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DIGESTIN ANAERBICA
DIGESTIN ANAERBICAINTRODUCCIN
El trmino Digestin Anaerbica es aplicado a un proceso en que la materia orgnica es descompuesta biolgicamente en un medio ambiente excepto de oxigeno.
La descomposicin es el resultado o resulta de la actividades de los grupos importantes de bacterias.
Un grupo denominado los Formadores de cidos, constituidos por bacterias facultativas (bacteria que tiene habilidad de vivir y crecer en presencia o ausencia de oxigeno) las que tambin son encontradas en muchos medios ambientes anaerbicos y que en medios anaerbicos transforman los carbohidratos, grasas y protenas o cidos orgnicos y alcoholes.
El otro grupo, las metano-bacterias, transforman los cidos orgnicos y alcoholes producidos por los formadores de cido en metano y dixido de carbono.
Algunos materiales orgnicos tales como la lignina son bastantes resistentes a las actividades de ambos grupos y por eso pasan a travs del proceso relativamente inalteradas. El rol de la poblacin predadora en la digestin anaerbica es considerado, ser menos comparada a aquella en un proceso aerbico.
Una explicacin detallada de la bioqumica de una digestin anaerbica se puede encontrar en el tratamiento biolgico de desage y desechos industriales McCabe y Eckenfelder y Vol. II de Digestin Anaerbica y separacin de slidos lquidos Reinholh-1958.
PROCESO IDEAL
La digestin anaerbica, como se aplic en el pasado se ha basado considerablemente de un proceso en que todos los factores que influyen en la digestin fueron ptimos.
Sin embargo, para un mejor entendimiento de reciente innovaciones, y desarrollos futuros en la digestin, es til considerar el proceso ideal.
La ecuacin estequiomtrica para un proceso ideal puede ser escrita como sigue:
CaHbOcNd
CwHxOyNz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d - n2)NH3 (6-1)
Donde:
S = a nw m
r = c ny 2s
Los trminos CaHbOcNd y CwHxNz representan sobre una base molar emprica, la composicin de la materia orgnica al comienzo y al concluir el proceso de digestin.
Metano, bixido de carbono y amonio son los gases producto del proceso.
En los procesos actuales, estos gases constituyen aproximadamente el 95% al 98% de los gases desarrollados o producidos.
Los volmenes de gases que permanecen, estn compuestos de hidrgeno sulfurado e hidrgeno.
La materia orgnica residual CwHxOyNz, es a menudo en composicin y caractersticas similar a un material vegetal fertilizante.
El calor liberado en el proceso es igual a la diferencia entre el calor de combustin de la materia inicial y la suma de los calores de los productos de combustin.
Los calores de combustin pueden ser determinados pueden ser determinados o calculado con el uso de la ecuacin (4-5) y (4-6).
h = 127R + 400
(4-5)
R = 100 [(2.66 x %C) + 7.94 (% H) - (%02)] (4-6)
398.9
La temperatura ejerce un profundo efecto sobre la digestin anaerbica.
La atencin se debe dirigir a la figura 6-1 donde el tiempo requerido para la digestin es graficar o ploteado como una funcin de la temperatura. Los valores de las ordenadas son omitidos desde que el periodo de digestin esta afectada tambin por otros factores.
Digestin Peridica
Rango
Mesoflico
35 C
Rango
Termoflico .
54 C
41627384960
Temperatura C
Fig. 6-1: Tiempo requerido para la Digestin
La curva ilustra la existencia de dos rangos de temperatura. El rango mesoflico se extiende hasta los 110 F (43 C) y muestra valores mnimos en las vencididas de 95 100 F. (35 38 C).
El rango termoflico se extiende ms all de los 110 F (43 C) y tiene un valor mnimo a los 130 F (54 C).
Se deber notar que la digestin es ms rpida en el punto optimo termoflico que los valores ptimos del rango mesoflico.
El proceso ideal deber llevarse acabo en un sistema de flujo continuo de acuerdo al modelo de mezcla completa.
El sistema deber estar contenido en un recipiente de donde todo el oxigeno a sido excluido y los productos gaseosos son removidos tan pronto se forman.
La temperatura y otras condiciones ambientales deberan ser optimadas para el proceso.
La alimentacin debera ser continua con la materia orgnica siendo utilizada para los microorganismos suspendidos para crecimiento y energa.
