Ficha nº5 - Tratamiento biológico de aguas residuales

Culturalmente,
Degrémont
tiene
por
costumbre compartir la pasión que sus
colaboradores manifiestan por las actividades
del agua con el público.
Como complemento del Manual Técnico,
Degrémont publica la “Fichas Técnicas” para
conocer mejor las diferentes técnicas disponibles y para
descubrir las novedades y los grandes avances tecnológicos.
Las Fichas Técnicas Manual Técnico
del Agua Degrémont
Aguas residuales urbanas
Meteor®
Aguas residuales
Proceso biológico aerobio
PROCESO BIOLÓGICO
El tratamiento biológico del agua utiliza una amplia variedad de
microorganismos, principalmente bacterias. Estos microorganismos
convierten la materia orgánica biodegradable, por absorción de
las sustancias disueltas o en suspensión presentes en las aguas
residuales, en compuestos simples, tales como dióxido de carbono
y biomasa adicional, o nitrato y nitrógeno gaseoso, siempre que se
cumplan las condiciones requeridas.
Generalmente, el tratamiento biológico llamado por fangos
activados se compone de tres elementos básicos:
• Un reactor (= tanque biológico = tanque de aeración) en el que
los microorganismos responsables de la depuración se cultivan;
• Un clarificador que, normalmente, garantiza la separación sólido
-líquido;
• Un dispositivo de recirculación de los fangos recuperados en el
clarificador hacia el reactor.
Los cultivos bacterianos se utilizan de diferentes maneras.
Tradicionalmente, se distinguen 3 procesos: cultivos libres, cultivos
fijos y cultivos híbridos.
LOS CULTIVOS LIBRES
En las técnicas de cultivos libres utilizadas en tratamiento de aguas
residuales, el desarrrollo de un cultivo bacteriano se produce dentro
del efluente a tratar, en forma de flóculos dispersos dentro de una
cuba llamada de aeración. La cuba es agitada para mantener los
cultivos en suspensión, para favorecer una distribución homogénea
del oxigeno que necesitan las bacterias para sus necesidades
energéticas y para su reproducción, y para asegurar el mejor
contacto posible entre las células bacterianas y su alimentación.
Muy a menudo se utiliza este mismo dispositivo para la aeración
y la mezcla.
LOS CULTIVOS FIJOS
En los procesos de cultivos fijos, se utiliza la capacidad que tienen la
mayoría de los microorganismos para reproducir exopolímeros que
les permiten adherirse, en forma de biopelícula, a soportes variados.
Esta biopelícula se desarrolla en toda la superficie del soporte y la
Cultivos fluidizados
producción de nuevas células bacterianas hace que aumente su
espesor. El oxigeno y los nutrientes solubles son transportados por
el agua a tratar, que es difundida mediante el biofilm. Las bacterias
fijas tienen, generalmente, unos niveles de actividad específica
superiores a las observadas en cultivos libres.
Para optimizar una línea de tratamiento que utiliza cultivos
fijos conviene pretratar el efluente por decantación o, al menos,
mediante un buen tamizado.
La actividad de un cultivo bacteriano depende, particularmente, de
la superficie de intercambio entre sustrato y oxigeno. En los fangos
activados (cultivos libres) esta superficie está restringida debido al
estado de floculación de los microorganismos.
Numerosos procesos aplican la técnica de cultivos fijos.
--> Lechos bacterianos o filtros percoladores
Este proceso utiliza cultivos fijos
no sumergidos. El efluente a tratar,
rociado con el uso de un rociador,
gotea sobre un material (natural
o plástico) que sirve de soporte a
los microorganismos que forman
el biofilm.
El aporte de aire se realiza mediante difusión de la percolación del
agua a tratar.
En los lechos bacterianos, la superficie desarrollada del material
soporte, obtenida por metro cúbico de reactor, sigue siendo
modesta y la distribución del agua a tratar en toda la biopelícula
es difícil a escala industrial. Además, la biopelícula es espesa y, por
tanto, presenta importantes limitaciones en términos de difusión.
--> Discos biológicos o biodiscos
Esta técnica consiste en una serie
de discos circulares situados a corta
distancia entre ellos y parcialmente
sumergidos (40% generalmente) en
el agua a tratar, que giran alrededor
de un eje horizontal. Esta rotación pone la biomasa desarrollada
sobre los discos en contacto con el agua a tratar y el oxigeno del
aire, de forma alternativa.
--> Filtros biológicos o biofiltros
Cuando los microorganismos se adhieren a unos soportes granulares
de tamaño efectivo inferior a 5 mm, la superficie específica de
intercambio es muy importante. Esta constatación dio lugar al
desarrollo de filtros biológicos donde el soporte granular al que se
adhieren las bacterias es sumergido en el agua a tratar.
