sistemas RBC, SBR y MBR

TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO Y
DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DE
PEQUEÑOS Y MEDIANOS NÚCLEOS DE
POBLACIÓN. PROCESO SBR-PROCESO IC®
Daniel Gil Jordano
DEISA (Grupo COMSA EMTE)
ZARAGOZA 10 DE MAYO DE 2.010
ESQUEMA BÁSICO TRATAMIENTO CONVENCIONAL
ESQUEMA BÁSICO TRATAMIENTO SBR
INTRODUCCIÓN
•
Reactor que trabaja secuencialmente, es
decir en el se producen de forma separada, la
entrada, la reacción, la decantación y la
extracción del efluente depurado.
•
Sistema de cultivo mixto en suspensión, que
queda incluido dentro de los sistemas de
fangos activados. La diferencia básica de
este sistema respecto al reactor de flujo
continuo convencional es su orientación en el
tiempo, en lugar del espacio. Todas las
operaciones se realizan en el mismo tanque,
variando en el tiempo de acuerdo con una
estrategia
operativa
periódica
predeterminada, que se llama ciclo operativo.
•
El núcleo principal de la línea de tratamiento
lo constituye el reactor biológico SBR, que ha
sido diseñado sobre la base de la tecnología
Nishihara de aireación y construcción de
sistemas biológicos aeróbicos y anóxicos.
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
• La peculiaridad principal del sistema es que reúne en
un único tanque el reactor biológico y el clarificador.
• Se trabaja secuencialmente de manera que hay una
fase de entrada – reacción y una fase decantación extracción.
• La configuración en la fase de decantación –
extracción es parecida a la de un decantador
totalmente estático.
• Referencias desde principios del Siglo XX, finalmente
olvidado hasta inicio de los años 80, debido a mejor
sistemas de control y automatismos.
CICLOS OPERATIVOS
En un SBR todas las operaciones se realizan en un mismo tanque
de acuerdo con un ciclo operativo.
Este ciclo, que se reproduce de forma continua, queda dividido en
diferentes fases: llenado, reacción, decantación y vaciado.
El volumen del líquido de mezcla varía en cada fase, siendo máximo
durante la reacción.
Para el tratamiento de las aguas residuales urbanas es usual optar
de 2 a 6 ciclos diarios.
1. LLENADO Y REACCIÓN
1.1 LLENADO
Durante la fase de llenado el afluente que
entra en el tanque se va añadiendo a la
biomasa presente en el reactor hasta llegar
al volumen máximo del icor mezcla. El
tiempo de llenado influye decisivamente en
la decantabilidad de los fangos y el
crecimiento de organismos filamentosos,
siendo más estable y produciendo unos
fangos más compactos que un reactor
convencional.
1.2 REACCIÓN
En la fase de reacción se completan los
procesos bioquímicos iniciados en la fase de
llenado, como lo son la eliminación de la
materia orgánica, la nitrificación y la
desnitrificación.
El licor mezcla se mantiene en agitación y
puede estar o no aireado, habiendo subfases
aireadas y subfases anóxicas, que se han de
establecer según los objetivos de tratamiento
buscados.
2. DECANTACIÓN
Al final de la fase de reacción la
agitación y la aireación del Licor
Mezcla se detienen, quedando en
reposo en la fase de decantación.
Los fangos decantan por gravedad
al fondo del reactor, dejando el
agua clarificada en la parte
superior del tanque. En un sistema
SBR la decantación es más
eficiente que en un reactor
convencional al estar el Licor
Mezcla completamente en reposo.
El principal problema que se
puede tener en la decantación es
la
aparición
de organismos
filamentosos, que dan lugar en un
fango muy esponjoso que decanta
con dificultad.
Los SBR permiten controlar estos
microorganismos
de
manera
sencilla, mediante la introducción
de fases anóxicas
2. VACIADO O EXTRACCIÓN
•
El agua clarificada que queda en
la parte superior del reactor se
evacua en la fase de vaciado o
extracción,
mediante
un
mecanismo extractor que va
siguiendo la línea de agua,
localizado en una estructura flotante
denominada decanter. Finalmente
entre el vaciado y el llenado del
ciclo siguiente el sistema queda en
reposo con los fangos decantados
al fondo del reactor. La purga de los
fangos decantados se realiza al
final de la fase de extracción
DURACIÓN DE LOS CICLOS
Los ciclos Standard tienen una duración de 4
o seis horas, es decir de 6 a 4 ciclos por
reactor al día.
Para casos excepcionales como pueden
ser sistemas exclusivos de nitrificación –
desnitrificación
o
para
altas
concentraciones de contaminantes, la
duración de los ciclos se puede dilatar
hasta 12 o incluso 24 horas.
