El reactor secuencial discontinuo “Sequencing Batch Reactor (SBR)”, está hecho en metacrilato transparente con forma cilíndrica y tiene un volumen útil de 7 litros. La parte superior del reactor es cerrada con el objetivo de minimizar la pérdida de gases y la reaireacción del sistema. Para controlar la temperatura del proceso el reactor se ubica dentro de una cámara termostática.
El reactor dispone de una entrada en la parte inferior para el ingreso del afluente y una salida en la parte lateral intermedia. Para controlar y asegurar los volúmenes máximos y mínimos de agua residual en el reactor, el sistema tiene dos sensores de nivel.
El llenado se realiza por acción de una bomba peristáltica automatizada, y el vaciado por gravedad mediante la apertura de una electroválvula situada en la conducción de salida. Para dosificar el nitrato (N-NO3) al inicio de cada ciclo de operación se utiliza un dosificador de alta precisión modelo Liquino 711 (Metrohm). En la Figura 30 se observa el diagrama general del reactor.
La completa homogeneización del fango en el interior del reactor se consigue mediante un agitador mecánico de 50 Hz y 35 – 2800 rpm (velocidad de giro controlada por un regulador de potencia para minimizar la transferencia de oxígeno desde la fase gas a la fase líquida del tanque) marca Heidolph.
Para monitorizar las variables del proceso se emplearon electrodos marca Consort de pH, redox (ORP) y temperatura (T). Para medir la concentración
de oxígeno disuelto (OD) se empleó un oxímetro modelo Oxi 340 de la marca WTW. El oxígeno era monitorizado con el objetivo de garantizar las condiciones anóxicas del reactor. La información obtenida de los electrodos se lee a través de un software de control y adquisición de datos. La información de todas las sondas, excepto la de la sonda de oxígeno disuelto, era transmitida al ordenador a través de un analizador multiparamétrico modelo C832 de la marca Consort. Los registros de las variables monitorizadas eran almacenados cada 30 segundos para su posterior análisis.
Figura 30. Esquema y fotografía del montaje experimental del reactor SBR.
La principal característica de la operación de un SBR es su flexibilidad y posibilidad de retener biomasa, lo cual es fundamental para la puesta en marcha de procesos en los que intervienen organismos. Además, las variaciones de las variables (pH, ORP, etc.) se muestran de forma más acusada que operando el sistema en continuo y permiten una mejor interpretación de la información obtenida.
El procedimiento experimental seguido en este estudio a escala laboratorio se menciona a continuación:
Selección de parámetros de operación
Puesta en marcha
Operación y seguimiento del proceso
Análisis de resultados
Dentro de la selección de los parámetros de operación se fijaron las condiciones iniciales de operación (temperatura (T), pH, concentración de oxígeno disuelto (OD), tiempo de retención celular (TRC) y tiempo de retención hidráulico (TRH)). Las ecuaciones utilizadas para calcular el TRC (Ec. 20) y TRH (Ec.21) se describen a continuación:
T𝑅𝐻: 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝑄𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒∗ 𝑇𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 Ec. 20 T𝑅𝐶:𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝑄𝑝𝑢𝑟𝑔𝑎 ∗ 𝑇𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 Ec. 21
La puesta en marcha consistió en inocular el reactor con 7 litros de fango procedente del reactor aerobio de la EDAR del Carraixet. Se fijaron 4 ciclos al día, cada ciclo con una duración total de 6 horas. El TRC fue de 20 días teniendo en cuenta que el efluente proviene de un reactor de membranas, es decir libre de sólidos, y el TRH se mantuvo en 19 h. Esta distribución se realizó teniendo en cuenta las experiencias obtenidas en otros estudios, desarrollados en el grupo de investigación (Aguado et al., 2009; Acevedo et
al., 2012). A continuación se describen cada una de las etapas que componen
el ciclo.
Una etapa de llenado, con una duración total de 6 minutos que equivale al 1,6% del tiempo total del ciclo. Una etapa anóxica con una duración total de 5,2 horas, donde se llevaba a cabo el proceso de desnitrificación y que equivale al 86% del ciclo total. Una etapa de decantación con una duración total de 33 min equivalente al 9,2% del tiempo total y finalmente, se procedía a la etapa de vaciado (1,8 litros) del sobrenadante con una duración total de 6 min., equivalente a un 1,6% del tiempo total del ciclo quedando el
reactor listo para un nuevo ciclo (Figura 31). Las variables de operación del SBR se muestran en la Tabla 7.
Figura 31. Etapas durante un ciclo de operación. Tabla 7. Variables de operación del reactor SBR.
Reactor SBR
Ciclos 4/día
Duración etapa anóxica 5,2 h
Decantación 33 min
T 20 ºC
OD < 1mg·l-1
TRC 20 días
TRH 19 h
El reactor estaba ubicado dentro de una cámara termostática que permitió mantener la temperatura del sistema entre 20-22ºC. El afluente era traído diariamente de la planta SAnMBR y se almacenaba en nevera a 5°C en un bidón de 25 litros con el fin de minimizar su degradación y la volatilización de los gases disueltos.
Diariamente se extraía del reactor un volumen de fango correspondiente a la purga de acuerdo al TRC fijado (Ec.20). La limpieza del reactor y la calibración de las sondas se realizaban sistemáticamente una vez por semana.
La operación y seguimiento del proceso fue realizado mediante la monitorización de las distintas sondas de pH, conductividad, ORP, T y OD instaladas en el reactor, así como las analíticas realizadas a los distintos parámetros que garantizaban el correcto funcionamiento del proceso biológico: amonio, nitrato, nitrito, fosfato, sulfato, sulfuro, ácido acético y metano disuelto (apartado 3.4).