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2011

Sistemas de reducción de lodos en tratamiento de aguas residuales José Manuel Castro Moreno, Manuel Jesús López Pérez, Carlos Martín Rodríguez,Alfonso Muñoz Vicente

MIGMA Sevilla 2010/2011 Sistemas de reducción de lodos en tratamientos de aguas residuales 8/7/11

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Objetivo del proyecto: Sistemas de reducción de lodos en tratamientos de aguas residuales

1. Esquema general de una EDAR

En una estación depuradora de aguas residuales se diferencian dos líneas de tratamiento, la de

aguas y la de fangos, cada una de ellas con sus operaciones diferenciales.

En la línea de aguas se llevan a cabo las siguientes tareas:

-Pretratamiento (desbaste, desarenado, desengrasado, flotación)

-Tratamiento primario (decantación primaria)

-Tratamiento secundario (tratamiento biológico, decantación secundaria)

-Tratamiento terciario si la legislación obliga en función de la ubicación (eliminación de N y P)

En la línea de fangos se desarrollan las siguientes actividades:

-Tratamiento de fangos primarios (espesamiento por gravedad)

-Tratamiento de fangos biológicos (espesamiento por flotación)

-Digestión anaerobia de fangos

-Deshidratación mecánica de fangos

A continuación se describe brevemente cada uno de esos procesos:

1. Pretratamiento

1.1. Desbaste: sucede la separación sólido-líquido, en la cual se separan materiales

voluminosos susceptibles de deteriorar la instalación, a través de rejillas con cierta luz de paso.

1.2. Desarenado: se da la separación sólido-líquido, extrae arenas y partículas minerales

susceptibles de ocasionar efecto abrasivo. Se inyecta aire para separar áridos de materia

orgánica.

1.3. Desengrasado: tiene lugar la separación sólido-líquido o líquido-líquido, extrae grasas y

aceites emulsionados con el agua. Al usar burbujas de aire se facilita dicha separación debido al

carácter hidrofóbico de las grasas. Grasas y aceites son menos densos que el agua, por lo que

suben a la superficie, y allí sucede la separación por rasquetas.

1.4. Flotación: separación sólido-líquido, actúa sobre sólidos con densidad muy similar al agua.

Se añade reactivo floculante para favorecer la separación. Se generan burbujas vía CAF (hélice)

o DAF (despresurización) a las que se unen dichas partículas, el conjunto asciende, y finalmente

se elimina del sistema por rasquetas.

2. Decantación primaria: por gravedad se elimina sobre el 65% de sólidos en suspensión y

30% de DBO. Otra opción es usar procesos físico-químicos (más costosos).

3. Decantación secundaria: se eliminan sólidos en suspensión y DBO. Se recirculan fangos

para devolverlos al reactor biológico aerobio y después al decantador, y los fangos sobrantes se

purgan.

4. Espesamiento: corresponde a la línea de fangos. Se reduce el volumen de fangos. Puede ser

por gravedad (para fangos primarios) o por flotación (para fangos secundarios)


3

5. Reactor biológico aerobio: elimina materia orgánica. Puede ser con biomasa fija o en

suspensión. Con biomasa fija no hay generación de oxígeno, por eso los costes de explotación

son menores.

6. Reactor biológico anaerobio: estabiliza el fango. Genera metano el cual puede usarse para

cogeneración.

7. Acondicionamiento de lodos tras el reactor biológico anaerobio: se usa para mejorar la

eficiencia de la deshidratación. Se emplea tratamiento químico o térmico.

8. Deshidratación: es una operación física para reducir la humedad del lodo.

9. Cogeneración: consiste en un aprovechamiento del gas de digestión anaerobia para generar

energía eléctrica y térmica mediante motores o turbinas de gas.

10. Eliminación biológica del nitrógeno: primero se desarrolla la reacción de nitrificación 8en

el reactor aerobio), y luego la de desnitrificación (en cámara anóxica por delante del reactor

aerobio).

2. Métodos de eliminación de fósforo

Existen varios métodos documentados de eliminación de fósforo, entre los que destacan los

procesos inorgánicos, eliminación a través de humedales y la eliminación biológica. La

eliminación inorgánica se basa en la precipitación del fósforo a través de sales metálicas, la

biológica a través de la acción natural de los microorganismos y los humedales a partir tanto de

plantas terrestres como acuáticas. A continuación describiremos brevemente los métodos más

usados.

2.1. Métodos basados en la precipitación de fósforo A día de hoy los principales procesos comerciales de eliminación de fósforo se basan métodos

de precipitación química con hierro, aluminio o cal, y en menor medida la eliminación

biológica. Ocasionalmente, la precipitación (como estruvita) ocurre como resultado de unas

condiciones y composiciones especiales de las aguas residuales. La eliminación de fosfatos

también puede conseguirse a través de la extracción de CO2 de los efluentes anaerobios. Aunque

la precipitación de fósforo es una práctica comercial común, además el perfeccionamiento,

puesta a punto, optimización, usando materiales de deshecho y nuevos materiales de otros

procesos industriales, y algunas otras innovaciones han sido propuestas recientemente.

Los procesos químicos de eliminación de fósforo se suelen catalogar dentro de los procesos

terciarios de eliminación de fósforo y pueden alcanzar eficiencias de eliminación de hasta el

95% (Brett y col., 1997).

La eliminación química de fósforo está basada en la adición de una sal metálica en el agua

residual dando lugar a la precipitación de una sal insoluble de fósforo. El precipitado formado

es eliminado mediante procesos de separación de sólidos como sedimentación, flotación o

filtración, procesos normalmente empleados en estaciones depuradoras. De esta manera estos

precipitados pasan a formar parte de los fangos producidos en el proceso.


4

Normalmente, los metales empleados en la eliminación química de fósforo son hierro (II),

hierro (III) y aluminio (III) generalmente en la forma de cloruros y sulfatos. La cal puede

emplearse como agente precipitante, aunque debido a las altas dosis necesitadas y la elevada

formación de fangos no es muy empleada en las estaciones depuradoras de aguas residuales

urbanas (Parsons y col., 2004).

La eliminación química de fósforo está basada en la adición de una sal metálica en el agua

residual dando lugar a la precipitación de una sal insoluble de fósforo. El precipitado formado

es eliminado mediante procesos de separación de sólidos como sedimentación, flotación o

filtración, procesos normalmente empleados en estaciones depuradoras. De esta manera estos

precipitados pasan a formar parte de los fangos producidos en el proceso.

Normalmente, los metales empleados en la eliminación química de fósforo son hierro (II),

hierro (III) y aluminio (III) generalmente en la forma de cloruros y sulfatos. La cal puede

emplearse como agente precipitante, aunque debido a las altas dosis necesitadas y la elevada

formación de fangos no es muy empleada en las estaciones depuradoras de aguas residuales

urbanas (Parsons y col., 2004).

Hay que tener en cuenta que no todo el fósforo presente en el agua residual está en forma de

ortofosfato soluble, y por lo tanto disponible para reaccionar con las sales añadidas. Sin

embargo, el fósforo orgánico que podría estar presente podría ser adsorbido en el precipitado

formado mejorando por tanto la eliminación global de fósforo. La precipitación química no es

un fenómeno aislado y simple ya que, junto a él, se dan simultáneamente procesos de

coprecipitación, coagulación-floculación, adsorción, etc.

Pese a que estos procesos son ampliamente utilizados para reducir la concentración final de

fósforo en el efluente presentan una serie de desventajas como:

• Elevado coste de los reactivos empleados.

• Producción elevada de fangos.

• Incremento de las cantidades de cloruros y sulfatos que son vertidos a las aguas receptoras.

• Deshidratación del fango más compleja que la deshidratación del fango primario, en el caso en

el que la dosificación de la sal se realice previa al decantador primario (Metcalf y Eddy, 1995).

2.2. Eliminación biológica

La eliminación biológica de fósforo implica dos mecanismos independientes. El primero es la

adsorción directa del fósforo por el crecimiento de las células bacterianas suspendidas, y el

segundo, la mejora de la capacidad de almacenamiento de fósforo como polifosfatos en la

biomasa bacteriana en el tratamiento de fangos activos. Debido a esta relativamente baja

eficiencia de eliminación de fósforo de forma natural, los ingenieros han desarrollado la EPBR

(Enhanced Phosphorus Biological Removal) o eliminación biológica de fósforo mejorada. A

continuación describimos el proceso.

2.2.1. Procedimiento

El EPBR es un tratamiento del agua residual, basado en el enriquecimiento selectivo de las

bacterias, acumulándose polifosfatos inorgánicos como un ingrediente de sus células. Esto

implica el ciclo metabólico microbiano con acumulación de biopolímeros (polifosfatos, PHA,

glucógeno). Este ciclo metabólico es forzado en los microorganismo, mediante alternancia de

etapas de incubación del agua residual entre la inicial rica en materia orgánica, estrictamente

anaerobia (no hay oxígeno ni nitrógeno presentes), seguido de una etapa pobre en materia

orgánica, que es la etapa aerobia. En esencia, durante la etapa anaerobia, los microorganismos

bacterianos del fango (aplicados como un inóculo al agua residual) agotan la materia orgánica y


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las fuentes de carbono del agua residual, acumulando biopolímeros en el proceso

(principalmente PHA’s y glucógeno) y liberando ortofosfato soluble del lodo.

La fuente de energía para el proceso procede principalmente del polifosfatos. El polifosfatos es

una molécula de almacenamiento altamente energética, que bajo condiciones de hidrólisis,

puede proporcionar grandes cantidades de energía para las reacciones bioquímicas dentro de la

célula. Esta molécula es particularmente útil durante la etapa anaerobia del EPBR, donde

proporciona la energía necesaria para la toma de los sustratos orgánicos. El polifosfato se

almacena en las mismas células que residen en los fangos que anteriormente se inocularon en

las aguas residuales. El otro biopolímero implicado, el glucógeno, que normalmente actúa como

regulador del balance redox en las células, además suministra energía adicional, ayudando a los

PAO’s (organismos acumuladores de polifosfatos) a absorber sustancias orgánicas bajo

condiciones anaerobias.

Cuando las condiciones en el reactor biológico cambian de anaerobias a aerobias, los

polihidroxialcanoatos (PHA’s) se usan como fuente de carbono y energía para la absorción de

cantidades de ortofosfato incluso mayores que las liberadas durante la fase anaerobia, y esta

absorción mejorada incluye el fósforo que llega con las aguas residuales nuevas. En la fase

aerobia el ortofosfato se reincorpora en la biomasa intracelular microbiana en forma de

polifosfato. Esto deja el agua residual con concentraciones pobres de fosfato y en caso de éxito

completo de EBPR libre de fosfatos.

El fango activo producido después de este proceso (con alto contenido en materia orgánica y

una gran población microbiana) es incluso más rico en fosfatos, normalmente eliminado, y que

puede ser usado para la producción de biogas. Una pequeña parte del fango se recircula y se usa

como inóculo para las nuevas aguas residuales. En la teoría el proceso podría continuar

indefinidamente. Purgando el fango rico en fosfatos en exceso del sistema, el EBPR consigue,

con el tiempo, grandes ratios de eliminación de fosfato. Técnicamente, los ciclos anaerobios y

aerobios pueden ser comercialmente viables y fácilmente implantables asignando una zonación

espacial (anaerobia-aerobia) en un sistema de flujo continuo (con recirculación de fango como

inóculos) u organizando secuencias temporales anaerobias y aerobias en biorreactores por lotes.

El éxito de la EBPR se atribuye a los PAO’s, principalmente a las bacterias. Una condición

indispensable para que el proceso se desarrolle convenientemente es mantener los PAO’s en el

sistema. Mientras que la aparición y desaparición de los biopolímeros microbianos es conocida,

las vías metabólicas implicadas en la síntesis de biomasa y producción de energía en estas

bacterias están lejos de ser comprendidas y han sido revisadas recientemente. Una de las

características de este proceso es la interacción entre diferentes biopolímeros microbianos

intracelulares, sin embargo, el desconocimiento de los efectos de estos biopolímeros en la

EBPR es útil para la aplicación práctica del proceso.

