principios de los procesos biologicos

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7/17/2019 Principios de Los Procesos Biologicos http://slidepdf.com/reader/full/principios-de-los-procesos-biologicos 1/58 Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014 Principios de los procesos biologicos. Fernando Fdz-Polanco y María Fdz-Polanco Grupo de Tecnología Ambiental Dpto Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente Universidad de Valladolid (España) UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima 11 – 14 Septiembre 2014

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y ResiduosAgroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

Principios de los procesos biologicos.

Fernando Fdz-Polanco y María Fdz-PolancoGrupo de Tecnología AmbientalDpto Ingeniería Química y Tecnología del Medio AmbienteUniversidad de Valladolid (España)

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y

Residuos Agroindustriales y Pecuarios”

Lima 11 – 14 Septiembre 2014

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y ResiduosAgroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO BIOLÓGICO

OBJETIVOS

LOS MICROORGANISMOS

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

PROCESOS AEROBIOS

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

PROCESOS ANAEROBIOS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y ResiduosAgroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LÍQUIDO

M.O.(líquido) NUEVOS

MICROORGANISMOS

M.O. NO BIODEGRADABLE

AEROBIO CO2 + H2OANAEROBIO  CO2 + CH4

 ALIMENTO

PRODUCTOS

ENERGÍA

MICROORGANISMOS presentes en la naturaleza OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN CONOCIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS

OBJETIVOS

GAS

SÓLIDO

PRINCIPIO DECONSERVACIÓNDE LA MATERIA

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

OBJETIVOS

 ALIMENTO(S)

PRODUCTOS

1. ELIMINACIÓN DE: MO biodegradablenutrientes

2. MINIMIZACIÓN PRODUCTOS3. PROCESOS RÁPIDOS4. BUENOS RENDIMIENTOS

1. TRATAMIENTO

2. MICROORGANISMOS (X)

ENERGÍA1. ALIMENTO2. FUENTE DE ENERGÍA3. CONDICIONES ÓPTIMAS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO BIOLÓGICO

OBJETIVOS

LOS MICROORGANISMOS

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

PROCESOS AEROBIOS

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

PROCESOS ANAEROBIOS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO

DEGRADACIÓN (OXIDACIÓN/REDUCCION) DE LA MATERIA ORGÁNICA (MO)BIODEGRADABLE POR ACCIÓN DE MICROORGANISMOS (X)

QUE UTILIZAN LA MO COMO SUSTRATO (S) O FUENTE DE ALIMENTOPARA OBTENER ENERGÍA.

EN EL PROCESO SE GENERAN PRODUCTOS FINALES

(PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA): GAS (CO2, CH4, H2O),

LÍQUIDO TRATADO (MO SIN DEGRADAR) SÍNTESIS DE NUEVOS X (FANGO)

AEROBIO MO + O2 + X CO2 + H2O + NUEVOS XANAEROBIO MO + X CO2 + CH4 + NUEVOS X

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO BIOLÓGICO

OBJETIVOS

LOS MICROORGANISMOS

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

PROCESOS AEROBIOS

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

PROCESOS ANAEROBIOS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LOS MICROORGANISMOS. CARACTERÍSTICAS

2. FORMA cocos bacilos espirilos vibriones

2. AGRUPACIÓN ENTRE SÍ 

FLÓCULOS3. CAPACIDAD DE ADHESIÓNBIOPELÍCULAS

4. CULTIVOS EN SUSPENSIÓNY BIOPELÍCULA

1. CUANTIFICACIÓN COMO SV o SSVX = mg SV/L o X = mg SSV/L

FLÓCULOSTECNOLOGÍA

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LOS MICROORGANISMOS. COMPOSICIÓN

RUTAS

METABÓLICAS

C5H7NO2

(53% C, 12.4% N)

25% M.S. + 75% agua

ORGÁNICO 90%45-55 % C22-28 % O8-13 % N5-7 % H

INORGÁNICO 10%P (3%), S (1%), K (1%),Na (1%), Ca (0.5%), Mg

(0.5%), Cl (0.5%), Fe(0.2%) metales trazaCu, Mn, Mo, Co, Zn

(0.3%)

10-15 % hidratos de C50-60 % proteínas

6-8 % lípidos18-23 % ác. nucleicos

TODOS ESTOS ELEMENTOS DEBENESTAR PRESENTES EN LA “DIETA”DE LOS MICROORGANISMOS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LOS MICROORGANISMOS. NECESIDADES NUTRICIONALES

