Depuración de agua residuales – 6/7: Descripción de los tratamientos secundarios o biológicos

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José Luis Ríos Aragüez >

Vamos a describir los siguientes tratamientos: fangos activados, de biomasa fija (lechos bacterianos), biodiscos, sistemas de biomasa fija sobre lecho móvil, lagunaje. Todos ellos dispondrán anteriormente de un pretratamiento y tratamiento primario. Según las características de caudal de entrada y caracterización de las aguas residuales se precisarán todos los elementos descritos o parte de ellos.

6.1.- FANGOS ACTIVADOS

Como hemos indicado el tratamiento secundario es el encargado de reducir la DBO5 de las aguas residuales urbanas o industriales, mediante el proceso de la oxidación biológica. Consistente en la asimilación de la materia orgánica degradable biológicamente por los microorganismos, en presencia de oxígeno y nutrientes.

El proceso de fangos activados es el sistema de tratamiento biológico más utilizado, llamado tratamiento convencional. Consiste en realizar en un depósito aireado (reactor biológico) una mezcla entre el agua residual influente, el lodo y el oxígeno necesario, para el desarrollo de los microorganismos presentes, en forma de flóculos en suspensión, realizándose así la degradación de la materia orgánica. Mediante la agitación se trata de evitar la sedimentación de los flóculos y conseguir así una homogeneización con el agua residual, mezcla que se denomina licor mezcla.

Cuando no se elimina el nitrógeno en el tratamiento biológico (sin nitrificación) la mayor parte de los compuestos orgánicos que contienen nitrógeno pasan amonio. Siendo una parte utilizada por las bacterias, por cada gramo de biomasa generada se elimina 0,12 g de amonio, la otra parte el 88 % se vierte al medio. En una EDAR que pretenda eliminar el nitrógeno (con nitrificación y desnitrificación), el proceso se realiza en varias etapas: conversión del nitrógeno orgánico a amonio, éste a nitritos y estos a nitratos, para mediante la desnitrificación emitirlo a la atmósfera. En el caso de implantarse la nitrificación- desnitrificación el reactor biológico debe contar con una zona anóxica y otra óxica que requiere un mayor aporte de oxígeno (recordar la imagen mostrada en la DBO5).

El oxígeno necesario para mantener un ambiente aerobio se lleva a cabo por medio de aireadores superficiales o difusores de burbuja. Los agitadores sumergidos están tanto en la zona anóxica como de la óxica. En las EDAR más pequeñas, también se utilizan las bombas eyectoras.

Las aguas residuales al ser aireadas un tiempo adecuado producen en el fondo del reactor una sedimentación de partículas en suspensión cargado de bacterias, produciendo el fango. Ello requiere el suministro del oxígeno necesario para el crecimiento de los microorganismos y la formación de los flóculos del tamaño adecuado para su posterior sedimentación en el decantador secundario. Sin la formación correcta de los flóculos no se produce el rendimiento de depuración esperado, incumpliéndose la normativa de vertidos.

Las bacterias formadoras de flóculos en los fangos activados producen la floculación por la excreción de polímeros extracelulares (EPS). El flóculo está constituido por la agregación de partículas orgánicas e inorgánicas presentes en el agua residual junto con bacterias (formadoras de flóculos y filamentosas) facilitada por los polímeros extracelulares; su estudio es fundamental para determinar su estructura: la macroestructura (por los procesos de agregación) y la microestructura (llevada a cabo por las bacterias filamentosas). El estudio de la macroestructura y la microestructura del flóculos es una tarea diaria a realizar en este tipo de tratamiento.

La problemática que se produce por una inadecuada separación de los sólidos está relacionada con la estructura de los flóculos, generando problemas como: el crecimiento disperso, flóculos punta de alfiler, bulking viscoso o bulking filamentoso, foaming o la flotación de los flóculos.

Después de un tiempo (TRH) el licor mezcla se envía al decantador secundario, donde se realizará la separación del agua depurada y los flóculos (fangos). Un porcentaje de estos lodos sedimentados se recirculan de nuevo al reactor biológico para mantener la concentración adecuada de los mismos, siendo el excedente, fangos en exceso o purga, extraídos mediante bombas y evacuados a un espesador de fangos para su tratamiento posterior bien mediante digestión, centrifugación o filtro banda.

TIPOS DE REACTORES

Los procesos biológicos y químicos que tiene lugar en la degradación de la materia orgánica mediante el cultivo en suspensión ocurren en los reactores biológicos. Los más comúnmente empleados en el tratamiento de las aguas residuales son los de:

  • mezcla completa con recirculación
  • los de flujo pistón

Los de mezcla completa consideran que las concentraciones de los sólidos en suspensión en él X (SSLM) son iguales y constantes en todo su volumen V y en el efluente, al igual que S.

