diseño de procesos en digestion anaerobia

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia

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Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia1. INTRODUCCINLa velocidad de carga orgnica mxima de un proceso anaerobio est limitada por el tiempo de retencin y por la actividad de los microorganismos implicados en los mecanismos bioqumicos de degradacin de la materia orgnica. Puesto que las bacterias formadoras de metano tienen una velocidad de crecimiento baja, la retencin de la biomasa activa es la clave de la operacin de los reactores anaerobios avanzados, que permiten operar con bajos tiempos de retencin hidrulicos (TRH) y elevados tiempos de retencin de slidos (TRS). Todas las tcnicas actualmente utilizadas se basan en la propiedad de las bacterias de formar flculos por unin con otras bacterias, o de adherirse sobre superficies slidas. En este sentido, las tcnicas de retencin de los microorganismos en el reactor pueden ser: Sedimentacin interna. Sedimentacin externa y recirculacin. Inmovilizacin sobre superficies slidas. Con respecto a la actividad de los microorganismos, puede conseguirse un comportamiento ptimo mediante: Eliminacin de depsitos de material inerte. La mayor parte de las aguas residuales contienen slidos inertes no degradables cuya acumulacin en el digestor hace descender la concentracin de la biomasa activa. Este problema puede resolverse utilizando una etapa previa de separacin de estos materiales. Disminucin de las limitaciones relacionadas con el fenmeno de difusin. La actividad de los organismos puede estar limitada por la difusin del sustrato. El proceso de difusin externo se incrementa mediante una adecuada agitacin que facilite el contacto bacteria / sustrato. La difusin interna, a travs de la capa de microorganismos que forman flculos o pelcula adherida, se facilita utilizando espesores de biocapa inferiores a 1 mm. Aplicacin de procesos en varias etapas. Los diferentes tipos de procesos de tratamiento anaerobio son: 1. ) Reactores monoetapa en los que la biomasa bacteriana no se encuentra soportada. 1. ) Reactor sin calentamiento y sin mezcla. 2. ) Reactor de mezcla continua (CSTR). 3. ) Reactor primario + secundario. 4. ) Reactor de contacto. 5. ) Reactor de lecho suspendido (UASB). 2. ) Reactores monoetapa en los que la biomasa bacteriana se encuentra inmovilizada o soportada. 1. 2. 3. 4. 5. ) Filtro anaerobio. ) Contactor biolgico rotativo anaerobio (AnRBC). ) Reactor de contacto con material de soporte (CASBER). ) Reactores hbridos. ) Reactores de lecho mvil.

Reactor de lecho expandido (AAFEB). Reactor de lecho fluidizado (AAFFB). 3. Reactores multietapa. 1. ) Reactores en paralelo. 2. ) Reactores en serie.

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia 3. ) Reactores con separacin de fases.

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2. REACTOR SIN CALENTAMIENTO Y SIN MEZCLAEs, sin duda, el ms simple y el ms antiguo de todos los procesos de digestin. Este digestor es un gran tanque de almacenamiento, donde no existe ningn elemento capaz de acelerar el proceso. La llegada del influente se realiza intermitentemente. Se trata, por lo tanto, de un reactor de alimentacin semicontinua. La mezcla o agitacin en el interior del digestor la llevan a cabo las burbujas de biogs producido en el proceso, en su camino ascendente hacia la superficie. Esta pequea agitacin da lugar a una estratificacin en el interior del digestor. Se distinguen principalmente tres zonas: Zona superior, donde se encuentran las espumas. Zona media, donde se sitan los sobrenadantes. Zona inferior, donde se lleva a cabo el proceso de digestin. El influente digerido se espesa en esta zona y cada cierto tiempo es extrado por la parte central inferior del digestor. Los lquidos sobrenadantes se extraen por un lateral. Por la parte superior de la cubierta se extrae el gas formado en el proceso. La llegada del influente se realiza por la parte superior. Los parmetro tpicos de operacin de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 0,4 - 1,6. Tiempo de retencin hidrulico (d): 30 - 60. Como el TRH es elevado y equivalente al TRS, la concentracin de biomasa activa que se puede conseguir es limitada y, por consiguiente, la carga volumtrica y la produccin de gas son bajas. Como no existe en este sistema recirculacin de parte del influente digerido, las aguas residuales tienen que contener un inculo de microorganismos anaerobios, por lo que estos reactores se suelen utilizar en la digestin de vertidos que contienen estircoles. Son, pues, digestores tpicamente rurales.

