review uasb

7/14/2019 Review UASB

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Parámetros de Control y Operación del Digestor Anaerobio de Flujo Ascendente

Silvia Rojas-Caro

Escuela de Ingeniería Bioquímica, Facultad de Ingeniería, Pontificia Universidad

Católica de Valparaíso, Valparaíso, Chile.

Correspondencia a: Silvia Rojas Caro. Escuela de Ingeniería Bioquímica, Facultad de

Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Brasil 2147,

Valparaíso, Chile. Teléfono: 56-32-2273641; Fax: 56-32-2273803. E-mail:

[email protected]



Resumen

La digestión anaerobia es considerada uno de los métodos más eficientes en el

tratamiento de efluentes de distinta naturaleza. El digestor anaerobio de flujo

ascendente (UASB) es considerado como el sistema de digestión anaeróbica más

popular en el cual es posible tratar aguas residuales con altas cargas de materia

orgánica. Sin embargo, para operar correctamente este tipo de sistemas y lograr los

niveles de eficiencia deseados, es necesario comprender los procesos biológicos

involucrados en la digestión anaeróbica, así como también los parámetros de control y

operación del sistema UASB. Este artículo de revisión describe los principales procesos

biológicos llevados a cabo en un sistema de digestión anaeróbica UASB y describe

además, los principales parámetros de funcionamiento del reactor como pH,

temperatura, velocidad de carga orgánica, tiempo de retención hidráulico, ácidos grasos

volátiles, alcalinidad, DBO, DQO y producción de biogás.

Keywords: reactor UASB, tratamiento anaeróbico de aguas residuales, biogás, gránulos,

parámetros operación UASB.



1. INTRODUCCIÓN

La rápida expansión de países en vías de desarrollo ha traído consigo graves problemas

en la recolección, tratamiento y disposición de aguas residuales. Esta situación da lugar

a serios problemas ambientales debido al mal manejo de residuos municipales,

industriales y agrícolas que se descomponen en el medio ambiente, generando

contaminación a gran escala en tierras, agua y aire. Estos residuos no sólo representan

una amenaza para el medio ambiente, sino que además poseen un potencial valor

energético, el cual no ha sido suficientemente aprovechado, a pesar de su bajo costo y

abundancia (Figura 1). Para evitar la contaminación de recursos hídricos por desechos

domésticos e industriales, es necesario utilizar un tratamiento adecuado. En el caso de

aguas residuales con alto contenido de material orgánico, existen dos alternativas de

tratamiento basadas en procesos biológicos: los procesos aeróbicos y los procesos

anaeróbicos. Los procesos anaeróbicos convierten los compuestos orgánicos de las

aguas residuales en pequeñas cantidades de lodos, son de fácil operación, bajo costo y

producen gran cantidad de biogás [1], mientras que los procesos aeróbicos necesitan

aportes externos de energía para la aireación del reactor [2]. Los procesos anaeróbicos

son llevados a cabo por microorganismos que tienen una cadena de transferencia de

electrones cuyo aceptor final no es el oxígeno. La oxidación de materia orgánica en la

respiración anaeróbica va acoplada a la reducción de otros aceptores de electrones como

el sulfato (reducción de sulfato), hierro férrico (reducción de hierro), nitrato

(denitrificación), CO2 (metanogénesis) o algunos compuestos orgánicos [3, 4]. La

digestión anaeróbica ha sido ampliamente utilizada en el tratamiento de aguas residuales

y desechos orgánicos, e involucra cuatro etapas (Figura 2): primero, la materia orgánica

compleja es hidrolizada (polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas), formando

los correspondientes oligómeros y monómeros; en segundo lugar se lleva a cabo la



acidogénesis, en la cual las moléculas simples generadas en la etapa de hidrólisis son

transformadas en ácidos grasos volátiles (AGV). Lo anterior está a cargo de las

bacterias acidogénicas. En la tercera etapa, las bacterias acetogénicas transforman los

AGV en ácido acético, el cual es utilizado en la cuarta etapa, en que las bacterias

metanogénicas transforman los productos de la fermentación en metano y CO2 [2, 4 – 6].

