utilizacion de simuladores de plantas de tratamiento

INFLUENCIA DEL AREA DE DISCOS Y VOLUMEN DE PILETA EN
LA OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE BIODISCOS
Agustín F. Navarro
Ingeniero Químico egresado de la Universidad Nacional de La Plata,
Especialista Ambiental. Profesor con Dedicación Exclusiva de la Facultad de
Ingeniería UNLP Área de Trabajo: Contaminación y Medio Ambiente
María E. Albertario
Ingeniera Química egresada de la Universidad Nacional de La Plata. Tiene una
beca de Iniciación de la Facultad de Ingeniería UNLP
Tema de Trabajo: Tratamiento de Efluentes Líquidos por Biodiscos
Luis A. Palladino
Ingeniero Químico egresado de la Universidad Nacional de La Plata, docente
auxiliar con Dedicación Exclusiva de la Facultad de Ingeniería UNLP
Área de Trabajo: Alternativas de tratamiento de Efluentes Líquidos
Dpto. Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería.
Universidad Nacional de La Plata
Calle 48 y 115 (1900) La Plata. Argentina
Tel. (54) (221) 423 6680 Fax (54) (221) 425 9471
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PALABRAS CLAVES: BIODISCOS, EFLUENTES LIQUIDOS, TRATAMIENTO
BIOLOGICO, PARÁMETROS CINETICOS
RESUMEN
En este trabajo se trata de determinar la influencia que tiene sobre la operación de un sistema de biodiscos para
el tratamiento de efluentes líquidos, con alta carga orgánica, la superficie soporte de microorganismos y el
volumen del recipiente donde está sumergido. Para ello se tomó como referencia el modelo anterior construido
a escala piloto con diez discos parcialmente sumergidos en una pileta o colector, unidos a través de un eje
central y girando a bajas rpm. Se le duplicó el número de discos y se construyó una nueva pileta de menor
volumen con una geometría que se ajusta mejor al contorno de los mismos. Se continuó utilizando el modelo de
Eckenfelder para identificar la operación del equipo y a partir de distintos caudales del efluente a tratar y cargas
orgánicas iniciales similares, se determinó el parámetro cinético correspondiente. A partir de aquí se sacaron
conclusiones respecto a la influencia citada y eficiencia del nuevo sistema.
INTRODUCCION
Los efluentes líquidos provenientes de descargas urbanas e industriales que presentan una alta carga orgánica
medida a través de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) o Demanda Química de Oxígeno (DQO) deben
ser tratados para permitir su vuelco a los cuerpos de agua superficial cumpliendo con los estándares de calidad
correspondientes. Uno de los procedimientos para el tratamiento de este tipo de efluentes es el de los biodiscos
o discos rotatorios. En estos sistemas se emplean cultivos biológicos para la degradación aeróbica del efluente
(oxidación de la materia orgánica), a través de una película de microorganismos adosada a la superficie de los
discos.
De manera general un sistema de biodiscos consiste en una serie de discos de superficie rugosa paralelos
entre sí y unidos a un eje horizontal que pasa por sus centros. La distancia de separación entre discos es
pequeña y giran a bajas velocidades, del orden de 1 a 2 rpm. En su rotación son parcialmente sumergidos (un
40%) dentro de un colector o pileta donde se encuentra el efluente a tratar. Es de hacer notar que en estos
sistemas la biomasa se presenta en dos tipos de crecimiento: en suspensión (tipo barros activados) y asistido
(en película fija), sin embargo el primero de ellos es despreciable frente al otro. Estos sistemas no necesitan
recirculación de barros y al final de la última etapa se coloca un sedimentador secundario para la clarificación
del efluente.
OBJETIVOS
Determinar la influencia que tienen sobre la operación de un sistema de biodiscos, construido a escala piloto, el
aumento del número de discos y la forma de la pileta en la cual se encuentran parcialmente sumergidos. Dicha
influencia se establece ajustando el parámetro cinético del modelo de referencia y contrastando las eficiencias
de degradación con las obtenidas en el trabajo previo (1).
METODOLOGÍA EMPLEADA
Se construyó un modelo de biodiscos a escala piloto siguiendo los lineamientos generales de construcción de
estos sistemas a escala industrial. El mismo consta de: Pileta de acrílico de 20 litros de 600 mm de largo por
310 mm de ancho y por 180 mm de altura, construida de tal forma que mantiene su ancho hasta una distancia
de 90 mm desde el borde superior y de aquí en adelante la pared lateral forma un ángulo de 45º para terminar
con una base de 13 mm de ancho. Veinte discos de acrílico de 300 mm de diámetro con espesor de 2mm,
unidos a través de un eje central que atraviesa la pileta longitudinalmente a 160 mm de distancia a partir de la
base. Un moto reductor de doble reducción a sinfín y corona, de 0,25 HP, es el encargado de mantener en
movimiento los discos que giran a 1,5 rpm. El efluente a tratar ingresa por el lateral izquierdo de la pileta, y es
retirado a través de la perforación que se encuentran en el lateral derecho de la misma. (ver Figura 1).
