DIGESTIN ANAERBICA

DIGESTIN ANAERBICAINTRODUCCIN

El trmino Digestin Anaerbica es aplicado a un proceso en que la materia orgnica es descompuesta biolgicamente en un medio ambiente excepto de oxigeno.

La descomposicin es el resultado o resulta de la actividades de los grupos importantes de bacterias.

Un grupo denominado los Formadores de cidos, constituidos por bacterias facultativas (bacteria que tiene habilidad de vivir y crecer en presencia o ausencia de oxigeno) las que tambin son encontradas en muchos medios ambientes anaerbicos y que en medios anaerbicos transforman los carbohidratos, grasas y protenas o cidos orgnicos y alcoholes.

El otro grupo, las metano-bacterias, transforman los cidos orgnicos y alcoholes producidos por los formadores de cido en metano y dixido de carbono.

Algunos materiales orgnicos tales como la lignina son bastantes resistentes a las actividades de ambos grupos y por eso pasan a travs del proceso relativamente inalteradas. El rol de la poblacin predadora en la digestin anaerbica es considerado, ser menos comparada a aquella en un proceso aerbico.

Una explicacin detallada de la bioqumica de una digestin anaerbica se puede encontrar en el tratamiento biolgico de desage y desechos industriales McCabe y Eckenfelder y Vol. II de Digestin Anaerbica y separacin de slidos lquidos Reinholh-1958.

PROCESO IDEAL

La digestin anaerbica, como se aplic en el pasado se ha basado considerablemente de un proceso en que todos los factores que influyen en la digestin fueron ptimos.

Sin embargo, para un mejor entendimiento de reciente innovaciones, y desarrollos futuros en la digestin, es til considerar el proceso ideal.

La ecuacin estequiomtrica para un proceso ideal puede ser escrita como sigue:

CaHbOcNd

CwHxOyNz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d - n2)NH3 (6-1)

Donde:

S = a nw m

r = c ny 2s

Los trminos CaHbOcNd y CwHxNz representan sobre una base molar emprica, la composicin de la materia orgnica al comienzo y al concluir el proceso de digestin.

Metano, bixido de carbono y amonio son los gases producto del proceso.

En los procesos actuales, estos gases constituyen aproximadamente el 95% al 98% de los gases desarrollados o producidos.

Los volmenes de gases que permanecen, estn compuestos de hidrgeno sulfurado e hidrgeno.

La materia orgnica residual CwHxOyNz, es a menudo en composicin y caractersticas similar a un material vegetal fertilizante.

El calor liberado en el proceso es igual a la diferencia entre el calor de combustin de la materia inicial y la suma de los calores de los productos de combustin.

Los calores de combustin pueden ser determinados o calculado con el uso de la ecuacin (4-5) y (4-6).

h = 127R + 400

(4-5)

R = 100 [(2.66 x %C) + 7.94 (% H) - (%02)] (4-6)

398.9

La temperatura ejerce un profundo efecto sobre la digestin anaerbica.

La atencin se debe dirigir a la figura 6-1 donde el tiempo requerido para la digestin es graficada como una funcin de la temperatura. Los valores de las ordenadas son omitidos desde que el periodo de digestin esta afectada tambin por otros factores.

Digestin Peridica

Rango

Mesoflico

35 C

Rango

Termoflico .

54 C

41627384960

Temperatura C

Fig. 6-1: Tiempo requerido para la Digestin

La curva ilustra la existencia de dos rangos de temperatura. El rango mesoflico se extiende hasta los 110 F (43 C) y muestra valores mnimos en las vencididas de 95 100 F. (35 38 C).

El rango termoflico se extiende ms all de los 110 F (43 C) y tiene un valor mnimo a los 130 F (54 C).

Se deber notar que la digestin es ms rpida en el punto optimo termoflico que los valores ptimos del rango mesoflico.

El proceso ideal deber llevarse acabo en un sistema de flujo continuo de acuerdo al modelo de mezcla completa.

El sistema deber estar contenido en un recipiente de donde todo el oxigeno a sido excluido y los productos gaseosos son removidos tan pronto se forman.

La temperatura y otras condiciones ambientales deberan ser optimadas para el proceso.

La alimentacin debera ser continua con la materia orgnica siendo utilizada para los microorganismos suspendidos para crecimiento y energa.

La taza de dilucin [La inversa del periodo de retencin] debera ser mantenida lo suficientemente baja para prevenir la remocin o transporte del sistema de la bacteria metano de lento crecimiento.

