12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA DOCENTES: ING. AMBIENTAL FEDERICO BAILAT CÁTEDRA: DISEÑO DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO CARRERA: INGENIERIA AMBIENTAL TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA Descripción de biomasa Fija 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 oxigeno necesario para metabolizar la materia carbonacea y nitrogenada del agua residual difundida a través del biofilm. 1 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA Descripción de biomasa Fija TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA Descripción de Biofiltros Es un reactor de lecho fijo, donde el efluente es distribuido en forma uniforme mientras circula una corriente de aire en forma natural o forzada. Un sistema de Biofiltro es capaz de operar en las siguientes condiciones: • Conseguir efluente de alta calidad, bajo condiciones adecuadas de diseño se pueden alcanzar desde le punto de vista práctico eficiencias típicas entre 50% y 70% • Rápida reducción de carga orgánica (no requiere tiempos de residencia importantes) • La pérdida de temperatura del efluente del orden de 2-3 C°(el sistema actúa como enfriador debido a la evaporación). Se han reportado casos de diferencias de casi 10C° • Pueden actuar en nitrificación obteniendo valores < 1 mg/l N-NH3 • Mejora su operación con ventilación forzada • Operar con velocidades de riego controladas •Con una herramienta sencilla como la recirculación adecuada, se mejora y optimiza el funcionamiento • Requiere mantener la limpieza del relleno y la biomasa para optimizar el funcionamiento • Requiere menor área. • Bajo consumo de energía comparado con otros sistemas aeróbicos (mayor consumo que un sistema anaeróbico). 2 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA LECHO PERCOLADOR TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA LECHOS PERCOLADORES: TEORÍA OPERATIVA Los lechos percoladores permiten que la materia orgánica de las aguas residuales sean adsorbido por una población de microorganismos (aeróbico, anaeróbico, bacterias facultativas; hongos; algas; y protozoos) unidos a un medio soporte como una película biológica o Biofilm (aproximadamente 0,1 a 0,2 mm de espesor). La biomasa esta adherida al medio soporte por lo que en principio no requiere reciclo de lodos. Ciertos esquemas operativos de todos modos lo incluyen Corriente de Efluente y reciclo O2 Circulación de oxigeno El oxígeno para la degradación de la materia orgánica, Biofilm Relleno/soporte es provisto por un sistema natural o con ventilación de bajo costo. Dados los muy bajos tiempos de residencia del liquido en el sistema (5-15 min) la materia orgánica debe ser rápidamente absorbida por el biofilm mediante el contacto superficial entre el efluente y ella. Por lo que son altamente eficientes para degradar materia orgánica fácilmente biodegradable. La base del funcionamiento eficiente es una adecuada distribución de efluente sobre el biofilm y una rápida transferencia de oxígeno entre el aire y la corriente liquida (en realidad el reciclo) y de esta al biofilm. 3 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA LECHOS PERCOLADORES: TEORÍA OPERATIVA TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA LECHOS PERCOLADORES: TEORÍA OPERATIVA - DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD SOBRE EL FILM Después de un período de “acostumbramiento” se produce el crecimiento sostenido de micro organismos sobre la interface relleno/aire, aprovechando la característica de generación de PEC (polímeros extracelulares) de alta capacidad adhesiva. El engrosamiento de la capa de biomasa conlleva a un déficit en la transferencia de oxigeno hacia las capas interiores con lo cual aparecen interfaces anoxias y finalmente anaeróbicas en la zona más profunda del biofilm. A medida que la película biológica sigue creciendo, los microorganismos cerca la superficie (Anaeróbicos) pierde su capacidad de aferrarse