biorreactor uasb expo

8/17/2019 Biorreactor Uasb Expo

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KELLY

1. BIORREACTOR UASB

La abreviación U. A. S. B. se define como Upflow Anaerobic Sludge Blanquet oReactor Anaerobio de Manto de Lodos de Fluo Ascendente. Los reactores UASB son

un tipo de biorreactor tubular que operan en r!gimen continuo " en fluo ascendente# es

decir# el afluente entra por la parte inferior del reactor# atraviesa todo el perfil

longitudinal# " sale por la parte superior. Son reactores anaerobios en los que los

microorganismos se agrupan formando biogr$nulos. %sta tecnolog&a proveniente de

B!lgica " 'olanda# es aplicada especialmente al tratamiento de aguas residuales con

alto contenido de materia org$nica.

%l primer trabao publicado de un reactor de lec(o suspendido data del a)o *+*, " se le

denomino -tanque biol&tico# con tiempos (idr$ulicos de retención de /#0 (oras.

1osteriormente# un nuevo invento se llevó a cabo en *+02 que consistió en un lec(o

suspendido con separador interno sólido3l&quido# seguido de un filtro anaerobio. %l

reactor UASB# fue desarrollado en 'olanda por Lettinga " sus colaboradores en los

a)os 2, . %l dise)o de un reactor UASB consiste en una 4ona de reacción en la parte

inferior# en la que se acumula la biomasa# la de meor sedimentabilidad en el fondo "encima los lodos m$s ligeros.

La operación de los reactores UASB se basa en la actividad autorregulada de diferentes

grupos de bacterias que degradan la materia org$nica " se desarrollan en forma

interactiva# formando un lodo o barro biológicamente activo en el reactor.

5ic(os grupos bacterianos establecen entre s& relaciones simbióticas de alta eficiencia

metabólica bao la forma de gr$nulos cu"a densidad les permite sedimentar en el

digestor. La biomasa permanece en el reactor sin necesidad de soporte adicional. Una de

las ventaas del tratamiento anaeróbico sobre el tratamiento aeróbico es la producción de

gas metano como fuente energ!tica " la baa producción de lodo biológico.

%l tratamiento de aguas residuales con reactores tipo U. A. S. B. es el m$s difundido en

Am!rica Latina desde *+//. %stos reactores reempla4aron de cierta forma en las plantas

de tratamiento aerobio a los sedimentadores primarios# sedimentadores secundarios#

biodigestores para el tratamiento de lodos " gran parte de los sistemas de lodos

activados# pues logran eficiencias de remoción comprendidas entre el 6, " /,7 de la


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589 " la 5B9 en función de la concentración inicial del agua residual. Los U. A. S. B.

funcionan como tratamiento primario# tratamiento secundario# pero no llegan a

eficiencias de remoción superiores al /:7. 1ara lograrlo# deben ser complementados

por sistemas aerobios tradicionales como lodos activados# filtros percoladores o lagunas.

%l reactor UASB est$ siendo e;perimentado con !;ito en el tratamiento de aguas

residuales mu" diversas de procesos de la industria de alimentos# industriales# urbanas "

li;iviados# aunque inicialmente se desarrolló para aguas residuales de tipos

principalmente solubles " de concentración media. %l tratamiento anaerobio se

recomienda para el li;iviado con una relación de 5B9


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La pie4a del diagrama sirve como sedimentador.

"i#$ra %. Es&$e'a #enera( )e $n rector UASB.

5ebido a la formación de flóculos de lodos granulados# la concentración en la

4ona m$s difusa# en la parte superior del manto de lodos del RAFA es de 0 a ,

g < L. %n la la parte inferior del reactor# la concentración de sólidos puede variar

de 0, a *,, g < L.