En los reactores de flujo pistón los valores de So y Xo varían a lo largo del reactor

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Q = caudal de entrada, en m3/día
Qe= caudal de salida, en m3/día
So = concentración del sustrato en la entrada (DBO5 o DQO), en mg/l
S = concentración en el efluente (DBO5 o DQO), en mg/l
V = volumen del reactor, en m3
X = concentración de SSLM, en mg/l
Xe = concentración de sólidos en suspensión en el efluente, en mg/l
QR = caudal de recirculación, en m3/día
XR = concentración de SS de la recirculación, en mg/l
QW = caudal de purga de fangos, en m3/día
Relación de recirculación α = QR / Q

PARÁMETROS OPERACIONALES Y DE DISEÑO

Se deben considerar los siguientes parámetros:

  • Carga Másica
  • Edad del Fango
  • Carga Volumétrica
  • Tiempo de retención hidráulico
  • Relación de Recirculación
  • Concentración de sólidos en suspensión del licor mezcla (SSLM) o los sólidos volátiles en suspensión del licor mezcla (SSVLM).

CARGA MÁSICA

Es uno de los parámetros más importantes, también denominado “relación alimento a microorganismos F/M”.

Representa la relación entre la carga de materia orgánica que entra en un día en el reactor biológico y la masa de fangos que están presentes en él.

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Como se desprende del análisis de los parámetros que intervienen en ella, para no cometer errores en el diseño y en al operar la planta, debemos conocer con precisión las concentraciones ponderadas de la DBO5, las variaciones del caudal y las concentraciones medias de los SSVLM.

En función de los valores de la Cm se establecen los siguientes sistemas de fangos activados:

  • FUERTE CARGA MÁSICA: se presenta cuando la Cm> 0,5 (Kg DBO5 / Kg SSVLM · d)
  • MEDIA CARGA MÁSICA: Cm comprendida entre 0,2 y 0,5.
  • PEQUEÑA CARGA MÁSICA o AIREACIÓN PROLONGADA: Cm <0,07

(Fuente: Depuración de aguas residuales/José A. Díz Lázaro Carrasco. MOPT 1991)

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CARGA VOLUMÉTRICA/VOLÚMICA

Se define como la relación entre carga orgánica del afluente y el volumen del reactor, es decir, la carga de DBO5 por metro cúbico y día.

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En función de los valores de la Cv se establecen distintas clasificaciones de sistemas de fangos activados:

  • FUERTE CARGA VOLÚMICA: se presenta cuando la Cv> 1,5 (Kg DBO5 / m3·d)
  • MEDIA CARGA VOLÚMICA: Cv comprendida entre 0,35 y 0,6.
  • PEQUEÑA CARGA VOLÚMICA o AIREACIÓN PROLONGADA: Cv < 0,35

(Fuente: Depuración de aguas residuales/José A. Díz Lázaro Carrasco. MOPT 1991)

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EDAD DEL FANGO

La edad del fango o tiempo de retención celular, representa la relación expresada en días entre la masa de fangos en el reactor y la masa de fangos que se purga diariamente.

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Cuando aumenta la edad de los lodos, disminuye la carga másica.

En un reactor si la cantidad de fangos se puede considerar constante, la producción de fangos que se extraen será equivalente a la producción de los mismos.

TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO

Representa el tiempo en días u horas que permanece el influente en el reactor biológico.

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RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN

Expresa la relación e
ntre el caudal de recirculación y el caudal afluente al rector biológico en un día. Se suele expresar en porcentaje.

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CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN EN EL LICOR MEZCLA

Se expresa de dos maneras diferentes, como la concentración de sólidos en suspensión en el reactor biológico SSLM (incluye sólidos orgánicos e inorgánicos), o bien, como los sólidos biodegradables es decir los SSVLM, si bien expresa el material de naturaleza orgánico presente no hace distinción entre el que es biodegradable rápidamente y el orgánico no biodegradable.

Suele ser habitual una relación de SSVLM/SSLM = 0,75

PROCESOS DE TRATAMIENTO

El tratamiento de fangos activados ha adoptado muy diversos tipos y configuraciones, podemos señalar entre otros:

  • Proceso convencional: la recirculación se realiza en un solo punto, a la entrada del agua al reactor disminuyendo la concentración de los microorganismos.
  • Mezcla completa: la recirculación se realiza en varios puntos mezclándose con el agua, o bien, como el caso anterior pero manteniendo una agitación para que se conserve la homogeneización de la mezcla en todo el reactor.
  • Aireación prolongada: se realiza con tiempos de retención celular y tiempo de retención hidráulico muy altos. Está muy implantadas en poblaciones de hasta unos 10.000 habitantes-equivalentes.

