Santiago de Cali 2013

1. OPERACION DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO ANAEROBIO Santiago de Cali 2013

3. ASPECTOS DE CONTROL DEL PROCESO Temperatura: es uno de los parámetros que más influye en la velocidad de crecimiento de las bacterias. La T. óptima de crecimiento oscila entre 30 y 40°C (rango mesofílico) pH: En el caso de pH bajos: puede desnaturalizar las proteínas haciendo que la eficiencia disminuya. La recuperación de un reactor a choques de pH ácidos, es muy lenta. En el caso de pH alto: parece no ser tan crítica, una vez que el choque de pH alto se controla, la producción de metano se normaliza pronto. A pH dentro de ciertos límites (6.7-7.4), todos los microorganismos en el sistema permanecen activos

4. ASPECTOS DE CONTROL DEL PROCESO Alcalinidad: es un sistema amortiguador , el cual permite mantener el pH en un rango de valor adecuado. En un reactor anaerobio el sistema buffer más utilizado es el de bicarbonato. Sin embargo en el caso de lodos de aguas residuales domésticas como contienen una alta fracción de proteínas, la digestión microbiana rompe las moléculas liberando amonio, el cual puede combinarse con el ácido carbónico soluble formando un sistema de bicarbonato de amonio.

5. ASPECTOS DE CONTROL DEL PROCESO pH y Alcalinidad La influencia del pH sobre la producción de metano, está relacionada con la concentración de ácidos grasos volátiles ya que el ácido acético y los demás A.G.V. provenientes del proceso de acidificación son tóxicos en su forma no ionizada, esto significa que a medida que el pH baja, la fracción de ácido acético como tal, y por lo tanto cuando el valor del pH en el digestor desciende se presenta la forma más indeseable de los ácidos grasos volátiles.

6. ASPECTOS DE CONTROL DEL PROCESO La formación de A.G.V., a partir de compuestos orgánicos en un reactor anaerobio juega un papel muy importante. Las bacterias acidificantes tienen una mayor capacidad para tolerar pHs bajos, hasta 4.5 unidades que las bacterias metanogénicas no son capaces de tolerar, esto significa que cuando en un reactor anaerobio el pH desciende , la producción de metano es fuertemente inhibida y el proceso de acidificación continua debido a que el digestor posee una capacidad buffer amortiguadora baja.

7. LIMITACIONES DEL PROCESO ANAEROBIO Y POSIBILIDAD DE DESEQUILIBRIO EN REACTORES ACUMULACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES (A.G.V) (ACETATO, PROPIONATO Y BUTIRATO). LA PRESENCIA DE AGV EN EL EFLUENTE DE UN REACTOR REFLEJA LAS CONDICIONES DE INESTABILIDAD. LA ACUMULACIÓN DE ACETATO, PROPIONATO Y BUTIRATO NO ES INESTABILIDAD SINO UN SINTOMA DE QUE UNA DE LAS ETAPAS NO SE ESTA DANDO.

8. LIMITACIONES DEL PROCESO ANAEROBIO Y POSIBILIDAD DE DESEQUILIBRIO EN REACTORES EL ENTENDIMIENTO DE LOS FENÓMENOS FISICOQUÍMICOS Y BIOLÓGICOS QUE LIMITAN LOS PROCESOS METABOLICOS QUE ENVUELVEN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA, POSIBILITA LA IDENTIFICACIÓN DE LOS DESEQUILIBRIOS EN LOS REACTORES ANAEROBICOS. LAS BACTERIAS FERMENTATIVAS PRESENTA UNA TASA DE CRECIMIENTO MAYOR COMPARADO CON OTROS ORGANISMOS MICROBIANOS.

9. LIMITACIONES DEL PROCESO ANAEROBIO Y POSIBILIDAD DE DESEQUILIBRIO EN REACTORES LOS MICROORGANISMOS ACETOCLASTICOS SON FÁCILMENTE SATURADOS DE ESTA MANERA CON LOS CHOQUES DE CARGA, HACEN QUE SE PRODUZCA MAS ACETATO Y UNA MAYOR ACTIVIDAD METANOGÉNICA, ENTONCES OCURRE UNA ACUMULACIÓN DEL ACETATO Y LA SATURACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS QUE PUEDEN CONVERTIR EL ACETATO EN METANO.