SBR 2 REACTORES ELIMINACIÓN DE M.O. Y NITRIFICACIÓN
SBR 2 REACTORES
CICLO 4 HORAS
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
ENTRADA
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
AIREACIÓN
CICLO 6 HORAS
0
1
2
3
DECANTACIÓN
4
5
6
1
2
3
4
5
6
EXTRACCIÓN
0
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
SBR 2 REACTORES: NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN
CICLO DESNITRIFICACIÓN 4 HORAS
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
ENTRADA
AIREACIÓN
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
DECANTACIÓN
EXTRACCIÓN
ESQUEMA DE TRATAMIENTO 1. SBR 2 REACTORES
SBR EN EMERGENCIA; 1 REACTOR
1 REACTOR
EDAR ALCARRÀS, SBR DE 2 REACTORES
SBR 4 REACTORES: NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN
CICLO 4 HORAS 4 REACTORES
0
1
2
3
4
1
4
3
2
1
2
3
4
1
2
1
ENTRADA
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
AIREACIÓN
3
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
2
AGITACIÓN
DECANTACIÓN
0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
EXTRACCIÓN
4
* EN LO QUE RESPESPECTA A LA AIREACIÓN SE FORMARAN PAREJAS ENTRE EL REACTOR 1 - 2 Y 3 - 4
* EN CASO DE CAUDAL MÁXIMO TANTO LA ENTRADA COMO LA SALIDA SE REALIZARAN DE FORMA CONSTANTE
0 14
0
40 54
26
80 94
120
ESQUEMA DE TRATAMIENTO 2. SBR 4 REACTORES
EDAR ALP, SBR DE 4 REACTORES
SBR 3 REACTORES: NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN
ESQUEMA DE TRATAMIENTO 3. SBR 3 REACTORES
EDAR LA JONQUERA (EN CONSTRUCCIÓN) , SBR DE 3 REACTORES
DECANTERS
DEFINICIÓN
DECANTER : Sistema de extracción de agua
depurada en un proceso de depuración SBR.
TIPOS DE DECANTERS
En función del caudal a descargar, así como de la línea
piezométrica establecida, tenemos dos grandes grupos
de decanters.
1. DECANTER POR BOMBEO
2. DECANTER HIDRÁULICO
1. DECANTER POR BOMBEO
ELEMENTOS
•
2 Flotadores tubulares, normalmente
construidos en tubería DN 500, el
nivel de sumergencia de los mismos
debe ser regulable.
•
1 Tolva regulable para la admisión
del caudal de extracción.
•
Deflectores.
•
Bomba sumergible en posición
horizontal con brida de entrada y
salida.
•
Guías y marcos.
•
Materiales:
Acero inoxidable.
FUNCIONAMIENTO
En el momento en que se inicie la
fase de vaciado o extracción, la
bomba sumergible se pondrá en
marcha, parándose en función de
finalización de ciclo o por punto
de consigna según nivel.
2. DECANTER HIDRÁULICO
ELEMENTOS:
•
•
•
•
•
•
Flotadores tubulares, construidos en acero
inoxidable de diámetro y longitud variable en
función del caudal a evacuar.
Vertedero central, de doble entrada.
Colectores de vertido desde vertedero a
colector general.
Colector general de vertido.
Brida giratoria.
Grupo electro-hidráulico.
FUNCIONAMIENTO:
Una vez iniciada la fase de vaciado o
extracción, se libera el pistón hidráulico
iniciando la bajada del decanter hasta el nivel
de agua, se inicia la extracción de la misma,
pudiendo ser esta controlada en lo que
respecta al caudal mediante caudalímetro y
válvula o compuerta actuada.
Una vez el decanter llega a nivel mínimo o
ha transcurrido el tiempo de vaciado, se
inicia la elevación del mismo hasta un nivel
por encima del nivel máximo.
2. DECANTER HIDRÁULICO
NIVEL MÁXIMO
NIVEL MÍNIMO
2. DECANTER HIDRÁULICO
DISEÑO DE LOS REACTORES BIOLÓGICOS
•
Volumen total : Se calcula de forma a igual a cualquier otro reactor de
aireación prolongada
•
Cálculo del caudal del decanter:
EDAR de 2 Reactores
(Caudal máximo de entrada x nº horas fase entrada ) / (Nº de horas de
extracción)
EDAR de 4 Reactores
(Caudal máximo de entrada x nº horas fase entrada ) / (Nº de horas de
extracción x 2)
COEFICIENTE DE DESCARGA
• Coeficiente de descarga:
En función de la concentración de sólidos, como norma
general no debe ser superior al 30 %
Cd = Altura de descarga / Altura total útil del reactor
A mayor SSLM menor Cd
VENTAJAS E INCONVENIENTES
VENTAJAS
•
Sistema de tratamiento mediante aireación prolongada, siendo la eficiencia del
tratamiento muy elevada
•
Mejor sedimentabilidad de los fangos y minimización de los problemas de
separación, debido a:
- Mayor superficie de decantación
- Durante la decantación no se produce la entradas de ningún fluido por lo que
se evita el movimiento del fango en el seno del reactor.
•
No se requiere recirculación externa de fangos para mantener la concentración de
sólidos en el reactor.
•
No se requiere recirculación interna del licor mezcla para los procesos de
nitrificación-desnitrificación.
•
No requiere la construcción de decantador secundario con el consiguiente ahorro de
inversión y de espacio.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
•
Debido a la no existencia de decantador
secundario y a la compacidad entre
reactores,
estos
son
fácilmente
integrables en el interior de un edificio, o
en caso de un tamaño grande de ser
cubiertos, consiguiendo de esta manera
una integración en el paisaje
VENTAJAS E INCONVENIENTES
•
Requerimiento de espacio inferior en comparación con otros
sistemas convencionales, al no requerir un tanque de decantación
exclusivo, por lo que la unión de los diversos reactores hace que el
espacio sea mucho inferior
•
Dada la excelente decantación de los SBR se puede trabajar con
edades celulares altas, favoreciendo la eliminación de nitrógeno.