La aeración se realiza mediante aporte de aire a la base del medio
filtrante. El soporte granular sirve también de separador.
Con Meteor®, Degrémont propone una nueva gama de tratamiento
del carbono y del nitrógeno mediante cultivo fluidizado, una
respuesta adaptada a la construcción o a la rehabilitación de
plantas en un espacio reducido.
PRINCIPIO BÁSICO
Diferentes tipos de biofiltros
--> Cultivos fijos « fluidizados »
En el caso de los cultivos fijos fluidizados que se utilizan en el
tratamiento de aguas residuales urbanas, las bacterias se adhieren
a unos soportes bastante finos y/o bastante ligeros para, así,
mantenerse en suspensión en el reactor biológico.
Estos materiales soporte (Biomedia), de densidad cercana a la
del agua (de 0,95 a 1 g.cm-3) y de tamaño pequeño, se ponen en
movimiento y se mantienen sumergidos en el tanque biológico
gracias a una suficiente agitación. Dada su gran superficie, de
200 hasta 800 m².m-3, estos materiales son capaces de soportar
una biomasa importante en forma de biopelícula (en el interior del
material, principalmente). Como resultado, los volúmenes eficaces
de tanque son ampliamente reducidos. En cualquier caso, el hecho
de que los soportes se mantengan en el reactor significa que a la
salida de éste se necesitan unas rejillas de retención con espacios
adaptados al tamaño del material. Para este proceso, llamado
Moving-Bed Biofilm Reactor (MBBR) por los anglosajones, se
introduce el material en cantidad importante en el reactor; ocupa,
generalmente, de 30 a 60% del volumen del reactor.
Meteor® es un reactor biológico diseñado para eliminar carbono
y/o nitrógeno, en el que las bacterias están, por tanto, adheridas
a soportes móviles. Estos soportes de plástico, cuya densidad es
ligeramente inferior a la del agua, están especialmente diseñados
para permitir una colonización duradera y estable.
Según el objetivo de tratamiento, Meteor® se aplica en forma de
tanque aerado (tratamiento del carbono y del amonio) y/o en forma
de tanque anóxico (tratamiento de nitratos).
En la zona aerobia, Meteor®
está
continuamente aerada mediante aire
presurizado, cuya función es, por una
parte, aportar el oxigeno necesario
para el tratamiento y, por otra, asegurar
la inmersión homogénea del material
soporte en el tanque para evitar su
«concentración» en determinadas zonas.
El agua y los fangos intersticiales que
salen del reactor se envían hacia una
segunda etapa de tratamiento o hacia un separador. En función
del objetivo de calidad del agua tratada, se pueden instalar varias
celdas (o tubos) en serie.
Meteor® ofrece una gran capacidad de respuesta y una verdadera
flexibilidad de tratamiento gracias a la proliferación masiva de
bacterias sobre los soportes. De esta manera, la biomasa responde
mejor a las eventuales variaciones de carga, de caudal o de
temperatura.
Existen 3 soportes Meteor® diferentes con unas superficies específicas
(m2/m3) para una adaptación caso por caso.
LOS CULTIVOS MIXTOS
Los cultivos mixtos, también llamados cultivos híbridos, son unos
procesos combinados: una parte de las bacterias se adhieren a
unos materiales soporte de tipo « cultivos fijos fluidizados » en el
reactor biológico donde cohabitan con unos flóculos bacterianos
libres. El fango activado presenta una concentración relativamente
baja, de 1,5 à 2,5 g·L–1, y, por tanto, de clarificación fácil. En
este caso, el fango activado captura los coloides presentes y
descompone los compuestos orgánicos disueltos. El material se utiliza,
fundamentalmente, como soporte para organismos autótrofos y
asegura la nitrificación. La principal ventaja del uso de una biomasa
nitrificante fija, sobre todo en instalaciones existentes, es su
capacidad para nitrificar en un volumen reducido, sin la limitación
de mantener una masa de fango activado importante y, por tanto,
sin aumentar el flujo másico en los clarificadores existentes.
Meteor®
Degrémont viene desarrollando la tecnología de los cultivos fluidizados
(fijos y mixtos) desde 1993. Degrémont ha reforzado su experiencia
y conocimiento sobre esta tecnología gracias, sobre todo, a
numerosos ensayos piloto. (Degrémont dispone de 3 unidades
piloto móviles montados sobre remolque) y ensayos in-situ. Estos
retornos de experiencia han permitido la optimización del proceso
para responder a los nuevos retos de calidad cada vez más exigentes,
así como la gestión de la dimensiones y de la implementación, y la
reducción de los costes de inversión y de operación.