%n el reactor e;iste una

4ona de reacción

compartida

internamente " unseparador de biogas. %l agua residual se distribu"e en todas las secciones de


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reacción " en el manto de lodos# en esta sección los contaminantes org$nicos son

convertidos en biogas. %l biog$s provee una adecuada me4cla en el lec(o " se

recolecta en las tres fases. Crabaa con altas concentraciones de concentración de

biomasa del orden de :, D =, Eg biomasa0 Eg 589


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%l lodo anaerobio puede ser preservado >inactivo? por muc(os meses sin serios

deterioros. Una efectiva separación del biogas# desagJe " el lodo. %l lodo anaerobio presenta una buena capacidad de sedimentación "

principalmente# se desarrolla como un lodo granular.

!ES*ETA+AS:

Las bacterias anaerobias >particularmente las metanog!nicas? se in(iben por un

gran nKmero de compuestos. %l arranque del proceso es lento# pues consiste en mantener las condiciones

adecuadas para el crecimiento de la biomasa siendo los nutrientes necesarios lom$s importante para su crecimiento.

Su aplicación debe ser monitoreada " puede requerir un pulimiento posterior de

su efluente# adem$s se generan malos olores si no es efica4mente controlado. 1uede requerir un pulimiento posterior de su efluente. eneración de malos olores si no es efica4mente controlado. Requiere largos periodos de arranque# si no se cuenta con lodo adaptado. 1or ser recientemente establecidos# tienen bao desarrollo para aplicaciones

espec&ficas " e;iste poca e;periencia pr$ctica# sin embargo la situación respecto

a esto est$ cambiando r$pidamente. La digestión anaerobia normalmente requiere de un adecuado post3tratamiento

para la remoción de 5B90 remanente# amonio " compuestos de mal olor. Las limitaciones del proceso est$n relacionadas con las aguas residuales que

tienen altos contenido de sólidos# o cuando su naturale4a impide el desarrollo de

los lodos granulados.

SABY

,. -ARMETROS !E SEGUIMIETO E U REACTOR UASBa/ !EMA!A QU0MICA !E O0GEO !QO/: Se constitu"e en una prueba

m$s r$pida que la demanda bioqu&mica de o;&geno " es utili4ada para medir la

carga org$nica e inorg$nica contenida en una muestra. %n el bioensa"o# la 5B9#

o;ida las sustancias org$nicas f$cilmente biodegradables# si se reali4an bao

condiciones controladas de temperatura# tiempo " población biológica. %n este

ensa"o qu&mico# la 589# se o;idan adem$s de las sustancias antes

mencionadas# todas aquellas que sean susceptibles de ser atacadas por un


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o;idante fuerte en condiciones $cidas. %l inconveniente que presenta es que no

determina si la materia org$nica es biodegradable o no.

3/ !EMA!A BIOL4GICA !E O0GEO !BO5/: La demanda bioqu&mica

de o;&geno se usa como medida de o;igeno requerida para la o;idación de lamateria org$nica biodegradable presente en la muestra " como resultado de la

acción de o;idación bioqu&mica anaerobia. La demanda de o;&geno de las aguas

residuales es resultado de = tipos de materiales. Materiales org$nicos

carbónicos# utili4ables como fuente de alimentación por organismos aeróbicos.

Iitrógeno o;idable# derivado de la presencia de nitritos# amoniaco " en general

compuestos org$nicos nitrogenados que sirven como alimentación para

bacterias especificas. @ompuestos qu&micos reductores# >iones ferrosos# sulfitossulfuros? que se o;idan por o;&geno disuelto.

c/ UTRIETES: A fin de continuar sus funciones vitales adecuadamente# un

organismo debe tener una fuente de energ&a " de carbono para la s&ntesis de

nueva materia celular. Los elementos inorg$nicos# tales como el nitrógeno " el

fósforo#" otros elementos que se encuentran a nivel de vestigios como el a4ufre#

potasio# calcio " magnesio son tambi!n vitales para la s&ntesis celular.

%l

e;ceso o limitación de nutrientes influ"e en la producción e;tracelular de sustancias

polim!ricas las cuales se creen ser las responsables de la atadura o agregación de la

biomasa.

