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Los reactores de lecho fluidizado son reactores trifásicos gas-líquido- sólido, formados por un lecho de partículas de pequeño tamaño sobre las que se mantiene adherida la bio- masa y a través del cual circula un fluido con una velocidad lo sufi- cientemente elevada como para provocar la fluidización del lecho, tal y como muestra el esquema de la figura 1. Para lograr estas altas ve- locidades de flujo, suele ser necesa- rio recircular parte del efluente. En estos reactores, la mayor parte de la biomasa se encuentra adherida, siendo muy pequeña la fracción que se encuentra en suspensión. La corriente líquida formada por la recirculación y la alimenta- ción a tratar entra por la parte infe- rior del reactor. El correcto diseño del sistema de distribución del in- fluente es un aspecto extremada- mente importante para los reacto- res anaerobios de lecho fluidizado [25], llamados RALF de forma abreviada. El gas producido (CH 4 + CO 2 ) y el efluente tratado aban- donan el sistema por la parte supe- rior. Puede resultar conveniente instalar sistemas de separación gas-sólido-líquido. Diversos autores han realizado estudios comparativos entre el fun- cionamiento de los RALF y otros diseños de reactores, demostrando la mayor efectividad de los prime- ros para el tratamiento de un mis- mo efluente. Farhan et al. (1997), al estudiar simultáneamente lechos fluidizados, filtros anaerobios y re- actores de lecho en suspensión, ali- mentados con un agua sintética a base de glucosa, observaron que los reactores de lecho fluidizado eran los que menos se veían afec- Los procesos anaerobios de tra- tamiento tienen muchas ventajas conocidas respecto a los tratamien- tos aerobios convencionales; sin embargo, los organismos anaero- bios crecen muy lentamente, por lo que, para operar con un volumen de reactor razonable y tiempos hidráu- licos de residencia cortos, la bio- masa debe de estar retenida en el reactor o ser recirculada en el siste- ma. Los reactores de lecho fluidiza- do cumplen estos requerimientos, siendo además los que permiten trabajar con cargas volumétricas más altas de entre todos los tipos de digestores empleados en el trata- miento anaerobio de aguas residua- les [44]. Algunas de las ventajas que presentan estos reactores son: - La adhesión de los microorga- nismos a las partículas del soporte, creando así lo que se conoce con el nombre de biopelícula, permite al- canzar concentraciones elevadas de biomasa activa con la conse- cuente intensificación del proceso y reducción del volumen físico de reactor. - La retención de la biomasa so- bre el soporte evita que ésta sea la- vada fácilmente del reactor. - La velocidad de transferencia de materia entre las partículas y el fluido es alta comparada con otros modos de contacto. - Es necesario un mínimo de equipo y de operadores para man- tener estos sistemas, lo que nos lle- va a una economía de escala y per- sonal. 1. Introducción Reactores biológicos de lecho fluidizado M. D. Hidalgo y P. A. García Encina Grupo de Tecnología Ambiental. Dpto. de Ingeniería Química. Universidad de Valladolid El uso de reactores anaerobios de lecho fluidizadado se ha venido generalizando en los últimos años, debido a que dichos sistemas permiten trabajar con las cargas orgánicas más altas de entre todos los tipos de digestores empleados en el tratamiento anaerobio de aguas residuales. En este trabajo se analizan los factores que determinan el diseño y la operación de este tipo de reactores en el proceso de digestión anaerobia, definiendo además las condiciones óptimas a alcanzar para un adecuado desarrollo de la biomasa. Tratamiento de Aguas Residuales Ingeniería Química www.alcion.es 122

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Los reactores de lecho fluidizadoson reactores trifásicos gas-líquido-sólido, formados por un lecho departículas de pequeño tamaño sobrelas que se mantiene adherida la bio-masa y a través del cual circula unfluido con una velocidad lo sufi-cientemente elevada como paraprovocar la fluidización del lecho,tal y como muestra el esquema de lafigura 1. Para lograr estas altas ve-locidades de flujo, suele ser necesa-rio recircular parte del efluente. Enestos reactores, la mayor parte de labiomasa se encuentra adherida,siendo muy pequeña la fracción quese encuentra en suspensión.

