tema 5_sistemas de biopelicula

7/24/2019 Tema 5_Sistemas de Biopelicula

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Curso Especialista Universitario en Depuracin de Aguas Residuales en Pequeos Ncleos:

Modalidad online, 6 de abril -19 de julio de 2015

Universidad de Almera

Fco. Javier Garca Martnez

Ingeniero de Caminos, C. y P. - Ldo. en Ciencias Ambientales

TEMA 5:

SISTEMAS DE BIOPELCULA: LECHOS

BACTERIANOS Y BIODISCOS. ASPECTOS

PRCTICOS DE DISEO Y EXPLOTACIN.


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Curso Especialista Universitario en Depuracin de Aguas Residuales en Pequeos Ncleos


Tema 5:Sistemas de biopelcula: lechos bacterianos y biodiscos. Aspectos prcticos de diseo

y explotacin. Pgina 1

TEMA 5:SISTEMAS DE BIOPELCULA: LECHOS BACTERIANOS Y BIODISCOS.

ASPECTOS PRCTICOS DE DISEO Y EXPLOTACIN.

1. INTRODUCCIN ................................................................ .................................................... 3

1.1. CONCEPTO DE BIOPELCULA ....................................................................................................4

1.2. COMPOSICIN..........................................................................................................................5

1.3. CARACTERSTICAS FSICAS ......................................................................................................7

1.4. FUNCIONAMIENTO DE LA BIOPELCULA ...................................................................................8

1.5. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS SISTEMAS DE BIOPELCULA..........................................9

1.6. CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS DE BIOPELCULA ...............................................................10

2. LECHOS BACTERIANOS....................................................................................................122.1. ORIGEN .................................................................................................................................12

2.2. DESCRIPCIN DEL PROCESO..................................................................................................13

2.2.1. Distribucin del agua .................................................................................................. 15

2.2.2. Material filtrante o soporte......................................................... .................................18

2.2.3. Ventilacin...................................................................................................................23

2.2.4. Recogida del agua filtrada..................................................................... ......................24

2.2.5. Recirculacin................................................................ ............................................... 25

2.2.6. Tipos de lechos bacterianos y lneas de tratamiento ................................................... 282.2.7. Ventajas e inconvenientes............................................................................................32

2.2.8. Rendimientos de depuracin.................................. ...................................................... 33

2.2.9. Rango de aplicacin ................................................................................................. ...34

2.3. DISEO..................................................................................................................................35

2.3.1. Parmetros de diseo ..................................................................................................35

2.3.2. Clculo de lechos bacterianos ................................................................. ....................372.3.2.1. Una etapa: Norma ATV-A281E...................... ....................... ....................... ....................... .. 392.3.2.2. Una o varias etapas con relleno ptreo: N.R.C.................... ...................... ....................... ...... 44

2.3.2.3. Una o varias etapas con relleno plstico: Germain........................ ........................ ................. 462.4. OPERACIN DE LECHOS BACTERIANOS ..................................................................................49

2.4.1. Comprobaciones diarias..............................................................................................51

2.4.2. Mantenimiento especfico. ................................................................ ...........................54

3. CONTACTORES BIOLGICOS ROTATIVOS (C.B.R.).................................................56

3.1. DESCRIPCIN DEL PROCESO ..................................................................................................56

3.1.1. Elementos en un biodisco................................................................................... ..........59

3.1.2. Tipos de biodiscos y lneas de tratamiento .................................................................. 64


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Tema 5:Sistemas de biopelcula: lechos bacterianos y biodiscos. Aspectos prcticos de diseo

y explotacin. Pgina 2

3.1.3. Ventajas e inconvenientes............................................................................................67

3.1.4. Rendimientos de depuracin.................................. ...................................................... 68

3.1.5. Rango de aplicacin ................................................................................................. ...693.2. DISEO..................................................................................................................................70

3.2.1. Parmetros de diseo ..................................................................................................71

3.2.2. Clculo de biodiscos....................................................................................................72

3.3. OPERACIN DE BIODISCOS.....................................................................................................74 3.3.1.1. Comprobaciones diarias. ....................... ...................... ....................... ...................... .............. 75