)/ ITR4GEO: %n aguas residuales el nitrógeno puede (allarse en cuatro

estados de o;idación Iitratos# nitritos# amonio " nitrógeno org$nico. Codas


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estas formas de nitrógeno# adem$s del nitrógeno gaseoso# son biológicamente

interconvertibles " forman parte de su ciclo. La qu&mica del nitrógeno es

complea debido a los varios estados de o;idación que puede asumir el

nitrógeno >presenta siete estados de o;idación?• Iitrógeno Cotal %l nitrógeno total es la suma del nitrógeno org$nico " el

nitrógeno amoniacal# pueden anali4arse untos " son determinados como el

nitrógeno Eelda(l# t!rmino que (ace referencia a la t!cnica usada en su

determinación. La forma m$s o;idada del nitrógeno son los nitratos >el m$s

estable?. %s necesario controlar los niveles de nitrógeno para evitar eutrificación.• Iitrógeno amoniacal %s todo el nitrógeno e;istente en el agua como amoniaco o

el ión amonio dependiendo del p'.

I'= ':9N ⎯ OI' 9'

p' P + 1redomina el ión amonio > I'?.

La forma no ioni4ada como lo es el I'= es tó;ica# la forma iónica no lo es.

@uando el p' es bao# una concentración de nitrógeno puede no ser tó;ica

porque la concentración de I'= es baa.

e/ "4S"ORO: %l fósforo se encuentra en las aguas naturales " residuales solo

como fosfato. Las formas de fosfatos tienen variedad de o;&geno. 1eque)as

cantidades de fosfatos condensados son usadas en lavander&as " otras limpie4as#

porque estos materiales son los meores constitu"entes de muc(os limpiadores

comerciales# los ortofosfatos son aplicados a la agricultura como fertili4antes#

los fosfatos org$nicos son formados en procesos biológicos.

6/ S4LI!OS: La materia suspendida o disuelta que se encuentra en un agua

residual recibe el nombre de sólidos# " se dividen en tres categor&as Sólidos

totales sedimentables# suspendidos " disueltos.

Sólidos suspendidos porción retenida por el papel filtro de *.= Qm de tama)o de poro.

%stos a su ve4 se dividen en fios >quedan despu!s de la ignición de la muestra? "

vol$tiles >p!rdida de peso de la muestra durante la ignición?. La determinación de los

sólidos es una prueba indispensable para la operación de reactores biológicos# que unto

con otros par$metros >5B90 " 589?# proporcionan información de la eficiencia de la

remoción del proceso# e indirectamente# de la concentración de biomasa bacteriana en el

reactor. La concentración de los SS representa la porción org$nica de los SSC. %s


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importante mantener un registro de los sólidos del afluente# efluente " del lec(o# de

modo que se pueda asegurar que la p!rdida de biomasa no es ma"or al crecimiento

esperado. Los SSC representan el par$metro ambiental para el cobro de tasa retributiva.

SUSAA

#/ CAU!AL7 CARGA ORGICA *OLUM8TRICA Y TIEM-O !E

RETECI4 9I!RAULICO

%l caudal es f&sicamente de gran importancia "a que mide la velocidad superficial del

l&quido en el interior del reactor# condicionando la sedimentación " por lo tanto# la

retención de biomasa. %n ocasiones un incremento en el caudal conlleva a un aumento

de carga org$nica aplicada# este se mide en volumen por unidad de tiempo. %l tiempo deretención (idr$ulico se e;presa en unidades de tiempo# " es el caudal de afluente por

unidad de volumen efectivo del reactor# este tiene gran importancia "a que afecta la

producción de lodos dentro del reactor.

