Principios de Los Procesos Biologicos

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios”

Lima 11 – 14 Septiembre 2014

Principios de los procesos biologicos. Fernando Fdz-Polanco y María Fdz-Polanco Grupo de Tecnología Ambiental Dpto Ingeniería Química Q uímica y Tecnología del Medio Me dio Ambiente Universidad de Valladolid (España)

Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS OBJETIVOS EL PROCESO BIOLÓGICO LOS MICROORGANISMOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN PROCESOS AEROBIOS PROCESOS ANAEROBIOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

OBJETIVOS   

MICROORGANISMOS presentes en la naturaleza MICROORGANISMOS OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN CONOCIMIENTO CONOCIMIENT O DE LOS MICROORGANISMOS

AEROBIO CO2 + H2O ANAEROBIO CO2 + CH4

GAS M.O. (líquido)

NUEVOS MICROORGANISMOS

SÓLIDO

 ALIMENTO ENERGÍA PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA

M.O. NO BIODEGRADAB BIODEGRADABLE LE

LÍQUIDO

PRODUCTOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

OBJETIVOS

1. TRA TRATTAMIE AMIENTO NTO

1. ELIMINACIÓN DE: MO biodegradable nutrientes 2. MINIMIZACIÓN PRODUCTOS 3. PROCESOS RÁPIDOS 4. BUENOS RENDIMIENTOS

 ALIMENTO (S)

PRODUCTOS ENERGÍA

2. MICROORGANISMOS (X)

1. ALIMENTO 2. FUENTE DE ENERGÍA 3. CONDICIONES ÓPTIMAS

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4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS OBJETIVOS EL PROCESO BIOLÓGICO LOS MICROORGANISMOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN PROCESOS AEROBIOS PROCESOS ANAEROBIOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

EL PROCESO DEGRADACIÓN (OXIDACIÓN/REDUCCION) DE LA MATERIA MATERIA ORGÁNICA (MO) BIODEGRADABLE POR ACCIÓN DE MICROORGANISMOS (X) QUE UTILIZAN LA MO COMO SUSTRATO (S) O FUENTE DE ALIMENTO PARA OBTENER ENERGÍA ENERGÍA.. EN EL PROCESO SE GENERAN PRODUCTOS FINALES (PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA): MATERIA): (CO2, CH4, H2O),  GAS (CO  LÍQUIDO TRATADO (MO (MO SIN DEGRADAR) DEGRADAR) (FANGO))  SÍNTESIS DE NUEVOS X (FANGO

AEROBIO A N A E R O B IO

MO + O2 + X MO + X

CO2 + H2O + NUEVOS X CO2 + CH4 + NUEVOS X

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4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS OBJETIVOS EL PROCESO BIOLÓGICO LOS MICROORGANISMOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN PROCESOS AEROBIOS PROCESOS ANAEROBIOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LOS MICROORGANISMOS. CARACTERÍSTICAS 1. CUANTIFICACIÓN CUANTIFICACIÓN COMO SV o SSV X = mg SV/L o X = mg SSV/L 2. FORMA  cocos  bacilos  espirilos  vibriones

TECNOLOGÍA

2. AGRUPACIÓN ENTRE SÍ  FLÓCULOS 3. CAPACIDAD DE ADHESIÓN BIOPELÍCULAS 4. CULTIVOS EN SUSPENSIÓN Y BIOPELÍCULA

FLÓCULOS

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LOS MICROORGANISMOS. COMPOSICIÓN 25% M.S. + 75% agua ORGÁNICO 90% 45-55 % C 22-28 % O 8-13 % N 5-7 % H INORGÁNICO 10% P (3%), S (1%), K (1%), Na (1%), Ca (0.5%), Mg (0.5%), Cl (0.5%), Fe (0.2%) metales traza Cu, Mn, Mo, Co, Zn (0.3%)

RUTAS METABÓLICAS

10-15 % hidratos de C 50-60 % proteínas 6-8 % lípidos 18-23 % ác. nucleicos

C5H7NO2 (53% C, 12.4% N) TODOS ESTOS ELEMENTOS DEBEN ESTAR PRESENTES EN LA “DIETA”

