biomasa adherida

TRATAMIENTOS BIOLOGICOS DE BIOMASA ADHERIDA

DOCENTES:

ING. AMBIENTAL FEDERICO BAILAT

CTEDRA: PROCESOS BIOLGICOS

CARRERA: INGENIERIA AMBIENTAL

Un proceso de tratamiento biolgico aerobio de biomasa fijaconsiste en disponer de un medio soporte donde se desarrollauna capa de microorganismos (Biofilm) que en continuocontacto con el agua residual y el aire, absorben el oxigenonecesario para metabolizar la materia carbonacea ynitrogenada del agua residual difundida a travs del biofilm.

Descripcin de biomasa Fija


Descripcin de biomasa Fija


Es un reactor de lecho fijo, donde el efluente es distribuido en forma uniforme mientras circulauna corriente de aire en forma natural o forzada. Un sistema de Biofiltro es capaz de operaren las siguientes condiciones:

Conseguir efluente de alta calidad, bajo condiciones adecuadas de diseo se puedenalcanzar eficiencias mayores al 90% (aunque desde le punto de vista del balance tcnicoeconmico el sistema no esa el ptimo, las eficiencias tpicas son entre 50% y 70%)

Rpida reduccin de carga orgnica (no requiere tiempos de residencia importantes) La prdida de temperatura del efluente del orden de 2-3 C (el sistema acta como enfriador

debido a la evaporacin). Se han reportado casos de diferencias de casi 10C. Pueden actuar en nitrificacin obteniendo valores < 1 mg/l N-NH3 Mejora su operacin con ventilacin forzada Operar con velocidades de riego controladas Con una herramienta sencilla como la recirculacin adecuada, se mejora y optimiza el

funcionamiento Requiere mantener la limpieza del relleno y la biomasa para optimizar el funcionamiento Requiere menor rea. Bajo consumo de energa comparado con otros sistemas aerbicos (mayor consumo que unsistema anaerbico).

Descripcin de Biofiltros



LECHO PERCOLADOR

LECHOS PERCOLADORES: TEORA OPERATIVA


Los lechos percoladores permiten que la materia orgnicade las aguas residuales sean adsorbido por una poblacinde microorganismos (aerbico, anaerbico, bacteriasfacultativas; hongos; algas; y protozoos) unidos a un mediosoporte como una pelcula biolgica o Biofilm(aproximadamente 0,1 a 0,2 mm de espesor).La biomasa esta adherida al medio soporte por lo queen principio no requiere reciclo de lodos. Ciertosesquemas operativos de todos modos lo incluyenEl oxgeno para la degradacin de la materia orgnica,

es provisto por un sistema natural o con ventilacin debajo costo.

O2

Corriente de Efluente y reciclo

Relleno/soporte Biofilm

Circulacin

de oxigeno

Dados los muy bajos tiempos de residencia del liquido en el sistema (5-15 min) la materiaorgnica debe ser rpidamente absorbida por el biofilm mediante el contacto superficial entreel efluente y ella. Por lo que son altamente eficientes para degradar materia orgnicafcilmente biodegradable.La base del funcionamiento eficiente es una adecuada distribucin de efluente sobre elbiofilm y una rpida transferencia de oxgeno entre el aire y la corriente liquida (en realidad elreciclo) y de esta al biofilm.

LECHOS PERCOLADORES: TEORA OPERATIVA



LECHOS PERCOLADORES: TEORA OPERATIVA - DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD SOBRE EL FILM

Despus de un perodo de acostumbramiento se produce el crecimiento sostenido de microorganismos sobre la interfase relleno/aire, aprovechando la caracterstica de generacin dePEC (polmeros extracelulares) de alta capacidad adhesiva.

El engrosamiento de la capa de biomasa conlleva a un dficit en la transferencia de oxigenohacia las capas interiores con lo cual aparecen interfases anoxicas y finalmente anaerbicasen la zona ms profunda. A medida que la pelcula biolgica sigue creciendo, losmicroorganismos cerca la superficie (Anaerbicos) pierde su capacidad de aferrarse al mediosoporte, y una porcin de la capa de limo se cae del filtro.Este proceso es conocido como desprendimiento. Los slidos desprendidos son recogidospor el sistema de desage inferior y transportados a un clarificador para la eliminacin de laaguas residuales