La taza de dilucin [La inversa del periodo de retencin] debera ser mantenida lo suficientemente baja para prevenir la remocin o transporte del sistema de la bacteria metano de lento crecimiento.
El efluente desplazado del sistema deber tener la misma composicin como la del contenido del sistema y consistir de materia orgnica no asimilada; productos orgnicos y microorganismos.
El proceso ideal debera proveer:
1. Una inmediata y completa dispersin de la materia orgnica que ingresa en todo el recipiente.
2. Una oportunidad de contacto ptima entre la materia orgnica y los microorganismos.
3. Un periodo de retencin suficiente para establecer un equilibrio entre la actividad metablica de los grupos de bacterias involucrados en el proceso.
La cintica del proceso ideal de la digestin anaerbica deber seguir la misma relacin desarrollada en la seccin 2-5 para un proceso aerbico completamente mezclado.
DIGESTIN DE TASA ESTANDAR
La digestin de tasa estndar a tenido amplia aplicacin en tratamiento de desage donde ella es usada para digerir lodo constituido de slido separados de desage, barros de los filtros percoladores y desechos de lodo activado.
Normalmente el proceso se lleva a cabo en tanques cerrados a temperaturas que van de 85 a 95 F (29-35 C.)
La digestin de taza estndar se aparta considerablemente de un proceso ideal, en pocas medidas son tomadas para la mezcla.
Como resultado, la materia orgnica que ingresa se concentra localmente en puntos de tanques y el contacto con la poblacin de microorganismos es limitado.
Ms aun, la descarga no es continua y parte del volumen del tanque es ocupado por materiales que no estn en estado activo de digestin.
La tensin debe estar dirigida a la figura 6-2 donde la estratificacin existe en una unidad de digestin convencional de taza estndar se grafica.
Salida de Gas
Capa de NataLavado de Nata
Sobrenadante
Lavado de
Sobrenadante
Entrada de Lodo
Lodo Activo en Digestin
Lodo Estable
Salida de lodo
Fig. 6-2: Representacin esquemtica de la estratificacin que existe en una unidad de la digestin normal convencional
Los lodos introducidos en dos o tres puntos en el digestor, pronto se elevan a la capa de nata y llega a parte de ella.
Aqu la materia orgnica es sometida a una descomposicin y mucho del gas producido en el proceso es liberado.
Como la descomposicin prosigue, los slidos parcialmente descompuestos caen al fondo del tanque y levanta, o eleva, una capa de slidos digeridos y en digestin.
El volumen entre la capa de nata y la capa de lodo, es ocupado por liquid sobrenadante con una alta concentracin material disuelto y suspendido.
El sobrenadante es removido peridicamente a otras unidades para un tratamiento posterior.
El tiempo de retencin requerido para causar un grado dado de reduccin de slidos voltiles, a sido encontrado que es una funcin de la taza de los slidos voltiles a los slidos fijos.
La relacin es presentada grficamente en la figura 6-3.
% de Reduccin de Slidos Voltiles90
80
70
60
50 80
40 75
70
30 65
60
20
10203040506070
Retencin basada en lodo crudo alimentado, das
Fig. 6-3: Reduccin en slidos voltiles en lodo crudo, para las retenciones de 15 a 70 das, T = 85 a 95 F
Estas curvas fueron establecidas sobre la base de datos de operacin recolectada en cerca de 50 plantas de tratamiento de desage utilizando digestin de taza estndar.
Para periodo de retencin menos de 15 das de digestin balanceada no llega a establecerse en el proceso de taza estndar y poca reduccin de slido voltiles se lleva a cabo.
Durante de periodo de digestin, los lodos se llega a concentrar ms tanto como sobrenadantes se separa de los slidos.
Para una mayor economa de la capacidad de la digestin, el sobrenadante es retirado frecuentemente durante el proceso.
La reduccin en el volumen de lodo con el tiempo parece que sigue una relacin parablica.
En un proceso en equilibrio continuo el volumen de digestor en cualquier instante estar compuesto de incrementos de volumen de aumentos diarios, teniendo un periodo de retencin que va de un rango de un da al numero de das que constituye el periodo nominal de retencin.
t
V = (v
(6-2)
t =1
Donde:
V = Volumen de digestor en pie3.
t = Periodo de digestin en das.
v = Volumen ocupado por el aumento diario al lodo pie3
La composicin del volumen se ilustra en la figura 6-4.
vo
1 da de retencin
2 da de retencin
3 da de retencin
t das
vt
Fig. 6-4: Composicin de volumen de digestor de normal proporcin
De la figura, es claro que la capacidad requerida para un digestor de taza estndar puede ser expresado como sigue:
V = [Nt + 1/3(vo vt)]t
(6-3)
Donde: vo y vt son el volumen ocupado para el aumento diario al lodo, inicialmente y al final de periodo de retencin.
