FT-BIO-003

FT-BIO-003
FICHAS TÉCNICAS DE PROCESOS UNITARIOS
DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS
DE LA INDUSTRIA TEXTIL
LECHOS BACTERIANOS
SERIE: TRATAMIENTOS SECUNDARIOS TÍTULO
LECHOS BACTERIANOS (FT-BIO-003) Fecha de elaboración
Mayo de 2015
Revisión vigente
LECHOS BACTERIANOS
LECHOS BACTERIANOS (FT-BIO-003)
Fecha
Mayo de 2015
Autores
Alfredo Jácome Burgos
Joaquín Suárez López
Pablo Ures Rodríguez
FT-BIO-003 LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
1.1.- Clasificación de los lechos bacterianos
2.- DESCRIPCIÓN
3.- DISEÑO
3.1.- Parámetros de diseño
3.2.- Criterios de diseño
3.3.- Intensidad de la aplicación (SK)
3.4.- Aireación forzada
3.5.- Producción de lodos
4.- DECANTACIÓN SECUNDARIA
5.- CONDICIONES TÉCNICAS PARTICULARES
6.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL
7.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
8.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
ANEXO 1.- ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ANEXO 2.- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
Pág. 1 de 19
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 2 de 19
1. - INTRODUCCIÓN
El principio de funcionamiento de un lecho bacteriano (llamado también filtro percolador) consiste en que un agua
residual pre-tratada o decantada, atraviesa por un lecho filtrante sobre el cual se ha desarrollado y adherido un
cultivo bacteriano llamado biopelícula. El agua residual así irrigada sobre el material filtrante (o relleno), entra en
contacto con la biomasa dando lugar a la degradación la contaminación. Las materias en suspensión y coloidales
presentes en el agua residual se aglomeran y son adsorbidas por la biopelícula. Entre otras, los lechos bacterianos
presentan las siguientes características ventajosas:




funcionamiento estable
suelen ser sencillos de explotar
a diferencia de los procesos de biomasa en suspensión, no requieren recirculación o retorno de lodos
la demanda energética es inferior a la de los procesos de biomasa en suspensión
El objetivo de esta instrucción es presentar los criterios para el diseño de lechos bacterianos para la eliminación de
materia orgánica.
1.1.- Clasificación de lechos bacterianos
Se clasifican en función de la carga hidráulica y orgánica. Pueden clasificarse: baja, media, alta o muy alta carga
(Tabla 1).
1.1.1.- Baja carga
Se diseñan para carga hidráulica de 1.1 a 4.3 m3/m2/d y orgánica desde 0,08 hasta 0,4 kg DBO/m3/d. Normalmente,
tienen una altura de 1.8 a 2.4 m, de forma rectangular o circular. Por lo general, se dosifican de forma intermitente
con sifones automáticos o por bombeo periódico. El intervalo entre dosis variará con el caudal de aguas residuales,
pero debe ser lo suficientemente corto para evitar que el lecho se seque. En algunos casos puede ser necesaria una
recirculación del agua tratada. Durante el funcionamiento normal, se desarrolla una biopelícula de un cierto
espesor hasta que un cambio de temperatura o de caudal a través del filtro provoca el desprendimiento de una
gran parte. Este desprendimiento ocurre generalmente en la primavera o el otoño. El material desprendido es de
fácil sedimentación, estable, en general humus, y con cierta frecuencia contiene gusanos y larvas de mosca.
1.1.2.- Media carga
Normalmente, se dimensionan para tratar cargas hidráulicas de 4 a 10 m3/m2/d y orgánicas de 0,24 a 0,48 kg
DBO/m3/d, incluyendo la recirculación.
1.1.3.- Alta carga
Los lechos de alta carga se diseñan para cargas de 0,4-4,8 kg DBO/m3/d. Estos filtros suelen ser 0,9 a 2,4 m de altura
de relleno y de forma circular. Están diseñados para recibir aguas residuales continuamente. La alta carga aplicada
se logra mediante la recirculación de las aguas residuales que ya ha pasado a través del lecho. Esta elevada carga
produce desprendimiento erosivo continuo de biopelícula. Debido a que los sólidos no se retienen en el lecho de
alta carga un tiempo prolongado como en los de baja carga, son menos estables y continúan ejerciendo BOD
después de salir del filtro. Los sólidos también son mucho más ligeros y más difíciles de decantar que los
desprendidos de un lecho de baja carga.
1.1.4.- Lecho de desbaste
Son básicamente lechos de alta carga que tratan una carga orgánica de más de 1,6 kg DBO/m3/d. (No es raro cargar
los lechos de desbaste con valores mayores que 3,2 kg DBO/m3/d). En muchos casos, estos lechos se utilizan para
pre-tratamiento de los residuos antes de su alimentación a una planta de fangos activos. La mayoría de los filtros
de desbaste diseñados utilizan medios sintéticos.