al medio soporte, y una porción de la capa de limo se cae del filtro. Este proceso es conocido como desprendimiento. Los sólidos desprendidos son recogidos por el sistema de desagüe inferior y transportados a un clarificador para la eliminación de la aguas residuales 4 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA LECHOS PERCOLADORES: TEORÍA OPERATIVA - DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD SOBRE EL FILM Corriente de Efluente y reciclo Relleno/soporte La velocidad de crecimiento difiere en función de la disponibilidad de comida y de su degradación. CO2 En cierto punto se alcanza un espesor de film crítico, esta condición depende de muchos factores, principalmente: O2 La tasa de reciclo La velocidad de rotación del sistema de distribución Disponibilidad de micro nutrientes) nutrientes (N,P, Film Anaeróbico Film Anoxico Circulación de oxigeno A pesar de estas condiciones, el mecanismo de remoción principal es aeróbico y algunos autores indican que la presencia de capas anoxias/anaeróbicas promueve la digestión del lodo y por ende una menor producción de lodos en términos de masa seca. Film Aerobio Temperatura TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA LECHOS PERCOLADORES: TEORÍA OPERATIVA - DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD SOBRE EL FILM Microorganismos presentes en Lodos Activos vs Biofiltro 5 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS Tasa hidráulica Es el caudal total que llega al relleno por unidad de área transversal, medida en m3/h.m2 Carga volumétrica (VLR) ó superficial (SLR) VLR (kgDBO5/m3relleno.día; kgDQO/m3relleno.día; kg NH4- N/m3relleno.día. SLR como las mismas cargas por m2 de superficie activa de relleno (*). Es necesario destacar que si bien estas cargas pueden medirse en términos de carga total, es habitual trabajar en un biofiltro en términos de cargas solubles que es en la práctica lo que “ve” el sistema. En algunos casos se miden en términos de cargas por m2 de relleno en si mismo. La tasa se calcula en función de los kg que llegan al biofiltro independientemente de la recirculación, aunque esta afecta la eficiencia. La carga total esta formada por DBO5sol + DBO5susp La DBO5sol (DQO ó NH4-N) proviene de hacer el análisis sobre una muestra filtrada con filtro 1.0-1.2 µ ó 0,45 µ, según las prácticas propias del establecimiento. (*) no confundir la superficie del equipo con la superficie del relleno! TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS Eficiencia de remoción Se mide como % de reducción de carga, en general en términos solubles. Operativamente el sistema puede utilizarse como: 1. Etapa primaria de tratamiento con eficiencias de remoción entre 50%-70% de DBO5sol 2. Etapa única de tratamiento para conseguir parámetros finales en una sola etapa (incluyendo separación de SST mediante sistemas de clarificación a gravedad o flotación) 3. Remoción de DBO5 y Nitrógeno en una sola etapa. 4. Nitrificación como etapa independiente después de una clarificación de una etapa de remoción de carga carbonacea. 6 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA CLASIFICACION DE LOS FILTROS, según carga hidráulica u orgánica.. Filtros de baja carga es un dispositivo relativamente sencillo y de funcionamiento sumament seguro, que produce una calidad estable del efluentes, sin perjuicio de que el afluente sea de naturaleza cambiante. Las cargas orgánicas volumétricas varían entre 0,08 – 0,32 kg/m3d. La mayoría son circulares con distribuidores rotativos, pero algunos filtros que se utilizan actualmente son rectangulares. Ambas configuraciones están equipadas con sifones de dosificación o bombas periódicas para proporcionar una velocidad de humectación alta para los intervalos cortos entre los períodos de descanso. En la mayoría de los filtros de baja carga, el biofilm se desarrolla en una profundidad apreciable de 0,6 a 1,2 m de la parte superior del medio filtrante. Como resultado en las