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Tratamiento Anaeróbico de Efluentes   Reactor UASB     El Reactor Anaeróbico de Flujo ascendente (UASB) fue desarrollado por el Dr. Gatze Lettinga y sus colegas en los años 70 en la Universidad de Wageningen (Países Bajos). A priori, el equipo realizó experiencias con un filtro anaeróbico. Durante estos experimentos, Lettinga observó que además de la biomasa inmovilizada en el material de soporte, una gran proporción de biomasa se desarrollaba en gránulos compactos. El concepto principal del reactor UASB lo terminó de definir en un viaje a Sudáfrica donde observó que en una planta anaeróbica de tratamiento de la viñaza de vino los lodos se convertían en gránulos compactos.   El concepto principal del reactor UASB es retener altas cantidades de Biomasa mediante la formación de lodos granulares. Cuando se desarrolló el concepto de UASB, Lettinga vio la necesidad de promover la acumulación de lodo granular y evitar la acumulación de lodos dispersos. El régimen de flujo ascendente mantenido provee las condiciones necesarias para desarrollar los gránulos. Además, la adecuada separación de sólido-líquido-gas previene que los gránulos se desintegren o sean arrastrados por alguna corriente.   La primera planta piloto con reactor UASB, fue instalada en una refinería de azúcar de remolacha en los Países Bajos. Luego de esta primera experiencia, al momento fueron instaladas plantas en distintos lugares de los Países Bajos, y para tratar efluentes de distintos tipos de industrias alimenticias, papeleras y de reciclaje.   Este reactor se utiliza para tratamiento de efluentes de “high rate”. Desde el punto de vista constructivo, este reactor es de tipo tanque; esto implica un diseño extremadamente sencillo y económico.   La corriente cruda se distribuye en el tanque a través de entradas distribuidas apropiadamente. Luego circula en flujo ascendente a través de un lecho de lodos donde los microorganismos se ponen en contacto con los sustratos a degradar de la corriente. El lecho de lodos se compone de microorganismos que naturalmente tienden a formar gránulos o pellets de 0.5 a 2 milímetros de diámetro. Estos gránulos tienen una alta velocidad de sedimentación y gracias a esto resisten el pasaje de la corriente del sistema, aún aunque la carga hidráulica sea alta. Los gránulos de lodo no deben ser expuestos a agitación mecánica pesada, para poder colonizar en el sistema. Los gránulos de lodos tienen la siguiente ventaja sobre los lodos floculentos convencionales:   Bio-film denso y compacto. Alta adherencia. Alta resistencia mecánica Comunidad microbiana balanceada Alta actividad metanogénica. Resistencia a shocks tóxicos.   El movimiento ascendente de las burbujas del Biogás producidas causa turbulencia hidráulica, proveyendo agitación al reactor, sin ser necesaria la agitación mecánica. En el tope del reactor la fase líquida es separada de los sólidos y el gas con un separador de tres fases. Este separador generalmente consiste en un embudo por donde asciende el gas, con baffles deflectores de flujo previos a la entrada. Esta separación es también importante porque previene que el efluente tratado vuelva a contaminarse. En el gráfico se pueden ver en detalle las distintas partes mencionadas. Las cuatro aplicaciones principales de reactores anaeróbicos para efluentes industriales se hallan en las industrias de bebidas, alimentos, destilerías y papeleras. Sin embargo, en los países desarrollados rápidamente se está expandiendo esta tecnología al tratamiento de efluentes de Petroquímicas, industrias textiles y del azufre. En climas tropicales, también está comenzando a usarse para los efluentes domésticos. Las ventajas principales del reactor son: Ø    Alta efectividad de la operación del reactor, ya que permite trabajar con altas cargas orgánicas y alto ratio de remoción a temperaturas de 20º C. Ø    Operación confiable. Ø      Biogás producido con alto contenido de Metano Ø      Alta concentración de biomasa. Ø      Las reacciones se pueden separar en distintas capas y etapas, reduciendo la inhibición que provocan la grasa láctea y los lípidos. Ø      Se pueden obtener altos Tiempos de Retención de Sólidos (SRT), independientemente del Tiempo de Residencia Hidráulico (HRT) Método de diseño de un reactor UASB Existen dos caminos para diseñar un UASB, y se eligen de acuerdo a la cantidad de DQO presente en el efluente a tratar. Si carga de DQO es mayor a 5.000 mg/l, el diseño debe basarse en el Ratio de carga orgánica (OLR). En cambio, si la DQO en la corriente es menor a este valor, deben basarse los cálculos en la velocidad. Los parámetros de diseño son: DQO del efluente a tratar: 5,000 - 15,000 mg/l OLR: 4 - 12 kg COD/m3.d Tiempo de Residencia Hidráulico (TRH): 4 - 12 h V : Velocidad de flujo entre 0.6 y 0.9 m/h Q: caudal de efluente a tratar. C: concentración de DQO en la corriente cruda del efluente. Eficiencia del tratamiento de DQO: E = (DQOentrada – DQOsalida)/DQOentrada Como cálculo estimativo, el porcentaje de remoción de DQO debe estar entre un 75 y un 85 %. Cálculo basado en OLR   OLR = Q (DQOentrada – DQOsalida) * 103 Volumen del tanque: W = C * Q / OLR = (kg DQO/m3 * m3/h) / (kg DQO/m3.h) La altura del tanque H (m) puede ser calculada como:  H = HS + HSe , donde Hs es la altura de la zona de lodos y Hse es la áltura del área de sedimentación. Hs= V * TRH En general, la altura de la zona de lodos se selecciona en la siguiente tabla, de acuerdo a los valores de DQO en la corriente de efluente que ingresa.   