ptar mixtas

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

Puesta en Marcha y Operacin de una Planta Anaerobia-Aerobia a Escala de

Laboratorio para el Tratamiento de RILes de la Industria Cervecera

PROFESORES: Dra. Mara Cristina Diez Dr.-Ing. Cristian Bornhardt

INTEGRANTE: Gerhard Schleenstein

ABRIL 2002

Agradecimientos

Puesta en Marcha y Operacin de una Planta Anaerobia-Aerobia a Escala de Laboratorio para el Tratamiento de RILes de la Industria Cervecera

i

Agradecimientos

caminando, caminando / voy buscando libertad

ojal encuentre camino / para seguir caminado

ojal encuentre camino / para seguir caminado

(Vctor Jara)

Agradecimientos al Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel de la Universidad Tcnica de Berln, quien hizo

posible la estancia en Chile por otorgar la beca del Programa ALFA de la Unin Europea; al

Departamento de Ingeniera Qumica de la Universidad de La Frontera de Temuco (UFRO),

Dra. Mara Cristina Diez y Dr.-Ing. Cristian Bornhardt, por guiar el trabajo; al Jefe de Suministros

y Medio Ambiente de la Compaa Cerveceras Unidas (C.C.U.) S.A. Planta Temuco, Mauricio

Prez y sus colaboradores; a Jorge Cabrera, Jorge Ross y a las analistas del Laboratorio de

RILes UFRO, por su ayuda en la concrecin del presente trabajo; y a las compaeras y

compaeros de la carrera de Ingeniera Ambiental, quienes me han acompaado y apoyado en

el camino y en la bsqueda de una salida cuando la realizacin del proyecto estuvo extraviada.

Resumen

Puesta en Marcha y Operacin de una Planta Anaerobia-Aerobia a Escala de Laboratorio para el Tratamiento de RILes de la Industria Cervecera

ii

Abstract A first set up of an coupled anaerobic-aerobic treatment plant for liquid residues on laboratory

scale was carried out. Functionality and operation of the plant were evaluated and verified by

employing liquid industrial residues of a brewery industry, through controlling operation

parameters such as volumetric and sludge loads, nutrients, pH, temperature, aeration-agitation,

sludge return and discharge. High dissolved organic loads, a good biodegradability and

susceptibility to failure of nutritional balance characterize these residues. In the case of the local

brewery plant, the following average parameters were reported: CODtotal = 2750 mg/L,

BOD5/COD ratio of 0,63 and TSS = 375 mg/L. All measurements were based on standard

methods.

The coupled anaerobic-aerobic treatment plant consists in an UASB anaerobic reactor, a

traditional activated sludge system, and measurement instruments for temperature, pH and

dissolved oxygen, that permit their automatic adjustment. Obtained data is transferred by an

controller (RTU) to a personal computer for its afterward use. After inoculation and set up, the

plant was operated during six weeks, while reducing hydraulic retention time of the aerobic

phase from 24 to 4,2 h. The heating system of the UASB showed weaknesses, which in

combination with low pH of the crude feed led to removal efficiencies for the organic load of only

15 to 70%. Subsequently, operating parameters like volumetric and sludge load of the activated

sludge were subject to heavy changes, leaving its optimal operation ranges. Light flocs and

drastic bulking problems were observed, with a SVI reaching 1000 mL/g and decrease of

MLVSS below 1000 mg/L, which limited plant operation and made a new inoculation necessary.

Despite of this, removal efficiencies for the organic load of up to 92% in the aerobic phase were

reached, resulting in a total efficiency of about 97% for the entire plant, apparently independent

of the employed loads.

Changes of the electric and electronic configuration of the plant were carried out, but besides

necessary pH sensors, it is necessary to invest in the heating system of the anaerobic reactor

and acquisition of additional peristaltic pumps, that are able to work autonomously through

extended periods. There was no way to connect the control unit RTU, wherefore it was returned

to the manufacturer, what made nearly impossible its deep analysis. RTUs internal

programming design is proposed such way, that it can store measured data throughout

extended periods and guarantee autonomous operation of the plant, lacking presence of PC and

of the controlling and data visualizing RTU-Terminal program.