3. REACTOR DE MEZCLA CONTINUA (CSTR)Este tipo de reactores empez a desarrollarse a partir de que las experiencias realizadas en laboratorio demostraron que el calentamiento, la mezcla y la alimentacin uniforme, favorecan el proceso de digestin. Como consecuencia de estas mejoras, el volumen del digestor se reduce. Son reactores relativamente simples, calentados, de mezcla completa y sin recirculacin de parte del influente digerido. En este caso, el TRH es tambin igual al TRS. Para un tratamiento efectivo del influente, este tipo de reactores requiere largos TRH, ya que carecen de medios especficos de retencin de la biomasa activa. Con la reduccin del TRH en un digestor de mezcla completa, la cantidad de microorganismos dentro del digestor tambin disminuye, ya que son lavados con el efluente. El tiempo de retencin hidrulico crtico (TRC) se alcanza cuando las bacterias son extradas del reactor a una velocidad mayor a la que stas se reproducen. Dado que las bacterias formadoras de metano son de ms lento crecimiento que las bacterias formadoras de cidos, las primeras son consideradas como el componente limitante en el proceso de digestin anaerobia. Necesitan largos TRS (y, por lo tanto, largos TRH), con valores mnimos alrededor de 3 a 5 das a 35 C. Para asegurar el funcionamiento del proceso, los TRH suelen variar entre 10 y 30 das a 35 C. Las caractersticas operacionales de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 1 - 6. Concentracin en el interior (g SSV/l): 2 - 5. Concentracin en el efluente (g SS/l): 25 - 100.

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia Tiempo de retencin hidrulico (d): 10 - 30. Tiempo de arranque (d): 30 - 90. Estos reactores se aplican, bsicamente, en el tratamiento de fangos de aguas residuales urbanas, y de influentes con estircoles y aquellos provenientes de actividades agrcolas o agroindustriales.

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4. REACTOR PRIMARIO + SECUNDARIOUn digestor de mezcla completa (digestor primario) puede estar acoplado en serie con un segundo tanque de digestin (digestor secundario). Tradicionalmente, este segundo tanque es de un diseo similar al primario, y se diferencia de ste en que no lleva equipos de agitacin ni de calentamiento. La principal misin de esta segunda unidad es la de concentrar el influente digerido y eliminar el lquido sobrenadante. Con esto se consigue disminuir el volumen de lodo que se enva a los siguientes procesos de tratamiento. La reduccin de slidos y la formacin de gas en esta segunda unidad es casi despreciable. El rendimiento obtenido en estos digestores secundarios es muy pequeo, y se debe a dos factores: 1. ) El influente digerido que llega a esta unidad tiene un alto contenido de gas ocluido, que tiende a subir a la superficie, arrastrando partculas de slidos que escaparn con los sobrenadantes. 2. ) Por efecto de la agitacin y mezcla que se produce en el digestor primario, las partculas slidas se rompen formando otras de tamao ms pequeo. Estas partculas decantan muy mal y se quedan en la superficie donde se van con el sobrenadante. Estos sobrenadantes son de muy baja calidad, con una gran cantidad de slidos. Este problema puede evitarse sometiendo a este lquido a un tratamiento independiente antes de recircularlos a cabecera como, por ejemplo, a una laguna de oxidacin, a un biodisco, etc. En definitiva, la misin de estos digestores secundarios, con ms o menos eficacia, es la de: 1. 2. 3. 4. 5. ) Espesar el influente digerido. ) Servir de reserva al digestor primario, lo que obligara a colocar equipos de calentamiento y mezcla. ) Almacenar el influente digerido. ) Constituir un margen de seguridad para evitar la fuga de influentes no digeridos. ) Reducir grmenes patgenos

5. REACTOR DE CONTACTOLa primera mejora del proceso anaerobio consisti en la separacin del TRS del TRH. Separando el TRS del TRH, el volumen del digestor se reduce y la densidad de carga orgnica o la velocidad de carga orgnica a tratar se incrementa. Por lo tanto, aguas residuales relativamente cargadas, pueden ser tratadas a bajos TRHs, pero manteniendo el TRS requerido para el desarrollo de bacterias metanognicas. En este sentido, el primer proceso anaerobio que separ el TRS del TRH fue la digestin de contacto anaerobia, similar en su configuracin al sistema de fangos activados. Este proceso comprende la alimentacin continua de un reactor de mezcla completa seguido de un clarificador o separador slido/lquido. Parte del lodo digerido y sedimentado se recircula al digestor, donde se mezcla con el influente no digerido. La reinoculacin de una biomasa bien aclimatada permite mantener ptimas condiciones de funcionamiento del proceso, sobre todo en aguas residuales industriales. Estas a diferencia de la urbanas, no contienen generalmente un alta proporcin de microorganismos. En este proceso la operacin esencial es la separacin slido/lquido, lo cual ofrece serios problemas, dadas las caractersticas de este tipo de lodos, y el continuo desprendimiento de burbujas de gas que dificulta enormemente el proceso de separacin (ver punto 4), por lo que hay que recurrir previamente a sistemas de desgasificacin. El uso de la tcnica de stripping o el enfriamiento del influente digerido en su camino hacia el clarificador puede disminuir

