Download - 3. TECNOLOGIAS
Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos
Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014
TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO
Fernando Fdz-Polanco y María Fdz-Polanco
Grupo de Tecnología Ambiental
Dpto Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente
Universidad de Valladolid (España)
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y
Residuos Agroindustriales y Pecuarios”
Lima 11 – 14 Septiembre 2014
Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos
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eliminada
generados
generados
X
3
eliminadaO
3
2O
DQO Kg
X Kg celular síntesis de orendimient Y
d
X Kg ismosmicroorgan de generación P
X Kg
DQO Kg ismosmicroorgan y DQO entre relación 1,42
m
DQO Kg eliminada DQO SS
d
m alimentado caudal Q
d
O Kgoxígeno de consumo R
SS QY P
P 1,42 SS QR
OX
XOO
PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS
NECESIDADES DE OXÍGENO
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PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS
CV
(kg DQO/m3reactor.d)
SSLM
(mg SSLM/L)
CM
(kg DQO/kg SSVLM.d)
TRC
(d)
TRH
(h)% DQO
OD
(mg O2/L)
0.3-1.6 1500-4000 0.2-0.64-
103-5
85 a
952
PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN
CU
LT
IVO
EN
SU
SP
EN
SIÓ
NFA
NG
OS
AC
TIV
OS
Qe
Se
Xe
O2
QO
SO
4. PURGA
VSX
3. RECIRCULACIÓN
CO2
1. REACTOR BIOLÓGICO 2. SEDIMENTADOR
QR XR QW XW
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AIREACIÓN
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SEDIMENTADOR
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. Carrousel.
PROCESOS AEROBIOS
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PROCESOS AEROBIOS. BIOPELÍCULA
AEROBIO MO + O2 + X CO2 + H2O + NUEVOS X
CU
LT
IVO
EN
BIO
PE
LÍC
ULA
FIL
TR
O P
ER
CO
LA
DO
R
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Lechos percoladores.
TPROCEOS AEROBIOS
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PROCESOS AEROBIOS. BIOPELÍCULA
AEROBIO MO + O2 + X CO2 + H2O + NUEVOS X
CU
LT
IVO
EN
BIO
PE
LÍC
ULA
CB
R
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. REACTOR CON SECUENCIA DE ETAPAS (SBR)
LLENADOanóxico
3 h de mezclado
REACCIÓN 1aerobio
3 h de aireación
REACCIÓN 2anóxico
2 h de mezclado
REACCIÓN 3aerobio
0.33 h de aireación
SEDIMENTACIÓN
NO3- N2
TKNº
NO3-
DQOº
TKNº
DQOº
DQOO2 O2
N2
NO3-
N2
endógeno
NH4+
NH4+
NO3
-
NO3-
DQO baja
NO3-
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CABEZAL FLOTANTE SBR
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás
1. MEZCLA COMPLETA
MEZCLA (no se usaba inicialmente)
• mejora el contacto
• evita la sedimentación (disminuiría el Vútil)
TRH
• 25 d
• evita la purga porque es muy alto
INCONVENIENTE
sólo se obtienen altas cargas por unidad
de volumen para influentes de 8000 a
50000 mg BODL/L mejora el contacto
SOLUCIÓN
separar THR del SRT
ALIMENTACIÓN fangos municipales
• 2.5 a 15% TS
• del 100% de los SS 65 % VSS
50% biodegradables
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REACTOR DE MEZCLA COMPLETA
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REACTOR DE MEZCLA COMPLETA
Estabilización de lodos (DA). Huevos
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REACTORES ANAEROBIOS
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás
2. CONTACTO (análogo FA)
1955
Para residuos de conservas con
1300 mg BODL/L
INCONVENIENTE
flotación en el sedimentador por desorción
problemas más grave que en aerobio
por la baja tasas de crecimiento
SOLUCIÓN
aplicar vacío antes del sedimentador para
eliminar la sobresaturación del gas
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás biogás biogás
3. BIOFILTROS
ASCENDENTE (análogo a filtro aerobio)
Medio rocoso
- poco volumen de vacío
- poca área específica
medio plástico
Obstrucción y SS en el efluente
