El lodo granulado es una forma especial de lodo que se produce en reactores anaerobios para el tratamiento de aguas residuales industriales. Estos lodos se caracterizan por su estructura compacta y granular y por su elevada actividad biológica. En los reactores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) y otros sistemas anaerobios en particular, los lodos granulados se producen específicamente y se utilizan para descomponer sustancias orgánicas y convertirlas en biogás (metano y dióxido de carbono).
Índice
Formación de lodos granulados en reactores anaerobios
La formación de lodos granulados es un complejo proceso biológico y físico en el que los microorganismos y las partículas sedimentables forman estructuras densas y esféricas. Los gránulos están formados por consorcios microbianos que cooperan en diferentes capas.
1. estructura del lodo granulado
Composición celular:
- Los lodos granulados contienen varios tipos de microorganismos, entre ellos
- Bacterias hidrolizantes: Descomponen sustancias orgánicas complejas en moléculas más pequeñas.
- Productores de ácidos: Producen ácidos grasos volátiles (por ejemplo, acetato).
- Archaea metanogénica: Convierten ácidos e hidrógeno en metano.
- Estos microorganismos colonizan capas específicas:
- Capa exterior: hidrólisis y formación de ácido.
- Capa interna: metanogénesis.
- Los lodos granulados contienen varios tipos de microorganismos, entre ellos
Propiedades físicas:
- Los gránulos son esféricos y suelen tener un diámetro de 0,5-3 mm.
- Su alta densidad y resistencia permiten una buena depositabilidad.
2. condiciones de crecimiento de los lodos granulados
La formación de lodos granulados requiere determinadas condiciones de proceso:
- Carga hidráulica:
- La velocidad de flujo ascendente en el reactor debe ajustarse de modo que los gránulos permanezcan suspendidos pero no sean arrastrados.
- Suministro de nutrientes:
- Las proporciones equilibradas de carbono, nitrógeno y fósforo favorecen el crecimiento de los microorganismos.
- Temperatura:
- Las temperaturas óptimas oscilan entre 35-40 °C (mesófilas) o 50-55 °C (termófilas).
- Valor pH:
- El valor del pH debe mantenerse estable en el intervalo de 6,8-7,2 para favorecer las arqueas metanogénicas.
Ventajas de los lodos granulados en los reactores anaerobios
Alta densidad de biomasa:
- Los lodos granulados ofrecen una gran superficie para el metabolismo microbiano.
- Esto permite una gran capacidad de degradación con un volumen de reactor reducido.
Producción eficaz de metano:
- La estructura granular favorece la coexistencia de microorganismos, que colaboran eficazmente para producir biogás (metano).
Buena deducibilidad:
- Debido a su alta densidad, los gránulos se asientan rápidamente, lo que facilita la separación del agua purificada y la biomasa.
Control robusto de procesos:
- Los lodos granulares son estables frente a las fluctuaciones hidráulicas y de carga orgánica.
Ámbitos de aplicación de los lodos granulados
Los lodos granulados se utilizan principalmente en reactores anaeróbicos para el tratamiento de aguas residuales muy contaminadas orgánicamente:
1. reactores de flujo ascendente de manto de lodos anaerobios (UASB)
Principio de funcionamiento:
En un reactor UASB, las aguas residuales se canalizan desde abajo hacia arriba a través de una capa de lodos granulados. Los gránulos forman un manto de lodo que actúa como filtro biológico. Dentro de los gránulos, varios microorganismos trabajan juntos en comunidades simbióticas para descomponer los compuestos orgánicos. El biogás resultante eleva ligeramente las partículas, que vuelven a sedimentarse por gravedad.
Funciones clave:
- Actividad biológica: Los gránulos ofrecen una alta densidad de biomasa y proporcionan grandes superficies de contacto para los componentes de las aguas residuales.
- Separación de las aguas residuales depuradas: Un separador trifásico separa el biogás, los lodos y el agua depurada.