partes inferiores del filtro pueden desarrollarse bacterias autótrofas nitrificantes que oxidan el amoniaco a las formas de nitrato y nitrito. Si la población de nitrificantes esta suficientemente bien establecida y en correctas condiciones de funcionamiento se logra una buena eliminación de la DBO y un efluente latamente nitrificado. La perdida de carga a través del filtro puede se 1,5 a 3 m , lo que puede favorecer a un escurrimiento por gravedad. Los sólidos desprendidas son generalmente bien digeridos, y como resultado estos filtros producen menos sólidos que los filtros de tasas más altas. Los olores son un problema frecuente de estos filtros y el desarrollo de moscas (Psychoda) se desarrollaran en los mismos si nos se toman medidas de precaución para su control TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA CLASIFICACION DE LOS FILTROS, según carga hidráulica u orgánica (continuación) Filtros de intermedia y alta carga, en estos filtros la recirculación del efluente final o efluente del filtro permite la aplicación de mayores cargas orgánicas y el retorno de microorganismos viables. Esto mejora la eficiencia del tratamiento. La recirculación evita la obstrucción del filtro y reduce los problemas derivados de olores y moscas. Con el fin de asegurar una buena distribución y mezcla a fondo del filtro, el sistema debe recircular el efluente del lecho percolador y el sedimentador secundario. Los sólidos biológicos que se desprenden de un lecho percolador con carga intermedia no están tan bien digeridos como los que utilizan un filtro de baja carga. Carga orgánicas (Kg/m3d) Profundidad (m) Carga hidráulica (m3/m2d) Intermedio 0,24 -0,48 1,25-2,5 4-10 Alta 0,32-1 1-2 10-40 7 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA CLASIFICACION DE LOS FILTROS, según carga hidráulica u orgánica (continuación) Filtros de muy alta carga , surgieron como consecuencia del desarrollo de diversos tipos de medios filtrantes compactos sintéticos y de madera. Dada su elevada área superficial por unidad de volumen los filtros de medios sintéticos pueden funcionar, asimismo como filtros de alta carga con cargas menores. Con carbas extremadamente bajas los filtros de medios sintéticos se han utilizado para realizara la nitrificación de efluentes tratados. Muy Alta 0,8-6 4,5-12 40-200 Carga orgánicas (Kg/m3d) Profundidad (m) Carga hidráulica (m3/m2d) TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA Información típica de diseño para los filtros percoladores Baja tipos de fitros en función de la carga orgánica Intermedia alta muy alta Carga hidraulica m3/m2d Carga organica Kg/m3d Profundidad (m) Relación de Recirculación 1a4 4 a 10 10 a 40 40 a 200 0,08-0,32 1,5-3 0,24-0,48 1,25-2,5 0,32-1 1a2 0,8 - 6 4,5 - 12 0 0-1 1-3 ; 2-1 1-4,0 Medio Filtrante Piedras, escorias Piedras, escorias Moscas en el filtro Muchas intermedio Dosificación inferior a 5 min (generalmente intermintente) 15 a 60 s (continuo) Efluente Generalmente Parcialmente totalmente nitrificado nitrificado Piedras, escorias, sintéticos pocas, las larvas son arrastradas 15 s (continuo) Sintéticos pocas o ninguna continuo Nitrificado a cargas Nitrificado a cargas bajas bajas 8 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación 9 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido El factor crítico de caracterización es el DBO5 soluble DBO5 sol= DBO5 total – SSVCrudo La carga Orgánica CO (KgDBO5/d )se calcula como: CO= Q[m3/d]. C [gDBO5 sol/m3] ( kg/1000g) = KgDBO5/d TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación 10 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 2. Degradabilidad del efluente liquido Una aproximación cuantitativa de la biodegradabilidad de un efluente va a estar dada por la relación de la demanda bioquímica de oxígeno a la demanda química de oxígeno. Valores de la relación DQO/DBO5 (DQO/DBO5) < 2.5 da pautas de un efluente o compuesto biodegradable, pudiéndose utilizar sistemas biológicos como fangos activos o lechos bacterianos. 