La corriente líquida formadapor la recirculación y la alimenta-ción a tratar entra por la parte infe-rior del reactor. El correcto diseñodel sistema de distribución del in-fluente es un aspecto extremada-mente importante para los reacto-res anaerobios de lecho fluidizado[25], llamados RALF de formaabreviada. El gas producido (CH4+ CO2) y el efluente tratado aban-donan el sistema por la parte supe-rior. Puede resultar convenienteinstalar sistemas de separacióngas-sólido-líquido.

Diversos autores han realizadoestudios comparativos entre el fun-cionamiento de los RALF y otrosdiseños de reactores, demostrandola mayor efectividad de los prime-ros para el tratamiento de un mis-mo efluente. Farhan et al. (1997),al estudiar simultáneamente lechosfluidizados, filtros anaerobios y re-actores de lecho en suspensión, ali-mentados con un agua sintética abase de glucosa, observaron quelos reactores de lecho fluidizadoeran los que menos se veían afec-

Los procesos anaerobios de tra-tamiento tienen muchas ventajasconocidas respecto a los tratamien-tos aerobios convencionales; sinembargo, los organismos anaero-bios crecen muy lentamente, por loque, para operar con un volumen dereactor razonable y tiempos hidráu-licos de residencia cortos, la bio-masa debe de estar retenida en elreactor o ser recirculada en el siste-ma. Los reactores de lecho fluidiza-do cumplen estos requerimientos,siendo además los que permitentrabajar con cargas volumétricasmás altas de entre todos los tipos dedigestores empleados en el trata-miento anaerobio de aguas residua-les [44]. Algunas de las ventajasque presentan estos reactores son:

- La adhesión de los microorga-nismos a las partículas del soporte,creando así lo que se conoce con elnombre de biopelícula, permite al-canzar concentraciones elevadasde biomasa activa con la conse-cuente intensificación del procesoy reducción del volumen físico dereactor.

- La retención de la biomasa so-bre el soporte evita que ésta sea la-vada fácilmente del reactor.

- La velocidad de transferenciade materia entre las partículas y elfluido es alta comparada con otrosmodos de contacto.

- Es necesario un mínimo deequipo y de operadores para man-tener estos sistemas, lo que nos lle-va a una economía de escala y per-sonal.

1. Introducción

Reactores biológicos de lecho fluidizado

M. D. Hidalgo y P. A. García EncinaGrupo de Tecnología Ambiental.

Dpto. de Ingeniería Química. Universidad de Valladolid

El uso de reactores anaerobiosde lecho fluidizadado se ha

venido generalizando en losúltimos años, debido a que

dichos sistemas permiten trabajarcon las cargas orgánicas más

altas de entre todos los tipos dedigestores empleados en el

tratamiento anaerobio de aguasresiduales.

En este trabajo se analizan losfactores que determinan el

diseño y la operación de este tipode reactores en el proceso de

digestión anaerobia, definiendoademás las condiciones óptimas

a alcanzar para un adecuadodesarrollo de la biomasa.

Tratamiento de Aguas Residuales

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Las partículas que forman el le-cho fluidizado tienen un comporta-miento típicamente no estacionario.Al arrancar el reactor, el lecho estáformado por partículas de materialinerte, con características físico-quí-micas seleccionables por el diseña-dor. A medida que los microorganis-mos se adhieren a la superficie, ladensidad, tamaño y forma de las bio-partículas evoluciona, obligando amodificar las condiciones de opera-ción. Por otra parte, en la fase dearranque, el reactor es un sistema bi-fásico sólido-líquido. A medida quese desarrolla la actividad microbianaen el lecho, se produce gas, de formaque un reactor maduro es un sistematrifásico sólido-líquido-gas [13].

Dado el número de variablesque intervienen, la caracterizaciónrigurosa de los parámetros de dise-ño de un reactor de lecho fluidiza-do resulta prácticamente imposi-ble. Iza (1991) recomienda los si-guientes pasos en el diseño de es-tos digestores:

- Selección del material soportey de sus características físicas (ta-maño, forma, densidad, dureza,área específica y rugosidad) y quí-micas (carácter inerte, propiedadesde adsorción).

- Elección de la expansión y cál-culo de la velocidad superficial dellíquido.

- Dimensionado del lecho (diá-metro, altura) y de los sistemas debombeo.

