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REACTORES ANAERÓBICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES
Dr. Ing. Wolfgang Wagner Nov. 2015
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Balance anaeróbica y aeróbica de la DQO
Blindthema 2
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Tipos de tratamiento anaeróbico
Blindthema 3
Fuente: ATV-Fachausschuss 7.5 /1990 Korrespondenz Abwasser
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Degradación biológica de materia orgánica
Blindthema 5
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Condiciones que favorecen la degradación anaeróbico
Blindthema 6
Parámetro Condición
Temperatura Intervalo optimo mesofilico
(20 -35 °C)
Medio Anaeróbico, OD
(Oxígeno disuelto) = 0
Substancias toxicas Como metales pesados y
sulfuros ausentes
Nutrientes Nitrógeno, fosforo, trazas de
Ca, Mg, Fe, para asegurar el
crecimiento de los
microrganismos
PH 6,5 – 7,6
Alcalinidad 1000 – 5000 mg/l CaCO3*
Ácidos volátiles Inferior a 250 mg/l*
*Para evitar que el valor de pH descienda por debajo de 6,2, que es el límite de la actividad de las bacterias formadoras de metano
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Esquema de un reactor UASB “Upflow anaerobic sludge blanket” también D.A.F.A. (Digestor Anaeróbico de Flujo Ascendente)
Blindthema 7
deflectores
separador
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Pre- y posttratamiento del reactor UASB
Blindthema 8
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Alternativa reactor UASB
Blindthema 9
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Reactor UASB (con muchas colectores de gas / aguas residuales industriales)
Blindthema 10
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UASB-reactor para 3.000 hab. (Jalapa / Nicaragua)
11 Blindthema
Vista de arriba Canales para el efluente
Vista de arriba Distribución del afluente
Corte Separadores
Esto no es bueno
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Reactor UASB en Managua /Nicaragua
Blindthema 12
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Reactor UASB en Managua /Nicaragua
Blindthema 13
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Planta con reactor UASB San Juan del sur /Nicaragua
Blindthema 14
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Esquema de un módulo del reactor UASB / distribución del afluente /San Juan del Sur/Nicaragua
Blindthema 15
Caja de distr. Caja de distr.
Caja de distr. Caja de distr.
Caja de distr. Caja de distr.
Distribuidor 1
Distribuidor 2.1
Distribuidor 2.2
25
,5
16,8
Mangueras D = 5cm
Tuberias para los 2 modulos previstos en el futuro
Modulo 1
Modulo 2
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Esquema de un módulo del reactor UASB /San Juan del Sur / distribución del afluente
Blindthema 16
Caja de distribuicion
Caja de distr.
Caja de distribuicion
Caja de distr.
Caja de distr. Caja de distr.
Caja de distr. Caja de distr. 25
,5
16,8
Modulo 1
Modulo 2
Purga de lodoModulo 1
Purga de lodoModulo 2
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Distribución del agua en los 4 tanques
Blindthema 17
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RALF = Modificación del reactor UASB (reactor anaeróbico de leito fluidificado)
Blindthema 18
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Reactor RALF
Blindthema 19
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RALF Monteagudo
Blindthema 20
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Distribuidor de un reactor RALF
Blindthema 21
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Ventajas reactores UASB
Blindthema 22
• Poca demanda de área
• Reducción de emisión de CH4 por el quemador
• En caso de una operación correcta, no hay olores
• Técnica sencilla
• Poca demanda de energía (mezcla por el gas producido)
• No hay dispositivos móviles en el reactor
• Pocos pasos (agua y lodo son tratados en un paso)
• Estabilización del lodo (tiempo de edad > 30 días)
• También es posible estabilizar en el reactor el lodo de filtros percoladores y lodos
activados en el sistema
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Ventajas reactores UASB
Blindthema 23
• Las instalaciones pueden ser construidas en todos los países
• Operación y mantenimiento fácil
• Bajos costos de inversión y de la operación
• El uso del gas es posible
• Tratamiento de aguas industriales con altas cargas es posible
• Apta para pequeñas y grandes unidades
• Almacenamiento del lodo en el reactor es posible por mucho tiempo (meses)
• No problemas de obstrucciones
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Desventajas reactores UASB
Blindthema 24
• Se necesita un know how especial
• Con respecto al diseño faltan normas y pautas claras ( técnica que se usa para aguas
residuales municipales desde 20 anos)
• Su uso no es posible en caso de temperaturas menor que 15 grados C (temperatura