•
Mejor control del proceso biológico
•
Optimización eliminación nutrientes.
OPTIMIZACIÓN EN LA ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
•
El sistema permite adaptar cualquier reactor para la eliminación de
nutrientes con la inclusión únicamente de unos agitadores y con
una programación adecuada.
•
Durante la etapa de entrada y reacción se trabaja en modus ciclos
óxia – anóxia dirigidos por una sonda Redox.
•
Los ciclos se controlan aprovechando el distinto potencial Redox de
las reacciones de nitrificación y desnitrificación.
•
En la etapa de nitrificación el potencial Redox va subiendo a medida
que se va aireando hasta conseguir un máximo. Llegado a este
punto el potencial se mantiene constante indicando que todo el
Nitrogeno amoniacal ha pasado a Nitrato.
OPTIMIZACIÓN EN LA OPTIMIZACIÓN DE NUTRIENTES
OPTIMIZACIÓN EN LA ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
•
La desnitrificación se produce en ausencia de oxígeno. En esta fase
anóxica se paran los soplantes y el cultivo se mantiene en
suspensión mediante el funcionamiento de los agitadores.
•
Durante esta etapa de desnitrificación el potencial Redox va
disminuyendo de forma constante hasta un punto de inflexión que
indica que todo el Nitrógeno Nitrato ha pasado a Nitrógeno gas.
•
El control del proceso pasa por la detección del punto final de las
dos etapas. Una forma fácil de hacerlo es calculando de forma
automática hasta que los incrementos de potencial sean 0. Para
determinar el punto final de la desnitrificación hay que detectar
cuando se produce un cambio fuerte en el incremento de potencial
(cambio de pendiente).
OPTIMIZACIÓN EN LA ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
OPTIMIZACIÓN EN LA ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
•
El Proceso IC
obtiene grandes
rendimientos en la
eliminación de
nitrógeno mediante
la alternancia de
fases de
nitrificacióndesnitrificación.
EDAR ECOPARQUE I
NTK entrada : 1500 mg/l
NTK Salida : 190 mg/l
NO3 Salida : 78 mg/l
OTRAS VENTAJAS
•
Diseño inicial en función de los datos del sistemas, se prediseñan los ciclos de
funcionamientos.
•
Flexibilidad total sobre ciclos prediseñados mediante programa Scada,
adaptándolos a la realizada de las aguas de entrada
•
Control total sobre los procesos de nitrificación y desnitrificación, ya que se
ajustan automáticamente los tiempos de fases aerobias y anóxicas en función
de los potenciales Redox.
•
Interconexión entre los distintos reactores de forma que se puede realizar de
manera rápida y limpia el vaciado de cualquier reactor en caso necesario.
•
Extraordinariamente flexible en zonas de alta estacionalidad, mediante la
puesta en marcha o parada de uno o más reactores, el paso de licor mezcla
de uno a otro se realiza mediante las bombas de purga de fangos.
•
Flexibilidad en caso de parada por avería o mantenimiento de uno de los
reactores
INCONVENIENTES
• Posible salida de efluente discontinua.
• Se dobla el sistema de parrillas de difusores
• Dimensionamiento de los sistemas de extracción de
efluente hasta el caudal punta. (Solución mediante la
construcción de un tanque de laminación)
• Dificultad de trabajo en manual.
INCONVENIENTES
• Dificultad de trabajo en manual.
• Elevado nivel de control del sistema.
• Necesidad de instalación de un sistema de
control de seguridad o redundante, así como la
conveniencia de instalar sistemas de protección
frente a rayos, caidas de tensión, protección de
las fuentes de alimentación.
SISTEMA DE CONTROL DEL PROCESO SBR
•
PANTALLA DE
CONTROL DEL
PROCESO
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
EDAR Santa Pau
EDAR Cercs
EDAR La Molina
EDAR LA Masella
EDAR Supermolina
EDAR Corbera – Llaurí
EDAR Guils
EDAR Bolvir
EDAR Ecoparque I
EDAR Alcarràs
EDAR Alp
EDAR Panticosa
EDAR La Roca
EDAR La Jonquera (en constr.)
1.900 Hab.equivalentes
2.000 Hab.equivalentes
1.250 Hab.equivalentes
1.250 Hab.equivalentes
1.250 Hab.equivalentes
8.750 Hab.equivalentes
1.280 Hab.equivalentes
2.000 Hab.equivalentes
Dep. lixiviados
6.440 Hab.equiv
5.000 Hab.equivalentes
2.500 Hab.equivalentes
64.000 Hab. equivalentes
25.500 Hab. equivalentes
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. LA MOLINA
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. SUPERMOLINA
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. BOLVIR
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. CORBERA I LLAURÍ
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. ALCARRÀS
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. ALP
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. ECOPARQUE I (BCN)
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• EDAR PANTICOSA
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. LA ROCA DEL VALLÈS
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. LA ROCA DEL VALLÈS
REFERENCIAS COMSA MEDIO AMBIENTE – DEISA. SISTEMA SBR
• E.D.A.R. LA JONQUERA
TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO Y
DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DE
PEQUEÑOS Y MEDIANOS NÚCLEOS DE
POBLACIÓN. PROCESO RBC
Eulàlia Duran Fernández
DEISA (Grupo COMSA EMTE)
ZARAGOZA 10 DE MAYO DE 2.010
INTRODUCCIÓN (1/3)
Materia prima
Agua bruta
Reactor Químico
EDAR
Subproductos de la reacción
Fangos
Producto final
Agua depurada
INTRODUCCIÓN (2/3)
– VARIABLES A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Características del agua bruta
Calidad del efluente tratado.