/ -ER"IL !E LO!OS:

%s una medida de la concentración de SSC " SS " su relación con la altura del reactor# permite el c$lculo de la cantidad absoluta de lodo en el reactor. %ste valor unto con la

actividad metanog!nica espec&fica# delimita la carga m$;ima >Eg 589< m= dia?

aplicable al sistema despu!s de alcan4ada la estabilidad en el reactor# la actividad del

lodo permanecer$ constante# pero el contenido de lodo aumenta regularmente.

@uando el reactor llega a un estado estable el lodo se divide en lec(o >altas

concentraciones de sólidos? " manto de lodos >originado por el fluo ascensional?.

i/ *ELOCI!A! !E SE!IMETACI4

La velocidad de sedimentación indica la rapide4 con que se sedimenta el lodo e;presado

en m


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relativamente corto. %n un reactor UASB la retención de lodos se efectKa de dos

maneras diferentes

• Mediante la selección permanente de lodos con alta sedimentabilidad en el

reactor de fluo ascendente.• Mediante un separador gas – líquido – sólido en la parte superior del reactor.

1or lo tanto la sedimentabilidad del lodo en un UASB es un dato importante en

la evaluación de su comportamiento permitiendo cualificar m$s detalladamente

la forma " crecimiento del lodo respecto a la altura del reactor. %n los reactores

anaerobios# e;isten gr$nulos de lodo# con ciertas propiedades de sedimentación

que permiten una me4cla mec$nica por las mismas fuer4as de fluo los

procesos de me4cla inducen a la formación de lodo granular# que presenta

propiedades como• Alta velocidad de sedimentación >: 3 +, m ( ?.• Alta fuer4a mec$nica.• @omunidad microbiana balanceada.• Resistencia a descargas tó;icas.

@uando un lodo es liviano que se lava con facilidad favorece la producción o

crecimiento de biomasa. Las caracteri4aciones de un lodo pueden variar de acuerdo con

el tipo " el contenido de sólidos# por tanto la forma de manipular un dispositivo demuestreo depende de las propiedades f&sicas del lodo. %l lodo granular sedimenta

e;tremadamente r$pido " dea el agua completamente clarificada en pocos minutos# un

lodo floculento empe4ar$ a clarificar en un tiempo ma"or comparado con el lodo

granular.

;/ TAMA


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agregado de microorganismos formado durante el tratamiento de agua residual en un

ambiente con un r!gimen de fluo (idr$ulico apro;imadamente constante. Sin ningKn

apo"o# las condiciones de fluo creadas son selectivas para un ambiente en la cual solo

estos microorganismos viven " se proliferan. Se pueden desarrollar diferentes formas de

lodo granular# tales como bastón# filamentosos " Tcon puntasT# esto depende de varios

aspectos como son la composición del sustrato " la naturale4a de la puesta en marc(a.

1ara determinar el tama)o " la forma de un lodo# inicialmente se reali4a un an$lisis

microscópico de una muestra representativa de cada punto de muestreo seleccionado en

el sistema. La muestra previamente lavada# "a que el color oscuro del li;iviado impide

la correcta observación de la distribución de los gr$nulos

OMAR

5. M8TO!O !E !ISE


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CLCULO BASA!O E OLR

• 9LR V 8 >589entrada D 589salida? W *,=• olumen del tanque X V @ W 8 < 9LR V >g 589m:? se calcula segKn A V 'RC W 8 < '

CLCULO BASA!O E LA *ELOCI!A!

@uando la 589 en la corriente a tratar es menor a 0#,,, mg


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Algunas cantidades de ':S gaseoso pueden pasar a trav!s del separador "

acumularse por encima del nivel de l&quido del reactor. %l ':S puede o;idarse

a [cido SulfKrico " provocar corrosión del acero " el concreto. %l ó;ido de @alcio >@a9?# por debao del nivel de l&quido en una superficie de

concreto puede disolverse con 5ió;ido de @arbono >@9:?# en condiciones de

p' mu" alcalinas# produciendo corrosión.