promedia en el mes mas frio del ano)
• En caso de errores de operación hay peligro de olores
• No es posible eliminar muchos patógenos
• No hay una eliminación de nutrientes ( N - 5 %)
• Sensible a tóxicos (metales pesados)
• Mucho tiempo para la fase inicial
• Posttratamiento normalmente necesario
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Condiciones para el uso del sistema
Blindthema 25
• Concentración mínima de la DQO > 250 mg/L
• Deseable serián > 400 mg DQO/L
• Valor de pH 6,5 hasta 9
• Aceites y grasas < 100 mg/L
• Solidos suspendidos < 500 mg/L
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Determinación del volumen del reactor / carga hidráulica volumétrica (importante para aguas residuales municipales)
Blindthema 26
• Carga hidráulica volumétrica:
𝐶𝐻𝑉 =𝑄
𝑉=
1
𝑇𝐷𝐻
CHV < 5 m3/(m3·d) significa (TDH > 4.8 hs)
• Con:
• CHV = carga hidráulica volumétrica (m3 /(m3∙d)
• Q = caudal afluente promedio (m3/d)
• V = volumen del reactor (m3)
• TDH = tiempo de retención hidráulico (d) / depende de la temperatura
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Determinación del Volumen del reactor / carga hidráulica volumétrica
Blindthema 27
Para concentración normalmente < 2.500 mg DQO/l, es solamente el tiempo de retención importante para el diseño
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Tiempos de retención (TRH) para el diseño de reactores UASB
Blindthema 28
Temperatura del
agua (°C)
TRH
Qmedio
(h)
TRH
Qmáximo *
(h)
16 -19 >10 -14 h >7 - 9 h
20 -26 >6 -9 h >4 - 6 h
>26 > 6 h > 4 h
*TRHQmáximo vale para el caudal, que se da durante un tiempo máx.4-6 horas por día
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Volúmenes de reactores UASB Dependencias
Blindthema 29
0
20
40
60
80
100
120
140
80 100 120 140 160 180 200
Vo
lum
en
esp
eci
fica
(l /
hab
.) d
el
reac
tor
Agua diaria, que entra en la planta (l/(hab.d)
5
10
15
Tiempo de detención (h)
Clima my caliente
Clima temprano
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Blindthema 30
Q v (m/h)
medio
máximo
pico
0.5-0.7
0.9-1.1
< 1.5
Los picos tendrán una duración máxima de 2-4 hs por día Los medios tendrán una
duración máxima de 4-6 hs por
día
Velocidad ascensional del flujo v = Q/A = H/TDH
Con: v = velocidad ascensional (m/h)
A = área superficial (m2) H = altura del reactor (m)
Corresponde a la zona de digestión y el valor máximo depende de las características del lodo presente y de las cargas aplicadas. Para líquidos domésticos:
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Distribución del caudal de las aguas residuales sobre un día de una cuidad de 50.000 habitantes. (Fuente: Imhoff)
Blindthema 31
En caso de la existencia de estaciones de bombeo o picos muy grandes puede ser necesario instalar tanques de ecualización Para estaciones del bombeo se recomienda una regulación de la frecuencia para evitar plazos del bombeo y plazos sin bombeo Problemas en caso de sistemas combinados (agua negra y agua de lluvia)
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Aumento de la velocidad de la degradación en dependencia de la temperatura del agua (cada 1°C por 11 %)
Blindthema 32
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20 25 30 35
Ve
loci
dad
re
lati
va d
e la
de
grad
acio
n
Temperatura C°
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Carga biológica (carga de lodo)
Blindthema 33
CB =𝑄×𝑆
𝑀
Con: CB = carga biológica (kgDQO/(kgSSV·d)
Q = caudal afluente (m3/d)
S = concentración de sustrato afluente (kg DQO/m3)
M = masa de microorganismos en el reactor (kg SSV/m3
Durante la operación) en caso del tratamiento de aguas residuales municipales se pueden
esperar valores de CB = 0,05 - 0,5 kg DQO/(kg SSV·d).
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Blindthema 34
TRATABILIDAD DE LOS EFLUENTES:
Para escoger el tratamiento más adecuado y evaluar la producción de sólidos biológicos,
metano, etc, se deben conocer las caract.del líquido a tratar: DBO, DQO, pH, alcalinidad,
contenido de nutrientes, temperatura, presencia de compuestos tóxicos.
Los compuestos presentes en el afluente pueden ser clasificados como de degradación
fácil, difícil o no degradables.
Balance de DQO en el proceso de degradación:
DQO total
DQO bd
DQO rec
DQO cel
DQO AGV
DQO rec
DQO cel
DQO AGV
DQO CH4
DQO rec
DQO rem
DQO no rem
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Blindthema 35
La remoción de DQO se da en la etapa final metanogénica, donde se forma CH4 (muy
poco soluble). La MO inicial termina siendo liberada a la atmósfera en forma de CH4,
reduciendo así el contenido orgánico del efluente.
Producción de CH4 degradando DQO:
Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (16gr) (64gr) (44gr) (36gr)
De la ecuación surge que 1 mol de CH4 requiere 2 moles de O2 para su completa
oxidación.
En resumen, cada 16 gr de CH4 producido y liberado se
consumen 64 gr de O2 (se remueven 64 gr de DQO).