- Evaluación de los efectos cau-sados por el crecimiento de la bio-película.

- Efecto de la producción debiogás.

La fluidización de partículas desoporte ocurre a una velocidad li-neal de fluido denominada crítica,que es dependiente de la densidadde las partículas y de la pérdida depresión en el interior del reactor.

Las pérdidas de presión en un

2. Diseño de lechos fluidizados

tados por interrupciones y condi-ciones adversas de operación. Porotra parte, éstos eran además losque mayor cantidad de biomasa in-movilizaban debido a la alta áreaespecífica en ellos disponible.

Pérez et al. (1998), trabajandocon filtros anaerobios y lechosfluidizados que operaban con aguaresidual procedente de destilerías,llegaron a la conclusión de que latecnología del lecho fluidizado esla que permite trabajar a los másaltos valores de carga orgánica, esespecialmente efectiva para el tra-tamiento de aguas con compuestosrecalcitrantes y además favorece,más que ninguna otra, el transpor-te de células microbianas del líqui-do a la superficie del soporte, in-crementando el contacto entre losmicroorganismos y el sustrato.

A similares conclusiones llega-ron Holst et al. (1997) en su reco-pilatorio de aplicaciones industria-

les de los RALF, al comprobar quelechos fluidizados que utilizan unsoporte bacteriano de tipo mineral(biolita en su caso) pueden funcio-nar de forma estable a cargas orgá-nicas superiores que reactoresUASB tratando efluentes simila-res. En la Tabla I se resumen deforma comparativa las característi-cas de diseño y operación de dis-tintos tipos de reactores.

El principal inconveniente dellecho fluidizado es el consumo deenergía de bombeo, dado que ge-neralmente es necesario operar congrandes relaciones de recirculaciónpara alcanzar velocidades superfi-ciales lo suficientemente elevadascomo para mantener las partículassuspendidas. Sin embargo, la caídade presión que se produce en el le-cho es baja comparada con otro ti-po de reactores como puede ser ellecho fijo, por lo que estos costesde bombeo son relativamente másreducidos.

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Figura 1.Esquema de un reactor anaerobio delecho fluidizado(RALF)

Concepto Contacto UASB RALF

Altura/Diámetro (m/m) 1:1 1:1 4(7):1Tiempo hidráulico de retención (d) 1-3 1-3 <<1Velocidad superficial (m/h) 1-5 0,5-1,5 8-50Sólidos suspendidos volátiles (kg/m3) 5-10 5-150 20-40Carga orgánica (kg/m3.d) 5-12 10-20 50-240Problemas con sólidos Si Si No

Tabla I. Comparación entre RALF y otrastecnologías anaerobias. Jördening, 1992

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de rozamiento se expresa comouna función potencial del númerode Reynolds.

Para partículas esféricas, lisas yrígidas se han propuesto las si-guientes correlaciones:

CD = 18,5 · -0,6√Ret (5)Perry, (1973)

(0,3<Ret<1.000)

CD = 10 · -0,5√Ret (6)Kunii-Levenspiel, (1969)

(0,4<Ret<500)

Para sólidos recubiertos de unapelícula viva, se comprobó que es-te coeficiente debía se mayor, porlo que se propusieron las correla-ciones:

CD = 36,6 · -0,67√Ret (7)Mulcahy, (1981)

(40<Ret<90)

CD = 17,1 · -0,47√Ret (8)Hermanowick-Ganzarczyk, (1983)

(40<Ret<81)

En todas estas correlaciones seconsidera casi despreciable el ta-maño de la partícula o la biopartí-cula (biopelícula + soporte) en re-lación con las dimensiones delRALF [37]. Los resultados puedendiferir de unos autores a otros sig-nificativamente [11], dado que lasconstantes de estas ecuaciones sondifíciles de determinar.

Otra característica importanteen el diseño de un lecho fluidizadoes su expansión, ya que a partir de

reactor de lecho fluidizado suelendescribirse a partir de la ecuaciónde Carman-Kozeny. Dicha ecua-ción recoge la relación lineal quese establece entre la pérdida depresión y la velocidad del fluidoascendente.