DE LOS MICROORGANISMOS

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LOS MICROORGANISMOS. NECESIDADES NUTRICIONALES CLASIFICACIÓN AUTÓTROFO fotoautótrofo quimioautótrofo

FUENTE DE E

FUENTE DE C C inorgánico

luz redox inorgánica

HETERÓTROFO fotoheterótrofo luz quim qu imio iohe hete teró rótr trof ofoo re redo doxx or orgá gáni nica ca

C orgánico

MACRONUTRIENTES N (12,4% del peso de X), P (2% del peso de X), S, K, Na MICRONUTRIENTES Fe, Co, Ni, Zn, Cu, Mn, Mo, Se, B • • •

 AR urbanas urbanas  AR agroalimentario  ARCurso industrial “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

LOS MICROORGANISMOS. CRECIMIENTO RENDIMIENTO CELULAR (Y) Síntesis de microorganismos en función de la materia orgánica eliminada.

Y

Kg Xgenerados Kg DQOeliminada

PERMITE CALCULAR LA GENERACIÓN DE FANGO

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4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS OBJETIVOS EL PROCESO BIOLÓGICO LOS MICROORGANISMOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN PROCESOS AEROBIOS PROCESOS ANAEROBIOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN TEMPERATURA IMPORTANTE POR LA LENTA IMPORTANTE LENTA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO  TASA DE CRECIMIENTO SE DUPLICA CADA 10ºC  A T MAYOR MAYOR DE LA L A ÓPTIMA SE DESTRUYEN ENZIMAS 

CLASE psicrófilas mesófilas termófilas hipertermófilas

INTERVALO (ºC) -5 a 20 8 a 45 40 a 70 65 a 110

   o     t    n    e     i    m     i    c    e    r    c    e     d    a    s    a     t

0 VENTAJAS mayor temperatura mayor actividad menor volumen

20

35

55

100 T (ºC)

DESVENTAJAS coste energético pérdida de la capacidad del sistema si hay un fallo en la calefacción Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN pH 6.6-7.6 problemas de acidificación ALCALINIDAD Es la capacidad del agua para neutralizar ácidos. Es la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de un agua (mg CaCO3/L) INHIBIDORES •

•

•

•

•

Sales Amoniaco Sulfuro Metales Tóxicos orgánicos

ESTIMULACIÓN    a    c     i    g     ó     l    o     i     b    n     ó     i    c    c    a    e    r    e     d    a    s    a     t

INHIBICIÓN concentración óptima SIN EFECTO

concentración

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PARÁMETROS DE OPERACIÓN MEZCLA     

TEMPERATURA Y CONDICIONES HOMOGÉNEAS DISTRIBUCIÓN DE NUTRIENTES MEJORA EL CONT CO NTACTO ACTO EVITA SEDIMENTACIÓN EVITA ZONAS MUERTAS

sedimentación zonas muertas

mezcla

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PARÁMETROS DE OPERACIÓN CONCENTRACIÓN DE MICROORGANISMOS (SSLM o SSVLM) La concentración de microorganismos en el reactor biológico (Licor Mezcla) se cuantifica como SSLM (mg SSLM/L) o SSVLM (mg SSVLM/L) Es IMPORTANTE IMPORTANTE mantener la concentración de X constante en el reactor. ELEVADA CONCENTRACIÓN DE X:  Mayor carga  Menor volumen del reactor 

PARÁMETRO IMPORTANTE EN LA OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO

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PARÁMETROS DE OPERACIÓN TIEMPO DE RETENCIÓN CELULAR (TRC) – EDAD θC



θC

X en el reactor  producción de X

TRC da idea de la EDAD de X EXISTE UN θc ÓPTIMO

V . CSSV  Y . - r DQO DQO

TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRAULICO (TRH)  VREACTOR  θ Q  