El volumen del aumento diario al lodo puede ser calculado con:
v = vs + vw = w + w(1-()%(
(6-4)
S(
(Donde:
vs y vw = volmenes ocupados por los slidos y el agua, respectivamente en pie3.
w = peso del aumento diario al lodo lb/da.
S = igual gravedad especifica de los slidos.
( = fraccin en peso de los slidos en el agua.
( = densidad del agua, lb/pie3.
La gravedad especificada de los slidos puede ser estimada de:
S =
1
P/Sv + (1 - P)/SfDonde:
Sv y Sf = gravedad especifica de los slidos voltiles y fijos, respectivamente.
P = porcentaje de slidos que son voltiles expresados como un decimal.Donde las temperaturas de 85 a 95 F son mantenidas en el digestor, un tiempo de retencin de 30 a 50 das, es normalmente permitido para la digestin de los lodos para desage domestico.
Las oficinas que controlan a menudo solicitan que la capacidad de la unidad de digestin estndar se basen en concentraciones per capita.DIGESTIN DE ALTA-TASA
La digestin de alta tasa incorpora los principales lineamientos de los procesos ideales.
El lodo crudo es alimentado al proceso continuamente o a intervalos frecuentes; y el contenido del digestor se mantiene en un estado de mezcla por medio de una agitacin vigorosa.
El efluente del proceso est constituido del licor mezclado, desplazado del digestor por el lado ingresante.
La temperatura es generalmente mantenida en el optimo mesofilico que es entre 90 y 95 F (30.55-33.33 C).
El periodo de retencin para un proceso de alta taza es del orden de 10 a 15 das.
La reduccin de slidos voltiles que es esperada para esos periodos se indican en la figura 6-5.
% Destruccin de Slidos Voltiles70
65
6015 das de
retencin
55
5010 dias de
retencin
45
40
606570758085
% de Slidos Voltiles en lodo de alimentacin
Fig. 6-5: Destruccin de los slidos voltiles esperada durante la digestin de alta proporcin
Las capacidades requeridas son reducidas por un pre-espesamientos de los lodos que ingresan.
Sin embargo, cuando todo que ingresa es concentrado ms all de una concentracin de slidos de 6%, la fluidez del contenido digerido decrece en una medida donde es difcil mantener una mezcla apropiada.(3)La mezcla es realizada en varias maneras diferentes:
Agitadores mecnicos.
Difusin de gas reciclado.
Bombas levantadoras de gas.
El efluente de un proceso de alta taza es a menudo descargado a un segundo tanque en el que el sobrenadante es permitido separarse del slido digerido antes de disponer los lodos.Problema-Ejemplo
Un lodo que esta constituido del 4% de slidos y 96% de agua debe ser digerido por 30 das en un proceso de tasa estndar. Los slidos iniciales son en un 70% voltiles con una gravedad especifica igual a 1.0 y 30% son slidos fijos, con una gravedad especifica igual a 2.5. Si el lodo retirado del digestor se espera que contenga 8% de slidos, estimar la capacidad de tanque requerido para tratar 1,000 libras de slidos secos introducidos al proceso diariamente.
Solucin:
1. De la figura 6-3, la reduccin de slidos voltiles para 30 das de retencin es de 50%
2. De la ecuacin 6-5, la gravedad especifica ser:
S =
1
P/Sv + (1 - ()/SfSv = Gravedad especfica de los slidos voltiles
Sf = Gravedad especfica de los slidos fijos
= porcentaje de slidos que son voltiles expresados en decimales.
a. Gravedad especfica para slidos no digeridos
S =
1
= 1.2
0.7/1 + (1 0.7)/2.5
b. Gravedad especfica para slidos digeridos.
S =
1
= 1.4
[(0.35/0.65)1 + (1 0.35/0.65)/2.5
3. De la ecuacin 6-4, los volmenes iniciales y finales de lodos de la digestin son:
V = Vs + Vw = w + w(1 - ()/( S( (Vo = 1000 + 1000(1 0.04)/0.04 = 13.35 + 385 = 398 pie3 1.2(62.4) 62.4
Vt = 650 + 650(1 0.08)/0.08 = 7.43 + 120 = 127 pie3 1.4(62.4)
62.4
4. Clculo de la capacidad con la ecuacin 6-3
V = [Vt + 1(Vo Vt)]t
3
V = [127 + 1(398 127)]30 = 6,510 pie3.
