UASB

Reactor UASB en Tel Aviv, Israel

Els reactors UASB (de l'anglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket), també conegut com RAFA (reactor anaerobio de fluix ascendent) són un tipo de biorreactor tubular que operen en règim continu i en fluix ascendent cap a dalt, és dir, l'afluent entra per la part inferior del reactor, travessa tot el perfil llongitudinal, i ix per la part superior. Són reactors anaerobio en els que els microorganismes s'agrupen formant biogránulos.

Característiques

En els sistemes anaerobio de fluix ascendent, i baix certes condicions, es pot aplegar a observar que les bactèries poden aplegar a agregar-se de forma natural formant flóculo i grànuls. Estos densos agregats posseïxen unes bones qualitats de sedimentación i no són susceptibles al llavat del sistema baix condicions pràctiques del reactor. La retenció de fango actiu, ya siga en forma granular o floculenta, fa possible la realisació d'un bon tractament inclús a altes taxes de càrregues orgàniques. La turbulència natural causada pel propi cabal del influente i de la producció de biogás provoca el bon contacte entre aigua residual i fango biològic en el sistema UASB. En els sistemes UASB poden aplicar-se majors càrregues orgàniques que en els processos aerobios. Ademés, es requerix un menor volum de reacció i d'espai, i al mateix temps, es produïx una gran cantitat de biogás, i per tant d'energia.

El reactor UASB podria reemplaçar al sedimentador primari, al digestor anaerobio de fangos, al pas de tractament aerobio i al sedimentador secundari d'una planta convencional de tractament aerobio d'aigües residuals. No obstant, l'efluent dels reactors UASB normalment necessita un tractament posterior, per a conseguir degradar la matèria orgànica remanente, nutrients i patógenos. Este postratamiento pot referir-se a sistemes convencionals aerobios com a estanys d'estabilisació, plantes de fangos actius i uns atres.

El procés UASB va ser inventat a mitan dels 70 en l'Universitat de Wageningen (Holanda) per un equip dirigit pel doctor Gatze Lettinga i es va aplicar per primera volta a escala industrial en una indústria azucarera alemana. Durant varis anys,va anar contínuament millorat per al tractament de grans cabals d'aigües residuals, i càrregues en importants fluctuacions diàries.

Algunes senyes i recomanacions d'operació resultat de recomanacions resultants de l'experiència que poc a poc va ser apareixent, va ajudar a que este tipo de sistemes s'use per al tractament en diferents condicions. El UASB és un sistema trifásico d'alta càrrega que opera com un sistema de creiximent en suspensió. L'elevada concentració de biomassa en el UASB ho fa més tolerant a la presència de tòxics.

Consistix essencialment en una columna oberta, a través de la qual el líquit residual es passa a una baixa velocitat ascensional. El mant de fangos es compon de grànuls o partícules ademés de l'aigua residual. El fenomen de granulació que rig la formació dels grànuls constituïx la part fonamental del procés. El tractament de l'aigua es dona quan es posa en contacte l'aigua en els grànuls. Els gasos produïts baix condicions anaerobio provoca la recirculación interna, lo que ajuda en la formació i manteniment de les partícules biològiques, sobre les quals algunes partícules de gas s'adherixen. El gas lliure i el gas adherit a grànuls es retenen en el colector de gas en la part alta del reactor. El líquit que ha passat a través del mant conté alguns sòlits residuals i grànuls biològics que passen a través del sedimentador a on els sòlits se separen del futur efluent. Els sòlits retornen per tant en caure a través del sistema de bafle en la part alta del mant de fancs.

Per a conseguir una operació correcta del sistema es requerix la formació de biomassa floculenta, i la posada en marcha sol requerir l'inoculació prèvia del reactor en grans cantitats de fangos d'algun atre sistema d'operació.