Pesos
moneculares C 12,011 O 15,999 H 1,008
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Inhibición y Toxicad
Blindthema 36
Inhibición – Disminución de la
velocidad de los procesos biológicos
Toxidad – Mortalidad de todos las
bacterias / na hay reacciones
En caso de aguas residuales
domesticas normalmente –
no es un problema
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Inhibición y Toxicad de metales pesados (μg/l)
Blindthema 37
Köhler, R Scherger, K.; Steiner A.
Konzeli-Katsiri, A.; Kartsonas, N.
Metales pesados
Inhibición Toxicad Inhibición Toxicad Inhibición Toxicad
Cobre (Cu) 150 -250 300 40 -250 40 -250 170 -300
Cadmio (Cd) - - 150 -600 - - 20 -600
Zinc (Zn) Rd. 150 250 250 -400 250 -600 150 -400 250 -600
Níquel (Ni) 100 -300 500 10 -300 130 -500 10 -300 30 -1000
Plomo (Pb) - - 340 340 300 -340 340
Cromo III (Cr) 100 -300 500 120 -500 260 -500 120 -300 200 -500
Cromo VI (Cr) Rd. 100 200 100 -110 200 -220 100 -110 200 -420
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Estimulación y inhibición de sales
Blindthema 38
Cationes Concentración mg/l
Estimulación Modérate
inhibición
Fuerte
inhibición
Calcio 100 -200 2500 -4500 8000
Magnesio 75 -100 1000 -1500 3000
Potasio 200 -400 2500 -4500 12000
Sodio 100 - 200 3500 -5500 8000
Fuente: McCarty (1964)
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Producción de biogases
Blindthema 39
VCH4 = DQOCH4 / k(T)
con K(T) = K·P / [R·(273+T)]
Con:
VCH4 = volumen de CH4 liberado (L)
DQOCH4 = DQO convertida en metano (g DQO removido)
K = g DQO por 1 mol de CH4 (64 g DQO / mol CH4)
R = cte. de los gases [0,08206 atm.L/(mol.·°K)]
P, T = presión atmosférica (atm) y temperatura (°C)
60-90% CH4 y 10-40% CO2 Se puede calcular en caso de una temperatura de 20 °C y presión nivel del mar (1,013atm.) con 0,375 L CH4 gas por g DQOCH4.removido
Removido significa aquí – transferido en CH4
En condiciones estándares (1,013 atm; 0 C°) se puede calcular con 0,35 L CH4 gas por g DQOCH4.rem. o 1m3 CH4 ≈ 2,86 kg DQOCH4
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Formación de CH4-gas por la remoción de 1 g DQOremovido
(importante saber que hablamos de m3 o m3 estándar (Vn))
Blindthema 40
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
l CH
4 g
as /
g D
QO
rem
ovi
do
Presion atmosferica (atm)
10
20
30
Temperatura °C
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Producción de gas en función de la temperatura y la presión
Blindthema 41
Considerando perdidas (gas disuelto en el agua y gas que el separador no puede captar) se puede calcular en la práctica con ≈ 200 L biogas usable/kg DQORemovido (m3 estándar / DIN 1343/ T = 0 °C /pn = 101325 Pa).
Removido significa aquí – transferido en CH4
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Energía de mezcla, producida por el biogás
Blindthema 42
Energía necesaria para mezcla completa 5 W/m3
5 W/m3 corresponde 1,8 m3 biogas/(Vol-reactor m3·h) o 43 m3 biogas/(Vol-reactor m3.d)
no se puede producir mezcla completa / no es el fin
Valor promedio en reactores para aguas residuales municipales UASB :
aprox. 0,3 hasta 1 m3 biogas/( Vol-reactor m3·d)
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Afluente de la planta: 150 l/(hab·d) CH4 soluble en efluente 150 l/(hab·d) ·15 mg/l = 2,25 g CH4/(hab.d) 2,25 g CH4/l Corresponde 9 g CSB/(hab.d) o 10 % del CSB de la entrada sale como CH4 disuelto
Blindthema 43
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 5 10 15 20 25 30 35
mg
CH
4 d
isu
elt
o e
n a
gua
Temperatura °C
Concentracion de saturacion del metano en agua en caso de 70 % metano en el biogas
1 bar (nivel del mar) 0,7 bar (altura 3000 m)
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Balance de la DQO / Estimacion Remoción 75 %
Blindthema 44
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„Sistema biogás“
Blindthema 45
Velocidad máxima en la tuberías para el transporte del biogás < 3,5 m/s Quemador del biogás se dimensiona para 1,8 del caudal promedio del día Condensado es muy agresivo (corrosión)
![Page 45: REACTORES ANAERÓBICOS PARA EL …ceh-flumen64.cedex.es/tecnologia/XXXIII-curso/18-11-2015/...30 Blindthema Q v (m/h) medio máximo pico 0.5-0.7 0.9-1.1 < 1.5 Los picos tendrán una](https://reader031.fdokumen.com/reader031/viewer/2022013020/5e8c9296cff0a95857763cf5/html5/thumbnails/45.jpg)
Separador sumergido
Blindthema 46
Ventajas • El volumen total del reactor sirve como un decantador • La presión del gas facilite su uso (generadores etc) • En el caso de la instalación de un quemador, el sello hidráulico sirve