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia este problema. Una reduccin en la temperatura de 35 a 15 C detiene la produccin de gas en el clarificador y favorece la floculacin de los slidos. Esto ltimo tambin puede conseguirse mediante el uso de coagulantes, tales como el hidrxido sdico seguido de cloruro frrico. Tambin se utilizan membranas de ultrafiltracin para conseguir una alta retencin celular. Los parmetro tpicos de operacin de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 2 - 10. Concentracin en el interior (g SSV/l): 5 - 10. Concentracin en el efluente (g SS/l): 0,5 - 20. Tiempo de retencin hidrulico (d): 1 - 5. Tiempo de arranque (d): 20 - 60.

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6. REACTOR DE FLUJO SUSPENDIDO (UASB)En este tipo de sistemas, las bacterias se desarrollan como una masa floculante en un flujo ascendente del influente. El lecho bacteriano es retenido por su propia masa y por pequeas partculas presentes en el influente en la parte inferior del reactor, mientras que el gas y el efluente escapan por la parte superior del mismo. Como la disociacin de la biomasa bacteriana ocurre en cierto grado, parte de los organismos se pierden por el efluente. Sin embargo, y aunque el TRH es bajo, el TRS es lo suficientemente prolongado para que se desarrolle una densa masa de microorganismos metanognicos. En un reactor UASB, la biomasa bacteriana esta presente en forma de granos o glomrulos compactos de hasta 3 - 4 mm, que se desarrollan bajo condiciones de flujo ascendente continuo mediante mecanismos no bien conocidos. Una de las dos claves principales para mantener un elevado tiempo de retencin del fango es la obtencin de un fango con buenas caractersticas de sedimentacin. Autnticos grnulos de tamao considerables se forman despus de uno o dos meses de funcionamiento del sistema. Las caractersticas de sedimentacin del fango aumentan si el mecanismo de agitacin del fango es mnimo o nulo. La concentracin de fango en la zona inferior del reactor puede ser de hasta 40 - 70 g SSV/l, y las partculas llegan a alcanzar una velocidad de sedimentacin de hasta 50 m/h. Sobre este lecho de fango se desarrolla otro lecho. Este ltimo est formado por grnulos ms pequeos, flculos y burbujas de gas y se encuentra estratificado, siendo ms denso y con granos ms grandes en su zona inferior y menos denso y con grnulos ms pequeos en su zona superior. La segunda clave para el ptimo funcionamiento de este tipo de sistema es la instalacin de un separador slido/gas en la parte superior del reactor. Este sedimentador/desgasificador acta como un sedimentador interno, y evita la fuga de los flculos de pequeo tamao que ascienden adheridos a las burbujas de gas. Las caractersticas operacionales de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 5 - 30. Tiempo de retencin hidrulico (d): 0,2 - 2. Concentracin media en el interior (g SSV/l): 20 - 40. Concentracin en el efluente (g SS/l): 0 - 5. Tiempo de arranque (d): 30 - 60. Velocidad vertical ascendente (m/h): 0,6 - 0,9. La elevadas cargas orgnicas que admite este tipo de reactores hace que se hayan empleado de manera efectiva en el tratamiento de aguas residuales procedentes de la industria alimentara.