CLASIFICACIÓN FUENTE DE E FUENTE DE C

AUTÓTROFO C inorgánicofotoautótrofo luzquimioautótrofo redox inorgánica

HETERÓTROFO C orgánicofotoheterótrofo luzquimioheterótrofo redox orgánica

MACRONUTRIENTESN (12,4% del peso de X), P (2% del peso de X), S, K, Na

MICRONUTRIENTESFe, Co, Ni, Zn, Cu, Mn, Mo, Se, B

• AR urbanas• AR agroalimentario• AR industrial

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LOS MICROORGANISMOS. CRECIMIENTO

eliminada

generados

DQOKg

XKgY  

RENDIMIENTO CELULAR (Y)

Síntesis de microorganismos en función de la materia orgánica eliminada.

PERMITE CALCULAR LAGENERACIÓN DE FANGO

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO BIOLÓGICO

OBJETIVOS

LOS MICROORGANISMOS

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

PROCESOS AEROBIOS

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

PROCESOS ANAEROBIOS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

IMPORTANTE POR LA LENTA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO TASA DE CRECIMIENTO SE DUPLICA CADA 10ºC A T MAYOR DE LA ÓPTIMA SE DESTRUYEN ENZIMAS

CLASE INTERVALO (ºC)psicrófilas -5 a 20mesófilas 8 a 45termófilas 40 a 70hipertermófilas 65 a 110

T (ºC)

    t   a   s   a    d   e   c   r   e   c    i   m    i   e   n    t   o

0 20 35 55 100

VENTAJASmayor temperatura

mayor actividadmenor volumen

DESVENTAJAScoste energético

pérdida de la capacidad del sistemasi hay un fallo en la calefacción

TEMPERATURA

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

pH6.6-7.6 problemas de acidificación

ALCALINIDADEs la capacidad del agua para neutralizar ácidos.Es la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de

un agua (mg CaCO3/L)INHIBIDORES ESTIMULACIÓN

SIN EFECTO

concentración    t   a   s   a    d   e   r   e   a   c   c    i    ó   n

    b    i   o    l    ó   g    i   c   a concentración

óptima

INHIBICIÓN

• Sales• Amoniaco• Sulfuro• Metales• Tóxicos orgánicos

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

TEMPERATURA Y CONDICIONES HOMOGÉNEAS DISTRIBUCIÓN DE NUTRIENTES

MEJORA EL CONTACTO

EVITA SEDIMENTACIÓN

EVITA ZONAS MUERTAS

sedimentaciónzonas muertas

mezcla

MEZCLA

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

CONCENTRACIÓN DE MICROORGANISMOS (SSLM o SSVLM)

La concentración de microorganismos en el reactor biológico (Licor Mezcla) secuantifica como SSLM (mg SSLM/L) o SSVLM (mg SSVLM/L)Es IMPORTANTE mantener la concentración de X constante en el reactor.

ELEVADA CONCENTRACIÓN DE X: Mayor carga Menor volumen del reactor 

PARÁMETRO IMPORTANTE EN LAOPTIMIZACIÓN DEL PROCESO

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

Xdeproducción

reactor elenXθC  

TIEMPO DE RETENCIÓN CELULAR (TRC) – EDAD

TRC da idea de la EDAD de X

EXISTE UN θc ÓPTIMO

TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRAULICO (TRH)

Q Vθ   REACTOR 

Es el tiempo que permanece el agua en el reactor. TRH insuficiente → mala eliminación

TRH elevado → volumen muy grande

EXISTE UN θ ÓPTIMO

DQOr -.Y

SSVC.Vθ

C

 

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

CARGA

dm

DQOKgCV

3reactor

alimentada

Es la relación entre la materia orgánica que se puede alimentar a un reactor y:

el volumen del reactor CARGA VOLUMÉTRICA (CV) los microorganismos en el reactor CARGA MÁSICA (F/M)