como protección de una explosión
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Separador con presión atmosférica
Blindthema 47
abierto
Ventaja Bueno acceso en caso de reparación, inspección y mantenimiento
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Medidor de presión y temperatura
Blindthema 48
Fotos : Christoph Platzer /Empresa do rotaria Brasil
Medición del caudal del gas
Medición de temperatura y presión
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Medidor de presión y temperatura
Blindthema 49
Fotos : Christoph Platzer /Empresa do rotaria Brasil
Los medidores indican normalmente Vn, significa volúmenes estándares
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Quemador del biogás
Blindthema 50
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Aérea peligroso de biogás (explosión)
Blindthema 51
Porcentaje del metano Vol. %
Lim
ites
de
exp
losi
ón
del
bio
gas
Vo
l. %
Porcentaje del metano Vol. %
Limite explosión arriba
Limite explosión abajo
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Medidores de Biogás
Blindthema 52
Medición del flujo de biogás
Medición de la composición de Biogás
Fotos: Christoph Platzer / Empresa do rotaria Brasil
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Flujo de agua residual, biogás y metano sobre el día
Blindthema 53
Datos: Christoph Platzer/Empresa do rotaria Brasil
Es evidente: picos sobre el día
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Composición del biogás en 4 separatas plantas de tratamiento de aguas residuales
Blindthema 54
Datos: Christoph Platzer/ Empresa do rotaria Brasil
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Uso de la energía producida
Blindthema 55
Energía total en el agua residual de la entrada:
0,1 kg DQO/(hab·d) · 365 d/a· 3,49 kWh/kg DQO ≈ 127 kWh/(hab.∙a)
Energía en el gas de digestión:
19 L/(hab·d) con 6,5 kWh/m3 gas corresponde 0,124 kWh/(hab·d) / 45 kWh/(hab·a)
Esta energía se puede utilizar directamente como energía térmica (eficiencia térmica ≈ 85 %)
O
En plantas de cogeneración (generadores eléctricos)
• Eficiencia eléctrica hasta el 44 % / en la practica valor promedio 28 %
• Significa para 1.000 hab., se puede generar aproximadamente 1,5 KW energía eléctrica
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Uso de la energía producida
Blindthema 56
La indicación de un tamaño de plantas donde es económicamente favorable producir energía
eléctrica es problemático, aparte de la declaración:
cuanto mayor es la planta, más eficiente es la producción de energía.
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Factores que deben ser tomados durante de la planificación en consideración
Blindthema 57
• Cuáles sean los costos para la compra de energía eléctrica externa
• Cuánto energía eléctrica se requiere en la planta de tratamiento de aguas residuales
• Sea posible y interesante, enviar la energía eléctrica producida (o partes de esta energía)
en la red pública y cobrar dinero.
• Puede ser interesante utilizar la energía térmica producida.
• Es el personal de la planta de tratamiento suficientemente calificado para hacerse cargo de
la operación de una planta con cogeneración de energía eléctrica.
• Puede ser interesante de vender directamente el gas producido para su utilización en otros
lugares?
• Cuanto dinero hay que pagar para los generadores en el país de instalación ( transporte /
aduana / impuestos)
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Unidad generador-motor
Blindthema 58
Fotos: Christoph Platzer / Empresa do rotaria Brasil
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Valores para la estimación del potencial de la producción de energía eléctrica
Blindthema 59
Energia del gas100 %
Calor65 -70 %
energia electrica30 - 35 %
Generador
Remoción DQO 75%
Gas 170 l/(kg DQOrem∙d)
Uso electica 33 %
Energía del gas 6,5 kWh/m3
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Costos específicos para plantas de cogeneración
Blindthema 60
Potencia [KWelectrica]
Co
sto
s e
spe
cifi
cos
[Eu
ro/k
Wh
]
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Costos adicionales de plantas de cogeneración
Blindthema 61
Potencia del generador [KWelectric]
Co
sto
s d
e la
pe
rife
ria
[Eu
ro/k
Wh
]
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Calculo de los costos de la energía eléctrica (1)
Blindthema 62
Habitantes 100.000 Hab.