El efluente desplazado del sistema deber tener la misma composicin como la del contenido del sistema y consistir de materia orgnica no asimilada; productos orgnicos y microorganismos.

El proceso ideal debera proveer:

1. Una inmediata y completa dispersin de la materia orgnica que ingresa en todo el recipiente.

2. Una oportunidad de contacto ptima entre la materia orgnica y los microorganismos.

3. Un periodo de retencin suficiente para establecer un equilibrio entre la actividad metablica de los grupos de bacterias involucrados en el proceso.

La cintica del proceso ideal de la digestin anaerbica deber seguir la misma relacin desarrollada en la seccin 2-5 para un proceso aerbico completamente mezclado.

DIGESTIN DE TASA ESTANDAR

La digestin de tasa estndar a tenido amplia aplicacin en tratamiento de desage donde ella es usada para digerir lodo constituido de slido separados de desage, barros de los filtros percoladores y desechos de lodo activado.

Normalmente el proceso se lleva a cabo en tanques cerrados a temperaturas que van de 85 a 95 F (29-35 C.)

La digestin de taza estndar se aparta considerablemente de un proceso ideal, en pocas medidas son tomadas para la mezcla.

Como resultado, la materia orgnica que ingresa se concentra localmente en puntos de tanques y el contacto con la poblacin de microorganismos es limitado.

Ms aun, la descarga no es continua y parte del volumen del tanque es ocupado por materiales que no estn en estado activo de digestin.

La tensin debe estar dirigida a la figura 6-2 donde la estratificacin existe en una unidad de digestin convencional de taza estndar se grafica.

Salida de Gas

Capa de NataLavado de Nata

Sobrenadante

Lavado de

Sobrenadante

Entrada de Lodo

Lodo Activo en Digestin

Lodo Estable

Salida de lodo

Fig. 6-2: Representacin esquemtica de la estratificacin que existe en una unidad de la digestin normal convencional

Los lodos introducidos en dos o tres puntos en el digestor, pronto se elevan a la capa de nata y llega a parte de ella.

Aqu la materia orgnica es sometida a una descomposicin y mucho del gas producido en el proceso es liberado.

Como la descomposicin prosigue, los slidos parcialmente descompuestos caen al fondo del tanque y levanta, o eleva, una capa de slidos digeridos y en digestin.

El volumen entre la capa de nata y la capa de lodo, es ocupado por liquid sobrenadante con una alta concentracin material disuelto y suspendido.

El sobrenadante es removido peridicamente a otras unidades para un tratamiento posterior.

El tiempo de retencin requerido para causar un grado dado de reduccin de slidos voltiles, a sido encontrado que es una funcin de la taza de los slidos voltiles a los slidos fijos.

La relacin es presentada grficamente en la figura 6-3.

% de Reduccin de Slidos Voltiles90

80

70

60

50 80

40 75

70

30 65

60

20

10203040506070

Retencin basada en lodo crudo alimentado, das

Fig. 6-3: Reduccin en slidos voltiles en lodo crudo, para las retenciones de 15 a 70 das, T = 85 a 95 F

Estas curvas fueron establecidas sobre la base de datos de operacin recolectada en cerca de 50 plantas de tratamiento de desage utilizando digestin de taza estndar.

Para periodo de retencin menos de 15 das de digestin balanceada no llega a establecerse en el proceso de taza estndar y poca reduccin de slido voltiles se lleva a cabo.

Durante de periodo de digestin, los lodos se llega a concentrar ms tanto como sobrenadantes se separa de los slidos.

Para una mayor economa de la capacidad de la digestin, el sobrenadante es retirado frecuentemente durante el proceso.

La reduccin en el volumen de lodo con el tiempo parece que sigue una relacin parablica.

En un proceso en equilibrio continuo el volumen de digestor en cualquier instante estar compuesto de incrementos de volumen de aumentos diarios, teniendo un periodo de retencin que va de un rango de un da al numero de das que constituye el periodo nominal de retencin.

t

V = (v

(6-2)

t =1

Donde:

V = Volumen de digestor en pie3.

t = Periodo de digestin en das.

v = Volumen ocupado por el aumento diario al lodo pie3

La composicin del volumen se ilustra en la figura 6-4.

vo

1 da de retencin

2 da de retencin

3 da de retencin

t das

vt

Fig. 6-4: Composicin de volumen de digestor de normal proporcin

De la figura, es claro que la capacidad requerida para un digestor de taza estndar puede ser expresado como sigue:

V = [Vt + 1/3(vo vt)]t

(6-3)

Donde: vo y vt son el volumen ocupado para el aumento diario al lodo, inicialmente y al final de periodo de retencin.