Es el tiempo que permanece el agua en el reactor. → mala eliminación  TRH insuficiente → volumen muy grande  TRH elevado EXISTE UN θ ÓPTIMO Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE OPERACIÓN CARGA Es la relación entre la materia orgánica que se puede alimentar a un reactor y: CARGA VOLUMÉTR VOLUMÉTRICA ICA (CV)  el volumen del reactor CARGA MÁSICA (F/M)  los microorganismos en el reactor

CV



SOBRECARGA  BAJA CARGA 

F M

Kg DQOalimentada 3 mreactor d



Kg DQOalimentada Kg SVreactor  d

→ mala eliminación → falta de alimento

EXISTE UNA CARGA CA RGA ÓPT ÓPTIMA IMA

VELOCIDAD DE UTILIZACIÓN UTILI ZACIÓN DE SUSTRATO SUSTRATO Kg DQOeliminada U Kg X.  X.d d Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS OBJETIVOS EL PROCESO BIOLÓGICO LOS MICROORGANISMOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN PROCESOS AEROBIOS PROCESOS ANAEROBIOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS AEROBIO    S    O    N    N    V    I     Ó    E    I   T    S   C    O    A    V   N    I   E    T   P   S    L   S   O    U    G    U    C   S   N    A    F

MO + O2 + X 1. REACTOR QO BIOLÓGICO SO QR   XR 

CO2 + H2O + NUEVOS X

CO2 2. SEDIMENTADOR  Qe  V  Se S  Xe  X O2

3. RECIRCULACIÓN

QW  XW 4. PURGA

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PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS NECESIDADES DE OXÍGENO

R O  Q  SO  S   1,42  PX PX  Y  Q  SO  S 

 Kg O2    d      m3    Q  caudal alimentado    d    Kg DQOeliminada   SO  S  DQO eliminada   3 m    

R O  consumo de oxígeno 

 Kg DQO     Kg X    Kg Xgenerados    PX  generación de microorgan ismos  d       Kg Xgenerados    Y  rendimient o de síntesis celular    Kg DQOeliminada  

1,42  relación entre DQO y microorgan ismos 

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ELIMINACIÓN ELIMINA CIÓN DE NUTRIENTES. Nitrógeno NITRIFICA NITRI FICACIÓN CIÓN - DESN DESNITRIFI ITRIFICA CACIÓN CIÓN AEROBIO

ANOXICO/ANAEROBIO

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NITRIFICAC NITRI FICACIÓN IÓN - DESN DESNITRIFI ITRIFICACI CACION ON

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ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES. Fósforo

1. ANAEROBIO Pi

Poli-P 2. AEROBIO O ANÓXICO

Pi++E Pi

PHB

HSCoA CoA moléculas orgánicas simples

H2O o N2 O2 o NO3Pi

NAD ATP NADH2 ADP+Pi PHB

Ciclo TCA

CO2

HSCoA Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

4. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS OBJETIVOS EL PROCESO BIOLÓGICO LOS MICROORGANISMOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN PROCESOS AEROBIOS PROCESOS ANAEROBIOS Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS CH4 + CO2 (biogás)

M.O. SUSTRATO (líquido)

C5H7NO2 PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE MA M ATERIA

(sólido)

M.O. NO DEGRADADA (líquido)

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1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS residuo particulado complejo y biomasa inactiva hidratos de C

proteínas

lípidos

inertes particulados inertes solubles

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1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS Hidrólisis

enzimas extracelula extracelulares res

reacciones intracelulares

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1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS residuo particulado complejo y biomasa inactiva hidratos de C azucares

proteínas

aminoácidos

propionato

lípidos

inertes particulados inertes solubles

AGCL

VaH BuH

acetato

CO2 H2 CH4

acidogénesis de azucares acidogénesis de aminoácidos acetogénesis de AGCL acetogénesis de propionato acetogénesis de VaH y BuH metanogénesis acetotrófica metanogénesis hidrogenotróf.

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1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS

crecimiento lento sensibles características críticas

•

M.O.

M.O.

