Porcedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgánicos que contengan aceites y grasas.

Procedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgánicos que contengan aceites y grasas.

El procedimiento que se presenta está diseñado para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales caracterizados por su elevado contenido de lípidos, mediante fangos suspendidos que son retenidos mediante técnicas de microfiltración o ultrafiltración integradas en el propio sistema que operan con una ligera succión. Consiste en un dispositivo anaerobio de flujo ascendente combinado con un tanque de filtración cerrado en serie en la que se utilizan módulos de membranas sumergidas para la separación del agua tratada con retorno de la biomasa y materiales no digeridos del fluido residual al reactor anaerobio. La superficie filtrante de las membranas se encuentra agitada intensamente mediante el burbujeo de un gas exento en oxígeno, preferentemente mediante la recirculación del biogás generado en el proceso biológico anaerobio. La corriente de gas introducida en el tanque de filtración induce un flujo ascendente de la fase líquida y biomasa suspendida en ella, por el efecto conocido come gas-lift, que rebosando de este tanque es recirculada a la parte inferior del reactor anaerobio mediante una conducción vertical. Este modo de recirculación de la biomasa minimiza las fuerzas de cizalladura características de otros métodos de bombeo.

Dado que la separación se realiza por filtración no se ve afectado por las cualidades de sedimentación de los agregados de biomasa, alteradas por la presencia de aceites y grasas. Por otra parte, el burbujeo empleado en el tanque de filtración proporciona condiciones adecuadas para el proceso anaerobio de betaoxidación de ácidos grasos de cadena larga.

Procedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgtmicos que contengan aceites y grasas SECTOR: La presente invención se enmarca en el sector de sistemas de tratamiento de aguas residuales y suspensiones fluidas con elevado contenido en aceites y grasas de origen natural.

ESTADO DE LA TÉCNICA:

El tratamiento anaerobio de aguas residuales presenta indudables ventajas: la producción de biogás permite la valorización energética de la materia residual, la generación de fangos es baja y no requiere energía para la aireación necesaria en los procesos aerobios.

La baja velocidad de crecimiento de los microorganismos anaerobios hace necesario la utilización de dispositivos de retención y acumulación de biomasa activa. De hecho, uno de los principales problemas de la aplicación de procesos anaerobios es la pérdida de biomasa, problema que es conocido que se agrava en el tratamiento de fluidos con elevado contenido en materiales lipídicos, lo que justifica su separación previa.

La retención de biomasa puede realizarse mediante diferentes métodos dependiendo del modo de crecimiento de los microorganismos: adheridos a materiales de relleno, o formando agregados que se mantienen suspendidos en el fluido a tratar.

Los sistemas de biomasa adherida a un material de relleno se caracterizan por su elevada estabilidad ante condiciones desfavorables, como son las fluctuaciones de caudal y composición o la naturaleza química de los contaminantes del fluido a tratar. Su desventaja principal es el coste del material de relleno. Sin embargo, se ha observado como un elevado contenido en aceites y grasas reduce la adherencia de la biomasa al soporte, lo que obliga a incorporar dispositivos especiales para la extracción de la biomasa desprendida.

En los sistemas de biomasa suspendida la autoagregación es un requisito básico que cuando no es satisfactoria, o cuando se ve alterada por un cambio en las condiciones de operación , provoca un daño inmediato y en ocasiones irreversible sobre el proceso. Para la retención de biomasa en sistemas de crecimiento suspendido se ha empleado un amplio abanico de dispositivos cuya eficacia viene determinada por la diferencia entre la densidad del agua y de los agregados de biomasa.

La viabilidad de estos dispositivos generalmente está condicionada por la fonnación de f1óculos o gránulos de tamal'io y densidad adecuados para la separación por sedimentación. Sin embargo, también se han propuesto sistemas de separación para agregados de biomasa de menor densidad que el agua, que tienden a flotar, de aplicación muy limitada. En cualquier caso, estos sistemas requieren que se mantengan a lo largo del tiempo unas cualidades de tamaño y cohesión uniformes que garanticen la eficiencia del sistema de separación elegido, sedimentación o flotación.

Los reactores anaerobios de biomasa suspendida más empleados son los sistemas de contacto anaerobio y los reactores de lecho de lodos de flujo ascendente, conocidos por las siglas UASB de Upflow Anaerobic Sludge Blanket, y sus variantes.

En los reactores de contacto anaerobio se emplean digestores de tanque agitado combinados con sistemas de separación externos, preferentemente decantadores, que pueden ser convencionales o lamelares, con recirculación de fangos al digestor. Para afrontar las malas cualidades de decantación de la biomasa anaerobia se han propuesto métodos de separación diferentes. El sistema Flotamet® emplea sistemas de flotación inducida por la desorción de CO2 producto de la descomposición de la materia orgánica residual. Como alternativa a los sistemas de separación gravitatorio también se han empleado membranas, generalmente externas, de tipo tubular y flujo tangencial a presión, pero también internas de tipo sumergido que operan por succión.

Los reactores UASB se caracterizan por que el agua circula en sentido ascendente a través del fango, y el efluente es recogido por la parte superior en la que se encuentra un sistema de separación gas-sólida-liquido.

