A R T Í C U L O S T É C N I C O S

325

/ DI

CIE

MBR

E /

2010

TECNOLOGIA DEL AGUA

52

El tratamiento anaerobio es un proce-so contrastado y eficiente para depu-ración de aguas residuales industria-les con elevada carga orgánica. Bajo consumo energético, baja producción de fangos, reducida superficie de im-plantación, bajo consumo de produc-tos químicos y reducción de los cos-tes de tratamiento son algunas de las ventajas que presentan los procesos anaerobios frente a tratamientos aero-bios. Además, la generación del biogás producido en el tratamiento anaerobio puede ser aprovechada como fuente de energía renovable. En este artículo se describen los distintos reactores anae-robios desarrollados por Biothane, como centro de competencia tecnoló-gico dentro de Veolia Water Solutions & Technologies.

Palabras clave:Agua residual industrial, tratamiento anaerobio, Biobed EGSB, Biothane UASB.

Resumen

Biothane anaerobic industrial was-tewater treatmentAnaerobic treatment is a proven and energy efficient way to clean high loaded industrial wastewater. Low energy use, a small reactor footprint, lower chemical usage as well as low sludge production and no sludge han-dling costs are advantages for this tech-nology over aerobic alternatives. Fur-thermore, biogas is produced during anaerobic treatment which can be used by the industry as a renewable energy source to replace part of the fossil fuel use. Anaerobic Biothane alternatives (Veolia Competence Center) are des-cribed in this article.

Keywords:Industrial wastewater, anaerobic treatment, Biobed EGSB, Biothane UASB.

Abstract

Tratamientos anaerobios Biothane para aguas residuales industrialesPor: Silvia Monge, ingeniera de Procesos de la División Agua Residual Industrial;

Juan Carlos Rodrigo, director técnico de la División Agua Residual; Joan Sanz, director técnico

Veolia Water Solutions & Technologies Ibérica (VWSI)Polígono Industrial Santa AnaC/ Electrodo, 52 - 28522 Rivas Vaciamadrid (Madrid)Tel.: 916 604 000 - Fax: 916 6667 716E-mail: info.spain@veoliawater.com - www.veoliawaterst.es

1. Introducciónn los procesos de biodegra-dación, por vía anaerobia, de la materia orgánica presente

en el efluente residual, esta se con-vierte básicamente en biogás, espe-cialmente en metano (70-90%) y dióxido de carbono (10-30%). El ratio de conversión anaerobia depen-de de:– La naturaleza de la materia orgá-

nica (composición del agua resi-dual).

– La biomasa anaerobia, concentra-ción y capacidad de adaptación.

– La mezcla y tiempo de contacto de la materia orgánica y la biomasa.

– Los factores medioambientales (pH, temperatura, nutrientes, etc.).Para optimizar el rendimiento del

proceso deben considerarse las con-diciones del proceso microbiológico, tales como la temperatura del pro-ceso, el pH, los nutrientes, las sus-tancias tóxicas y otros factores am-bientales. Tanto en el diseño como en la operación, las condiciones de proceso deberán ser controladas y

Eoptimizadas para alcanzar los valo-res óptimos de rendimiento.

Con el tratamiento anaerobio los compuestos orgánicos son reducidos a gas metano mediante el empleo de bacterias anaerobias en ausencia de oxígeno. En estos tratamientos el consumo de energía se reduce hasta 10 veces respecto a los procesos ae-robios. Existen distintas opciones para el aprovechamiento energético del biogás. Las principales son el aprovechamiento directo en una cal-dera o la alimentación a una unidad de cogeneración, donde se produce energía eléctrica y térmica, pudien-do crear incluso un balance energé-tico positivo. En consecuencia, pro-porciona una reducida huella de carbono frente a otras posibles al-ternativas.