El volumen del aumento diario al lodo puede ser calculado con:

v = vs + vw = w + w(1-()%(

(6-4)

S(

(Donde:

vs y vw = volmenes ocupados por los slidos y el agua, respectivamente en pie3.

w = peso del aumento diario al lodo lb/da.

S = igual gravedad especifica de los slidos.

( = fraccin en peso de los slidos en el agua.

( = densidad del agua, lb/pie3.

La gravedad especificada de los slidos puede ser estimada de:

S =

1

P/Sv + (1 - P)/SfDonde:

Sv y Sf = gravedad especifica de los slidos voltiles y fijos, respectivamente.

P = porcentaje de slidos que son voltiles expresados como un decimal.Donde las temperaturas de 85 a 95 F son mantenidas en el digestor, un tiempo de retencin de 30 a 50 das, es normalmente permitido para la digestin de los lodos para desage domestico.

Las oficinas que controlan a menudo solicitan que la capacidad de la unidad de digestin estndar se basen en concentraciones per capita.DIGESTIN DE ALTA-TASA

La digestin de alta tasa incorpora los principales lineamientos de los procesos ideales.

El lodo crudo es alimentado al proceso continuamente o a intervalos frecuentes; y el contenido del digestor se mantiene en un estado de mezcla por medio de una agitacin vigorosa.

El efluente del proceso est constituido del licor mezclado, desplazado del digestor por el lado ingresante.

La temperatura es generalmente mantenida en el optimo mesofilico que es entre 90 y 95 F (30.55-33.33 C).

El periodo de retencin para un proceso de alta taza es del orden de 10 a 15 das.

La reduccin de slidos voltiles que es esperada para esos periodos se indican en la figura 6-5.

% Destruccin de Slidos Voltiles70

65

6015 das de

retencin

55

5010 dias de

retencin

45

40

606570758085

% de Slidos Voltiles en lodo de alimentacin

Fig. 6-5: Destruccin de los slidos voltiles esperada durante la digestin de alta proporcin

Las capacidades requeridas son reducidas por un pre-espesamientos de los lodos que ingresan.

Sin embargo, cuando todo que ingresa es concentrado ms all de una concentracin de slidos de 6%, la fluidez del contenido digerido decrece en una medida donde es difcil mantener una mezcla apropiada.(3)La mezcla es realizada en varias maneras diferentes:

Agitadores mecnicos.

Difusin de gas reciclado.

Bombas levantadoras de gas.

El efluente de un proceso de alta taza es a menudo descargado a un segundo tanque en el que el sobrenadante es permitido separarse del slido digerido antes de disponer los lodos.

Problema-Ejemplo

Un lodo que esta constituido del 4% de slidos y 96% de agua debe ser digerido por 30 das en un proceso de tasa estndar. Los slidos iniciales son en un 70% voltiles con una gravedad especifica igual a 1.0 y 30% son slidos fijos, con una gravedad especifica igual a 2.5. Si el lodo retirado del digestor se espera que contenga 8% de slidos, estimar la capacidad de tanque requerido para tratar 1,000 libras de slidos secos introducidos al proceso diariamente.

Solucin:

1. De la figura 6-3, la reduccin de slidos voltiles para 30 das de retencin es de 50%

2. De la ecuacin 6-5, la gravedad especifica ser:

S =

1

P/Sv + (1 - ()/SfSv = Gravedad especfica de los slidos voltiles

Sf = Gravedad especfica de los slidos fijos

= porcentaje de slidos que son voltiles expresados en decimales.

a. Gravedad especfica para slidos no digeridos

S =

1

= 1.2

0.7/1 + (1 0.7)/2.5

b. Gravedad especfica para slidos digeridos.

S =

1

= 1.4

[(0.35/0.65)1 + (1 0.35/0.65)/2.5

3. De la ecuacin 6-4, los volmenes iniciales y finales de lodos de la digestin son:

V = Vs + Vw = w + w(1 - ()/( S( (Vo = 1000 + 1000(1 0.04)/0.04 = 13.35 + 385 = 398 pie3 1.2(62.4) 62.4

Vt = 650 + 650(1 0.08)/0.08 = 7.43 + 120 = 127 pie3 1.4(62.4)

62.4

4. Clculo de la capacidad con la ecuacin 6-3

V = [Vt + 1(Vo Vt)]t

3

V = [127 + 1(398 127)]30 = 6,510 pie3.