Los materiales de construcción deben ser resistentes a estos tipos de corrosión# como

Acero Hno;idable o pl$sticos# o bien deben recubrirse las superficies con pinturas

anticorrosivas.

BILY

>. CO!ICIOES !E O-ERACI4 Y -UESTA E MARC9A.

%l reactor UASB puede procesar altas cargas una ve4 que el lodo granular est$ formado.

Cambi!n en un reactor UASB se encuentran que los gr$nulos no se forman con

cualquier tipo de efluentes# a una velocidad apreciable. Los efluentes cloacales " de

slaug(ter(ouse son un eemplo de esto.

Uno de los ma"ores inconvenientes que presentan los reactores es la lentitud de la

puesta en marc(a. 1ara cultivar una cantidad suficiente de lodo anaeróbico que sea

viable para fiarse en el reactor " reali4ar la degradación pertinente# es necesario un

per&odo de tiempo considerable. %sto se debe a que los microorganismos anaeróbicos

pueden no estar alimentados durante largo tiempo " sobrevivir. Un dato Ktil es que los

lodos anaeróbicos e;istentes en una instalación a gran escala pueden ser utili4ados para

poner en marc(a instalaciones nuevas# aKn en el caso de que las corrientes a tratar

difieran significativamente en composición " volumen.

%n general# una puesta en marc(a en condiciones de temperatura de :, \ @ puede llevar

entre : " = semanas. %n el peor de los casos# la duración puede e;tenderse entre = "

meses. La carga (idr$ulica de la puesta en marc(a es siempre un 0, 7 de la carga

(idr$ulica de dise)o# " reci!n cuando se alcan4a el valor de carga de dise)o se puede

considerar que (a finali4ado la operación de puesta en marc(a.

%l Ciempo de Residencia 'idr$ulico >CR'? debe ser el adecuado para que las bacterias

filamentosas " no coloni4adoras sean arrastradas fuera del reactor# especialmentedurante la puesta en marc(a.


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La alimentación generalmente requiere un p' ma"or a 0.0 " una alcalinidad suficiente

para mantener un p' estable a lo largo de toda la operación. La temperatura del efluente

debe ser ma"or a 0 \ @ para no impedir la etapa * de las bacterias Metanog!nicas# que es

la 'idrólisis. %n invierno puede ser necesario utili4ar algo del Metano producido para

calentar la corriente a tratar en el reactor.

1ara que los microorganismos sobrevivan# debe mantenerse una proporción de 589

Iitrógeno Fósforo de =0,0*. 1ara mantener estos valores# se agregan compuestos

qu&micos como I'':19# E':19# >I'?:@9=# entre otros.

Los sólidos suspendidos >SS? pueden afectar el proceso anaeróbico de muc(as maneras

• Formación de espuma por la presencia de agentes con propiedades

espumantes# como grasa " l&pidos• 9bstrucción " retardado de la formación de barros granulares.• %ntrampado de lodo granular en una capa de materia insoluble "

consecuente desintegración de los gr$nulos• Arrastre de los lodos fuera del reactor.• @a&da de la actividad metanog!nica debido a la acumulación de SS.

1or lo tanto# la concentración de SS en la alimentación al reactor no deber&a e;ceder los

0,, mg


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?. TRATAMIETO !E AGUA RESI!UAL MUICI-AL ME!IATE UBIORREACTOR AAEROBIO !E MEMBRAA A ESCALA -ILOTO

!$(ce Merari Ci) Le@n

Maestr&a en Hngenier&a# UIAM.

%gresado de la carrera de Hngenier&a Bioqu&mica Hndustrial# UAM.

+$an Man$e( Mor#an Sa#ast$'e

5octor en Hngenier&a 8u&mica por la

Universidad Iacional Autónoma de M!;ico >UIAM?.

C!cnico Acad!mico Citular del Hnstituto de Hngenier&a de la UIAM.

Hnvestigador Iacional Iivel H.

