Reactores secuenciales Batch (SBR)

Un reactor secuencial en batch (RSB) o del inglés (SBR: sequencing batch reactor) es uno de los tipos de procesos biológico de biomasa suspendida empleado para el tratamiento de efluentes líquidos sanitarios o más frecuentemente industriales.

Reactores Secuenciales Bach 2Es una modificación del sistema de lodos activados y puede ser descrito de manera simple como reactores que reciben batch de efluentes. Cuando este batch es tratado, una fracción del mismo es descargada y la restante es acumulada para el próximo ciclo. Hay dos tipos de SBR: de flujo intermitente o “verdadero” SBR o de flujo continuo.

Los de flujo intermitente, aceptan efluentes solo a intervalos específicos y emplean tiempos de secuencias o fases dentro de un ciclo de tratamiento para lograr el mismo objetivo que un lodo activado, pero en ciclos y en varios reactores en simultáneo. Usualmente hay al menos dos reactores en paralelo, debido a que uno de ellos se encontrará recibiendo efluente mientras el otro se encontrará operando en el ciclo de fases.

El ciclo de un SBR puede ser diseñado y/o modificado con el objeto de: (1) generar una estrategia operacional para proveer de condiciones: aeróbicas, anóxicas o anaeróbicas para el desarrollo de bacterias específicas, (2) remoción biológica de nutrientes (N y P). Estas modificaciones o cambios en las fases, permiten al SBR tratar efluentes en cantidad y composición fluctuante manteniendo una alta calidad de efluente tratado.

Los SBR de flujo intermitente pueden ser llenados una vez hasta su nivel operativo y luego el batch es tratado a través de las fases del proceso, o también puede ser llenado varias veces en batch más pequeños hasta alcanzar la misma condición. Sin embargo, en este último caso, comúnmente cada carga es tratada en el reactor. Este tipo de configuración es empleada para efluentes con alta concentración de carga orgánica y es conocida como SBR de alimentación múltiple.

En los SBR de flujo continuo, como su denominación lo indica, el efluente ingresa de manera ininterrumpida durante todas las fases del ciclo. Para reducir corto circuitos de los contaminantes, se suelen incorporar pantallas o particiones para separar la zona turbulenta de aireación de la zona laminar de decantación.

El “verdadero” SBR fue desarrollado a principios de 1900 en Inglaterra y ha sido empleado con éxito en EEUU, Canadá y Europa desde 1920. Luego de la década del ’50, grandes cambios y mejoras han sido implementadas en este tipo de sistemas; sin embargo, debido al alto grado de automatización y atención por parte del operador, el sistema de lodos activados ha prevalecido sobre el SBR durante estos años.

Mientras que un sistema de lodos activados puede ser operado de diversas maneras, un SBR combina todo el tratamiento del anterior dentro de un mismo reactor, mientras que la configuración de lodos activados emplea varios reactores o recintos.

La clave del proceso en un SBR es el sistema de control. El cual permite la precisión y flexibilidad para el correcto funcionamiento del sistema. Variando los tiempos de las distintas fases (óxico/anóxico/anaeróbico) de un ciclo, las reacciones de nitrificación, desnitrificación y remoción biológica de fósforo pueden ser controladas.

Comparativa con un lodo activado

reactores-secuenciales-batch-1

Por su parte, este tipo de sistemas, debido a su principal característica son muy empleados en industrias con flujos variables.

Entrando en el proceso propiamente dicho, el número de ciclos y tiempos de cada fase dentro del ciclo de un SBR son determinados mediante:

  • El caudal de efluente a tratar.
  • La composición del efluente a tratar.
  • Los requerimientos de salida del efluente tratado.
  • Número en paralelo de reactores disponibles.

Un aumento del flujo resultará en un menor tiempo de tratamiento y por ende en el aumento de los ciclos de tratamiento diarios necesarios con menor tiempo por ciclo. Un aumento de concentración de ingreso demandará mayor tiempo y una disminución en el número de ciclos diarios con un aumento de tiempo por ciclo. Por su parte, para lograr objetivos de remoción de nutrientes, demandará un aumento en el tiempo de tratamiento y una disminución en el número de ciclos por día.

Tener mayor cantidad de reactores permite aumentar el tiempo de tratamiento por ciclo o ciclos más cortos para cada reactor. Lo usual se encuentra entre cuatro y seis ciclos diarios para efluentes domésticos. De todas formas, los factores operativos que definirán el número de ciclos por día serán el caudal y el tiempo mínimo de tratamiento requerido.

Fases de un SBR

Si bien el proceso de lodos activados de alimentación continua en parte fue desarrollado para eliminar el inconveniente de ensuciamiento de los difusores en un SBR, separando los sólidos en fase de aireación y de decantación; muchos efluentes tienen características que los hacen no apropiados para estos procesos continuos y son mejor tratados en procesos batch como los SBR. Estos ejemplos pueden ser: tratamientos batch de efluentes para lograr remociones de nutrientes como P y N; efluentes industriales con compuestos de alta carga orgánica prioritarios; tratamientos en batch de efluentes en regiones con climas fríos donde la decantación convencional presenta problemas. Pero la mayor ventaja de un SBR comparado con proceso de flujo continuo es su flexibilidad para modificar condiciones del reactor.

