Master Microbiología: Tratamiento biológico aguas residuales José L. Sanz

9. REACTORES ANAEROBIOS II. EL UASB Y EL LODO GRANULAR: REACTORES DE SEGUNDA Y TERCERA GENERACIÓN. Los reactores de segunda generación o hight rate se basan en tres aspectos fundamentales: 1. Acumulación, dentro del reactor, de la biomasa por sedimentación, unión a partículas

sólidas (fijas o móviles) o recirculación. Tales sistemas permiten retener a microorganismos que crecen muy lentamente, asegurando que el SRT sea mucho mayor que el HRT.

2. Mejora del contacto entre la biomasa y el agua residual, solucionando los problemas de difusión de substratos o productos entre el líquido y la biopelícula.

3. Mejora de la actividad de la biomasa mediante adaptación y crecimiento.

• Requerimientos para retener la biomasa REACTOR REQUERIMIENTOS CONDICIONES AF Formación de biopelículas estables Separación de gas/sólido interna o

por sedimentador externo AF-híbrido Biomasa con buenas características

de sedimentación Separación de gas/sólido interna o por sedimentador externo

UASB Biomasa con buenas características de sedimentación

Eficiente separador de gas/líquido/sólido

FB/EB Formación de biopelículas estables Soporte adecuado; recirculación adecuada

• Requerimientos para un buen contacto entre la biomasa y el agua residual REACTOR REQUERIMIENTOS CONDICIONES AF Distribución regular del influente.

Evitar cortocircuitos Número y distribución de los puntos de alimentación. Buena mezcla en el lecho. Evitar acanalado.

UASB Distribución regular del influente Número y distribución de los puntos de alimentación. Buena mezcla en el lecho.

FB/EB Distribución regular del influente. Altura del reactor.

Número y distribución de los puntos de alimentación. Tasa recirculación.

El reactor UASB El concepto de reactor UASB se basa en las siguientes ideas: - lodo anaerobio con buenas propiedades de sedimentación - los agregados de lodo quedan retenidos en el reactor separando el biogás en un colector

de gas situado en la parte superior del mismo - estos agregados deben ser capaces de sedimentar y volver al seno del reactor Estos reactores son ideales para trabajar con aguas residuales cargadas y no complejas (materia orgánica soluble). La presencia de sólidos en suspensión origina una serie de problemas: - los SS poco biodegradables se acumulan en el lecho del lodo al quedar atrapados o

adsorbidos con lo que se reduce la actividad metanogénica específica del lodo. - la presencia de grasas y lípidos promueve la flotación del lodo, tanto floculento como

granular, pudiendo llegar a producirse un repentino lavado del lecho de lodo. - puede evitar la formación de nuevos gránulos

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- si su contenido es muy alto es mejor separarlos previamente y digerirlos aparte o utilizar un digestor convencional.

Para su diseño hay que considerar los siguientes factores: - OLR admisible de acuerdo con la SLR (cantidad de lodo y actividad) - máxima carga diaria - velocidad superficial admisible - temperatura mínima del agua residual - carga orgánica del agua y sus características (composición, biodegradabilidad, etc.) - eficiencia requerida. - si se requiere estabilizar el lodo Lo que influye en sus: - dimensiones - sistema de distribución del influente - separador de tres fases - sedimentador - purga y (posible) reciclado del efluente. Reactores de “tercera generación” Basados en modificaciones del UASB para permitir aumentar la velocidad de carga orgánica y/o su aplicabilidad. Los dos más destacados son el EGSB (expanded granular sludge bed) y el IC (internal circulation). HRT de pocas horas. Lodo granular Para el correcto funcionamiento de un reactor UASB es necesario que la biomasa adopte la estructura de lodo granular, que pose elevada densidad y alta actividad metanogénica. Su crecimiento y actividad dependen del transporte a su través. Este está limitado por la difusión, porosidad y tamaño. El gránulo es en si mismo un ecosistema completo con todas las bacterias necesarias en equilibrio. Existen diferentes teorías sobre la granulación, pero parece que el factor determinante es la presión selectiva - debida a la velocidad ascensional o velocidad superficial y a la tasa de liberación de gases - impuesta sobre el lodo en el sistema que favorece la permanencia de los organismos que se agrupan y elimina las formas dispersas y floculentas. El arrancado y granulación de reactores UASB depende de una serie de parámetros: I. Inóculo

- presencia de carriers adecuados para favorecer la unión de las bacterias - actividad metanogénica específica y contenido en sólidos - adicción e pequeñas cantidades de lodo granular (intacto o roto)

II. Modo de operación.

- el lodo disperso que se lava no debe retornar al reactor. - recircular o diluir para cargas orgánicas > 5000 mg DQO/l. - incrementar la OLR paso a paso - mantener los niveles de acetato bajos (< 200 / 1000 mg/l)

III. Características del agua residual.

- utilizar aguas poco cargadas, aunque sí lo suficiente como para permitir el crecimiento bacteriano (el mínimo puede estar, aprox., entre 500-1000 mgDQO/l)

- el material disperso retarda o impide la granulación. - la granulación es más rápida con aguas solubles no acidificadas que con aguas

acidificadas.

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IV. Factores ambientales. - temperatura óptima (38-40°C mesofílico; 50-60 °C termofílico). - pH, siempre por encima de 6/6.2 - presencia de macroelementos y elementos traza (Fe, Ni, Co). - sin compuestos tóxicos