Sarina +. Er#as

5octora por la Universidad de @alifornia. %s profesora asociada del 5epartamento de

Hngenier&a @ivil " Ambiental de la Universidad de Massac(usetts en Am(erst# USA.

A)a(3erto oo(a Ro3(es

5octor en Hngenier&a de Cratamiento de Aguas Residuales del Hnstituto Iacional de

@iencias Aplicadas# Coulouse# Francia. Hnvestigador Citular en el Hnstituto de Hngenier&a

de la UIAM. Hnvestigador Iacional Iivel HHH.

!irecci@n 1/: @oordinación de Bioprocesos Ambientales# Hnstituto de Hngenier&a#

UIAM# %dificio 0# @ub&culo ,6# @ircuito %scolar# @iudad Universitaria# ,0*,#@o"oac$n# M!;ico 5.F.# M!;ico. Cel 0: 00 06:==6,, e;t /6+6 Fa; 0: 00 6*63:*36

%3mail mms]pumas.ii.unam.m;.

RESUME

%n esta investigación se condueron estudios en un reactor anaerobio de membrana a

escala piloto.

%l reactor UASB acoplado a membranas de ultrafiltración se operó en continuo permitiendo aprovec(ar las ventaas de la v&a anaerobia " asociarlas con una retención


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efectiva de sólidos suspendidos# coloides# microorganismos patógenos " par$sitos. Las

condiciones de operación en la parte biológica >CR'V 6 (? de este sistema

proporcionaron un efluente de tal modo que al combinarse con las condiciones de

operación en la parte filtrante >vV :.:0 msolución de (ipoclorito de sodio a =,, mgCR@? m$s largo# comparado con el que se aplica en procesos

aerobios. Adicionalmente# el tratamiento anaerobio no (a sido un tratamiento completo

debido a su menor eficiencia e in(abilidad para alcan4ar las regulaciones de descarga.

Sin embargo# su bao consumo de energ&a# la limitada producción de lodos " la

generación de metano como gas combustible (acen de este proceso una atractiva etapa

de desbaste# previo a un proceso de pulimento# normalmente de tipo aerobio.

Las cargas org$nicas en los sistemas anaerobios est$n controladas principalmente por la

retención de biomasa dentro del reactor. Una alta retención de biomasa conduce a un

meor funcionamiento " estabilidad# con menores volKmenes de reactor. %n reactores

completamente agitados con sedimentador secundario >llamados de contacto anaerobio?#

la baa sedimentabilidad de la biomasa lleva a tiempos de retención (idr$ulica >CR'?

m$s altos " por lo tanto a reactores " costos ma"ores.


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%stos problemas se podr&an minimi4ar si la biomasa es retenida " su concentración

incrementada# en forma independiente al tiempo de retención (idr$ulica.

%n este sentido# uno de los desarrollos m$s notables en la tecnolog&a del tratamiento con

procesos anaerobios es el reactor de lec(o de lodos con fluo ascendente >UASB por sussiglas en ingl!s?. La aceptación de esta tecnolog&a para el tratamiento de efluentes

industriales es generali4ada# no as& cuando !sta se aplica en aguas residuales de origen

dom!stico o municipal. Sin embargo# las ventaas propias de esta tecnolog&a la (acen

particularmente adaptada para alcan4ar un maneo sustentable del agua residual

municipal en pa&ses en desarrollo >Foresti et al. :,,6?.

@omo fue se)alado# el efluente tratado por v&a anaerobia normalmente no cumple con

los requerimientos de descarga# particularmente por su aKn elevada concentración de

materia org$nica# por lo que se aplica un tratamiento de pulimento# con varios posibles

arreglos >@(ernic(aro# :,,6?.