1.1.5.- Lechos de muy alta carga
Las principales diferencias entre los lechos de alta y muy alta carga son mayores cargas hidráulicas y una mayor
altura de lecho. Algunos lechos de muy alta carga están diseñados para manejar cargas hidráulicas de más de 162
m3/m2/d. La mayoría de estos lechos se configuran como torres empacadas (biotorres) con alturas de 12 m. Es el
uso de medios sintéticos lo que permite la muy alta carga así como una mayor altura del lecho.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 3 de 19
La biopelícula que crece sobre el soporte es la parte más importante de un lecho bacteriano. Los micoorganismos
de la biopelícula se alimentan de los contaminantes de las aguas residuales y los convierten en sólidos estables que
sedimentan con facilidad cuando se desprenden del soporte.
Tabla 1.- Clasificación histórica de lechos bacterianos (Adaptada de WEF 2000; WEF - ASCE 1992, 1998)
Parámetro
Piedra
Muy alta
carga
Plástico
Piedra/Plástico
0.24 - 0.4
0.4 – 4.8
Hasta 4.8
>1.6 to 3.2
0.04 – 0.15
0.15 – 0.4
0.4 - 1.5
0.6 - 3.6*
2.5 – 7.0*
Usual
Siempre
Usual
(%)
Mínima o no
existe
No se require
generalmente
Desprendimiento
Intermitente
Variable
Continuo
Continuo
Continuo
1.8 – 2.4
1.8 – 2.4
0.9 – 2.4
Hasta 12
0.9 - 6
Material de relleno
Carga orgánica*
(kg DBO5/m3/d)
Baja carga
(convencional)
Piedra
Media carga
Alta carga
Piedra
0.08 - 0.4
Desbaste
Carga hidráulica
(m3/m2/h)
Recirculación
Altura relleno (m)
Eliminación DBO (%)
Calidad efluente
**
80 - 85
50 - 70
65 - 85
65 - 85
40 - 65
Bien nitrificada
Alguna
nitrificación
Nitrificación
limitada
Nitrificación
limitada
Sin
nitrificación
* No incluye la recirculación.
** Incluyendo la decantación secundarian.
2.- DESCRIPCIÓN
En el seno del lecho filtrante, el agua residual entra en contacto con la biopelícula y con el aire, permitiendo la
disolución del oxígeno del aire en el líquido y su transferencia por difusión a la biopelícula junto con los nutrientes
presentes en al agua residual. Además, el aire entre en contacto directo con la biopelícula, ya que el lecho no debe
ser inundado.
Por tratarse de un proceso biológico aerobio, es imprescindible un suministro de aire para el correcto
funcionamiento de la biopelícula. En instalaciones pequeñas el suministro de aire puede realizarse mediante tiro o
ventilación natural. Cuando el tiro natural es insuficiente se puede recurrir a un sistema de ventilación forzada.
El agua residual debe estar libre de sólidos grandes que podrían obstruir los poros del lecho. Como norma general,
se requiere que el agua residual bruta se someta a pretratamiento y tratamiento primario.
La recirculación del efluente tratado es habitual como herramienta operacional para garantizar la humectación del
lecho, y mantener una capacidad de tratamiento óptima. Además permite garantizar que la concentración de la
DBO en la entrada del lecho sea menor o igual que 150 mg/L. Además de evitar la proliferación de moscas y malos
olores, permite disponer de una adecuada “intensidad de aplicación” de agua residual (ver definición en apartado
3.5), tanto para el funcionamiento normal del proceso (reducción de atascos) como para el control del
desprendimiento del exceso de biopelícula.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 4 de 19
Figura 1.- Esquema general de un sistema de lecho bacteriano
2.1.- Características del relleno
Como soporte de biopelícula, o relleno del lecho, actualmente se utilizan materiales de plástico con diferentes
configuraciones, bien como piezas sueltas rellenando el reactor de forma aleatoria o mediante módulos colocados
ordenadamente para formar el lecho.
Figura 2.- Varios tipos de soporte plástico usados como material de relleno de lechos bacterianos
Las principales variables del medio soporte a tener en cuenta son:


Superficie específica: es el área del soporte disponible para el desarrollo de biopelícula por unidad de
volumen de lecho (m2/m3).
Índice de huecos (porosidad): o fracción vacía del lecho con respecto a su volumen total. Da una idea
del espacio disponible para el crecimiento de la biopelícula y la circulación del agua y del aire. Cuanto
mayor es la carga orgánica aplicada mayor tiene que ser la porosidad intersticial dado que la biopelícula
que se producirá tendrá mayor espesor.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 5 de 19
Tabla2.- Características del relleno para lechos bacterianos
Medio
plástico
PIEZAS SUELTAS
DESORDENADAS
MÓDULOS
ORDENADOS
Tamaño
(cm)
Densidad
(kg/m3)
Superficie
específica, AS
(m2/m3)
Índice de
huecos
(%)
Aplicación:
eliminación de
Varía
Varía
32 - 64
48 - 80
85 - 110
130 - 140
> 95
> 94
C, CN, N
N
60x60x120
60x60x120
32 - 80
64 - 96
85 - 110
130 - 140
> 95
> 94
C, CN, N
N
C: Eliminación de DBO carbonosa, DBO (C).