O2

Corriente de Efluente y reciclo

Relleno/soporte

Film Anaerbico

C

i

r

c

u

l

a

c

i

n

d

e

o

x

i

g

e

n

o

Film Anoxico

Film Aerobio

CO2

LECHOS PERCOLADORES: TEORA OPERATIVA - DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD SOBRE EL FILM

A pesar de estas condiciones, el mecanismode remocin principal es aerbico y algunosautores indican que la presencia de capasanoxias/anaerbicas promueve la digestindel lodo y por ende una menor produccin delodos en trminos de masa seca.La velocidad de crecimiento difiere en funcinde la disponibilidad de comida y la facilidadde su degradacin.En cierto punto se alcanza un espesor de filmcrtico, esta condicin depende de muchosfactores, principalmente:

La tasa de reciclo La velocidad de rotacin del sistemade distribucin Disponibilidad de nutrientes (N,P,micro nutrientes) Temperatura


PARMETROS Tasa hidrulicaEs el caudal total que llega al relleno por unidad de rea transversal, medida en

m3/h.m2

Carga volumtrica (VLR) superficial (SLR)VLR (kgDBO5/m3relleno.da; kgDQO/m3relleno.da; kg NH4- N/m3relleno.da.SLR como las mismas cargas por m2 de superficie activa de relleno (*).Es necesario destacar que si bien estas cargas pueden medirse en trminos decarga total, es habitual trabajar en un biofiltro en trminos de cargas solubles que esen la prctica lo que ve el sistema. En algunos casos se miden en trminos decargas por m2 de relleno en si mismo. La tasa se calcula en funcin de los kg quellegan al biofiltro independientemente de la recirculacin, aunque esta afecta laeficiencia.

La carga total esta formada por DBO5sol + DBO5susp

La DBO5sol (DQO NH4-N) proviene de hacer el anlisis sobre una muestra filtradacon filtro 1.0-1.2 0,45 , segn las prcticas propias del establecimiento.

(*) no confundir la superficie del equipo con la superficie del relleno!


Carga orgnica volumtrica (VLR)o superficial (SLR)Los siguientes tres categoras bsicas de diseo de filtros se basan en la carga orgnica del filtro percolador.

Filtros de tasa baja ,se utilizan comnmente para VLR menores a 40 kgDBO5 / 100 m3 d. Tienen menos problemas comparados con otros filtros como generacin de moscas, olores ymedio taponamiento debido a la velocidad de carga menor.Para relleno de roca se toman un rango medio en profundidad de 0,9 a 2,4 m.La mayora son circulares con distribuidores rotativos, pero algunos filtros que se utilizanactualmente son rectangulares. Ambas configuraciones estn equipadas con sifones dedosificacin o bombas peridicas para proporcionar una velocidad de humectacin alta paralos intervalos cortos entre los perodos de descanso.Para rellenos plsticos y evitar la desecacin se mantiene una tasa superficial mnima de0,4 l/ m2s .Para rellenos de roca, los filtros tienden a no ser hidrulicamente limitado y tienen lmites de cargas que van desde 0,01 a 0,04 l/m2sLos slidos desprendidas son generalmente bien digeridos, y como resultado estos filtros producen menos slidos que los filtros de tasas ms altas.

PARMETROS


Carga orgnica volumtrica (VLR)o superficial (SLR) (cont.)

Filtros de tasa intermedia, se pueden cargar con una VLR hasta 64 kg DBO5 / 100m3 d Con el fin de asegurar una buena distribucin y mezcla a fondo del filtro, el sistema debe recircular el efluente del lecho percolador y el sedimentador secundario. Los slidos biolgicos que se desprenden de un lecho percolador con tasa intermedia no estn tan bien digeridos como los que utilizan un filtro de baja velocidad.

Filtros de alta tasa ,generalmente se cargan en las capacidades mximas de carga orgnica del filtro y reciben la carga de DBO5 total que vara de 64 a 160 kg DBO5 / 100m3 d .El logro de un efluente de calidad es menos probable para un filtro de alta tasa sin un proceso

de segunda etapa. Como resultado, filtros de alta velocidad se utilizan a menudo con procesos combinados.

PARMETROS


Eficiencia de remocinSe mide como % de reduccin de carga, en general en trminos solubles.

Operativamente el sistema puede utilizarse como:

1. Etapa primaria de tratamiento con eficiencias de remocin entre 50%-70% de DBO5sol

2. Etapa nica de tratamiento para conseguir parmetros finales en una sola etapa (incluyendo separacin de SST mediante sistemas de clarificacin a gravedad o flotacin)

3. Remocin de DBO5 y Nitrgeno en una sola etapa.4. Nitrificacin como etapa independiente despus de una clarificacin de una

etapa de remocin de carga carbonacea.