2.5 < (DQO/DBO5) < 5 es biodegradable siendo recomendable el empleo de lechos bacterianos TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación 11 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 3. Pretratamiento El grado de pretratamiento es un factor critico en la performance del sistema. En efluentes domésticos con una sedimentación primaria, o hasta un tamizado fino (0.5-2.0 mm) es suficiente y no necesita ecualización ni ajuste de pH. El objetivo es reducir carga asociada a sólidos y la posibilidad de taponamiento (clogging) En efluentes industriales, además de considerar la separación de sólidos, debe tenerse en cuenta como en todo proceso de tratamiento de este tipo: ecualización, ajuste de pH, reducción de grasas e hidrocarburos u otros tratamientos primarios que se evalúen en la caracterización como eficientes. TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación 12 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 4. Postratamiento El biofiltro produce un efluente reducido en DBO5 soluble y SST y SSV provenientes de la misma actividad en el sistema. Para obtener parámetros ajustados de salida si no hay una etapa posterior, es necesario separar estos sólidos mediante procedimientos de clarificación como clarificadores convencionales o bien equipos DAF. TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación 13 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 5. Tipo de Relleno o medio soporte Todos los rellenos incluso los de piedra originales, que aún se usan en proyectos o revamping de plantas existentes sobre todo domésticas dependen de pocos parámetros específicos. Los parámetros característicos del relleno son: Superficie específica: específica: son los m2 de superficie de relleno por m3 de relleno. La mayor superficie especifica implica TEORICAMENTE mayor área de contacto efluente/aire/biomasa es decir es equivalente a tener mas volumen de reactor. Espacio vacío, vacío % vacío en el relleno, da mayor viabilidad a la circulación de aire y menor riesgo de atasco (“clogging”) Configuración del relleno: relleno: como se orienta el soporte y el grado de corrugación impactan directamente en la eficiencia. TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 5. Tipo de Relleno o medio soporte (cont.) Rellenos a granel Rellenos Ordenados 14 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 5. Tipo de Relleno o medio soporte (cont.) Las superficies especificas típicas son Grava 30-80 mm 60 m2/m3 Grava 50-150 mm 50 m2/m3 Rellenos a granel 80 -120 m2/m3 Maderas 50 – 80 m2/m3 Rellenos ordenados 50-200 m2/m3 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 5. Tipo de Relleno o medio soporte RELLENOS ORDENADOS Cross Media Flow Los medios de comunicación de las hojas formadas con la alternancia de corrugaciones a 60º respecto de la vertical. Las hojas están soldadas entre sí para formar módulos de fácil apilamiento en la estructura de biofiltro. Las superficies especificas van desde 102 a 157 m2/m3. Utilizados en casos de Tratamiento de Aguas Residuales, especialmente poco profundo DBO y desbaste pulido, nitrificación y desnitrificación 15 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 5. Tipo de Relleno o medio soporte RELLENOS ORDENADOS Medios de Flujo Vertical Los medios de comunicación de flujo vertical tiene canales verticales con puntos de contacto distanciados en intervalos de 305 mm. Al carecer de los puntos de cruce de mezcla de flujo transversales, redistribuye el flujo solamente en la interfaz del módulo. Como resultado, los medios de comunicación de flujo vertical tiene superior acción de lavado de bio-sólidos. Las superficies especificas van desde 98 a 131 m2/m3. TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 5. Tipo de Relleno o medio soporte RELLENOS ORDENADOS Mixed Media La configuración óptima de los medios de comunicación de la biotecnología moderna se aplica a torres de más de 4,9 m de profundidad. El sistema consiste en la combinación de los medios de comunicación de flujo cruzado de las dos capas superiores con los medios de comunicación vertical en las capas inferiores. Esta configuración combina las propiedades superiores de distribución del flujo con el potencial reducido para la obstrucción de los medios, para dar mayor consistencia y eficacia al tratamiento biológico de aguas residuales. 