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Para el control del proceso se precisa de equipos de medida en continuo que nos muestren instantáneamente las concentraciones de los parámetros siguientes: pH, conductividad, oxígeno disuelto, sólidos en suspensión en el lodo recirculado y la purga. Caudalímetro en: entrada, recirculación de fangos, purga de fangos, en la salida de la EDAR.

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EDAR de Archidona (10.000 h-e) (izquierda) y EDAR de Campillos (10.000 h-e) Fuente: S.I.G. Diputación de Málaga

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EDAR Alameda (Málaga) Vista panorámica: decantador 2º, bombas recirculación y purga de fangos, y reactor biológico. Fuente: autor

6.2.- LECHOS BACTERIANOS O FILTROS PERCOLADORES

Los lechos bacterianos o filtros percoladores representan un tratamiento secundario en el que el agua residual se hace pasar sobre un material de relleno que se encuentra fijo en un depósito cilíndrico. El material de relleno actúa como elemento soporte sobre el que se produce el crecimiento de los microorganismos depuradores, formando una película biológica de mayor o menor espesor (biopelícula).

FUNCIONAMIENTO

El reactor biológico está formado por un depósito de forma cilíndrica habitualmente, no cubierto, que contiene al material soporte. En su construcción se utilizan cada vez más paneles prefabricados de hormigón. Por su parte superior, el agua proveniente de la etapa anterior es distribuida de la manera más uniforme sobre toda la superficie, a través de una estructura central giratoria dotada de dos o más brazos, normalmente cuatro, en forma radial, con boquillas que permiten la salida del agua. El agua percola y moja todo el material soporte. Por la parte inferior, se distribuyen una serie de huecos que permiten tanto recoger el agua, como la ventilación, de forma natural o forzada a contracorriente del flujo de agua, para aportar el oxígeno necesario al proceso de degradación de la materia orgánica disuelta en el agua. El agua es recogida en el fondo donde se conduce al decantador secundario, del que se extraerán los fangos.

En la ventilación natural el tiro se produce por la diferencia de temperatura entre el agua y el aire, como mínimo debe ser de un par de grados ºC.

La experiencia demuestra que para la mejor eficacia del sistema, la velocidad de giro del distribuidor estará en el entorno de 2-3 vueltas por minuto, realizándose por accionamiento mecánico mediante un motor-reductor, instalado en la estructura giratoria, controlado por un variador de frecuencia. La disminución de la velocidad de giro del distribuidor mejora el control de moscas y olores.

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Fuente: Filtramas S.A. Estructura giratoria que distribuye el agua.

BIOPELÍCULA

Algunas características de la biopelícula:

  • Se recomienda que el espesor de la biopelícula no supere los 3 mm de espesor para evitar la formación de zonas anaerobias más próxima a la superficie del material. Cuando alcanza un cierto espesor se desprende y es arrastrada por el agua que percola.
  • Está formada por bacterias autótrofas (nitrificantes) en el fondo y heterótrofas en la superficie, así pues tenemos una estratificación de las bacterias.
  • En la capa superficial, en contacto con el exterior, se observa la presencia de algas verdes casi todo el año.
  • En la parte inferior del lecho, en el canal de recogida, en ocasiones se detecta la presencia masiva de caracoles que son arrastrados al decantador secundario

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EDAR de Almáchar (Málaga) Caracoles desarrollados en el fondo del Lecho bacteriano. (Fuente: autor.)

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EDAR de Almáchar (Málaga): Algas en la superficie del lecho bacteriano (Fuente: autor.)

MATERIAL SOPORTE

Se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

  • Puede ser natural o artificial
  • Entre los naturales están: piedras entre los 40 y 100 mm de tamaño, tanto gravas de río, piedras silíceas, rocas volcánicas, puzolanas.
  • Artificiales: plásticos o escorias de horno. Los plásticos son los más utilizados, de formas diversas, incluso constituyendo módulos que se ensamblan.
  • Debe tener la mayor superficie específica para permitir el desarrollo de la biopelícula, y así conseguir maximizar el rendimiento del tratamiento.
  • El índice de huecos debe ser elevado para proporcionar espacio suficiente tanto para el desarrollo de la película biológica como para el paso del agua a tratar y la circulación de aire.
  • Debe resistir la intemperie y la exposición a la radiación solar.
  • Ser resistente a la acción química de las sustancias que lleva el agua residual.
  • Las alturas de material de relleno más recomendadas son: en materiales minerales entre 2 y 3 m, y en materiales plásticos entre 4 y 6 m (pudiendo llegar a 12-13 m). La altura está relacionada también con el tipo de tratamiento a aplicar: si es solo oxidación carbonosa o también nitrificación.
  • Los diámetros son variables, llegándose a diámetros de 48 m (Corella en Navarra).