Existen varios procesos anaeróbicos para el tratamiento de aguas residuales; uno de

ellos es el reactor anaerobio de flujo ascendente, UASB (Upflow Anaerobic Sludge

Blanket ). Este tipo de reactor anaerobio es sin duda el más utilizado en el tratamiento de

gran variedad de aguas residuales [5]. El dispositivo más característico del reactor

UASB es el separador de tres fases, el cual se ubica sobre la zona de digestión,

permitiendo mantener gran cantidad de lodos al interior del reactor, mientras se

descarga el efluente esencialmente libre de sólidos [7]. En términos de costos, la

operación y mantención de un reactor UASB requiere menos del 1% de su costo de

inversión por año [8]. Del mismo modo, el costo de construcción de un reactor UASB

es menor que el de un reactor de lodos activados, siendo de entre 20 y 40 USD per

cápita y 60 y 120 USD per cápita, respectivamente [9]. El funcionamiento de un reactor

UASB depende de parámetros físico-químicos y procesos biológicos, que determinan la

eficiencia de la remoción y conversión de compuestos orgánicos. Los mecanismos son

complejos y dependen de varios parámetros operacionales interrelacionados entre sí

[10]. Por lo tanto, es necesaria una adecuada comprensión de la interacción y función

de estos parámetros para el constante desarrollo de tecnologías de tratamiento anaerobio

de residuos. Esta revisión tiene por objetivo investigar y discutir sobre la tecnología

involucrada en la operación de reactores UASB, con énfasis en mecanismos y

parámetros que afectan el funcionamiento de este sistema de digestión anaerobia.



2. El reactor UASB

En la Figura 3 se muestra un esquema del reactor UASB. El reactor consiste en dos

partes principales: una columna rectangular o cilíndrica y un separador de fases gas-

líquido-sólido (GLS) [7]. El separador de fases es la innovación técnica que destaca al

reactor UASB por sobre otros sistemas de digestión anaerobia. Este separador de fases

se ubica en la parte superior del reactor y proporciona una separación interna efectiva de

la biomasa, el efluente tratado y el biogás. Luego de un período de puesta en marcha

del sistema (entre 2 a 8 meses), y dependiendo de las condiciones de operación y las

características del agua residual y del lodo del afluente (este último entra por la parte

inferior del reactor), es posible la acumulación de grandes cantidades de biomasa activa,

en forma de gránulos compactos con una elevada capacidad de sedimentación y

dispuestos en capas de lodos en la parte inferior del reactor [5, 7, 11 – 13]. En el reactor

UASB es posible distinguir tres zonas hidráulicas: zona de lecho de lodos, zona de

manto de lobos y zona del separador GLS. En la zona de lecho de lodos se concentran

los microorganismos encargados de biodegradar el material orgánico presente en el

agua residual a tratar. El flujo en esta zona es tipo pistón. En la zona de manto de lodos

los microorganismos se encuentran dispersos a lo largo del reactor y el comportamiento

es turbulento, por lo que el flujo puede llegar a ser completamente mezclado. En la

parte del separador GLS, el flujo es laminar parecido a flujo pistón [14 – 16]. En este

tipo de sistema, las aguas residuales a tratar se introducen por la parte inferior del reactor y fluyen en sentido ascendente a través de un manto de lodos. El tratamiento se

produce al entrar en contacto el agua residual y el lodo. Parte del gas generado (metano

y CO2) dentro del manto de lodos se adhiere a las partículas biológicas. Tanto el gas

libre como las partículas a las que se ha adherido gas, ascienden hacia la parte superior

del reactor. Allí se produce la liberación del gas adherido a las partículas, al entrar éstas



en contacto con los deflectores desgasificadores. Las partículas desgasificadas vuelven a

caer hasta la superficie del manto de lodo. El gas libre de partículas de lodo es

capturado en un dispositivo destino para ello, ubicado en la parte superior del reactor.

El líquido, que contiene algunos sólidos residuales y algunos de los gránulos biológicos,

se conduce a una cámara de sedimentación, donde se separan los sólidos residuales. Los

sólidos separados son dirigidos a la superficie del manto de lodo a través del sistema de

deflectores [11, 17 – 19]. Este tipo de reactor, al igual que otros sistemas de digestión

anaeróbica de alta velocidad, requiere la inmovilización del lodo por algún mecanismo,

de modo que el tiempo de retención de éste en el reactor sea casi independiente del flujo

del sistema. En un reactor UASB la inmovilización se logra por un mecanismo natural

que corresponde a la granulación [12, 20]. Este reactor tiene un lodo anaeróbico que

exhibe buenas propiedades de sedimentación y que conserva eficientemente complejos

consorcios microbianos sin la necesidad de la inmovilización sobre un material de

soporte. Por lo tanto, este sistema, convierte eficientemente compuestos orgánicos de

aguas residuales en metano, utilizando reactores de menor tamaño que otros sistemas de

digestión anaerobia.