DQO especifico / valor promedio del ano 100 g/(Hab·d)
DQO diario/ valor promedio del ano 10.000 kg /d
Remoción 70%
DQO removida 7.000 kg /d
Gas usable 195 l/kg DQOremovida
Gas producción 1.365 m3/d
Contenido de energía 6,5 kWh/m3
Energía del gas producido 8.840 kWh/d
Usable para energía el. 30 %
Energía eléctrica usable 2.652 kWh/d
Energía eléctrica usable (anual) 967.980 kWh/a
Numero de generadores 1
Tiempo de operación del generador 7.500 h/a
Potencia eléctrica potencia máxima 129 kW
Costos específicos / Figura 1 1.000 Euro/kW
Costos generador 129.000 Euro
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Calculo de los costos de la energía eléctrica (2)
Blindthema 63
Alcancen de gas 500 m3
Costos específicos almacén de gas 200 Euro/m3
Costos almacén de gas 100.000 Euro
Costos periferia 125.000 Euro
Costos de inversión 354.000 Euro
Costos para diseño y la supervisión 15 % de la inversión
Costos inversión con planificación 407.100 Euro
Costos anuales para el capital 10 %
Costos anuales, capital 40.000 Euro/año
Costos del mantenimiento 5 % /a
Costos del mantenimiento 20.000 Euro/año
Costos anuales totales 60.000 Euro/año
Energía producida 967.980 Euro/año
Costos especificas 0,062 Euro/kWh
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Blindthema 64
Distribución del afluente: Se debe distribuir el sustrato afluente en forma uniforme en la parte inferior del reactor, evitando cortocircuitos a través de la capa inferior de lodo. Esto es fundamental cuando se tratan líquidos domésticos o la temperatura de operación es baja ya que la producción de gas no es suficiente como para lograr la mezcla adecuada. El sistema se diseña a partir de un canal de distribución ubicado en la parte superior, que distribuye el afluente a través de tubos que descargan el líquido en la zona inferior del reactor.
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Entrada redonda
Blindthema 65
Wehr
ZulaufpunktZulaufpunkt
Zulauf
Rundes Einlaufsystem
Vista de arriba
Corte Vertedero
Afluente
Tubería de distribución (manguera?)
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Sistema de distribución
Blindthema 66
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Distribución de agua la fondo / fin de las tuberías
Blindthema 67
• Diámetro conducción Ø 75-100 mm para evitar obstrucciones
• Velocidad < 0.2 m/s para evitar ingreso de aire al
reactor • En la zona inferior se busca tener una velocidad
mayor para favorecer la mezcla y evitar sedimentaciones en la zona cercana: Ø 40-50 mm
• Número de tubos (Nd): se determina en función del A
del reactor y del área de influencia de cada distribuidor (Ad). Nd = A / Ad. Para líquidos domésticos se puede asumir Ad = 1,5-3 m2
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Distribución de agua la fondo / fin de las tuberías Solución alternativa
Blindthema 68
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Separación de gases
Blindthema 69
𝑇𝑔𝑎𝑠 =𝑄𝑔𝑎𝑠
𝐴𝑖
Con:
Tgas = tasa de liberación de gas (m3/(m2·h))
Qgas = producción esperada de gas (m3/h)
Ai = área de la interface líquido-gas (m2)
Se recomiendan valores de Tgas 1-3 m3/(m2·h), por lo que determinando Qgas se puede
obtener el área de interface.
Área de interface Ai
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Separación de solidos
Blindthema 70
La profundidad de la cámara de sedimentación es 1,5 - 2 m
Q Vs (m/h) TRH (h)
Medio 0,6 – 0,8 1,5 -2
Máximo < 1,2 ≥ 1,0
Pico (2 hasta 4 horas) <1,6 ≥ 0,6
Velocidad ascensional y tiempo de retención en el sedimentador
Qm (m3/h) 2 - 2,3 m/h
Qmax (m3/h) 4 – 4,2 m/h
Qpico (m3/h) 5,5 - 6 m/h
Velocidades en las aberturas entre volumen-reactor y volumen-sedimentador
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Sistema de extracción de lodo
Blindthema 71
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Válvulas para la extracción del lodo
Blindthema 72
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Producción de lodo en un reactor UASB
Blindthema 73
El coeficiente de producción de lodo, se puede estimar desde
0,1 hasta 0,2 kg SS/kg DQOaplicado
.
