biomasa adherida

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