• Author / Uploaded
• Taisto Hernández

• Categories
• Biogás
• Agua subterránea
• Digestión anaeróbica
• Metano
• Agua

Citation preview

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco

“Biodigestores y Tipos de Agua”

“Ingeniería Ambiental”

Presentan: Arciga Yacuta Luis Ángel Arias Ramírez Oscar Luis Barragán Hernández Juan Luis Govea Martínez Marco Antonio Hernández Flores Taisto Alfredo Ramírez de Santiago Jair

Grupo: 9MV3

Profesora: Ing. Lilian Viridiana Martínez García.

Índice. Índice de Figuras. ................................................................................................................... 5 I Biodigestores. ....................................................................................................................... 6 I.1 Factores que afectan la biodigestión. ............................................................................. 6 I.2 Procesos Biológicos Aerobios. ...................................................................................... 7 I.3 Procesos Biológicos Anaerobios. .................................................................................. 8 I.4 Biodigestores Aerobios. ................................................................................................ 8 I.5 Biodigestores Anaerobios. ............................................................................................. 9 I.6 Biogás. ......................................................................................................................... 11 II Tipos de agua. ................................................................................................................... 12 II.1 Agua Potable. ............................................................................................................. 12 II.2 Agua Salada. .............................................................................................................. 12 II.3 Agua Salobre. ............................................................................................................. 12 II.4 Agua Dulce. ................................................................................................................ 12 II.5 Agua Dura. ................................................................................................................. 12 II.6 Agua Blanda. .............................................................................................................. 13 II.7 Aguas Negras. ............................................................................................................ 13

2|Página

II.8 Aguas Grises. ............................................................................................................. 13 II. 9 Aguas Residuales. ..................................................................................................... 13 II.10 Aguas Residuales Municipales................................................................................. 13 II.11 Agua Bruta. .............................................................................................................. 13 II.12 Aguas Muertas. ........................................................................................................ 14 II.13 Agua Alcalina. .......................................................................................................... 14 II.14 Agua Capilar. ........................................................................................................... 14 II.15 Agua de Adhesión. ................................................................................................... 14 II.16 Agua de Desborde. ................................................................................................... 14 II.17 Agua de Formación. ................................................................................................. 14 II.18 Agua de Gravedad. ................................................................................................... 14 II.19 Agua de Suelo. ......................................................................................................... 15 II.20 Agua Disfórica. ........................................................................................................ 15 II.21 Agua Estancada. ....................................................................................................... 15 II.22 Agua Fósil. ............................................................................................................... 15 II.23 Agua Freática. .......................................................................................................... 15 II.24 Agua Funicular. ........................................................................................................ 15

3|Página

II.25 Agua Superficial. ...................................................................................................... 15 II.26 Agua Magmática. ..................................................................................................... 16 II.27 Agua Vadosa. ........................................................................................................... 16 II.28 Agua Subterránea. .................................................................................................... 16 III Bibliografía. ..................................................................................................................... 17

4|Página

Índice de Figuras. Fig. I.1 Diagrama del funcionamiento de un biodigestor aerobio. ......................................... 9 Fig. I.2 Biodigestor anaerobio. ............................................................................................. 10

5|Página

I Biodigestores. El biodigestor es una estructura en la cual se fermentan excretas de animales o incluso del ser humano y algunos desechos orgánicos, resultado de esto se obtiene un gas llamado Biogás, que además es un buen fertilizante líquido que sale al final del proceso. El gas puede utilizarse para cocinar, calentar agua, iluminar, generar electricidad. Existen en la actualidad varios tipos de biodigestores que dependen en función a su frecuencia de cargado, o sea, la frecuencia con la que se introduce materia a descomponer. Cada uno posee diferentes ventajas y desventajas. A partir de su frecuencia de cargado, se pueden identificar 3 principales tipos: - Discontinuo. - Semi-Continuo. - Continuo. Discontinuo: Se cargan una sola vez y se retira cuando ya se ha dejado de producir gas, sólo entonces se renueva de materia orgánica. Se usa cuando la disponibilidad de materia orgánica es limitada o intermitente Semi-Continuo: Se cargan en lapsos cortos como de 12 horas, 1 vez al día, o cada dos días, se utiliza cuando la disponibilidad de materia orgánica es constante en los días. Continuo: Se cargan continuamente, y principalmente tienen la finalidad de tratamiento de aguas negras, así como de producción a gran escala; asimismo, implementa el uso de alta tecnología para el control. Es sobre todo de corte industrial.

