Integración de metanogénesis y desnitrificación en un reactor UASB … · Ventajas: •Baja...
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Integración de metanogénesis y desnitrificación en un reactor UASB para
recuperación de aguas en pequeñas colectividades.
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Contenidos
Introducción
Objetivo
Materiales y Métodos
Resultados y Discusiones
Conclusiones
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Introducción
Problemática frecuente en las cuencas españolas.
Desequilibrio entre oferta y demanda de agua
Vertidos inadecuadamente tratados
Déficit
Contaminación de masas de agua
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Perspectivas poco halagüeñas en ausencia de medidas correctoras.
Crecimiento de la población y de las actividades económicas
Creciente demanda de recursos hídricos
Creciente cantidad de volúmenes vertidos
Introducción
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Introducción
Uso de agua residual regenerada en agricultura
EDARsCoste-eficaces
Medidas integrales
Regeneración de aguas residuales para su uso en riego.
Basadas en:
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Aeróbico100 Kg. DQO
Aireación(100 KWh.)
Anaeróbico100 Kg. DQO
Tratamientos anaerobios vs aerobios
Introducción
Influente
Influente
Efluente ( 2–10 Kg. DQO)
Efluente (10-20 Kg. DQO)
Lodos
(30-60 Kg DQO)
Lodos
(5 Kg. DQO)
Pérdidas de calor
Biogás 35 m3 (285 KWh.)
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Ventajas:•Baja producción de lodos
•Producción de biogás
•Baja demanda energética
•Compacto y bajo coste
•Alta eficiencia en eliminación de MO y SV
•Admite altas cargas
•Capacidad filtrante
Limitaciones:•No elimina nutrientes (p.e. N)
•No elimina patógenos (E. colli)
UASB (lecho de lodo anaerobio ascendente)
Introducción
Lecho de lodo
Influente
Biogás
Efluente
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Sistema sencillo
Se cierran los ciclos de agua y nutrientes
Introducción
(Aeróbico) (Anaeróbico) Biodiscos
N2
Biodiscos
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Consideraciones sobre desnitrificación en un UASB
•Un crecimiento del potencial redox podría inhibir la metanogénesis
•Los intermediarios de la desnitrificación son tóxicos para los metanógenos
(NO-3 → NO-
2 → NO → N2O → N2 )
Introducción
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Objetivo
Puesta en marcha y seguimiento del comportamiento de un reactor UASB a escala de laboratorio integrando
metanogénesis y desnitrificación.
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Equipo:1. Bidón del influente
2. Bomba peristáltica
3. Reactor UASB
4. Bolsa colectora de gas
5. Bidón del efluente
6. Termostato
2
1
3
4
56
Inóculo:Lodo anaeróbico extraído de un reactor UASB operado en condiciones reales
Reactor UASB: Materiales y métodos
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Influente
Etapa Metanogénica Agua residual sintética (1,5 g DQO/l)
(Acetato, propionato y glucosa)El 80% del DQO usado en metanogénesis, 20% usado en desnitrificación
Idem + 56 mg NO3-N/l
Etapa Met/ Desnit. DQO/N = 26
Monitorización:
Influente y Efluente (DQO, AGV, NO3)
Gas (producción y composición)
Lodo (SV, ST, Actv metanogénica, actv. desnitrificadora)
Materiales y métodos
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Comportamiento del UASB
Etapa metanogénica
Comportamiento metanogénico bueno y estable
DQOsol R = 92 %
Acetato R = 96 %
Propionato R = 92 %
80 % CH4
Lodo
Actv. Metanogénica: 1,4 (g CH4-DQO/gSV/d)
Actv. Desnitrificadora: 2,1 (mg NO3-N/gSV/h)
Resultados y discusiones
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Etapa Metanogénico/Desnitrificadora
0
20
40
60
80
100
231 236 241 246 251 256
Tiempo (días)
[N
O 3-N
](mg/
l)
0
20
40
60
80
100
Efic
ienc
ia d
e el
im
Inlet NO3-NOutlet NO3-N%R
Eliminación de nitrato
1. Completa desnitrificación
La actividad desnitrificadora en el lodo metanogénico se mantuvo en la etapa metanogénica (sin NO3
-)
Resultados y discusiones
Puesta en Marcha
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2. Inhibición temporal de metanogénesis
Acusadas caídas en la eliminación de acetato y % de CH4
Inhibición de la metanogénesis
Acumulación transitoria de los intermediarios de la desnitrificación (NO2, NO, N2O)
Shock por incremento del potencial redox
0
200
400
600
800
1000
220 225 230 235 240 245 250
[ace
tato
] (m
g/l)
0
20
40
60
80
100
%R
Inlet acetateOutlet acetate%R
Composición del biogás
Eliminación de acetato
NO3-
NO3-
Etapa Metanogénico/Desnitrificadora
Puesta en Marcha
Resultados y discusiones
0102030405060708090
220 225 230 235 240 245 250
Time (days)
porc
enta
jes
de g
ases
N2%
CH4%
Tiempo (días)
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Comportamiento estable
Tras tres días de adición de nitrato:
DQOsol R = 91%
Acetato R =97,4%
Propionato = 97,6%
NO3-N R = 97,5%
% CH4 = 73%
% N2 = 8,4%
Rápida adaptación del sistema
0
200
400
600
800
1000
220 225 230 235 240 245 250
[ace
tato
] (m
g/l)
0
20
40
60
80
100
%R
Inlet acetateOutlet acetate%R
0102030405060708090
220 225 230 235 240 245 250
Tiem po (days)
porc
enta
jes
de g
ases
N2%
CH4%
Composición del biogás
Eliminación de acetato
Balance de masas:El exceso de C, no utilizado en desnitrificación, fue convertido a CH4
Etapa Metanogénico/Desnitrificadora
Resultados y discusiones
0102030405060708090
220 225 230 235 240 245 250
Time (days)
porc
enta
jes
de g
ases
N2%
CH4%
Tiempo (días)
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El exceso de C, no utilizado en la desnitrificación, fue convertido a CH4 debido a la formación de gradientes de NxOy y/o potencial redox
Reactor de flujo en pistón
Metanogénesis
Desnitrificación
Biofilms desnitrificadores alrededor de los flóculos de lodo
Estratificación del hábitat
Eo y/o NxOy
metanogénesis
desnitrificación
Umbral metanogénesis
Resultados y discusiones
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Conclusiones
1. La presencia de actividad desnitrificadora en lodo metanogénico es la regla y no la excepción.
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2. Los sistemas UASB tienen un gran potencial para integrar la desnitrificación y la metanogénesis en un único
reactor.
Altas tasas de eliminación de DQO y N
Buena calidad del biogás
Baja producción de lodos
Segregación del hábitat entre desnitrificadores y
metanógenos
Conclusiones
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3. El sistema propuesto es compacto, flexible, relativamente simple y barato, de baja demanda
energética pero a la vez eficaz y adaptado para riego. Por tanto es muy adecuado para pequeñas
colectividades.
Conclusiones
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN