Los
reactores biológicos utilizados para el tratamiento de aguas residuales pueden
ser divididos en dos grandes grupos en base a tipo de crecimiento
microbiano:
1.
De lecho fijo, formando biopelículas.
2.
De crecimiento libre o suspendido.
En
los primeros la biomasa está constituida por bacterias formando una película
sobre un soporte inerte, mientras que los segundos dependen de que los
microorganismos formen gránulos o flóculos en el reactor. Las bacterias que
crecen en suspensión deben de formar estructuras que las permitan permanecer en
el reactor y no ser lavadas con el efluente, y la eficiencia del proceso
depende en buena parte de la capacidad del inóculo (lodos/residuos) para
formarlas.
REACTORES CON LA BIOMASA NO UNIDA A SOPORTE
- Reactor de mezcla completa (CSTR).
- Reactor de contacto (ACP).
- Reactor anaerobio de flujo ascendente con lecho/manto de lodos (UASB).
- Reactor anaerobio por lotes en serie (ASBR).
- Reactor anaerobio con deflectores (ABR).
REACTORES CON LA BIOMASA UNIDA A SOPORTE
- Filtros anaerobios (AF).
- Biodiscos (ARBC).
- Reactores de contacto con soporte (CASBER).
- Reactores de lecho fluido y lecho expandido (FB/EB).
REACTORES CON LA BIOMASA NO UNIDA A SOPORTE
- Reactor de mezcla completa (CSTR).
Un
reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente
agitada de tal manera que se considera como una mezcla completa y, por lo
tanto, se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del
reactor. La ecuación de diseño de un reactor de mezcla completa es:
Siendo
V, el volumen del reactor, FAo, el flujo molar del reactivo límite, τ, el tiempo espacial, CAo,
la concentración del reaccionante A en la corriente de entrada, XA, la
conversión de A y rA, la velocidad de reacción de A.
La
velocidad de una reacción no catalítica depende de la concentración de
reaccionante. Con respecto al reaccionante A, la ecuación de velocidad de
reacción se expresa de la siguiente manera
Siendo
k, la constante específica de velocidad de reación, n, el orden cinético de la
reacción y CA, la concentración de reaccionante
El
orden de una reacción se determina experimentalmente y la constante de
velocidad de reacción depende de la temperatura de la reacción y se puede
calcular con la ecuación de Arrhenius, de la forma
Siendo
A, el factor pre-exponencial, E, la energía de activación, T, la temperatura en
escala absoluta y R, la constante universal de los gases.
Para
simular un reactor CSTR con reacción de tipo cinético cuya velocidad depende
solamente de la concentración de uno de sus reaccionantes, el número de
variables que se requieren para una especificación completa es de seis. Las
variables que usualmente, se especifican son el flujo calórico en la corriente
de energía, la caída de presión en el tanque y el volumen del reactor, además
de la energía de activación, el factor pre-exponencial y el orden de la
reacción.
Reactor
de mezcla completa (CSTR): Es el digestor anaerobio
más simple, en general consta de un tanque dotado de un mecanismo de agitación
que garantice un mezclado que haga que toda la masa reaccionante sea
uniforme en sus propiedades. En este caso, el TRH es también igual al TRS.
Para
un tratamiento efectivo del influente, este tipo de reactores requiere
largos TRH, ya que carecen de medios específicos de retención de la
biomasa activa. Con la reducción del TRH en un digestor de mezcla
completa, la cantidad de microorganismos dentro del digestor también disminuye,
ya que son lavados con el efluente. El tiempo de retención hidráulico crítico
(TRC) se alcanza cuando las bacterias son extraídas del reactor a una
velocidad mayor ala que éstas se reproducen. Dado que las bacterias
formadoras de metano son de más lento crecimiento que las bacterias
formadoras de ácidos, las primeras son consideradas como el componente
limitante en el proceso de digestión anaerobia. Necesitan largos TRS (y,
por lo tanto, largos TRH), con valores mínimos alrededor de 3 a
5 días a 35 °C. Para asegurar el funcionamiento del proceso, los TRH
suelen variar entre 10 y 30 días a 35 °C.
Las
características operacionales de este proceso son:
- Densidad de carga orgánica (Kg DQO/m3/día): 1 - 6.
- Concentración en el interior (g SSV/l): 2 - 5.
- Concentración en el efluente (g SS/l): 25 - 100.
- Tiempo de retención hidráulico (días): 10 - 30.
- Tiempo de arranque (días): 30 - 90.
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