Significa se puede esperar una producción de lodo por habitante de aproximadamente
0,15 kg SS/kg DQOaplicado ∙ 100 g DQO/(hab·d) =
15 g SST/d ó 5,5 kg SS/(hab·año)
SS- Solidos sedimentables
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Conversión de „masa de lodo“ en „volumen del lodo“
Blindthema 74
𝑉𝑠 =𝑃𝑠
𝛾 × (𝐶𝑠 100)
Con: Ps Producción de solidos (kg SS/d) Vs Volumen del lodo (m3/d) γ Densidad del lodo (kg/m3) (normalmente entre 1,02 y 1,04) Cs Solidos en el lodo (%)
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Tipos de lodos / Formación de pellets
Blindthema 75
Granular Floculante Disperso
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Características de pellets
Blindthema 76
• 0,5 -3 mm perímetro
• Agregaciones de bacterias anaeróbicas
• Son fijos
• Buen sedimentación
• Buena protección altos valores de pH-valores extremos
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Pellets
Blindthema 77
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Condiciones favorables para la formación de pellets
Blindthema 78
• No hay muchos sólidos en el agua residual
• Mas favorable son aguas residuales con concentraciones bajas (< 1000 mg DQO/l)
• Tiempo de retención menos que 10 horas
• Concentraciones de calcio 50 -150 mg/l en afluente
• Concentraciones de hierro 50 – 150 mg/l en afluente
• Velocidad constante
• Ácidos acéticos < 200 mg/l en el lecho de lodo
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Remoción de la DBO y DQO en función del tiempo de retención
Blindthema 79
Fuente : Chernicharo
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Remoción de la DQO en función de la temperatura (Fuente Urban)
Blindthema 80
Fuente : Urban / Base diferentes Plantas UASB para tratamiento de aguas residuales municipales / elaborado a base de publicaciones de Mergaert; Singh, Elmitwalli; Monroy, Seghezzo; Abdel-Halim
Estos valores veo con dudas
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Concentración de los solidos suspendidos en el efluente como función del tiempo de retención
Blindthema 81
Eliminación de gérmenes patógenos en reactores UASB
Eliminación
Unidades Log10
Bacteria 0 - 1
Helmintos 1 - 2
Virus 0 - 1
Quistes 1 - 2
Fuente : Chernicharo
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Blindthema 82
Parámetro Unidad Valor
Tiempo de detención promedio h 4 - 20
Velocidad promedia m/h 0,2 - 1,0
Carga volumétrica Kg DQO/(m3∙d) 0,4 - 3,6
Carga de lodo g DQO/kg oTS 0,05 - 0,5
Valores evaluados de plantas de tratamiento de aguas urbanas en operación
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Materiales para la construcción
Blindthema 83
• En el reactor se desarrolla un medio ambiente corrosivo.
• Especialmente para el espacio libre debajo de la tapa, que no
está inundado y donde se encuentran gases (producción de
H2S)
• Evitar materiales corrosivos, especialmente acero sin
protección
• Ni siquiera el uso de acero inoxidable es una protección
perfecta y tampoco sirve la protección con pinturas
• El material más apto es hormigón armado de una calidad muy
alta
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Protección del hormigón DIN 4030 (reglamento alemán)
Blindthema 84
Valor de pH
en el agua
condensada
en el muro
Grado de
corrosión
Destrucción de la
superficie de
hormigón
Por año
Necesidad de
rehabilitación
en años
Medidas de protección
13
12
11
10
9
8
Hormigón denso de una
alta calidad
7
6 poco Muy poco > 80 años
5
4 fuerte < 0,5 mm > 40 años
HS-cemento, hormigón
para sacrificar, piedras
con cal
3
2
1
0
Muy fuerte > 0,5 mm > 5 años
Revestimiento para
protección (PVC y otros)
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Planta después de 7 anos de operación
Blindthema 85
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Materiales para la construcción
Blindthema 86
• Se recomienda el uso de plástico (para las tuberías de la entrada
y salida)
• tablas de madera dura
• componentes de fibras de vidrio armado con poliéster.
• Para hormigón usar un cemento con una grande resistencia a
sulfuros y áridos con un parte de cal
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Recomendaciones para la puesta en marcha
Blindthema 87
• Empezar con un caudal controlado menor que el del diseño
• Estricto control del pH y de la presencia de Ácidos Grasos Volátiles
• Medir la relación entre la biomasa activa y la capacidad de digestión biológica de la
materia orgánica (AME)
• Medir la sedimentabilidad del lodo (IVL) / con el cono Imhoff
• Degradación máxima después de 3 hasta 6 meses
• Inoculación con lodo maduro de otros reactores anaeróbicos puede ayudar a disminuir la
duración de la puesta en marcha ( Volumen inoculado ≈ 5 % del volumen total)
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Sugerencia para un programa (mínimo) de control de la planta en la fase de la puesta en marcha
Blindthema 88
Medición en la entrada:
Caudales ( m3/d) diario
Caudal máximo ( L/s) diario
Caudal mínimo ( L/s) diario
DBO total ( mg/L) una vez a la semana
DBO soluble ( mg/L) una vez a la semana
DQO total ( mg/L) una vez a la semana
Sólidos suspendidos ( mg/L) una vez a la semana
Temperatura del agua ( ºC) una vez a la semana
PH ( -) una vez a la semana
Alcalidad (mg/L) una vez a la semana
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Sugerencia para un programa (mínimo) de control de la planta en la fase de la puesta en marcha
Blindthema 89
Medición al efluente del reactor:
DBO total ( mg/L) una vez a la semana
DBO soluble ( mg/L) una vez a la semana
DQO total ( mg/L) una vez a la semana
Sólidos suspendidos ( mg/L) una vez a la semana
Temperatura del agua ( ºC) una vez a la semana
PH ( -) una vez a la semana
Oxigeno disuelto (mg/l) una vez a la semana
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Sugerencia para un programa (mínimo) de control de la planta en la fase de la puesta en marcha
Blindthema 90
Medición de la concentración del lodo
en los reactores
( % SS) una vez a la semana
Medición de la parte volátil ( %) una vez a la semana
Medición de biogás producido (m3/d) diario
Control de la producción de lodo y de gas en los reactores UASB.