Informes recientes, en operaciones a largo plazo del EBPR, demuestran que el proceso es

altamente eficiente en la eliminación de materia orgánica, nitrógeno y fósforo. De acuerdo con

Chuang y Ouyang (2000), la eficiencia de estos sistemas fue del 95% en materia orgánica, 70%

en nitrógeno total y 100% en fósforo total. El proceso consigue la eliminación completa del

fosfato a través de dos sistemas diferentes: un reactor en lotes anaerobio-anóxico y otro

anaerobio-aerobio. La eliminación de fósforo fue mayor cuanto menor fue la concentración de

carbohidratos en el fango. La eficiencia fue creciendo a medida que disminuía la concentración

de carbohidratos en el fango. Esto demuestra que la concentración de carbohidratos es un

parámetro de confianza para determinar la eficiencia del fango para eliminar fósforo. Por tanto,

reducir la cantidad de carbohidratos del fango sería un prerrequisito para conseguir la EBPR.


6

3. Destino final de los fangos de depuración

La eliminación de lodos de depuración es un asunto importante en el momento de diseñar una

estación depuradora de aguas residuales. El destino final que se le dé al fango debe estar

justificado ecológica, económica y energéticamente. El diseño de la propia línea de fangos

queda condicionado por el destino final de los mismos. Si se elige la incineración de fangos

como opción a adoptar, es deseable que el tratamiento del fango produzca uno muy

deshidratado y lo más orgánico posible. Si el destino final es el vertedero, se debe diseñar la

línea de fangos para reducir la capacidad de fermentación y obtener una sequedad superior al

30%. Las tres alternativas más habituales para el destino final de los lodos de depuración son las

siguientes:

a) Descarga en vertedero

b) Destino agrícola

c) Valorización energética

La descarga en vertedero constituye la última medida a adoptar atendiendo a la jerarquía en la

gestión de residuos emanada de la unión europea. Esta alternativa resulta viable si se lleva a

cabo según ciertas directrices en aras de garantizar su inocuidad con respecto al medio

ambiente.

El uso de lodos con fines agrícolas está regulado por la Unión Europea en la directiva

86/2787CEE la cual alude a condicionantes para la aplicación de los mismos. Los análisis de la

composición del fango y del suelo donde se pretende aplicar son decisivos para determinar la

conveniencia de su uso. Para adecuar los lodos a un uso agrícola, es preciso someterlos al

proceso de compostaje, obteniéndose un producto agrícola de valor muy superior al de los lodos

de origen, rico en materias húmicas, sales minerales y microorganismos.

La valorización energética persigue la transformación del fango en un recurso energético

aplicando distintas tecnologías. Dentro de esta valorización aludimos a la incineración y a la

gasificación. La gasificación de residuos es una tecnología diseñada para obtener un gas de

síntesis (empleado para producir combustibles, productos químicos o energía) a través de la


7

transformación de la sustancia con alto contenido en carbono en una mezcla combustible

gaseosa mediante oxidación parcial con aplicación de calor. La incineración consiste en un

proceso de combustión completa, obteniéndose calor que puede ser usado para generar energía

eléctrica.

4.

Polihidroxialcanoatos.

Los polihidroxialcanoatos son polímeros naturales sintetizados por numerosos microorganismos

como reserva de energía cuando un nutriente esencial como nitrógeno o fósforo se encuentra

limitado en el medio, en presencia de un exceso de fuente de carbono. Estos poseen

propiedades similares a varios termoplásticos como el polipropileno, y de hecho, pueden ser

empleados en su lugar. Estos se descomponen completamente en agua y dióxido de carbono en

condiciones aerobias y en metano en condiciones anaerobias por microorganismos presentes en

el suelo, el mar, en lagos y en las aguas residuales.

4.1. Métodos de extracción de PHAs

Después de la fermentación, el siguiente paso es el aislamiento y purificación del PHB. En este

nivel, el PHB es extraído del citoplasma celular y para ello la membrana celular es destruida y

el PHB disuelto en el solvente. Es así como el PHB queda separado de la biomasa residual.

El proceso de separación se puede dividir en tres etapas: Pretratamiento, extracción y

purificación.

El pretratamiento se realiza para debilitar la membrana celular y así realizar la disrupción

celular de una forma más fácil. También se utiliza para proteger al PHB de solventes agresivos

con este polímero. Este pretratamiento se puede realizar mediante calor, uso de solventes,

congelación o mediante uso de surfactantes.

Hay diferentes métodos de extracción para separar PHB de la biomasa residual con sus

consiguientes ventajas y desventajas. Los que abordaremos en el presente proyecto serán:

- Extracción por solventes.