10. MATERIALES TÓXICOS Y SU (CONTROL) 1- CUALQUIER ELEMENTO PRESENTE EN CONCENTRACIONES SUFICIENTEMENTE ELEVADAS PUEDEN SER TÓXICOS. (MAYORES TIEMPOS DE RETENCIÓN, DILUCIÓN DE LA TOXICIDAD Y FORMACIÓN DE COMPLEJOS INSOLUBLES Y SU PRECIPITACIÓN). 2- TOXICIDAD POR SALES, ASOCIADAS POR LOS CATIONES O ANIONES DE LA SAL. (REDUCCIÓN CON UN ION ANTAGÓNICO)

11. MATERIALES TÓXICOS Y SU (CONTROL) 3- TOXICIDAD POR AMONIA MAYOR QUE 150 mg/l 4- TOXICIDAD POR SULFATOS, POR ENCIMA DE 200 mg/l 5- TOXINAS INORGÁNICAS COMO ARSENICO, CROMO Y ZINC

12. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Para Poner en marcha un proceso de Digestión Anaerobia. • I. Revisión de la literatura para familiarizarse con el proceso de Digestión Anaerobia. • La literatura de fabricación de los equipos del proceso de digestión • Facilidad de Operación y Manual de Mantenimiento

13. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • II. Preparación para el Arranque • Reunirse con los profesionales consultores y con los expertos en el arranque. • Obtenga los valores de parámetro de diseño • Volumen del digestor • Estimación real de las condiciones de arranque • Estime los sólidos volátiles y sólidos totales que se cargan al digestor

14. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • III. Comenzando el Procedimiento • Semilla de lodo (inóculo) •  Estime el porcentaje de sólidos totales, sólidos volátiles y la densidad del inóculo. • Calcule la cantidad de inóculo que va a ser adicionada como base estimada para el cargue del arranque. • Adicione el inóculo al digestor y llene el volumen restante con agua residual.

15. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Medida de Parámetros de Control • Ácidos Volátiles aproximadamente tres veces al día. • Alcalinidad Total aproximadamente tres veces al día • pH aproximadamente tres veces al día • Análisis de gas para metano y dióxido de carbono aproximadamente tres veces al día • Sólidos volátiles aproximadamente una vez al día • Calcular (Ácidos Volátiles / Alcalinidad)

16. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Ajuste al Proceso • Incremente el alimento si los sólidos volátiles son más bajos de lo deseado • Disminuya el alimento si los sólidos volátiles son más altos de lo deseado

17. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Sin el Inóculo • Llene el digestor con agua residual • Caliente el contenido del digestor a 90 -95 °F y mantenga dentro del rango o menos 1°F • Mezcle el contenido completamente • Bombear el lodo crudo al digestor al 10% de la carga diseñada • Medida de parámetros • Acidos Volátiles tres veces al día

18. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Alcalinidad Total tres veces al día • pH tres veces al día • Análisis de Gas para metano y dióxido de carbono una vez al día • Sólidos Volátiles una vez al día • Calcular (Ácidos Volátiles / Alcalinidad)

19. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Ajuste al Proceso • Calcule la cantidad química que va a ser adicionada al contenido del digestor • Adicione el químico al digestor para mantener el pH y la proporción (Ácidos Volátiles / Alcalinidad) favorables para los organismos metanogénicos • Reduzca el alimento químico como estabilizador del proceso de digestión • Incremente el cargue al 10%

20. LISTA DE CONTROL DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA • Operación Manual • Monitor de control de parámetros de pH, AV / Alc, análisis de Gas y SV. • Ajuste el alimento hasta que el lodo en el digestor esté en equilibrio.

21. En la eficiencia de la digestión puede influir • La calidad de lodo en el digestor (contenido alto de sólidos volátiles). • El tiempo de retención hidráulico; la eficiencia puede ser mejor a mayor tiempo de retención tales un lodo en lo posible concentrado. • La temperatura: optima 35 +/- 2 ºC • El pH: 6,9 – 7,5

22. Producción de gas por materia orgánica en el digestor. • Se puede expresar como una digestión buena: • Cuando de un 70% de material volátil presente en un lodo la reducción o eficiencia alcanza entre 40% y 50%. • Cuando la producción de biogás alcanza entre 0,8 a 1.3 m3/Kg de material orgánico destruido.

