University of Illinois Extension
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Bioreactores, control de la napa freática y calidad del agua

Diseño de bioreactores

La magnitud del flujo del bioreactor en combinación con los factores de diseño como la porosidad del medio y el volumen de flujo del bioreactor dictan el tiempo de estancia en el reactor. Los tiempos de estancia muy cortos suelen no ser suficientes para reducir la cantidad del oxígeno disuelto en el agua entrante a un nivel que de lugar al proceso de desnitrificación mientras que los tiempos de estancia muy prolongados serían ideales para la remoción de NO3 pero también darían lugar a las condiciones del potencial de reducción de la oxidación (ORP) indicativas de procesos no deseables como la reducción del sulfato (Blowes et al., 1994; Robertson and Cherry, 1995; Robertson and Merkley, 2009; Van Driel et al., 2006b) y la metilación del mercurio (Hudson and Cooke, 2011). Christianson, Laura Elizabeth, "Design and performance of denitrification bioreactors for agricultural drainage" (2011). Graduate Theses and Dissertations. Paper 10326. http://lib.dr.iastate.edu/etd/10326.

El tiempo de estancia del agua en el bioreactor cambia en base a las temperaturas. Chun et. al (2010) notaron una reducción del 55% en la carga de nitratos con un tiempo de estancia de 3 horas mientras que Christianson et al. (2011) informaron una reducción de entre el 30 y el 70 % con tiempos de estancia de entre 4 a 8 horas.

Las temperaturas más bajas reducen la actividad microbiana lo que reduce los procesos de desnitrificación.

El Dr. Richard Cooke, de la Universidad de Illinois, recomienda el diseño de sistemas que remuevan entre el 50% y el 80% de la carga de nitratos en base al flujo de las tuberías que no debe excederse el 90% del tiempo.

En la Universidad de Illinois se estableció una curva de diseño que se utilizó para desarrollar criterios de ingeniería para el diseño de bioreactores.

Lake Decatur and Lake Bloomington Watersheds

Lake Decatur and Lake Bloomington Watersheds


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Richard Cooke y N.L. Bell desarrollaron un programa interactivo de diseño de bioreactores en la Universidad de Illinois que está disponible a través de la Guía de drenaje de Illinois.

El siguiente es un ejemplo del programa de diseño de bioreactores:

bioreactor design program

Primero se ve la pantalla de inicio que presenta información sobre la superficie a drenar, las propiedades de las virutas de madera, la altura de las entradas y salidas del bioreactor, el tamaño del bioreactor y el tiempo de estancia del agua en el bioreactor que puede optimizarse.

bioreactor design program

La siguiente pantalla muestra el costo de la remoción de nitratos en base al costo de las virutas de madera, las estructuras, la instalación y la cantidad de nitratos removidos.

bioreactor design program

Puede emplearse una subrutina para mostrar el tiempo de estancia crítico (rojo) y el tiempo de estancia basado en lo que fijan los maderos de detención (azul). Cuando el tiempo de estancia es menor que el tiempo crítico (línea azul debajo de la roja), hay menos cantidad de nitratos desalojados.

bioreactor design program

Once basic bioreactor information has been put into the program, a report can be printed that gives detailed instructions on proper bioreactor construction for nitrate removal and tile drainage efficiency.

bioreactor design program