Tratamiento anaerobio de aguas residuales

anaerobio

Un sistema de tratamiento anaerobio es aquel que se distingue por la ausencia de oxígeno en sus procesos, con el fin de eliminar la materia orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de compuestos que contiene nutrientes (N y P). En este punto cabe resaltar que el aceptor de electrones puede ser el CO2 o parte de la propia materia orgánica, obteniéndose como producto de esta reducción el carbono en su estado más reducido, CH4.

Tipos de sistema anaerobio

La clasificación común de las diversas configuraciones de los sistemas anaerobios se hace con base en generaciones, considerando que cada una de ellas tiene características semejantes y que el paso de una a otra se debe a mejoras de proceso que los hacen más compactos y capaces de soportar mayores cargas orgánicas.

  • Sistemas de primera generación

Son sistemas en su mayoría con biomasa sedimentada y sin mezclado, lo que limita grandemente la transferencia de masa (sustrato) entre el medio líquido y los microorganismos. Así mismo, no tienen procesos para incrementar su temperatura.

  • Sistemas de segunda generación

Son sistemas que retienen la biomasa mediante la formación de una biopelícula (colonias bacterianas) sobre un empaque, o bien por la retención por sedimentación de un lodo denso activo, con la suficiente mezcla en la cama de lodos para favorecer la transferencia de masa.

  • Sistemas de tercera generación

Se genera una transferencia de masa del sistema al incorporar una alta velocidad de flujo ascendente en el reactor, lo que genera una elevada producción de biogás, resultado a su vez de la mayor carga volumétrica que pueden recibir estos sistemas, provoca una fuerte mezcla en la cama de lodos, alcanzado su expansión y fluidificación.

Tipos de reactores anaerobios

Tanque Séptico

Son tanques en muchas ocasiones prefabricados, que permiten la sedimentación y la eliminación de flotantes, actuando también como digestores anaerobios.

El tanque séptico es la unidad fundamental del sistema de fosa séptica ya que en este se separa la parte sólida de las aguas residuales por un proceso de sedimentación simple, o bien por flotación natural.

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Tanque Imhoff

Tiene por lo general una forma rectangular con una tolva en la parte inferior, y está integrado por una cámara superior que recibe el agua residual y que tiene la función de separar los sólidos de rápida sedimentación. La forma del tanque mejora la sedimentación de los sólidos al no tener turbulencia por las burbujas de biogás generadas en la zona de digestión y de retener en forma más eficiente los lodos al no ser arrastrados por los flujos elevados que pueden presentarse.

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Obtenido de: https://www.iagua.es/blogs/juan-jose-salas/modesto-tanque-imhoff-fundamentos-y-diseno

Digestor Anaerobio Convencional

Se aplica principalmente para la estabilización de sólidos de aguas residuales altamente concentradas, así como de los lodos de desecho provenientes el proceso de lodos activados. Consiste en un tanque cerrado sin agitación y sin calentamiento, en donde el desecho a tratar se estratifica en zonas definidas. La zona microbiana activa ocupa cerca del 30% del volumen total del tanque. Posee tiempos de retención hidráulica mayores a 60 días.

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Obtenido de: https://docplayer.es/41472358-Reactores-anaerobios.html

Digestor Anaerobio de Alta Tasa

Tiene la misma función que el Digestor Anaerobio Convencional, la diferencia radica en el mezclado y control de temperatura mediante calentamiento del medio. El mezclado del tanque favorece la interacción entre el sustrato a degradar y el microorganismo, además se genera un incremento de temperatura del interior a un valor óptimo (entre 34°C y 37°C), lo cual aumenta la eficacia de la digestión frente a la variante convencional.

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Obtenido de: https://docplayer.es/41472358-Reactores-anaerobios.html

Reactor de Contacto Anaerobio

Consiste básicamente en un reactor completamente mezclado y calentado acoplado a un decantador que separa la biomasa para que sea recirculada al reactor. Es el equivalente anaerobio de los lodos activados aerobios.

Para evitar que la separación de los lodos anaerobios en el decantador flote, se debe integrar un sistema de desgasificación entre el reactor y el decantador, que funciona con mezclado y bajo un ligero vacío para su extracción.

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Obtenido de: http://agua-medioambiente.blogspot.com/2014/10/proceso-anaerobio-de-contacto.html

Filtro Anaerobio

Es un reactor inundado de flujo ascendente o descendente empacado con soportes plástico o piedras de 3 a 5 cm. de diámetro promedio. El agua residual atraviesa el lecho empacado permitiendo la interacción entre el sustrato en el agua residual y el microorganismo adherido al empaque. La eficiencia de remoción para DQO está alrededor del 65%.