La fluidización se iniciará cuan-do la caída de presión del fluido através del lecho sea igual al pesoaparente del mismo por unidad deárea:

∆Pmf = (1 - εmf) . (ρp - ρf) . g . Hmf (1)

donde: el subíndice “mf” indicalas condiciones de fluidización mí-nima; ∆Pmf es la pérdida de presiónen esas condiciones; εmf la porosi-dad del lecho; ρp y ρf representanlas densidades de la partícula y delfluido, respectivamente, y Hmf laaltura del lecho en estas condicio-nes de fluidización incipiente.

Al analizar la figura 2, se ve co-mo la caída de presión del lechopermanece aproximadamente cons-tante, desde que se vencen las fuer-zas de cohesión del lecho fijo (pun-to C), hasta que tiene lugar el trans-porte de sólidos (punto E), cuandola velocidad ascensional es superiora la velocidad de sedimentación li-bre de las partículas y se produce eltransporte neumático. La pérdida depresión del lecho en el tramo cons-tante de fluidización será:

∆P = (1 - ε) . (ρp - ρf) . g . H (2)

donde: ε es la porosidad del le-cho en esta situación.

Cualquier expansión del lechose puede describir matemática-mente como:

(1 - εmf) . Hmf = (1 - ε) . H (3)

La velocidad mínima para flui-dización (umf) puede ser definidapor las ecuaciones para pérdidas depresión enunciadas por Levenspiel(1972) y suele situarse, normal-mente, entre 10 y 30 m/h. En la fi-gura 2, correspondería a la inter-sección entre las rectas AB y DE.

En realidad, este término defluidización mínima sólo tendríasentido si las partículas del reactor

fueran uniformes (igual naturaleza,forma y tamaño) y se llevara a ca-bo una expansión homogénea. Enla mayoría de los sistemas realesque trabajan con partículas de so-porte de tamaño ligeramente dife-rente, sobre todo cuando la biope-lícula se va desarrollando, la fluidi-zación se realiza de forma gradual,produciéndose la segregación dellecho [21]. De todas formas, lafluidización mínima siempre pue-de servir de orientación de la velo-cidad superficial a la que comienzael estado fluidizado.

Otro parámetro que aparece enel estudio de la figura 2 es aquellavelocidad a la que el lecho deja deestar fluidizado y ocurre el trans-porte neumático de las partículas:la velocidad de caída libre (ut), quese expresa a través de la fórmula:

4 · g · (ρp - ρf) · dput = √ ––––––––––––––––– (4)

3 · CD · ρf

donde: ut puede ser determinadasi se conocen el diámetro de la par-tícula dp y su densidad, igualandola fuerza de rozamiento partícula/fluido con el peso aparente del só-lido. CD es el coeficiente de arras-tre de Newton, que engloba elefecto de rozamiento partícula/fluido y su valor depende del tipode flujo alrededor de la partícula.

Para reactores biológicos de le-cho fluidizado, el tipo de flujo esgeneralmente de transición entrelaminar y turbulento (1,9 < Ret <500). En este caso, el coeficiente

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Figura 2.Caída de

presión en ellecho frente a

la velocidadsuperficial

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En la práctica, las partículas nosuelen tener forma esférica ni untamaño uniforme. Se han expuestomuchas correlaciones para estoscasos, que incluyen factores de for-ma, pero la mayoría tienen un do-minio de aplicación muy específi-co al ser muchos los parámetrosque pueden influir [19].

Por esta razón, la ecuación másfrecuentemente utilizada es la deRichardson-Zaki que, además deser muy sencilla en sí misma, laexperimentación necesaria paraobtener las constantes n y ut no escomplicada de llevar a cabo, per-mitiendo predecir, con bastanteaproximación, la relación entre lavelocidad superficial y la expan-sión [16], aunque en muchas oca-siones las correlaciones empleadaspara calcular el coeficiente dearrastre, CD, y el índice de expan-sión, n, deben ser modificadas pa-ra tener en cuenta los cambios quese producen en el lecho por el au-mento del tamaño de las biopartí-culas [37]. A pesar de ello, la utili-zación de la ecuación de Richard-son-Zaki para partículas recubier-tas de una capa biológica no dejade tener sus críticas [51, 11].

