Digestión Anaerobia

La digestión anaerobia de los lodos es un proceso que tiene como finalidad la estabilización de la materia orgánica que contengan.

El tratamiento consiste en depositar lo lodos en digestores cerrados que impidan el paso del aire con la finalidad de descomponer la materia orgánica por medio de microrganismos anaerobios. La velocidad de descomposición, dependen de una inoculación adecuada, el pH, tipo de solidos, temperatura y una mezcla adecuado de los solidos crudos con el inoculo. Los lodos digeridos, después pueden ser secados e incinerados o usados como fertilizante.

El proceso se lleva a cabo

por dos grupos de

microrganismos:

Bacterias

Hidrolíticas.

Bacterias

Metanogénicas

.

Bacterias Hidrolíticas

Son microrganismos saprofitos, aerobios facultativos, que metabolizan los carbohidratos, grasas y proteínas convirtiéndoles en ácidos orgánicos (acido acético, butírico) y alcoholes de bajo peso molecular.

Bacterias Metanogénicas

Son microrganismos anaerobios estrictos, utilizan los ácidos orgánicos y alcoholes de bajo peso molecular (producidos por las bacterias hidrolíticas).

La estabilización de lodos por vía anaerobia se lleva a cabo de la siguiente forma:

Bacterias + Materia Orgánica Bacterias + Materia Orgánica (resistente) + CH4 + CO2 + H2O

Lodo crudo.

Sustrato Complejo.

Carbohidratos Grasas y Proteínas.

Productos de degradación Intermediarios estables.

Ácidos orgánicos CO2, H2O y células.

Lodo crudo.

Sustrato Complejo.

Carbohidratos Grasas y Proteínas.

Micro organismos.Principalmente formados de ácidos.

Micro organismos.Bacterias producidas de metano.

Formación de Ácidos.

Producción de Metano

Diagrama simplificado de los procesos y transformaciones que se llevan a cabo durante la digestión anaerobia de lodos.

La eficiencia del tratamiento depende del balance entre los dos grupos de bacterias, la alimentación, la temperatura, el pH y el tipo de materia orgánica subintrada.

Los factores mas importantes que se controlan en los procesos anaerobios son: producción de gas, balance de los solidos en el sistema (totales, volátiles y fijos), DBO, acidez y pH, ácidos volátiles, grasas y características del lodo y olor.

La digestión anaerobia es inhibida por sustancias toxicas tales como, metales pesados (cobre, zinc, níquel, cromo) exceso de iones NH4+, sulfuros, cianuros, fenoles, concentración alta de detergentes.

En el proceso el gas producido esta compuesto principalmente de Metano (65-70% vol.), y Gas Carbónico (25-30% vol.), también puede contener Oxigeno (0-0.03% vol.), Monóxido de Carbono (2-4% vol.), Nitrógeno (1% vol.), sulfuro de Hidrogeno, Hidrocarburos, etc. Dependiendo del origen del lodo.

En los lodos digeridos, la mayor parte de los microrganismos patógenos ha sido destruida, sin embargo puede tener ciertos virus y el bacilo de Koch.

Tipos de digestores anaerobios.

Digestores Convencionales. Digestor de una etapa o paso.

Es un sistema que consta de un solo digestor, en donde se lleva a cabo la digestión del lodo crudo y la concentración de los lodos digeridos.El proceso de digestión se mantiene a temperatura entre 85-115 F por medio de calentadores externos, el gas puede ser utilizado como combustible para mantener la temperatura en el digestor. Los tiempos d retención son muy altos, entre 30 y 50 días.

La digestión, el pasamiento y la formación de materia flotante se lleva a cabo separadamente dentro del tanque.

El lodo crudo se alimenta en la zona de digestión activa y el gas producido se remueve del tanque por la parte superior. Mientras el gas sube a la superficie, este eleva consigo partículas de lodo y otros materiales (grasas y aceites), formando una capa de nata.

Como resultado e la digestión, el lodo de mineraliza (aumenta en % de lodos fijos), y por gravedad este se espesa: lo que causa la formación de una capa de materia flotante sobre la zona de digestión del lodo. El volumen del tanque que se utiliza es del 50% debido a la estratificación y falta de mezcla.

Funcionamiento de un digestor Anaerobio.

Digestores de Dos Etapas

En este sistema tiene como finalidad el proveer un mayor volumen útil, para disminuir los tiempos de retención. Esta formado por dos etapas, en la primera se lleva acabo la digestión con mezclado mecánico o por recirculación de gas y a temperaturas controladas por calentamiento, con un tiempo de retención entre 10-15 días; en la segunda etapa solo se lleva a cabo la separación de los solidos y el acabado del proceso de digestión y la remoción del gas.

Efluente de Lodo

Efluente

Espuma

Lodos digeridos

Esquema de un proceso de digestión de dos pasos.

Digestor de Alta Tasa.

