Anaeróbico se refiere a procesos o formas de vida que tienen lugar o existen sin oxígeno. En el contexto del tratamiento de aguas industriales y residuales, el término "anaeróbico" se refiere a reacciones biológicas en las que las sustancias orgánicas se descomponen en condiciones sin oxígeno. Los procesos anaeróbicos están especialmente extendidos en el tratamiento de aguas residuales y de residuos orgánicos, ya que aumentan la eficacia del tratamiento de aguas residuales y, al mismo tiempo, producen biogás (principalmente metano) como fuente de energía utilizable.
Índice
Antecedentes técnicos
En los procesos anaeróbicos, unos microorganismos especiales conocidos como bacterias anaeróbicas utilizan aceptores de electrones alternativos en lugar de oxígeno para su metabolismo. Estos microorganismos descomponen compuestos orgánicos como hidratos de carbono, grasas y proteínas en ausencia de oxígeno. El proceso se desarrolla en varias etapas:
Hidrólisis: Los compuestos orgánicos complejos, como las grasas y las proteínas, se descomponen en moléculas más simples, como ácidos grasos, aminoácidos y azúcares.
Acidogénesis: Las moléculas formadas durante la hidrólisis se convierten en ácidos orgánicos, alcoholes, hidrógeno y dióxido de carbono.
Acetogénesis: Las bacterias acetogénicas descomponen los ácidos orgánicos y los alcoholes en ácido acético (acetato), hidrógeno y dióxido de carbono.
Metanogénesis: En la etapa final, las bacterias metanogénicas producen el producto final metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂) a partir de ácido acético e hidrógeno.
Este proceso de varias etapas da lugar a la producción de biogás, que consiste en aproximadamente un 60-70% de metano y puede utilizarse para producir energía. Al mismo tiempo, se eliminan las impurezas orgánicas de las aguas residuales, lo que reduce significativamente la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) y la demanda química de oxígeno (DQO ).
Procesos anaeróbicos en la práctica
Los procesos anaerobios son especialmente comunes en el tratamiento de aguas residuales altamente contaminadas orgánicamente y de residuos orgánicos en diversas industrias. Entre las aplicaciones más importantes cabe citar
1. tratamiento anaeróbico de aguas residuales
Los reactores anaerobios se utilizan a menudo en las industrias alimentaria y de bebidas, las centrales lecheras, las fábricas de papel y las plantas de biogás para descomponer las sustancias orgánicas de las aguas residuales y, al mismo tiempo, generar energía en forma de biogás. Los reactores típicos para procesos anaerobios son
Reactores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket):
El reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) es una tecnología de reactor anaerobio caracterizada por el tratamiento eficaz de las aguas residuales y la producción de biogás. Las aguas residuales fluyen en un principio de contracorriente desde el fondo hasta la parte superior del reactor, donde se encuentran con una capa de lodos formada por microorganismos anaerobios granulados. Estos microorganismos descomponen las sustancias orgánicas de las aguas residuales en condiciones anaeróbicas y producen biogás, que consiste principalmente en metano y dióxido de carbono.
Especificaciones técnicas:
- Dirección del flujo: De abajo a arriba (flujo ascendente)
- Tiempo de permanencia hidráulica: Normalmente entre 6 y 12 horas
- Tasa de carga orgánica: Hasta 10 kg DQO/m³-d
- Gama de temperaturas: puede funcionar tanto en zonas mesófilas (30-40°C) como termófilas (50-60°C)
- Producción de gas: de 0,25 a 0,35 m³ de biogás por kg de DQO degradada
Foto: Representación esquemática de nuestro reactor ALMA BIO UASB
Reactores EGSB (lecho de lodo granular expandido):
El reactor EGSB (lecho de lodo granulado expandido) es una evolución del reactor UASB y se caracteriza por un mayor caudal y una mejor mezcla. En el reactor EGSB, las aguas residuales se canalizan a través de la capa de lodos granulados a mayor velocidad, lo que reduce el tiempo de retención hidráulica y aumenta la carga orgánica. Esta mejora de la circulación del fluido y de la expansión del lecho de fangos hace que el reactor sea más eficaz, especialmente en el caso de aguas residuales con una carga orgánica muy elevada.