dSVKg

DQOKg

M

F

reactor

alimentada

SOBRECARGA → mala eliminación

BAJA CARGA → falta de alimento

EXISTE UNACARGA ÓPTIMA

VELOCIDAD DE UTILIZACIÓN DE SUSTRATO

 X.dKg

DQOKgU eliminada

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO BIOLÓGICO

OBJETIVOS

LOS MICROORGANISMOS

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

PROCESOS AEROBIOS

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

PROCESOS ANAEROBIOS

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS

AEROBIO MO + O2 + X CO2 + H2O + NUEVOS X

   C   U   L

   T   I   V   O    E

   N

   S   U   S

   P   E   N   S   I    Ó   N

   F   A   N   G   O

   S   A   C   T   I   V   O   S

Qe

Se

 Xe

O2

QO

SO

4. PURGA

 V S

 X

3. RECIRCULACIÓN

CO21. REACTORBIOLÓGICO 2. SEDIMENTADOR 

QR  XR  QW  XW

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Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

eliminada

generados

generados

X

3

eliminadaO

3

2O

DQOKg

XKg celular síntesisdeorendimientY

d

XKg ismosmicroorgandegeneraciónP

XKg

DQOKg ismosmicroorganyDQOentrerelación1,42

m

DQOKg eliminadaDQOSS

d

m alimentadocaudalQ

d

OKgoxígenodeconsumoR

 SSQYP

 P1,42SSQR

OX

XOO

PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS

NECESIDADES DE OXÍGENO

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AEROBIO ANOXICO/ANAEROBIONITRIFICACIÓN - DESNITRIFICACIÓN

ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES. Nitrógeno

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

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NITRIFICACIÓN - DESNITRIFICACION

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

moléculasorgánicas simples

HSCoA

CoA

Pi+E

1. ANAEROBIO

Poli-P

PHB

Pi

2. AEROBIO OANÓXICO

O2 o NO3-

Pi PHB

HSCoA

CicloTCA

CO2

ADP+Pi

NADH2

H2O o N2

ATPNAD

ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES. Fósforo

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO BIOLÓGICO

OBJETIVOS

LOS MICROORGANISMOS

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

PROCESOS AEROBIOS

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

PROCESOS ANAEROBIOS

Page 26: Principios de Los Procesos Biologicos

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

M.O.SUSTRATO(líquido)

(sólido)

M.O. NO DEGRADADA(líquido)

CH4 + CO2

(biogás)

C5H7NO2

PRINCIPIO DECONSERVACIÓN

DE MATERIA

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

residuo particulado complejo y biomasa inactiva

hidratos de C proteínas lípidosinertes

particuladosinertes solubles

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

enzimas extracelulares

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

reacciones intracelulares

Hidrólisis

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

residuo particulado complejo y biomasa inactiva

hidratos de C proteínas lípidos

azucares aminoácidos AGCL

acetato CO2 H2

CH4

propionato VaH BuH

acidogénesis de azucaresacidogénesis de aminoácidos

acetogénesis de AGCLacetogénesis de propionatoacetogénesis de VaH y BuHmetanogénesis acetotróficametanogénesis hidrogenotróf.

inertesparticulados

inertes solubles

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

M.O.

CH4

AGV

•crecimiento lento•sensibles•características críticas

acetato

M.O.

CH4

AGVACUMULACIÓN!!

- acidificación- toxicidad

acetato

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

acetato CO2 H2

CH4

CH3COO- + H2O CH4 + HCO3-

ΔGº´= - 6.8 kcal/mol

4 H2 + CO2 + 2 H+  CH4 + 2 H2O

ΔGº´= - 32.3 kcal/mol

METANOGÉNICAS SULFATORREDUCTORAS (BSR)

CH3COO- + SO4= + H+

  H2S + 2 HCO3-

ΔGº´= - 11.3 kcal/mol

4 H2 + SO4= + 2 H+

  H2S + 4 H2OΔGº´= - 36.8 kcal/mol

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

nitrógeno

proteínavegetal proteínaanimal

bacteriasdesnitrificantes

nitratos alimento

bacteriasfijadoras de N2

nitritoscompuestos

de amonio

absorción por plantas

bacteriasnitrificantes(Nitrobacter )

bacterias nitrificantes(Nitrosomonas)

muerte excreciones

muerte

bacteriasfijadoras de N2

NKT N-NH4+

1. AEROBIO

2. ANÓXICO

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

moléculasorgánicas simples

HSCoA

CoA

Pi+E

1. ANAEROBIO

Poli-P

PHB

Pi

2. AEROBIO OANÓXICO

O2 o NO3-

Pi PHB

HSCoA

Ciclo

TCACO2

ADP+PiNADH2

H2O o N2

ATPNAD

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

residuo particulado complejo

hidratos de C proteínas lípidos

azucares aminoácidos AGCL

acetato CO2 H2

CH4

propionato VaH BuH

residuo complejo

acetato H2

CH4

1. ARRANQUE

hidrólisis +

fermentación

metanogénesis

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

1. ARRANQUE

residuo complejo

acetato H2

CH4

hidrólisis +

fermentación

metanogénesis    E    Q    U    I    L    I    B    R    I    O

    E    N    T    R    E    A    M    B

    A    S    E    T    A    P    A    S¿CÓMO SE REALIZA EL ARRANQUE?