image(http://pru.es/images/descargas/Catalogo%20Percolador%202009.pdf)

PARÁMETROS DE DISEÑO: CLASIFICACIÓN

Los parámetros a tener en cuenta en el dimensionamiento son los siguientes:

  • Carga volúmica o carga orgánica: es la cantidad de materia orgánica entrante en el lecho por día y por m2 de material soporte.
  • Carga hidráulica: es el volumen de agua introducida en el lecho por m2 de superficie y día
  • Superficie específica del medio soporte: m2 de superficie por metro cúbico.
  • Relación de recirculación: cociente entre el caudal que se recircule y el caudal de entrada a la planta.

Según la carga hidráulica u orgánica a tratar podemos clasificar los lechos bacterianos como de carga: baja, media o alta. Para ello se considerarán los siguientes parámetros:
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Fuente: Guía sobre tratamientos de aguas residuales urbanas para pequeños núcleos de población. 2006

RECIRCULACIÓN

Se puede conseguir un aumento del rendimiento recirculando el agua depurada, esto es, hacer pasar una parte del agua depurada (efluente) con agua residual que viene del decantador primario hacia el lecho, mezclando ambas. Así se disminuye la concentración de la materia orgánica (DBO5), será más uniforme la carga hidráulica (caudal en m3/día por m2 de superficie) y aumentará la velocidad del agua al salir de las boquillas que producirá un mayor lavado de la biomasa adherida al material de relleno. También evita la posible aparición de zonas no mojadas sobre el material de relleno.

Hemos de tener muy presente que a mayor recirculación más consumo eléctrico por el caudal que las bombas precisan elevar.

Los valores recomendados de recirculación oscilan entre 1 y 3 : R = Caudal recirculado (m3/d)/caudal diseño (m3/d ).

CONFIGURACIONES BÁSICAS

El montaje del filtro percolador en una EDAR se puede realizar en alguna de las configuraciones siguientes:

En una sola etapa: el agua a tratar pasa solamente a través de un filtro percolador y a continuación por el decantador secundario.

En dos etapas: el agua a tratar pasa por dos lechos bacterianos instalados en serie, y que pueden disponer de decantador secundario después de cada uno de ellos o exclusivamente a continuación del segundo lecho.

Los tipos de tratamiento que se pueden conseguir pueden ser para: oxidación carbonosa y nitrificación.

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Fuente: autor. EDAR Cuevas de San Marcos (Málaga) Lechos bacterianos con soportes tipo ensamblados.

imageFuente: S.I.G. Diputación de Málaga EDAR de Almáchar; Fuente: autor. lecho bacteriano

6.3.- BIODISCOS

FUNCIONAMIENTO

Los biodiscos también llamados contactores biológicos rotativos (CBR), son un sistema de tratamiento biológico en el que los microorganismos que degradan la material orgánica se hallan adheridos a un material soporte (discos), distribuido a lo largo de un eje, que gira semisumergido en el agua residual a depurar.

El reactor biológico está formado por un tanque (cuba) de forma rectangular o semicilíndrico en cuyo interior se dispone a lo largo de un eje horizontal un conjunto de discos que giran, a unas 2 rpm, accionado por un motor-reductor. El diámetro de los discos está entre los 1 y 4 m con una longitud del eje hasta unos 8 m, montados de forma que están separados de los paramentos verticales y horizontales en el entorno de los 15 cm. El disco es de material plástico (polietileno de alta densidad) con un espesor de aproximadamente 1,5 mm, con un diseño capaz de conseguir la mayor superficie disponible y la rigidez requerida. Sobre el 40 % de la superficie de los discos está en contacto con el agua permanentemente, lo que representa una profundidad del agua en la cuba de entre 1,50 y 1,60 m. El volumen del tanque deberá proporcionar un tiempo de retención hidráulico de 1 hora a caudal máximo o 4 l/m2 de superficie del medio (UNE-EN 12225 parte 7). La entrada y salida del agua al tanque deberán estar situadas en extremos opuestos.

