La fase líquida en el UASB se comporta como un RCA
� El crecimiento de microorganismos debe purgarse para mantener la concentración de los mismos en el reactor
Principios de funcionamiento del reactor UASB
De acuerdo a su concepción el reactor UASB funciona como:
Separador de fases: Gas, Sólido Líquido
Para conseguir esto además del diseño adecuado de l a zona de sedimentación, el sistema recolector de gas y el de líquido se manejan alturas mínimas de reactor que de no cumplirse comprometen el buen funcionamiento.
Donde:Bv= carga orgánica volumétrica (kg DQO/m 3 d)C = concentración (kg DQO/m 3)q = caudal volumétrico (m 3/d)Vr= Volumen del reactor (m 3)
V
qCB v
×=
Carga orgánica volumétrica:
Carga orgánica volumétrica y específica� Carga orgánica por unidad de volumen de reactor: Kg DQO/m3d
� Carga orgánica por unidad de biomasa:KgDQO/KgSSVd
Cuando se tratan efluentes de concentración media a alta, el factor limitante para el diseño del reactor puede ser la carga orgánica aplicada a la biomasa.
Cuando se tratan efluentes de concentración media baja, el factor limitante para el diseño puede ser la velocidad ascensional ej: aguas cloacales
Velocidades ascensionales
� en el cuerpo del reactor: 1 m/h� en la zona de sedimentación de lodo
(separador de fases): 3 – 5 m/h
vlineal H/D carga
UASB 0.5-1 m/h 0.2-0.5 10-20 kgDQO/m3d
EGSB 10-15 m/h 4-5 20-40 kgDQO/m3d
IC inf.10-30 m/h 3-6 20-40 kgDQO/m3dsup. 4-8 m/h
REACTOR PILOTO
REACTOR PILOTO
Tratamiento de efluente de maltería:reactor a escala real
SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO EN BASE A INDICADORES ECONÓMICOS, ENERGÉTICOS Y AMBIENTALES
INDICADORES M. AMBIENTALES
Terreno ocupado
Lodo producido
Emisiones de CO2
Energía consumida
Biogás producido
INDICADORES ECONÓMICOS
Costo total
Costo fijo
Costo de operación
Valor añadido
(Unidades seleccionadas para la expresión de los indicadores)
INDICADORES DE SOSTENIBILIDAD
OPCIÓN 2
LODOS ACTIVADOS
lodos
OPCIÓN 1
UASB
LODOS ACTIVADOS
lodoslodos
Tratamiento de efluentes de maltería
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
1 2
indicadores ambientales
superficie (m2/(m3/d))
lodo (kgST/m3)
CO2 (tCO2/(10^3m3))
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
1 2
indicadores energéticos
energía gastada(kWh/m3)
energía producida(kWh/m3)
energía neta (kWh/m3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1 2
indicadores económicos
costo de inversión(U$S/m3)
costo de operación(U$S/m3)
costo total (U$S/m3)
Liquid collecting channel
Pipes near the bottom
Pipes at the bottom and sludge purge
Flow distributor
Flow distributor
Tratamiento de efluente de maltería:reactor a escala real
MOSA
� Eficiencia de remoción mayor al 80%
� Producción de biogás 300 m3/d, con un promedio de 77% de metano.
�El reactor se inoculó con lodo de una laguna anaerobia. La selección se realizó tomando en cuenta la calidad de los lodos y la distancia a recorrer.
�Luego de la inoculación se realizó una estartegia de arranque con aumento progresivo de la carga aplicada, hasta llegar a la carga de diseño.
Arranque de reactores
Ej.: efluente maltería
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600
tiempo (d)
Q, T
, gas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
pH
Q(m3/h)
T(ºC)
gas (m3/h)
pH
Industria láctea; caso COLEME
Planta de tratamiento preexistente
Una grasera de 5m3 +
Dos tanques de 40m3 diseñados como Reactores UASB
EL PROBLEMA
� La grasera prácticamente no removía grasa porque la mayor parte de ella está emulsionada.