3. Parámetros de Control y Operación del Reactor UASB

Existen diversos parámetros a conocer y tener en cuenta para poder lograr una buena

operación del reactor UASB. A continuación se comentarán algunos de éstos.

3.1 Temperatura

La temperatura juega un rol positivo en el proceso de digestión anaeróbica en el reactor

UASB, ya que aumenta la capacidad de los microorganismos de producir metano a

partir de compuestos orgánicos. Se ha reportado que, a idénticas condiciones de

operación en un sistema UASB, el incremento de la temperatura del agua residual desde



21 a 24ºC, aumenta considerablemente la eficiencia de remoción de DBO5 y DQO [1].

La temperatura afecta la remoción de partículas mediante su influencia en la viscosidad

del agua residual y en la conversión de materia orgánica [1, 21]. Al aumentar la

temperatura del agua residual, disminuye su viscosidad, y por lo tanto disminuye el

esfuerzo de corte de las partículas. Por el contrario, a bajas temperaturas la viscosidad

del líquido puede ser alta, lo que implica una mayor cantidad de energía para la mezcla

de las partículas, por lo que es posible afirmar que la temperatura influye en la

turbulencia hidráulica del reactor [22]. Como se ha mencionado anteriormente, en un

reactor UASB, la producción de gas y el flujo ascendente proporcionan las condiciones

de mezcla adecuadas. Al aumentar la temperatura, se favorecen las condiciones de

mezcla por una disminución de la viscosidad y además se produce mayor cantidad de

biogas y mayor turbulencia. Además, el aumento de la temperatura facilita la

separación de sólidos capturados por partículas de gas [10].

Por otra parte, la tasa de conversión anaeróbica de material orgánico complejo, es a

menudo limitada por la etapa de hidrólisis [23]. La constante de velocidad de hidrólisis

es altamente dependiente de la temperatura, debido a que esta etapa corresponde a una

reacción bioquímica catalizada por enzimas, las que son altamente sensibles a este

parámetro [24]. Este efecto puede ser descrito mediante la ecuación de Arrhenius (Ec.

(1)) [25].

(1)

Donde, k h es la constante de velocidad de hidrólisis (d-1); A, es la constante de Arrhenius

(d-1); E , energía de activación (kJ·mol-1); R, constante universal de los gases ideales

(J·mol-1·K -1); T , temperatura absoluta (K).



Es fácil suponer además que, dado que la digestión anaerobia involucra etapas que son

llevadas a cabo por microorganismos, la temperatura afectará el desempeño de cada

grupo microbiano involucrado en el proceso. La metanogénesis puede verse seriamente

afectada por temperaturas bajo los 30ºC. En el rango de los 37 a 55ºC, se ha reportado

el lavado del lodo y una remoción deficiente de DQO [26], con acumulación de ácidos

grasos volátiles por la inhibición de la metanogénesis. Sin embargo, existen reportes de

reactores UASB operando en condiciones termofílicas (ej. 55ºC), en los que se obtienen

altas tasas de conversión de residuos de vinaza [27]. Se han reportado también efectos

de la temperatura sobre la acidogénesis, sin embargo no se ha discutido de igual manera

que el efecto de la temperatura sobre la metanogénesis [28]. La temperatura y el pH

influyen de manera diferente en la acidificación de aguas residuales ricas en proteínas.

La eficiencia y tasa de degradación de estos residuos proteicos, grado de acidificación y

tasa de formación de ácidos grasos volátiles y alcoholes aumentan ligeramente con la

temperatura. La temperatura afecta la acidogénesis de residuos proteicos de acuerdo a la

ecuación de Arrhenius, con una baja energía de activación de 1.83 kcal·mol-1 [29].

