REACTOR DISCONTINUO SECUENCIAL (SBR)

DEFINICINUn reactor secuencial discontinuo o SBR es un sistema de tratamiento de barros o fangos activados cuyo funcionamiento se basa en la secuencia de ciclos de llenado y vaciado.

En ambos sistemas (convencional y SBR) interviene la aireacin y la sedimentacin o clarificacin. En plantas convencionales, los procesos se llevan acabo simultneamente en tanques separados, mientras que en los SBR los procesos tienen lugar en un mismo tanque o reactor.En el proceso de un SBR el barro biolgico se desarrolla en el reactor y permanecer en este hasta su eliminacin en el proceso de purga.El sistema SBR, es un sistema de barros activados de mezcla completa, sin clarificador o sedimentador secundario adicional, siendo las caractersticas del sistema uniformes en todo el reactor para las distintas etapas del tratamiento.En este caso el floc bacteriano, generado por el proceso de barros activados, se separara por sedimentacin en la misma cmara o reactor.Los sistemas SBR se caracterizan por su flexibilidad operativa, poco espacio requerido, ser totalmente automticos, su capacidad de ecualizar el ingreso de afluentes, entre otras cosas.Como en todos los sistemas de barros activados la etapa de Purga es uno de los pasos mas importantes del tratamiento, en el funcionamiento y rendimiento.DESCRIPCINVENTAJASDESVENTAJASLa homogenizacin de caudales, la sedimentacin primaria (en la mayora de los casos), el tratamiento biolgico y la sedimentacin secundaria pueden lograrse en un tanque reactor nico.Flexibilidad de operacin y control.rea superficial mnima.Ahorro potencial de inversin de capital por la eliminacin de sedimentadores y otros equipos.

Se requiere un nivel mayor de sofisticacin (en comparacin a los sistemas convencionales) de las unidades de programacin temporal y controles, especialmente en sistemas de mayor tamao.Un nivel ms alto de mantenimiento (comparado con los sistemas convencionales) asociado con el tipo ms sofisticado de controles, interruptores automticos y vlvulas automticas.Descarga potencial de lodos flotantes o sedimentados durante la fase de descarga o decantacin del reactor en algunas configuraciones de SBR.Taponamiento potencial de los dispositivos de aireacin durante ciclos operativos especficos dependiendo del sistema de aireacin utilizado por el fabricante.Necesidad potencial de homogenizacin de caudales dependiendo de los procesos utilizados aguas abajo.

COMPONENTES DEL SISTEMAEl sistema de tratamiento esta compuesto por los siguientes componentes electromecnicos:

Rejas y/o Tamices (opcional)Pozo de Bombeo (del lquido crudo o afluente) ReactorSistema de AireacinTablero ElctricoProgramador (PLC)Digestor de BarrosCmara Toma-MuestrasETAPAS DEL SISTEMA1. LLENADO2. REACCION (AIREACION)3. SEDIMENTACION (CLARIFICACION)4. EXTRACCION (VACIADO POR DECANTACION)5. FASE INACTIVA

El objetivo de esta fase es la adicin de substrato (agua residual bruta o efluente primario) al reactor. Esta fase permite que el nivel del lquido en el depsito ascienda desde cerca del 25% de la capacidad (al final de la fase inactiva hasta el 100% de su capacidad. Este proceso suele llevar aproximadamente el 25% de la duracin total del ciclo.1. LLENADO

El propsito de esta fase es que se completen las reacciones iniciadas durante la fase de llenado. Se accionan los mezcladores y comienza el proceso de desnitrificacin, gracias a las bacterias facultativas que para su desarrollo necesitan condiciones anxicas. El licor mezclado se airea por un tiempo especfico hasta alcanzar el efluente de diseo. Suele ocupar el 35% de la duracin total del ciclo. 2. REACCIN

Se detiene la aireacin y los slidos se sedimentan en el fondo del tanque. El objetivo de esta fase es permitir la separacin de slidos, para conseguir un sobrenadante clarificado como efluente. En un reactor de este tipo, este proceso suele ser mucho ms eficiente que un reactor de flujo continuo debido a que el contenido del reactor est completamente en reposo.3. SEDIMENTACIN

El propsito es la extraccin del agua clarificada del reactor. Actualmente se emplean muchos mtodos de decantacin siendo los ms empleados los vertederos flotantes o ajustables. El tiempo que se dedica al vaciado del reactor puede durar entre el 20 y el 50% de la duracin total del ciclo (entre 15 minutos y 2 horas), siendo 45 minutos una duracin tpica.