Si el fluido empleado es un gas,para granulometrías muy ampliasse considera prácticamente imposi-ble obtener un valor experimentalde εmf por no poder definir con cla-ridad una altura de lecho, debién-dose recurrir en este caso a otro ti-po de expresiones [31].

En el proceso de degradaciónanaerobia, la fluidización es unproceso trifásico que involucra unsólido y dos fluidos, un líquido yun gas, uno de los cuales constitui-rá la fase continua.

El gas se genera en el interiordel propio reactor, pudiendo pertur-bar el lecho tanto por el efecto delgas sobre la fluidización, como porsu influencia sobre las característi-cas físicas de los agregados [25].

Ciertos autores [8, 9, 17, 27]consideran que, aunque la forma-

3. Sistemas fluidizadostrifásicos

ella se establece el tamaño del re-actor. Los sistemas fludizados sóli-do-líquido se caracterizan por unaexpansión regular. Deben evitarsetanto relaciones de recirculaciónelevadas que incrementen los cos-tes de bombeo, como velocidadesdemasiado bajas que favorezcan elchoque entre partículas con la con-siguiente pérdida de biomasa adhe-rida por la abrasión [10].

La ecuación más utilizada paradescribir el estado de expansióndel lecho formado por partículasesféricas del mismo tamaño es ladada por Richardson-Zaki:

u––––– = εn (9)ut ∞

donde: u es la velocidad linealdel fluido sobre el lecho y ut ∞ lavelocidad terminal de caída librede las partículas correspondiente auna porosidad ε = 1. Esta últimaestá relacionada con la velocidadde caída libre, ut, el diámetro de laspartículas, dp, y el diámetro del re-actor, D, a través de la expresión:

dplog ut∞ = log ut - –––– (10)

D

Por análisis dimensional se ob-tiene que, para partículas esféricas,el índice de expansión, n, de laecuación de Richardson-Zaki de-pende única y exclusivamente delnúmero de Reynolds y de la rela-ción entre diámetros:

n = 4,65 + 20 · d/D Ret<0,2(11)

n = (4,4 + 18 · d/D) · Ret-0,03 0,2<Ret<1

(12)

n = (4,4 + 18 · d/D) · Ret-0,1 1<Ret<200

(13)

n = 4,4 · Ret-0,1 200<Ret<500

(14)

n = 2,4 500<Ret(15)

Siendo:

ut · ρ · dpRet = –––––––––– (16)

µ

Ozturk et al. (1994) distinguendos tipos de expansiones de lechoen un reactor biológico de lechofluidizado: la primera es debida aun incremento de la velocidad su-perficial (ε en la Ec.3) y la segun-da es debida al crecimiento micro-biano en el lecho. La porosidadglobal resultado de estas dos con-tribuciones vendría dada por:

dpε lecho = ε ·

n/0,96√ –––– · dbp

ρp - ρf· n/0,65√ –––––––– (17)

ρbp - ρf

donde: dp y dbp hacen referen-cia, respectivamente, al diámetrode la partícula de relleno limpio yal diámetro de la partícula recu-bierta con la biopelícula, mientrasque ρp, ρbp y ρf se refieren a lasdensidades de partícula, biopartí-cula y fluido.

Se han propuesto otras muchasexpresiones matemáticas empíri-cas para el cálculo de la velocidadmínima de fluidización. Las ecua-ciones de Ramamurthy y Sabbara-ju (1973) incluyen el número deGalileo y un parámetro de forma,Φ, que corrige las desviaciones delmodelo que considera el lecho co-mo un conjunto de partículas sóli-das que se mueven alrededor de lospuntos de una red cúbica centradaen los vértices:

Ga/18 · Rep = Φ1,55 Ga<18(18)

Ga/13,9 · Rep1,4 = Φ2,21 18<Ga<100.000

(19)

3 · Ga/Rep2 = Φ3,11 100.000<Ga

(20)

Donde:

Φ = 1/1 - 1,21 · (1 - ε)2/3 (21)

Ga = dp3 · g · (ρp - ρf) · ρf/µ

3 (22)

Setiadi (1995) propone la si-guiente correlación para la porosi-dad en biorreactores anaerobios delecho fluidizado:

ε = 1,72 . Re0,203. Ga- 0,179 (23)

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das [50, 33]. Esto se debe, princi-palmente, al constante rozamientopor parte del fluido y el constantechoque de las partículas de rellenoentre sí.