Costes inversión vs. Costes explotación.
Canon de vertido.
Destino y coste evacuación fangos.
Espacio disponible.
Características del terreno.
Climatología.
Impacto ambiental.
Adecuación al entorno.
Especificaciones técnicas.
INTRODUCCIÓN (3/3)
– BIOMASA FIJA
•
•
•
•
•
PROCESO R.B.C. (BIODISCOS)
FILTRO PERCOLADOR
LECHOS SUMERGIDOS
BIOFILTROS
…
– BIOMASA EN SUSPENSIÓN
•
•
•
•
•
FANGOS ACTIVADOS
CANALES DE OXIDACIÓN
REACTORES FLUJO SECUENCIAL (SBR)
REACTORES DE BIOMEMBRANAS
…
BIOMASA FIJA
BIOMASA FIJA (1/8)
• UN PROCESO DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
AEROBIO DE BIOMASA FIJA CONSISTE EN
DISPONER DE UN MEDIO SOPORTE DONDE SE
DESARROLLA UNA CAPA DE MICROORGANISMOS
(BIOFILM) QUE EN CONTINUO CONTACTO CON EL
AGUA RESIDUAL Y EL AIRE, ABSORBEN EL
OXÍGENO NECESARIO PARA METABOLIZAR LA
MATERIA CARBONÁCEA Y NITROGENADA DEL AGUA
RESIDUAL DIFUNDIDA A TRAVÉS DEL BIOFILM.
BIOMASA FIJA (2/8)
•
MEDIANTE EL APORTE DE OXÍGENO SE LLEVAN A CABO
LAS SIGUIENTES REACCIONES DE OXIDACIÓN Y
METABOLIZACIÓN.
bacterias
Mat. orgánica + O2 + Nutrientes
CO2 + H2O + microorganismos
heterótrofas
bacterias
NH4 + O2+ CO2 + HCO3-
NO3- + H2O + H+ + microorganismos
autótrofas
BIOMASA FIJA (3/8)
• INTERVENCIÓN DE TODO TIPO DE MICROORGANISMOS.
• LA MATERIA ORGÁNICA SE EMPLEA COMO FUENTE DE
ALIMENTO, PRODUCIENDO NUVA MATERIA CELULAR
ADEMÁS DE GENERARSE ENERGÍA.
• ELIMINACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA SOLUBLE.
BIOMASA FIJA (4/8)
•
LA DBO5 DE UN AGUA TÍPICAMENTE URBANA ESTÁ FORMADA
POR TRES FRACCIONES: 1/3 DECANTABLE, 1/3 SOLUBLE Y 1/3
EN SUSPENSIÓN.
– La fracción decantable la eliminaremos en el tratamiento primario
por decantación.
– La fracción soluble se eliminará por adsorción en el biofilm y
oxidación biológica.
– La fracción en suspensión se bioflocula y se separa en la
decantación secundaria.
•
EN UN AGUA DE ORIGEN INDUSTRIAL LA FRACCIÓN SOLUBLE
PUEDE LLEGAR A SER EL 90%.
BIOMASA FIJA (5/8)
•
¿CÓMO ESTIMAR LA FRACCIÓN SOLUBLE DE LA DBO5?
DBO5 soluble = ( DBO5 total ) – ( DBO5 en suspensión )
= K * SST
DBO5 susp
DBO5 soluble = ( DBO5 total ) – ( K * SST )
donde K = 0,5 si SST > DBO5
= 0,6 si SST similar a la DBO5
•
EJEMPLO: SEA UN AGUA BRUTA CON 280 ppm DBO5Y 320 ppm
SST.
DBO5 soluble = 280 – ( 0,5 * 320 ) = 120 ppm (42 %)
BIOMASA FIJA (6/8)
– TRANSFERENCIA
• Transporte del sustrato y del O2 desde el seno del agua
residual a través de una capa de líquido de baja
turbulencia.
– DIFUSIÓN
• Difusión hacia el interior de la biopelícula y motivada por la
propia disminución de la concentración del sustrato.
– CONSUMO
• Consumo del sustrato en el interior del biofilm por los
propios microorganismos.
BIOMASA FIJA (7/8)
DIFUSION DEL OXIGENO DESDE EL AGUA RESIDUAL HASTA EL INTERIOR DE
LA PELICULA BIOLOGICA
BIOFILM
ANAEROBICO
AEROBICO
AGUA RESIDUAL
AIRE
CONTAMINANTE ORGANICO
O2
MEDIO
SOPORTE
CO2
DESPRENDIMIENTO DE
PRODUCTOS DEL
METABOLISMO Y BIOMASA
EN EXCESO
H2S
NH3
BIOMASA FIJA (8/8)
• BIOMASA FIJA VS BIOMASA EN SUSPENSIÓN
BIOMASA FIJA
BIOMASA EN
SUSPENSIÓN
Espacio ocupado
bajo
alto
Costes inversión
alto
medio
Costes explotación
bajo
alto
Eliminación nutrientes
baja
alta
Flexibilidad operativa
media
alta
Respuesta a toxicidades
e inhibidores
media
baja
BIOMASA FIJA
PROCESO R.B.C.