4. VACIADO

El objetivo de esta fase en un sistema de mltiples tanques es permitir que un reactor termine su fase de llenado antes de conectar a otra unidad. Puesto que no es una fase necesaria, en algunos casos se omite

5. FASE INACTIVADESCRIPCIN DE ALGUNOS EQUIPOS UTILIZADOSTANQUE DE ALMACENAMIENTO

Se utiliza un tambor de plstico de 200 litros con tapa removible. La capacidad es de 200 litros, ya que si se tratan en el reactor entre 40 y 60 litros diarios, se puede almacenar solucin para varios das de uso, evitando de esta forma la necesidad de preparar diariamente la solucin.

El tanque del reactor est construido con lminas de plstico transparente de 5mm de espesor. Este material se ha probado ser resistente durante los procesos de tratamiento del agua (agitacin, aireacin y sedimentacin).

La forma alargada del tanque permite una aireacin ms efectiva debido a que, a mayor profundidad, hay mscontacto entre la burbuja de aire que sale del difusor y el agua2. TANQUE DEL REACTOR

REGIMEN EN EL SISTEMAEl funcionamiento de los sistemas SBR es por fangos activos de biomasa suspendida, con oxidacin total por ciclos discontinuos.

El nmero de Reynolds debe ser mayor que 100.000 para asegurar un rgimen turbulento.

TIEMPOS DE RETENCINLos tiempos de retencin y las cargas varan con cada reactor y dependen en gran medida de la carga de agua residual especfica. Generalmente, un sistema SBR trabaja con un tiempo de retencin hidrulico de 1 a 10 d y un tiempo de retencin celular de 10 a 15 d

La concentracin de slidos en suspensin del licor mezcla (SSLM) se suele mantener entre 1.500 y 5.000 mg/L.

El control general del proceso puede ser llevado a cabo automticamente utilizando sensores o temporizadores.

LLENADO: 25 horasREACCIN: 35 horasSEDIMENTACIN: 20 horasEVACUACIN: 15 horasFASE INACTIVA: 5horas

TOTAL ESTIMADO: 100 horas = 4.2 das

Relacin de TR y Volumen

PROCESOS BIOLGICOS EN EL SISTEMAEl sistema permite la eliminacin de nutrientes. Los sistemas SBR utilizados para realizar un proceso complejo de nitrificacin desnitrificacin, as como la eliminacin de fsforo. Los principales microorganismos que se encuentran en los tratamientos biolgicos de depuracin son:

Bacterias Flagelados, Amebas, Ciliados nadadores libres, Ciliados pedunculados.

ProtozoosHongosAlgasRotferosNemtodosPequeos Invertebrados inferiores

Flculos de los fangos activados

Ameba desnudaAmeba desnudaCiliados nadadores libresFlagelados

Rotferos Phillodina sp

Ciliados Vorticella convallariaBacterias involucradas en el tratamiento de fenoles con el sistema SBRFlavobacterium sp., Rhodococcus chlorophenolicus, Rhodococcus sp., Arthrobacter sp., Mycobacterium sp., Sphingomonas sp. y Pseudomonas sp. Las especies mayormente responsables de la biodegradacin de fenoles fueron Pseudomonas stutzeri y Pseudomonas putida,

PARMETROS DE DISEO

PARMETROS DE DISEOEl objetivos del diseo es obtener lasespecificaciones del reactor(dimensiones, equipos, etc.) y lostiempos de duracindecadaetapa de operacin.

Se deber definir, en primer lugar, las variables que especifiquen correctamente la aplicacin: Qo, So, Xo, X y S

Dado que el Sustrato est expresado como demanda de O2; K muestra el valor que necesitan los microorganismos para su respiracin. De all se obtendr el O2 que debe ser suministrado durante la aireacin.K = Q*(So-S)1. Carga de Sustrato a AbatirAl igual que en lodos activos, las dos decisiones clave para la operacin del SBR son la razn de alimento a biomasa (F/M) y la densidad celular activa de operacin (XAmedido como MLVSS).2. Relacin Alimento-microorganismo (F/M) Sus rangos habituales:F/M: DBO5/MLSS.d-1X: mg/LEn la prctica es posible recomendar:0.2 dia-1 Razn Alimento/biomasa4000 mg/L de Microorg. en Reactor3. Volumen de Reactor (Se calcula en 2 pasos)

Volumen de Reactor en baja (VR0, previo al llenado)

Conocido el volumen del reactor en bajo (descargado y reteniendo el volumen lquido necesario para disponer debiomasa para el siguiente ciclo) se debe determinar elvolumen del reactor.

Elvolumen de reactorest dado por elvolumen en bajamselvolumen que se admitir en cada ciclo.