Shieh y Keenan (1986) observa-ron que la disminución de la densi-dad de biopelícula con el incre-mento en el espesor de la mismatiene una gran influencia sobre laoperación de un RALF, porque,con la estratificación del reactor,las biopartículas menos densas,con mayor espesor de película,tienden a concentrarse en la partesuperior del reactor, pudiendo serarrastradas fuera del sistema y dan-do problemas en el control de la al-tura de lecho.

Cuando se opera con lechosfluidizados, el aspecto fundamen-tal a considerar, dado el modo deoperación de estas tecnologías, esel tamaño de partícula del soporte.Estas partículas, además, deben te-ner forma y tamaño uniforme paraobtener la fluidización uniformedel lecho en toda la longitud del di-gestor. Algunas de las propiedadesfísico-químicas del soporte cam-bian cuando se adhiere a él la bio-masa, lo que hace que los RALFsean de difícil control [23]. Otroparámetro a tener muy en cuenta esel coste del soporte. Dentro de laamplia variedad de rellenos emplea-dos para este tipo de reactores, laarena es el soporte inerte más utili-zado dado su bajo precio [18, 20].Sin embargo, se consiguen reducircostes energéticos trabajando consoportes de menor densidad querequieran velocidades superficialesmás bajas para su fluidización [2].Esta es la razón de que se empleentambién otros materiales, comobiolita [36], puzolana [15], bento-nita [30], sepiolita [8], vermiculita[40], carbón activo [5], carbón gra-nular y antracita [14], espuma devidrio [35], polietileno [34], resi-nas sintéticas [46], etc.

El relleno de un lecho fluidiza-do debe de reunir las siguientes ca-racterísticas [49]:

5. Soportes parareactores de tipo lecho fluidizado

ción de gas transforma el RALF deun lecho fluidizado de dos fases auno de tres, bajas velocidades deproducción de gas tienen un pe-queño efecto sobre el comporta-miento hidrodinámico del reactor ypor ello es posible describir el le-cho como un sistema de dos fasessólido-líquido. A menudo, es el de-sarrollo de la biopelícula lo quetiene más influencia sobre el com-portamiento hidrodinámico. Setia-di (1995) observó que el efectoejercido por la velocidad del flujode gas sobre la porosidad del lechoera muy pequeño.

En un lecho fluidizado trifásicose pueden identificar tres regíme-nes de flujo, dependiendo del flujode la fase gaseosa [8]:

- Régimen homogéneo con bur-bujas dispersas: las burbujas sonde pequeño tamaño y forman unadistribución relativamente unifor-me. Este régimen predomina cuan-do la velocidad superficial de la fa-se líquida es elevada y la velocidadde la fase gaseosa y la concentra-ción de sólidos son bajas.

- Régimen heterogéneo con bur-bujas coalescentes: en este régi-men, tanto el tamaño como la velo-cidad de las burbujas aumenta yéstas muestran una amplia distri-bución.

- Régimen heterogéneo congrandes burbujas: el efecto del gascuando forma grandes burbujas esel de hacer que la parte del líquidoque forma la estela circule más rá-pidamente a lo largo del lecho sincontribuir a la fluidización, lo queexplica que la introducción de lafase gaseosa en un lecho fluidizadosólido-líquido produzca la contrac-ción del mismo [6, 7].

Otro fenómeno observado enreactores de lecho fluidizado es laaparición de corrientes verticalesde partículas, unas ascendentes yotras descendentes. El efecto de es-ta dispersión axial se traduce enuna mejor homogenización delmedio interno del reactor y una fa-cilidad de intercambio de partícu-las en toda la extensión del lecho.Se ve así más favorecida la mezclaque la segregación, en contra de la

tendencia natural de los lechos departículas heterogéneas en los quetiende a producirse una distribu-ción lineal de las mismas [32, 52].