Las plantas basadas en tecnología anaerobia son compactas y con me-nor requerimiento de espacio frente a la depuración por vía aerobia: la carga volumétrica de diseño puede estar comprendida entre 10 y 25 kg DQO/m3/día frente a cargas máxi-

TA325 AT VEOLIA.indd 52 29/12/10 12:23

A R T Í C U L O S T É C N I C O S

325

/ DI

CIE

MBR

E /

2010

TECNOLOGIA DEL AGUA

53

mas del orden de 2,0 kg DQO/m3/día en los tratamientos aerobios. En los procesos anaerobios se reduce sustancialmente la producción de fangos en exceso (típicamente 1-3% de la DQO biodegradada). Además, presentan la ventaja de poder inclu-so valorizarse en el mercado, como siembra en los reactores para la puesta en marcha en otras plantas, por lo que se reduce de forma sig-nificativa el coste asociado al trata-miento de lodos.

En este contexto, a continuación se describen distintas alternativas desarrolladas por Biothane, empresa holandesa perteneciente a Veolia Water Solutions & Technologies, para el tratamiento anaerobio de aguas residuales industriales con elevadas concentraciones de DQO.

2. Alternativas BiothaneBiothane es una de las principales

compañías en el tratamiento biológi-co de aguas residuales para la indus-tria a nivel mundial, con más de 35 años de experiencia y de 500 insta-laciones para dar servicio a diferentes sectores industriales. El desarrollo de los procesos anaerobios Biothane surgió a partir de la investigación en las necesidades de tratamiento de los efluentes de las empresas productoras de azúcar de remolacha en Holanda. A partir de entonces, Biothane ha desarrollado y patentado dos tecno-logías principales para el tratamiento del agua residual industrial: Biothane UASB (media carga) y Biobed EGSB

(alta carga). En la Figura 1 se reco-gen los principales sectores de apli-cación de la tecnología Biothane, que son: bebidas, industria cervecera, alimentación, pasta y papel.

2.1. Biothane UASB y Biobed EGSB: principio de funcionamiento

Existen diferentes tipos de confi-guraciones de reactor en función del desarrollo de la biomasa anaerobia: procesos anaerobios de contacto, fil-tros anaerobios (con medio soporte) o reactores de biomasa granular. De entre todos los procesos anaerobios existentes basados en tecno-logía de b i o m a s a g r a n u l a r c o m - pacta los procesos Biothane UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blancket) y Biobed EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) tienen por su concepción y buen funcionamiento una alta acep-

tación en el mercado. Ambas tecno-logías utilizan bacterias anaerobias que crecen en un medio granular sin la necesidad de utilizar soportes y permiten eliminar la DQO transfo-mándola en biogás. En la Figura 2 se presenta la biomasa granular (iz-quierda) y una fotografía al micros-copio (derecha).

La línea de proceso general para ambos procesos se compone de dos etapas principales: acondiciona-miento y biodegradación anaerobia. En la Figura 3 se presenta un es-quema de la línea básica de proceso.

Para alcanzar el nivel de creci-miento óptimo de la biomasa anae-robia, como primera etapa se acon-diciona el influente con un ajuste de pH y temperatura, dosificando a su vez los nutrientes necesarios para favorecer la reacción biológica. En dicho tanque se mezcla el influente con el agua tratada recirculada del reactor anaerobio. Una vez acondi-cionada, el agua residual es bombea-da en continuo y a caudal constante al reactor biológico. El agua residual se alimenta por la parte inferior del reactor a través de un sistema de distribución especialmente diseñado

Figura 1. Distribución de la aplicación de la tecnología Biotahne según los sectores de actividad industrial.

Figura 2. Biomasa granular anaerobia.

Figura 3. Línea de proceso general.

TA325 AT VEOLIA.indd 53 29/12/10 12:23

A R T Í C U L O S T É C N I C O S

325

/ DI

CIE

MBR

E /

2010

TECNOLOGIA DEL AGUA

54

para alcanzar una distribución ho-mogénea ascendente en toda la sec-ción del reactor.