La digestión anaeróbica en reactores UASB a menudo es llevada a cabo en rangos de

temperaturas desde 35-37ºC, independiente de la temperatura del agua residual [30].

Naturalmente, resulta más beneficioso en aspectos económico que el tratamiento se

realice a la temperatura natural del agua residual.

3.2 pH

El valor de pH afecta significativamente el rendimiento y estabilidad de un reactor

UASB, ya que es esencial un aumento gradual en el valor de pH para alcanzar la

aclimatación necesaria de los gránulos y prevenir la desintegración de éstos Se han

reportado valores de pH entre rangos de 6.3 a 8.0 [5, 31]. La estabilidad del sistema



puede verse afectada por cambios en el pH del afluente. Varios experimentos se han

llevado a cabo para ilustrar el comportamiento de reactores anaeróbicos frente a

pequeñas variaciones en los valores de pH. En algunos de ellos se ha inyectado HCl en

el afluente para cambiar el pH del sustrato desde 6.8 a 6.6. La respuesta frente a este

cambio fue significativa, ya que la producción de gas aumentó en un 40%, así como

también la concentración de CO2. De igual modo fue testeada la respuesta del sistema

frente al aumento del pH agregando NaOH hasta un valor de pH de 7.4; bajo estas

condiciones, aumentó la producción de gas, pero disminuyó la producción de CO 2 [32].

Del mismo modo que ocurre con la temperatura, es de esperar que la comunidad

microbiana en un reactor UASB se vea afectada por variaciones en el pH. El pH óptimo

para la mayoría de los grupos microbianos presentes en estos sistemas es de entre 6.8 y

7.2, mientras que valores de pH menores a 4 y mayores a 9.5 no son tolerados por estos

microorganismos [33]. Son tres los principales grupos bacterianos involucrados en la

producción de gases: bacterias hidrolíticas, bacterias productoras de ácidos y bacterias

productoras de metano. Las bacterias productoras de ácidos, comúnmente toleran bajos

valores de pH, cuyo rango óptimo es de 5.0 a 6.0 [34]. Por otra parte, los metanógenos

son los microorganismos más afectados frente a variaciones de pH, disminuyendo su

actividad cuando el valor se aleja del óptimo, que se encuentra en el rango entre 6.7 y

7.4 [35]. El bicarbonato producido por las bacterias productoras de metano

normalmente controlan la reducción de pH causada por las bacterias productoras de

ácidos [34].

3.3 Velocidad de Carga Orgánica

La velocidad de carga orgánica (Organic Loading Rate, OLR) es la cantidad de materia

orgánica introducida por unidad de volumen y tiempo. Es un parámetro de gran

importancia que afecta la ecología microbiana y estabilidad del sistema en un reactor



UASB. El grado de inanición de los microorganismos en sistemas biológicos depende

de la OLR. Se ha reportado que a altos valores de OLR, los microorganismos crecen

más rápido y aumenta la producción de gas, pero hasta cuando los metanógenos no

pueden convertir lo suficientemente rápido el ácido acético en metano. Además, si la

producción de gas es muy alta, el nivel de agitación puede aumentar de tal modo que

ocurre el lavado del lodo inoculado [34]. También se ha demostrado que a altos valores

de OLR se reduce la eficiencia de remoción de DQO en sistemas de tratamiento de

aguas [36, 37]. La velocidad de carga orgánica está relacionada con la con la

concentración del sustrato y el tiempo de retención hidráulico (Ecuación 2), por lo que

es necesario un buen balance entre estos dos parámetros, para el correcto

funcionamiento de la digestión [38].

(2)

Donde OLR, velocidad de carga orgánica (gDQO·L-1·d-1); DQOin, demanda química de

oxígeno en el afluente (g·L-1); TRH , tiempo de retención hidráulico (días).

3.4 Tiempo de Retención Hidráulico y Velocidad de Flujo Ascendente

El tiempo de retención hidráulico (TRH), es el cociente entre el volumen y el caudal de

tratamiento, es decir, el tiempo medio de permanencia del influente en el reactor,

sometido a la acción de los microorganismos. La velocidad de flujo ascendente (Vup) en

tanto, es la velocidad del líquido a través de la sección transversal del reactor UASB

[39]. El TRH es uno de los parámetros más críticos en el diseño y operación de un

reactor UASB. Valores adecuados de TRH garantizan un tiempo suficiente para que los

microorganismos degraden la materia orgánica. El TRH en reactores UASB está en el



rango de 2 a 200 h, dependiendo del tipo de aguas residuales a tratar y la escala del

reactor. Los valores de TRH durante la puesta en marcha del reactor, son usualmente

mayores que los valores en estado estacionario. Esto permite la aclimatación del reactor

y previene el lavado del lodo inoculado por altas velocidades de flujo ascendente.