Sin embargo, para emplear satisfactoriamente un proceso SBR dos requerimientos deben ser cumplidos: el control del automatismo y entrenamiento adecuado del personal y al menos uno o más reactores en paralelo o ecualización para operación correcta del sistema.

Las fases de un SBR de alimentación simple por ciclo comúnmente siguen la siguiente secuencia:

  • Llenado
  • Reacción
  • Decantación
  • Vaciado

Fase de llenado:

Durante la fase de llenado, el efluente a tratar (sustrato o DBO) es ingresado al reactor SBR, desde el nivel mínimo hasta el nivel máximo de diseño que coincide con el volumen total por batch. El tiempo de esta fase depende del flujo ingresante, las condiciones de carga de diseño, el tiempo de detención y las características de sedimentabilidad de la biomasa.

La fase de llenado puede operar en alguno de los siguientes modos o combinación de modos:

  • Llenado estático (anaeróbico – sin aireación o mezcla): utilizado para producir AGVs como acetato y ácido fórmico necesarios para promover la remoción biológica de fósforo. También es utilizada en el arranque de un SBR, como selector para control de crecimiento de microorganismos filamentosos o en períodos de baja carga para ahorro de energía.
  • Llenado con mezcla (anóxico – sin aireación pero con mezcla): utilizado para promover la desnitrificación biológica y control de microorganismos filamentosos.
  • Llenado aireado (óxico – con aireación y mezcla): utilizado para reducir la carga orgánica antes de la fase de reacción y promover la remoción biológica de fósforo si esta fase es precedida por una fase de llenado estático. La aireación puede lograrse mediante la mayoría de los sistemas de aireación tradicionales incluyendo: difusores, mecánicos, jet, etc.

Fase de reacción:

Esta fase comienza cuando el reactor es completamente llenado en la etapa anterior (fase llenado). Una vez completada esta fase, el efluente es derivado a otro reactor para continuar con el ciclo.

La fase de reacción continua hasta lograr la completa degradación de la carga orgánica (DBO), de ser necesario también podría llegar a completarse los procesos de nitrificación y/o remoción biológica de fósforo.

Durante esta fase, no hay ingreso de efluente al reactor y la aireación y mezcla pueden ser continuas o intermitentes según sea necesario. El propósito de esta aireación y mezcla es completar la degradación de la DBO, promover la nitrificación y retención biológica de fósforo (si hay fase de llenado estático). El objetivo de no airear en esta fase está relacionado con favorecer la desnitrificación.

En esta fase, como se mencionó, no ingresa sustrato alguno, debido a que el efluente que ingresa al SBR fue derivado a otro reactor, por esta razón el OD se incrementa conforme transcurre el tiempo de esta fase.

Fase de decantación:

Durante esta fase, tanto la aireación como la mezcla son finalizados. Los flocs formados por la biomasa (lodo) que degrada la materia orgánica son separados mediante el efecto de la gravedad y se generan así dos corrientes: una de lodos decantados en el fondo y una de líquido sobrenadante. Si los sólidos no decantan y son compactados adecuadamente, algunos de ellos pueden escapar del reactor durante la fase de vaciado.

Generalmente este tipo de sistemas comparado con un lodo activado convencional, generan un sobrenadante de mejor calidad dado que las condiciones para la clarificación son ideales, ya que no hay ingreso continuo de flujo al reactor. También se evitan los sistemas de barrido tradicional de los decantadores convencionales para acumular lodos y luego recircularlos.

Fase de vaciado/purga:

En esta fase, el líquido clarificado y tratado es vaciado del reactor SBR. Esto puede llevarse a cabo mediante cañerías fijas a determinado nivel dentro del reactor o mediante vertederos regulables.

Cuando el nivel líquido llega al mínimo nivel, la fase de vaciado/purga finaliza.

Los vertederos regulables o flotantes, mantienen los orificios de salida levemente por debajo del nivel de líquido para evitar fuga de espumas o flotables durante esta etapa.

Comúnmente, el 25% del volumen de un SBR es decantado en esta fase. Esto permite mantener la biomasa dentro del reactor para el próximo ciclo.

Eventualmente, las purgas de lodo en exceso se realizan desde el fondo del reactor.

En muchos casos, existe una quinta fase de “espera” o “stand by” en donde transcurre un tiempo tal que permite al SBR se incorporado dentro de un ciclo. Es decir, es un tiempo de espera para completar el ciclo batch mientras otro reactor completa su fase de llenado o completa su fase de vaciado/purga.

En los casos particulares donde el sistema no sea un SBR tradicional y se tenga flujo continuo, solo se tienen tres fases de las descritas anteriormente: fase de reacción/fase de decantación y fase de vaciado/purga.

CONTACTENOS PARA UNA PROPUESTA DE NEGOCIO.