El agua residual fluye a través del lecho de biomasa anaerobia consti-tuida por gránulos con un diámetro de unos 2-4 mm. Este medio granu-lar tiene una densidad de 40-80 kg de sólidos secos/m3, lo que le pro-porciona una velocidad de sedimen-tación elevada (> 50 m/h). Además, la buena decantabilidad de los grá-nulos de biomasa anaerobia permite alcanzar elevadas concentraciones de biomasa dentro del reactor, redu-ciendo las necesidades volumétricas del mismo.

En el lecho de biomasa se produ-ce la conversión de DQO en biogás. En ambos tipos de reactores, la mez-cla de lodos, biogás y efluente se separan en el separador de fases (o decantador), especialmente diseñado para ello y situado en la parte alta del reactor. El biogás se recoge en la parte superior, la biomasa retorna a la parte activa del reactor y el

lodos) que ocupa la parte baja del reactor; y el llamado ‘manto de lo-dos’, que se desarrolla encima del lecho granular. La mayor parte de la degradación tiene lugar en el ‘man-to de lodos’. La clave de esta tecno-logía es la alta concentración de biomasa en el reactor, que se consi-gue gracias al diseño del separador de fases. Las cargas volumétricas de tratamiento para los reactores Bio-thane UASB están en un rango de 10-15 kg DQO/m3 día.

La altura del medio granular en los reactores Biothane UASB varía entre 1-2 m, aunque estos reactores en sí, típicamente rectangulares o cuadrados, cuentan con una altura media de 6 m y están construidos en obra civil (Figura 5).

4. Reactor Biobed EGSBLas mejores características de la

tecnología UASB y de la tecnología de lecho fluidizado se combinan en el proceso Biobed EGSB (Expanded Granular Sludge Bed), que también es ampliamente aceptado como BAT (Best Available Technology) para el tratamiento de aguas residuales por vía anaerobia.

El cuidado diseño del reactor Biobed EGSB le permite trabajar con cargas de eliminación y veloci-dades ascensionales muy elevadas, que se obtienen gracias a la incor-poración de un nuevo separador de fases, para cuyo desarrollo se ha establecido una valiosa colaboración con el prestigioso centro de hidráu-lica Delft Hydraulics en Delft (Ho-

efluente abandona el reactor para su vertido al colector o bien conducido hacia un tratamiento aerobio com-plementario posterior. De hecho, uno de los parámetros de diseño más importantes en ambos reactores es la velocidad ascensional superficial máxima en el decantador. Además, los dos reactores se basan en el mis-mo principio de funcionamiento, pero difieren en términos de geome-tría, parámetros de proceso y mate-riales de construcción (Tabla 1).

3. Reactor Biothane UASBEl proceso Biothane UASB

(Upflow Anaerobic Sludge Blancket) fue desarrollado inicialmente por el grupo CSM (Dutch Central Sugar Mills) y la Universidad Holandesa de Agricultura de Wageningen en los años 70. La Figura 4 muestra una sección de este reactor, en el que se disponen dos zonas de biomasa granular responsables de la biode-gradación de la DQO: la zona de alta concentración granular (lecho de

Tabla 1. Comparativa de las tecnologías Biothane UASB y Biobed EGSB.

Tabla 1Parámetro Unidades Biothane UASB Biobed EGSB

Carga de diseño kg DQO/m3 día 10 - 15 15 - 25

Altura m 5,5 - 6,5 12 - 20

Componentes tóxicos + / - ++

Velocidad líquido separador m/h 1,0 - 1,5 < 15

Velocidad líquido reactor m/h 0,3 - 1,0 < 6,0

Velocidad gas reactor m/h < 1,0 < 7,0

Área requerida + ++

Figura 4. Sección del reactor Biothane UASB. Figura 5. Reactor Biothane UASB construido en obra civil.