23. Producción de gas • El gas producido esta constituido por: • 60% – 70% de metano (CH4) • 28% – 38% de gas carbónico (CO2) • 1% – 2% de nitrógeno, sulfuro de hidrogeno, trazas de monóxido de carbono (N2, H2S, CO). • El poder calorífico del gas varía entre 20000 – 27000 KJ/N. m3

24. Arranque de un Digestor Verificación del Equipo Pruebas Hidráulicas Antes de cualquier tipo de llenado de un digestor se requiere de una inspección cuidadosa al interior del digestor. Llegada y salida del lodo. Drenajes libres de cualquier obstrucción. Válvulas trabajando correctamente

25. Arranque de un Digestor • Pruebas Mecánicas • Con los digestores abiertos, se prueban los dispositivos de mezcla, la agitación con aire, el circuito de calefacción, válvulas de presión y sobrepresión de la cúpula.

26. Arranque de un Digestor • Pruebas para Comprobar la Hermeticidad del Digestor •  Los digestores deben estar llenos con agua. •  Con la ayuda de un compresor se adiciona aire para garantizar la presión de este dentro del digestor. • Se chequea el punto máximo de presión hasta accionar la válvula de seguridad correspondiente. • Si no hay escapes o fugas, la presión del gas dentro del digestor se conserva (se chequean fugas con agua y jabón especialmente en la cúpula). •  Después de todas las pruebas se despresuriza y se drena hasta dejar un 40% de agua dentro del digestor.

27. Arranque de un Digestor • Lodo de Inoculo • Al inicio la digestión es lenta • Calentamiento de agua • El 40% de agua que se deja en el digestor debe ser calentada a una temperatura de 35 ºC usando el combustible.

28. Arranque de un Digestor En el arranque hay dos parámetros que debemos cuidar: Cargar gradualmente Tiempo de residencia de los lodos Si conserva estos parámetros no es necesario atrasar el cargue del digestor. Por otra parte cualquier aumento de AGV debe conducir al reflejo de la reducción inmediata de la carga hasta obtener los análisis normales. Si hay disminución de pH se debe considerar la adición de Cal: C= 500 Kg/1500 m3

29. Arranque de un Digestor • Instrucciones de Mezcla • Durante la fase de llenado los digestores primarios deberán tener cerrados los enchufes y dos veces por semana durante 30 minutos se debe agitar. • Si existe digestor secundario, será alimentado por los sólidos del sedimentador hasta tanto se tengan AGV´s menores de 500 mg/L.

30. Arranque de un Digestor Producción de Gas La hermeticidad de la cúpula se puede controlar con gas de la digestión purgándola para eliminar el aire del circuito. Se requiere un análisis de gas como prueba de la combustión. Para el Lodo Industrial: El arranque es idéntico sin embargo debe hacerse inyección de algunas trazas de elementos como cobre, hierro, cobalto (una vez por semana).

31. Arranque de un Digestor • Se debe chequear dos veces por día la especiación del lodo o el retiro por la telescópica. • Los lodos se conducen directamente al digestor sin pasar por el espesador; se deben espesar en los sedimentadores primarios hasta 30 – 40 g/L; chequear el pH. • Los lodos se llevan a un espesador; en este caso el espesamiento debe estar entre 5 – 10 g/L. • La clave de la digestión es tener una concentración de entrada de 40 g/L como mínimo. • El criterio del pH enviado a digestión no debe ser mas bajo de 6.

32. FORMACION DE ESPUMAS EN EL DIGESTOR • La formación de espumas se presenta por la aparición de una cantidad de grasas y flotantes que se desbordan por la elevada velocidad de digestión. • La cantidad de lodo no digerido que entra al digestor es demasiado significativa, dando lugar a una actividad biológica muy intensa en medio acido dando como resultado una alta producción de CO2. • El arranque de un digestor con cierta cantidad de lodos sin digerir y con poco lodo digerido.

33. FORMACION DE ESPUMAS EN EL DIGESTOR • Temperatura > 40ºC. • Carga hidráulica ú orgánica alta. • Mala distribución, sobrecargas, aumento rápido de la carga orgánica sobre el lodo digerido. • Mezcla escasa donde la viscosidad del lodo a la entrada es demasiado fuerte.