La extracción con solventes de PH es el método más estudiado y más antigua. La acción del

solvente puede ser dividida en dos etapas, la primera modifica la permeabilidad de la membrana

celular y la segunda libera el PHA al medio. Los principales solventes utilizados son los

hidrocarburos clorados como el cloroformo o los solventes no halogenados como la acetona

entre otros. Este tipo de extracción a pesar de su eficiencia en cuanto a la pureza del PHA

obtenido, requiere grandes cantidades de solvente por gramo de PHA extraído lo que lo

convierte en un método insostenible ambiental y económicamente. Además de las

repercusiones ambientales así como los daños que pueden producir a la salud humana al

desarrollar su uso, se hace necesario combinarlos o sustituirlos por otros métodos de extracción

que tengan un mejor rendimiento y sobre todo una disminución de los impactos ambientales.

- Digestión

La digestión pueden ser química o enzimática. La digestión química consiste en la utilización de

diferentes agentes químicos para debilitar o destruir diferentes componentes de la membrana

celular como lípidos, carbohidratos o proteínas. De acuerdo con el agente químico usado la

digestión puede ser con hipoclorito sódico, surfactante o mediante un proceso que combina

ambos con el fin de obtener las mejores características de ambos métodos. Al igual que en el


8

caso de los solventes veremos como la utilización de surfactantes a volúmenes tan grandes

como los trabajados en este proyecto resultan insostenibles económicamente.

La digestión enzimática consiste en el uso de enzimas para degradar la membrana celular.

Diferentes enzimas proteolíticas desarrollan una alta selectividad en disoluciones de proteínas y

pocos efectos adversos sobre la degradación del PHA. La digestión enzimática puede ser

complementada por otros métodos de extracción como los basados en solventes.

- Extracción mecánica por ultrasonidos

La disrupción celular mecánica es ampliamente usada en la recuperación intracelular de

proteínas y es la basada en el uso de ultrasonidos la que abarcamos en el presente proyecto. Pese

a que este método no se ha probado para la extracción de PHA, otros ensayos análogos

demuestran que este sistema utilizado para la lisis celular de las bacterias acumuladoras de PHA

abre un camino de bajo coste y bajo impacto ambiental. Estas dos características lo hacen

atractivo para ser estudiado. También cabe la posibilidad de combinarlos con otros métodos

para optimizar su uso.

Tabla de procesos de extracción de PHB:

Método de extracción

Ventajas

Desventajas

Rendimiento ( % en peso)

Digestión con disolventes

clorados

Escasa degradación del

polímero y alta pureza

Volumen alto requerido y

peligrosidad del disolvente

Pureza: 99%

Recuperación >90%

Digestión con acetona

Facilidad de obtención de

disolvente y alta pureza

Alto volumen de

disolvente requerido

Pureza > 95%

Recuperación >90%

Adición de SDS

Mínima degradación del

polímero

Alto coste del surfactante

Pureza > 95%

Recuperación >90%

Digestión con hipoclorito sódico

Alta pureza y bajo coste

Degradación del polímero

Pureza: 96,5%

Recuperación: 80%

Digestión con hipoclorito

sódico y surfactante

Relativos costes bajos de

operación (< método SDS)

Alto coste del surfactante

Pureza: 98%

Digestión enzimática

Buena recuperación

Consecución y coste de

las enzimas

Pureza: 92%

Rotura por ultrasonidos

Bajo coste

Proceso poco estudiado

Sin datos

En conjunto podemos comprobar que pese a existir una amplia gama de métodos de extracción,

el mayor problema aparece a la hora de llevarlo a grandes producciones con grandes volúmenes

de biomasa a tratar. Sin duda sistemas de extracción están siendo desarrollados en estos

momentos y su prioridad será un carácter sostenible tanto económico como ambiental.


9

4.2. Aplicaciones de los PHAs

Los PHA´s tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales debido a sus prácticas

características físico-químicas, tales como la biocompatibilidad, la biodegradabilidad y la

citotoxicidad insignificante que demuestra en todos los ensayos desarrollados a las células de

los tejidos intervenidos. Por lo tanto, el eje principal de apoyo de este producto es la posible

aplicación del PHA para sustituir a otros polímeros de base petroquímica y es un hecho el

aumento de popularidad que está sufriendo el PHB, en concreto, como partes primarias de

embalajes médicos y materiales de recubrimiento.