N: Nitrificación terciaria: eliminación de DBO nitrogenada, DBO (N).
CN: Eliminación conjunta de DBO (C) y DBO (N).
2.2.- Características de la aplicación del agua residual
La aplicación o alimentación del agua residual debe hacerse distribuyéndola lo más uniformemente posible en
toda la superficie del lecho:


En lechos de planta rectangular se emplea un sistema fijo, constituido por tuberías y aspersores. En lechos de planta circular el sistema es móvil, constituido por una columna central giratoria, de la que parten brazos radiales en los que van instaladas boquillas (incluso simples agujeros) para la distribución del agua residual. En este caso, se puede emplear accionamiento mecánico o hidráulico para producir el movimiento rotatorio. Figura 3.- Izda.: sistema fijo de aplicación de agua residual. Dcha.: sistema móvil de distribución de agua
residual de brazos giratorios (http://www.enviropro.co.uk).
El relleno del lecho se apoya en un falso fondo que permite el paso del agua tratada. La solera del depósito, se
hace con una pendiente del 2% hacia los canales de evacuación. Estos canales pueden ser diametrales interiores o
periféricos. En este último caso la pared del depósito tiene ventanas en su base en toda la periferia para permitir la
salida del agua a la vez que la ventilación del lecho. El agua tratada y los sólidos se conducen hacia un decantador
secundario donde se separan los lodos.
2.3.- Características de la aireación
Tradicionalmente se utilizó el tiro natural para la aireación de los lechos. Para que el tiro natural funcione
adecuadamente se necesita una diferencia de temperatura aire-agua igual o mayor que 6 ºC.
Cuando en un determinado período las temperaturas del agua y del aire se igualan o aproximan mucho, la
ventilación deja de funcionar, disminuye el rendimiento del proceso y se producen problemas de malos olores, etc.
Por esta razón se suele recurrir a una ventilación forzada. Los lechos cubiertos suelen incorporar aireadores o
extractores para ventilación forzada.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 6 de 19
En todo caso, y para para posibilitar el tiro hay que facilitar la entrada de aire por las aberturas inferiores del lecho,
que al menos deben representar un 2 % de la superficie del lecho.
Figura 4.-Esquema de un lecho bacteriano de planta circular con ventilación natural y relleno de módulos
plásticos
3.- DISEÑO
3.1.- Parámetros de diseño
Los parámetros claves de diseño son la carga orgánica, la carga hidráulica, la altura de relleno y la tasa de
recirculación.
Para estimar la carga orgánica se emplea:
C V, DBO

Q medio L0
V
(Ec. 1)
Donde:
CV,DBO, = carga orgánica aplicada por unidad de volumen del lecho (kg DBO5/m3/d)
Qmedio = caudal diario medio total (m3/d)
L0= concentración media de DBO5 afluente al lecho bacteriano sin tener en cuenta la recirculación (kg/m3)
V= volumen de relleno (m3)
La carga hidráulica se estima mediante:
CH 
QLB
A
(Ec. 2)
Donde:
CH = carga hidráulica total superficial (m/h)
QLB= caudal aplicado al lecho bacteriano (m3/h) (incluye la recirculación, ver abajo la Ec. 4)
A= superficie horizontal del lecho (m2)
La altura de relleno mínima requerida, H, se obtiene mediante:
H=V/A
(Ec. 3)
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 7 de 19
3.2.- Criterios de dimensionamiento
Para caudales de hasta 10 m3/d la carga orgánica será  0.1 kg DBO/m3/d. Para caudales entre 10 y 40 m3/d la carga
se aumentará linealmente de 0.1 a 0.2 kg DBO/m3/d. Entre 40 y 400 m3/d la carga se incrementará linealmente de
0.2 a 0.4 kg DBO/m3/d.
El relleno será de material plástico, con una superficie específica no mayor de 100 m2/m3.
La carga hidráulica con lechos de relleno plástico debería ser al menos de 0.8 m/h, considerando como caudal
aplicado el siguiente:
QLB= QHmedio (1+R)
(Ec. 4)
Donde, Res la tasa o ratio de recirculación mínima necesaria para conseguir que el agua residual que ingresa al
lecho tenga una concentración de DBO5 menor o igual que 150 mg/L. QHmedio es el caudal medio horario (m3/h). En
general, la ratio de recirculación es menor o igual que 1. Un método aproximado para estimar Res el siguiente:
R 
L0
1
150
(Ec. 5)
Cuando resulte necesaria la recirculación, se instalará una capacidad de bombeo equivalente al 100% del caudal
medio total.