BIODISCOS
PROCESO R.B.C. HISTORIA
• EL PROCESO RBC O BIODISCOS TIENE SU ORIGEN
EN ALEMANIA A FINALES DE LOS AÑOS 50.
• SE DESARROLLA TECNOLÓGICAMENTE EN USA EN
LA DÉCADA DE LOS 60 GRACIAS A LA
INVESTIGACIÓN DE LA EMPRESA AUTOTROL.
• TIENE UN GRAN AUGE EN USA DURANTE LOS AÑOS
70 Y 80.
• LLEGA A ESPAÑA A MEDIADOS DE LOS 80.
PROCESO R.B.C. SITUACIÓN ACTUAL
– ACTUALMENTE LOS BIODISCOS TIENEN UN
DESPRESTIGIO MOTIVADO POR:
• Desconocimiento de los criterios de diseño que llevó a
infradimensionar el sistema y por lo tanto no obtener las
calidades de agua exigidas.
• Asimilación de los parámetros de diseño a los utilizados en
otros países donde las aguas brutas eran más diluidas.
• Selección de esquemas de tratamiento incorrecto por
asimilación de los biodiscos a una tecnología blanda.
• No se contempló la resolución adecuada de la logística y
tratamiento de los fangos.
• Desarrollo constructivo incorrecto de los módulos que
conllevaron notables fracasos de funcionamiento mecánico.
PROCESO R.B.C. FUNDAMENTOS (1/3)
•
LOS CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATIVOS, PROCESO
R.B.C. O COMUNMENTE LLAMADOS BIODISCOS, ES UN
PROCESO BIOLÓGICO AEROBIO DE BIOMASA FIJA.
•
EN
UN
BIODISCO,
LOS
MICROORGANISMOS
RESPONSABLES DE LA METABOLIZACIÓN DE LA
MATERIA CARBONÁCEA ESTAN FIJADOS A UN MEDIO
SOPORTE.
•
EL MEDIO SOPORTE O BIODISCO ESTÁ CONSTITUIDO POR
UN CONJUNTO DE PLACAS DE MATERIAL PLÁSTICO
ENSAMBLADAS A UN EJE SOPORTE.
PROCESO R.B.C. FUNDAMENTOS (2/3)
•
EL MEDIO SOPORTE GIRA LENTAMENTE SOBRE EL EJE
HORIZONTAL, SUMERGIDO UN 40%.
•
LOS MICROORGANISMOS SE ADHIEREN AL
SOPORTE FORMANDO UNA PELÍCULA “BIOFILM”.
•
MEDIANTE EL MOVIMIENTO GIRATORIO DEL MÓDULO, EL
BIOFILM ALTERNA EL CONTACTO CON EL AGUA
RESIDUAL A TRATAR Y CON EL AIRE.
•
CUANDO LA PELÍCULA ESTÁ EN CONTACTO CON EL AIRE
ABSORBE EL OXÍGENO DEL MISMO.
•
CUANDO ESTÁ EN CONTACTO CON EL AGUA BRUTA,
ABSORBE LA MATERIA SOLUBLE A DEGRADAR.
MEDIO
PROCESO R.B.C. FUNDAMENTOS (3/3)
ROTACIÓN
MEDIO SOPORTE
Aire
Agua residual
Aire
Agua residual
PROCESO R.B.C. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO (1/5)
•
LA UNIDAD DE BIODISCOS ES UN REACTOR TIPO FLUJO
EN PISTÓN, ES DECIR, UNA PARTÍCULA DE FLUIDO
ATRAVIESA EL REACTOR Y LO ABANDONA EN LA MISMA
SECUENCIA QUE SE INTRODUCE EN ÉL.
•
EL REACTOR ESTÁ DIVIDIDO EN DISTINTAS ETAPAS QUE
ACTÚAN CADA UNA DE ELLAS COMO UN REACTOR DE
MEZCLA COMPLETA.
•
A LO LARGO DEL MÓDULO SE DESARROLLA UNA
TIPOLOGÍA DE BIOFILMS ACORDE AL SUSTRATO QUE
LLEGA, SE CONSIGUE ASÍ UN PROGRESIVO AUMENTO EN
EL GRADO DE DEPURACIÓN.
PROCESO R.B.C. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO (2/5)
•
EL EXCESO DE BIOMASA Y LA MATERIA EN SUSPENSIÓN
BIOFLOCULADA ABANDONAN LA UNIDAD DE BIODISCOS
JUNTAMENTE CON EL AGUA TRATADA.
•
EL CONTINUO CRECIMIENTO DE LA BIOMASA Y LA
ELEVADA CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL SISTEMA
NO HACEN NECESARIA LA RECIRCULACIÓN DE FANGOS.