I.1 Factores que afectan la biodigestión. Existen varios factores que afectan o determinan el comportamiento y la eficacia del proceso de biodigestión, entre ellos se encuentran los siguientes: - Temperatura. - Concentración de sólidos totales y sólidos volátiles. - PH. - Tiempo de retención. 6|Página

- Sustancias inhibidoras de la reacción. - Alcalinidad. - Agitación. Independientemente a lo anterior, existen 2 tipos de biodigestores, que en relación a su principio de funcionamiento, se clasifican de la siguiente forma: - Biodigestores Aerobios. - Biodigestores Anaerobios. Antes de ahondar en cada uno de ellos, es importante tener en cuenta los procesos con los que trabajan los biodigestores.

I.2 Procesos Biológicos Aerobios. Son los procesos realizados por diversos grupos de microorganismos, principalmente bacterias y protozoos que, en presencia de oxígeno, actúan sobre la materia orgánica disuelta, transformándola en productos finales inocuos y materia celular. La fórmula general del proceso de digestión aerobia es la siguiente: Materia Orgánica + O2 + Microorganismos + nutrientes →CO2+ agua + Materia Orgánica + Microorganismos + NH4+ P. Los procesos biológicos aerobios se dividen en 2 grandes grupos: - Procesos de fangos activados. - Procesos de película fija. Procesos de fangos activados: En estos procesos, el cultivo se mantiene en suspensión. Procesos de película fija: En estos procesos, los microorganismos se mantienen adheridos en un material de soporte.

7|Página

I.3 Procesos Biológicos Anaerobios. Es el proceso en el que una comunidad entrelazada de bacterias cooperan para formar una fermentación estable, autorregulada, que convierte materia orgánica residual en una mezcla de principalmente metano y dióxido de carbono. Es un proceso microbiano que incluye microorganismos metano bacteriáceo que degradan la materia orgánica en ausencia de oxígeno.

Los alimentos principales de las bacterias anaeróbicas son el carbono (en la forma de carbohidratos), y el nitrógeno (en proteínas, nitratos, amoniaco, etc.). El carbono se utiliza para obtener energía y el nitrógeno para la construcción de estructuras celulares.

I.4 Biodigestores Aerobios. Un biodigestor aerobio, es un dispositivo en el cual tiene lugar la digestión de materia orgánica en presencia de aire u oxígeno. El tratamiento aerobio prologando (oxidación total), se ha desarrollado en los últimos 10 años como medio para oxidar vertidos orgánicos. El proceso consiste en una trituración de vertidos, un largo periodo de aleación (1 a 3 días), precipitación final de los fangos y retorno de los fangos precipitados al tanque de aeración. No hay necesidad de sedimentación primaria (asentamiento de solidos) o digestión de los fangos; pero el sistema de aeración debe ser amplio, proporcional al periodo de aeración requerido. El proceso de oxidación total es particularmente útil en pequeñas instalaciones, puesto que no requiere una supervisión especial, se producen pequeñas dificultades si los fangos flotan, aunque el periodo de retención es relativamente corto. De hecho, puesto que los sólidos que resultan en este proceso son principalmente bajos volátiles (que se convierten en gases o aire) y por lo tanto altos en cenizas, la velocidad de precipitación es muy rápida. Es continua y muy rápida en comparación con la práctica normal de los fangos activos, aunque produce pocos fangos residuales, cabe mencionar que tiene la desventaja de requerir, aproximadamente, tres veces la cantidad de aire de las plantas convencionales de fangos activos y de dejar salir algunos fluidos, pero por otra parte, necesita muy poco trabajo de mantenimiento y está bien preparado para las descargas súbitas de operación industriales. En la Fig. I.1, se puede apreciar un diagrama del proceso de digestión en un biodigestor aerobio.

8|Página

Fig. I.1 Diagrama del funcionamiento de un biodigestor aerobio.