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7. FILTRO ANAEROBIOEn un sistema de filtro anaerobio (tambin llamado sistema de pelcula fija o de lecho fijo) la biomasa bacteriana se encuentra, en parte, inmovilizada en un material de soporte fijo en el reactor biolgico, y en parte en suspensin entre los espacios vacos que restan (la mayor proporcin). El flujo del influente es normalmente vertical, bien ascendente bien descendente, y el propio material de relleno acta como separador de gas, que se recoge en la parte superior, proporcionando zonas de reposo para la sedimentacin de los slidos que se encuentran en suspensin. La rugosidad del material de soporte, su grado de porosidad, as como el tamao del poro, afecta a la tasa de colonizacin de la poblacin microbiana. Los materiales utilizados pueden ser ladrillos, granito, vinilos, polisteres, poliuteranos, materiales cermicos, de vidrio, etc. En los reactores de flujo ascendente la mayor parte de la biomasa bacteriana se acumula como flculos, mientras que en los de flujo descendente, la biomasa est casi totalmente retenida en las paredes del reactor y el material de soporte. El filtro anaerobio es aconsejable para aguas residuales con carga orgnica moderada soluble o que se degrade fcilmente en compuestos solubles y, tambin, para aguas con elevada carga orgnica soluble que pueda ser diluida con recirculacin de efluente. Los filtros con flujo descendente no pueden usarse para tratar aguas con fracciones apreciables de slidos en suspensin, ya que pueden provocar problemas de atascos. Los parmetro tpicos de operacin de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 0,15 - 30. Concentracin en el interior (g SSV/l): 10 - 20. Concentracin en el efluente (g SS/l): 0 - 10. Tiempo de retencin hidrulico: 0,5 - 2. Tiempo de arranque (d): 20 - 70.

8. CONTACTORES BIOLOGICOS ROTATIVOS ANAEROBIOS (AnRBC)En este caso, la biomasa bacteriana se encuentra soportada sobre un material inerte, configurado a modo de discos paralelos (biodiscos), de jaulas cilndricas rellenas de diversos materiales (biocilindros), o tambores recorridos internamente por canales (biorrotores). Estos dispositivos se encuentran total o casi totalmente sumergidos, rotando continuamente sobre un eje horizontal, en un tanque cerrado a travs del cual fluye el agua residual. La rotacin continuada permite la mezcla dentro del tanque y facilita la transferencia del biogs producido a la zona superior del tanque. La velocidad de rotacin ejerce cierto control sobre el grosor de la biopelcula, y suele ser entre 1 y 7 rpm, producida por un mecanismo mecnico o una soplante. Cuando el espesor de la biopelcula alcanza un determinado grosor, los organismos ms en el interior en contacto con el soporte, mueren por falta de nutrientes y las fuerzas hidrulica que ejerce el flujo de influente y la rotacin desprenden la biopelcula. Esta materia orgnica es arrastrada por el agua y separada mediante sedimentacin por un separador slido/lquido. Las caractersticas operacionales de este proceso no estn bien establecidas, al no estar muy extendido su uso.


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9. REACTOR DE CONTACTO CON MATERIAL DE SOPORTE (CASBER)Este proceso es esencialmente idntico al contacto interno, peor con la incorporacin de un material inerte en el digestor. En este caso, la adicin de material de soporte es extremadamente limitada en comparacin con la cantidad usada comnmente en, por ejemplo, los reactores de lecho fluidizado. Las partculas utilizadas suelen tener un dimetro entre 5 y 25 mm, tienen una baja velocidad de sedimentacin y, por lo tanto, pueden mantenerse en suspensin con un bajo grado de agitacin. Un pequeo porcentaje de bacterias es soportada en estas partculas, que pueden ser arenas, plsticos, etc., mientras que un porcentaje sustancial de la biomasa activa permanece como flculos en suspensin. Como en el caso del sistema de contacto interno, la fase principal del proceso es la separacin slido/lquido. Los parmetro tpicos de operacin de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 4 - 25. Concentracin en el interior (g SSV/l): 5 - 15. Concentracin en el efluente (g SS/l): 0,5 - 10. Tiempo de retencin hidrulico (d): 0,25 - 2. Tiempo de arranque (d): 20 - 60. Este proceso es extraordinariamente adecuado para aguas residuales con alta carga de residuos fcilmente hidrolizables, como las de la industria alimentara.

10. REACTORES HBRIDOSEn los ltimos aos se ha desarrollado un tipo de reactores que combina caractersticas del sistema de lecho suspendido y del filtro anaerobio de flujo ascendente. La parte correspondiente a ste ltimo comprende el tercio superior del reactor y su funcin ms importante no es tanto el aumento en el rendimiento de la operacin como la posibilidad de retencin de la biomasa. De esta manera se trata de sumar las ventajas del reactor UASB (altas cargas y simplicidad) con las del filtro anaerobio (altas cargas y resistencia a las sobrecargas).