Al girar los discos, la materia orgánica del agua residual entra en contacto con la película biológica (biomasa o biopelícula), que crece sobre los discos, y a continuación con el aire, al salir del agua. De esta forma se producirá el aporte de oxígeno a los microorganismos aerobios y el crecimiento y desarrollo de los mismos, hasta espesores de unos 3 mm. El esfuerzo de cizalladura que se produce por el giro de los discos al entrar en contacto con el agua, produce el desprendimiento de la biomasa, que pasa al agua residual del tanque. La biomasa desprendida está en suspensión en el agua junto con los sólidos en suspensión inertes, que pasarán al decantador secundario para su sedimentación y extracción.

El biodisco ha de cubrirse mediante una protección resistente a la intemperie, al mismo tiempo que proporciona protección a los discos de los rayos ultravioletas y al proceso de las bajas temperaturas en invierno. Debe disponer de aberturas laterales para ventilación. Se detectan descensos en el rendimiento de eliminación de la materia orgánica carbonosa cuando la temperatura del agua desciende de los 12 ºC.

En su giro los discos, además de proporcionar oxígeno a la biomasa, producen la disolución del oxígeno en el agua del tanque. Esta disolución origina concentraciones de oxígeno desde 0,6 a 1 mg/l. Si se desea conseguir un tratamiento para la eliminación de compuestos nitrogenados, se deberá aumentar el oxígeno a concentraciones superiores a 2,5 mg/l. Para estas mayores concentraciones de oxígeno en el agua, si se realizase aumentando la velocidad de giro, se producirá un mayor desprendimiento de la biomasa, en consecuencia es necesario buscar otra configuración en el sistema de tratamiento (una doble etapa).

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A la hora de diseñar el biodisco hay que tener en cuenta el número de etapas, como mínimo deben ser tres, y si se precisa incluir la nitrificación serán cuatro. La nitrificación aparece en las últimas etapas, cuando la concentración de la DBO5 soluble está en el entorno de 30 mg/l, pero los valores mayores de nitrificación no se consiguen hasta que la DBO5 soluble no está por debajo de 15 mg/l.

Cuando existe sobrecarga orgánica, la realidad muestra que los CBR tienen problemas de funcionamiento, pues la concentración de oxígeno en la primera etapa alcanza valores de anaerobiosis. En esta situación, la degradación de los polímeros de los discos y del galvanizado de los tubos de sustentación de éstos produce graves problemas en el funcionamiento de la planta pues terminan desprendiéndose los “paquetes de discos”.

Al dividir el biodisco en etapas esto permite va a permitir una mayor especialización de los microorganismos en la degradación del sustrato entrante.

clip_image035_thumb_thumb_thumbFuente: http://www.acaidepuracion.es/Biodiscos-Ecodisc.htm

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Fuente: http://www.filtramas.com/esp/Equipos/Biodis/1%20CBR.htm

 

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imageEDAR de ALFARNATE (Málaga). Fuente S.I.G Diputación de Málaga y autor

CONFIGURACIONES BÁSICAS

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imageEDAR de Alozaina (Málaga): Vista general Biomasa en uno de los discos. Fuente: S.I.G. Diputación de Málaga y autor.

6.4.- SISTEMA DE BIOMASA FIJA SOBRE LECHO MÓVIL MBBR (Moving Bed Biological Reactor)

PRINCIPIO BÁSICO

Los sistemas presentados hasta ahora desarrollan un crecimiento bacteriano: en suspensión o biopelícula. En los últimos años están apareciendo nuevas tecnologías aplicables al tratamiento biológico, una de ellas es la de cultivos mixtos o híbridos. Se trata de un reactor biológico diseñado para eliminar carbono y/o nitrógeno, en el que las bacterias están, adheridas a soportes móviles. Estos soportes plásticos tienen una densidad próxima a la del agua, 1 g/cm3, lo que les permite moverse con facilidad en el reactor. Están diseñados especialmente para permitir una colonización que sea duradera y estable, sobre el 70 % de la biomasa crece adosada a los soportes plásticos. Según los fabricantes existen diferentes configuraciones con diferentes superficies específicas.

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Fuente: http://www.veoliawaterst.es/vwst- iberica/ressources/documents/1/16385,Proceso_de_biomasa_fija_sobre_lech.pdf

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clip_image053_thumb_thumb_thumbFuente: AnoxKaldnes (arriba), Degremont (soporte tipo Meteor) (abajo)

Con este sistema se consigue aumentar la capacidad de tratamiento de los reactores de fangos activados, incrementando la cantidad de microorganismos presentes en el mismo, sin aumentar su volumen.