1. inóculo adecuado (lento crecimiento cuanto más mejor)

2. agua3. temperatura4. tamponar para evitar caída de pH5. MO de modo que no se forme más de

2-4 g/L AGV manteniendo pH 6.8-7.66. control diario de pH y AGV(AcH, PrH,

BuH, IBuH por cromatografía)7. 108-109 microorganismos/mL reactor 8. 1 a 4 meses mayor estabilidad

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

primera etapaacidogenesis

segunda etapa

generación

 AGV

disminución pH aumento pH

proceso globalpH constante

AcH Ac- + H+

Ac- H+

AcH

Ac- H+

2. pH Y ALCALINIDAD (6.6-7.6 problemas de acidificación)

Consumo

 AGV

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

3222

22

COHOH(ac)CO

 (ac)CO(g)CO

2. pH Y ALCALINIDAD (6.6-7.6 problemas de acidificación)

HCOHCO

HHCOCOH

3-3

-332

10.2pKC)(35º106K

6.3pKC)(35º105K

a,211

a,2

a,17

a,1

32232

H32

2

COH(ac)CO*COH

C)(35ºatm/mol38K

*]CO[H

(g)][CO

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14 pH

     %

H2CO3 HCO3- CO3=

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

2. pH Y ALCALINIDAD

ALCALINIDAD es la capacidad del agua para neutralizar ácidos.

Es la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de un agua (mg CaCO3/L)

Relación pH/alcalinidad/CO2

H

2a,1

K

][CO50000

dalcalinida

logpKpH  

pH>6.5 500-900 mg CaCO3/L 24-45% CO2

en el biogás32

-3 COHAHCOHA

  Efecto de los AGV

Neutralización cal Ca(OH)2NaHCO3 no tiene problemas pero es caro y toxicidad del NaNa2CO3NaOHNH3 toxicidadNH4HCO3

más baratoformación de CaCO3

consumo de CO2 vacío

hidróxidos y carbonatos:consumo de CO2 vacío

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

3. NUTRIENTES   • efluente urbano• efluente agroalimentario• efluente industrial (estudios de laboratorio)

DOSISestequiometríaN 12% peso celular P 2% peso celular 

S 2% peso celular - SO4= presente en el AR

- adición sin exceso- sulfuro metálico insoluble

trazas para activación enzimática- Fe, Co, Ni

cationes comunes- presentes en las aguas- 40-60 mg/L- evitar desequilibrio entre ellos

mg/gDQO

excesomg/L

  adición

N   5-15 50  NH3, NH4Cl,

NH4HCO3

P   0.8-2.5 10 NaH2PO4

S   1-3 5 MgSO4· 7 H2OFe

  0.03 10 FeCl2· 4 H2O

C

o  0.003 0.02 CoCl

2· 2 H

2O

Ni   0.004 0.02 NiCl2· 6 H2OZn

  0.02 0.02 ZnCl2

C

u   0.004 0.02 CuCl2· 2 H2O

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

4. INHIBIDORES

ESTIMULACIÓN

SIN EFECTO

concentración    t   a   s   a    d   e

   r   e   a   c   c    i    ó   n    b    i   o    l    ó   g    i   c   a concentración

óptima

INHIBICIÓN

ANAEROBIO efecto es peor:• las AR presentan altas cargas

y también de inhibidores• tasas de crecimiento bajas

ADAPTACIÓN SOLUCIÓN

elegir un cultivo que se adapte mejor 

DIVERSIDAD BIOLÓGICAdificultad para conocer la concentración tóxica

ensayos biológicos (test de toxicidad)

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

4. INHIBIDORES

4.1. SALES    ESTIMULACIÓN  INHIBICIÓN

MODERADAFUERTE

INHIBICIÓN

Na   100-200 3500-5500 8000K   200-400 2500-4500 12000

Ca   100-200 2500-4500 8000

Mg   75-150 1000-1500 3000

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

4. INHIBIDORES

4.2. AMONIACO   •

degradación anaerobia de proteínas

NH4

+

/NH3• AR matadero o purines

9.3pK 

105.5K HNHNH

a

10-a34

 