Como ya se ha dicho, en los re-actores de lecho fluidizado la bio-masa es retenida como una biope-lícula recubriendo pequeñas partí-culas del soporte (arena, resinassintéticas, AlO3,…). Salkinoja-Sa-lonen et al. (1983) mostraron que,cuando un RALF trabaja con altostiempos hidráulicos de retención(THR), parte de la biomasa se en-cuentra adherida formando la bio-película y parte se encuentra ensuspensión. Las bacterias en sus-pensión son principalmente acido-génicas, mientras que las metano-génicas se encuentran mayoritaria-mente asociadas al soporte [3, 4].A bajos THR, la biomasa creceprincipalmente adherida, las bacte-rias en suspensión son lavadas delmedio y el arranque del reactor esmás rápido [20]. Según Turan yÖztürk (1996), los tiempos de re-tención hidráulica en un RALF sonmenores que los correspondientesa un reactor no biológico, debido alcrecimiento de la biomasa y a laproducción de biogás en el lecho.

Estudios realizados por Araki yHarada (1994) revelan que, duranteel arranque de un RALF, el tipo depelícula que se forme será funciónde la velocidad de flujo. A altas ve-locidades, la biopelícula se formainstantáneamente por adhesión di-recta de los microorganismos; convelocidades medias, primero se for-ma una delgada película, que irámadurando gradualmente; a bajasvelocidades se forman gránulos debiomasa en vez de formarse la bio-película. Estos autores también ob-servaron que el espesor y estructuramicrobiana de la biopelícula era in-dependiente de la velocidad de flu-jo, no así la densidad que aumenta-ba al disminuir este parámetro.

La mayoría de los estudios enlos que se utilizan RALF informadel desarrollo de películas delga-

4. Factores queafectan al desarrollode la biopelícula en un lecho fluidizado

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- Densidad

Densidades de soporte muy altasestán directamente relacionadas conun elevado consumo energético. Pa-ra minimizar los requerimientos develocidad de fluidización, convienetrabajar con densidades bajas, peroteniendo en cuenta que densidadesmuy bajas pueden dificultar el con-trol del sistema.

Es característico en este tipo dereactores la dependencia de los coe-ficientes de transferencia de mate-ria con la diferencia de densidadesdel relleno y del líquido de fluidi-zación. Debe evitarse siempre quela difusión o la transferencia demateria se vean limitadas.

- Tamaño

Partículas pequeñas ofrecenmás superficie para la adhesión demicroorganismos con menorescostes energéticos. En la práctica,los diámetros recomendados semueven en el intervalo 0,1-0,5mm. Tamaños inferiores conducena la formación de biopartículas ex-cesivamente pequeñas y difícil-mente manipulables.

- Geometría

Debe tenderse a partículas esfé-ricas. La desviación en el compor-tamiento de las partículas con res-pecto al de partículas esféricas setiene en cuenta empleando un fac-tor de forma φ, denominado esferi-cidad (definido como la razón en-tre la superficie de una esfera deigual volumen y la de la partículaconsiderada), para la que se admi-te un valor típico entorno a 0,75dada su difícil cuantificación.

Otro factor menos utilizado, apesar de que se encuentra relacio-nado directamente con el procesode sedimentación y, por lo tanto,indirectamente, con el de fluidiza-ción, es el factor de forma dinámi-co de Briggs [13].

- Dureza

Las partículas de relleno debenser lo suficientemente resistentescomo para soportar la abrasión fí-sica, ya que al estar en continuo

movimiento sufren constantes coli-siones con las otras partículas ycon las paredes del propio reactor.

- Rugosidad y área superficial

El soporte debe proporcionaruna superficie irregular que protejaa la biomasa de la abrasión, ade-más de una superficie específicamáxima para la colonización bac-teriana. Son especialmente adecua-dos los materiales porosos con es-tructura interna también porosa porla gran superficie útil que ofrecen.

- Inercia química y capacidad de adsoción

La naturaleza del material pue-de favorecer la adhesión de algúntipo de moléculas que promueva elproceso de adsorción posterior delos microorganismos. La velocidadde colonización difiere para los di-ferentes soportes, por ello la natu-raleza del material influye decisi-vamente en el periodo de puesta enmarcha.

En resumen, se debe elegir unsoporte que permita un rápidoarranque, en el que se desarrolleuna biopelícula de gran estabili-dad, que resulte económico tantoen sí mismo como en los costes deoperación a los que da lugar y quepresente elevada resistencia al ata-que físico, químico y biológico.

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Tratamiento de Aguas Residuales