DIGESTIÓN AEROBIA

DISEÑO DE PROCESOS EN INGENIERÍA AMBIENTAL

José Peralta Donate

Luis Miguel Varea Dorado

DIGESTIÓN AEROBIA

•DIGESTIÓN AEROBIA PARA TRATAMIENTOS DE AGUAS

•DIGESTIÓN AEROBIA PARA TRATAMIENTOS DE RESIDUOS

•DIFERENCIAS CON LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

TRATAMIENTO DE AGUAS

DIGESTIÓN AEROBIA

Procesos Biológicos Aerobios:

Procesos realizados por diversos grupos de microorganismos, principalmente bacterias y protozoos que, en presencia de oxígeno actúan sobre la materia orgánica disuelta, transformándola en productos finales inocuos y materia celular.

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DIGESTIÓN AEROBIA

La fórmula general del proceso de digestión aerobia es la siguiente:

Materia Orgánica + O2 + Microorganismos + nutrientes → CO2 + agua + Materia Orgánica + Microorganismos + NH4 + P

Los P.B.A. se dividen en dos grandes grupos:

•Proceso de fangos activados: el cultivo se mantiene en suspensión.

•Procesos de película fija: los microorganismos se mantienen adheridos en un material de soporte.

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Ejemplos de sistemas de digestión aerobia :

•Humedales

••Fangos ActivosFangos Activos

•Biodiscos

•Filtrado por goteo

••EstabilizaciEstabilizacióón de lodosn de lodos

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Para que el P.F.A. se desarrolle con la efectividad suficiente, es preciso que los microorganismos “depuradores” actúen en una doble vertiente:

•Estabilizando la materia orgánica

•Facilitando agruparse en unidades que se denominan “flóculos” y que son susceptibles de ser separados por decantación(lodos).

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DIGESTIÓN AEROBIA DE LODOS.ESTABILIZACIÓN DE LODOS:

Eliminación de la parte fermentable de los lodos

En este proceso de digestión se pretende:

•Disminución de materias volátiles

•Mineralización de la materia orgánica

•Concentración de lodos

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RESPIRACIÓN ENDÓGENA:

El mecanismo en el que los microorganismos llegan a su propia auto-oxidación

C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3

Oxidándose posteriormente el NH3 a NO3-

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ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS:

La mayor parte de los digestores aerobios funcionan en régimen de mezcla completa,tomando como base de diseño ña reducción de S.S.V.

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Con las premisas anteriores puede adoptarse el modelo de eliminación de ADAMS:

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( )1-

d

d

Tn eliminació de ConstanteMEN)(MASA/VOLU

digestor, elen y sal. laen sdegradable S.S.V. de Conc)(XMEN)(MASA/VOLU

digestor, del ent. laen sdegradable S.S.V. de Conc)(X

=

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d

e

o

K

tK

od

ed deXX ⋅−=

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DIGESTIÓN AEROBIAEvolución de la constante de degradación Kd

DIGESTIÓN AEROBIARelación entre Kd y la temperatura T

(según ARRHENIUS)

DIGESTIÓN AEROBIARelación entre Kd y la temperatura T

(según RANDALL)

DIGESTIÓN AEROBIAEvolución de Kd en función de los S.S.

DIGESTIÓN AEROBIATiempo de digestión aerobia en función de la

concentración de S.S.

DIGESTIÓN AEROBIALa captación de oxigeno en función del tiempo

Los problemas mayores de la aireación son: La aparición de espuma, la posible incidencia sanitaria de la formación de aerosoles, y el nivel de ruido.

DIGESTIÓN AEROBIAConsumo de O2 en función de la temperatura de digestión

DIGESTIÓN AEROBIAVariación del consumo de O2

TRATAMIENTO DE RESIDUOS

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OBJETIVOS DE LA FERMENTACIÓN AEROBIA

Dar solución a la ingente cantidad de residuos que hoy en día se generan.

Aprovechar al máximo los recursos que estos residuos pueden aportan.

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DEFINICIÓN DE RESIDUO

Materia generada en las actividades de producción.

Sustancia u objeto del cual se desprende su poseedor o tiene la obligación de desprenderse en virtud de las disposiciones nacionales vigentes.

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PLAN NACIONAL DE RESIDUOS URBANOS

Fomentar el compostaje hasta tratar la mitad de la materia en el 2006 y avanzar en el tratamiento anaerobio.

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CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS

Físicas: Tamaño y distribución.

Químicas: Contenido de C, H, O, N, S y Cenizas.

Biológicas: Biodegradabilidad.

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PARTES DEL RESIDUO

Fracción Inerte

Fracción biodegradable

Fácilmente biodegradable.

Lentamente degradable.

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TRATAMIENTOS

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TRANSFORMACIÓN AEROBIA

Comúnmente Compostaje.

Convertir la fracción biodegradable en CO2

Compost: Abono agrícola.

RSU + O2 Compost + CO2 + H2O + Calor

Oxígeno atmosférico.

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ETAPAS

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SISTEMAS ABIERTOS

SISTEMAS CERRADOS

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Procedimiento LUCHAIRE

Trituración de la fracción fermentable.

