Diferencias entre los procesos anaeróbicos IC y UASB

1.1 Reactor UASB

1.1.1 Introducción a la UASB

El reactor anaeróbico de manto de lodos de flujo ascendente (UASB) es un método biológico anaeróbico para tratar aguas residuales, también conocido como reactor anaeróbico de manto de lodos de flujo ascendente, inventado por el profesor Lettinga de los Países Bajos en 1977.

Las aguas residuales fluyen de abajo hacia arriba a través del UASB. En el fondo del reactor hay un lecho de lodo altamente activo y de alta-concentración donde la mayoría de los contaminantes orgánicos en las aguas residuales sufren fermentación anaeróbica y degradación en metano y dióxido de carbono. Debido a la agitación del flujo de agua y las burbujas de aire, se forma una capa de suspensión de lodos sobre el lecho de lodos. Se instala un separador trifásico-en la parte superior del reactor para separar el gas del digestor, el líquido del digestor y las partículas de lodo. El gas del digestor se descarga desde la parte superior del reactor; las partículas de lodo se deslizan automáticamente hacia abajo y se depositan en el lecho de lodo en el fondo del reactor; El líquido del digestor se descarga desde la zona de clarificación.

UASB tiene una alta capacidad de carga y es adecuado para tratar aguas residuales orgánicas de alta-concentración. Un UASB (Ultra-bunker de lodos ultra-anaeróbico) que funcione bien muestra una alta tasa de eliminación de contaminantes orgánicos, no requiere agitación y puede adaptarse a cambios significativos de carga, temperatura y pH.

1.1.2 Estructura de la UASB

El UASB se caracteriza por su sistema integrado de reacción biológica y sedimentación, lo que lo convierte en un reactor anaeróbico compacto. El reactor consta principalmente de un sistema de distribución de afluentes, una zona de reacción, un separador trifásico-, una cámara de gas y un sistema de descarga de agua tratada.

1.1.3 Principio de funcionamiento de la UASB

El proceso de reacción anaeróbica en el reactor UASB es similar a otros procesos de tratamiento biológico anaeróbico, incluida la hidrólisis, la acidificación, la producción de ácido acético y la metanogénesis. En el proceso de transformación del sustrato participan diferentes microorganismos, convirtiendo el sustrato en los productos finales-biogás, agua y otras sustancias inorgánicas.

El UASB consta de tres partes: una zona de reacción de lodos, un separador trifásico-líquido-sólido- (incluida una zona de sedimentación) y una cámara de gas. Una gran cantidad de lodo anaeróbico permanece en la zona de reacción del fondo y el lodo con buenas propiedades de sedimentación y floculación forma una capa de lodo en el fondo. Las aguas residuales a tratar fluyen hacia el fondo del lecho de lodos anaeróbicos y se mezclan con los lodos de la capa de lodos. Los microorganismos del lodo descomponen la materia orgánica de las aguas residuales y la convierten en biogás. El biogás se libera continuamente en forma de pequeñas burbujas. A medida que estas burbujas suben, se fusionan, formando gradualmente burbujas más grandes. En la parte superior del lecho de lodo, el biogás agita el lodo, creando una mezcla de lodo-agua relativamente diluida que sube junto con el agua hacia el separador de tres-fases. Cuando el biogás encuentra la placa reflectora en la parte inferior del separador, se desvía alrededor de la placa y luego pasa a través de la capa de agua hacia la cámara de gas, donde se concentra. A continuación, el biogás se descarga a través de un conducto. La mezcla sólida-líquida, después de la reflexión, ingresa a la zona de sedimentación del separador trifásico-. El lodo de las aguas residuales flocula, las partículas aumentan gradualmente de tamaño y se sedimentan por gravedad. Los lodos que se depositan en la pared inclinada se deslizan nuevamente hacia la zona de reacción anaeróbica, provocando una gran acumulación de lodos en la zona de reacción. El efluente tratado, separado de los lodos, se desborda por la parte superior del vertedero de desbordamiento de la zona de sedimentación y luego se descarga del lecho de lodos.