La altura de relleno nunca deberá ser inferior a 2 metros. Si la altura del lecho resultara de entre 2 y 4 m, será más
necesaria una buena distribución del agua en superficie, por lo que es conveniente que el relleno plástico que se
instale tenga buena distribución transversal del flujo para alargar el viaje del agua a través del lecho.
Tabla 2.- Valores de diseño de lechos bacterianos
Parámetro
As (m2/m3) (plástico)
CV,DBO(kg DBO/m3/d)
CH (m/h)
H relleno (m)
Q  10 m3/d
 100
 0.10
Q  40 m3/d
40 m3/d < Q  400 m3/d
 100
 100
 0.20
 0.40
>= 0.8 a QHp,total
Preferentemente  4, y nunca < 2 (H máxima = 8 metros)
3.2.1.- Cálculo del rendimiento
Para estimar el rendimiento en eliminación de materia orgánica se puede usar una formulación como la siguiente:
Lf  S 0 e

K AS
CV
 16
(Ec. 6)
Donde:
Lf = DBO5 total efluente (mg/L)
S0 = DBO5 soluble afluente (mg/L)
AS = superficie específica del material (m2/m3) (< 100)
K = constante cinética de eliminación superficial de DBO soluble (kg DBO5/m2soporte/d) (0.005 a 0.015)
A menos que se mida o se disponga de registros fiables de campo, la S0 se estimará como equivalente al 50 % de la
DBO5 total afluente al lecho sin considerar la recirculación.
3.3.- Intensidad de la aplicación (SK)
La intensidad de la aplicación instantánea, o simplemente parámetro SK (del alemán Spülkraft, intensidad de
arrastre), se puede expresar en milímetros de agua por paso de brazo distribuidor:
SK 
CH 1000
n  b  60
Donde:
SK= intensidad de la aplicación (mm/paso)
(Ec. 7)
LECHOS BACTERIANOS
n=
b=
FT-BIO-003
Pág. 8 de 19
velocidad de giro (rpm)
número de brazos distribuidores
Se proponen los siguientes valores para el factor SK:
Tabla 3.- Valores sugeridos de la tasa de aplicación instantánea SK.
Carga orgánica
kg DBO5/m3 /d
 0.40
SK óptimo de depuración
mm/paso
10 - 50
SK lavado periódico
mm/paso
 100
1.0
2.0
3.0
30 - 200
40 - 250
60 - 300
 300
 400
 600
En todo caso, se recomienda que para el lavado de exceso de biopelícula se aproveche los periodos de baja carga
orgánica, es decir, durante la noche o madrugada.
También, se recomienda que el rango de velocidades del motor de los brazos distribuidores sea de 1:10 a 1:20.
3.4.- Aireación forzada
La WEF-ASCE (1992, 1998) recomienda, en los casos de lechos de eliminación de materia orgánica, un suministro
de 25 kg O2 por kg O2 requerido (75 m3 de aire por kg de oxígeno requerido), independientemente de la altura del
lecho.
I  3.7 10 3 Qmedio L0  Se  C p , global
(Ec. 8)
Donde:
I
L0
Se
Cp,global
= caudal de aire suministrado (m3/h)
= DBO5 total afluente (mg/L)
= DBO5 soluble efluente (mg/L)
= coeficiente punta global = QHp/Qmedio.
3.5.- Producción de lodos
La producción específica de lodos es proporcional a la carga orgánica aplicada. Así, para baja carga (< 0.15 kg
DBO/m3/d), se considera que el fango será muy mineralizado y que se producirá en bajas cantidades, pudiendo ser
admisible su arrastre por el efluente del lecho, lo que podrá hacer innecesaria la decantación secundaria.
Para cargas entre 0.15 y 0.4 kg DBO/m3/d, la producción específica de lodos es del orden de 0.5 kg SS/kg DBO5,elim.
A partir de 0.4 kg DBO/m3/d, la producción de lodos se estimará en 0.75 kg SS/kg DBO5,elim. En todos estos casos es
necesaria una decantación secundaria.
Donde:
Pf = producción de lodos (kg/d)
= producción específica de lodos (kg/kg)
L0, Lf = DBO5 total afluente y efluente, respectivamente (kg/m3)
Tabla 4.- Producción específica de lodos en lechos bacterianos
Carga orgánica (kg DBO5/m3/d)
< 0.15
0.15 – 0.4
> 0.4
Pfa (kg SS/kg DBO5)
no significativa
0.5
0.75
La concentración del lodo se considerará del 1%.
(Ec. 9)
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 9 de 19
4.- DECANTACIÓN SECUNDARIA
El óptimo diseño de los decantadores es fundamental para alcanzar el rendimiento exigido al tratamiento
secundario. Si los sólidos no son retenidos por el clarificador contribuirán a la DBO del efluente.