Meteor 660
Meteor 515
Meteor 450
Gracias a la estructura de estos soportes que ofrecen una superficie
sustancial para la colonización, los reactores Meteor® son dos
veces más pequeños que aquellos que funcionan únicamente en
cultivo libre. Esta ventaja permite paliar las limitaciones de
espacio y reducir los costes de obra civil.
Los soportes son retenidos en el reactor mediante una rejilla
estática, cuyo espaciado de malla se adapta al material.
La carga superficial aplicada (kg de DBO5* y/o kg de NTK** por
m² de superficie util de soporte por día) es el criterio clave para
el dimensionamiento de los equipos. Es específica a cada etapa
(celda) y está adaptada al tipo de tratamiento. Por ejemplo, la carga
aplicada sobre la DBO5 será diferente en el caso de un objetivo
de tratamiento del carbono solo o un objetivo de tratamiento
combinado del carbono y nitrógeno.
El dimensionamiento de un cultivo mixto (o híbrido) necesita
controlar la acción combinada de un cultivo libre y un cultivo fijo.
Basándose en la experiencia en otros procesos de cultivo fijo
(lechos fluidizados y biofiltros) y de fangos activados, Degrémont
ha desarrollado un software específico que permite realizar
simulaciones de funcionamiento.
Meteor® se desarrolla en dos versiones: el Meteor® MBBR de
cultivo fijo fluidizado y el Meteor® IFAS de cultivo mixto.
* DBO5 = Demanda Biológica de Oxigeno ** NTK = Nitrógeno Total de Kjeldhal
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua Degrémont
Meteor® MBBR
Meteor® IFAS
El Meteor® MBBR es un proceso biológico de cultivos fijos
fluidizados adecuado para el tratamiento del carbono y del nitrógeno
de las aguas residuales.
El Meteor® IFAS es un proceso biológico de cultivo híbrido
(cultivo fijo fluidizado + cultivo libre) adecuado para el tratamiento
del carbono y del nitrógeno de las aguas residuales.
 Características
 Características
• Uso preferencial para un tratamiento del carbono o un tratamiento
parcial del nitrógeno (NTK);
• Tratamiento fisicoquímico del fósforo;
• Concentración en fango libre en el tanque biológico = 50 a 500 mg.L-1 ;
• Sin recirculación de la biomasa en suspensión ni clarificador.
• Uso preferencial para la eliminación del nitrógeno global (NGL) ;
• Tratamiento biológico del fósforo;
• Concentración en fangos en el tanque biológico = de 1,5 à 3 g.L-1 ;
• Recirculación de la biomasa libre;
• Separación mediante clarificación.
La totalidad de la biomasa se desarrolla en forma de biofilm adherida
a los soportes móviles. En consecuencia, esta configuración no
necesita recirculación de fango activado.
Por tanto, existen dos tipos de biomasa: una parte se desarrolla
en forma de biomasa floculada de tipo fango activado, la otra se
fija sobre los soportes móviles en suspensión en el fango activado.
Esta configuración necesita una recirculación del fango activado
en cabeza del reactor, como lo muestra el esquema de abajo. La
recirculación de fangos asegura una concentración constante de
bacterias en suspensión en el reactor.
(Moving Bed Biofilm Reactor = Reactor móvil de lecho bacteriano)
Los soportes móviles del Meteor® MBBR están integradas en cada
zona del tanque equipada de rejillas de retención.
(Integrated Fixed film Activated Sludge = Lodos activados en
película fija integrada.
Meteor® MBBR
Meteor® IFAS
En función de la tasa de MES (Materia En Suspensión) a la salida
del MBBR, la clarificación se puede realizar bien por filtración con
CompakblueTM (este producto está descrito en la Ficha Técnica del
Manual Técnico del agua nº2-julio 2011), cuando la tasa de MES a la
salida del MBBR es inferior a 150 mg.L-1 (generalmente en caso de
decantación primaria)…
 Área de aplicación
El Meteor® IFAS puede tratar las aguas brutas pretratadas de origen
municipal o industrial con o sin decantación primaria. La asociación
de la biomasa libre y de la biomasa fija fluidizada permite cubrir una
amplia gama de carga a tratar y mejorar la calidad del vertido.
LAS VENTAJAS del Meteor®
 Flexibilidad
…o bien por flotación a alta velocidad con Greendaf™ MW (este
producto está descrito en la Ficha Técnica del Manual Técnico nº4abril 2012).