1.2 Reactor CI

1.2.1 Introducción al CI

Con las crecientes contradicciones entre el desarrollo de la producción y factores como el capital, el consumo de energía y el uso de la tierra, los trabajadores del tratamiento de agua deben esforzarse por encontrar procesos anaeróbicos más optimizados técnica y económicamente, especialmente al tratar con las nuevas aguas residuales orgánicas de alta-concentración generadas por el desarrollo de la producción. El reactor anaeróbico de circulación interna (IC) es un nuevo tipo de reactor que surgió en este contexto. Es un producto de la combinación de la teoría del tratamiento anaeróbico de aguas residuales y la práctica de la ingeniería, lo que refleja los requisitos de desarrollo de los propios procesos anaeróbicos. En 1985, la empresa holandesa PAQUES estableció el primer reactor CI a escala piloto- y, en 1988, se puso en funcionamiento el primer reactor CI a escala de producción-. Actualmente, los reactores IC se han aplicado con éxito al tratamiento de aguas residuales industriales en industrias como la producción de cerveza y el procesamiento de alimentos. Debido a su alta capacidad de tratamiento, baja inversión, tamaño reducido y operación estable, ha atraído la atención del personal de tratamiento de agua en todo el mundo, y algunos lo consideran una de las tecnologías representativas de la tercera generación de reactores biológicos anaeróbicos. La investigación y el desarrollo adicionales de reactores IC y la promoción de su aplicación se han convertido en uno de los temas candentes en el tratamiento anaeróbico de aguas residuales.

1.2.2 Estructura del CI

El reactor IC consta de dos reactores UASB apilados verticalmente en serie, que alcanzan una altura de 16 a 25 m con una relación de altura-a-diámetro normalmente entre 4 y 8. Consta de cinco partes básicas: una zona de mezcla, una zona de lecho expandido de lodo granular, una zona de acabado, un sistema de circulación interna y una zona de efluentes. El sistema de circulación interna es la estructura central del proceso IC y consta de un separador primario de tres-fases, un elevador de biogás, un separador de gas-líquido y un bajante de lodos.

1.2.3 Principio de funcionamiento del CI

El agua residual de producción, después de ajustes de pH y temperatura, ingresa primero a la zona de mezcla en el fondo del reactor. Allí, se mezcla completamente con la mezcla de lodo-agua que circula internamente desde el bajante antes de ingresar al lecho expandido de lodo granular para la degradación bioquímica de DQO. La carga volumétrica de DQO es muy alta aquí, degradándose la mayor parte de la DQO afluente, produciendo una gran cantidad de biogás. El biogás es recogido por el separador primario de tres-fases. El trabajo de expansión realizado en el líquido durante la formación de burbujas de biogás crea un efecto de elevación del gas, lo que hace que la mezcla de biogás, lodo y agua suba a lo largo de la tubería de elevación de biogás hasta el separador de gas-líquido en la parte superior del reactor. Aquí el biogás se separa del lodo y del agua y se descarga del sistema de tratamiento. La mezcla de lodo-agua luego ingresa a la zona de mezcla en el fondo del reactor a lo largo del bajante de lodo, donde se mezcla completamente con el afluente antes de ingresar a la zona de lecho expandido de lodo, formando la llamada-circulación interna. Dependiendo de la carga de DQO del afluente y de la estructura del reactor, el caudal de circulación interna puede alcanzar de 0,5 a 5 veces el caudal del afluente. Después del tratamiento por el lecho expandido, una parte de las aguas residuales participa en la circulación interna; el agua residual restante pasa a través de un separador primario trifásico-e ingresa a la zona del lecho de lodo granular del área de tratamiento fino para la degradación de DQO residual y la producción de biogás, mejorando y asegurando la calidad del efluente. Debido a que la mayor parte de la DQO se ha degradado, la carga de DQO en el área de tratamiento fino es baja y la producción de biogás también es pequeña. El biogás producido aquí es recolectado por un separador trifásico secundario-, ingresa al separador de gas-líquido a través de una tubería de recolección de gas y se descarga del sistema de tratamiento. Después del tratamiento en la zona de tratamiento fino, las aguas residuales pasan a través de un separador de dos-tres etapas-fases. El sobrenadante se descarga a través de la zona de efluentes, mientras que el lodo granular se devuelve al lecho de lodos en la zona de tratamiento fino.

En comparación con los reactores anaeróbicos-de segunda generación, como el UASB, los reactores IC tienen las siguientes ventajas:<1>Alta tasa de carga orgánica y corto tiempo de retención hidráulica;<2>Gran relación entre altura-y-diámetro, tamaño reducido y menor inversión en infraestructura;<3>Efluente estable y fuerte resistencia a cargas de choque. Cada vez más fabricantes en China utilizan reactores IC, y su valor de recuperación y utilización de biogás también es significativo. La característica más importante de los reactores IC es que tienen dos cámaras de reacción anaeróbicas, lo que permite la circulación de la mezcla de lodo-agua dentro del reactor. Esto resuelve el impacto negativo del contacto insuficiente entre lodos-agua en los reactores UASB, lo que debilita la capacidad de tratamiento bioquímico de los lodos granulares.

Por lo tanto, los reactores IC representan un gran avance en los reactores anaeróbicos modernos y tienen amplias perspectivas de desarrollo en el tratamiento de aguas residuales industriales con contaminantes orgánicos. Reemplazarán cada vez más a los reactores UASB y merecen más investigación, desarrollo y promoción.