Para el proceso de clarificación se utilizarán decantadores estáticos, que podrán ser rectangulares o circulares. En
lechos bacterianos la concentración de SS a la salida del reactor no suele superar 150 mg/L, siendo aplicable la
teoría de sedimentación de partículas floculentas.
4.1.- Variables de diseño

Velocidad ascensional o carga hidráulica superficial: se basa en el caudal que realmente atraviesa la
unidad, es decir, aquel que sale por el vertedero superficial de salida (caudal efluente).
V ASC 
Q
A
Donde:
VASC = velocidad ascensional (m/h)
Q = caudal efluente (m3/h)
A = superficie horizontal de decantación (m2)

Tiempo de retención hidráulica:
TRH 
Ah
V

Q
Q
Donde:
TRH = tiempo de retención hidráulica (horas)
h = calado bajo vertedero (m)
V = volumen útil de decantación (m3)
Q = Qmax (m3/h)

Carga hidráulica sobre vertedero: corresponde al caudal efluente por metro lineal de longitud de vertedero
de salida.
CH V 
Q
LV
Donde:
CHV = carga hidráulica sobre vertedero (m3/h/m)
LV = longitud de vertedero (m)
Q = Qmax (m3/h)
4.2.- Resumen de valores de diseño
En la tabla siguiente se presenta un resumen de los valores típicos de los parámetros de diseño.
Tabla 5.- Valores de diseño para los decantadores secundarios de lechos bacterianos
Parámetro
Velocidad ascensional (m/h)
Carga hidráulica máxima sobre vertedero (m3/h/m)
Valor
< 0.6 (Qmediol)
< 1.5 (Qmáximo)
< 10 (a Qmáximo)
Concentración del fango (%)
1%
Calado mínimo bajo vertedero (m)
 3.0
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 10 de 19
Cuando el diámetro unitario de decantador sea  5 metros se recomienda emplear decantadores sin rasquetas de
forma tronco-cónica, también llamados de flujo vertical. En estos decantadores la superficie horizontal efectiva se
establece en el punto medio de la altura existente entre la cota de entrada de agua a la unidad (es decir, saliendo
de la campana deflectora) y la cota del nivel libre del agua (ver figura siguiente).
Para facilitar la sedimentación real del lodo, la pendiente de la pared de la zona cónica responderá a un ángulo de
inclinación mayor o igual que 60º.
h ent/2
Superficie horizontal efectiva
hent
h ent/2
Entrada
htot
60º
Figura 5.- Esquema de un decantador secundario tronco-cónico (Adaptada de DWA 2000)
5.- CONDICIONES TÉCNICAS PARTICULARES
Los sistemas de lechos bacterianos requieren un tratamiento previo del agua residual. Siempre es recomendable que el
grado mínimo del pretratamiento sea el de un tratamiento primario (por ejemplo, decantación). No obstante, para
caudales de hasta 100 m3/d puede ser suficiente un pretratamiento riguroso basado en desbaste de gruesos (20 mm),
y tamizado de finos (6 mm).
En lechos bacterianos de planta rectangular el sistema de aplicación de agua residual es fijo (sin movimiento),
constituido por tuberías y aspersores. La aplicación del agua residual se hace intermitentemente, mediante
depósito de almacenamiento y bombeo del agua residual, o bien de forma continua, mediante recirculación del
efluente.
Cuando los lechos sean de planta circular y el caudal de tratamiento sea mayor o igual que 200 m3/d, los brazos
distribuidores irán dotados de accionamiento mecánico mediante un motor de velocidad variable.
En el caso de lechos de baja carga orgánica (caudales menores de 50 m3/d) donde no se suele emplear recirculación,
la alimentación intermitente (tanto si el lecho es circular como rectangular) se puede realizar mediante cámaras
con sifones u otros dispositivos mecánicos (tipo balancín) que proporcionan una cierta intensidad en cada
aplicación para repartir uniformemente el caudal por toda la superficie del lecho.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 11 de 19
Para caudales a partir de 50 m3/d, los lechos bacterianos irán dotados de recirculación de efluente. Con relleno
plástico, con una porosidad igual o mayor que 90%, se podrá recircular directamente el efluente del lecho, es decir,
sin decantar.
En cuanto al diseño del decantador secundario se observarán los siguientes aspectos:

El vertedero de recogida de agua decantada deberá ser de acero inoxidable 304L, sujeto a perfiles con
tornillería del mismo material.

En cualquier caso, se dispondrá de deflector para prevenir el escape de flotantes en el decantador secundario.

Las espumas y demás flotantes retirados no se retornarán jamás a cabecera de planta o al pozo de
bombeo.
Todos los pasamuros y tramos que vayan a quedar definitivamente embutidos en soleras o cimentaciones
serán de acero inoxidable 304L.
El cálculo estructural deberá contemplar el vaciado del decantador.