Son estas propiedades de su composición en exclusivo o formando parte de otros productos las

que han ampliado las interpretaciones de sus distintos usos potenciales. Con PHA se pueden

fabricar materiales para la protección de tejidos, material de sutura y productos farmacéuticos

utilizados en cirugía, trasplantología, ingeniería tisular o farmacología. Las aplicaciones se

centran en particular en los envases, tales como los contenedores y films. Además, su uso como

artículos de higiene personal biodegradables como pañales y sus envases ya han sido descritos.

En la ingeniería de desarrollo y regeneración de tejidos, las células pueden ser cultivadas en

presencia de estos polímeros biodegradables con el fin de construir nuevo tejido para que se

pueda implantar en el organismo.

Desde el enfoque de la biocompatiblilidad, y viendo una futura herramienta en el área de los

implantes el PHA debe servir de apoyo al crecimiento celular y a su posterior adhesión dentro

del tejido, orientar y organizar dicho crecimiento, permitir el paso de nutrientes así como la

eliminación de residuos y ser biodegradable sin producir ningún compuesto nocivo. Esto hará

del PHA un producto vital dentro del sector.

Recientemente, El PHA también ha sido estudiado para su aplicación como aceite secante en

cosméticos y su capacidad de aplicarse en películas. Se ha demostrado su capacidad de absorber

y retener aceites con rapidez y al mismo tiempo el PHB actúa como un aceite. Y es su propiedad

biocompatible lo que lo convierte en un polímero acto para los cuidados de la piel.

Otra de las aplicaciones emergentes del PHA es su utilización como fuente potencial de ácidos

orgánicos en la alimentación animal. Los ácidos grasos de cadena corta son utilizados como

controladores microbianos por su lenta degradación, y los ácidos grasos resultantes sirven como

protección frente a agentes patógenos.

Como podemos ver las aplicaciones de estos polímeros conforman un amplio crisol. Un

producto que engloba desde una bolsa biodegradable hasta una pieza dentro del sector de la

cirugía de implantes o un pienso animal debe estar bajo constante estudio para su completo

desarrollo. Sin duda un desarrollo hacia el éxito.

4.3. Diseño de una etapa para la producción de PHB

Desde el punto de vista microbiológico, se reconoce la facultad de bacterias heterótrofas, PAO,

de liberar fósforo en condiciones anaerobias y de acumularlo en condiciones aerobias. Estas

bacterias fueron identificadas como Acinetobacter, observándose que eran de crecimiento lento

y con preferencia por los sustratos simples tales como ácidos volátiles grasos de cadena corta.

Además, se observa como las bacterias PAO pueden acumular PHA en condiciones anaerobias

empleando la energía suministrada por la degradación del polifosfato. La modificación que se

introduce en este punto, con respecto al mecanismo expuesto anteriormente, es que en

condiciones aerobias, en presencia de un exceso de fuente de carbono, las bacterias PAO son


10

capaces de seguir acumulando PHB. En este trabajo, basándonos en los resultados

experimentales obtenidos por Michael Rodgers et al., hemos desarrollado una etapa para el

tratamiento de lodos activados, procedentes de la eliminación de fósforo para optimizar la

producción de PHB.

Para ello, tomamos como referencia los parámetros relativos a los lodos generados tras el

proceso de eliminación de nutrientes por la Estación de Aguas Residuales Ranilla:

1. Caudal medio generado: 1691 m3/d

2. Concentración: 11 200 mg/L (58 % de volátiles)

3. Fósforo Total (TP): 300 mg/L

Teniendo en cuenta los requerimientos necesarios por el sistema, y los resultados

experimentales obtenidos, se plantea el esquema del proceso representado en la figura mostrada

a continuación.

Vamos a hacer una descripción de las principales etapas:

Generador de ácidos grasos volátiles:

Partiendo de los lodos procedentes del proceso de eliminación de nutrientes, el efluente se

divide en dos líneas. Por un lado, se pasa al Generador de ácidos grasos volátiles, donde por

aplicación de ultrasonidos producimos la degradación de los sólidos volátiles consiguiendo así

el exceso de carbono orgánico necesario para el proceso (Optimisation of sludge disruption by

sonication).