3

PLANTA DE TRATAMIENTO TERCIARIO DE UN AFLUENTE SECUNDARIO

(Mtodo Fsico-Qumico)

6 SALIDA

DE AIRE + NH3

5 UNIDAD DE

EXTRACCIN

DE AMONIACO

1 INGRESO-EFLUENTE

5 6

9 UNIDAD

DE TRATAMIENTO

DE FILTRACIN

SECUNDARIO

DE MEDIOS

7 UNIDAD DE

MULTIPLES

RECARBONATACIN

10 UNIDAD

8 TANQUE

DE ABSORCIN

SEDIMENTACIN

DE CARBON

12 3 4

78

154 TANQUE DE

9 10

SEDIMENTACIN 19 INGRESO

2 TANQUE3 TANQUE DE

DE CO2DE MEZCLAFLOCULACIN

15 LODO

21 DOSIFICACIN

DE CAL APAGADA

14 LODO

CA(OH)2

20 UNIDAD DE

APAGADO DE

CAL CA(OH)2

20

18 CO2

11 TANQUE DE

CLORACIN

18

16 UNIDAD DE

12 DOSIFICACIN

ESPEZAMIENTO

DE CLORO

17

17 UNIDAD DE

12RECALCINACIN

13

11

13 EFLUENTE

FINAL

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

PLANTA DE LODOS ACTIVADOS

2 CAMARA

3 DESARENADOR

DE REJAS 2

4 SEDIMENTADOR

5 TANQUE DE

PRIMARIO

AIREACIN

13 RETORNO

DE LODO

3

4

5

1 INGRESO DE 1DESAGE

CRUDO

26

13

7

26 REINGRESO DE

SOBRENADANTE

14 LODO

DE 15, 17 y 23

PRIMARIO

7 AIRE

8 SOLUCIN DE

15 ESPESADOR

9 TANQUE DE

CLORO

CLARIFICADOR

CONTACTO

9

6 SEDIMENTADOR

SECUNDARIO

20 SOBRENADANTE

15

8

20

10

16

16 INGRESO DE

LODO DE

11 LODO

SEDIMENTADOR

PRIMARIO Y

SECUNDARIO19 GASES

10 DISPOSICIN FINAL

CH4 y CO2

12

21 1921 LICOR

12 BOMBA DE LODOS

SOBRENADANTE

DE RETORNO

18 LODO

ESPESADO

17

23 FILTRO AL VACIO

17 DIGESTOR

ANAERBICO

23

22

24

22 LODO DIGERIDO

24 LODO DESAGUADO

25

25 FILTRADO

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

4 DOSIFICACIN DE

9 CLORACIN

COAGULANTE

1 INGRESO

7 SEDIMENTACIN

DE AGUA

CRUDA

45

6

7

1

12

2

3

5 MEZCLA

6 FLOCULACIN

8

2 CAMARA

9

DE REJAS

3 REJA

MECANICA

14 13

12 LODO

8 FILTRACIN

14 SOBRENADANTE

10

13 FILTRO A

PRESIN

15

15 LODO

COMPACTADO

11 A LA RED DE DISTRIBUCIN

10 ALMACENAMIENTO

Y REGULACIN

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

ABLANDAMIENTO CON CAL Y SODA

Na2CO3

6 DOSIFICACIN DE

Ca(OH)

SODA

12 DOSIFICACIN DE CLORO

4 DOSIFICACIN DE

CAL HIDRATADA

10 RECARBONATACIN

9 SEDIMENTACIN

11 FILTRACIN

1 INGRESO

DE AGUA

CRUDA

4 5

6 7

8

9

10

11

12 1

2 3

5 MEZCLA 7 MEZCLA

8 FLOCULACIN

15 BIOXIDO 17

DE CARBONO

CO2

2 CAMARA

DE REJAS

18 CENTRIFUGA

DE LODO

16 LODO

17 LODO

3 REJA

MECANICA

20

20 SOBRENADANTE

18

13 RESERVORIO DE

ALMACENAMIENTO

19

Y REGULACIN

19 LODO COMPACTADO

14 A LA RED DE DISTRIBUCIN

13