PARMETROS


FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEO

1. Composicin del efluente liquido2. Degradabilidad del efluente liquido3. Pretratamiento4. Postratamiento5. Tipo de relleno o medio soporte6. Altura del relleno7. Recirculacin de los lquidos tratados8. Sistema de Distribucin9. Ventilacin



1. Composicin del efluente liquido

El factor crtico de caracterizacin es el DBO5 soluble

La carga Orgnica CO (KgDBO5/d )se calcula como:

CO= Q[m3/d]. C [gDBO5 sol/m3] ( kg/1000g) = KgDBO5/d



2. Degradabilidad del efluente liquidoUna aproximacin cuantitativa de la biodegradabilidad de un efluente va a estar dada por la relacin de la demanda bioqumica de oxgeno a la demanda qumica de oxgeno.

Valores de la relacin DQO/DBO5

(DQO/DBO5) < 2.5 da pautas de un efluente o compuesto biodegradable, pudindose utilizar sistemas biolgicos como fangos activoso lechos bacterianos.

2.5 < (DQO/DBO5) < 5 es biodegradable siendo recomendable el empleo de lechos bacterianos



3. Pretratamiento

El grado de pretratamiento es un factor critico en la performance delsistema.En efluentes domsticos con una sedimentacin primaria, o hasta untamizado fino (0.5-2.0 mm) es suficiente y no necesita ecualizacin niajuste de pH.El objetivo es reducir carga asociada a slidos y la posibilidad detaponamiento (clogging)En efluentes industriales, adems de considerar la separacin deslidos, debe tenerse en cuenta como en todo proceso de tratamiento deeste tipo: ecualizacin, ajuste de pH, reduccin de grasas ehidrocarburos u otros tratamientos primarios que se evalen en lacaracterizacin como eficientes.



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 parmetros ajustados de salida si no hay una etapa posterior, es necesario separar estos slidos mediante procedimientos de clarificacin como clarificadores convencionales o bien equipos DAF.



5. Tipo de Relleno o medio soporte

Todos los rellenos incluso los de piedra originales, que an se usan enproyectos o revamping de plantas existentes sobre todo domsticasdependen de pocos parmetros especficos. Los parmetros caractersticosdel relleno son:

Superficie especfica: son los m2 de superficie de relleno por m3 de relleno.La mayor superficie especifica implica TEORICAMENTE mayor rea decontacto efluente/aire/biomasa es decir es equivalente a tener mas volumende reactor.Espacio vaco, % vaco en el relleno, da mayor viabilidad a la circulacin deaire y menor riesgo de atasco (clogging)Configuracin del relleno: como se orienta el soporte y el grado decorrugacin impactan directamente en la eficiencia.




Rellenos a granel

Rellenos Ordenados




Las superficies especificas tpicas sonGrava 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




RELLENOS ORDENADOS

Cross Media Flow

Los medios de comunicacin de las hojas formadas con laalternancia de corrugaciones a 60 respecto de la vertical.Las hojas estan soldadas entre s para formar mdulos defcil apilamiento en el recipiente de biofiltro. El lquido quefluye hacia abajo se divide en cada punto de cruz lacreacin de 180 puntos de redistribucin por pie (305 mm)de profundidad de Brentwood SFC-3000 [102 m2/m3] losmedios de comunicacin alcanzan hasta 720 puntos demezcla por cada pie (305 mm) de profundidad [157m2/m3]).




RELLENOS ORDENADOS

Medios de Flujo VerticalLos medios de comunicacin de flujo vertical tiene canalesverticales con puntos de contacto en un pie (305 mm) delos intervalos. Al carecer de los puntos de cruce de mezclade medios de flujo transversales, verticales medios de flujoredistribuye el flujo solamente en la interfaz del mdulo.Como resultado, los medios de comunicacin de flujovertical tiene superiores bio-slidos lavado accin.




RELLENOS ORDENADOS

Mixed MediaLa configuracin ptima de los medios de comunicacinde la biotecnologa moderna torre de ms de 16 pies (4,9m) de profundidad es la combinacin de los medios decomunicacin de flujo cruzado de las dos capassuperiores con los medios de comunicacin vertical enlas capas inferiores. Esta configuracin combina laspropiedades de distribucin superiores de los medios decomunicacin de flujo cruzado con el potencial reducidopara la obstruccin de los medios de comunicacin deflujo vertical, para dar el tratamiento biolgico de aguasresiduales consistente y eficaz.