La tecnolog&a de biorreactores de membrana >BRM? combina el proceso f&sico de

separación con el tratamiento biológico. %stos sistemas utili4an membranas de micro

"Barer " Stucle"# *+++?. Los

biorreactores de membrana tienen el potencial para subsanar las limitaciones que

presentan los reactores biológicos convencionales en el tratamiento " reutili4ación de

aguas residuales dom!sticas "a que a? permiten tiempos largos de residencia de sólidos#

b? poseen una alta capacidad para remover microorganismos patógenos# c? permiten

separar a la biomasa del licor me4clado sin intervención de la gravedad# d? se obtiene un

efluente con mu" poca materia org$nica en suspensión "# e? las mol!culas solubles de

alto peso molecular son retenidas en la membrana.

%;isten "a plantas que trabaan a escala real operando e;itosamente en varias partes del

mundo con esta tecnolog&a# en su modalidad aerobia principalmente. %ntre las

aplicaciones industriales m$s frecuentes se encuentran# el reciclae en edificios de

oficinas >^oomi4o et al# *++?# el tratamiento de efluentes municipales de peque)as

poblaciones >Buisson et al# *++/?# el tratamiento de efluentes industriales >Berube "

'all :,,*?# " la depuración de li;iviados de rellenos sanitarios >Manem et al# *++6?.


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%ntre las limitaciones asociadas a esta tecnolog&a se encuentran los altos costos de

instalación " operación as& como el aKn reducido nKmero de aplicaciones en aguas

residuales# lo que resulta en escasa e;periencia# Io obstante# la tendencia actual en el

mercado de membranas es la de incrementar el volumen de producción " por lo tanto

abatir el costo en virtud de la creciente aceptación de estas tecnolog&as alrededor del

mundo. 9tra desventaa importante es el taponamiento de la membrana# lo que aumenta

los requerimientos de limpie4a# dificulta las condiciones de operación# afecta su

desempe)o " eleva los costos.

Las aplicaciones de los BRM en sistemas anaerobios son m$s escasas# " se limitan a

efluentes industriales de alta carga >Iagano et al. *++: Anderson et al. *++6 @(oo "

Lee *++/ Fa(rulra4i " Ioor *+++Hnce et al. :,,, 'u " Stuce" :,,* Lee et al.:,,*?. AKn as se (a visto la posibilidad de utili4arlos en efluentes municipales

aprovec(ando las ventaas de la v&a anaerobia " mediante la membrana proporcionar

una barrera absoluta a sólidos coloidales " suspendidos adem$s de remover patógenos#

par$sitos " compuestos org$nicos de alto peso molecular.

%sta investigación tuvo como obetivo evaluar la eficiencia de remoción de materia

org$nica " de patógenos# as& como el taponamiento de la membrana# de un biorreactor

anaerobio de membrana para el tratamiento de agua residual municipal con fines dereutili4ación.

METO!OLOGIA

%l reactor se ubicó en la planta de tratamiento de agua residual en @iudad Universitaria#

M!;ico 5.F. Se constru"ó un reactor tipo UASB de acr&lico cubierto e;ternamente con

(oas de acero con un di$metro interno de ,.0= m " m de altura el nivel de agua seubicó a =./0 m# dando un volumen Ktil de ,./+m=. Se acopló al reactor una unidad

e;terna de membrana tubular de ultrafiltración >UF? fabricada por la empresa Eoc(

Membrane S"stems >%%UU?. %l arreglo constó de 6 módulos tubulares de membrana de

= m de longitud# dando el $rea necesaria para el filtrado requerido >0.,:2 m :?. %l

material de la membrana es floruro de polivinildieno >15F? con tama)o de poro para

part&culas con peso molecular de *,, ,,, 5a. Su precio de venta fue de US_::0.,, por

módulo# sin accesorios.