Desde el decantador secundario el agua tratada se trasladará por gravedad hasta la obra de desagüe al
medio, que dispondrá de una arqueta para anular la formación de espumas, y una válvula anti-retorno,
para evitar cualquier flujo inverso.



6.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA
TEXTIL
En general, cualquier residuo orgánico que puede ser tratado con éxito por otros procesos biológicos aerobios,
también se puede tratar en lechos bacterianos. Además, de las aguas residuales domésticas, esto también incluye
las aguas residuales que puedan provenir de industrias textiles, procesamiento de alimentos, y ciertos procesos
farmacéuticos.
Las aguas residuales industriales, que no pueden ser tratadas, son aquellas que contienen concentraciones
excesivas de materiales tóxicos. Por ejemplo, los residuos de plaguicidas, metales pesados y residuos fuertemente
ácidos o alcalinos son todos materiales tóxicos.
Como ejemplo de la aplicabilidad de los lechos bacterianos a aguas residuales relacionadas con la industria textil
está el trabajo de Kornaros y Lyberatos (2001) que evaluaron un lecho bacteriano para tratar las aguas residuales
de una industria de fabricación de tintes orgánicos. Previo al tratamiento secundario las aguas residuales pasaban
por un tratamiento físico-químico empleando cal y sulfato ferroso. La eficiencia del lecho bacteriano osciló entre
60 y 70% para una carga hidráulica de 1,1 m3/m2/d y llegó hasta 80 -85% para una carga hidráulica de 0,6 m3/m2/d.
Los microorganismos del lecho bacteriano presentaron la capacidad de eliminar de manera eficiente DQO hasta
niveles de 36000 mg/L, bajo condiciones aerobias a valores de pH entre 5,5 y 8,0. Dependiendo de las condiciones
de funcionamiento del sistema, aproximadamente del 30% al 60% de la reducción total de DQO se debió al arrastre
con aire causado por el suministro de aire en la parte inferior del filtro, mientras que el resto de la DQO se eliminó
claramente a través de la acción biológica.
Otros han estudiado lechos bacterianos con cultivos mixtos de hongos y bacterias (Novotny et al., 2011). La baja
eficiencia de la eliminación de tinte por las comunidades bacterianas mixtas y las altas tasas de decoloración por
hongos (Irpex lacteus) sugieren que una combinación de ambos procesos puede ser una opción de tratamiento de
aguas residuales textiles que contienen colorantes y altas concentraciones de compuestos orgánicos. Las bacterias
fueron capaces de eliminar colorantes mono-azo pero no otros tintes químicamente diferentes; mientras que las
tasas de decoloración utilizando Irpex lacteus superó el 90% en menos de una semana, independientemente de la
estructura del colorante. Se demostró un gran potencial del uso combinado de hongos y sistemas tradicionales de
bacterias tradicionales para la bio-remediación de aguas residuales textiles.
7.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
Una vez que el crecimiento biológico se ha establecido sobre el medio y la planta está en "funcionamiento normal",
se requiere muy poco control operativo de rutina.
Una observación visual diaria y detallada es importante y necesario. Entre los elementos a comprobar todos los días
se tiene:
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 12 de 19
• Cualquier indicio de encharcamiento superficial
• Presencia de moscas
• Malos olores
• Obstrucción de orificios de salida del agua residual en los brazos distribuidores
• Vibración de los brazos distribuidores
• Fugas en la columna central de alimentación
Ocasionalmente, los drenajes inferiores deben ser revisados por acumulación de residuos, con el fin de evitar
paralizaciones.
El funcionamiento de los decantadores está relacionado con el del lecho. Si el sistema de recirculación lo permite,
es buena idea recircular efluente del lecho al decantador primario. Esta es una medida muy eficaz como estrategia
de control de malos olores. El caudal de recirculación aumentará la carga hidráulica en el decantador primario, por
lo que habrá que estar seguros de que la carga hidráulica se mantiene dentro de los límites de diseño.
La recirculación durante los períodos de bajo caudal en el día y la noche puede ayudar a: mantener humectado el
crecimiento bacteriano, reducir al mínimo el desarrollo de moscas y lavar el exceso de biopelícula.
Por otra parte, puede ser necesario reducir o detener la recirculación durante los períodos de caudal elevado para
evitar problemas de sobre carga hidráulica al decantador secundario.
7.1.- Parámetros de control del efluente
En el efluente del decantador secundario se debe controlar el nivel de materia orgánica (DBO, DQO) y de sólidos
en suspensión (SS, turbidez).
Mediante el uso de sondas en continuo tanto para medir materia orgánica a través del parámetro SAC-254 como
sólidos en suspensión o turbidez se agiliza y facilita el control del proceso.