Debiera ser claro que si se opera en ciclos de 24 horas, se deber disponer de unvolumen de llenadoigualalcaudal diariodel caudal volumtrico a tratar (Q)

Eltiempo de sedimentacinjuega un rol crtico en la definicin delnmero diario de ciclosde operacin. El nmero diario de ciclos reportado en la literatura vara entre1y7,38ciclos al da. Parece, entonces, razonable adoptar un criterio emprico inicial de5ciclos diarios.

A fin de admitir el efluente a tratar durante el tiempo que un reactor est lleno, sedimentando o descargando se dispondr dedos o msreactores gemelos y se operar de modo que los tiempos de llenado sean coordinados con los tiempos de las etapas sin admisin de flujo. Como emprica general, adoptaremos aqu el caso de2reactores (uno en llenado mientras otro en etapas sin admisin de caudal)

En particular, si NC es el nmero diario de ciclos y NR el nmero de reactores, entonces el nmero de descargas diarias ND= NC*NR. El volumen diario a tratar (Q0) deber ser fragmentado en ND partes y este es el volumen agregado a cada ciclo (por sobre VR0 que ya se haba definido):

Los volmenes mximo y mnimo se producirn de acuerdo a una misma rea de seccin (excepto casos especiales), arrojando, entonces, una altura mxima (HF) y una altura mnima (H0). La altura mnima debe considerar que losslidosal final de la etapa dedecantaciny descarga ocuparn unaaltura determinadaque, de ser disminuida, producira la descarga de slidos en el efluente tratado. Se considera Ho= 1 m.

4. reaA = Vr0/H0

Esta rea debe ser cotejada con la altura mxima.

Los reactores suelen ser redondos o cuadrados. Sin embargo, cuando se desea prevenir que un flujo excesivo desmejore las caractersticas del efluente tratado se han llegado a usar formas rectangulares de razn1 a 4.

5. Oxgeno RequeridoEl requerimiento de oxgeno (RO2) est dado por la carga a tratar (K) y el conocimiento de la cantidad de oxgeno que se necesita para oxidar una masa dada de DBO5, que conforma un parmetro de conversin (YO2):

:

Donde, RO2: O2 requeridoK: Carga msica a tratarYO2: O2 necesario para oxidar cierta DBO5Para una reaccin endgena se obtiene un valor de YO2 = 1,42 gr O2/ gr DBO5.

Al oxgeno requerido para la oxidacin de orgnicos se debe agregar el oxgeno que se consumir por la presencia de nitrgeno orgnico (que en este diseo se ha ignorado). De esta manera, el factor yield a utilizar debiera tener un valor algo mayor.6. Tiempo de residenciaEn el caso de los SBR es posible distinguir dostiempos de residencia, segn si se considera el reactor lleno (TRHF) o en mnimo (TRH0):

7. Descarga de Lodos en Reactores SBR

El reactor producir, diariamente, una masa (ML) y un flujo volumtrico de lodos (QL) estar dado por:

Los parmetros asociados reportados en la literatura suelen estar en rangos ms bien estrechos;YX/Scae en el rango desde0,5a0,85(con un valor medio de0,74) mg de MLSS/mg DBO5;dLdepende de las propiedades del lodo particular y su rango est entre 0,5%y2%(con un valor ms probable de1%).

Esta descarga diaria se produce a intervalos, una vez en cada ciclo en cada reactor. As, el caudal de lodos en el momento de cada descarga, ser deQTL=QL(ND)(volumen de lodos descartados en cada etapa de descarga).

8. Descarga de efluente tratado

El volumen descargado en cada etapa:

Qd = VRF VRO = Qo/Nd

El caudal puntual de descarga de efluente tratado (mximo) se obtiene de:

dondetDEes el tiempo de duracin de la etapa de descarga,Q0,MAXes el flujo "peak" de tratamiento yQEFes el caudal (m3/Hr) puntual de descarga (mxima para diseo).

8. Diseo de los tiempos de las etapas de SBR

Cada ciclo de operacin de un reactor SBR tiene una duracin dada por elnmero diario de ciclos(ND):

Tiempo de llenado o carga.

En general, la carga durar1/NR(nmero de reactores) de la duracin de cada ciclo. El ciclo tiene una duracin de 24(Hrs/da) dividido por el nmero de ciclos (NC). As:

Tiempo de reaccin:

Tiempo de sedimentacin

Tiempo de descarga de efluente tratado

Tiempo de descarga de lodos.

OTROS DATOSConsumo energtico:Coste energtico medio:Alto - entre 1 y 2 kWh/kg DBO5

Observaciones:Depende de la capacidad del sistema. Para pequeas comunidades el consumo energtico puede estar cerca de 1 kWh por habitante equivalente y da. Para instalaciones mayores la demanda energtica especfica se reduce a valores cercanos a 0,1 kWh por habitante equivalente y da.