PROCESO R.B.C. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO (3/5)
PROCESO R.B.C. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO (4/5)
PROCESO R.B.C. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO (5/5)
PROCESO R.B.C. CRITEROS DE DISEÑO
• TRATAMIENTO PRIMARIO
• CARGA ORGÁNICA DE DISEÑO
• EFECTO DE LA TEMPERATURA
• LÍNEA DE TRATAMIENTO DE FANGOS
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (1/7)
• ELIMINAR LA FRACCIÓN DE DBO5 ASOCIADA A LOS
SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN.
• ACTUAR COMO TANQUE PULMÓN Y LAMINADOR DE
SOBRECARGAS PARA TRABAJAR CON CARGAS LO
MÁS CONSTANTES POSIBLES.
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (2/7)
• DECANTADOR ESTÁTICO
• DECANTADOR DINÁMICO
• FOSA SÉPTICA
• TANQUE IMHOFF
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (3/7)
• DECANTADOR ESTÁTICO/DINÁMICO
– Velocidad ascensional
a Qm < 1,3 m3/m2 hora
a Qp < 2,5 m3/m2 hora
– Tr a Qm > 2 horas
– Carga sobre vertedero a Qp < 40 m3/h metro lineal
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (4/7)
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (5/7)
• TANQUE IMHOFF
– COMPARTIMENTO DE DECANTACIÓN
•
•
•
•
Carga hidráulica < 1,3 m3/m2 h a Qm
Tiempo de retención: 2- 4 h
Longitud/anchura: 2/1 – 5/1
Pendiente paredes sedimentador: 1,5 / 1 (45º)
– COMPARTIMENTO DE DIGESTIÓN
• Volumen: 0,07 m3/habitante
• Distancia libre hasta nivel de fangos: 70 cm
• Altura total desde líquido: 7/10 m
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (6/7)
PROCESO R.B.C. TRATAMIENTO PRIMARIO (7/7)
PROCESO R.B.C. CARGA ORGÁNICA DE DISEÑO (1/5)
Efluente
gr DBO5 / día m2
(T > 13º C)
Sin nitrificación
DBO5 < 25 mg/l
< 10
Con nitrificación
DBO5 < 15 mg/l
<5
PROCESO R.B.C. CARGA ORGÁNICA DE DISEÑO (2/5)
– ‘Ingeniería de Aguas Residuales’ de Metcalf & Eddy.
– British Standard Code of Practire for Small Sewage
Treatment Works, norma BS 6297 (1988).
– Normas noruegas de Norwegia State Environmental
Protection Agency.
– Hoja de Instrucciones NºII 6-9 del Bayrisches Landesamt
Für Wasserwirtschaft.
– Norma alemana A-135 (04.83). ‘Fundamentals for the
designing of singlestage drippers and biological disk
with connection capacities of more than 1.000 population
equivalences’.
PROCESO R.B.C. CARGA ORGÁNICA DE DISEÑO (3/5)
• Por cada m2 de superficie giratoria de crecimiento de
biomasa debe haber de 4 a 6 litros de agua en el
tanque.
• La carga específica 1er contactor:
< 60 gr/m2/d con agua residual fresca.
< 40 gr/m2/d con agua residual en cond. Sépticas.
• Rendimientos:
> 85% 3 contactores en serie.
> 90% 4 contactores en serie.
PROCESO R.B.C. CARGA ORGÁNICA DE DISEÑO (4/5)
PROCESO R.B.C. CARGA ORGÁNICA DE DISEÑO (5/5)
EJEMPLO
•
•
•
•
•
•
•
Sea un núcleo de población de 500 habitantes
Caudal diario = 500 hab * 250 l/hab/dia = 125 m3/día
Carga DBO5 = 60 gr/hab dia * 500 hab = 30 Kg/día (240 ppm)
Carga SST = 75 gr/hab día * 500 hab = 37,5 Kg/día (300 ppm)
Tratamiento primario : decantación convencional
Rendimiento eliminación DBO5 en decantación : 30%
DBO5 influente al Biodisco: 21 Kg/día
21.000 gr/día
•
= 2.100 m2 área efectiva
Area contacto =
10,0 gr /m2 día
PROCESO R.B.C. EFECTO DE LA TEMPERATURA
PROCESO R.B.C. LINEA DE TRATAMIENTO DE FANGOS
• AUMENTO DE LA
SOBRECARGA ORGÁNICA Y
SEPTICIDAD CUANDO SE ENVÍAN LOS FANGOS AL
TRATAMIENTO PRIMARIO, EN EL CASO DE TANQUES
IMHOFF Y FOSAS SÉPTICAS.
• TOMAR MÁRGENES DE
MOMENTO DEL DISEÑO.
SEGURIDAD
EN
EL
PROCESO R.B.C. ESQUEMAS DE TRATAMIENTO (1/4)
Influente
Pret
Tamizado
R.B.C.
2º
Efluente
Almacenamiento
y evacuación
PROCESO R.B.C. ESQUEMAS DE TRATAMIENTO (2/4)
Recirculación fangos
Influente
Pret
Tanque
Imhoff
Evacuación
R.B.C.
2º
Efluente
PROCESO R.B.C. ESQUEMAS DE TRATAMIENTO (3/4)
Recirculación fangos
Influente
Pret
Tamizado
R.B.C.