Usualmente, los TRH durante la puesta en marcha de un reactor UASB son de 2 a 3 días

en reactores a escala de laboratorio [40, 41]. El TRH en el reactor debe ser tan pequeño

como sea posible, pero tomando en cuenta que a valores muy pequeños de TRH se

reduce el tiempo de contacto entre la biomasa activa y el sustrato, resultando en el

lavado del lodo inoculado. Del mismo modo, valores prolongados de TRH provocarán

una disminución en el rendimiento del reactor debido a que la población microbiana se

encontrará en condiciones de inanición por carencia de sustrato [42, 43].

Por otra parte, la velocidad de flujo ascendente también es un parámetro importante en

la operación del reactor UASB, ya que mantiene las condiciones de mezcla y de TRH

del sustrato y la biomasa [38]. La ―capa límite‖ alrededor de un gránulo se puede

reducir aumentando el flujo ascendente. Esta ―capa límite‖ corresponde a la zona

intermedia entre el seno del fluido y el sólido; representa una película de líquido

estancado en la cual se manifiestan las resistencias externas a la transferencia de masa,

por lo que la reducción de esta capa aumenta la difusión entre la fase líquida en el

gránulo y, por lo tanto, aumenta la degradación de sustrato y se estimula el crecimiento

de microorganismos. La velocidad de flujo ascendente en un reactor UASB fluctúa

entre 0,1 y 1.4 m·h-1 [38, 44]. Como se ha mencionado anteriormente, en un reactor

UASB, las zonas del manto y el lecho de lodos tienen partículas dispersas a través de las

cuales fluyen de manera ascendente el agua residual a tratar y las burbujas de gas. Por

lo tanto, incluso si la velocidad del flujo ascendente es baja, la distribución del flujo al

interior del reactor no es uniforme debido a la presencia de los gránulos y a la agitación



producida por las partículas de gas [45, 46]. De acuerdo a lo anterior, resulta fácil

suponer que la velocidad de flujo ascendente en el lecho de lodos sea levemente mayor

que la velocidad de flujo ascendente en la parte superior del reactor (Figura 4), ya que

los gránulos reducen el espacio para el flujo del agua residual (Efecto Venturi) [47].

La velocidad de flujo ascendente es directamente proporcional a la altura del reactor e

inversamente proporcional al TRH, como se muestra en la Ecuación 3 [38]:

(3)

Donde V up , velocidad de flujo ascendente en el afluente (m·h -1); h, altura del reactor

(m); TRH , tiempo de retención hidráulica (horas).

La velocidad de flujo ascendente también puede ser calculada relacionando el caudal y

el área de la sección transversal del reactor, como se muestra en la Ecuación 4:

(4)

Donde V up , velocidad de flujo ascendente en el afluente (m·h-1); Q, caudal del afluente

(m3·h-1); A, área de la sección transversal del reactor (m2).

De acuerdo a la Ecuación 5, podemos notar que el caudal es inversamente proporcional

al TRH, y se observa que el volumen tiene una relación directa con Q [38]. Podemos

calcular Q de acuerdo a lo siguiente:

(5)

Donde Q, caudal del afluente (L·d-1); V , volumen del reactor (L); TRH , tiempo de

retención hidráulico (días).



3.5 Requerimientos Nutricionales

A diferencia de los procesos aerobios, la digestión anaerobia se caracteriza, por los

bajos requerimientos de nutrientes, debido fundamentalmente a los bajos índices de

producción de biomasa. Naturalmente, la biomasa contenida en un reactor anaerobio

necesita de una fuente de carbono y energía, nutrientes minerales y en algunos casos

vitaminas. Los principales requerimientos nutricionales del sistema anaerobio son

nitrógeno, azufre fósforo, hierro, cobalto, níquel, molibdeno, selenio, riboflavina y

vitamina B12 [49]. Los valores mínimos necesarios para el correcto crecimiento de los

microorganismos presentes en un sistema de digestión anaerobia se muestran en la

Tabla 1. Los requerimientos nutricionales de nitrógeno y fósforo se han expresado

también en función de la concentración de carbono de la alimentación, considerando

que la relación C:N debe oscilar entre 15-30:1, y la relación C:P entre 75-113:1 [49].