� La experiencia internacional indica que los reactores UASB no son adecuados para efluentes con alto contenido de grasas.
Causas de falla de los UASB con alto contenido de grasa
� Acumulación de grasa bajo la campana de captación de gas.
� Inhibición por adsorción de grasas y AGCL en el lodo.
� Escape de lodos del reactor por carácter disperso e hidrofóbico
Solución implementada en 1ªetapa
� Construcción de un tanque pulmón.
� Instalación de un sedimentador externo para reducir el escape de lodos.
� Instalación de un sistema de extracción para la gra sa que se flota. Disposición de la grasa flotada en el terren o previa mezcla con cenizas.
� Instalación de campanas para extraer el biogás, cua ntificarlo y aprovecharlo para calefaccionar el efluente.
� Alimentación de los reactores en forma alternada pa ra promover la adaptación-selección del inóculo.
Alimentando en forma intermitente:
� Se adsorben grasas y AGCL durante la fase de alimen tación mientras se consumen los compuestos de rápida biodegradación.
� Luego, sin alimentación se consumen las grasas y AG CL adsorbidos.
� En este proceso se seleccionan y adaptan las poblac iones microbianas más aptas para degradar grasas.
¿Por qué alimentación alternada?
Nuevo lay-out
BUFFER TANK
DIGESTER
R1
LAMELLASETTLER
Effluent
Influent
FEEDBOX
Digestate
Floated material
Floa
ted
mat
eria
l
R2
Sludge
Recirc
ulatio
n
Recirculation
FATTRAP
FATTRAP
Tanque pulmón
COLEME
Industria láctea; caso COLEME
Sistema de extracción de grasas y captación de biog ás
Sedimentador externo
Segunda etapa de operación
� Pasaje a alimentación continua
� Puesta en funcionamiento de un digestor para tratar la grasa flotada
Condiciones de operación del digestor:
� Alimentación: Una vez al día
� Agitación por bombeo
� Calentado utilizando el biogás producido (32ºC <T< 42ºC)
� La descarga del digestor es devuelta a los reactores
0,01,0
2,03,0
4,05,0
6,0
0 60 120
180
240
300
360
420
480
540
Tiempo (días)C
arga
Org
ánic
a
(kgC
OD
/m3d
)
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Efic
ienc
ia
OLR R1 OLR R2 DQO efficiency
Operación con alimentación continua
� Carga orgánica media 2.8kg COD/(m3.d) Valor máximo: 5.5kg COD/(m3.d)
� Eficiencia de remoción de DQO = 93% � TRH= 17hs� Producción de biogás: 0.5 ta 1.4 m3/d por m 3 de
reactor con 80% de CH4.� Temperatura entre 20 y 30º C
Concentración de lodos en los Reactores
0,05,0
10,015,020,025,030,035,0
0 100 200 300 400
Tiempo (d)
SS
V (g
/L)
SSV R1 SSV R2
Evolución del manto de lodos
� La concentración del lodo floculento era alrededor de 10g VSS/L. El sedimentador de placas y el digest or ayudaban a mantener la concentración de lodos en el reactor.
� La granulación ocurrió en los dos reactores entre los días 350 y 400.
� Luego de la granulación,la concentración de SSV se estabilizaron en valores entre 25 y 32 g/L.
