Anaeróbico – Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)

Anaerobico - UASBUna cantidad importante de rubros industriales como pueden ser el de alimentos, bebidas, agroindustria o celulosa & papel se caracterizan por generar efluentes con muy altas cargas orgánicas (alta DBO y alto caudal), biodegradables y temperaturas medias o altas. Los tratamientos aeróbicos como lodos activados, MBR  o MBBR para estas aplicaciones se caracterizan por el alto consumo de energía producto del aire requerido para degradar la carga orgánica presente “DBO”. Para estas aplicaciones se plantean los tratamientos anaeróbicos como una alternativa muy interesante no solo por los bajos consumos energéticos sino también por la producción de biogás (metano) que genera la reacción. El biogás tratado adecuadamente puede ser reutilizado en el proceso industrial en calderas o transformado a energía eléctrica para el uso industrial.

Introducción

Conforme fue avanzando el conocimiento en el campo del tratamiento anaeróbico, algunas configuraciones como los reactores anaeróbicos de flujo ascendente y manto de lodos (del inglés UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) han ganado aceptación en países tropicales o subtropicales en las últimas décadas a diferencia de los años 80’s donde eran tecnologías poco utilizadas. Incluso en los últimos tiempos se han encontrado maximizaciones del concepto del UASB, derivando en tecnologías de alta carga como los reactores de lecho fluidizado como los EGSB (Expanded Granular Sludge Blanket) hasta los últimos desarrollos alcanzados en reactores anaeróbicos de alta carga con membranas (AnMBR) o MBBR anaeróbicos.

En principio todos los compuestos orgánicos son factibles de ser tratados por medios anaeróbicos que en comparación con los procesos aeróbicos consumen menos energía y que en ambos casos, cuanto más biodegradable sean los mismos, mayor será su eficiencia. Pero uno de los puntos importantes a tener en cuenta, es la temperatura del efluente, razón por la cual los reactores mencionados tienen mayor eficiencia en regiones cálidas donde pueden prescindir de costosos sistemas de aislación y calefacción, esto debido a la baja actividad de las bacterias anaeróbicas por debajo de 20°C.

Las ventajas y desventajas de estos sistemas anaeróbicos se pueden visualizar en la siguiente tabla:

VentajasDesventajas
Baja producción de lodos (de 3 a 5 veces menor que un sistema aeróbico)Biomasa anaeróbica susceptible de inhibición por numerosos compuestos
Baja energía requerida en comparación de un sistema aeróbicoPuesta en régimen del reactor puede ser lenta si no se cuenta con ayuda de un inóculo aclimatado
Bajo requerimiento de espacioRequiere de un post tratamiento para poder cumplir con los límites de vuelco actuales
Generación de metano (combustible de alto poder calorífico)Posibilidad de generación de malos olores
Posibilidad de preservación de la biomasa sin alimentación por largo períodosBaja tasa de remoción de nutrientes y patógenos
Tolerancia a altas cargas orgánicasCinética altamente dependiente de temperatura del efluente (más marcada que en un sistema anaeróbico)
Bajo consumo de nutrientes

La conversión de los sistemas aeróbicos vs anaeróbicos puede verse en el siguiente esquema:

anaerobico–upflow_anaerobic_sludge-1

Anaerobico - UASB 2Como se puede observar, en los sistemas anaeróbicos, la mayoría de la carga orgánica biodegradable presente en el efluente es convertida a biogás (70-90%), la cual es removida de la fase líquida y deja el reactor en forma gaseosa. Solo una pequeña fracción del material orgánico es convertida en nueva biomasa (5-15%), la cual constituye el exceso de lodo del sistema. A pesar de esta poca cantidad de lodo generado, el mismo suele ser concentrado y tienen mayor grado de deshidratabilidad en comparación con un lodo aeróbico. El material no convertido en biogás o en nuevo material celular, abandona el reactor sin ser tratado (10-30%).

Esta cinética de remoción de la materia orgánica se da por un conjunto complejo de reacciones con participación de diversas especies de bacterias. Estas reacciones están clasificadas por etapas y se conocen como: fase hidrólisis, fase acidogénica, fase acetogénica y fase metanogénica. Siendo esta última la única y responsable final de la conversión de la materia orgánica acidificada previamente en metano y dióxido de carbono.

Con los avances de la ciencia, ensayos pilotos en universidades y reactores experimentales a baja escala, en los últimos tiempos se han desarrollado los llamados reactores de “alta carga”. En esencia, su principal característica, es la capacidad de retener los sólidos (biomasa) en el sistema, en contra posición con los sistemas más antiguos sin estos mecanismos, como lo son las lagunas anaeróbicas o reactores de baja carga. De esta manera, al ser capaces de retener sólidos, aún con altas cargas hidráulicas, se pueden ejecutar reactores de menor volumen manteniendo la eficiencia del mismo.

Según su carga los sistemas de tratamiento anaeróbicos pueden clasificarse de la siguiente forma:

de baja carga aplicadaTanques sépticos
 Lagunas anaeróbicas
 Digestores convencionales
 
de alta carga aplicadaUASB
 EGSB

AnMBR

Dentro de esta clasificación, los más utilizados a nivel industrial en la región son los tres primeros mencionados dentro de los de alta carga aplicada. Los reactores anaeróbicos de membranas (AnMBR) son pocos aún a nivel mundial y están siendo motivo de estudio y desarrollo en algunos países industrializados como Japón y Holanda.

Dentro del rubro sanitario, los UASB, en particular en países tropicales llevan la delantera por muchas unidades instaladas.

En los reactores UASB, el proceso esencialmente consiste en un flujo ascendente a través de un denso manto suspendido de lodo con gran actividad biológica. El perfil de sólidos dentro del reactor varía desde partículas densas y granulares con muy buenas características de decantabilidad en el fondo del reactor hasta lodos más ligeros o floculentos en la región superior (manto de lodos). La conversión de la materia orgánica se da en todo el reactor y la mezcla del sistema (efluente+lodos) es favorecida por el flujo ascendente y la generación de biogás. El efluente a tratar ingresa por la parte inferior del reactor y el efluente egresa del mismo pasando por un conjunto de placas decantadoras en la parte superior (separador de fases). Este separador de fases L-S-G por un lado retiene la biomasa o sólidos dentro del reactor, canaliza el biogás generado en el proceso y deja pasar la fase líquida tratada. Uno de los fundamentos principales de este proceso es la capacidad para desarrollar biomasa de alta actividad. Esta biomasa puede estar en forma floculenta o granular (1-5 mm). Este tipo de reactor puede llegar a concentraciones de sólidos en el fondo del orden de 40-100 gST/L. Las velocidades hidráulicas en estos reactores son del orden de 0,5–1,5 m/h.

Esquema de reactor UASB

anaerobico–upflow_anaerobic_sludge-2

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