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1arte del agua residual municipal que llega a la planta era conducida (acia el reactor

UASB mediante una bomba perist$ltica a ra4ón de ,.** m =


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La

evolución del reactor UASB piloto se siguió diariamente mediante la medición de

par$metros como temperatura# p'# alcalinidad# sólidos suspendidos totales >SSC?#

sólidos suspendidos vol$tiles >SS?# demanda qu&mica de o;&geno >589? total "

soluble como se describe en los M!todos %st$ndar >A1'A# AXXA# X1@F #*+++?. La

relación de alcalinidades se calculó con la alcalinidad medida a un p' de 0.20# dividida

entre la alcalinidad total >p' .=?. 1ara la selección de las condiciones de operación el

sistema se probó en un arreglo de membranas en serie " fue sometido a distintas

presiones transmembrana# CM1 >*,# :,# =,# ,# 0,# 6, psi? " velocidades de fluo >*#*.0

" : m`p caudal permeado por unidad de $rea de

membrana? en intervalos de * (ora. %l reactor se operó en continuo durante = meses bao las condiciones de operación seleccionadas. Se probaron estrategias de limpie4a

usando distintas concentraciones de 'ipoclorito de Sodio >Ia@l9? para recuperar el

flu; perneado. Se evaluó el desempe)o del MBR en la remoción de 589# Sólidos

totales# (uevos de (elmintos " coliformes fecales.

RESULTA!OS

Ea($aci@n )e( )ese'eDo )e( reactor UASB 'e'3rana


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La evolución del arranque del piloto se siguió mediante la medición de

par$metros como temperatura# p'# alcalinidad# SSC# SS# 589 total "

soluble. La temperatura del reactor se mantuvo entre *+ " ::\ @. %l

influente presentó peque)as variaciones en el p' manteni!ndose dentro del

intervalo óptimo >6./D 2.:? para llevar a cabo el proceso anaerobio. La

relación de alcalinidades que presentó el sistema se encontró entre un

intervalo adecuado de ,.6 a ,.2.

Las concentraciones de SSC en los tres puntos de muestra del sistema

>entrada UASB# salida UASB correspondiente a la entrada del módulo de

membranas# " salida de este? se presenta en la figura :. Se identifica una

tendencia (acia la estabili4ación del efluente del UASB en alrededor de ,

mg


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en la salida del sistema# con valores de =/ mg


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fluo. @on base en los resultados anteriores# se fió la velocidad de fluo en

:.:0 m


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La evaluación del flu; obtenido a distintas CM1 mostró en todos los casos

un comportamiento t&pico del taponamiento de la membrana. %ste ocurre

r$pidamente en los primeros minutos de operación# para despu!s disminuir

gradualmente (asta permanecer casi constante. La Figura 0 presenta la

evolución t&pica de este fenómeno.

1or otro lado# a presiones ma"ores# el `p resultó menor# como lo muestra la

Figura 6# en donde se grafican los datos correspondientes a la pendiente

m$;ima para cada CM1 aplicada >velocidad de taponamiento?.

Se observa que a una presión transmembrana entre *, " =, psi se obtiene la

menor velocidad de taponamiento# por lo que se eligió este intervalo para

trabaar el sistema.


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Se operó en continuo bao las condiciones de operación seleccionadas

evaluando el `p obtenido cada (ora (asta presentar una disminución

considerable en este par$metro. Acto seguido se efectuaba la limpie4a de la

membrana# primero con agua " despu!s con una solución de (ipoclorito de

sodio. 1ara definir la concentración de la solución de limpie4a se reali4ó un

e;perimento a tres diferentes concentraciones >*,,# :,, " =,, mg


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La operación siguió por = meses " la limpie4a se efectuó una ve4 cada d&a.

%n los primeros =, d&as se recuperó el permeado disminu"endo

gradualmente en los siguientes meses de operación. %l flu; permeado

disminu"ó sin que la limpie4a qu&mica recuperara el filtrado inicial.

La figura / presenta un resultado de la evolución del flu; " las operaciones

de limpie4a obtenido durante la e;perimentación.

%n su etapa -estable el sistema BRM produo ,.,0= m=CR'V 6 (? de este sistema

proporcionaron un efluente de tal modo que al combinarse con

lascondiciones de operación en la parte filtrante >vV : m

biorreactor uasb expo

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