aguas sin SS
ascensión turbulenta del biogas
Buena retención de biosólidos, muy aplicado
DESCENDENTE
- los sólidos se acumulan en la
superficie (más sustrato, más
crecimiento)
- H2S (inhibidor) se forma en la parte alta
APLICACIÓN
• alimentación
• bebidas
• farmacia
• industria química
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás4. LECHOS FLUIDIZADO Y EXPANDIDO
FLUIDIZADOVENTAJAS- gran espacio de poro menor obstrucción
menos cortocircuitos- elevada área específica
MAYOR EFICACIA RESPECTO
A LA CARGA POR UNIDAD DE VOLUMENINCONVENIENTES- conseguir BP fuertemente adherida- proporción adecuada de BM en la BP- recirculación (menor FP y coste energético)
EXPANDIDO• menor velocidad de flujo ascensional• mejor captura de sólidos• peor transferencia de materia• cortocircuitos
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REACTORES ANAEROBIOS
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3. CONFIGURACIONES DE REACTORES
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás
5. UASB (http://www.uasb.org) problema de granulación
conocimiento de los
factores de granulación
APLICACIÓN
• alimentaria
• papelera
• industria química
biogás
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REACTORES ANAEROBIOS
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Separador Gas-Líquido-Sólido (GLS)
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REACTORES ANAEROBIOS
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REACTORES ANAEROBIOS
BIOPAQ® IC
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás6. REACTOR COMPARTIMENTADO
- biomasa pasa a la cámara siguiente
- se puede sedimentar y recircular a la 1ª cámara
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogásbiogás
7. LECHO PERCOLADOR Y FILTRO PERCOLADOR
1. hidrólisis (célulosa)
2. metanogénesis
DIGESTIÓN EN DOS ETAPAS
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás
membrana
biogásbiogás
8. R. DE MEMBRANA
no hay pérdida de biomasa
mejora la calidad del efluente
la CV puede aumentarse
COSTE
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REACTORES ANAEROBIOS
MEMBRANAS HUECAS
MEMBRANAS
SUMERGIDAS
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REACTORES ANAEROBIOS
biogás biogás biogás biogás
biogás biogás biogás biogás
biogás
membrana
biogás
a aerobiobiogásbiogás
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ventajas desventajas
muy alta capacidad tratamiento
muy bajos THR
diferentes tipos de aguas
aplicable a aguas con sólidos
insensible sobrecargas orgánicas
aplicable a aguas con tóxicos
requiere poca superficie
puesta en marcha difícil
alto consumo energético
dificultad controlar expansión del lecho
elevada concentración de SS efluente
diseño y cambio de escala complicado
poca experiencia a escala industrial
elevado coste de relleno
ventajas desventajas
elevada capacidad tratamiento
bajo THR
adaptación a diferentes aguas
aguas diluidas y cargadas
resistente fluctuaciones de carga
rápido rearranque
requiere poca superficie
puesta en marcha difícil
riesgo de oclusiones
limitado a aguas con pocos SS
elevado contenido SS efluente
sensible altas concentraciones Ca
elevado coste de relleno
ventajas desventajas
elevada capacidad
tratamiento
bajo THR
alta eficacia eliminación DQO
bajo requerimiento energético
no necesita soporte
fácil construcción
gran experiencia práctica
proceso de granulación difícil de controlar
la granulación depende del agua
la puesta en marcha puede requerir fango granular
sensible a sobrecargas orgánicas
útil para agua sin SS
Ca+2 y NH4+ inhiben la granulación
el rearranque puede provocar la flotación de los
gránulos
requiere grandes superficies
UASB
BIOFILTRO
LECHO FLUIDIZADO
REACTORES
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REACTORESBIOFILTRO
distribución uniforme alimentación
