DIGESTIÓN ANAEROBIA• La digestión anaerobia es un proceso

biológico degradativo en el que la materiaorgánica en ausencia de oxígeno esconvertida en una mezcla de gases,principalmente metano y dióxido decarbono, mediante la acción de unconjunto de microorganismos, que poseendiferentes velocidades de crecimiento, enausencia de aceptores de electrones decarácter inorgánico.

DIGESTIÓN ANAEROBIA• El proceso microbiológico y bioquímico:

• Procesos de descomposición anaerobia de lamateria orgánica se dividen en cuatro fases:

• Hidrólisis: compuestos orgánicos complejosson transformados en material disuelto mássimple.

• Acidogénesis: los productos solubles sonconvertidos en ácidos grasos volátiles

• Acetogénesis: los productos generadostransformados sustrato para bacteriasmetanogénicas.

• Metanogénesis: produce metano a partir deacetato y de H2S y CO2 (bacterias metanogénicashidrogenotróficas).

VARIABLES DEL PROCESO

Sustrato Temperatura pH Nutrientes

6.8 – 7.530 – 35°C DQO biodegradable

VARIABLES DE OPERACIÓN

ϴC TRH TR. SolidosVelocidades

Reac.Transf. Masa

A mayorretencióncelular ,mayor cargaorgánica

Debe sersuficienteparapermitir unestrechocontactoentre losreactantes

Limita lasdifusión delsustrato delmanto delodo y en ellodogranular.

El tamañopermite elfácil accesode losorganismosal sustrato

A mayorretención desolidosmayoradaptaciónde lodos alafluente

MODELOS UTILIZADOS EN LA DA

Estimación de la producción de CH4:En el proceso de degradación de la materiaorgánica se libera CH4, el cual posteriormente esoxidado a CO2 y H2O para completar el ciclo delcarbono.

C6H12O6 3CO2 + 3CH4

Para evaluar la demanda de oxígeno del procesose deben considerar los productos generados(CO2, CH4). Como el CO2 se encuentra ya en laforma más oxidada, la única demanda de oxígenoserá la correspondiente a la oxidación del CH4.

C6H12O6 3CO2 + 3CH4

MODELOS UTILIZADOS EN LA DA

Estimación de la producción de CH4:

Remoción de DQO y producción de CH4 en el proceso:Entonces puede determinarse la producción de metano apartir de la remoción de DQO en el proceso:

VCH4 = DQOCH4 / k(T) K(T) = K.P / R(273+T)Donde:VCH4 = volumen de CH4 liberado (l)DQOCH4 = DQO convertida en metano (grDQO removido)K = gr DQO por 1 mol de CH4 (64 grDQO / molCH4)R = cte. de los gases (0.08206 atm.l/mol.°K)P, T = presión atmosférica (atm) y temperatura (ºC)

Finalmente, considerando que el gas producido se componede: 75-80% CH4 y 20-25% CO2, puede estimarse laproducción total de gas en el proceso.

CINETICA DE LA DEGRADACIONANAEROBIA:

Crecimiento bacteriano:La velocidad de crecimiento de los microorganismos esproporcional a la velocidad de utilización de sustrato:dX/dt = Y . dS/dt

La velocidad de crecimiento de los microorganismos esproporcional a la concentración de microorganismos ydepende del sustrato:

- Cuando el crecimiento se da sin limitaciones:dX/dt = m . X

- Cuando existen limitaciones del sustratopresente:m = mmáx . S/(Ks+S) dX/dt = mmáx . S/(Ks+S) . X

Donde:X = microorganismos (mg SSV/l)S = concentración de sustrato (mgDQO/l)Y = producción de biomasa por unidad sustrato(mgSSV/mgDQO)m = velocidad de crecimiento celular (d-1)mmáx = velocidad de crecimiento máxima (d-1)Ks = constante de saturación de sustrato (S param = 0.5mmáx)

Decaimiento bacteriano:dX/dt = -Kd . XDonde:Kd = coeficiente de respiración endógena (d-1)

Crecimiento resultante:dX/dt = mmáx . S/(Ks+S) . X - Kd . X

Donde:X = microorganismos (mg SSV / l)m = tasa crecimiento (d-1)mmáx = tasa crecimiento máxima (d-1)S = concentración de sustrato limitante (mg/l)Ks = concentración de sustrato para la cual m = 0.5mmáx.