11. REACTORES DE LECHO MVILEl tratamiento biolgico efectivo de aguas residuales industriales y de otro tipo de influentes requiere de sistemas que aseguren un amplio rango de tolerancia a fluctuaciones en las condiciones de operacin. El pH, la densidad de carga y la temperatura, pueden variar afectando a la actividad y viabilidad de las poblaciones bacteriana presentes en el reactor anaerobio. Esto hace que los procesos de pelcula fija se consideren, en general, ms resistentes que otros sistemas alternativos a cambios en los parmetros de operacin del proceso por su capacidad para retener la biomasa. La degradacin anaerobia de aguas residuales est limitada en los sistemas de crecimiento bacteriano en suspensin por la concentracin que puede alcanzar el lodo en el reactor, aunque estos problemas pueden reducirse, en cierta manera, con la sedimentacin y recirculacin del mismo. Los sistemas de filtro bacteriano dependen de la inmovilizacin de la biomasa bacteriana, y para minimizar prdidas de presin y problemas de oclusiones por slidos, el material fijo tiene dimetros bastante grandes, lo que limita la superficie colonizada por m3 de reactor alrededor de 200 m2/m3. Estos problemas quedan superados con los sistemas de lecho expandido y fluidizado donde el tamao del dimetro empleado permite acumular elevadas biomasas bacterianas alrededor de las partculas de soporte. Estos sistemas tambin reducen los problemas de atascos y los tiempos requeridos para el tratamiento. La distincin entre lecho expandido y lecho fluidizado es difusa, si bien se considera expandido cuando la expansin del lecho es menor al 20% del total y fluidizado cuando es superior. La velocidad ascendente es la que determina el

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia grado de expansin del lecho.

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11.1. Reactores de lecho expandidoEn este tipo de reactores, la formacin de biomasa puede alcanzar los 30 kg/m3. La cantidad de material de soporte aadido es alrededor del 10% de volumen del digestor y el dimetro de las partculas es de 0,3 a 3,0 mm. La velocidad vertical necesaria es de 2 - 10 m/h y es generada por una elevada recirculacin del efluente. La expansin del lecho es sostenida hasta un nivel en el que cada partcula mantienen una posicin fija en el lecho. Los parmetro tpicos de operacin de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 5 - 50. Concentracin en el interior (g SSV/l): 10 - 30. Concentracin en el efluente (g SS/l): 0 - 5. Tiempo de retencin hidrulico (h): 1 - 10. Tiempo de arranque (d): 30 - 70. La mayor parte de las ventajas atribuibles a este sistema derivan de la elevada concentracin de biomasa activa sobre las partculas de soporte y las elevadas tasas de recirculacin, lo que hace al digestor menos sensible a componentes txicos del influente. De ah el inters de su uso en el tratamiento de aguas residuales industriales de diversos tipos.

11.2. Reactores de lecho fluidizadoEn este caso la elevada velocidad ascensional (6 - 20) m/h expande el lecho hasta un punto en el que la fuerza de gravedad y la fuerza de rozamiento se igualan. Para esto se necesita una elevadsima tasa de recirculacin del influente y las partculas de soporte no tienen una posicin fija dentro del lecho, si bien se mantienen dentro de un volumen restringido. La cantidad de material de soporte aadido es alrededor del 10% de volumen del digestor y el dimetro de las partculas es de 0,2 a 0,7 mm. La enorme superficie activa que puede alcanzarse con el uso de partculas de pequeo dimetro y el grado de fluidizacin, que permite la colonizacin bacteriana en toda la superficie de la partcula (del 95 al 100% de la biomasa se encuentra adherida al ellas) aumenta enormemente la superficie disponible, que puede alcanzar de 1.000 a 2.500 m2/m3. Los parmetro tpicos de operacin de este proceso son: Densidad de carga orgnica (Kg DQO/m3/d): 5 - 50. Concentracin en el interior (g SSV/l): 10 - 40. Concentracin en el efluente (g SS/l): 0 - 5. Tiempo de retencin hidrulico (h): 1 - 10. Tiempo de arranque (d): 30 - 70. La mayor parte de las ventajas atribuibles a este sistema derivan de la elevada concentracin de biomasa activa sobre diminutas partculas de soporte, las elevadas tasas de recirculacin, el mximo contacto entre la biopelcula y el lquido a tratar, y la minimizacin de los problemas de la difusin.


