PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS - Tratamiento y Reciclaje de...
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PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS
Nombre: Dr. Julián Carrera Muyo Institución: Universitat Autònoma de Barcelona (España)
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
mediante soluciones sostenibles – Montevideo 23-24 agosto 2016
¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
mediante soluciones sostenibles – Montevideo 23-24 agosto 2016
PROCESO BIOLÓGICO
¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
mediante soluciones sostenibles – Montevideo 23-24 agosto 2016
Se producen de forma natural en ríos, estuarios, mares, etc. En tratamiento de aguas residuales, intensificamos el proceso en reactores aerobios.
PROCESO BIOLÓGICO
¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
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¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
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Es esencial el rendimiento (Y), ya que marca: 1) La cantidad de nueva biomasa formada (residuo) 2) La cantidad de oxígeno requerido
PROCESO BIOLÓGICO
¿QUÉ ES UN PROCESO AEROBIO?
Curso sobre tratamiento y reciclaje de aguas residuales industriales
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¿Cuántos kilogramos de oxígeno se requieren para oxidar un kilogramo de DQO? ¿Cómo se aporta el oxígeno a los reactores aerobios?
PROCESO BIOLÓGICO
¿POR QUÉ Y CUANDO SE UTILIZAN?
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PROCESO BIOLÓGICO
Los procesos biológicos son más económicos que los procesos físico-químicos. Los procesos biológicos pueden ser aerobios y anaerobios.
Los procesos biológicos aerobios consumen más energía que los anaerobios pero también consiguen mayores eficacias de eliminación y pueden eliminar materia orgánica y nutrientes.
¿QUÉ SE ELIMINA?
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PROCESO BIOLÓGICO
Se elimina, esencialmente, materia orgánica que suele medirse en forma de Demanda Química de Oxígeno (DQO). También se suele utilizar la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) pero es un análisis con muchos problemas.
Además, se pueden eliminar nutrientes, básicamente, nitrógeno y fósforo.
¿QUÉ SE ELIMINA?
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Tipos de DQO Significado
DQO total Toda la materia orgánica (MO)
DQO particulada La MO en forma sólida
DQO coloidal La MO en forma coloidal
DQO soluble La MO disuelta en el agua
DQO biodegradable La MO que puede eliminarse en el proceso biológico
DQO no biodegradable La MO que no puede eliminarse en el proceso biológico
DQO fácilmente biodegradable La MO biodegradable de forma rápida
DQO difícilmente biodegradable
La MO biodegradable de forma lenta
La DQO se puede clasificar en diferentes categorías:
LODOS ACTIVOS
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Hace 100 años, Ardern y Lockett descubrieron los lodos
activos y, con ello, como depurar las aguas residuales
LODOS ACTIVOS
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La estructura esencial de los lodos activos son los
flóculos de bacterias pero también hay protozoos que
se alimentan de bacterias y juegan un papel esencial
LODOS ACTIVOS
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El esquema básico es un reactor aerobio y un
sedimentador
LODOS ACTIVOS
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En el reactor aerobio ocurre el proceso biológico y en el
sedimentador se separa la biomasa del agua depurada.
En un sistema de lodos activos son fundamentales varios
parámetros operacionales: tiempo de residencia hidráulico,
tiempo de residencia celular, relación de recirculación,
concentración de oxígeno disuelto, carga orgánica, etc.
LODOS ACTIVOS
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El tiempo de residencia
hidráulico (TRH) y la carga
orgánica se calculan según:
LODOS ACTIVOS
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El tiempo de residencia
celular (TRH) se calcula
según:
LODOS ACTIVOS
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Los lodos activos siempre se diseñan juntos con otras
operaciones asociadas: pre-tratamiento, desinfección, etc.
El sedimentador puede substituirse por una membrana.
LODOS ACTIVOS
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Los lodos activos también pueden diseñarse para eliminar
nitrógeno además de materia orgánica.
LODOS ACTIVOS
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GRÁNULOS AEROBIOS
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¿Qué es la biomasa granular aerobia? ¿Para qué sirve? ¿Cuáles son sus ventajas?
¿Por qué es una tecnología de futuro?
GRÁNULOS AEROBIOS
GRÁNULOS AEROBIOS
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¿Qué es la biomasa granular aerobia?
2 mm
Son agregados de origen
microbiano, que sedimentan
mucho más rápido que los
lodos activos y que se forman
bajo condiciones de estrés
hidrodinámico
GRÁNULOS AEROBIOS
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La formación de gránulos aerobios se realiza, casi
siempre, en reactores discontinuos secuenciados (SBR)
y utilizando una o varias de estas técnicas:
a) Régimen FEAST-FAMINE
b) Bajo tiempo de sedimentación
c) Altas fuerzas de estrés hidrodinámico conseguidas con la
velocidad ascensional del aire
GRÁNULOS AEROBIOS
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Biomasa floculenta
Agregado microbiano poco denso
Adecuada capacidad sedimentación
ɸ: < 0.2 mm
IVL: 100-200 mL g-1
VS: 8-10 m h-1
Biomasa granular
Agregado microbiano compacto y denso
Excelente capacidad sedimentación
ɸ: > 0.2 mm
IVL: < 50 mL g-1
VS: 50-100 m h-1
GRÁNULOS AEROBIOS
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Diversos sectores industriales producen efluentes que contienen
nitrógeno amoniacal y compuestos fenólicos.