2º
Efluente
Tratamiento
de fangos
PROCESO R.B.C. ESQUEMAS DE TRATAMIENTO (4/4)
Recirculación fangos
Influente
1º
Pret
R.B.C.
2º
Efluente
Evacuación
PROCESO R.B.C. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS (1/3)
• MEDIO SOPORTE
• Placas de polipropileno de 2 a 3,6 m de diámetro
• Espesor de placa : 2 – 3 mm
• Distancia entre placas : 15 – 20 mm
• EJE SOPORTE
• Acero inoxidable cromado
• Diámetro 90 mm a 120 mm
• Construcción maciza
• GRUPO DE ACCIONAMIENTO
• Motoreductor
PROCESO R.B.C. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS (2/3)
PROCESO R.B.C. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS (3/3)
PROCESO R.B.C. VENTAJAS (1/3)
•
SIMPLICIDAD Y RAPIDEZ DE
MONTAJE
•
MINIMIZACIÓN DEL ESPACIO Y
VOLUMEN NECESARIO
•
MÍNIMO CONSUMO
ENERGÉTICO
PROCESO R.B.C. VENTAJAS (2/3)
•
FACILIDAD DE
CONSTRUCCIÓN GRADUAL
•
AUSENCIA DE MALOS
OLORES
•
MINIMIZACIÓN DE LA
CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA
•
FLEXIBILIDAD OPERATIVA
PROCESO R.B.C. VENTAJAS (3/3)
AVDA. ROMA, 25-27
BARCELONA 08029
TEL:93.428.68.00
FAX:93.428.68.51
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TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO Y
DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
MEDIANTE PROCESO MBR
Arantxa Aparicio
DEISA (Grupo COMSA)
ZARAGOZA 10 DE MAYO
INTRODUCCIÓN
•
¿QUE SIGNIFICA EL TÉRMINO MBR®?
“membrane biological reactor” o lo que es lo
mismo, “reactor biológico por membranas”
• ¿En que consiste?
1.- Reactor biológico
2.- Ultrafiltración de fangos
• Utilizaciones posibles
–
–
–
–
Aumentar capacidad en plantas convencionales existentes
Mejorar calidad en plantas convencionales existentes
Reutilización de parte o totalidad del agua depurada
Si se dispone de poca superficie
INTRODUCCIÓN
ESQUEMA COMPARATIVO PROCESOS
Aguas residuales
Efluentes
Fangos
activados
Aguas residuales
módulo de la Membrana
Efluentes
Fangos activados
INTRODUCCIÓN
COMPARATIVA MÉTODO CONVENCIONAL RESPECTO MBR
Convencional:
•
Bajos MLSS (3-5 g/l)
•
Edad baja de fango activado
•
Presencia materia en
suspensión en el agua
tratada
•
•
•
Peor calidad en el efluente en
turbidez y MES
Menor consumo energético,
no existen bombas que den
presión
Mayor superficie ocupada
MBR:
•
concentración MLSS (10-20
g/l),sistema más compacto
•
Edad elevada de fango
activado
•
Todas las bacterias quedan
retenidas en el sistema
•
No hay materia suspensión
en el agua tratada
•
Alta calidad en el efluente
•
Mayor consumo energético
•
Requerimientos de limpieza
CONCEPTOS BÁSICOS
CONCEPTOS BÁSICOS SEPARACIÓN
POR MEMBRANAS
•
•
•
•
•
Separación física fango-agua
Sistema que funciona mediante diferencia de presión (PTM)
entre los dos lados de la membrana
Las membranas pueden ser tipo fibra hueca o planas en
membranas sumergidas y tipo tubulares en membranas
externas.
Pueden ser de material tipo orgánico o cerámico
Requieren limpieza de la superficie
CONCEPTOS BÁSICOS- CONDICIONES TÍPICAS FUNCIOANIENTO
unidad
intervalo
típico*
Presión funcionamiento
[mbar]
30 – 400
150
Presión Backwash
[mbar]
30 – 200
150
[°C]
max. 55
15-25
2 – 11
7
Temperatura
Intervalo pH
Necesidad Aireación
[l/(m²*h)]
400 – 1000
600-800
Rendimiento Permeado
[l/(m²*h)]
8 – 25
15
* Para el tratamiento de aguas residuales urbanas.
CONCEPTOS BÁSICOS – TIPOS DE FILTRACIÓN
Micro
Filtration
Ultra
Filtration
giarda
crypto
bacteria
colloids
viruses
colour
hardness
pesticides
salts
water
pore size
TMP
100-1000 nm
0.1–4 bar
Nano
Filtration
colloids
viruses
colour
hardness
pesticides
salts
water
Reverse
Osmosis
colour
hardness
pesticides
salts
water
salts
water
10-100 nm
1-10 nm
< 1 nm
0.2–10 bar
3–20 bar
10-100 bar
CONCEPTOS BÁSICOS
• Las membranas son finas barreras o películas selectivas
de material poroso. Esta porosidad permite el paso de
ciertas sustancias y bloquea el paso de otras.