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12. REACTORES MULTIETAPALos sistemas multietapa han demostrado ser de extraordinaria aplicacin en el tratamiento de determinadas aguas residuales industriales, ya que permiten variar los tiempos de retencin en los distintos digestores, reducir el tiempo de arranque y las prdidas de biomasa, as como aumentar la capacidad del tratamiento y los rendimientos. Procesos en paralelo parecen ser tiles en aquellas aguas residuales con una fraccin importante de residuos particulados, de tal manera que uno de los digestores puede reservarse nicamente al tratamiento de stos, con tiempos de retencin mayores que el digestor de las fraccin soluble. Filtro anaerobios y reactores de lecho fluidizado en serie han sido utilizados usando la primera etapa para la aclimatacin inicial de los microorganismos y su posterior inoculacin de la segunda etapa, disminuyendo as el tiempo de arranque del proceso. Los sistemas multietapa en fase presenta una gran ventaja sobre las configuraciones anteriores: separan en digestores diferentes las bacterias acidognicas de las metanognicas, generando en cada digestor las condiciones ptimas de crecimiento para cada tipo de bacteria. Para que esta configuracin funcione, las condiciones en el primer digestor tienen que ser lo suficientemente desfavorables para que las bacterias metanognicas slo se desarrollen en el segundo digestor.

13. COMPONENTES DEL PROCESO DE DIGESTIN ANAEROBIA13.2. El digestorLos tanques de digestin pueden tener forma cilndrica, cbica, ovoide o rectangular, aunque la mayor parte de los tanques que se construyen en la actualidad son cilndricos. El suelo del tanque est inclinado, para que la arena, el material inorgnico sedimentable y la fraccin pesada del influente puedan ser extrados del tanque. Los digestores modernos tienen cubiertas, fijas o flotantes, cuya misin es impedir que escapen olores, conservar la temperatura, evitar la entrada de oxgeno y recoger el gas producido. Entrada del influente. Normalmente, el influente se introduce por la parte superior del digestor y el sobrenadante se extrae por el lado contrario. Salida del efluente. En un digestor de cubierta fija puede haber de 3 a 5 tubos de sobrenadante colocados a distintos niveles, o un nico tubo con vlvulas a distintos niveles, para la extraccin del mismo. Por regla general, se elige aquel nivel que extraiga un efluente de mejor calidad (con la menor cantidad posible de slidos), para reenviarlo a cabecera de la E.D.A.R. o a las eras de secado, si hay espacio disponible. Extraccin de fangos. Las tuberas de extraccin de fangos suelen estar colocadas sobre bloques a lo largo del suelo inclinado del digestor. El fango se extrae por el centro del tanque. Estas tuberas tienen, por lo general, 15 cm de dimetro o van equipadas con vlvulas tapn para evitar obstrucciones, y se utilizan para llevar peridicamente el fango del digestor a un sistema de evacuacin de fangos. Estas tuberas transportan tambin fangos de reserva desde el digestor secundario al primario y recirculan el fango del fondo para remover y romper la costra.


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13.3. Sistema de gasEl proceso de digestin anaerobia produce de 400 a 700 litros de gas por cada kilogramo de materia orgnica destruida, segn las caractersticas del influente. El gas se compone fundamentalmente de metano y anhdrido carbnico. El contenido en metano del gas de un digestor que funcione adecuadamente variar del 65% al 70% en volumen, con una oscilacin en el anhdrido carbnico del 30% al 35%. Uno o dos por ciento del gas del digestor se compone de otros gases. Debido a la presencia de metano el gas del digestor posee un poder calorfico aproximado de 500 a 600 kilocaloras por litro. El gas del digestor puede ser utilizado en la estacin depuradora de diversos modos: Para calentar los digestores. En la calefaccin de los edificios. Como combustible de los motores para las soplantes del proceso de fangos activados. Para producir la energa elctrica de la instalacin. El gas del digestor puede ser extremadamente peligroso en dos aspectos. La mezcla de gas y aire en proporciones comprendidas entre el 5,5 y el 13,5% es explosiva y puede tambin causar asfixias por agotamiento de oxgeno. Por lo tanto, en las instalaciones de bombeo de fangos y cerca de los digestores estar prohibido encender fuego, fumar o provocar chispas. El sistema de gas lo traslada desde el digestor hasta los puntos de consumo o al quemador de gases en exceso. El sistema de gas se compone de las siguientes partes: Cpula de gas. Vlvulas de seguridad y rompedora de vaco. Apagallamas. Vlvulas trmicas. Separadores de sedimentos. Purgadores de condensado. Medidores de gas. Manmetros. Reguladores de presin. Almacenamiento del gas. Quemador de los gases sobrantes. Cpula de gas. Es un punto en el techo del digestor desde el cual se extrae el gas del tanque. En los tanques de cubierta fija puede haber tambin un cierre de agua incorporado, para proteger la estructura del tanque del exceso de presin positiva o negativa (vaco) creada por la extraccin del fango o del gas demasiado rpidamente. Si la presin de gas sube por encima de los 30 cm de columna de agua, se escapar a travs del cierre de agua hacia la atmsfera, sin levantar la cubierta. Si se extrae el fango o se utiliza el gas con demasiada rapidez, el vaco puede pasar de los 20 cm y romper el cierre de agua, permitiendo la entrada del aire en el tanque. Sin el cierre de agua el vaco aumentara enormemente y destrozara el tanque. La tubera entre el tanque de almacenaje de gas y el digestor puede tambin proteger a ste de las prdidas del cierre de agua, si el paso no est cortado. Cuando se introducen lquidos en el digestor, el gas puede salir por la tubera hacia el tanque de almacenaje y cuando se extraen del digestor, el gas puede volver al tanque a travs de la misma conduccin.