En general, en las aguas residuales municipales están presentes cantidades suficientes de

nutrientes, sin embargo en aguas de origen industrial, es necesario agregar nutrientes

para poder llevar a cabo algún proceso biológico. La falta de cantidades de N y P es un

caso frecuente especialmente en los procesos de tratamiento de agua residual

provenientes de la industria alimenticia o de aguas residuales con alta carga de materia

orgánica [49, 50].

3.6 DQO y DBO5

La demanda bioquímica de oxígeno 5 (DBO5) es una prueba analítica que permite

determinar el contenido de materia orgánica biodegradable en una muestra de aguas

residuales midiendo el consumo de oxígeno por una población microbiana heterogénea

(durante 5 días generalmente), a una temperatura de incubación de 20ºC y en presencia



de nutrientes [7]. La importancia de esta prueba radica en que es un parámetro

ambiental que da una medida del grado de contaminación. Se utiliza para el cobro de la

tasa retributiva. Medida en el afluente y efluente del reactor permite calcular la

remoción del mismo. La demanda química de oxígeno (DQO) en tanto es una medida

de la materia orgánica en la muestra equivalente a la cantidad de oxigeno que se puede

oxidar químicamente en un medio ácido. Puede relacionarse con la DBO5. La oxidación

se realiza con un agente oxidante fuerte en un medio ácido. Tiene la misma importancia

que la DBO5 [39].

3.7 Concentración de AGV y Alcalinidad

La relación entre el pH, la alcalinidad y los ácidos grasos volátiles (AGV) proporciona

información importante sobre el funcionamiento de un sistema de digestión anaerobia.

La alcalinidad es una medida de la capacidad tampón del medio. Esta capacidad tampón

puede ser proporcionada por un amplio rango de sustancias, siendo por tanto una

medida inespecífica. En el rango de pH de 6 a 8, el principal equilibrio químico que

controla la alcalinidad es el dióxido de carbono-bicarbonato [51]. La alcalinidad del

bicarbonato y el pH en el reactor cambian a medida que transcurre el proceso de

digestión anaeróbica. La alcalinidad del bicarbonato de amonio es producido a medida

que se van degradando las proteínas, liberándose CO2 y amonio, en tanto que la

alcalinidad del bicarbonato se ve afectada cuando los AGV son neutralizados. La

alcalinidad del bicarbonato puede ser un indicador temprano de una alteración en el pH

y es posible obtener una gran cantidad de información midiendo el pH y la alcalinidad

en un digestor anaeróbico. Se ha reportado que, al monitorear la alcalinidad de

bicarbonato durante períodos de sobrecarga orgánica, el bicarbonato resulta un buen

indicador de inestabilidad y sobrecarga. Además, la medida de la alcalinidad medida en



conjunto con la concentración de biogas, corresponden a una estimación confiable del

pH del reactor [52].

Por otra parte, los AGV son un importante intermediario en el proceso de digestión

anaeróbica. La acumulación de ácidos orgánicos es una señal temprana de que la

producción de metano está siendo inhibida por el exceso de AGV, ya que en estas

condiciones se excede la capacidad de los metanógenos para metabolizar ácido acético.

En este contexto, Nielsen y col. observaron la producción de metano y la concentración

de propionato como indicadores de desbalance, encontrando que el aumento de la

concentración de propionato fue uno de los primeros indicadores de inestabilidad [53].