Producción de sólidos:La producción de biomasa (o crecimiento bacteriano) puede serexpresada en función de la utilización de sustrato. Cuando más sustratosea asimilado, mayor será la tasa de crecimiento bacteriano.

dX/dt = Y . dS/dtDonde:Y = coeficiente de producción de biomasa (mgSSV/mgDQO)

Por lo tanto la producción de sólidos será:

dX/dt = Y.dS/dt - Kd.X

Tasa de utilización de sustrato:Expresa la capacidad de conversión de sustrato por la biomasa, porunidad de tiempo:dS/dt = 1/Y . dX/dtEntonces:dS/dt = mmáx . S/(Ks+S) . X/Y

Tiempo de retención hidráulica:TDH = V/Q

Tiempo de retención celular:Es el tiempo medio de permanencia de los sólidosbiológicos en el sistema (edad del lodo).

θc = masa sólidos del sistema / masa sólidosretirada por unidad de tiempo

En estado estacionario:θc = V.X / (V.dX/dt)

Si existe mecanismo de retención de sólidos:θc > TDHPara aumentar θc se puede:- Recircular parte de los lodos- Inmovilizar la biomasa: soporte de materialinerte, manto de lodos

Existe un θc mínimo necesario para que sedesenvuelva la digestión anaerobia.1/θc = 1/X . dX/dt = mmáx.S/(Ks+S) – Kd

1/θcmín = mmáx.So/(Ks+So) - Kd

RA QQ

recirculaciónpurga

Coeficientes cinéticos:

Se debe tener cuidado al aplicar los valores de la tabla ya que los mismos no seajustarán al funcionamiento del real del reactor (características del tipo desustrato, la población bacteriana y las condiciones ambientales)

SISTEMAS DE DIGESTIÓN ANAEROBIA CONVENCIONALES

DIGESTORES ANAEROBIOS DE BAJA CARGA

LODO DIGERIDO

LODO EN DIGESTION

SOBRENADANTE

ESPUMA

efluentecrudo

líquido sobren.

lodo digerido

gas - No hay dispositivos de mezcla.- El líquido crudo ingresa en la zona

de digestión.- En la superficie se forma una capa

de espuma favorecida por el gas queasciende arrastrando lodo yflotantes.

- Se purgan periódicamentesobrenadante y lodo digerido.

- Volumen útil reactor = aprox 50%del vol.total del digestor

DIGESTORES ANAEROBIOS DE BAJA CARGA

SISTEMAS DE DIGESTIÓN ANAEROBIA CONVENCIONALES

qc = TDH 30-60 días

Cargasólidos

0.6-1.6 kgSSV/m3.d

Vol.reactor

57-85 l/hablodo 1ario

113-170 l/hablodo 1ario+ lodo act.

LODO DIGERIDO

LODO EN DIGESTION

SOBRENADANTE

ESPUMA

efluentecrudo

líquido sobren.

lodo digerido

gas

SISTEMAS DE DIGESTIÓN ANAEROBIA CONVENCIONALES

DIGESTORES ANAEROBIOS DE ALTA CARGA

LODO DIGERIDO

LODO EN DIGESTION

efluentecrudo

lodo digerido

gas

control temp

- Cuentan con mecanismos de mezcla ycalentamiento.

- Admiten cargas mayores y losvolúmenes requeridos son menores.

- El proceso es más estable

qc = TDH 15-20 días

Carga sólidos 1.6-3.2 kgSSV/m3.d

Vol. reactor 37-57 l/hablodo 1ario

74-113 l/hablodo 1ario+ lodo act.