Los tratamientos físico-químicos actuales son caros y no
completamente efectivos.
¿Para qué sirve? ¿Cuáles son sus ventajas?
GRÁNULOS AEROBIOS
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Los actuales sistemas de depuración biológicos basados en
lodos activos no pueden hacer frente, en numerosas ocasiones,
a estos efluentes industriales.
Uno de los principales problemas es la inhibición de la
nitrificación.
GRÁNULOS AEROBIOS
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ELEVADO REQUERIMIENTO
DE MATERIA ORGÁNICA
Y ALTA GENERACIÓN
LODOS
NITRIFICACIÓN
NH4+
AOB
NO2-
NO3-
NOB
NO2-
N2
DESNITRIFICACIÓN
¿Cómo se puede realizar la
eliminación biológica de
nitrógeno?
ELEVADO REQUERIMIENTO OXIGENO
GRÁNULOS AEROBIOS
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NITRIFICACIÓN PARCIAL AHORRO DE HASTA
UN 25% EN LA CANTIDAD
DE OXÍGENO REQUERIDO
AHORRO DE ENTRE UN 30-40% EN EL
REQUERIMIENTO DE MATERIA ORGÁNICA Y
EN LA PRODUCCIÓN DE LODOS
DESNITRIFICACIÓN HETEROTRÓFICA
VIA NITRITO
NH4+
AOB
NO2-
NO3-
NOB
NO2-
N2
Limitar la actividad de la población nitrito-oxidante
Evitar la formación de nitrato
¿Existen otras alternativas?
GRÁNULOS AEROBIOS
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NITRITACIÓN PARCIAL (sólo se
oxida el 50% de todo el amonio)
AHORRO DE > 50% EN LA CANTIDAD DE OXÍGENO REQUERIDO
NO SE REQUIERE MATERIA ORGÁNICA Y LA PRODUCCIÓN
DE LODOS ES MÍNIMA
DESNITRIFICACIÓN AUTÓTROFA
(PROCESO ANAMMOX)
NH4+
NO2- NH4
+
NO3- N2
AN
AM
MO
X
¿Existen otras alternativas?
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¿Qué son las bacterias Anammox?
Bacterias autotróficas y
estrictamente anaerobias
Obtienen la energía del
consumo de nitrito y amonio
en una relación
estequiométrica de 1.3:1
Crecimiento lento
Tendencia a agruparse en
forma granular
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[amonio]
[fenoles]
[amonio]
[nitrito]
[fenoles] ↓↓
[nitrato]
[amonio] ↓↓ [nitrito] ↓↓
Un sistema de dos etapas con biomasa
granular:
nitritación parcial con eliminación de
fenoles + anammox
¿Por qué los gránulos aerobios son una tecnología de
futuro?
GRÁNULOS AEROBIOS
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¿Cuál es la estrategia para alcanzar un reactor
granular aerobio con varias capacidades?
[N-NH4+] = 1 g L-1
[N-NH4+] = 0.5 g L-1
[N-NO2-] = 0.5 g L-1 Partimos de un
reactor granular
nitrificante que
produce un efluente
con una relación 1:1
de nitrito/amonio
(anammox)
GRÁNULOS AEROBIOS
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[N-NH4+] = 1 g L-1
[N-NH4+] = 0.5 g L-1
[N-NO2-] = 0.5 g L-1 Esperamos
conseguir unos
gránulos aerobios
complejos con
amonio-oxidantes y
degradadores de
fenoles
Bioaumentamos el reactor con
bacterias degradadoras de fenoles
GRÁNULOS AEROBIOS
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En unas semanas se alcanza el objetivo pretendido
[N-NH4+] = 1 g L-1
[o-cresol] = 0.1 g L-1
[N-NH4+] = 0.5 g L-1
[N-NO2-] = 0.5 g L-1
[o-cresol] = 0 g L-1
[N-NH4+] = 1 g L-1
[N-NH4+] = 0.5 g L-1
[N-NO2-] = 0.5 g L-1
GRÁNULOS AEROBIOS
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N-c
oncentr
ation (
mg L
-1)
0
200
400
600
800
1000
[N-NH4
+] effluent
[N-NO2
-] effluent
[N-NO3
-] effluent
[N-NH4
+] influent
N-loadin
g r
ate
(g N
-NH
4
+ L
-1d
-1)
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
Ratio [N
-NO
2
- ]/[N
-NH
4
+]
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
N-loading rate
[N-NO2
-]/[N-NH
4
+]
Time (day)
0 25 50 75 100 125 150
[o-c
resol] (
mg L
-1)
0
200
400
900
1000
[o-cresol] effluent
[o-cresol] influent
A
B
C
Alta carga de nitrógeno
Adecuada relación
nitrito/amonio para un
posterior reactor Anammox
Sin nitrato en el efluente
Completa eliminación del o-
cresol incluyendo grandes
choques de carga
GRÁNULOS AEROBIOS
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Universal NOB
AOB Acinetobacter
Acinetobacter NH4
+
Compuestos fenólicos
AOB
O2
¿Cuál es la clave del éxito?
Corte transversal gránulo + FISH (hibridación fluorescente in situ)
TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALES MEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADAS EN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508
Financiado por:
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