Necesidades de superficie: menor de 1 m2/habitante equivalente (he)

APLICACIONESSe han descrito aplicaciones con xito para aguas residuales municipales, industria vincola y destileras, aguas procedentes de lixiviados de vertederos, industrias de curtidos, aguas residuales hipersalinas, industria papelera, industria lctea, aguas residuales de matadero e industria ganadera porcina, entre otras.

Las aplicaciones ms novedosas son las relacionadas con aguas residuales de la industria textil, de la industria azucarera y de la industria qumica (conteniendo compuestos fenlicos , BTX, TNT, etc.).

El proceso de tratamiento biolgico es conocido como el proceso ms eficiente en cuanto a costo y a eficiencia de remocin de contaminantes orgnicos en aguas domsticas e industriales. El SBR ha sido exitosamente aplicado en USA y Canad en cientos de plantasRENDIMIENTO ESPERADOPARAMETRO RENDIMIENTODBO585 - 95%SST 85 - 95%Nitrgeno total Hasta el 100% de nitrificacin Hasta 90% de desnitrificacinFsforo Hasta el 100% DQO 80-90%Hidrocarburos totales 77 - 79.5%Compuestos fenlicos 87.5 - 92%CONDICIONES OPERATIVASCondiciones operativasTipo de Operacin: 6 a 14 horasPre-tratamiento:filtrado previoConsumo de reactivos:requiere oxgenoParmetros de operacinTemperatura:ambiente (15-40C)*Vida til:20 aos**

(*) La temperatura ideal est entre 35-37C(**) Vida til referida a los equipos y motores conun adecuado manejo de mantencin.

COSTOS ASOCIADOSCostosCosto de operacin: 0,35 USD/m3 incluyendo costos energticos de aireacin y costos de mantencin. (*)Costo de inversin: 251.000 USD/m3 para una capacidad de tratamiento de 50 m3/da.

Funcin de estimacin de costo: Costo Inversin (miles US$) con caudal de tratamiento Q (m3/d) Inv = 24,043*Q^0,6R^2= 1

Costo Tratamiento (US$/m3) con caudal de tratamiento Q (m3/d) C = 7,3701*Q^-0,8083R^2= 0,9752

COSTOS ASOCIADOSTabla de costos para diferentes caudales segn la EPA:*mgd: milln de galones por da

ALGUNOS EJEMPLOSProduccin de semillas de flores, prados, frutas y hortalizas Produccin en viveros; excepto especies forestales Cultivo y recoleccin de hongos, trufas y savia; produccin de jarabe de arce de azcar y azcar Cultivo de uva destinada a produccin de vino Cultivo de frutales en arboles o arbustos con ciclo de vida mayor a una temporada Cultivo de plantas cuyas hojas o frutas se utilizan para preparar bebidas Elaboracin de aceites y grasas de origen vegetal Elaboracin de piscosElaboracin de bebidas alcoholicas y de alcohol etilico a partir de sustancias fermentadas y otros Elaboracin de vinos Elaboracin de bebidas malteadas, cervezas y maltas Servicios de tratamiento de riles y aguas servidas y otras actividades de manejo de desperdicios Actividades de servicios relacionadas con la extraccin de petrleo y gas

Uso de Sistema SBR en una granja de cerdos

Esquema del Sistema SBR

ResultadosLa instalacin en la granja Hunt no inclua un sistema de manejo de bioslidos por lo que el exceso de biomasa y el agua residual depurada en la etapa de Decantacin fueron enviadas a la laguna primaria .

Se consiguen con este sistema eliminacin de fsforo , cobre y zinc, cuando se produjo buena sedimentacin: 80 90%.

ParmetroSin SlidosCon SlidosDQO64 %90 %TKN83 %84 %SST60 %90 %Caso de aplicacin en tratamiento de Efluentes de Fibra de MaderaLas industrias de fibra de madera producen grandes cantidades de aguas residuales, con un contenido de contaminantes como SS, DQO, color y turbiedad. Este estudio fue realizado en el Norte de Irn donde se localizan varias industrias de pulpa de papel.

Objetivo: investigar la eficiencia del SBR para este tipo de efluente. Considerando parmetros como DQO, Tr, y sus efectos en la eficiencia de remocin de DQO, turbiedad y SS del sistema.

Resultados

En Abril hubo un cierre de la fabrica por lo que el agua residual estaba bastante diluida.

TIPO DE TRATAMIENTORemocin de DQOSBRs92 %Sistema Anaerobio50 %Anaerobio- Aerobio y desarenador80%Lodos Activados65 %Eficiencia de Remocin de DQO en este estudio y en otros previos

GRACIAS