taponamiento
caminos preferentes
lavado del lecho
acumulación de inertes
separación de lodos efluente
UASB
control expansión lecho
estabilidad fluctuaciones alimentación
retención de biomasa en sobrecargas
acumulación de inertes
flotación de la biomasa
LECHO FLUIDIZADO
control de la expansión del lecho
distribución uniforme alimentación
flotación de partículas
cambio propiedades fluidización
desprendimiento biopelícula
poca experiencia industrial
LIM
ITA
CIO
NE
S D
E O
PE
RA
CIÓ
N
CO
MP
AR
AC
IÓN
comportamiento UASB BF LF
puesta en marcha
acumulación de biomasa
mezcla fase líquida
sobrecargas hidráulicas
sobrecargas orgánicas
admisión SS
riesgo de oclusiones
riesgo flotación biomasa
necesidad de control
-
++
+
-
+
-
++
-
+
-
+
+
++
+
+
-
+
+
-
++
++
++
+
++
++
+
-
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INDUSTRIA
ALIMENTARIA
mataderos
pescado
envasado
fermentación
almidón
azúcar
láctea
café
5. TRATAMIENTO INTEGRADO
• preparados cárnicos
• cuero y piel
• matadero
• grasa animal
an
ima
l • aceite vegetal
• salmueras
• vegetales
• bebidas
• frutaen
va
sa
do
• cervecera
• sidra
• ácido cítrico
• destilerías
• procesos enzimáticos
• levaduras
• vino
• malteado
ferm
en
tació
n
• patata
• almidón
alm
idó
n
• confitería
• azúcar
• mermelada
• chocolate
azú
ca
r
• queso
• leche
• suero
• helados
lácte
a
AGUAS CON ALTA CARGA
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
• condensador de vapor
• blanqueo
pa
pe
l
• Láminas de madera
ma
de
ra• química
• petroquímica
• productos de limpiezaqu
ímic
a
• celulosa
• fibras de media densidadfib
ra
INDUSTRIA
NO ALIMENTARIA
carbón
papelera
farmacéutica
textil
madera
química
caucho
fibras
AGUAS CON ALTA CARGA
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
AGUAS CON ALTA CARGA
DQO=10.000 mg/LANAEROBIO
90%
• Menor producción de fangos
• No O2
• Producción de CH4
• Menos nutrientes
CH4
DQO=1.000 mg/L
Eliminación 9.000 mg DQO/L
O2
AEROBIO90%
• Operación sencilla
• Menor THR
• Mayor rendimiento
DQO=100 mg/L
Eliminación 900 mg DQO/L
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Sistema integrado anaeróbico-aeróbico
UASB + Lechos Percoladores + Sedimentación secundaria
UASB
Trickling filter
Tilted plate settling device
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
Nitrógeno
DBOº
NKTº
O2
aerobiooxid. DBO
nitrificación
anóxicodesnitrific.
N2
NO3-
N-NH4+
DBO algo NO3-
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
O2
O2
(1)predesnitrificación
θ3 h
NO3-
(2)nitrificación
θ11 h
N2
20% N-NO3-
eliminación
80% N-NO3-
(3)desnitrific,
con biomasaθ3 h
N2
ENDÓGENONH4
+(4)nitrificación
θ1 h
NO3-
6% N-NO3-
NO3-
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
Nitrógeno
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
LLENADOanóxico
3 h de mezclado
REACCIÓN 1aerobio
3 h de aireación
REACCIÓN 2anóxico
2 h de mezclado
REACCIÓN 3aerobio
0.33 h de aireación
SEDIMENTACIÓN
NO3- N2
TKNº
NO3-
DQOº
TKNº
DQOº
DQOO2 O2
N2
NO3-
N2
endógeno
NH4+
NH4+
NO3
-
NO3-
DQO baja
NO3-
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
NitrógenoSECUENCIA TEMPORAL
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
N
ND
D
SECUENCIA ESPACIAL
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
Nitrógeno
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
moléculas
orgánicas simples
HSCoA
CoA
Pi+E
1. ANAEROBIO
Poli-P
PHB
Pi
2. AEROBIO O
ANÓXICO
O2 o NO3-
Pi PHB
HSCoA
Ciclo
TCACO2
ADP+Pi
NADH2
H2O o N2
ATP
NAD
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
Fósforo
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5. TRATAMIENTO INTEGRADO
(A) PHOREDOX
anaerobio1 h
anóxico2.7 h
NO3-
N2
O2
aerobio4.7 h
(B) BARDENPHO
NO3-
anaerobio1 h
anóxico2.7 h
N2
O2
aerobio4.7 h
anóxico2.2 h
O2
aerobio1 h
PREDESNITRIFICACIÓN CLÁSICA CON INTENSIFICACIÓN PARA ELIMINACIÓN DE P