Resumen

Puesta en Marcha y Operacin de una Planta Anaerobia-Aerobia a Escala de Laboratorio para el Tratamiento de RILes de la Industria Cervecera

iii

Resumen Se realiz la puesta en marcha de una planta combinada anaerobia-aerobia a escala de

laboratorio para el tratamiento de residuos lquidos. Se evalu y verific el funcionamiento y

comportamiento de la planta usando un RIL tipo de la industria cervecera, controlando los

parmetros de operacin: carga volumtrica, carga msica, nutrientes, pH, temperatura,

aireacin-agitacin, reciclo y descarte de lodos. Estos RILes se caracterizan por un alto

contenido de materia orgnica disuelta, una buena biodegradabilidad y una predisposicin al

desequilibrio nutricional. En el caso de la planta cervecera local, Chile, se reportan valores

promedio de DQOtotal = 2750 mg/L, una razn de DBO5/DQO de 0,63 y SST = 375 mg/L. Las

mediciones se realizaron segn metodologas normalizadas.

La planta secuencial anaerobia-aerobia consta de un reactor anaerobio tipo UASB y un sistema

de lodos activados tradicional; cuenta con medidores de T, pH, OD y dispositivos para su

ajuste automtico. Los datos obtenidos por los medidores son transferidos a travs de un

controlador (RTU) para su posterior utilizacin a un PC. Luego de inocular y poner la planta en

marcha se oper durante seis semanas, disminuyendo el TRH de la fase aerobia de 24 a 4,2 h.

La planta mostr fallas en el sistema de calentamiento del UASB que, junto con bajos pH en la

alimentacin cruda, llevaron a rendimientos de remocin de la carga orgnica de entre un 15 y

70% solamente. Subsecuentemente, los parmetros de operacin del sistema de lodos

activados - carga volumtrica y carga msica - cambiaron fuertemente, abandonando sus

rangos ptimos de operacin. Se observ flculos livianos y un problema de Bulking gravsimo,

con IVLs de hasta 1000 mL/g y una disminucin de los MLVSS bajo los 1000 mg/L, que

agravaron la operacin de la planta e hicieron necesaria una nueva inoculacin. Se logr

eficiencias de remocin de la carga orgnica de hasta 92% para la fase aerobia, dando como

resultado un 97% de rendimiento total, aparentemente independientes de las cargas aplicadas.

Se realizaron cambios en la configuracin elctrica y electrnica de la planta, pero es necesario

efectuar inversiones para lograr su mxima funcionalidad en los campos del sistema de

calentamiento del reactor anaerobio, adquisicin de bombas peristlticas adicionales adecuadas

para un funcionamiento autnomo durante periodos de tiempo prolongados, y los sensores

necesarios de pH. No se logr conectar la unidad de control RTU, por lo cual fue devuelta al

fabricante, situacin que hizo casi imposible un anlisis profundo. Se propuso un diseo de

programa interno de la RTU de tal modo que pueda almacenar los datos de medicin durante

periodos prolongados, para garantizar la operacin autnoma de la planta sin presencia del PC

y del programa controlador y visualizador RTU-Terminal.

ndice

Puesta en Marcha y Operacin de una Planta Anaerobia-Aerobia a Escala de Laboratorio para el Tratamiento de RILes de la Industria Cervecera

iv

ndice 1 Introduccin y Objetivos....................................................................................................... 1

1.1 Introduccin............................................................................................................ 1

1.2 Objetivos ................................................................................................................ 2

1.2.1 Objetivos Generales .................................................................................................. 2

1.2.2 Objetivos Especficos ................................................................................................ 2

2 Antecedentes....................................................................................................................... 3

2.1 El Proceso de Lodos Activados .............................................................................. 3

2.1.1 Factores que influyen en el Proceso.......................................................................... 4

2.1.2 Parmetros de Control .............................................................................................. 5

2.2 El Problema del Bulking.......................................................................................... 6

2.2.1 Factores que influyen en el fenmeno....................................................................... 7

2.2.2 Posibles Soluciones ................................................................................................ 10

2.3 Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales....................................................... 11

2.3.1 Metabolismo Anaerobio........................................................................................... 11

2.3.2 Factores que influyen en el Metabolismo An