Rechazo
Permeado
Soporte
Membrana
Permeado
CONCEPTOS BÁSICOS
Sistema básicos:
waste water
effluent
•
Externas
•
cross-flow
airlift
Sumergidas
Planas
Fibra hueca
activated
sludge
aeration
surplus
sludge
recycle
waste water
effluent
activated
sludge
aeration
aeration
surplus
sludge
CONFIGURACIONES MBR
3650mm
Membrana sumergida en el
mismo reactor
Membrana sumergida en
recinto independiente
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS SUMERGIDA
Membranas planas
sobre platos soporte
Permeado
Membrana
Fibras huecas
sumergidas
Permeado
Fibra hueca
Canal de entrada
Aerator
Aire
Aire
Sólidos
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS SUMERGIDA
Módulos: constituidos por agrupaciones de membranas
ZeeWeed
Zenon
Microdyn Nadir
Módulo Memjet
(Memcor)
Módulo
Kubota
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS SUMERGIDA
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS SUMERGIDA
Ventajas y desventajas del módulo con fibra Hueca sumergida
y del módulo con membrana plana
Modulos con fibra Hueca:
Ventajas:
- Flexibilidad
- Backwash posible
- Mejor compactación, menor superficie
requerida
Desventajas:
- Mayor posibilidad de obstrucciones
- Mayor posibilidad de enredos
- Mala limpieza
Membranas planas:
Ventajas:
- Menor posibilidad de enredos
Desventajas:
- No backwash según membrana
- Peor compactación
- Mala limpieza
MBR SUMERGIDO
EDARI TRISA (TARRAGONA)
Cliente: trisa
Caudal: 150m3/día
Año: 2009
Instalación: biológico + MBR
EJEMPLOS MEMBRANAS SUMERGIDA
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS EXTERNAS
CrossFlow MBR: principio
Entrada
membrana
permeado
concentrado
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS EXTERNAS
Cross-flow
TIPOS DE MEBRANAS- MEMBRANAS EXTERNAS
AirLift
MBR EXTERNO
Deposito de RSU LA Coruña
Cliente: DBEMA
Caudal: 216 m3/día
Año: 2000
Instalación: nitrificación-desnitrificación y separación por microfiltración.
MBR EXTERNO
Deposito de RSU Colmenar Viejo (Madrid)
Cliente: Comunidad Autónoma de Madrid
Caudal: 168 m3/día
Año: 2002
Instalación: tratamiento físico-químico, nitrificacióndesnitrificación y separación por microfiltración.
REQUERIMIENTOS PREVIOS AL DISEÑO
• Analítica representativa del agua influente al sistema
MBR
• Pruebas de laboratorio y evaluación de rendimientos del
agua tratada deseada
• Estudio piloto semiindustrial
• Evaluación costes consumo reactivos, energía...estudiar
amortización de costes respecto coste existente (ROI)
• Coste de inversión de la instalación
• Espacio disponible para la nueva instalación
ESTUDIO EN PLANTA PILOTO SEMIINDUTRIAL
VENTAJAS RESPECTO SISTEMAS CONVENCIONALES
•
•
•
•
Ausencia de MES que entorpezca tratamientos posteriores
Mejora de la calidad del vertido, menor DBO asociada a
coloides retenidos en el sistema
Aumento de capacidad de plantas existentes
Menor coste tanto de inversión como de explotación en
tratamientos posteriores
VALORES MEDIOS RENDIMIENTOS OBTENIDOS
Parámetros del
efluente
Convencional
Valores típicos
MBR
Niveles
alcanzables MBR
DBO5 (mg/L)
30 - 50
<5
<1
SS (mg/L)
30 - 50
<5
<1
<1
< 0.5
NH3-N (mg/L)
NT (mg/L)
25 - 30
< 10
<3
Coliformes (ufc/100
mL)
1.000 – 100.000
< 200
< 2.2
Turbidez (NTU)
50
<1
< 0.2
VENTAJAS RESPECTO SISTEMAS CONVENCIONALES
Proceso
F A Convencional
Proceso
MBR
Filtro Terciario
Sí
No
MLSS (g/L)
≈2a4
≈ 8 a 12
Edad de Fango
(días)
< 10
>10
Superficie requerida
Alta
2 – 4 veces más
pequeña
Estabilidad del
proceso
Sensible al Bulking
No depende de la
calidad del fango
VENTAJAS RESPECTO SISTEMAS CONVENCIONALES
• Para un mismo volumen de reactor, el proceso MBR puede
trabajar desde 2 a 4 veces la edad del fango de un proceso
convencional
• Presenta las siguientes ventajas :
– Mayor facilidad para nitrificar
– Menor producción de fangos en exceso
– Más diversidad de microorganismos, con mayor capacidad
de actuación sobre compuestos menos biodegradables
VENTAJAS RESPECTO SISTEMAS CONVENCIONALES
Diseño MBR para baja edad del fango
•
•
•
Para una misma edad del fango, el proceso MBR puede trabajar
con un volumen de reactor entre el 25% y el 50% del requerido para
un proceso de F.A. convencional
Presenta las siguientes ventajas
– Menor volumen de reactor
– Menor superficie ocupada
Tiene las siguientes limitaciones :
– Ha de diseñarse para una edad de fango mínima -la nitrificación
más un margen de seguridad- no inferior a 12 días para mejor
control del “Fouling”
REUTILIZACIÓN EFLUENTES ACEITOSOS (RENAULT)
Membranas UF cerámicas
PLANTA DE REUTILIZACIÓN EFLUENTES AZUCARADOS
• Membranas Nanofiltración
Muchas gracias…