Modeling Of Uasb Reactor For Wastewater Treatment

MODELING OF A UASB REACTOR FOR WASTEWATER
TREATMENT

Andrés Cabezas
Royal Institute of Technology
Stockholm, Sweden

June 2007

ABSTRACT
A mathematical model is developed in order to describe the Anaerobic Wastewater
Treatment in a UASB (Up-Flow Anaerobic Sludge Bed Reactor) system; the model
describes biological and physical processes that take place inside the reactor. The model
includes thewater flow through the reactor, the mixing effect (dispersion), and the
degradation rate, which is assumed to be a first order reaction. The modeling is focused
in the study of dispersion in the reactor and mass transfer between the sludge-bed
particles and the organic matter dissolved in the bulk water. To describe the dispersion
effect on the performance of UASB reactor several relationshipstaken from the
literature were used; they address the influence of operational parameters on dispersion,
such as water flow regime and gas flow. The dimensionless Peclet number was used to
express the dispersion in the reactor. On the other hand, the kinetic constant was studied
by taking into account the sludge-bed particle as a biocatalyst. The estimation of
reaction rate constant value was done byconsidering the following: the particle size,
particle effective diffusivity, water flow regime, and mass transfer coefficient between
the particle surface and bulk water.
An analysis of the parameters values used in the empirical relationships was developed
to establish its applicability range in the simulations. Several simulations were done to
study the influence of the main parameters on thetreatment. The values for these
parameters were taken from experimental works. The results of simulations were in
agreement with the literature data.

Keywords: Anaerobic Wastewater Treatment; Up flow Anaerobic Sludge Bed Reactor;
Mathematical modeling; Dispersion; Reaction rate constant

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RESUMEN
Un modelo matemático es formulado a fin de describir el Tratamiento Anaeróbico de
Aguas Residualesen un sistema RALLFA (Reactor Anaeróbico de Lechos de lodos de
Flujo Ascendente), el modelo describe los procesos tanto físicos como biológicos que
tienen lugar dentro del reactor. El mencionado modelo incluye el flujo de agua residual
a través del reactor, el efecto de agitación (dispersión), y la velocidad de degradación, la
cual asumimos que es de primer orden. El modelo está enfocado en elestudio de la
dispersión en el reactor y la transferencia de masa entre las partículas de lodo y la
materia orgánica disuelta en el agua residual. Con el objeto de describir el efecto de la
dispersión en el funcionamiento de un reactor RALLFA, se usaron varias expresiones
de la literatura, las cuales relacionan la influencia de parámetros operacionales en la
dispersión, tales como régimen de flujo yflujo de gas. El número de Peclet (número
adimensional) fue utilizado para describir la dispersión en el reactor. Por otro lado, la
constante de reacción se estudió tomando en cuenta el tamaño de las partículas de lodo,
la difusividad efectiva de la partícula, el régimen de flujo y el coeficiente de
transferencia de masa entre la superficie de la partícula y el agua residual.
Un análisis de losparámetros usados en las ecuaciones empíricas fue efectuado para
establecer los rangos de aplicabilidad de los mismos en las simulaciones. Algunas
simulaciones se realizaron para estudiar la influencia de los parámetros más importantes
en el tratamiento de las aguas residuales. Los valores de los mencionados parámetros
fueron tomados de la literatura basados en trabajos experimentales. Losresultados de
las simulaciones estuvieron acordes a los valores de la literatura

Palabras claves: Tratamiento Anaeróbico de Aguas Residuales; Reactor Anaeróbico de
Lecho de lodos de Flujo Ascendente; Modelación Matemática; Dispersion; Constante de
velocidad de reacción

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EXECUTIVE SUMMARY
The study of Anaerobic Technologies as a new alternative for wastewater treatment is
encouraged all over the...