Fig.1. Esquema general del proceso

Reactor anaerobio:

La otra corriente se dirige al reactor anaerobio, el cual presenta un tiempo de retención

hidráulico de 4 horas (en esta etapa, al igual que ocurre en el resto de reactores, el tiempo de

residencia hidráulico coincide con el tiempo de retención celular al no haber recirculación). El

tiempo de retención se determina en función de los resultados experimentales los cuales indican

que tras 3 horas en condiciones anaerobias, no se aprecia un incremento significativo de PHB.

El contenido de PHB de la masa seca se incrementó desde un 4,7% hasta un 28,8% al final de la

etapa anaerobia. Durante los primeros 90 minutos de liberación de fósforo, el ratio de

producción de PHB fue de 228 mg/l·h, o 156 mg/g VSS·h con respecto a la VSS inicial; a partir


11

de este punto, con los carbohidratos como fuente principal de energía, el ratio de producción de

PHB se redujo a 96 mg/l·h, o 66 mg/g VSS·h con respecto a la VSS inicial. Se mantendrá un pH comprendido en el intervalo 7,3 a 7,5, una temperatura media de 20ºC y

habrá que mantener el medio continuamente agitado. El volumen del reactor se calcula en

función del caudal y del tiempo de residencia indicado (Ingeniería de las reacciones químicas,

Octave Levenspiel):

,

,

,

,

dicho volumen se redondea a 300 m3 para prevenir posibles problemas de fenómenos puntuales

de aumento de caudal.

Espesador:

Tras el proceso anaerobio pasamos al espesador, donde separamos, por un lado una corriente

con una alta concentración en sólidos totales que es la que pasará a la etapa aerobia, y por otro

lado una corriente con una alta concentración en fósforo que pasará a una etapa posterior donde

se procederá a su precipitación. El tiempo de retención no superara las 6 horas para evitar

posibles reacciones reacciones anaerobias no deseadas. Para el diseño de dicha etapa se recurre

a los parámetros de diseño para espesadores, empleando como factor limitante la carga de

sólidos (también se estudió la carga hidráulica como factor limitante, pero la carga de sólido era

mas limitante)(Tratamientos físicos de las aguas residuales, Enrique Baquerizo Rodríguez). Tras

la aplicación de los parámetros de diseño, obtenemos una superficie del espesador de 210 m2.

Para esta superficie se le asocia una profundidad de 4,5 m, obteniendo un volumen final del

espesador de 945 m3.

Reactor aerobio:

Finalmente, los lodos procedentes del proceso anterior se dirigen al proceso aerobio, al cual

también llega otra corriente procedente del Generador de ácidos grasos volátiles. Esta etapa

tendrá un tiempo de retención de 8 horas, determinado a partir de los resultados experimentales

los cuales nos indican que el contenido en PHB en la biomasa se incrementó desde un 30% a un

49% después de 6 horas en el reactor aerobio, no existiendo incrementos significativos

posteriores. El ratio de producción de PHB en la fase aerobia fue de 84 mg/l·h, o 72 mg/g

VSS·h con respecto a la VSS inicial, lo que supone una concentración final de 1282 mg/L de

PHB.

Se mantendrá durante este tiempo una temperatura media de 20ºC, agitación y un aporte

continuo de aire de 2 L/min. El pH inicial será 7,6. Al igual que en el caso del sistema

anaerobio, el volumen del reactor se calcula en función del caudal y del tiempo de residencia

indicado:

,

,

,

T(h) =V(m3)

Q(m3 h)

V(m3) = T(h)·Q(m3 h)

V = 4(h)·1día

24h·1315,22(m3 día)

V = 219,20m3

T(h) =V(m3)

Q(m3 h)

V(m3) = T(h)·Q(m3 h)

V = 8(h)·1día

24h·1252,59(m3 día)

V = 417,53m3


12

Dicho volumen se redondea a 500 m3 para prevenir posibles problemas de fenómenos puntuales

de aumento de caudal.

Recuperación del PHB

De lo discutido en el apartado de extracción del PHB, se llega a la conclusión que el método

mas adecuado a nuestro proceso es el de tratamiento con hipoclorito sódico. Este método no es

el que presenta un mayor rendimiento, pero es mas económico que el resto y debido a los

grandes caudales tratados este es un factor determinante. No obstante, el rendimiento que ofrece

el proceso en su conjunto es muy elevado, obteniéndose elevadas producciones de PHB.

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