3.3.2. Mantenimiento especfico ............................................................................................77

4. DECANTACIN SECUNDARIA EN LECHOS BACTERIANOS Y CBR......................78

4.1. DISEO DE LA DECANTACIN SECUNDARIA ...........................................................................78 4.2. CLCULO DE LA DECANTACIN SECUNDARIA .......................................................................79

5. SISTEMAS DE BIOMASA FIJA SOBRE LECHO MVIL ............................................. 82

5.1. DESCRIPCIN DEL PROCESO ..................................................................................................82

5.2. VENTAJAS FRENTE A PROCESOS BIOLGICOS CONVENCIONALES ...........................................84

5.3. TIPOS DE PROCESOS DE LECHO MVIL ...................................................................................85

5.4. RANGO DE APLICACIN .........................................................................................................86

5.5. DISEO..................................................................................................................................86 Bibliografa..................... ...................... ..................... ...................... ...................... ....................... ....................... .. 87


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Tema 5: Sistemas de biopelcula: lechos bacterianos y biodiscos. Aspectos prcticos de diseo y

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1. INTRODUCCIN

El fundamento de los procesos biolgicos de depuracin de agua consiste en la

eliminacin de la contaminacin del agua mediante una biocenosis, o comunidad de

organismos vivos, ubicada en un lugar adecuando mediante el control del ambiente. La

contaminacin del agua constituye el sustrato o alimento de dicha biocenosis, la cual se

mantendr controlada en un cierto lugar al que denominaremos reactor biolgico.

Se puede realizar una clasificacin de los procesos biolgicos en funcin de varios

aspectos pero si nos fijamos en la forma en la que se encuentra la biomasa en el reactorpodemos distinguir entre cultivos en suspensin y cultivo fijado a soporte. Los primeros

corresponde a los fangos activos donde los microorganismos se encuentran en suspensin

en el seno del agua (estos procesos se estudiarn en el tema 7). En los segundos, objeto de

este tema, los microorganismos se fijan a diferentes medios materiales o soportes que

quedan retenidos en el reactor a pesar del paso del agua a tratar a travs del mismo.

A este segundo grupo de procesos, tambin llamados procesos de pelcula fija o de

biopelcula, pertenecen los Contactores Biolgicos Rotativos o CBR y los Lechos

bacterianos. Tambin a este grupo de procesos se le ha llegado a denominar como

sistemas convencionales de bajo coste ya que para su rango de aplicacin tienen unos

costes inferiores frente a los fangos activos.

Existe una amplia variedad de tecnologas basadas en procesos de biopelcula, cada una

con sus caractersticas especficas. En general se pueden incluir, entre sus ventajas frente a

los procesos de fangos activos convencionales, unos costes de operacin y energticos

reducidos, volmenes menores de los reactores, necesidades mnimas de capacidad de

decantacin y simplicidad de operacin. Entre los inconvenientes figuran la posibilidad de

atascamiento del sistema, bien debido a un pretratamiento insuficiente o a un exceso de

crecimiento de la biopelcula, ms dificultad para conseguir una mezcla homognea del seno

del lquido y mayor complejidad para la modelizacin, y por tanto para controlar el proceso.


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1.1. Concepto de biopelcula

La biopelcula es una estructura compleja, formada por agregados celulares y huecos

intersticiales

En la formacin de una biopelcula se pueden distinguir las siguientes etapas o pasos:

1. Acondicionamiento del medio soporte al adsorberse molculas orgnicas sobre la

superficie.

2. Transporte de clulas microbianas desde el seno del agua hasta el medio soporteacondicionado.

3. Parte de la clulas que llegan al soporte se adsorben a l por un tiempo limitado,

separndose (desorcin) posteriormente (adsorcin reversible). La desorcin se

puede producir por la fuerza cortante del fluido, influyendo tambin otros factores

fsicos, qumicos y biolgicos.