En los reactores UASB, como en sus variantes, la clave es conseguir agregados con cualidades de sedimentación adecuadas que no sean arrastrados por el flujo ascendente tanto del agua como del biogás que se genera. Los agregados granulares tienen una velocidad de sedimentación y una actividad metanogénica significativamente mayores que la de los agregados floculentos. La selección de agregados granulares es la base de los reactores EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) e IC (lnternal Circulation) .

Los reactores de circulación interna le (\/VO Patent number 2006/132523) y reactor multietapa de flujo ascendente UMAR (Patent US 2008277328) , consisten en reactores anaerobios de lodos suspendidos y flujo ascendente en el que el biogás generado da lugar a una corriente de recirculación. Están formados por al menos dos compartimentos, colocados uno sobre el otro, dentro de un recipiente vertical de elevada altura en relación con su diámetro. Unas campanas sumergidas, que sirven como división entre los compartimentos, recogen el biogás generado en el compartimento inferior, siendo canalizado a un conducto vertical en el que por efecto gas-lif! induce una corriente de agua en sentido ascendente a través del mismo conducto hasta un separador gas-líquido colocado en la parte superior del reactor. Una vez que esta corriente libera el biogás retorna por gravedad por un conducto vertical distinto hasta la base del compartimento inferior, creando de este modo una corriente de recirculació" interna en este compartimento. El compartimento superior recibe una carga orgánica e hidráulica menor, no estando agitado ni por el biogás ni por la corriente de recirculación, lo que facilita la clarificación y retención de los sólidos sedimentables mas finos.

Las ventajas y elevada capacidad de tratamiento de los reactores anaerobios descritos justifican su elevado grado de implantación en industrias que generan aguas residuales orgánicas concentradas como azucareras, cerveceras y papeleras, entre otras.

El tratamiento de aguas residuales con elevado contenido en aceites y grasas, características de industrias cárnicas, elaboración de productos fritos o lavaderos de lana, entre otras, plantea dificultades ampliamente descritas en la bibliografía técnica.

Resulta aparentemente contradictorio que, siendo el potencial metanogénico de los lípidos significativamente mayor que el de cualquier otro compuesto organico natural, las plantas depuradoras de aguas residuales con elevado contenido en aceites y grasas incorporen etapas de pretratamiento para el desengrasado, lo que supone una merma importante en la producción de biogás y un aumento de los costes de gestión de fangos. El origen de este contrasentido se encuentra en los problemas físico-químicos y biológicos asociados al tratamiento de estos materiales.

Se han descrito problemas de (a) inhibición irreversible de las bacterias acetoclastas y metanogénicas por alteración de la permeabilidad de sus membranas celulares,

(b) limitaciones a la transferencia de materia, del sustrato de la disolución a la biomasa y del producto generado por la biomasa al agua, asociados a la adsorción de ácidos grasos de cadena larga a los agregados bacterianos , (e) pérdida continuada de pequenos flóculos de biomasa (d) pérdida irreversible de biomasa por flotación masiva de los fangos por defectos de desgasificación, y (el taponamiento de los sistemas de recogida de biogás asociados a la formación de costras superficiales, entre otros. Se han realizado diferentes estudios para evaluar la importancia de cada uno de estos problemas individuales, de los que se desprende que la severidad y consecuencias depende en gran medida del tipo de biomasa y configuración del reactor. Se ha comprobado que el grosor de la capa de grasa adsorbida a la biomasa puede alcanzar varias décimas de milímetro en gránulos de tan solo 2-3 mm y cómo la presencia de ácidos grasos de cadena larga obstaculiza la adhesión a los gránulos de biomasa de los microorganismos ¡3-oxidantes suspendidos, 10 que les hace susceptibles de ser arrastrados con el efluente.

La tendencia a la flolación de los fangos en algunos reactores de Hujo ascendente tipo UASB, sobre todo en el tratamiento de efluentes con elevado contenido en aceites y grasas, ha llevado al desarrollo de sistemas de flujo descendente como ellASB (/nverted Anaerobic Sludge Blanket) ('NO 2007/058557) , en los que el agua clarificada es recogida por el fondo del aparato a través de un separador de sólidos.

Por otra parte, para superar los problemas anteriores, se han planteado soluciones basadas en la puesta en marcha del proceso con biomasa previamente aclimatada o estrategias de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgánicos que contengan aceites y grasas que comprende: poner en contacto dicho efluente con biomasa en un tanque anaerobio de flujo ascendente, introducir la mezcla resultante en un tanque en el que por filtración de membranas, en condiciones de fuerte agitación por burbujeo de biogás, se separa el agua tratada de la biomasa que retorna por rebose al tanque anaerobio de contacto por el efecto de la ascensión de las burbujas de biogás.

2. Procedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgánicos que contengan aceites y grasas que, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque:

a. comprende una etapa de recirculación de biogás de la parte superior de ambos tanques hacia la zona inferior del tanque donde tiene lugar la filtración por membrana, y

b. una etapa de retorno de la biomasa rechazada por la membrana mediante el rebose superior del tanque en el que tiene lugar la filtración a la parte inferior del tanque anaerobio.

3. Procedimiento para el tratamiento anaerobio de fluidos residuales orgánicos que contengan aceites y grasas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa de regulación de la velocidad de ascenso en el tanque de anaerobio por medio de la regulación de la tasa de recirculación de biogés y la altura del rebosadero del tanque de filtración.