• NH4+ inhibición a 3000 mg/L

• NH3 inhibición a 100 mg/L

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14pH

     %

NH4+ NH3NH4+

NH3

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

4. INHIBIDORES

4.3. SULFUROS  (g)SH(ac)S /H /HSSSO 22-BSR

4            

 C)(35ºatm/mol13K(ac)]S[H

(g)]S[H (g)SH(ac)SH

12.9pK HSHS

7.04pK HHSSH

H2

222

a2-

a1-2

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14 pH

     %

H2S HS- S=HS-

H2S

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

COD

S-compounds

   A   N   A   E   R   O   B   I   C

   D   I   G   E   S   T   E   R

SulphideEFFLUENT  increase COD  bulking

BIOGAS  odour  

corrosion  toxic to humans

REACTOR  inhibition  accumulation of

inert material in

the sludge (metalsulphides)

 

growth offilamentousbacteria

ENERGY BALANCE  less CH4 

biogas treatmentH2S < 200 mg/Nm3

< 0.013% (v/v)

CH4 /CO2

H2S

- affect the intracellular pH- MA the most sensitiveHS-

H2S

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

4. INHIBIDORES

4.4. METALES  Co, Ni, Zn, Cd, Hg presentan inhibición 1 mg/L

evitar su entrada en el reactor precipitación de sulfuros metálicos (insolubles y no tóxicos)

PROBLEMAdosis S= toxicidad

SOLUCIÓNFeS - Fe es desplazado por los metales

- Fe no es tóxico

4.5. TÓXICOS ORGÁNICOS  comunes a muchos residuos industrialesadaptación degradación - fenol- cloroformo

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

4. INHIBIDORES

EJEMPLOS• detergentes con cationes de amonio cuaternario• AGCL con Ca se complejan• pH cambia la toxicidad:

- NH4+/NH3 (pH ácido)

- CH3CH2COOH / CH3CH2COO- (pH básico)

CONTROL

1. eliminación del tóxico del influente2. dilución mayores volúmenes3. precipitación o complejos (Cu, Zn

como sulfuros con SO4=, cuidado

con la dosificación!!)4. variación del pH

5. adición de sustancias antagónicasa las que producen toxicidad

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

• importante por la lenta velocidad de crecimiento• tasa de crecimiento se duplica cada 10ºC• a T mayor de la óptima se destruyen enzimas

5. TEMPERATURA

    t   a   s   a    d   e   c   r   e   c    i   m    i   e   n    t   o

T (ºC)0 20 40 60 80 100

ELECCIÓN DEPENDEDE LA CARGA (CH4)

VENTAJASmayor temperatura

mayor actividadmenor volumen

DESVENTAJAS• coste energético

• pérdida de la capacidaddel sistema si hay unfallo en la calefacción

CLASE INTERVALO (ºC)psicrófilas -5 a 20mesófilas 8 a 45termófilas 40 a 70hipertermófilas 65 a 110

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

INTERNA (30%)

EXTERNA (25%)

5. TEMPERATURA AislamientoSistema de calefacción

Elevada temperatura en lasuperficie del cambiadorproduce precipitación deproteínas en la superficie delcambiador mayor superficie

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

sedimentación

zonas muertas

mezcla

6. MEZCLA

Temperatura y condiciones homogéneas

Distribución de nutrientes

Mejora el contacto

Evita sedimentación

Evita zonas muertas

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

6. MEZCLA. SISTEMAS DE MEZCLADO

    1 .    R    E    C

    I    R    C    U    L    A    C    I    Ó    N    D    E    L    Í    Q    U    I    D    O

    (    b   o   m    b   a    )

recirculación interna

recirculación externa

    2 .    R    E    C

    I    R    C    U    L    A    C    I    Ó    N    D    E    G    A    S    (   c   o   m   p   r   e   s   o   r    )

difusión de gas

gas lift

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

6. MEZCLA. SISTEMAS DE MEZCLADO

- recirculación de líquido + gas- recirculación de líquido + mezcla mecánica- recirculación de gas + mezcla mecánica

