DIGESTIÓN AEROBIA

DIGESTIÓN AEROBIA
DISEÑO DE PROCESOS EN
INGENIERÍA AMBIENTAL
José Peralta Donate
Luis Miguel Varea Dorado
DIGESTIÓN AEROBIA
•DIGESTIÓN AEROBIA PARA
TRATAMIENTOS DE AGUAS
•DIGESTIÓN AEROBIA PARA
TRATAMIENTOS DE
RESIDUOS
•DIFERENCIAS CON LA
DIGESTIÓN ANAEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA
TRATAMIENTO DE
AGUAS
DIGESTIÓN AEROBIA
Procesos Biológicos Aerobios:
Procesos realizados por diversos grupos de
microorganismos, principalmente bacterias y
protozoos que, en presencia de oxígeno
actúan sobre la materia orgánica disuelta,
transformándola en productos finales inocuos y
materia celular.
DIGESTIÓN AEROBIA
La fórmula general del proceso de digestión
aerobia es la siguiente:
Materia Orgánica + O2 + Microorganismos +
nutrientes → CO2 + agua + Materia Orgánica
+ Microorganismos + NH4 + P
DIGESTIÓN AEROBIA
Los P.B.A. se dividen en dos grandes grupos:
•Proceso de fangos activados: el cultivo se
mantiene en suspensión.
•Procesos de película fija: los microorganismos
se mantienen adheridos en un material de
soporte.
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Ejemplos de sistemas de digestión aerobia :
•Humedales
•Fangos Activos
•Biodiscos
•Filtrado por goteo
•Estabilización de lodos
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Para que el P.F.A. se desarrolle con la
efectividad suficiente, es preciso que los
microorganismos “depuradores” actúen en una
doble vertiente:
•Estabilizando la materia orgánica
•Facilitando agruparse en unidades que se
denominan “flóculos” y que son susceptibles de
ser separados por decantación(lodos).
DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA DE
LODOS.ESTABILIZACIÓN DE LODOS:
Eliminación de la parte fermentable de los
lodos
En este proceso de digestión se pretende:
•Disminución de materias volátiles
•Mineralización de la materia orgánica
•Concentración de lodos
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RESPIRACIÓN ENDÓGENA:
El mecanismo en el que los microorganismos
llegan a su propia auto-oxidación
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3
Oxidándose posteriormente el NH3 a NO3-
DIGESTIÓN AEROBIA
ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS:
La mayor parte de los digestores aerobios
funcionan en régimen de mezcla
completa,tomando como base de diseño ña
reducción de S.S.V.
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Con las premisas anteriores puede adoptarse
el modelo de eliminación de ADAMS:
(X d ) o = Conc de S.S.V. degradables en la ent. del digestor,
(MASA/VOLUMEN)
(X d ) e = Conc de S.S.V. degradables en la sal. y en el digestor,
(MASA/VOLUMEN)
( )
K d = Constante de eliminación T -1
( X d )e
= e − K d ⋅t
( X d )o
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Evolución de la constante de degradación Kd
DIGESTIÓN AEROBIA
Relación entre Kd y la temperatura T
(según ARRHENIUS)
DIGESTIÓN AEROBIA
Relación entre Kd y la temperatura T
(según RANDALL)
DIGESTIÓN AEROBIA
Evolución de Kd en función de los S.S.
DIGESTIÓN AEROBIA
Tiempo de digestión aerobia en función de la
concentración de S.S.
DIGESTIÓN AEROBIA
La captación de oxigeno en función del tiempo
Los problemas mayores de la aireación son: La
aparición de espuma, la posible incidencia
sanitaria de la formación de aerosoles, y el nivel
de ruido.
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Consumo de O2 en función de la temperatura de digestión
DIGESTIÓN AEROBIA
Variación del consumo de O2
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TRATAMIENTO DE
RESIDUOS
DIGESTIÓN AEROBIA
OBJETIVOS DE LA
FERMENTACIÓN AEROBIA
Dar solución a la ingente cantidad de residuos
que hoy en día se generan.
Aprovechar al máximo los recursos que estos
residuos pueden aportan.
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DEFINICIÓN DE RESIDUO
Materia generada en las actividades de
producción.
Sustancia u objeto del cual se desprende su
poseedor o tiene la obligación de desprenderse
en virtud de las disposiciones nacionales
vigentes.
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PLAN NACIONAL DE
RESIDUOS URBANOS
Fomentar el compostaje hasta tratar la mitad
de la materia en el 2006 y avanzar en el
tratamiento anaerobio.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS
RESIDUOS
Físicas: Tamaño y distribución.
Químicas: Contenido de C, H, O, N, S y
Cenizas.
Biológicas: Biodegradabilidad.
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PARTES DEL RESIDUO
Fracción Inerte
Fracción biodegradable
Fácilmente biodegradable.
‹
Lentamente degradable.
‹
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TRATAMIENTOS
DIGESTIÓN AEROBIA
TRANSFORMACIÓN
AEROBIA
Comúnmente Compostaje.
Convertir la fracción biodegradable en CO2
Compost: Abono agrícola.
RSU + O2
Calor
Compost + CO2 + H2O +
Oxígeno atmosférico.
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ETAPAS
DIGESTIÓN AEROBIA
SISTEMAS ABIERTOS
SISTEMAS CERRADOS
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Procedimiento LUCHAIRE
Trituración de la fracción fermentable.
‹
Alimentación de los residuos al proceso.
‹
Selección de fracciones recuperables ( 30 y
50 mm.).