I.5 Biodigestores Anaerobios. El fango extraído en depuradoras, los residuos ganaderos y todo tipo de materia orgánica pueden ser tratados mediante digestión anaerobia (también llamada metanización) en un reactor donde se produce la descomposición de la materia orgánica en un ambiente anaerobio, es decir en ausencia de oxígeno, una vez digerido el fango es enviado para su secado. La reducción de la materia orgánica en un digestor anaerobio produce un biogás rico en metano, con alto poder energético que puede ser utilizado como fuente energética. El digestor es básicamente es un cilindro o contenedor sellado, por donde entran las materias a tratar, convenientemente humedecidas. Dentro no hay oxígeno y las bacterias anaerobias se multiplican y procesan la materia orgánica, produciendo gas metano. Los biodigestores están construidos de manera tal, que los residuos se quedan allí bajo condiciones anaerobias por lo menos 40 días. Después el agua pasa por camas de oxigenación, antes de ser utilizada para el riego de los cultivos, enriquecida con importantes nutriente. Existen muchas variaciones de éste diseño. Unos modelos producen gas metano para el uso doméstico. Hay diseños para granjas de vacas o cerdos, que procesan todo el estiércol. Alrededor de un tercio de los residuos municipales y una parte importante de los residuos industriales contienen materia orgánica. Gran cantidad de estos residuos se pueden aprovechar en las plantas de digestión anaerobia, también llamadas plantas de biogás, para la generación de energía renovable. 9|Página

Los microorganismos son quienes llevan a cabo el proceso biológico, que constituye la base de este tratamiento anaerobio (en ausencia de oxigeno). Se producen diariamente unos 400 litros de gas por Kg de estiércol, con un tiempo medio de retención de unos 40 días. En la digestión participan multitud de cepas bacterianas cuya composición viene determinada por las condiciones existentes dentro del digestor (residuos que alimentan la planta, temperatura, valor del pH, etc.) La materia orgánica se descompone en varios pasos hasta que se obtiene el producto final, el biogás, que es una mezcla de dióxido de carbono (CO2) y de metano (CH4). El proceso de la biodigestión anaerobia involucra siempre 4 tipos de bacterias, las hidrolíticas, que producen ácido acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos orgánicos y otros compuestos policarbonatos; las acetogénicas, productoras de hidrógeno; las homoacéticas, que pueden convertir una cantidad considerable de compuestos multicarbonados o monocarbonados en ácido acético; y las metanogénicas, que son productoras de gas metano. A parte del biogás se genera una mezcla de agua, de materia orgánica no degradada (sobretodo sustancias que contienen lignina de madera) y de materia inorgánica (arena, trozos de tierra, sales u otros minerales), que puede utilizarse como abono sin los inconvenientes del estiércol fresco o la materia orgánica sin tratar. En la Fig. I.2, se aprecia el diagrama de un biodigestor del tipo anaerobio.

Fig. I.2 Biodigestor anaerobio.

10 | P á g i n a

I.6 Biogás. Se denomina biogás, al gas que se produce mediante un proceso metabólico de descomposición de la materia orgánica sin la presencia del oxígeno del aire. Este biogás es combustible y tiene un valor calórico de 4,700 a 5,500 Kcal/m3. El biogás, constituido básicamente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), es un combustible que puede ser empleado de la misma forma que el gas natural. También puede comprimirse para su uso en vehículos de transporte, debiéndose eliminar primero su contenido de CO2.

11 | P á g i n a

II Tipos de agua. Independientemente de su composición, el agua se clasifica en distintos tipos, como se muestra a continuación.

II.1 Agua Potable. Es agua que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades.

II.2 Agua Salada. Es agua en la que la concentración de sales es relativamente alta (más de 10 000 mg/l).

II.3 Agua Salobre. Agua que contiene sal en una proporción significativamente menor que el agua marina. La concentración del total de sales disueltas está generalmente comprendida entre 1000 - 10 000 mg/l. Este tipo de agua no está contenida entre las categorías de agua salada y agua dulce.

II.4 Agua Dulce. Es agua natural con una baja concentración de sales, generalmente considerada adecuada, previo tratamiento, para producir agua potable.

II.5 Agua Dura. Agua que contiene un gran número de iones positivos. La dureza está determinada por el número de átomos de calcio y magnesio presentes. El jabón generalmente se disuelve mal en las aguas duras.