AGV

AGV

acetato

acetato

CH4

CH4

ACUMULACIÓN!! - acid acidifica ificación ción - to toxic xicida idad d

•

•

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1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS METANOGÉNICAS

SULFA SULF ATORREDUC TORREDUCTORAS TORAS (BSR)

CH3COO- + H2O CH4 + HCO3ΔGº´= - 6. 6.88 kcal/m kcal/mol ol

CH3COO- + SO4= + H+ H2S + 2 HCO3ΔGº´= - 11.3 kcal/ kcal/mol mol

4 H2 + CO2 + 2 H+ CH4 + 2 H2O ΔGº´= - 32. 32.33 kcal/m kcal/mol ol

4 H2 + SO4= + 2 H+ H2S + 4 H2O ΔGº´= - 36 36.8 .8 kcal/m kcal/mol ol

acetato

CO2 H2 CH4 Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS nitrógeno

2. ANÓXICO bacterias desnitrificantes

bacterias fijadoras de N 2 bacterias fijadoras de N 2

nitratos

proteína vegetal

absorción por plantas

bacterias nitrificantes (Nitrobacter )

muerte nitritos

alimento proteína animal

excreciones muerte

compuestos de amonio

1. AEROBIO bacterias nitrificantes (Nitrosomonas)

NKT

N-NH4+

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1. BASES DE LOS PROCESOS ANAEROBIOS 1. ANAEROBIO Pi

Poli-P Pi++E Pi

PHB

2. AEROBIO O ANÓXICO

HSCoA CoA moléculas orgánicas simples

H2O o N2 O2 o NO3Pi

NAD ATP NADH2 ADP+Pi PHB

Ciclo TCA

CO2

HSCoA Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 1. ARRANQUE residuo particulado complejo hidratos de C azucares

proteínas

aminoácidos

propionato

residuo complejo

lípidos AGCL

hidrólisis + fermentación

VaH BuH

acetato

CO2 H2 CH4

acetato H2 metanogénesis CH4

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 1. ARRANQUE residuo complejo

¿CÓMO SE REALIZA EL ARRANQUE? 1. inó inócul culoo ade adecua cuado do (l(lent entoo crec crecimi imient entoo cuanto más mejor) 2. agua 3. temperatura 4. ta tamp mpon onar ar pa para ra evi evita tarr caíd caídaa de pH 5. MO de mo modo do qu quee no no se se for forme me má máss de de 2-4 g/L AGV manteniendo pH 6.8-7.6 6. co cont ntro roll diar diario io de de pH y AG AGV( V(Ac AcH, H, PrH, PrH, BuH, IBuH por cromatografía cromatografía)) 7. 108-109 microorganismos/m microorganismos/mLL reactor  8. 1 a 4 meses mayor estabilidad

    S     A     P     A     T     E     S     A     B     M     A     E     R     T     N     E     O     I     R     B     I     L     I     U     Q     E

hidrólisis + fermentación

acetato H2 metanogénesis CH4

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 2. pH Y ALCALINIDA ALCALINIDAD D (6.6-7.6 problemas de acidificació acidificación) n)

AcH

Ac-

Ac- H+ Ac- H+

+

H+

primera etapa acidogenesis

segunda etapa

generación  AGV

Consumo  AGV

disminución pH

aumento pH

proceso global pH constante

AcH Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 2. pH Y ALCALINIDA ALCALINIDAD D (6.6-7.6 problemas de acidificació acidificación) n) [CO2 (g)]  KH [H2CO3 *]

CO2 (g)  CO2 (ac) CO2 (ac)  H2O  H2CO3 H2CO3 HCO-3





HCO-3

CO3







38 atm/mol(35º C)

H2CO3 *  CO2 (ac)  H2CO3

K a,1  5  10 7 (35º C)  pK a,1  6.3

H

H

K a,2



6  10 11 (35º C)  pK a,2



10.2

     %100

80 60 H2CO3

HCO3-

CO3=

4

8

12

40 20 0 0

2

6

10

14 pH

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 2. pH Y ALCALINIDAD ALCALINIDAD es la capacidad del agua para neutralizar ácidos. Es la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de un agua (mg CaCO 3/L) alcalinidad pH  pK a,1  log 50000 [CO2 ] KH