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia Vlvulas de seguridad y rompedora de vaco. La vlvula de seguridad y la rompedora de vaco van colocadas sobre la misma tubera, pero cada una trabaja independientemente. La vlvula de seguridad consta de un plato cargado con arandelas de peso calibrado. La combinacin de estos pesos junto con el peso del plato debe igualar la presin de gas de proyecto del tanque (normalmente entre 15 y 20 cm de columna de agua). Si la presin de gas en el tanque excede de este lmite, la vlvula se abrir y dejar escapar gas durante un par de minutos. Ello debe ocurrir antes de que se rompa el cierre de agua. El cierre de agua se puede romper cuando la alimentacin del tanque sea excesiva o cuando la extraccin del gas sea demasiado lenta. La vlvula rompedora de vaco funciona de manera idntica, excepto en que alivia las presiones negativas para evitar el colapso del tanque. Apagallamas. El apagallamas tpico es una caja rectangular que contiene aproximadamente de 50 a 100 placas de aluminio corrugado con agujeros taladrados. Si se ocasionara alguna llama en la tubera del gas, se enfriara por debajo del punto de igniccin al pasar a travs de los deflectores, pero el gas podra seguir pasando con poca prdida de carga. Para evitar explosiones deben de instalarse apagallamas: Entre las vlvulas de seguridad y rompedora de vaco y en la cpula del digestor. Despus del purgador de sedimentos, en la tubera de gas del digestor. En el quemador de gases en el exceso. Delante de cada caldera, horno o llama. Vlvulas trmicas. Se trata de otro dispositivo de proteccin instalado cerca de una fuente de llama y cerca de la cpula de gas. Este tipo de vlvulas son redondas, con un plato de cierre unido al accionamiento, por un muelle vstago. El vstago apoya sobre un disco fusible que mantiene el plato unido. Si la llama genera el calor suficiente, el elemento fusible se funde y el muelle acciona el vstago hasta que el plato asienta, para cortar el paso del gas. Separadores de sedimentos. Un separador de sedimentos es un recipiente de 30 a 40 cm de dimetro y 60 a 90 cm de longitud. Est situado, generalmente, en la parte superior del digestor, cerca de la cpula de gas, y est equipado tambin con un deflector interior perforado, y un drenaje de condensados cerca del fondo. El gas entra por la parte superior de un lateral del tanque, desciende, atraviesa el deflector, vuelve a subir y sale por la parte superior. La humedad del gas y todos los trozos grandes de incrustaciones quedan retenidos aqu antes de entrar en el sistema de gas. Purgadores de condensado. El gas del digestor est bastante hmedo, y en su recorrido desde el tanque caliente hasta zonas de temperatura ms bajas el agua se condensa. Este agua debe recorrerse en los puntos bajos del sistema, ya que de lo contrario impedir que el gas circule, causar dao en algunos equipos como los compresores, e interferir en la posterior utilizacin del gas. Estos purgadores disponen generalmente de una capacidad de un cuarto o medio litro de agua. Medidores de gas. Los medidores de gas pueden ser de diversos tipos, como fuelles, diagramas de flujo en paralelo, molinetes y placas de orificios o presin de diferencial.