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Operación
Blindthema 91
• Controlar el funcionamiento del desarenador antes del reactor UASB (limpieza!)
• Medir las cargas orgánicas y caudales; comparar los con los valores del diseño de la
planta
• En caso de valores mucho más alto que los valores del diseño; examinar sus origines
• En caso de valores mucho más bajos que los valores del diseño; examinar las razones
(áreas no conectadas; examinar que tiene sentido poner módulos fuera de servicio)
• Controlar la producción de gas (no gas – significa - no remoción)/quemador
• Eliminar la carpa de nata en la superficie y en la campana del separador
• Controlar los vertederos de distribución del afluente
• Medir los sólidos suspendidos (SS) del efluente < 1 mL/Ll (cono Imhoff)
• Sacar lodo en caso de SS muy altos (> 1 mL/L Cono Imhoff)
• En caso de la purga sacar menor que 25 % de la masa de sólidos volátiles del reactor
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Producción y purga de espuma
Blindthema 92
Espuma en el separador
Plancha para retener espuma
Espuma en el área de sedimentación
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Válvula automatizada para sacar espuma
Blindthema 93
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Posibilidad para evitar danos en la construcción por obstrucciones
Blindthema 94
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Distribución posible de los sólidos suspendidos volátiles con la profundidad de un reactor UASB
Blindthema 95
Masa de lodo = 17,7 m3 · (7 + 10 + 35 + 45 + 50) kg/m3 = 2.602 kg Concentración promedia en el volumen del reactor de 29,4 kg SSV/m3
La relación entre solidos suspendidos y solidos suspendidos volátiles tiene un gran rango entre 0,4 hasta 0,8 SSV/SST Concentraciones al fondo entre 40 hasta 100 kg SSV/m3.
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Descarga de lodo
Blindthema 96
*
*
*
* *
*
*
x
x
x
xx
x x
1
1
2
2 3
(Rh= 4 h)
(Rh= 8 h)
100 100
80 80
60 60
40 40
20 20
0 020 2040 4060 6080 80100 100
Descarga de lodo (%) Descarga de lodo (%)
DQ
O=
De
gra
da
cio
n(%
)
DQ
O=
De
gra
da
cio
n(%
)
o
oo o
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Blindthema 97
Distribución del agua
Distribución del agua
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Blindthema 98
Quemador de un RALF
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Blindthema 99
Cono de Imhoff
Reposar un litro de agua bien
homogenizada en el cono
Sedimentación de 1 o 2 horas
Profundidad 40 cm
Leer el nivel de sólidos
sedimentados
Medido (ml/l)
Aguas domestícales 3-9 ml/l
Aguas después UASB < 1 ml/l
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Posttratamiento
Blindthema 100
1. Por lagunas
Lagunas facultativas
Lagunas de maduración
2. Por reactores de biofilm Filtros percoladores
Filtros anaeróbicos
Filtros aireados
3. Por lodos activados
Plantas convencionales
Plantas SBR
4. Por plantas de flotación
5. Por plantas de filtraciones
6. Por plantas de desinfección Cloro
Ozono
UV-radiación
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Consideración de los costos
Blindthema 101
Costos de inversión – 7 hasta 20 US$ por habitante
– Pequeñas unidades 20 hasta 50 US$ por habitante
– Dependen de
• los costos de construcciones en el país
• Consumo especifico del agua (l/(hab·d)
• TRH Temperatura
– Proyectos realizados en Bolivia 2007 aproxi. 150 US$ por m3-Volumen usable ( fueron precios muy bajos)
– otros autores indican costos mayor que 300 US$/m3 Volumen usable
Costos anuales de operación (mantenimiento y inspecciones / sin costos de energía) 2 % de los costos de la inversión
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Volúmenes específicos del reactor (l/hab.) en función de la temperatura y consumo especifico de agua
Blindthema 102
Consumo especifico Temp. (°C) 25 20 15 l/(hab·d) TRH (h) 6 9 12
50 12,5 18,8 25 100 25 37,5 50 150 37,5 56,3 75 200 50 75 100
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Filtros anaeróbicos (FAFA)
Blindthema 103
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Filtros anaeróbicos; parámetros para la construcción
Blindthema 104
profundidad útil: 1,80 m
en el caso redondo - diámetro : 0,95 - 5,40 m
en caso rectangular - ancho: 0,85 - 5,40 m
vol. útil mín.: 1,25 m3
altura del relleno : 1,2 m
falso fondo: min 30 cm sobre el fondo
salida del efluente: nivel de líquido mínimo de 30 cm sobre el lecho
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Filtros anaeróbicos (FAFA), sistema
Blindthema 105
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Plano / Corte 1-1 de un filtro anaerobico