En este sistema la carga de solidos en mayor. El lodo se mezcla íntimamente por la recirculación del gas, bombeo, o por mezcladores mecánicos y se calienta para obtener una digestión optima. El tanque es mas profundo. El lodo deberá bombearse continuamente o en ciclos de 30 minutos a 2 horas. El lodo digerido tiene una concentración de aproximadamente la mitad de la del influente, ya que no existe una separación del lodo.

Criterios de Diseño (Criterios Volumétricos)Lo

dos

Pri

mari

os 1.3-3

pies3/capita

0.037-0.085 m3/capita Lo

dos

Pri

m.

+ f

il.

Perc

ola

dore

s.2.6-5 pies3/capita

0.074-0.142 m3/capita Lo

dos

Pri

mari

os

+

act

ivad

os.2.6-6

pies3/capita

0.074-0.117 m3/capita

Capacidades Requeridas para el Tanque de Digestión.

TIPO DE TRATAMIEN

TO

LODO HUMEDO VOLUMEN REQUERIDO

Solidos secosg/hab.d

Solidos (%) l/hab./d 35-45 días de retención l/hab. d

PrimarioPrimario + filtro percoladorPrimario +lodos activados

5481

86

54

3

1.0762.03

2.83

37-4871-91

99-127

Datos a aplicar en lodos primarios y obtenidos para lograr la recuperación del 90% del gas producido.

DIGESTION AEROBIA

DIGESTION AEROBIA

Este proceso en un método alterno para el tratamiento de lodos orgánicos. Los digestores pueden ser usados para tratar lodos activados, mezclas de deshechos de lodos activados, lodos primarios y lodos de filtros percoladores, o lodos de plantas de tratamiento de lodos activados sin sedimentación primaria.

Ventajas

La reducción de solidos volátiles es aproximadamente la misma que la obtenida anaeróbicamente.

Menores concentraciones de DBO en el licor sobrenadante.

Obtención de un producto final biológicamente estable y sin olor que puede ser de fácil disposición.

Producción de un lodo con excelentes características de desaguado.

Recuperación de casi todo el valor básico de fertilización en el lodo.

Muy pocos problemas de

operación

Menor costo de capital.

DESVENTAJA

Alto costo del

suministro de

oxigeno.

PRINCIPALES

OBJETIVOS

Reducción de olores.

Reducción de solidos

biodegradables.

Mejoramiento de las

características de desaguado de los

lodos.

La digestión de lodos de los lodos (primarios y lodos activados) es un proceso en cual la estabilización de la materia orgánica se lleva a cabo por la aireación durante un extenso periodo de tiempo, dando como resultado una destrucción celular con una disminución de los solidos suspendidos volátiles (SSV). La velocidad de destrucción celular disminuye cuando la relación de alimentos microrganismos (F/M) aumenta (F=DBO,M=SSV).

El principal objetivo de la reducción del volumen de los lodos para su disposición final. Esta reducción resulta de la conversión por oxidación de parte de las substancias del lodo en productos volátiles (CO2, NH3, H2).

Los tiempos de residencia son mas cortos. Esto repercute en una economía en los volúmenes de los digestores, sin embargo, los costos originados por la energía puedes ser un factor importante en la elección del sistema de tratamiento en plantas con grandes flujos de lodos.

Los lodos estabilizados aeróbicamente, no desprenden olores, son homogéneos de color oscuro, y pueden drenarse sin dificultad. Son embargo no es recomendable almacenarlos por mucho tiempo en forma liquida.

Generalmente, la estabilización aeróbica se aplica a los lodos residuales de procesos aeróbicos de aguas residuales.

Descripción del Proceso

La digestión aerobia es similar al proceso de lodos activados. Conforme la comida se termina, los microrganismos comienzan a consumir su propio protoplasma para obtener energía para el mantenimiento de las células (fase endógena).

Las células son oxidadas a dióxido de carbono, agua y amoniaco. Solamente del 75 al 80% de las células pueden ser oxidadas; el remanente 20 a 25%, esta formado de componentes inertes y orgánicas que no son biodegradables. Conforme la digestión continua, el amoniaco es oxidado a nitratos. Cuando se digieren lodos activados o lodos de filtros percoladores mezclados con lodos primarios, toma lugar una oxidación directa de la materia orgánica en el lodo primario y también, una oxidación endógena de las células de los tejidos.

Criterios de Diseño

El diseño de digestores aeróbicos es similar al de los tanques

rectangulares de aireación, usan sistemas de aireación

convencionales.

PARAMETROS VALOR

Tiempo de retención hidráulica a 20oC (días)

Lodos activados solamente 10-16

Lodos activados de plantas sin sed. Prim.

16-28

Lodos primarios + activados o de fil. Precol.

18-22

Carga de solidos 0.02-0.040.032-6.41

Requerimientos de oxigeno lb/lb destruidas

Células de tejidos 2

DBO5 en lodos primarios 1.6-1.9

Requerimientos de energía para la mezcla

Aireadores mecánicos 0.5-1.2517.66-44.14

Mezcla de Aire 20-60

Oxigeno disuelto 1-2