PROCESO DE GRANULACIÓN DEL LODO
FLOCULENTO GRANULOS INCIPIENTES GRANULAR
El IVL bajó: 37mL/g al inicio
18mL/g día 326
12mL/g en el día 380
Digestor de grasa
70% de remoción de Sólidos
DIGESTOR DE LODOS FLOTADOS (mayoritariamente grasa) :
Carga orgánica: 3.8 kg VS/(m3.d) TRH: 35 to 4 0 days
�Concentración de alimentación: 140 kg TS/m3
�Eficiencia: >80% en G&A y >70% en SV
�Producción de biogás: 0.5 a 2.0 m3/d por m 3 de reactor ( 77% CH4)
0%
20%
40%
60%
80%
100%
30-nov 20-dic 09-ene 29-ene 18-feb 09-mar 29-mar 18-abr
fecha
efic
ienc
ia
25
30
35
40
45
Tem
pera
tura
(ºC
)
REM SV REM G&A Tmín Tmáx
Digestor de grasas
Conclusiones
1. Cargas de hasta 5.5 kgDQO/(m3.d) o más y con eficiencia de REMOCIÓN SUPERIOR al 90% en DQOs, alcanzando los parámetros de vertido a colector
2. Luego de un período de “adaptación-selección” con alimentación alternada, se puede pasar a alimentación continua sin perder eficiencia de remoción.
3. El sedimentador de placas y el digestor permitieron mantener el lodo en el sistema mientras este no granuló.
4. LAS GRASAS FLOTADAS SE DIGIRIERON CON ALTA EFICIENCIA en un digestor de alta carga y esto eliminó la necesidad de disponer lodos fuera del sistema.
5. EL COSTO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA ES MÍNIMO:
Costo de productos químicos: 0,00$
Costo de energía para aireación: 0,00
Tratamiento de efluente lácteo
Digestor de flotantes
(Grasa flotada)
Reactor anaerobico
Tanque pulmón
Intercambiador de calorsedimentador
biogas
A riego o pulimiento
final o colector
CONAPROLE – SAN RAMÓN
Tratamiento de efluente lácteo
Traslado del Reactor (Fibra de vidrio)
FAROLUR
Tratamiento de efluente lácteo
Tratamiento de residuos sólidos
Difference with wastewater treatment : same
HRT and BRT
�Una de las mayores diferencias entre el tratamiento deresiduos líquidos y sólidos, es la imposiblidad de separar l amateria orgánica de los microorganismos en el último caso.
�En los sistemas de tratamiento de líquidos, el gran desarrol lose dio cuando se pudo separar el TRH del TRB. En eltratamiento de sólidos esto no es posible y debido a ello, lossólidos requieren un TRH mucho mayor, lo que implicavolumenes mayores. Como el TRH y TRB debe ser igual, serequieren TRH de entre 20 y 60 días, entre otras cosas paraevitar el lavado de la biomasa.
�Co-digestión: mejora el desempeño del reactor
� Los reactores son del tipo RCAI o RTFP
Principales residuos generados en Uruguay*
� Industria láctea
� Frigoríficos
� Industria pesquera
� Residuos animales (feed lots, vacas, cerdos, pollos )
� Producción de bioetanol
� Lodo de plantas aerobias
� RSU
� Residuos Agroindustriales
* Relevamiento nacional, BIOPROA 2013
PRINCIPALES PLANTAS AGROINDUSTRIALES
Otros establecimientos relevantes: Bodegas, Tambos, Criaderos de cerdos,…
CODIGESTIÓN DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES
� Co-digestión de grasa
de trinchado, lodo de
aceitera y contenido
ruminal.
� Resultados a escala de
piloto:
� 50 % de reducción de SV
� 2 m3 de biogás por día y
por m3 de reactor.
INIA_FPTA
Reactor en operación
Suelo 1: rico en P y pobre en MOMoha: Testigo (izq) y dosis altade lodo (derecha)
Suelo 2: pobre en P y rico en MOMoha: Testigo (izq), dosis media delodo (centro) y dosis alta de lodo(derecha)
El residuo tratado fue sometido a ensayos agronómicos para estudiar su aplicación como bioabono.Los resultados fueron similares a los de la aplicación de un fertilizante químico
Contenido Ruminal Digestión Húmeda
� Estabilización del residuo� Producción de biogás� Proyección sobre los
volúmenes del Frigorífico Pul:� Volumen del reactor:
800m3� Producción de
metano: 560m3/día
OLECAR
MUCHAS GRACIAS!!!