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Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia Manmetros. Los manmetros se instalan en varios puntos del sistema para indicar la presin del gas en centmetros de columna de agua. Reguladores de presin. Se instalan, generalmente, antes y despus del quemador de gases en exceso. Estos reguladores suelen ser del tipo diafragma y controlan la presin en todo el sistema de gas del digestor. Estn normalmente tarados a 20 cm de columna de agua, ajustando la tensin del muelle sobre el diafragma. Si la presin de gas en el sistema es inferior a 20 cm de columna de agua, no llegar gas al quemador. Cuando la presin del gas alcance los 20 de columna de agua, el regulador se abre ligeramente, dejando que el gas pase al quemador. Si la presin continua aumentando, el regulador se abre an ms para compensar. Los reguladores de gas estn tambin situados en otros puntos del sistema, para regular la presin de gas en las calderas, calentadores y motores. Almacenamiento del gas. El gas producido en la digestin anaerobia se almacena en gasmetros, bien a presin bien de cubierta flotante. Gasmetros a presin. El gas que se produce en el digestor es enviado por medio de compresores a depsitos donde queda almacenado a presin. Posteriormente, es extraido de estos depsitos y enviado a las instalaciones de reutilizacin o de quemado. La presin de almacenamiento es, aproximadamente, de 3,4 atmsferas, lo que permite disminuir el volumen de gas a una tercera parte de lo que ocupa en el digestor. Gasmetros de cubierta flotante. Almacenan el gas variando su altura. En estos gasmetros los gases se mantienen a una presin baja aproximada de 200 mm de columna de agua. Consisten en una campana flotante, similar a la cubierta flotante de un digestor primario. Una serie de ruedas permiten que la cubierta pueda deslizarse libremente hacia arriba o hacia abajo, segn la cantidad de gas almacenado. Estas ruedas deslizan sobre unos perfiles de acero que actan como guas de la campana. Quemador de los gases sobrantes. El quemador de gases se utiliza para eliminar los gases en exceso del sistema de digestin. Va provisto de una llama piloto de quemado continuo, para que cualquier exceso de gas que pase por el regulador se queme.

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13.4. MuestreadorEl muestreador consiste en una tubera de 8 10 cm de dimetro con una tapa de cierre con bisagras que penetra en el tanque de digestin, a travs de la zona de gas, y que est siempre sumergida unos 30 cm en el fango del digestor. Esto permite la toma de muestras del fango del digestor, sin prdida de presin de gas, y sin crear condiciones peligrosas causadas por la mezcla de aire y gas del digestor.

13.5. Sistema de calentamiento del digestorUn digestor puede funcionar a cualquier temperatura, sin embargo, el tiempo que tarda en completar la digestin es variable y est en relacin con ella. A medida que aumenta la temperatura, disminuye el tiempo necesario para que se produzca la estabilizacin del fango. En general, los digestores modernos funcionan en un rango de temperaturas medias, entre 35 y 37C. Los digestores se pueden calentar de diversos modos, aunque las instalaciones actuales estn dotadas, en general, de digestores que se calientan por medio de la recirculacin de fangos del digestor a travs de un intercambiador exterior de agua caliente. El gas del digestor se usa como combustible en la caldera, cuya temperatura ptima de operacin es de 60 a 80C. El agua caliente se bombea desde la caldera al intercambiador de calor, donde cede su calor al fango recirculante. En algunos equipos la caldera y el intercambiador de calor estn combinados y el fango

Ingeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia pasa tambin a travs del equipo.

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13.6. Mezclado del digestorEl mezclado es muy importante en un digestor. Un buen equipo mezclador acelera en gran manera la digestin, porque consigue los siguientes objetivos: Inoculacin (introduccin de un cultivo biolgico) inmediata del influente con microorganismos. Prevencin de la formacin de costras. Mantenimiento de la homogeneidad del contenido del tanque, es decir, distribucin de alimentos, organismos, alcalinidad, calor y productos bacterianos de desecho. Utilizacin mxima del contenido total del digestor y disminucin de slidos inertes en el fondo. En los tanques de digestin la agitacin o mezcla puede conseguirse bien por recirculacin de gas bien por sistemas mecnicos girando a baja velocidad. Mezclado por gas. Este tipo de mezclado es el que se utiliza generalmente en la actualidad. El propio gas extrado del tanque es comprimido y descargado dentro del digestor a travs de unos orificios situados varios metros bajo la superficie del fango. El gas, que sube a la superficie a travs del fango en digestin, lleva fango con l, creando una recirculacin rotativa dentro del tanque. Los componentes necesarios para el mezclado por gas son tuberas de entrada y descarga de gas, un compresor, y un distribuidor de acero inoxidable dentro del digestor. Mezclado mecnico. Este tipo de mezclado es menos utilizado ya que, en general, presenta problemas de corrosiones y de formacin de costras. Adems, los consumos energticos pueden ser elevados en el caso de digestores grandes.y no sirven para nada...

Fuentes y contribuyentes del artculo

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Fuentes y contribuyentes del artculoIngeniera de aguas residuales/Diseo de procesos en digestin anaerobia Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=172640 Contribuyentes: Josefpm, Rutrus, Ruy Pugliesi, 10 ediciones annimas

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