3.8 Producción de Biogás

Una de las principales atracciones del proceso de digestión anaeróbica utilizando

reactores UASB es la posibilidad de recuperar energía en forma de biogás. La

producción de biogás es el último paso en el proceso, por lo tanto es una señal de que la

digestión anaerobia ha finalizado. Esta etapa es llevada a cabo por bacterias

metanogénicas acetoclásticas y metanógenos hidrogenotróficos. Aproximadamente el

70% del metano producido durante la digestión anaeróbica es derivado de las bacterias

metanogénicas acetoclásticas de los géneros Methanosarcina y Methanosaeta [55]. De

acuerdo a lo reportado en la literatura, por cada kilogramo de DQO digerido

anaeróbicamente a 35ºC, se producen 0,39 m3 de metano. Generalmente, se obtiene

mayor cantidad de biogás en condiciones termófilas (45ºC) que en condiciones

mesófilas (30ºC) [56], por lo que es posible afirmar que la producción de biogás es una

etapa dependiente de la temperatura. La composición y cantidad de biogás también

depende de otras condiciones operacionales como el pH, tipo de agua residual a tratar,

OLR, granulación y presencia de inhibidores. La presencia de metales pesados (Cu, Cr,



Ni, Cd, Zn y Pb) inhiben la metanogénesis en este tipo de proceso, siendo el cobre el

más tóxico para esta etapa [57].

Como se ha mencionado anteriormente, el flujo ascendente de biogás genera turbulencia

al interior del reactor, lo que permite mezclar el contenido de éste [58]. Es más, la

producción de gas contribuye en mayor medida a la mezcla del reactor que la velocidad

del flujo ascendente del afluente, lo que sin duda mejora el rendimiento del sistema. Sin

embargo, una producción excesiva de biogás puede resultar en la suspensión y

consecuente lavado de la biomasa, reduciendo la eficiencia del rector [58]. Un ámbito

del proceso que puede verse favorecido por la producción de biogás es el económico, ya

que la energía recuperada desde un reactor UASB puede compensar los costos

operacionales y de mantención del reactor. La producción de biogás es uno de los

parámetros clave que indica la salud de los reactores UASB [59].

4. CONCLUSIÓN

Los sistemas de digestión anaeróbica UASB han sido aplicados exitosamente para el

tratamiento de diversos tipos de aguas residuales. La eficiencia de este tipo de reactores

depende directamente del desempeño de los microorganismos que llevan a cabo las

etapas de la digestión anaeróbica. Por lo tanto, es esencial contar con información

adecuada sobre los procesos biológicos que ocurren al interior del reactor, de las

especies de microorganismos que los llevan a cabo y de los parámetros que influyen en

su comportamiento. Por otra parte, el biogás producido al final del proceso de digestión

en un reactor UASB, es sin duda el gran atractivo de este sistema y tiene un enorme

potencial en términos de reducción de costos y como fuente de energía renovable.



Agradecimientos

La autora agradece a Sr. Javier Ferrer y Sr. José M. Vidal de la Facultad de Ingeniería

de la Universidad de Concepción, Concepción, Chile, por la orientación y útil discusión

sobre el tema.

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NOMENCLATURA

A - constante de Arrhenius

AGV – ácidos grasos volátiles.

DBO5 – demanda bioquímica de oxígeno transcurridos 5 días de reacción.

DQO – demanda química de oxígeno.

DQOin – demanda química de oxígeno en el afluente.

E - energía de activación.

GLS – Separador gas-líquido-sólido.

h – altura del reactor.

k h - constante de velocidad de hidrólisis.

OLR – Organic Loading Rate (velocidad de carga orgánica).

Q – Caudal del afluente.

R - constante universal de los gases ideales.

TRH – Tiempo de retención hidráulica.

UASB – Upflow anaerobic sludge blanket (Digestor Anaerobio de Flujo Ascendente).

V – volumen del reactor.

Vup – Velocidad de flujo ascendente.



Figuras

Figura 1. Ventajas del tratamiento de residuos aplicando la Valorización de Residuos

comparada con los procesos tradicionales de tratamiento.

Figura 2. Principales procesos involucrados en la digestión anaerobia.

Figura 3. Esquema de reactor UASB.

Figura 4. Velocidad de Flujo ascendente en el lecho de lodos en un reactor UASB.



Tablas

Tabla 1. Rangos de concentración de nutrientes, necesarios para el correcto crecimiento

de las bacterias anaerobias [50].



Figura 1.A.

Figura 1.B



Figura 2.



Figura 3.



Figura 4.



Tablas

Tabla 1.

g/kg SSV g/kg DQO

Nitrógeno 80-120 55-85

Fósforo 10-25 7-18

Azufre 10-25 7-18

Hierro 5-15 4-11

review uasb

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