16 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 6. Altura del Relleno Los filtros de piedra no superan 1.5-2.0 mts por un tema de correcta aireación. Los biofiltros con medios plásticos pueden construirse de hasta 12 mts de altura, dato que debe confirmar el fabricante del relleno para cada aplicación. La limitación de altura tiene que ver con un tema de aspecto, el diseño mecánico y limitaciones operativas. El efecto de la altura en la eficiencia no esta totalmente consensuado entre los distintos especialistas del tema. Algunos consideran que hay ciertos factores de corrección a tener en cuenta por altura sobre valores teóricos de eficiencia, en general se considera que a mayor altura mayor eficiencia, aunque el efecto aceptado es mínimo y probablemente relacionado con el caudal especifico 17 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 7. Recirculación de los líquidos tratados En lo general: Siempre se alimenta el biofiltro por arriba y casi siempre este caudal es mayor que el del efluente crudo, en particular en efluentes industriales, debido a la recirculación del efluente tratado por el biofiltro que se mezcla con el de ingreso. La relación entre el caudal de reciclo y el caudal de efluente crudo se llama factor de reciclo. R = Qr / Qo En efluentes industriales se utiliza una regla práctica, el factor de reciclo R= (Qr /Qo ) > (DBO5 / 400) 18 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 7. Recirculación de los líquidos tratados (continuación) Patrones de reciclo, Hay diferentes patrones de recirculación. Los esquemas típicos son: -Reciclo del efluente del biofiltro, esto mejora la eficiencia al evitar reciclar sólidos generados en el biofiltro, pero requiere de un Sedimentador primario mayor. -Esquema mas generalizado, reciclo del efluente a la cabeza del Biofiltro. Otros arreglos son variantes de estos esquemas con mas o menos biofiltros en serie. En todos los casos el objetivo es obtener un correcto mojado y el efecto de dilución requerido en efluentes industriales. Los esquemas actuales reemplazan el sedimentador primarios por el tamiz. SP BF SS SP BF SS TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 7. Recirculación de los líquidos tratados (continuación) Efectos de la Recirculación El reciclo permanente de biomasa renueva y resiembra continuamente asegurando la presencia de microorganismos en el sistema. Mejora la distribución sobre la superficie de los filtros Reduce el atascamiento (clogging) Controla el crecimiento de moscas (problema típico del biofiltro) Mejora el mojado reduciendo los cortocircuitos, es decir asegura el uso del 100% de la superficie disponible del relleno. Las tasas típicas de mojado son de 1.0 a 2.5 m3/h.m2 superficie transversal del biofiltro, y deben ser confirmadas por el fabricante del relleno. Es un agente de aireación hidráulico, relacionado con el mojado y salpicadura, ya que es le medio por el cual “llega” el oxigeno a la biomasa. En efluentes industriales es un factor critico de dilución del efluente crudo pues evita el inicio de la degradación anaeróbica que se produce con efluentes fácilmente biodegradables y de alta concentración de materia orgánica (efecto acidificación) Es un agente de limpieza del biofilm, porque provee de un efecto de cizalla hidráulico que lo mantiene “fresco”. 