Integración de metanogénesis y desnitrificación en un reactor UASB para

recuperación de aguas en pequeñas colectividades.

Contenidos

Introducción

Objetivo

Materiales y Métodos

Resultados y Discusiones

Conclusiones

Introducción

Problemática frecuente en las cuencas españolas.

Desequilibrio entre oferta y demanda de agua

Vertidos inadecuadamente tratados

Déficit

Contaminación de masas de agua

Perspectivas poco halagüeñas en ausencia de medidas correctoras.

Crecimiento de la población y de las actividades económicas

Creciente demanda de recursos hídricos

Creciente cantidad de volúmenes vertidos

Introducción

Introducción

Uso de agua residual regenerada en agricultura

EDARsCoste-eficaces

Medidas integrales

Regeneración de aguas residuales para su uso en riego.

Basadas en:

Aeróbico100 Kg. DQO

Aireación(100 KWh.)

Anaeróbico100 Kg. DQO

Tratamientos anaerobios vs aerobios

Introducción

Influente

Influente

Efluente ( 2–10 Kg. DQO)

Efluente (10-20 Kg. DQO)

Lodos

(30-60 Kg DQO)

Lodos

(5 Kg. DQO)

Pérdidas de calor

Biogás 35 m3 (285 KWh.)

Ventajas:•Baja producción de lodos

•Producción de biogás

•Baja demanda energética

•Compacto y bajo coste

•Alta eficiencia en eliminación de MO y SV

•Admite altas cargas

•Capacidad filtrante

Limitaciones:•No elimina nutrientes (p.e. N)

•No elimina patógenos (E. colli)

UASB (lecho de lodo anaerobio ascendente)

Introducción

Lecho de lodo

Influente

Biogás

Efluente

Sistema sencillo

Se cierran los ciclos de agua y nutrientes

Introducción

(Aeróbico) (Anaeróbico) Biodiscos

N2

Biodiscos

Consideraciones sobre desnitrificación en un UASB

•Un crecimiento del potencial redox podría inhibir la metanogénesis

•Los intermediarios de la desnitrificación son tóxicos para los metanógenos

(NO-3 → NO-

2 → NO → N2O → N2 )

Introducción

Objetivo

Puesta en marcha y seguimiento del comportamiento de un reactor UASB a escala de laboratorio integrando

metanogénesis y desnitrificación.

Equipo:1. Bidón del influente

2. Bomba peristáltica

3. Reactor UASB

4. Bolsa colectora de gas

5. Bidón del efluente

6. Termostato

2

1

3

4

56

Inóculo:Lodo anaeróbico extraído de un reactor UASB operado en condiciones reales

Reactor UASB: Materiales y métodos

Influente

Etapa Metanogénica Agua residual sintética (1,5 g DQO/l)

(Acetato, propionato y glucosa)El 80% del DQO usado en metanogénesis, 20% usado en desnitrificación

Idem + 56 mg NO3-N/l

Etapa Met/ Desnit. DQO/N = 26

Monitorización:

Influente y Efluente (DQO, AGV, NO3)

Gas (producción y composición)

Lodo (SV, ST, Actv metanogénica, actv. desnitrificadora)

Materiales y métodos

Comportamiento del UASB

Etapa metanogénica

Comportamiento metanogénico bueno y estable

DQOsol R = 92 %

Acetato R = 96 %

Propionato R = 92 %

80 % CH4

Lodo

Actv. Metanogénica: 1,4 (g CH4-DQO/gSV/d)

Actv. Desnitrificadora: 2,1 (mg NO3-N/gSV/h)

Resultados y discusiones

Etapa Metanogénico/Desnitrificadora

0

20

40

60

80

100

231 236 241 246 251 256

Tiempo (días)

[N

O 3-N

](mg/

l)

0

20

40

60

80

100

Efic

ienc

ia d

e el

im

Inlet NO3-NOutlet NO3-N%R

Eliminación de nitrato

1. Completa desnitrificación

La actividad desnitrificadora en el lodo metanogénico se mantuvo en la etapa metanogénica (sin NO3

-)

Resultados y discusiones

Puesta en Marcha

2. Inhibición temporal de metanogénesis

Acusadas caídas en la eliminación de acetato y % de CH4

Inhibición de la metanogénesis

Acumulación transitoria de los intermediarios de la desnitrificación (NO2, NO, N2O)

Shock por incremento del potencial redox

0

200

400

600

800

1000

220 225 230 235 240 245 250

[ace

tato

] (m

g/l)

0

20

40

60

80

100

%R

Inlet acetateOutlet acetate%R

Composición del biogás

Eliminación de acetato

NO3-

NO3-

Etapa Metanogénico/Desnitrificadora

Puesta en Marcha

Resultados y discusiones

0102030405060708090

220 225 230 235 240 245 250

Time (days)

porc

enta

jes

de g

ases

N2%

CH4%

Tiempo (días)

Comportamiento estable

Tras tres días de adición de nitrato:

DQOsol R = 91%

Acetato R =97,4%

Propionato = 97,6%

NO3-N R = 97,5%

% CH4 = 73%

% N2 = 8,4%

Rápida adaptación del sistema

0

200

400

600

800

1000

220 225 230 235 240 245 250

[ace

tato

] (m

g/l)

0

20

40

60

80

100

%R

Inlet acetateOutlet acetate%R

0102030405060708090

220 225 230 235 240 245 250

Tiem po (days)

porc

enta

jes

de g

ases

N2%

CH4%

Composición del biogás

Eliminación de acetato

Balance de masas:El exceso de C, no utilizado en desnitrificación, fue convertido a CH4

Etapa Metanogénico/Desnitrificadora

Resultados y discusiones

0102030405060708090

220 225 230 235 240 245 250

Time (days)

porc

enta

jes

de g

ases

N2%

CH4%

Tiempo (días)

El exceso de C, no utilizado en la desnitrificación, fue convertido a CH4 debido a la formación de gradientes de NxOy y/o potencial redox

Reactor de flujo en pistón

Metanogénesis

Desnitrificación

Biofilms desnitrificadores alrededor de los flóculos de lodo

Estratificación del hábitat

Eo y/o NxOy

metanogénesis

desnitrificación

Umbral metanogénesis

Resultados y discusiones

Conclusiones

1. La presencia de actividad desnitrificadora en lodo metanogénico es la regla y no la excepción.

2. Los sistemas UASB tienen un gran potencial para integrar la desnitrificación y la metanogénesis en un único

reactor.

Altas tasas de eliminación de DQO y N

Buena calidad del biogás

Baja producción de lodos

Segregación del hábitat entre desnitrificadores y

metanógenos

Conclusiones

3. El sistema propuesto es compacto, flexible, relativamente simple y barato, de baja demanda

energética pero a la vez eficaz y adaptado para riego. Por tanto es muy adecuado para pequeñas

colectividades.

Conclusiones

GRACIAS POR SU ATENCIÓN