El reactor biológico destinado a la eliminación de la materia orgánica carbonosa y la nitrificación está continuamente aireado, mediante el aire suministrado por una soplante a través de la parrilla con difusores de burbuja gruesa. Su función es, por una parte aportar el oxígeno necesario para el tratamiento y, por otra, asegurar la inmersión homogénea del material soporte en el tanque para evitar su acumulación en determinadas zonas.

En el caso de un reactor con zonas anóxicas para la desnitrificación, la agitación se realiza mediante agitadores sumergidos.

El volumen ocupado por los soportes varía entre el 20 y el 60% del reactor. Para mantener los soportes en el reactor se precisa una rejilla adecuada al tamaño de los mismos, evitando su escape hacia el decantador secundario.

Las tecnologías desarrolladas son de dos tipos:

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Fuente: http://www.veoliawaterst.es/vwst- iberica/ressources/documents/1/16385,Proceso_de_biomasa_fija_sobre_lech.pdf

SIN RECIRCULACIÓN DE FANGOS (PUROS)

Es el sistema de biomasa fija sobre lecho móvil típico, el crecimiento de la biomasa se desarrolla únicamente en los soportes plásticos, no necesitando recirculación de fangos. La concentración de los sólidos en suspensión del reactor es similar a la del agua de entrada, aumentada con los sólidos en suspensión desprendidos de la biopelícula, puede variar desde 50 a 500 mg/l. Algunas tecnologías actuales expresan que no precisan de decantación secundaria.

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Fuente: Degremont Meteror MBBR

CON RECIRCULACIÓN DE FANGOS (HÍBRIDOS)

Es un proceso biológico donde se combinan, en el mismo reactor, el proceso anterior y uno de fangos activados. Existen por tanto dos tipos de biomasa: una que se desarrolla en forma de biomasa floculada de tipo fango activado normal, y otra que se va a desarrollar fijada sobre los soportes plásticos móviles en suspensión en el fango activado.

Precisa de la recirculación del fango activado a cabeza del reactor, asegurándose así una concentración constante de bacterias en suspensión en el reactor. La concentración de sólidos en suspensión varía entre 1,5 y 3 g/l

clip_image059_thumb_thumb_thumbFuente: Degremont Meteor IFAS

La biopelícula que se forma en las paredes del relleno se caracteriza por una mayor efectividad que los flóculos biológicos, según la información técnica de los fabricantes. A su vez, los soportes plásticos empleados contienen una elevada superficie específica por unidad de volumen. Estas dos particularidades hacen que los reactores de lecho móvil requieran un volumen mucho menor que los de fangos activos.

En cuanto al proceso de separación de la biomasa procedente del reactor biológico, se emplean decantadores diseñados como decantadores primarios en lo que a velocidades ascensionales se refiere. Por otra parte, y aunque inicialmente comenzaron a emplearse en aguas residuales industriales, actualmente también se emplean sistemas de flotación para la separación en el tratamiento de aguas urbanas.

Una de las principales ventajas que presenta el proceso de lecho móvil frente a los procesos biológicos convencionales es la reducción del volumen del reactor biológico gracias al empleo de un soporte que proporciona una superficie específica elevada.

6.5.- LAGUNAJE

Es un proceso en el cual las aguas residuales vertidas son almacenadas durante un tiempo en diferentes balsas o estanques, con distinta configuración, que funcionan en cascada para que se produzca la degradación biológica de la materia orgánica, exclusivamente por la acción de los microorganismos (bacterias heterótrofas y algas) que se desarrollan en ellas, en condiciones totalmente naturales. Trata de imitar la autodepuración como se da en los ríos y lagos.

En el concepto de lagunaje o lagunas de estabilización, la materia orgánica que lleva el agua residual se estabiliza (disminuye la DBO5) mediante procesos anaerobios o aerobios.

El aporte del oxígeno necesario para llevar a cabo el proceso se obtiene por la difusión de forma natural a través de la superficie del agua en contacto con la atmósfera, y por la fotosíntesis de algas microscópicas (este oxígeno se produce solo durante el día).

TIPOS DE LAGUNA

1) LAGUNAS ANAEROBIAS

Desarrollan procesos anaerobios, y su objetivo es la reducción de los sólidos sedimentables y de la materia orgánica. Trabajan con aguas que contienen un alto contenido de materia orgánica, que proceden del pretratamiento (en países menos desarrollados es el agua bruta sin retirada de sólidos flotantes y gruesos). Los sólidos sedimentables se decantan acumulándose en el fondo de la laguna.