En el caso de que se utilice aireación forzada, será de importancia el control de la concentración de oxígeno disuelto
(OD). Para realizarlo se usará una sonda de OD. En las plantas de mayor tamaño la aireación suele estar
automatizada, de manera que, en función de la concentración de OD, los equipos de aireación arrancarán o pararán.
Además, si se dispone de variadores de frecuencia se regulará el caudal de aire suministrado.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 13 de 19
8.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
En la siguiente tabla se recoge una serie de problemas de explotación que podrían presentarse durante el
funcionamiento de un lecho bacteriano. En la tabla también se recoge las causas y soluciones a los problemas o
fallos operacionales.
PROBLEMA
OPERACIONAL
CAUSA
Exceso de carga orgánica
que causa
descomposición
anaerobia en el filtro.
Malos olores del
lecho
Ventilación inadecuada
Encharcamiento del
medio
Presencia de moscas
Crecimiento biológico
excesivo o materia
extraña en o sobre el
filtro
Inadecuada humectación
del medio filtrante.
Mala limpieza del
entorno
Formación de hielo
Baja temperatura de las
aguas residuales
Distribuidor rota
lentamente o se
detiene
Caudal insuficiente para
mover distribuidor
Brazos u orificios
obstruidos
Taponamiento del tubo
de ventilación del
distribuidor
Brazos distribuidores no
nivelados
El distribuidor, o alguna
parte de este, golpéa o
roza el medio.
SOLUCIÓN
Reducir la carga; aumentar la reducción de DBO en
decantadores primarios; mejorar las condiciones
aeróbicas en las unidades de tratamiento mediante la
adición de oxidantes químicos, pre-aireación,
recirculación del efluente de la planta, o aumento de
aireación en los desarenadores aireados; tratar los gases;
utilizar medios de plástico en lugar de piedra o grava.
Aumentar la carga hidráulica para lavar el exceso de
crecimiento biológico; eliminar residuos de los canales de
efluente, drenajes inferiores, y la parte superior del
relleno; desatascar tuberías de ventilación; reducir la
carga hidráulica si se inundan drenajes; instalar
ventiladores para inducir el tiro a través del filtro;
comprobar si hay obstrucción de filtro resultante de la
degradación del medio.
Reducir la carga orgánica; aumentar la carga hidráulica
para aumentar desprendimiento; utilizar corriente de alta
presión de agua para limpiar la superficie del filtro;
mantener 1 a 2 mg/L de cloro residual en el filtro durante
varias horas; inundación del filtro durante 24 horas; dejar
fuera de servicio el filtro para que se seque el relleno;
reemplazar el medio en caso de necesidad; eliminar los
residuos.
Aumentar la carga hidráulica; utilizar abertura en el
extremo de los brazos distribuidores para rociar las
paredes de filtro; inundar filtro durante varias horas cada
semana durante la temporada de moscas; mantener 1-2
mg/L de cloro residual en el filtro durante varias horas.
Cortar el césped circundante y eliminar las malas hierbas
y arbustos.
Disminución de recirculación; utilizar flujo de alta presión
de agua para quitar el hielo de orificios, boquillas y los
brazos del distribuidor; reducir el número de filtros en
servicio, siempre y cuando todavía se pueden cumplir los
límites de efluentes; reducir el tiempo de retención en
unidades de pretratamiento y tratamiento primario;
construir cortavientos o cubiertas.
Aumentar la carga hidráulica; cierre de chorros inversos.
Lavar brazos abriendo cierres finales; reducir sólidos en el
afluente; lavar orificios.
Quitar el material de la tubería de ventilación mediante
varilla o lavado; eliminar sólidos de las aguas residuales
del afluente.
Ajustar los cables tirantes
Nivelar el medio; retirar parte del relleno.
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 14 de 19
BIBLIOGRAFÍA
ATV-Standard A-135 (1989) “Principles for the dimensioning of Biological Filters and Biological Contactors with
Connection Values over 500 Population Equivalents”.
CANTER S. “Water World, Continuing education. Trickling filters”www.WaterWorldCE.com, diciembre 2014.
CRITES, R. y G. TCHOBANOGLOUS (2000) “Tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones”. McGraw-Hill,
Interamericana, S.A., Santafé de Bogotá, Colombia. ISBN 958-1-0042-4.
DAVIS, M. L. (2010) “Water and wastewater engineering. Design principles and practice”. McGraw-Hill Companies,
Inc. (USA).
GLUMRB (2004) “Recommended Standards for Wastewater Facilities”, Great Lakes–Upper Mississippi River Board of
State and Provincial Public Health and Environmental Managers, Health Education Services, Albany, New York.
KORNAROS M. and LYBERATOS G. (2001). “Biological treatment of wastewaters from a dye manufacturing company
using a trickling filter”. 7th International Conference on Environmental Science and Technology Ermoupolis, Syros
island, Greece – Sept. 2001.
METCALF & EDDY (1995) "Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, vertido y reutilización”. McGraw-Hill –
Interamericana, Madrid (España).