Completan el sistema una bomba utilizada para la carga del efluente sin tratar del tipo centrífuga (potencia
0,40HP) con sus correspondientes sistemas de control de caudal mínimo y válvulas globo para regular los
caudales. Tanque de alimentación de acero inoxidable de 1000 litros de capacidad para la carga del efluente
original.
El efluente a tratar fue sintetizado en laboratorio mediante la dilución de sustituto lácteo para terneros
compuesto principalmente por proteínas, fósforo, calcio y sales minerales. La determinación de la DQO de las
muestras se realizó mediante un Equipo marca HACH compuesto por Reactor modelo 45600 y
Espectrofotómetro DR-2000, Hach Corp, Loveland (USA)
Figura 1 Biodiscos construidos en laboratorio
El modelo anterior (1) tenía características similares al actual pero construido con una pileta de acrílico de 800
mm de largo por 400 mm de ancho y por 250 mm de altura, con diez discos de acrílico de 300 mm de diámetro
unidos a través de un eje central.
MODELO CINÉTICO UTILIZADO
El cálculo de los biodiscos responde a numerosos modelos que intentan determinar a través de los parámetros
de operación más importantes, el comportamiento frente a una determinada carga orgánica (Kornegay, Schulze,
Eckenfelder, etc.). En este trabajo se sigue el modelo de Eckenfelder, que considera las siguientes expresiones:
Caso de 1 etapa:
1
Q( So − S ) = π ( Do 2 − Di 2 ) NKS
2
(1)
Caso de n etapas:


Q
S = So 

2
2
 Q + K (π / 2) Do − Di N 
(
n
)
(2)
donde
Do : Diámetro del disco (m), Di : Diámetro del área circular no sumergida (m), N : Número de discos de la etapa,
3
Q : Caudal volumétrico (m /d), So: Concentración de sustrato al ingreso (mg/lt), S: Concentración de sustrato a
3
2
la salida (mg/lt), K : constante de remoción (m /d/ m ), n: Número de etapas.
AJUSTE DEL PARAMETRO CINETICO DEL MODELO SELECCIONADO
Se realizaron ensayos con caudales comprendidos entre 85 y 420 ml/min que corresponden a tiempos de
residencia del efluente dentro del sistema de 48 min. a 3 horas 55 min., se midió además la Temperatura, el
Oxígeno Disuelto (OD) y el pH asociado al interior de la pileta, en el momento en que se realizó el muestreo del
efluente (ver Tabla 1). Los valores de OD estuvieron en el orden de los 4 mg/lt (por encima de los valores
típicos de buen funcionamiento) lo cual indicó que en el sistema se mantuvieron las condiciones aeróbicas,
salvo determinados puntos aislados donde ocurrieron condiciones anaeróbicas. La temperatura medida se
correspondió con la época del año en la cual se realizaron los ensayos. El medio se mantuvo neutro.
Para cada uno de los caso se midió la carga orgánica del efluente sin tratar y del tratado (Ver Tabla 2 ).
Q(m3/d)
0,1224
0,1224
0,2304
0,3024
0,4032
0,6048
T(C)
15
14
15
15
16
18,5
OD(mg/lt)
3,5
5
4
4
4
4
pH
6,8
7,1
6,8
7,1
6,8
7,1
Tabla 1. Valores de Caudal de ingreso y parámetros asociados al sistema de biodiscos
A partir de estos y según los términos de la ecuación (1) se obtuvo el parámetro K que define la operación de
los biodiscos de acuerdo al modelo cinético utilizado.
Graficando
Q( So − S ) / A vs. S
con A = (π / 2)( Do − Di ) N que en este caso es igual a 2,844 m , considerando ambos lados de los
discos y el espesor de los mismos, se obtiene el valor de la constante de remoción de la carga orgánica K.