En ausencia de oxígeno, la degradación de la materia orgánica se lleva a cabo en las siguientes fases:

a) HIDRÓLISIS: produce la descomposición de ciertas sustancias orgánicas de gran tamaño e insolubles en otros compuestos más pequeños y solubles que pueden ser absorbidas a través de la membrana de las bacterias y metabolizadas.

b) FORMACIÓN DE ÁCIDOS (ACIDOGËNESIS): los compuestos resultantes de la fase anterior son utilizados por un grupo especial de bacterias (anaerobias o facultativas) formadoras de ácidos grasos volátiles, CO2, H2 , aldehidos y alcoholes. La reducción de la DBO5 es pequeña.

c) FORMACIÓN DE METANO (METANOGÉNESIS): otro grupo de bacterias estrictamente anaerobias, utiliza los ácidos orgánicos anteriores para convertirlos en metano (CH4 ) y CO2 . La aparición de burbujas es una señal de buen funcionamiento de la laguna anaerobia. Se estima que aproximadamente el 70 % de la DBO5 eliminada en esta fase es forma de gas metano.

Son lagunas con una profundidad superior a los 3 m, y con poca superficie. En las realizadas como depósitos de hormigón armado la altura suele estar en el entorno de los 3,60 a 4 m.

El tiempo de retención hidráulico, según los distintos autores, varía entre 2 y 5 días. Como la temperatura influye en el proceso, para compensar en las zonas frías el descenso de la actividad se recomienda aumentar el tiempo de retención.

Producen problemas de olores, cuando el contenido de azufre (formación del sulfhídrico) en el agua residual de entrada es superior a 100 mg/l.

2) LAGUNAS FACULTATIVAS

Su objetivo es obtener el efluente de la mayor calidad posible. Son lagunas que disponen de una zona superior aerobia, una capa de fangos en el fondo anaerobia, y una zona intermedia entre ambas que contiene los microorganismos facultativos (que podrán desarrollarse tanto con la presencia como en ausencia de oxígeno disuelto en el agua).

Los sólidos en suspensión que lleva el agua residual sedimentarán formando en el fondo la capa anaerobia, donde se producirán la acidogénesis y metanogénesis anteriores.

La zona facultativa de la laguna, comienza por enzima de la zona anaerobia, que dispondrá de oxígeno sólo durante el día, mientras que por la noche será anaerobia.

La zona aerobia se encuentra exclusivamente por enzima de la zona facultativa, y sí dispondrá de oxígeno durante todo el día, tanto por la reaireación de la lámina de agua superficial en contacto con la atmósfera como por producido por la fotosíntesis. En consecuencia en su diseño se favorecerá el disponer de una mayor superficie para favorecer la oxigenación del agua residual. La relación entre longitud y anchura suele ser 1:1 y 2:1, siendo la profundidad entre uno y dos metros. El tiempo de retención hidráulico varía según los autores y métodos de cálculo, pero parece efectivo en nuestro país, que sean entre 20 y 30 días.

Las bacterias utilizan el oxígeno para la oxidación biológica de los compuestos orgánicos dando lugar a la liberación de nutrientes solubles, nitratos, fosfatos, CO2, que son utilizados por las algas en su desarrollo. Como las algas a su vez suministran oxígeno necesario para las bacterias podemos decir que la acción entre ambas es simbiótica.

Entre los factores que afectan a estas lagunas podemos señalar:

  • Factores climáticos: temperatura, radiación solar, viento, evaporación, precipitación. Factores físicos: estratificación, profundidad.
  • Factores químicos y bioquímicos: pH, oxígeno disuelto, nutrientes.

En ocasiones, aparecen bacterias que le confieren a la laguna una coloración rojiza- rosácea, se trata de bacterias fotosintéticas del azufre, que viven en la capa superficial y al oxidar los sulfuros a azufre elemental les da ese color.

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3) LAGUNAS DE MADURACIÓN O AEROBIAS

Son lagunas con una alta concentración de oxígeno disuelto en toda la masa de agua, condiciones aerobias debido a su poca profundidad entre 0,5 y 1 m, y de baja carga orgánica. La luz solar penetra hasta el fondo, manteniendo de esta forma la producción de algas durante el día. Su objeto es la eliminación de los microorganismos patógenos.

La Organización Mundial de la Salud recomienda un tiempo de retención mínimo de 5 días si se cuenta con una sola laguna y 3 días por laguna cuando hay al menos dos o más operando en serie. Algunos autores lo elevan entre 7 y 10 días para una sola laguna de un metro de profundidad.