METCALF & EDDY (2003) “Wastewater Engineering: Treatment and Reuse”, 4th ed., McGraw-Hill, Boston (USA).
MOPU (1978) “Anteproyecto para la redacción de proyectos de abastecimiento y saneamiento a poblaciones
(NRPASP)”. Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo del gobierno de España. Documento no publicado. Madrid
(España).
NOVOTNY C., SYOBODOVÁ K., BENADA O., KOFRONOVÁ O., HEISSENBERGER A., FUCHS W. (2011). “Potential of
combined fungal and bacterial treatment for color removal in textile wastewater”. Bioresource Technology 102:
879–888.
PETTIT, M. V. (2006) “Rectangular Clarifiers” in Clarifier Design, 2nd ed., Water Environment Federation Manual of
Practice No. FD-8.
PRIDESA (1995) "Tratamiento biológico de las aguas residuales"; Autores: Ronzano, E.; Dapena, J.L.; Editorial Díaz de
Santos; Madrid.
U.S. EPA (1992) “Manual of wastewater treatment/disposal for small communities”. EPA/625/R-92/005. Washington,
DC.
U.S. EPA (1992) “Summary Report. Small community water and wastewater treatment.” EPA/625/R-92/010. Office
of Research and Development. Washington, DC.
VESILIND, P. A. (2003) “Wastewater Treatment Plant Design”, © Water Environment Federation. Alexandria, VA
(USA).
WEF (2000). “Aerobic fixed-growth reactors”. © Water Environment Federation, Alexandria, VA (USA).
WEF - ASCE (1992, 1998) "Design of municipal wastewater treatment plants"; Water Environment Federation; and
the American Society of Civil Engineering; Volume I; 1592 págs.
WPCF (1986) "O & M of Trickling Filters, RBCs, and Related Processes” Manual of Practice OM-10, Operation and
Maintenance Series". Water Pollution Control Federation, Technical Practice Committee Control Group; Alexandria,
VA (USA).
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 15 de 19
ANEXO 1
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
1.- SUPERFICIE NECESARIA PARA REACTOR BIOLÓGICO
En la siguiente tabla se presenta la demanda de superficie para un lecho bacteriano de media carga (eliminación
de materia orgánica) para diferentes tamaños de la industria textil expresado en términos de caudal medio de
tratamiento. Se considera que habrá un tanque previo de homogenización o regulación de caudal y concentración.
El criterio principal para determinar la superficie es la carga hidráulica cuyo valor no será inferior a 0.8 m/h.
Se hace el cálculo para los casos sin recirculación (R = 0) y con recirculación de efluente al 50% (R = 0.50).
Tabla 1.- Superficie mínima de lecho bacteriano
Superficie
Caudal
R=0
R = 0.5
(m2)
(m2)
400
21
31
800
42
63
2000
104
156
(m3/d)
2.- SUPERFICIE NECESARIA PARA LA DECANTACIÓN SECUNDARIA
Para estimar la superficie necesaria de decantación se emplearán los siguientes criterios de diseño:
Velocidad ascensional a Qmedio (VASC) = 0.6 m/h
Calado mínimo = 3.00 m
Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
Tabla 2.- Superficie necesaria para la decantación secundaria en función del caudal a tratar
Caudal
Superficie
3
(m2)
400
28
800
56
2000
139
(m /d)
Finalmente, la superficie necesaria mínima para el “tratamiento secundario” se obtiene de sumar la superficie de
reactor más la de decantación. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 16 de 19
Tabla 3.- Superficie total mínima necesaria de tratamiento secundario (reactor + decantación)
Caudal
Superficie
R=0
R = 0.5
(m2)
(m2)
400
49
59
800
98
119
2000
243
295
(m3/d)
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 17 de 19
ANEXO 2
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE
PROCESO
Figura 1
Lecho bacteriano (filtro percolador, filtro de riego) de planta circular (from http://www.purewatergazette.net).
Figura 2
Detalle de brazos distribuidores (de http://www.envirodynesystems.com).
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 18 de 19
Figura 3
Sistema de falso fondo para retener y soportar el material de relleno de un lecho bacteriano (de
www.BrentwoodProcess.com, 05-08-09)
Figura 4
Detalle de boquillas de descarga en un lecho dotado con brazos principales y secundarios, éstos entran en
funcionamiento cuando la carga hidráulica es elevada (Tomada de McNish Co. 2009).
Figura 5
Brazos distribuidores motorizados (http://www.envirodynesystems.com).
LECHOS BACTERIANOS
FT-BIO-003
Pág. 19 de 19
Figura 6
Detalle de un sistema de riego de agua residual empleado en lecho bacteriano de planta rectangular
(http://www.ace4all.com).
Figura 7
Aspecto general de una PTAR que incluye 4 lechos bacterianos en paralelo como tratamiento secundario
(https://tatyalfiah.wordpress.com).