Relación pH/alcali pH/alcalinidad/CO nidad/CO 2

pH>6.5 Efecto de los AGV

Neutralización

500-900 mg CaCO 3/L

HA  HCO-3



A



H2CO3

24-45% CO2 en el biogás

más barato formación de CaCO 3 consumo de CO 2 vacío

cal Ca(OH)2 NaHCO3 no tiene problemas pero es caro y toxicidad del Na Na2CO3 NaOH hidróxidos y carbonatos: NH3 toxicidad consumo de CO 2 vacío NH HCO 4

3

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 3. NUTRIENTES

•

•

•

efluente urbano efluente agroalimenta agroalimentario rio efluente industrial (estudios de laboratorio)

DOSIS estequiometría N 12% peso celular  P 2% peso celular  S 2% peso celular  - SO4= presente en el AR - adic adición ión sin sin exceso exceso - sulf sulfuro uro metálic metálicoo insoluble trazas para activación enzimática - Fe Fe,, Co, Co, Ni Ni cationes comunes - prese presentes ntes en en las aguas aguas - 4040-60 60 mg/ mg/LL - evitar desequilibrio entre ellos

N

mg/g DQO

exceso mg/L

5- 1 5

50

 

adición NH3, NH4Cl, NH4HCO3 NaH2PO4 MgSO4· 7 H2O

P 0.8-2.5 10 S 1- 3 5 F 0.03 10 FeCl2· 4 H2O e C 0.003 0.02 CoCl2· 2 H2O o Ni 0.004 0.02 NiCl2· 6 H2O Z 0.02 0.02 Z nC l 2 n C Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos 0 . 0 0 4 0 . 0 2 CuC2014 l2· 2 H2O Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre u

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 4. INHIBIDORES ESTIMULACIÓN

ANAEROBIO efecto es peor: las AR presentan altas cargas y también de inhibidores tasas de crecimiento bajas •

•

   a    c     i    g     ó     l    o     i     b    n     ó     i    c    c    a    e    r    e     d    a    s    a     t

INHIBICIÓN concentración óptima SIN EFECTO

concentración

ADAPTACIÓN SOLUCIÓN elegir un cultivo que se adapte mejor  DIVERSIDAD BIOLÓGICA dificultad para conocer la concentraci concentración ón tóxica ensayos biológicos (test de toxicidad) Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 4. INHIBIDORES

4.1. SALES  Na K Ca Mg

  INHIBICIÓN   ESTIMULACIÓN MODERADA 1 0 0 -2 0 0 2 0 0 -4 0 0 1 0 0 -2 0 0 75-150

3 500 -550 0 2 500 -450 0 2 500 -450 0 1 0 0 0 -15 0 0

FUERTE INHIBICIÓN 8000 1 20 00 8000 3 0 00

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 4. INHIBIDORES 4.2. AMONIACO 

• •

NH 4



NH3



H K a



pKa

degradación anaerobia de proteínas AR matadero o purines

5.5  10-10



•

•

9.3

NH4+/NH3

NH4+ inhibición a 3000 mg/L NH3 inhibición a 100 mg/L

     % 100

80

NH4

60

+

NH4+

NH3

40 20

NH3

0

pH 0 2 4 6 8 10 12 14 Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 4. INHIBIDORES BSR BS R

             SO S  /HS  /H2S (ac)  H2S (g) 4

4.3. SULFUROS 

H2S  HSHS-



S





H

H

pK a1  7.04 pK a2

H2S (ac)  H2S (g)



12.9

[H2S (g)]  KH [H2S (ac)]



13 atm/mol(35º C)

     % 100

80 60

HS-

H2S

HS-

S=

40 20

H2 S

0 0

2

4

6

8

10

12

14 pH

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO HS-

- affec affectt the intra intracellular cellular pH - MA the the most sensi sensitiv tivee

   C    I    R    B   E    O   T    R   S    E   E    A   G    I    N   D    A

H2S REACTOR inhibition accumulation of inert material in the sludge (metal sulphides) growth of filamentous bacteria