El procés UASB es pot aplicar a una àmplia varietat d'aigües residuals industrials. De la mateixa manera que en atres tipos de tractament d'aigües residuals, en els UASB també són necessàries unes etapes prèvies d'adequació del influente abans d'ingressar-les al reactor, com per eixemple, eliminació d'olis i grasses, desarenado, correcció de pH... Despuix d'este tipo de pretratamientos, el UASB pot convertir el 70-95% de la matèria orgànica biodegradable en una corrent de biogás valorisable. D'ahí que siguen possibles majors eficiència per mig de l'acople de pre- i/o postratamientos adequats que aumenten el temps mig de residència celular, la composició i la resistència front a tòxics del fango.

La tecnologia d'alta càrrega es basa en el creiximent del fango granular i en el separador de tres fases (biogás-líquit-sòlit), ha tingut un gran èxit comercial en un gran número d'instalacions en el món.

L'indústria alimentària mundial és un usuari actiu d'esta tecnologia de tractament anaerobio. Encara que també s'ha implantat en indústries com la cervecera, destilería, plantes de processat de la creïlla, l'indústria del paper i la celulosa, indústria textil, química i farmacèutica.

Procés de granulació

El fango granular constituïx el cor de la tecnologia UASB i EGSB. Un fango granular és un agregat de microorganismes formats durant el tractament d'aigua residual en un mig en el que existixca un règim hidràulic constant de fluix ascendent. En absència d'algun tipo de soport, les condicions del tipo de fluix creen un ambient selectiu en el que només eixos organismes capaços d'ancorar-se als atres sobreviuen i proliferen. La configuració dels agregats dins de la biopelícula densa i compacta és a lo que es denomina grànul. Pel seu gran tamany de partícula (generalment en el ranc de 0.5 a 2 mm de diàmetro), els grànuls resistixen el llavat del sistema de reacció, permetent càrregues hidràuliques elevades. Ademés, les biopelículas són compactes, permetent elevades concentracions de microorganismes actius i d'esta manera poder tractar elevades càrregues volumètriques en els reactors UASB. Un gram de fango granular (pes sec) pot catalizar la conversió de 0.5 a 1 g de DQO al dia. La composició del grànul està estratificada. En el centre es localisen els agregats de Methanosaeta (principalment), i atres organismes metanógenos, com Methanothrix i Methanosarcina. En la següent capa estan localisats organismes productors i consumidors d'hidrogen, en una associació simbiòtica. En la capa superficial es localisen els organismes que realisen les primeres etapes de degradació anaerobio, com els acidógenos i atres organismes consumidors d'hidrogen. Dita estructura està condicionada per la pressió parcial d'hidrogen, en un delicat equilibri que només és possible baix condicions determinades.

Formació del fango granular

El procés de formació de fango granular és una de les qüestions més interessants i enigmàtiques quan s'intenta entendre els fonaments de les tecnologies de fango granular, per lo que al voltant d'este tema han sorgit numeroses investigacions. Moltes teories sobre la granulació confirmen que les bactèries metanógenas acetotróficas del gènero Methanosaeta juguen un paper clau en la granulació.

Segons la teoria del spaguetti, proposta pel doctor W. Wiegant, els filaments de Methanosaeta s'agreguen enmarañándose, formant els primers pellets coneguts com a “boles de spaguetti”. Estos agregats servixen de superfície de anclaje o soport per a atres microorganismes involucrats en el procés de degradació anaerobio.

Es creu que els agregats de Methanosarcina faciliten la formació dels grànuls. Existix un gran consens en que l'etapa inicial de la granulació és l'adheriment bacterià (un procés físic-químic), paralela a etapes primerenques de formació de biopelículas, encara que tractar l'adheriment bacterià només com un procés físic-químic llimita els seus complexos aspectes biològics. Encara que s'ha prestat molta atenció a esta etapa, el llavat dels microorganismes és l'etapa més crucial del procés, ya que facilita el creiximent dels pellets retinguts (els més pesats). A este respecto, la presència de partícules inertes que servixen com a superfície d'adheriment és clarament ventajosa.

La granulació depén en gran mida del creiximent bacterià, per lo que optimisant les condicions de creiximent es millorarà considerablement. S'ha comprovat l'efecte del pH i la temperatura sobre la taxa de creiximent de Methanosaeta concilii, l'organisme clau en la granulació.