2
2
2
La tabla siguiente muestra los valores de caudal y DQO inicial, que se utilizaron para los distintos ensayos, así
como la DQO final, el término utilizado como ordenada en la Fig. 1 y la eficiencia de remoción:
Q (m3/d)
0,1224
0,1224
0,2304
0,3024
0,4032
0,6048
S0 (mg/lt)
226
209
116
92
231
224
S (mg/lt)
119
99
60
65
160
175
Q*(S0-S)/A Eficiencia (%)
4,655
47,4
4,786
52,6
5,586
48,3
2,902
29,4
10,175
30,7
10,533
21,9
Tabla 2. Valores de DQO de entrada y salida para los distintos caudales,
ordenada del gráfico de Eckenfelder y eficiencia del tratamiento
La eficiencia de remoción resultó baja para los caudales más altos ( los tres últimos) siendo razonablemente
buena para los tres primeros, en concordancia con los valores informados en bibliografía.
En la figura siguiente se grafican la columna 4 vs. la columna 3 de la tabla 1, obteniendo de la pendiente un
3
2
valor de K = 0,0566 m /d/ m
Modelo de Eckenfelder
12
y = 0,0566x - 0,0286
R2 = 0,9631
Q/A*(S0-S)
10
8
6
4
2
0
0
50
100
Se
150
200
Figura 2. Determinación del coeficiente K
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para esta experiencia en particular, se observa que luego de aumentar el área para el crecimiento bacteriano,
duplicando el número de discos, y disminuyendo el volumen de masa de líquido con crecimiento en suspensión,
existe una tendencia similar respecto al modelo construido originariamente. El valor del coeficiente de remoción
sigue en el mismo orden del encontrado en primer lugar. Sin embargo se observa un notable aumento en la
eficiencia de remoción, en el ensayo anterior trabajando en la zona de mayores caudales se obtuvieron
eficiencias comprendidas entre un 10% y un 21 % y actualmente se han duplicado los valores alcanzando
órdenes del 52,6 % en zona de bajos caudales.
Basándonos en el modelo propuesto por Pöpel (3) se encuentra que para nuestro sistema el número de discos
necesarios para la remoción encontrada es de 16 discos (valor muy cercano al utilizado en este trabajo). Los
3
2
valores medios informados en la literatura son para carga hidráulica de 0,2 m /m /d y para carga orgánica por
2
unidad de superficie expuesta comprendida entre 0,03 y 0,15 kgDBOu/m /d siendo los valores utilizados en este
3
2
2
trabajo de 0,051 a 0,2 m /m /d para la primera variable y 0,013 a 0,051 kgDQO/m /d para la segunda, que se
encuentran dentro de los ordenes antes mencionados.
Se observó la formación de una película de microorganismos no uniforme en los discos, siendo de mayor
espesor y de color marrón grisáceo en los primeros de ellos, en contacto con la entrada de carga orgánica,
mientras que de menor espesor y de color marrón oscuro en los últimos de la serie. Se volvió a verificar que al
ser un sistema abierto está mucho mas influenciado por las condiciones ambientales que otras técnicas de
tratamiento. Se advirtió un crecimiento excesivo de microorganismos, a los pocos días (5 ó 6) del comienzo de
cada ensayo, a pesar de la época del año (junio - julio) en que se realizaron las experiencias. La formación de
grandes cúmulos de microorganismos en los discos, en las paredes del recipiente y sobre el eje de rotación,
que a un determinado tiempo se desprendían y quedaban depositados en el fondo, hicieron difícil la remoción
de los mismos, debiendo parar completamente la operación y realizar una limpieza general del sistema antes de
continuar con la próxima experiencia.
REFERENCIAS
1) Operación de un Sistema de Biodiscos para el Tratamiento de Efluentes Líquidos. A. F. Navarro, L. A.
Palladino y D. Moreno. Actas del XXIX Congreso de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Puerto Rico (2004).
2) Tratamiento de Residuos Industriales Líquidos y Aguas Servidas. Seminario Internacional. Prof. Dr. W.
Eckenfelder. Buenos Aires (2000).
3) Tecnologías no Convencionales. Grupo de Tratamiento de Aguas Residuales. Universidad de Sevilla.
España. (2002)
4) Tratamiento de Aguas Residuales. R. S. Ramalho. Ed. Reverte. (1993).
La Plata, 25 de Octubre de 2004
Sres.
AIDIS Argentina
Belgrano 1580 3º Piso
Me dirijo a ustedes a los efectos de enviarle el trabajo completo titulado:
“Influencia del área de discos y volumen de pileta en la Operación de un Sistema de Biodiscos”,
realizado en coautoría con Luis A. Palladino y María E. Albertario, para ser presentado en el 14º
Congreso Argentino de Saneamiento y Medio Ambiente, a realizarse en la ciudad de Buenos Aires del
17 al 20 de Noviembre de 2004.
Sin otro particular los saluda
Ing. Agustín F. Navarro