Regresar

Hydrodynamic assessment of different UASB reactor’s influent distribution systems to improve granulation

Abstract:

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales son implementados para eliminar contaminantes de las aguas residuales antes de su descarga en los cuerpos de agua receptores. Las aguas residuales pueden afectar negativamente el ecosistema de un cuerpo de agua receptor si no se brinda el tratamiento adecuado. A pesar de su importancia, alrededor del mundo se ha logrado tener una reducida cobertura de tratamiento de aguas residuales, debido a los sus altos costos de construcción y operación. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, alrededor del 80% de la generación mundial de aguas residuales se vierte al medio ambiente sin ningún tratamiento, especialmente en los países de bajos ingresos. Los tratamientos biológicos anaeróbicos de aguas residuales pueden ser una potencial solución para reducir los costos de tratamiento. Las tecnologías anaeróbicas ofrecen ventajas sobre las tecnologías competidoras, como el requerimiento de uso de suelo, reactores de pequeño volumen, reducida producción de lodos residuales y la capacidad de recuperar energía a través de la captura de metano. La tecnología anaeróbica más extendida en todo el mundo es el reactor anaerobio de flujo ascendente o UASB. El UASB utiliza un flujo ascendente para producir lodos granulares capaces de tratar altas cargas orgánicas. Aunque existe una amplia información sobre la microbiología de estos gránulos y su eficiencia en el tratamiento de diferentes tipos de aguas residuales, se requiere más investigación para comprender mejor la relación entre la formación de gránulos y la hidrodinámica del reactor. La hidrodinámica de flujo, controlada casi en su totalidad por el sistema de distribución de afluentes o IDS, es pieza clave a considerar durante el diseño del reactor UASB, pues controla la distribución del sustrato dentro del reactor y está directamente relacionada con la formación de zonas de flujo estancadas y cortocircuitadas. El papel del IDS es crítico especialmente en la etapa de puesta en marcha del reactor, durante la formación del lodo granular. Esta tesis tuvo como objetivo avanzar en la comprensión del impacto de la hidrodinámica de flujo en la operación y eficiencia del reactor UASB durante la etapa de puesta en marcha. La investigación se dividió en dos etapas principales. Durante la primera etapa se modeló físicamente el reactor utilizando un reactor escalado con similitud dinámica de Froude y se desarrolló un sistema automatizado para pruebas de trazador. Este sistema permitió determinar la importancia de controlar la conductividad del agua de prueba, la variación de temperatura y la tensión superficial durante las pruebas de trazador. Durante la segunda etapa se modeló numéricamente la hidrodinámica del reactor utilizando dinámica de fluidos computacional (DFC). Inicialmente, la investigación se centró en encontrar el modelo de cierre de turbulencia que mejor reproducía la hidrodinámica del reactor UASB. Así, las simulaciones DFC se llevaron a cabo utilizando el modelo k-epsilon realizable para evaluar el volumen potencial de generación de gránulos para configuraciones IDS comúnmente utilizadas en la literatura. Las simulaciones confirmaron que la configuración IDS recomendada por las guías de diseño tiene un alto rendimiento al reducir las zonas de flujo estancadas y cortocircuitadas. Esta investigación propuso una nueva configuración IDS que generó un volumen de granulación 22% mayor que la configuración IDS recomendada, lo que podría reducir el tiempo de puesta en marcha del reactor UASB. La investigación demuestra el potencial del uso de técnicas físicas y numéricas como base para el enfoque de diseño basado en modelos para resolver problemas específicos de los reactores UASB, un enfoque que podría extrapolarse a otros tipos de reactores.