CH4 /CO2 H2S

COD S-compounds

BIOGAS odour  corrosion toxic to humans

EFFLUENT increase COD Sulphide bulking

ENERGY BALANCE less CH4 biogas treatment H2S < 200 mg/Nm3 < 0.013% (v/v)

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 4. INHIBIDORES 4.4. METALES 

Co, Ni, Zn, Cd, Hg presentan inhibición 1 mg/L evitar su entrada en el reactor  precipitaciónn de sulfuros metálicos precipitació metálicos (insolubles y no tóxicos)

PROBLEMA dosis S= toxicidad

4.5. TÓXICOS ORGÁNICOS 

SOLUCIÓN FeS - Fe es desplazado por los metales - Fe no no es tóxi tóxico co

comunes a muchos residuos industriales adaptación degradación - fenol - clo clorof roform ormoo

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 4. INHIBIDORES CONTROL 1. eli elimin minaci ación ón del tóx tóxico ico del inf influe luente nte 2. dilución mayores volúmenes 3. pr prec ecip ipititac ació iónn o comp comple lejo joss (Cu, (Cu, Zn como sulfuros con SO 4=, cuidado con la dosificación!!) 4. variación de del pH pH 5. adi adició ciónn de sus susta tanci ncias as ant antagó agónic nicas as a las que producen toxicidad

EJEMPLOS detergentes con cationes de amonio cuaternario AGCL con Ca se complejan pH cambia la toxicidad: - NH4+/NH3 (pH ácido) - CH3CH2COOH / CH3CH2COO- (pH básico) •

•

•

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO •

•

•

5. TEMPERATURA importante por la lenta velocidad de crecimiento tasa de crecimiento se duplica cada 10ºC a T mayor de la óptima se destruyen enzimas

CLASE psicrófilas mesófilas termófilas hipertermófilas

ELECCIÓN DEPENDE DE LA CARGA (CH4) VENTAJAS mayor temperatura mayor actividad menor volumen DESVENTAJAS coste energético pérdida de la capacidad del sistema si hay un fallo en la calefacción •

•

INTERVALO (ºC) -5 a 20 8 a 45 40 a 70 65 a 110

   o     t    n    e     i    m     i    c    e    r    c    e     d    a    s    a     t

0

20

40

60

80

100

T (ºC) Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 5. TEMPERATURA

Aislamiento Sistema de calefacción

INTERNA (30%) Elevada temperatura en la superficie del cambiador produce precipitación de proteínas en la superficie del cambiador mayor superficie

EXTERNA (25%)

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 6. MEZCLA

Temperatura y condiciones homogéneas Distribución de nutrientes Mejora el contacto Evita sedimentación Evita zonas muertas 

sedimentación zonas muertas

mezcla Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 6. MEZCLA. SISTEMAS DE MEZCLADO     )    a     b    m    o     b     (     O     D     I     U     Q     Í     L     E     D     N     Ó     I     C     A     L     U     C     R     I     C     E     R  .     1

    )    r    o    s    e    r    p    m    o    c     (

recirculación interna

recirculación externa

    S     A     G     E     D     N     Ó     I     C     A     L     U     C     R     I     C     E     R  .     2

difusión de gas

gas lift

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 6. MEZCLA. SISTEMAS DE MEZCLADO 3. MEZCLA MECÁNICA

4. COMBINACIÓN DE SISTEMAS - reci recircula rculación ción de líquido líquido + gas - recirculación de líquido + mezcla mecánica mecánica - recirculación de gas + mezcla mecánica

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 7. PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS biogás •