19 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 8. Sistema de Distribución Los sistemas de distribución han evolucionado en el tiempo desde el uso de sistemas de distribución hidráulicos y toberas a los modernos sistemas motorizados con variador de velocidad ha notado una gran mejora, en particular justamente en la flexibilidad de operación y control del sistema. Si descartamos el uso de sistemas fijos tipo tobera para equipos de muy pequeño tamaño, digamos menos de 4 m2, el sistema que se recomienda utilizar es el distribuidor rotativo con motor con control de velocidad (corriente continua o alterna). Las velocidad de rotación normales en operación son 1 rev / 2-5 min y la variación de velocidad debe permitir bajar dicha velocidad a 1 rev / 30-60 min en el periodo de limpieza. La reducción de velocidad produce un efecto de barrido del lodo adherido pues da un efecto de corte o cizalla muy concentrado con el equipo rotando a bajas revoluciones y un gran caudal de reciclo. La biomasa sana no se desprende fácilmente y si lo hace el lodo envejecido y poco útil al proceso, dejando un sistema continuamente “fresco” 20 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 8. Sistema de Distribución (continuación) TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 8. Sistema de Distribución (continuación) En la actualidad se maneja en el diseño del sistema de distribución el parámetro SK (spulkraft) intensidad de limpieza, definido por: SK= Q/Ax1000 (mm/m) (axn)x60 (min/h) Q = caudal de alimentación total al distribuidor, m3/h A = área del biofiltro m2 a = numero de brazos del distribuidor n = rpm del distribuidor. Siendo la unidad final mm/brazo (ó paso), en realidad debe interpretarse como una relación entre velocidad vertical del fluido y la inversa de la frecuencia de paso de un chorro por el mismo punto. A mayor tasa mas efecto de arrastre, a menor frecuencia mayor permanencia del chorro en un área, es decir a mayor SK mayor efecto de limpieza. 21 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 8. Sistema de Distribución (continuación) Valores típicos serían: Los valores recomendados para operación son entre 30-100 mm/paso En operación 2.0 m3/h.m2 y 0.2 rpm (1 rev/5 min) 2 brazos SK = 83 mm/paso 4 brazos SK = 41.5 mm/paso Los valores recomendados para Limpieza (flushing) son 300-600 mm/paso. Durante la limpieza la velocidad se baja a 1 rev/20 min = 0.05 rpm, con lo cual 2 brazos Skflushing = 332 mm/paso 4 brazos. Skflushing =166 mm/paso Frecuencia de limpieza No hay valores preestablecidos, en la operación se regula esta limpieza prácticamente, puede ser desde 1 vez por semana a 3 veces por día durante por lo menos dos revoluciones completas. Se puede automatizar por tiempo o bien colocando una celda de peso en algún punto del relleno que mida en ese sector el incremento de peso por crecimiento del lodo. TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 1. Composición del efluente liquido 2. Degradabilidad del efluente liquido 3. Pretratamiento 4. Postratamiento 5. Tipo de relleno o medio soporte 6. Altura del relleno 7. Recirculación de los líquidos tratados 8. Sistema de Distribución 9. Ventilación 22 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 9. Ventilación El ingreso de aire al biofiltro pude producirse por dos medios: circulación natural ó circulación forzada. La circulación natural se produce por convección debida a la humidificación del aire exterior que en contacto con el efluente cambia de temperatura y humedad y por lo tanto de densidad produciéndose la corriente de convección en el interior del equipo. Esta condición es altamente dependiente de las condiciones atmosféricas y cuando estas se acercan a las mismas condiciones que tengo dentro de la torre la circulación es mínima con posibilidad de baja aireación, olores y baja eficiencia. Hay que tener cuidado cuando se alcance una condición crítica para diferencias de temperatura entre aire/efluente < 3°C. La altura de la torre también influye, a menor altura menor efecto de convección. El diseño adecuado requiere sistemas de ingreso de aire ampliamente diseñados y evitar la acumulación