Blindthema 106
Tubería DN 100 para la recolección del efluente se encuentra 30 cm arriba de los filtros / con perforaciones de 0,01 m cada 0,10 m
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Plano / Corte 2-2 de un filtro anaeróbico
Blindthema 107
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Filtros anaeróbicos (FAFA) después de la construcción
Blindthema 108
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Diseño del filtro / Tiempo de retención
Blindthema 109
Q (L/d) TRH (d)
Temperatura 15 – 25 °C < 15 °C
< 1500 1 1,17
1501 -3000 0,92 1,08
3001 - 4500 0,83 1
4501 -6000 0,75 0,92
6001 -7500 0,67 0,83
7501 - 9000 0,58 0,75
>9000 0,5 0,75
𝑉 = 1,60 × 𝑁 × 𝐶 × 𝑇𝑅𝐻
V = volumen total del filtro (m3) N = habitantes contribuyentes al sistema (hab) C = dotación por habitante (L/(hab·d)) TRH = tiempo retención hidráulica (d)
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Diseño del filtro / Velocidad vertical
Blindthema 110
Velocidad vertical < 1,0 m/h
Carga hidráulica entre 6 hasta 18 m3/(m2·d)
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Blindthema 111
Medio soporte: piedra tipo manzana (canto rodado) de 8 o 10 cm de diámetro
Filtros anaeróbicos
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Blindthema 112
Controlar el efluente a solidos suspendidos (> 1 ml/l)
En este caso lavar el filtro
Tareas filtros anaeróbicos
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Requerimientos con respecto al material del relleno
Blindthema 113
Demanda Objetivo
Alta resistencia
estructural
Tiene que ser capaz a portar su propio peso y el
peso del biofilm
Biológico y químico
Inerte
Evitar reacciones entre el relleno y los
microorganismos
Peso específico muy
bajo
Para evitar construcciones caras y complicadas
(estructura)
Superficie específica
muy alta
Para fomentar el asentamiento de
microorganismos
Porosidad muy alta Para reducir obstrucciones
Superficie áspera Para facilitar el asentamiento de bacterias
Costos bajos Para poder realizar el proyecto
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Reactores anaeróbicas para el tratamiento de aguas industriales Carga volumétrica en caso de tratamiento de diferentes aguas industriales
Blindthema 114
13,4
11,111
9,89,7 9,5 9,4 8,9
5,5
0
2
4
6
8
10
12
14
kg D
QO
/(m
3·d
)
Des
tiler
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Pap
el
Pap
as
Cer
vize
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Féc
ula
Otro
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Com
ida
Lech
eria
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Reactor EGSB (Expanded Granular Sludge Bed - Anaerobic Reactor )
Blindthema 115
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Características más importantes de reactores EGSB
Blindthema 116
• Altura hasta 27 m
• Apta para el tratamiento de aguas con altas concentraciones orgánicas
• Recirculación de agua
• Mejora del separador
• Carga 15 hasta 27 kg DQO/(m3·d)
• Concentración de masa orgánica (bacterias) es más alta
• Más costos de energía
• Poca demanda de área
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Bibliografía
Blindthema 117
Anaerobic Reactors; Biological Wastewater Treatment Volume 4 – enero 5, 2007 / IWA
Publishing /autor: Chernicharo, CAL
Reactores anaeróbicas; Principios do tratamiento biológico de aguas residuales, Volume 5,
Belo Horizonte, Departamento de Engenharia Sanitaria e ambiental-DESA /UFMG /autor:
Chernicharo, CAL
Anaerobic sewage treatment, 1994, John Wiley & sons, Sussex, England /autor: van Handel,
Lettinga
Anaerobic treatment of municipal wastewater in UASB-reactors, Frankfurt, March 2001, GTZ
Information W6e
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Bibliografía
Blindthema 118
Manual de disposición de aguas residuales Origen, Descarga, Tratamiento y Análisis de las
Aguas Residuales / Tomo II. /Programa de Salud Ambiental – Centro Panamericano de
Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) 1 Organización Panamericana de la
Salud (OPS) 1 Organización Mundial de la Salud (OMS), Lima 1991´, Centro Panamericano
de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS), Casilla Postal4337, Lima 100, Perú
Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung/ autor: Urban Ingo en Anaerobtechnik, 3 Auflage,
Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-642 -24894-8
Biological wastewater treatment in warm climate regions, Bd 1. IWA Publishing, London /autor:
van Sperling, M; Chernicharo, CAL
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Gracias por su atención
Blindthema 119