Al producir un efluente bien oxigenado, se puede producir la nitrificación del nitrógeno amoniacal a nitratos, por lo que desarrollan una labor de gran importancia al evitar el vertido de amonio al medio acuático receptor. En estos casos es necesario que la profundidad de la laguna no supere los cincuenta centímetros.

El efluente de las lagunas de maduración suele se de color verde por la presencia de las algas, de forma muy acusada en verano, que contribuyen a aumentar los sólidos en suspensión en el efluente.

PARÁMETROS DE DISEÑO

Para el diseño de las lagunas existe una amplia variedad de métodos de cálculo, en nuestro país la experiencia está demostrando que el sistema funciona con los siguientes criterios de dimensionamiento:

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imageFuente: S.I.G. dela Diputación de Málaga. EDAR de Fuente Piedra II y EDAR Fuente Piedra I

Existen lagunas en las que se proporciona el oxigeno al agua residual, total o parcialmente mediante la instalación de dispositivos electromecánicos. En estos casos, dependiendo de la agitación del agua, la producción de algas se ve muy disminuida por la turbidez que presenta el agua. La norma UNE EN 12255-5, establece que los lagunajes con aireación mecánica deberán estar compuestos por dos balsas independientes; en la primera se inyecta aire artificialmente, y en la segunda se produce la sedimentación. Antes de la entrada del agua a las lagunas con aireación mecánica debe realizarse un filtrado.

Este tipo de sistema de tratamiento debe situarse al menos a 200 m de cualquier zona habitada, teniendo muy presente la dirección principal del viento y la topografía, para el problema de los olores, según UNE EN 12255 parte5, pero la experiencia demuestra que debe aumentarse esa distancia al menos a los 500 m, de lo contrario siempre hay colindantes realizando reclamaciones por olores de forma permanente.

CRITERIOS DE CONSTRUCCIÓN

a) Estanqueidad al agua

  • las lagunas en tierra deben ser estancas al agua, con un factor de permeabilidad de, al menos, 10-8 m/s en una profundidad de 0,3 m de suelo. Otras balsas, con un corto tiempo de permanencia de no más de diez días y que traten efluentes secundario deben ser estancas al agua, con un factor de permeabilidad de al menos 10-7 m/s en una profundidad de 0,3 m de suelo. Conviene validar la estanqueidad al agua mediante ensayos de laboratorio, efectuando, al menos, tres mediciones de permeabilidad por cada balsa.
  • cuando la estanqueidad al agua se consiga mediante revestimientos sintéticos, el revestimiento debe ser opaco, resistente al desgaste por rozamiento y resistente a las radiaciones ultravioletas. Su espesor debe ser al menos de 3 mm.
  • cuando la estanqueidad se consiga mediante una capa de arcilla, ésta debe tener un espesor de 30 cm.

b) Las entradas de agua a las lagunas deben ser sumergidas.

c) La dirección del viento dominante debe tenerse en cuenta, pues dará lugar al desplazamiento de los flotantes y las grasas en la capa superficial, por lo que debiera

adecuarse un mecanismo de extracción. La presencia de árboles o cañaverales en el perímetro de las lagunas disminuye la reaireación y perjudica el funcionamiento de las mismas. Además se llega a producir zonas muertas que afectan al proceso.

d) Se deben instalar by-pass en cada una de las balsas que permita trabajar aislándolas en caso de incidencias o limpieza de las mismas.

e) Hay que tener presente la forma de evacuar los lodos estabilizados cuando pase el tiempo aconsejado, entre 6 y 10 años, sobre todo si las lagunas facultativas y de maduración son de gran superficie.

Cuando nos referimos a un sistema de tratamiento por lagunaje, nos referimos a un conjunto de lagunas que actúan en serie o en paralelo para tratar de alcanzar el grado de depuración exigido. El esquema básico es:

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En las imágenes de las EDAR de Fuente Piedra II (más arriba) se observan las cuatro lagunas anaerobias, de forma cuadrada, las dos lagunas facultativas y la de maduración; en la EDAR de Fuente Piedra I se observan las tres laguna anaerobias, circulares, y la facultativa, pero carece de laguna de maduración.

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Este artículo consta de siete partes. Las que faltan irán apareciendo en los próximos días.

Primera parte
Segunda parte
Tercera parte
Cuarta parte
Quinta parte

Sexta parte
Séptima parte

Una respuesta para "Depuración de agua residuales – 6/7: Descripción de los tratamientos secundarios o biológicos"

  1. GERARDO GASTALDI   20 - Octubre - 2015 at 22:07

    Esta tecnologia puede ser utilizada para tratar efluentes de origen lacteos.

    Responder

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