Las aplicaciones Meteor® (cultivos fijos o híbridos) se adaptan
a las fuertes variaciones de cargas, por lo que se adaptan
pefectamente a las zonas turísticas. Son adecuadas también para el
tratamiento de efluentes a baja temperatura, en particular en zonas
frías (ej: zonas de montaña). Se pueden instalar independientemente
del tamaño de la planta y responden a todos los objetivos
de tratamiento (pre-desnitrificación, tratamiento del carbono,
nitrificación, post-nitrificación).
 Rendimiento
 Área de aplicación
El Meteor® MBBR puede tratar las aguas brutas pretratadas de
origen municipal o industrial, con o sin decantación primaria. El
tamaño considerable de la biomasa adherida garantiza una buena
nitrificación, incluso en condiciones difíciles. La desnitrificación
puede ser, según las necesidades, parcial o total (tipo NGL 5).
El tratamiento optimizado de los nutrientes, tales como el
nitrógeno y el carbono, produce una calidad de efluente tratado que
responde a las normas más exigentes de vertido a un coste
económico controlado. La ausencia de pérdidas de carga confiere al
proceso una gran fiabilidad. Además, Meteor® es ideal en el marco
de una rehabilitación para paliar un aumento de la carga a tratar y/o
para satisfacer una calidad de vertido más restrictivo.
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua Degrémont
 Modularidad
 Environnement
Dependiendo de las garantías de vertido esperadas en carbono
y nitrógeno, se adapta el número de zonas anóxicas y aerobias
implantadas.
Más de allá de responder a las normas más exigentes de vertido,
con el objetivo de mejora de la eficiencia energética, Degrémont se
orienta hacia una aeración por difusores de aire en lugar de tubos
perforados. Este diseño optimiza los rendimientos de oxigenación,
disminuyendo la cantidad de aire a inyectar y el dimensionamiento
de los compresores de aire.
Finalmente, la compacidad de los equipos reduce considerablemente
la superficie ocupada por la planta en comparación con una instalación
de fangos activados convencional.
 Fácil operación
El sistema automatizado funciona en continuo y no necesita lavado
de los materiales: optimización del tiempo de operación.
ALGUNAS REFERENCIAS Degrémont
• Más de 847.000 m3 de aguas tratadas cada día mediante el proceso Meteor®
Meteor® IFAS
TIPO DE AGUA CAPACIDAD
INSTALACIÓN
OBJETIVOS DE TRATAMIENTO
(m3.d-1)
PUESTA EN
MARCHA
Regional Municipality of Peel, Lakeview
Facility Canada
ARU
14.000
Town of Groton, Connecticut - USA
ARU
19.000
Reducción nitrógeno total
2008
Proctor’s Creek, Virginie - USA
ARU
135.000
Reducción nitrógeno total
2011
Falling Creek, Virginie - USA
ARU
53.000
Reducción nitrógeno total
2011
East Providence, Rhode Island - USA
ARU
54.000
Reducción nitrógeno total
2012
Lewisburg, Pennsylvania -USA
ARU
8.000
Lebanon, Tennessee
ARU
45 000
Nitrificación
Nitrificación
Reducción de la DBO y
del nitrógeno total
2003
2012
Contrato 2012
ARU = Aguas Residuales Urbanas
Meteor® MBBR
OBJETIVOS DE TRATAMIENTO
PUESTA EN
MARCHA
ARI
(m3.d-1)
7.200
Reducción de la DBO y de la DQO
2000
Holmen - España
ARI
6.000
Reducción de la DBO y de la DQO
2001
Aticarta - Italia
ARI
10.000
Reducción de la DBO y de la DQO
2002
Moorhead, Minnesota - USA
Buchmann - Alemania
ARU
23.000
Nitrificación
2003
Saidabad - Bangladesh
AP
450.000
Nitrificación
First Quality Tissue, Caroline du Sud - USA
ARI
14.000 HE
Reducción de la DBO
2012
2012
Bromfield Harvard, Massachussets - USA
ARU
87
Reducción de la DBO
y del nitrógeno total
Contrato 2012
Mirabelle Sainte Marianne, Quebec - Canadá
ARU
1.300
Reducción de la DBO
Contrato 2012
ARI = Aguas Residuales Industriales – ARU = Aguas Residuales Urbanas – AP = Agua Potable
Contacto Meteor® : innovation.mailin@degremont.com
DEGRÉMONT S.A.
WWW.DEGREMONT.COM
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua n°5 - julio 2012 - Crédito fotos: Degrémont
TIPO DE AGUA CAPACIDAD
INSTALACIÓN