3
PLANTA DE TRATAMIENTO TERCIARIO DE UN AFLUENTE SECUNDARIO
(Mtodo Fsico-Qumico)
6 SALIDA
DE AIRE + NH3
5 UNIDAD DE
EXTRACCIN
DE AMONIACO
1 INGRESO-EFLUENTE
5 6
9 UNIDAD
DE TRATAMIENTO
DE FILTRACIN
SECUNDARIO
DE MEDIOS
7 UNIDAD DE
MULTIPLES
RECARBONATACIN
10 UNIDAD
8 TANQUE
DE ABSORCIN
SEDIMENTACIN
DE CARBON
12 3 4
78
154 TANQUE DE
9 10
SEDIMENTACIN 19 INGRESO
2 TANQUE3 TANQUE DE
DE CO2DE MEZCLAFLOCULACIN
15 LODO
21 DOSIFICACIN
DE CAL APAGADA
14 LODO
CA(OH)2
20 UNIDAD DE
APAGADO DE
CAL CA(OH)2
20
18 CO2
11 TANQUE DE
CLORACIN
18
16 UNIDAD DE
12 DOSIFICACIN
ESPEZAMIENTO
DE CLORO
17
17 UNIDAD DE
12RECALCINACIN
13
11
13 EFLUENTE
FINAL
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
PLANTA DE LODOS ACTIVADOS
2 CAMARA
3 DESARENADOR
DE REJAS 2
4 SEDIMENTADOR
5 TANQUE DE
PRIMARIO
AIREACIN
13 RETORNO
DE LODO
3
4
5
1 INGRESO DE 1DESAGE
CRUDO
26
13
7
26 REINGRESO DE
SOBRENADANTE
14 LODO
DE 15, 17 y 23
PRIMARIO
7 AIRE
8 SOLUCIN DE
15 ESPESADOR
9 TANQUE DE
CLORO
CLARIFICADOR
CONTACTO
9
6 SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
20 SOBRENADANTE
15
8
20
10
16
16 INGRESO DE
LODO DE
11 LODO
SEDIMENTADOR
PRIMARIO Y
SECUNDARIO19 GASES
10 DISPOSICIN FINAL
CH4 y CO2
12
21 1921 LICOR
12 BOMBA DE LODOS
SOBRENADANTE
DE RETORNO
18 LODO
ESPESADO
17
23 FILTRO AL VACIO
17 DIGESTOR
ANAERBICO
23
22
24
22 LODO DIGERIDO
24 LODO DESAGUADO
25
25 FILTRADO
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
4 DOSIFICACIN DE
9 CLORACIN
COAGULANTE
1 INGRESO
7 SEDIMENTACIN
DE AGUA
CRUDA
45
6
7
1
12
2
3
5 MEZCLA
6 FLOCULACIN
8
2 CAMARA
9
DE REJAS
3 REJA
MECANICA
14 13
12 LODO
8 FILTRACIN
14 SOBRENADANTE
10
13 FILTRO A
PRESIN
15
15 LODO
COMPACTADO
11 A LA RED DE DISTRIBUCIN
10 ALMACENAMIENTO
Y REGULACIN
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
ABLANDAMIENTO CON CAL Y SODA
Na2CO3
6 DOSIFICACIN DE
Ca(OH)
SODA
12 DOSIFICACIN DE CLORO
4 DOSIFICACIN DE
CAL HIDRATADA
10 RECARBONATACIN
9 SEDIMENTACIN
11 FILTRACIN
1 INGRESO
DE AGUA
CRUDA
4 5
6 7
8
9
10
11
12 1
2 3
5 MEZCLA 7 MEZCLA
8 FLOCULACIN
15 BIOXIDO 17
DE CARBONO
CO2
2 CAMARA
DE REJAS
18 CENTRIFUGA
DE LODO
16 LODO
17 LODO
3 REJA
MECANICA
20
20 SOBRENADANTE
18
13 RESERVORIO DE
ALMACENAMIENTO
19
Y REGULACIN
19 LODO COMPACTADO
14 A LA RED DE DISTRIBUCIN
13