TA325 AT VEOLIA.indd 54 29/12/10 12:24

A R T Í C U L O S T É C N I C O S

325

/ DI

CIE

MBR

E /

2010

TECNOLOGIA DEL AGUA

55

landa). Una de sus principales ca-racterísticas es que permite trabajar con una carga hidráulica muy supe-rior a la del separador del reactor Biothane UASB, cuya velocidad máxima admisible en el separador es de 1-1,5 m/h, mientras que el lí-mite en el separador Biobed EGSB es de 15 m/h. A su vez, la altura de este último reactor depende de la altura del lecho de fango, que puede variar entre 7 y 14 m, circunstancia que sitúa la altura típica del reactor entre 12 y 20 m. Estas características hidráulicas permiten la construcción de reactores altos y esbeltos con es-casa ocupación de espacio. La Fi-gura 6 muestra una sección de este reactor.

Además, el diseño de estos reac-tores ofrecen la máxima estabilidad, flexibilidad y capacidad gracias al control de su recirculación externa, característica que permite una ope-ración flexible, una mezcla eficiente y un uso óptimo de la biomasa disponible, asegurando en todo momento una carga mínima de bio-masa. Estos reactores pueden cons-truirse en PRFV o en acero (con recubrimiento epoxy o en acero

inoxidable) en función de las nece-sidades de la instalación y las espe-cificaciones de cada caso (Figura 7). En su interior no se incluyen par-tes complejas o rotatorias que deban mantenerse, siendo además sistemas completamente cerrados, con emi-sión cero de olores, pudiendo operar en condiciones de sobrepresión, lo que simplifica la línea de biogás.

5. Selección del tipo de reactor

Aunque el principio de funciona-miento de ambos reactores sea simi-lar, las diferencias en los parámetros de proceso y geometría hacen que en función de la aplicación sea más indicado el uso de un reactor Bio-thane UASB o de un reactor Biobed EGSB.

En industrias donde las aguas re-siduales contengan elevado conteni-do en sólidos (> 500 mg/l), como la industria del procesado de la patata, interesa el uso de reactores Biothane UASB, que se caracterizan por tener tiempos de retención mayores que en el proceso Biobed EGSB. Con-secuentemente, con el primer tipo de reactor se genera una mayor eli-

minación de sólidos en suspensión y, por tanto, en una eficacia global mayor en términos de eliminación de DQO.

El proceso Biobed EGSB ha sido diseñado principalmente para la eli-minación de la DQO soluble, típi-camente elevada en las industrias cerveceras y alimentarias. Además, sus buenas propiedades hidráulicas hacen posible la aplicación del efluente anaerobio para realizar la dilución del agua residual bruta. Este hecho es una ventaja del proceso por cuanto ciertos componentes tóxicos pueden dejar de serlo por efecto de la simple dilución (por ejemplo for-maldehído). Esto hace que el trata-miento pueda ser utilizado en con-diciones difíciles, incluyendo los efluentes residuales generados por la industria química y farmacéutica.

5.1. Desarrollo de plantas modulares

Como consecuencia de la implan-tación del proceso Biobed EGSB en la industria se ha desarrollado una gama de plantas modulares, deno-minadas Biobed MP (Modular Plant), que permiten obtener una

Figura 6. Sección reactor Biobed EGSB. Figura 7. Reactor Biobed EGSB.

TA325 AT VEOLIA.indd 55 29/12/10 12:24

A R T Í C U L O S T É C N I C O S

325

/ DI

CIE

MBR

E /

2010

TECNOLOGIA DEL AGUA

56

gran fl exibilidad en su diseño (Fi-gura 8), por lo que se gana tiempo en la elaboración del proyecto y montaje, además de reducir los cos-tes económicos. Existen dos tipos de reactores prefabricados, con vo-lúmenes de 50 y 120 m3. Las plantas Biobed MP están formadas por dos unidades:– El módulo reactor Biobed (50 o

120 m3).– El módulo de servicio para acon-

dicionamiento del agua residual.Estos sistemas son capaces de

tratar hasta 1.000 kg DQO/día por módulo de reactor para un caudal máximo de 480 m3/día. La planta puede admitir hasta seis reactores en operación con el mismo módulo de servicio. Se trata de equipos com-pactos rápidos de instalar, de medi-das estándar para transporte en con-tenedor de 40 pies, tanto para uso temporal como permanente.