12 | P á g i n a

II.6 Agua Blanda. Agua sin dureza significativa.

II.7 Aguas Negras. Agua de abastecimiento de una comunidad después de haber sido contaminada por diversos usos. Puede ser una combinación de residuos, líquidos o en suspensión, de tipo doméstico, municipal e industrial, junto con las aguas subterráneas, superficiales y de lluvia que puedan estar presentes.

II.8 Aguas Grises. Aguas domésticas residuales compuestas por agua de lavar procedente de la cocina, cuarto de baño, fregaderos y lavaderos.

II. 9 Aguas Residuales. Fluidos residuales en un sistema de alcantarillado. El gasto o agua usada por una casa, una comunidad, una granja o una industria, que contiene materia orgánica disuelta o suspendida.

II.10 Aguas Residuales Municipales. Residuos líquidos originados por una comunidad, formados posiblemente por aguas residuales domésticas o descargas industriales.

II.11 Agua Bruta. Agua que no ha recibido tratamiento de ningún tipo o agua que entra en una planta para su tratamiento.

13 | P á g i n a

II.12 Aguas Muertas. Agua en estado de escasa o nula circulación, generalmente con déficit de oxígeno.

II.13 Agua Alcalina. Agua cuyo pH es superior a 7.

II.14 Agua Capilar. Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático debido a la capilaridad.

II.15 Agua de Adhesión. Agua retenida en el suelo por atracción molecular, formando una película en las paredes de la roca o en las partículas del suelo.

II.16 Agua de Desborde. Agua que se inyecta a través de una fisura en una capa de hielo.

II.17 Agua de Formación. Agua retenida en los intersticios de una roca sedimentaria en la época en que ésta se formó.

II.18 Agua de Gravedad. Agua en la zona no saturada que se mueve por la fuerza de gravedad.

14 | P á g i n a

II.19 Agua de Suelo. Agua que se encuentra en la zona superior del suelo o en la zona de aireación cerca de la superficie, de forma que puede ser cedida a la atmósfera por evapotranspiración.

II.20 Agua Disfórica. Agua pobre en nutrientes y que contiene altas concentraciones de ácido húmico.

II.21 Agua Estancada. Agua inmóvil en determinadas zonas de un río, lago, estanque o acuífero.

II.22 Agua Fósil. Agua infiltrada en un acuífero durante una antigua época geológica bajo condiciones climáticas y morfológicas diferentes a las actuales y almacenada desde entonces.

II.23 Agua Freática. Agua subterránea que se presenta en la zona de saturación y que tiene una superficie libre.

II.24 Agua Funicular. Agua presente en los mayores poros que rodea las partículas del suelo formando, en los puntos de contacto con dichas partículas, anillos que se fusionan entre ellos.

II.25 Agua Superficial. Toda agua natural abierta a la atmósfera, como la de ríos, lagos, reservorios, charcas, corrientes, océanos, mares, estuarios y humedales.

15 | P á g i n a

II.26 Agua Magmática. Agua impulsada hasta la superficie terrestre desde gran profundidad por el movimiento ascendente de rocas ígneas intrusivas.

II.27 Agua Vadosa. Cualquier agua que aparece en la zona no saturada.

II.28 Agua Subterránea. Agua que puede ser encontrada en la zona saturada del suelo, zona formada principalmente por agua. Se mueve lentamente desde lugares con alta elevación y presión hacia lugares de baja elevación y presión, como los ríos y lagos.

16 | P á g i n a

III Bibliografía. [1] López, C. & López, O. (2009). Diseño, construcción y puesta en operación de un biodigestor anaerobio continuo para el laboratorio de ingeniería química de la facultad de ciencias químicas de la universidad veracruzana. Tesis de licenciatura, Universidad Veracruzana, Facultad de Ciencias Químicas, Veracruz, México. [2] Castells, J. (1997) Procesos Biológico. La digestión Anaerobia y aerobia compostaje: Tratamiento de aguas. D.F., México: Editorial Limusa. (pp. 190). [3] Nelson, L. (1998). Tratamiento de vertidos Industriales y peligrosos. D.F., México: Editorial Díaz Santos. (pp. 171). [4] Emison (2014). Digestores Anaerobios. Recuperado de: www.emison.com/digestores.htm

17 | P á g i n a