Aplicaciones:
Los reactores UASB son ideales para el tratamiento de aguas residuales muy contaminadas orgánicamente. Las áreas típicas de aplicación son
- Industria alimentaria y de bebidas: tratamiento de aguas residuales procedentes de la producción de zumos de frutas, productos lácteos y aceites comestibles.
- Producción de azúcar y alcohol: tratamiento eficaz de las aguas residuales de los procesos de fermentación, como las plantas a base de melaza.
Ventajas:
- Bajos costes de explotación gracias a la elevada producción de biogás.
- Fácil mantenimiento y robustez frente a las fluctuaciones de carga.
Desafíos:
- La formación inicial de lodo granulado requiere tiempo y condiciones óptimas.
- La manta de lodos puede sedimentarse si hay una gran carga de sólidos.
Foto: Representación esquemática de nuestro reactor ALMA BIO UASB
2. Reactores EGSB (lecho de lodo granular expandido)
Principio de funcionamiento:
Un reactor EGSB es una evolución del reactor UASB. Aquí se genera una mayor velocidad de flujo ascendente para garantizar una mejor mezcla y tiempo de contacto entre los microorganismos y los compuestos orgánicos. El reactor es a menudo más delgado y más alto, lo que significa que el volumen se utiliza de manera eficiente. Debido a la velocidad de flujo ascendente, los gránulos permanecen en una fase suspendida, lo que mejora la cinética de reacción.
Funciones clave:
- Mayor movilidad de los pellets: la alta velocidad de flujo ascendente evita que los lodos de los pellets se sedimenten y garantiza una mejor superficie de contacto.
- Mayor capacidad de carga: La mezcla más intensiva permite concentraciones de alimento orgánico más elevadas.
Aplicaciones:
Los reactores EGSB se utilizan para aguas residuales de composición difícil o alta carga orgánica:
- Industria química: degradación de compuestos orgánicos complejos procedentes de la producción de plásticos, tensioactivos y disolventes.
- Industria farmacéutica: tratamiento de aguas residuales de proceso, que a menudo contienen compuestos orgánicos muy concentrados y poco degradables.
Ventajas:
- Alta velocidad de reacción y eficacia gracias a una mezcla más intensiva.
- Diseño compacto y poco espacio ocupado.
Desafíos:
- Requiere un control preciso del sistema hidráulico para mantener los gránulos en estado flotante.
- Mayores costes de inversión en comparación con los reactores UASB.
Foto: Representación esquemática de nuestro reactor ALMA BHU BIO EGSB
3. 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
Retos en el uso de lodos granulados
Fase inicial y formación de gránulos:
- La formación inicial de lodo granular puede durar de varias semanas a meses.
- Solución: Inoculación con lodos de pellets activos procedentes de reactores existentes.
Gránulos flotantes o desintegrables:
- Los niveles elevados de grasa o partículas pueden desestabilizar los gránulos.
- Solución: Pretratamiento mediante separador de grasas o sedimentación.
Entradas tóxicas:
- Los metales pesados o los compuestos orgánicos tóxicos pueden dañar los consorcios microbianos.
- Solución: control de la calidad del pienso y estabilización del pH.
Comparación de lodos granulados y lodos convencionales
Conclusión
Los lodos peletizados son un elemento clave en los reactores anaerobios modernos. Su estructura compacta, alta densidad de biomasa y eficiencia en la producción de metano lo convierten en una solución óptima para el tratamiento de aguas residuales con una elevada carga orgánica. A pesar de problemas como la formación de gránulos o los aportes tóxicos, los lodos granulados ofrecen ventajas significativas en términos de estabilidad del proceso, rendimiento de la degradación y sostenibilidad. Con un control avanzado del proceso y un diseño específico del sistema anaerobio, los lodos granulados pueden utilizarse eficazmente para alcanzar objetivos medioambientales y económicos en el tratamiento de aguas residuales.
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