5.2. Herramientasde soporte

El diseño y operación de los reac-tores anaerobios en la depuración de las aguas residuales industriales pre-

cisa de una serie de servicios asocia-dos orientados a la optimización, tanto en la fase de estudio y cons-trucción como en la fase de opera-ción. Biothane, desde su centro tec-nológico en Delft, ofrece una serie de herramientas disponibles que cu-bre desde los análisis básicos del agua residual (Figura 9, derecha) para la caracterización básica del agua residual, toxicidad, etc., hasta plantas piloto a escala de laboratorio (Figura 9, izquierda), planta de de-mostración a escala industrial para estudios in situ, protocolos de ope-ración y mantenimiento, y formación de los futuros operadores de planta.

6. ConclusionesCon los procesos anaerobios en

medio granular Biothane UASB y Biobed EGSB, la empresa Biothane ofrece un tratamiento de depuración de agua residual industrial que in-corpora la experiencia adquirida con la implantación de más de 500 EDAR, en las que se ha afrontado un amplio abanico de problemas en diferentes sectores industriales. Es-tos procesos están establecidos como una buena tecnología de tratamiento de aguas residuales por vía anaero-bia en industrias con alto contenido en materia orgánica (por ejemplo de alimentación y bebidas, industria cervecera, papeleras y otros). Sus características particulares de diseño y operación los hacen especialmen-te interesante por presentar unos costes de operación reducidos (bajo consumo energético con aprovecha-miento del biogás producido) frente a otras alternativas de tratamiento.

7. Bibliografía[1] Biobed EGSB technology for

Latvian Brewery: http://www.veoliawaterst.com/biobed-egsb/en/modular-package.htm.

[2] Borghans, A.J.M.L.; Van Gils, W.M.A.; Huisman, B.C.; Wind, E. ‘10 years of experience of the full scale anaerobic treatment of sugar industry waste water in the Netherlands with Biothane’.

[3] Hehuwat, J. ‘Biobed EGSB Mo-dular Plant at PT Bayer Indone-sia. State of the art solution for high concentrated-small scale industrial wastewaters’. Biotha-ne Asia Pacifi c BV.

[4] Housley, J.N.; Zoutberg, G.R. (1994). ‘Application of the Bio-thane wastewater treatment system in the soft drinks ndus-try’. J IWEM, 8 June.

[5] Indriasari, R.; Hehuwat, J. ‘Application of anaerobic was-te water treatment technology in the diary industry’. Biothane Asia Pacifi c, Indonesia.

[6] Metcalf; Eddy (2003). ‘Was-tewater engineering treatment and reuse’. McGraw-Hill.

[7] Otten, M. (2001). ‘Application of anaerobic technology in the chemical industry’. Asia Aqua-tech, Bangkok.

[8] Radigan, P.; Versprille, A.; Kor-thout, D. (2002). ‘High rate anaerobic treatment for bakery yeast wastewater in Chile’.

[9] Risse, H.; Datschewski, P.; Ra-tingen. ‘Joint anaerobic pre-treatment of wastewaters from paper and pulp production’.

[10] Biothane Systems International (2000). ‘The Biothane UASB process’. Delft, Holanda.

[11] Water Technology (2001). ‘Glen ord distillery - Biobed modular plant’. http://www.water-technology.net/projects/glen_ord/specs.html.

[12] Zoutberg, G.R.; Flick, M.G. (1998). ‘Anaerobic treatment of wastewater in the potato proces-sing industry’. Potato Business World, September-October.

Figura 9. Planta piloto y laboratorio de análisis en Biothane International (Delft, Holanda).

Figura 8. Planta modular Biobed MP.

Los procesos analizados tratan

las aguas residuales industriales conalto contenido

en materia orgánica

TA325 AT VEOLIA.indd 56 29/12/10 12:24