6. Altura del Relleno

Los filtros de piedra no superan 1.5-2.0 mts por un tema de correctaaireacin.Los biofiltros con medios plsticos pueden construirse de hasta 8.0 mts dealtura, dato que debe confirmar el fabricante del relleno para cada aplicacin.La limitacin de altura tiene que ver con un tema de aspecto, diseomecnico, de limitaciones operativas.El efecto de la altura en la eficiencia no esta totalmente consensuado entrelos distintos especialistas del tema. Algunos consideran que hay ciertosfactores de correccin a tener en cuenta por altura sobre valores tericos deeficiencia, en general se considera que a mayor altura mayor eficiencia,aunque el efecto aceptado es mnimo y probablemente relacionado con elcaudal especifico



7. Recirculacin de los lquidos tratadosEn lo general: Siempre se alimenta el biofiltro por arriba y casi siempre este caudal esmayor que el del efluente crudo, en particular en efluentes industriales, debido a larecirculacin del efluente tratado por el biofiltro que se mezcla con el de ingreso.La relacin entre el caudal de reciclo y el caudal de efluente crudo se llama factor dereciclo.

R = Qr / Qo

El reciclo tiene como efectos principales:Es un agente de aireacin hidrulico, relacionado con el mojado y salpicadura, yaque es le medio por el cual llega el oxigeno a la biomasa.En efluentes industriales es un factor critico de dilucin del efluente crudo puesevita el inicio de la degradacin anaerbica que se produce con efluentes fcilmentebiodegradables y de alta concentracin de materia orgnica (efecto acidificacin)Es un agente de limpieza del biofilm, porque provee de un efecto de cizallahidrulico que lo mantiene fresco.



7. Recirculacin de los lquidos tratadosPatrones de reciclo, Hay diferentes patrones derecirculacin. Los esquemas tpicos son:

-Reciclo del efluente del biofiltro, esto mejora laeficiencia al evitar reciclar slidos generados en elbiofiltro, pero requiere de un Sedimentador primariomayor.-Esquema mas generalizado, reciclo del efluente ala cabeza del Biofiltro.

Otros arreglos son variantes de estos esquemascon mas o menos biofiltros en serie.En todos los casos el objetivo es obtener uncorrecto mojado y el efecto de dilucin requerido enefluentes industriales. Los esquemas actualesreemplazan el sedimentador primarios por el tamiz.

SP SSBF

SP SSBF



7. Recirculacin de los lquidos tratadosEfectos de la RecirculacinEl reciclo permanente de biomasa renueva y resiembra continuamente asegurando la presencia de microorganismos en el sistema. Mejora la distribucin sobre la superficie de los filtros Reduce el atascamiento (clogging)Controla el crecimiento de moscas (problema tpico del biofiltro) Mejora el mojado reduciendo los cortocircuitos, es decir asegura el uso del 100% de la superficie disponible del relleno

Las tasas tpicas 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.

En efluentes industriales se utiliza una regla prctica, el factor de reciclo (Qr /Qo)debe ser mayor que DBO5 (mg/l) / 400



8. Sistema de Distribucin

Los sistemas de distribucin han evolucionado en el tiempo desde el uso de sistemas de distribucin hidrulicos y toberas a los modernos sistemas motorizados con variador de velocidad ha notado una gran mejora, en particular justamente en la flexibilidad de operacin y control del sistema. Si descartamos el uso de sistemas fijos tipo tobera para equipos de muy pequeo tamao, 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 rotacin normales en operacin son 1 rev / 2-5 min y la variacin de velocidad debe permitir bajar dicha velocidad a 1 rev / 30-60 min en el periodo de limpieza. La reduccin 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 fcilmente y si lo hace el lodo envejecido y poco til al proceso, dejando un sistema continuamente fresco




En la actualidad se maneja en el diseo del sistema de distribucin el parmetro SK (spulkraft) intensidad de limpieza, definido por:

SK= Q/Ax1000 (mm/m)(axn)x60 (min/h)

Q = caudal de alimentacin total al distribuidor, m3/h A = rea del biofiltro m2 a = numero de brazos del distribuidor n = rpm del distribuidor. Siendo la unidad final mm/brazo ( paso), en realidad debe interpretarse como una relacin 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 rea, es decir a mayor SK mayor efecto de limpieza.




Valores tpicos seran:En operacin 2.0 m3/h.m2 y 0.2 rpm (1 rev/5 min), con dos brazos SK = 83, con 4 brazos 41.5 mm/paso Los valores recomendados para operacin son entre 30-100 mm/paso Durante la limpieza la velocidad se baja a 1 rev/20 min = 0.05 rpm, con lo cual Skflushing = 332 con 2 brazos y 166 con 4 brazos. Los valores recomendados para flushing son 300-600 mm/paso.