Alimentación de los residuos al proceso.

Selección de fracciones recuperables ( 30 y 50 mm.).

Fracción fina a área de fermentación: Volteando los montones 2 veces al mes. Durante 3 meses.

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Proceso OMNIUMSe criban los residuos y se separan.

Fracción fina en trituradora ( Dorr-Oliver ).

Cilíndro dividido en 2 niveles

Superior: Trituración del material.

Inferior: Expulsión del material.

Fracción fina a fermentación: Clásica o Siloda.

Clásica: Voltear los montones alargados.

Siloda: Nave cerrada con muros y se va pasando el material de una celda a otra. Introducción de oxígeno por el suelo.

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Proceso DANO

Introducción de los residuos en un Bioestabilizador.

Cilindro horizontal que se mueve lentamente.

Se controla la humedad y oxigenación.

A los tres días fermentación.

La salida del bioestabilizador va a una 2ª criba.

Material obtenido a maduración.

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Procedimiento CAREL, FOUCHE, LAGUEPIN

Selección de la fracción recuperable.

Fracción fina a digestores ( 25, 30 ó 40 t.)

Digestor: Torre vertical de sección cuadrada con 5 niveles.

Control de humedad y T con caudal de aire y riego con agua.

Material por arriba y se va descendiendo hasta que sale.

Se envía a maduración.

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Procedimiento TRIGA

Selección de fracción recuperable y trituración.

Separación de fracción densa y el resto a Torre de Higienización.

Torre de higienización: Depósito vertical, hueco, distintas formas, con control interno de condiciones.

Material por parte superior y se oxigena con aire de un tornillo sinfín.

Este tornillo tritura y acelera aumentando la T.

Lo obtenido se criba y se envía a maduración.

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Procedimiento BIOTANK

Preparación como en los casos anteriores.

Se tritura la fracción fermentable hasta reducir a 30mm.

Se descarga en la celda Biotank constituida por 2 muros concéntricos con un cerramiento.

El material se va almacenando y se oxigena inyectando aire por el centro.

A los 20 días se envía a maduración.

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Procedimiento de CRIBADOS

Cribado sucesivo de varias fracciones del residuo sin trituración.

Primera criba en tamiz de 100 mm. La fracción fina se deja fermentar al aire

Segunda criba en tamiz de 35 mm.La fracción fina a maduración y se criba de nuevo para usar en agricultura.

No se asegura velocidad pero se eliminan productos impropios.

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DIFERENCIAS CON LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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DIGESTIÓN AEROBIA

•El fango resultante ocupa menos volumen y se puede secar más fácilmente que el de la digestión aerobia.

•El exceso de biomasa producido por la digestión aerobia muchas veces tiene que ser tratado mediante una digestión anaerobia, ya que puede contener compuestos recalcitrantes.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA DIGESTIÓN ANEROBIA EN COMPARACIÓN CON LA AEROBIA

VENTAJAS

DIGESTIÓN AEROBIA

•Otra ventaja de la digestión anaerobia sobre la aerobia es, por tanto, el tratamiento de residuos contaminantes para disminuir malos olores y microorganismos patógenos y la degradación parcial de la materia orgánica, mejorando la calidad del agua residual que se vierte a los ríos o se infiltra al subsuelo.

VENTAJAS

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• En un digestor anaerobio:

-La eliminación de los contaminantes es comparable a la de los mejores tratamientos aerobios.

-DBO es reducido de un 80%

-DQO es reducido de un 50%

•El arrancado del proceso anaerobio es lento y difícil, a pesar de ser mas cómodo en su finalización: no hay que invertir en deshacerse de los organismos implicados en el mismo.

VENTAJAS

DIGESTIÓN AEROBIA

•La digestión anaerobia está mas limitada que la aerobia: en la digestión aerobia el factor limitante es el oxígeno, bastante abundante en la biosfera, mientras que las bacteriasanoxigénicas deben controlar el pH de su medio (proceso difícil de realizar por las bacterias) y además esconderse del oxígeno.

INCONVENIENTES

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•En la digestión aerobia usamos muchas más bacterias, todas las que el sistema pueda permitir. En cambio la digestión anaerobia precisa de bacterias concretas, y muy coordinadas.

•El proceso anaerobio supone una menor eficiencia, ya que su rendimiento ecológico es más bajo, al transformar menos materia orgánica en biomasa. Como tras la realización de este proceso se obtiene metano, éste acumula gran cantidad de energía procedente de la materia orgánica de la que partimos, y por eso la energía obtenida al final es menor.

INCONVENIENTES

DIGESTIÓN AEROBIA

•Las metanobacterias son inhibidas por multitud de compuestos, tanto orgánicos como inorgánicos, naturales o antropomórficos. Y esa inhibición es causante de muchos de los problemas de los digestores.

•La digestión aerobia nos proporciona un mayor rendimiento. Y = 0,4 lo que quiere decir que de 1 gramo de materia orgánica se sacan 0,4 gramos de biomasa. Por su parte el rendimiento de la digestión anaerobia es: 0,04 < Y < 0,1.

INCONVENIENTES