‹
Fracción fina a área de fermentación:
Volteando los montones 2 veces al mes.
Durante 3 meses.
‹
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Proceso OMNIUM
‹
Se criban los residuos y se separan.
‹
Fracción fina en trituradora ( Dorr-Oliver ).
‹
Cilíndro dividido en 2 niveles
‹
Superior: Trituración del material.
‹
Inferior: Expulsión del material.
‹
Fracción fina a fermentación: Clásica o Siloda.
‹
Clásica: Voltear los montones alargados.
‹
Siloda: Nave cerrada con muros y se va pasando el
material de una celda a otra. Introducción de oxígeno
por el suelo.
DIGESTIÓN AEROBIA
Proceso DANO
Introducción de los residuos en un Bioestabilizador.
‹
Cilindro horizontal que se mueve lentamente.
‹
Se controla la humedad y oxigenación.
‹
A los tres días fermentación.
‹
La salida del bioestabilizador va a una 2ª criba.
‹
Material obtenido a maduración.
‹
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Procedimiento CAREL, FOUCHE, LAGUEPIN
Selección de la fracción recuperable.
‹
Fracción fina a digestores ( 25, 30 ó 40 t.)
‹
Digestor: Torre vertical de sección cuadrada con 5
niveles.
‹
Control de humedad y T con caudal de aire y riego
con agua.
‹
Material por arriba y se va descendiendo hasta que
sale.
‹
Se envía a maduración.
‹
DIGESTIÓN AEROBIA
Procedimiento TRIGA
‹
‹
‹
‹
Selección de fracción recuperable y trituración.
Separación de fracción densa y el resto a Torre de
Higienización.
Torre de higienización: Depósito vertical, hueco,
distintas formas, con control interno de condiciones.
Material por parte superior y se oxigena con aire de
un tornillo sinfín.
‹
Este tornillo tritura y acelera aumentando la T.
‹
Lo obtenido se criba y se envía a maduración.
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Procedimiento BIOTANK
Preparación como en los casos anteriores.
‹
Se tritura la fracción fermentable hasta reducir a
30mm.
‹
Se descarga en la celda Biotank constituida por 2
muros concéntricos con un cerramiento.
‹
El material se va almacenando y se oxigena
inyectando aire por el centro.
‹
A los 20 días se envía a maduración.
‹
DIGESTIÓN AEROBIA
Procedimiento de CRIBADOS
Cribado sucesivo de varias fracciones del residuo sin
trituración.
‹
Primera criba en tamiz de 100 mm. La fracción fina se
deja fermentar al aire
‹
Segunda criba en tamiz de 35 mm.La fracción fina a
maduración y se criba de nuevo para usar en
agricultura.
‹
No se asegura velocidad pero se eliminan productos
impropios.
‹
DIGESTIÓN AEROBIA
DIFERENCIAS CON LA
DIGESTIÓN ANAEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA DIGESTIÓN
ANEROBIA EN COMPARACIÓN CON LA AEROBIA
VENTAJAS
•El fango resultante ocupa menos volumen y se puede
secar más fácilmente que el de la digestión aerobia.
•El exceso de biomasa producido por la digestión
aerobia muchas veces tiene que ser tratado mediante
una digestión anaerobia, ya que puede contener
compuestos recalcitrantes.
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VENTAJAS
•Otra ventaja de la digestión anaerobia sobre
la aerobia es, por tanto, el tratamiento de
residuos contaminantes para disminuir malos
olores y microorganismos patógenos y la
degradación parcial de la materia orgánica,
mejorando la calidad del agua residual que se
vierte a los ríos o se infiltra al subsuelo.
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VENTAJAS
• En un digestor anaerobio:
-La eliminación de los contaminantes es
comparable a la de los mejores tratamientos
aerobios.
-DBO es reducido de un 80%
-DQO es reducido de un 50%
•El arrancado del proceso anaerobio es lento y
difícil, a pesar de ser mas cómodo en su
finalización: no hay que invertir en deshacerse
de los organismos implicados en el mismo.
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INCONVENIENTES
•La digestión anaerobia está mas limitada que
la aerobia: en la digestión aerobia el factor
limitante es el oxígeno, bastante abundante en
la biosfera, mientras que las bacterias
anoxigénicas deben controlar el pH de su
medio (proceso difícil de realizar por las
bacterias) y además esconderse del oxígeno.
DIGESTIÓN AEROBIA
INCONVENIENTES
•En la digestión aerobia usamos muchas más
bacterias, todas las que el sistema pueda permitir. En
cambio la digestión anaerobia precisa de bacterias
concretas, y muy coordinadas.
•El proceso anaerobio supone una menor eficiencia, ya
que su rendimiento ecológico es más bajo, al
transformar menos materia orgánica en biomasa.
Como tras la realización de este proceso se obtiene
metano, éste acumula gran cantidad de energía
procedente de la materia orgánica de la que partimos,
y por eso la energía obtenida al final es menor.
DIGESTIÓN AEROBIA
INCONVENIENTES
•Las metanobacterias son inhibidas por
multitud de compuestos, tanto orgánicos como
inorgánicos, naturales o antropomórficos. Y
esa inhibición es causante de muchos de los
problemas de los digestores.
•La digestión aerobia nos proporciona un
mayor rendimiento. Y = 0,4 lo que quiere decir
que de 1 gramo de materia orgánica se sacan
0,4 gramos de biomasa. Por su parte el
rendimiento de la digestión anaerobia es: 0,04
< Y < 0,1.