Figura 18 Bosquejo de filtro anaerobio de flujo ascendente Adaptado de Dahab 1982 1
Obtenido de: https://www.researchgate.net/figure/Figura-18-Bosquejo-de-filtro-anaerobio-de-flujo-ascendente-Adaptado-de-Dahab-1982_fig8_316213982

Reactor Anaerobio de Lecho de Lodos con Flujo Ascendente

También conocido como reactor UASB (upflow anaerobic sludge blanket) es un reactor con el distintivo particular que no requiere material de empaque para retener los microorganismos, estos quedan adheridos en un manto de lado en la parte inferior.

En la parte superior del reactor se coloca el sistema de captación de biogás (campanas colectoras), que favorece la buena sedimentación de los gránulos o flóculos anaerobios que pudieran haber atravesado las campanas colectoras de biogás.

Figura 1 Esquema de un Reactor UASB 20 1
Obtenido de: https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Esquema-de-un-Reactor-UASB-20_fig1_318283641

Reactor de Lecho Expandido o Fluidificado

También conocido como reactor EGSB (expanded granular Sludge Blanket). El lecho fluidificado se basa en un material de empaque de pequeño tamaño (no mayor a un milímetro de diámetro por lo general) donde se adhiere la biopelícula anaerobia. Para que las partículas permanezcan fluidizadas (en suspensión), es necesario realizar una recirculación del líquido, para que la velocidad de este en el interior de la columna sea suficiente como para mantener dichas partículas expandidas o fluidizadas.

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Obtenido de: https://www.researchgate.net/figure/Concept-of-expanded-granular-sludge-blanket-EGSB-reactor_fig4_322917135
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Elaborado por Bustamante Toledo Carlos Enrique

¿Qué procesos se generan en el reactor anaerobio?

Realmente, se dan varios procesos complejos en el que intervienen varios grupos bacterianos, tanto anaerobias estrictas como facultativas, en el que, a través de una serie de etapas y en ausencia de oxígeno, se desemboca fundamentalmente en la formación de metano y dióxido de carbono. Cada etapa del proceso, que se describen a continuación, la llevan a cabo grupos distintos de bacterias, que han de estar en perfecto equilibrio.

  • Hidrólisis

Es la ruptura de moléculas grandes, solubles e insolubles, en moléculas de menor tamaño que pueden ser transportadas dentro de las células y metabolizadas. En este proceso no se produce el metano (CH4), y en la mayor parte de los casos supone una etapa que se desarrolla lentamente.

  • Acidogénesis y Acetogénesis

Los productos finales de la hidrólisis son transformados en ácidos orgánicos de cadena corta, otros compuestos de bajo peso molecular, hidrógeno y dióxido de carbono. Estas bacterias son altamente resistentes a variaciones en las condiciones ambientales. Por ejemplo, aunque el pH óptimo para el desarrollo de su actividad metabólica es 5 – 6, los procesos anaerobios generalmente son conducidos a pH 7, y aun en estas condiciones su actividad metabólica no decae.

  • Metanogénesis

La formación de metano, siendo este el último producto de la digestión anaerobia, ocurre por dos grandes rutas: La primera de ellas, es la formación de metano y dióxido de carbono a partir de principal producto de la fermentación, el ácido acético. La reacción que se da es la siguiente:

CH3COOH  →  CH4 + CO2

Algunas bacterias metanogénicas son también capaces de usar el hidrógeno para reducir el dióxido de carbono a metano (metanogénicas hidrogenoclastas) según la reacción:

4H2 + CO2  →  CH4 + 2H2O

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Elaborado por Bustamante Toledo Carlos Enrique

Condiciones de operación reactor anaerobio

Tanto las variables físicas como las químicas influyen en el hábitat de los microorganismos. En los procesos anaerobios es importante tener en cuenta la influencia de factores medioambientales. Entre las variables más importantes se encuentran la temperatura, el pH y la disponibilidad de nutrientes.

Por otro lado, la mezcla es un factor importante en el control del pH y en la uniformidad de las condiciones medioambientales.

Entre los parámetros de operación se puede mencionar:

  • Velocidad de carga orgánica
  • Toxicidad
  • Velocidad volumétrica de flujo
  • Tiempo de retención hidráulica y celular
  • Concentración de sólidos volátiles
  • Producción de fangos

Ventajas y desventajas de los sistemas anaerobios

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Elaborado por Bustamante Toledo Carlos Enrique

Autor: Bustamante Toledo Carlos Enrique

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