Especificaciones técnicas:
- Dirección del flujo: De abajo arriba, similar al reactor UASB, pero con una velocidad de flujo mayor.
- Tiempo de retención hidráulica: Normalmente entre 1 y 6 horas, dependiendo de la composición del agua residual.
- Tasa de carga orgánica: Hasta 30 kg DQO/m³-d
- Altura del reactor: los reactores EGSB suelen ser más altos que los UASB, lo que permite separar mejor los lodos y las aguas residuales.
- Producción de gas: Similar al reactor UASB, con una producción de gas de alrededor de 0,3 a 0,35 m³ de biogás por kg de DQO degradada.
Foto: Representación esquemática de nuestro reactor ALMA BHU BIO EGSB
Reactores de mezcla de gases:
- En nuestro ALMA BHU GMR (reactor de mezcla de gases), las aguas residuales se tratan eficazmente en condiciones anaeróbicas, por lo que el reactor se desarrolló especialmente para aguas residuales con altas concentraciones de calcio. La avanzada tecnología de mezcla de gases del GMR de ALMA BHU garantiza una mezcla óptima de los gases de reacción en las aguas residuales, lo que mejora en gran medida la degradación biológica y la precipitación del calcio.El reactor ofrece una solución especialmente eficaz para las aguas residuales difíciles de tratar por su alto contenido en calcio. No sólo reduce la carga orgánica de las aguas residuales, sino que también permite la precipitación selectiva de calcio, lo que evita la formación de depósitos en los sistemas aguas abajo. Esto garantiza un funcionamiento estable y reduce significativamente los costes de mantenimiento. El ALMA BHU GMR es, por tanto, ideal para aplicaciones industriales en las que las altas concentraciones de calcio en las aguas residuales constituyen un reto clave.
Foto: Fotos de nuestro reactor anaeróbico de mezcla de gases ALMA BHU GMR
2. estabilización de lodos
En las depuradoras municipales e industriales, los lodos de depuradora producidos se estabilizan en digestores anaerobios. Aquí, los compuestos orgánicos de los lodos se descomponen en condiciones sin oxígeno, reduciendo el contenido de sólidos de los lodos y produciendo biogás. Este proceso ayuda a generar energía y a reducir el volumen de lodos, lo que disminuye los costes de eliminación.
Ventajas de los procesos anaeróbicos
Alta eficiencia energética:
- Al generar biogás, el tratamiento anaeróbico de las aguas residuales puede cubrir gran parte de las necesidades energéticas de una planta o incluso producir un excedente de energía.
Menor demanda de oxígeno:
- Como los procesos anaeróbicos no requieren oxígeno, son especialmente ventajosos en zonas donde la energía necesaria para la aireación en los procesos aeróbicos es elevada.
Reducción de lodos:
- En comparación con los procesos aerobios, los sistemas anaerobios producen menos exceso de lodos, lo que reduce los costes de tratamiento y eliminación de los mismos.
Degradación de compuestos orgánicos poco degradables:
- Los microorganismos anaerobios también son capaces de utilizar sustancias orgánicas difíciles de descomponer, lo que hace que estos procesos sean especialmente valiosos en determinados residuos industriales.
Retos de los procesos anaeróbicos
Tiempos de respuesta más largos:
- Los procesos anaeróbicos suelen ser más lentos que los aeróbicos, lo que puede dar lugar a tiempos de residencia más largos y mayores volúmenes de reactor.
Sensibilidad a las sustancias tóxicas:
- Los microorganismos anaerobios son más sensibles a las sustancias tóxicas de las aguas residuales, lo que puede provocar alteraciones en el proceso. Esto requiere una vigilancia y un control cuidadosos de las concentraciones de los piensos.
Conclusión
Los procesos anaeróbicos son un método eficaz y respetuoso con el medio ambiente para reducir la contaminación orgánica y generar energía en el tratamiento de aguas industriales y residuales. Mediante el uso de tecnologías anaerobias, las industrias no sólo pueden reducir los costes de tratamiento de aguas residuales, sino también contribuir a la sostenibilidad utilizando el biogás como fuente de energía renovable. La aplicación en reactores anaerobios como el UASB, EGSB o en reactores mixtos de gas hace que estos procesos sean especialmente adecuados para aguas residuales con un alto contenido orgánico.