4. COMBINACIÓN DE SISTEMAS3. MEZCLA MECÁNICA

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

• valor energético CH4 = 35.8 kJ/L

C6H12O6   3 CO2 + 3 CH4

C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O

eliminada

4

2

4

2

4

DQOg

CHL0.350

Og326

CHL22.43

O6

CH3

• relación entre MO

eliminada y el metanoproducido

• eliminación de MO

d

kJ 102.26

CHm

kJ 1035.8

d

CHm 106.3

d

CHm 106.3

BODkg

CHm0.350

d

m 10

m

BODkg 18

9

43

343

4

43

4

L

433

43

elimL

influente104 m3/d

20 g DQO/L

estabilización90%

efluente104 m3/d

2 g BODL/L

biogás•

composición 70-75% CH4 30-25% CO2

7. PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS

2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

-4 -2 0 2 4

urea

ácido oxálico

ácido fórmico, CO

ácido cítrico

hidratos de C, ácido acéticoproteinas

algas y bacterias

metanol

grasas

0

50

100

  c  o  m  p  o  s   i  c   i   ó  n   d  e   l   b   i  o  g   á  s   (   %    C

   H   4   )

Estado de oxidación del C

7. PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS

RESUMEN

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RESUMEN

residuo particulado complejo

hidratos de C proteínas lípidos

azucares aminoácidos AGCL

acetato CO2 H2

CH4

propionato VaH BuH

APLICACIÓN•Fangos EDAR (5-15% ST)•

RS•ARI•ARU cálidos

VENTAJAS baja producción de fangos bajo requerimiento nutrientes

aprovechamiento de biogás carga elevada bajo consumo energético (O2)

INCONVENIENTES crecimiento lento arranque lento recuperación lenta olores (H2S) mayor regulación pH menor rendimiento temperatura

COMPARACIÓN AEROBIO/ANAEROBIO

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COMPARACIÓN AEROBIO/ANAEROBIO

CH3COOH + 2 O2   2 CO2 + 2 H2O

+ ENERGÍA

CH3COOH CO2 + CH4

+ 2 O2

CO2 + 2 H2O + ENERGÍA

AEROBIO ANAEROBIO

pérdidas

mantenimiento

síntesis   1   0   0   %    E  s  u  s   t  r  a   t  o

pérdidas

productos

mantenimiento

síntesis   1   0   0   %    E  s  u  s   t  r  a   t  o

Y=0,5 kg SSV/kg DQO elim Y=0,05 kg SSV/kg DQO elim

CADA PROCESO TIENE SU CAMPO DE APLICACIÓNMUCHAS VECES LOS DOS PROCESOS SE COMPLEMENTAN

COMPARACIÓN AEROBIO/ANAEROBIO

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

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COMPARACIÓN AEROBIO/ANAEROBIO

PARÁMETRO AEROBIO ANAEROBIO

ARRANQUE + LENTOOPERACIÓN SENCILLA COMPLEJA (metanogénicos)RENDIMIENTO 85-95% 80-90%TRH

  3-5 h   0.2-2 dSOBRECARGA + -

OXÍGENO - +TEMPERATURA + 35ºCSUBPRODUCTOS CH4

NUTRIENTES 100/5/1 100/0.5/0.1FANGOS (Y) 0.5 kg SSV/kg DQOelim 0.05 kg SSV/kg DQOelim

CRECIMIENTO RÁPIDO LENTO

OLORES + CH4, H2SREQUERIMIENTOS DE TAMPÓN - +MLSS 4 g/L 10 g/L

PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN

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PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN

CV(kg

DQO/m3reactor .d)

SSLM(mg SSLM/L)

F/M(kg DQO/kg SSVLM.d)

TRC(d)

TRH(h)

% DQOOD(mgO2/L)

0.3-1.6 1500-4000 0.2-0.6 4-10 3-5 85 a 95 2

AEROBIO MO + O2 + X CO2 + H2O + NUEVOS X

ANAEROBIO MO + X CO2 + CH4 + NUEVOS X

CV(kgDQO/m3

reactor .d)

SSLM(mg SSLM/L)

F/M(kg DQO/kg SSVLM.d)

TRC(d)

TRH(h)

% DQO

10-30 10000 1-3 5-24 80-90

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Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos

Principios de los procesos biologicos.

Fernando Fdz-Polanco y María Fdz-PolancoGrupo de Tecnología AmbientalDpto Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente

Universidad de Valladolid (España)

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y

Residuos Agroindustriales y Pecuarios”Lima 11 – 14 Septiembre 2014