Frecuencia de limpieza No hay valores preestablecidos, en la operacin se regula esta limpieza prcticamente, puede ser desde 1 vez por semana a 3 veces por da durante por lo menos dos revoluciones completas. Se puede automatizar por tiempo o bien colocando una celda de peso en algn punto del relleno que mida en ese sector el incremento de peso por crecimiento del lodo.



9. Ventilacion

El ingreso de aire al biofiltro pude producirse por dos medios: circulacin natural circulacin forzada. La circulacin natural se produce por conveccin debida a la humidificacin del aire exterior que en contacto con el efluente cambia de temperatura y humedad y por lo tanto de densidad producindose la corriente de conveccin en el interior del equipo. Esta condicin es altamente dependiente de las condiciones atmosfricas y cuando estas se acercan a las mismas condiciones que tengo dentro de la torre la circulacin es mnima con posibilidad de baja aireacin, olores y baja eficiencia. Hay que tener cuidado cuando se alcance una condicin crtica para diferencias de temperatura entre aire/efluente < 3C. La altura de la torre tambin influye, a menor altura menor efecto de conveccin. El diseo adecuado requiere sistemas de ingreso de aire ampliamente diseados y evitar la acumulacin y estancamiento del efluente lquido dentro de la torre Se recomienda en efluentes domsticos que el rea de ventilacin sea del orden del 15 % del rea transversal del biofiltro como mnimo, aunque muchos fabricantes de relleno establecen sus propias recomendaciones. Sin embargo en efluentes industriales de alta carga y fcil biodegradabilidad el riesgo de defecto de oxgeno es grande y es preferible acompaar con un sistema de ventilacin 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.



9. Ventilacion

Circulacin forzada En la actualidad la construccin o remodelacin de biofiltros con relleno sinttico en general implica el agregado de sistemas de ventilacin. Para calcular la cantidad de aire a circular se requiere conocer la DQO total y soluble, y se utiliza la siguiente ecuacin:

Tasa de oxigenacin (kg O2/kgDQO) = 20 . [0.4 e-4.5L + 0.6e-.09L] . PF (factor pico de carga) donde 20 indica una tasa de trasferencia til del 5% (1/20 kgdqo/kgo2) L = tasa de aplicacin de DQO (KgDQO/m3relleno.d)PF: factor de pico de carga , a definir por diseo Con esto calculo la cantidad de oxgeno requerido OD OD = tasa de oxigenacin kgO2/kgDQO x L en kgDQO/d

Para una carga de 5 kgDQO/m3d OD = 20.((0.4xe-0.4.5x5)+(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



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 centrfugos convencionales con presiones de descarga de 50-100 mmca Se recomienda tener en cuenta un factor de correccin por la temperatura del efluente de manera que el caudal se incremente 1% por cada grado encima de 20C, ya que baja la solubilidad del oxigeno en el liquido. Las potencias en juego para la ventilacin 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


BIODISCOS

RBC:ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS


EN UN BIODISCO LOSRESPONSABLES DE LAMETABOLIZACIN DE LA MATERIACARBONACEA ESTA FIJADOS AUN MEDIO SOPORTE,CONSTITUIDO POR UNCONJUNTO DE PLACAS DEMATERIAL PLSTICOENSAMBLADAS A UN EJESOPORTE




EL MEDIO SOPORTE GIRA LENTAMENTE SOBRE EL EJE HORIZONTAL, SUMERGIDO UN 40%.

LOS MICROORGANISMOS SE ADHIEREN AL MEDIO SOPORTE FORMANDO UNA PELCULA (BIOFILM)

MEDIANTE EL MOVIMIENTO GIRATORIO DEL MODULO, EL BIOFILM ALTERNA EL CONTACTO CON EL AGUA RESIDUAL A TRATAR Y CON EL AIRE

CUANDO LA PELCULA 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



ACTUALMENTE LOS BIODISCOS TIENEN UN DESPRESTIGIO MOTIVADO POR:

DESCONOCIMIENTO DE LOS CRITERIOS DE DISEO QUE LLEVO A MALOS DIMENSIONAMIENTOS, Y POR LO TANTO NO OBTENER LAS CALIDADES DE AGUA EXIGIDAS.

HAY ASIMILACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO A LOS UTILIZADOS EN OTROS PASES.

SELECCIN DE ESQUEMAS INCORRECTOS.

NO SE CONTEMPLO LA RESOLUCIN ADECUADA DE LA LOGSTICA Y TRATAMIENTO DE LOS FANGOS.

DESARROLLO CONSTRUCTIVOS INCORRECTOS DE LOS MDULOS QUE CONLLEVARON A NOTABLES FRACASOS DE FUNCIONAMIENTO MECNICO.

biomasa adherida

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