y estancamiento del efluente líquido dentro de la torre Se recomienda en efluentes domésticos que el área de ventilación sea del orden del 15 % del área transversal del biofiltro como mínimo, aunque muchos fabricantes de relleno establecen sus propias recomendaciones. Sin embargo en efluentes industriales de alta carga y fácil biodegradabilidad el riesgo de defecto de oxígeno es grande y es preferible acompañar con un sistema de ventilación forzada. Se debe esperar niveles de oxigeno disuelto altos en el efluente del biofiltro, normalmente mayores a 5 mg/l, si hay defecto de oxigeno el sistema esta operando en anaerobiosis. TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 9. Ventilación (continuación) Circulación forzada En la actualidad la construcción o remodelación de biofiltros con relleno sintético en general implica el agregado de sistemas de ventilación. Para calcular la cantidad de aire a circular se requiere conocer la DQO total y soluble, y se utiliza la siguiente ecuación: Tasa de oxigenación (kg O2/kgDQO) = 20 . [0.4 e-4.5L + 0.6e-0,09L] . PF (factor pico de carga) donde 20 indica una tasa de trasferencia útil del 5% (1/20 kgDQO/kgO2) L = tasa de aplicación de DQO (KgDQO/m3relleno.d) PF: factor de pico de carga , a definir por diseño Con esto calculo la cantidad de oxígeno requerido OD OD = tasa de oxigenación kgO2 /KgDQO x L en kgDQO/d Para una carga de 5 kgDQO/m3d OD = 20.((0.4xe-4.5x5)+(0.6xe-0.09x5))x 1.3 = 20 x 0.38 = 7.6 kO2/kgDQO Notar que la demanda depende de la carga total y no de la carga removida, es decir si la carga tiende a 0, OD y eficiencia se maximizan 23 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO 9. Ventilacion Caudal de aire requerido Nm3/h(2) = OD (kg O2/d) x 3.5 Nm3/kg O2 : 24 h/d Se usan ventiladores centrífugos convencionales con presiones de descarga de 50-100 mmca Se recomienda tener en cuenta un factor de corrección por la temperatura del efluente de manera que el caudal se incremente 1% por cada grado encima de 20°C, ya que baja la solubilidad del oxigeno en el liquido. Las potencias en juego para la ventilación forzada no son significativas y el costo adicional incluye el o los ventiladores y los conductos de aire correctamente distribuidos en el interior de la torre. (2) Caudal en condiciones reales m3/h = Nm3/h . (1+t/273)/1-p/760) con t en °C y p en mmHg TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA BIODISCOS RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS 24 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS EN UN BIODISCO LOS DE LA RESPONSABLES METABOLIZACIÓN DE LA MATERIA CARBONACEA ESTA FIJADOS A UN MEDIO SOPORTE, CONSTITUIDO POR UN CONJUNTO DE PLACAS DE MATERIAL PLÁSTICO ENSAMBLADAS A UN EJE SOPORTE TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS EL MEDIO SOPORTE GIRA LENTAMENTE SOBRE EL EJE HORIZONTAL, SUMERGIDO UN 40%. LOS MICROORGANISMOS SE ADHIEREN AL MEDIO SOPORTE FORMANDO UNA PELÍCULA (BIOFILM) MEDIANTE EL MOVIMIENTO GIRATORIO DEL MODULO, EL BIOFILM ALTERNA EL CONTACTO CON EL AGUA RESIDUAL A TRATAR Y CON EL AIRE CUANDO LA PELÍCULA ESTA EN CONTACTO CON EL AIRE ABSORBE EL OXIGENO DEL MISMO NECESARIO PARA LOS MICROORGANISMOS CUANDO ESTA EN CONTACTO CON EL AGUA BRUTA, ABSORBE LA MATERIA SOLUBLE A DEGRADAR 25 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS 26 12/05/2016 TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS ACTUALMENTE LOS BIODISCOS TIENEN UN DESPRESTIGIO MOTIVADO POR: DESCONOCIMIENTO DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO QUE LLEVO A MALOS DIMENSIONAMIENTOS, Y POR LO TANTO NO OBTENER LAS CALIDADES DE AGUA EXIGIDAS. HAY ASIMILACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO A LOS UTILIZADOS EN OTROS PAÍSES. SELECCIÓN DE ESQUEMAS INCORRECTOS. NO SE CONTEMPLO LA RESOLUCIÓN ADECUADA DE LA LOGÍSTICA Y TRATAMIENTO DE LOS FANGOS. DESARROLLO CONSTRUCTIVOS INCORRECTOS DE LOS MÓDULOS QUE CONLLEVARON A NOTABLES FRACASOS DE FUNCIONAMIENTO MECÁNICO. 27