DQO entrada Altura de zona de lodos < 3000 mg/l 3 – 5 m > 3000 mg/l 5 – 7 m   El área de sedimentación debe ser tal que HSe  ≥ 1.2 m El área superficial de un tanque UASB(m2) se calcula según A = HRT * Q / H Cálculo basado en la velocidad   Cuando la DQO en la corriente a tratar es menor a 5,000 mg/l, no sirve usar el método basado en ORL porque el lodo granular será difícil de conformar. Por lo tanto, el criterio de diseño debe ser:   V = 0,5 m/h. HRT = 4 h Hs = 3 – 5 m HSe = 1.2 m El reactor se dimensiona como: Volumen: W = Q x HRT Area: A = V / Q Para seleccionar el material de construcción deben tenerse en cuenta los dos posibles casos de corrosión que pueden aparecer:   §   Algunas cantidades de H2S gaseoso pueden pasar a través del separador y acumularse por encima del nivel de líquido del reactor. El H2S puede oxidarse a Ácido Sulfúrico y provocar corrosión del acero y el concreto. §   El óxido de Calcio (CaO), por debajo del nivel de líquido en una superficie de concreto puede disolverse con Dióxido de Carbono (CO2), en condiciones de pH muy alcalinas, produciendo corrosión.   Los materiales de construcción deben ser resistentes a estos tipos de corrosión, como Acero Inoxidable o plásticos, o bien deben recubrirse las superficies con pinturas anticorrosivas.   Condiciones de operación y puesta en marcha.   Lettinga y sus compañeros descubrieron que el reactor UASB podía procesar altas cargas una vez que el lodo granular estuviera formado. Sin embargo, también encontraron que los gránulos no se formaban con cualquier tipo de efluentes, a una velocidad apreciable.  Los efluentes cloacales y de slaughterhouse son un ejemplo de esto. Uno de los mayores inconvenientes que presentan los reactores es la lentitud de la puesta en marcha. Para cultivar una cantidad suficiente de lodo anaeróbico que sea viable para fijarse en el reactor y realizar la degradación pertinente, es necesario un período de tiempo considerable. Esto se debe a que los microorganismos anaeróbicos pueden no estar alimentados durante largo tiempo y sobrevivir. Un dato útil es que los lodos anaeróbicos existentes en una instalación a gran escala pueden ser utilizados para poner en marcha instalaciones nuevas, aún en el caso de que las corrientes a tratar difieran significativamente en composición y volumen.   En general, una puesta en marcha en condiciones de temperatura de 20 º C puede llevar entre 2 y 3 semanas. En el peor de los casos, la duración puede extenderse entre 3 y 4 meses.  La carga hidráulica de la puesta en marcha es siempre un 50 % de la carga hidráulica de diseño, y recién cuando se alcanza el valor de carga de diseño se puede considerar que ha finalizado la operación de puesta en marcha.      El Tiempo de Residencia Hidráulico (TRH) debe ser el adecuado para que las bacterias filamentosas y no colonizadoras sean arrastradas fuera del reactor, especialmente durante la puesta en marcha. La alimentación generalmente requiere un pH mayor a 5.5 y una alcalinidad suficiente para mantener un pH estable a lo largo de toda la operación. La temperatura del efluente debe ser mayor a 5 º C para no impedir la etapa 1 de las bacterias Metanogénicas, que es la Hidrólisis. En invierno puede ser necesario utilizar algo del Metano producido para calentar la corriente a tratar en el reactor.   Para que los microorganismos sobrevivan, debe mantenerse una proporción de DQO : Nitrógeno : Fósforo de 350:5:1. Para mantener estos valores, se agregan compuestos químicos como NH4H2PO4, KH2PO4, (NH4)2CO3, entre otros. Los sólidos suspendidos (SS) pueden afectar el proceso anaeróbico de muchas maneras:   ·   Formación de espuma por la presencia de agentes con propiedades espumantes, como grasa y lípidos ·   Obstrucción y retardado de la formación de barros granulares. ·   Entrampado de lodo granular en una capa de materia insoluble y consecuente desintegración de los gránulos ·    Arrastre de los lodos fuera del reactor. ·   Caída de la actividad metanogénica debido a la acumulación de SS.   Por lo tanto, la concentración de SS en la alimentación al reactor no debería exceder los 500 mg/l. En las etapas 2 y 3, de acidogénesis y acetogénesis el pH se reduce, y la capacidad de buffer del efluente debe ser ajustada para una alcalinidad equivalente a 1000 – 5000 mg/l de CaCO3. Para efluentes solubles, la agitación que genera el Biogás producido es suficiente para asegurar un adecuado contacto entre los lodos y el sustrato a tratar.   Tensiones hidráulicas en el reactor pueden causar pérdidas y arrastre de los gránulos: es importante el parámetro de la velocidad superficial del líquido en flujo ascendente. Este parámetro debe ser de alrededor de 1 m/hora. Velocidades muy altas causan arrastre de los gránulos, pero velocidades muy bajas hacen que se forme un goterón de gas entre los gránulos que eventualmente puede encapsularlos y luego arrastrarlos. La experiencia da valores para los parámetros de diseño que garantizan un funcionamiento exitoso del reactor   Links     Filtración Multimedia Clarificación Intercambio Iónico Ósmosis Inversa Efluentes Desinfección Sistemas EDI Automatismo y Control Torres de enfriamiento Otros §   Temas Económicos §   Ingeniería §   Agua de Consumo §   Dosificación §   Varios