•

•

composición 70-75% 70-75% CH 4 30-25% CO2 valor energético CH 4 = 35.8 kJ/L

relación entre MO eliminada y el metano producido

C6H12O6 C6H12O6 + 6 O2 3 CH 4 6 O2

•

influente estabilización 104 m3/d 90% 20 g DQO/L



3  22.4 L CH 4 6  32 g O2

efluente 104 m3/d 2 g BODL/L

3 CO2 + 3 CH4 6 CO2 + 6 H2O 

0.350

L CH 4 g DQO eliminada

eliminación de MO 18

kg BODL elim m3

m3 m3 CH4  10  0.350 d kg BODL 4

m3 CH4 kJ 3 6.3  10  35.8  10 d m3 CH4 4



m3 CH4  6.3  10 d

2.26  109

4

kJ d

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2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO 7. PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS

100    )    4    H    C    %    (   s    á   g   o    i    b    l   e    d   n    ó    i   c    i   s   o   p   m   o   c

metanol grasas algas y bacterias proteinas hidratos de C, ácido acético

50

ácido cítrico ácido fórmico, CO ácido oxálico 0 -4

-2

0

2

4

urea Estado de oxidación del C

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RESUMEN APLICACIÓN Fangos EDAR (5-15% ST) RS ARI ARU cálidos •

residuo particulado complejo

• • •

hidratos de C azucares

proteínas

aminoácidos

propionato

lípidos AGCL

VaH BuH

acetato

CO2 H2 CH4

VENTAJAS  baja producción de fangos  bajo requerimiento nutrientes  aprovechamie aprovechamiento nto de biogás  carga elevada  bajo consumo energético (O 2) INCONVENIENTES  crecimiento lento  arranque lento  recuperación lenta  olores (H2S)  mayor regulación pH  menor rendimiento  temperatura

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COMPARACIÓN AEROBIO/ANAEROBIO AEROBIO CH3COOH + 2 O2 2 CO2 + 2 H2O + ENERGÍA   o    t   a   r    t   s   u   s    E    %    0    0    1

pérdidas

mantenimiento

síntesis

Y=0,5 kg SSV/kg DQO elim

ANAEROBIO CH3COOH CO2 + CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + ENERGÍA   o    t   a   r    t   s   u   s    E    %    0    0    1

pérdidas

productos

mantenimiento síntesis

Y=0,05 kg SSV/kg DQO elim

CADA PROCESO TIENE SU CAMPO DE APLICACIÓN CursoPROCESOS “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos MUCHAS VECES LOS DOS SE COMPLEMENTAN Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

COMPARACIÓN AEROBIO/ANAEROBIO PARÁMETRO AEROBIO ANAEROBIO ARRANQUE + LENTO OPERACIÓN SENCILLA COMPLEJA (metanogénicos) RENDIMIENTO 85-95% 80-90% TRH 3-5 h 0.2-2 d SOBRECARGA + OXÍGENO + TEMPERATURA + 35ºC SUBPRODUCTOS CH4 NUTRIENTES 100/5/1 100/0.5/0.1 FANGOS (Y) 0.5 kg SSV/kg DQO elim 0.05 kg SSV/kg DQO elim CRECIMIENTO RÁPIDO LENTO OLORES + CH4, H2S REQUERIMIENTOS DE TAMPÓN + MLSS 4 g /L 10 g/L Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios” Lima Septiembre 2014

PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN AEROBIO

MO + O2 + X

CO2 + H2O + NUEVOS X

CV SSLM F/M TRC TRH (kg % DQO (mg SSLM/L) (kg DQO/kg SSVLM.d) (d) (h) DQO/m3reactor .d)

0.3-1.6

ANAEROBI O

1500-4000

0 .2 - 0 .6

MO + X

4-10 3-5 85 a 95

OD (mg O2/L)

CO2 + CH4 + NUEVOS X

CV SSLM F/M TRC TRH (kg % DQO (mg SSLM/L) (kg DQO/kg SSVLM.d) (d) (h) DQO/m3reactor .d)

1 0-3 0

10000

1-3

5-24 80-90

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

Curso “Gestión y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios”

Lima 11 – 14 Septiembre 2014

Principios de los procesos biologicos. Fernando Fdz-Polanco y María Fdz-Polanco Grupo de Tecnología Ambiental Dpto Ingeniería Química Q uímica y Tecnología del Medio Me dio Ambiente Universidad de Valladolid (España)

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