4. Una parte de las clulas adsorbidas quedan inmovilizadas permanentemente

(adsorcin irreversible)

5. Las clulas adsorbidas irreversibles crecen a expensas del sustrato y del agua

incrementando as su nmero de clulas en la biopelcula. A su vez, las clulas

pueden tambin producir o formar cantidades significativas de productos

excretando algunos de ellos, como por ejemplo las sustancias polimricas

extracelulares (EPS), que quedan constituyendo parte de la biopelcula. As la

acumulacin de biopelcula aumenta mediante el metabolismo microbiano a

expensas del sustrato del agua.

6. Adhesin de clulas microbianas y material particulado a la biopelcula

(atrapamiento).

7. Separacin de parte o porciones de la biopelcula que vuelven al agua. Esta

separacin puede ser debida al esfuerzo cortante producido por el movimiento del

fluido (erosin), a la accin mecnica de otras partculas que chocan contra la

biopelcula (abrasin) y al desprendimiento de capas de biopelcula

(desprendimiento masivo) debido a la prdida de cohesin o de adherencia de la

biopelcula.


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Figura 5.1: Formacin de la biopelcula

1.2. Composicin

Una biopelcula consiste en clulas inmovilizadas en un medio soporte, embebidas enuna matriz de polmeros orgnicos (EPS) de origen microbiano y con una fraccin

significativa de sustancias abiticas o inorgnicas unidas por la matriz bitica.

De forma general, en un sistema de biopelcula se pueden diferenciar cuatro partes:

soporte, biopelcula, capa lquida y gas. A su vez en la biopelcula se pueden diferenciar dos

capas: la biopelcula de base y la capa superficial.

La base de la biopelcula est formada por una acumulacin de clulas, y es deestructura bien definida. La capa superficialconstituye la transicin entre la biopelcula y el

ambiente acutico circundante. El grosor de estas zonas depende tanto de las condiciones

hidrodinmicas, como de las especies microbianas que colonicen el material soporte.


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Figura 5.2: Componentes de un sistema de biopelcula

Debido a que el tiempo de estancia de los microorganismos en las biopelculas no es una

variable de control de este tipo de procesos y que ste en general puede ser muy elevado,

pueden coexistir muchas especies de microorganismos e incluso macroorganismos tales

como caracoles, insectos, etc. Microbiolgica. La biopelcula tpica de los procesos de

tratamiento de aguas residuales urbanas est formada por:

Bacterias: Achromobacterium, Alcaligenes, Flavobacterium, Zooglea; tambin

filamentosas (Sphaerotillus) y nitrificantes. Las bacterias auttrofas se localizan en

el fondo y las hetertrofas en la superficie.

Protozoos: contribuyen al buen funcionamiento del proceso, al producir

clarificacin del efluente mediante depredacin.

Hongos: producen ms biomasa a igualdad de eliminacin de sustrato y pueden

producir bloqueos en el trnsito del agua (ramificaciones).

Algas: pueden captar nitrgeno y minerales del agua residual, as como

suministran oxgeno al medio (


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Figura 5.3: Biopelcula sobre relleno ptreo a 0,5 m de profundidad despus de varios aos. (NILSA)

1.3. Caractersticas fsicas

La densidad de las biopelculas vara desde valores tan bajos como 10 kg/m3 hastavalores de 105 kg/m3, siendo todava mayor la variacin si se analiza la densidad por capas

dentro de la biopelcula (8 a 147 kg/m3).

Los espesores de la biopelcula pueden variar notablemente. Se pueden encontrar

biopelculas con espesores en un rango muy amplio, desde prcticamente el tamao de las

clulas (1-10 mm.) en una biopelcula en formacin, hasta ms de 30 mm. En procesos de

biopelcula aerobios los valores normales oscilan entre 100 mm. (biopelculas nitrificantes)

hasta 2 a 5 mm (biopelculas herertrofas de alta carga).

El espesor depende de la carga orgnica aplicada, del esfuerzo cortante al que est

sometida, del tipo de sustrato, tipos de microorganismos, pH, temperatura, resistencia de la

biopelcula, rugosidad del soporte y edad de la biopelcula.


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1.4. Funcionamiento de la biopelcula

Para que la biopelcula elimine el sustrato (contaminacin) del agua residual, tanto ste

como el oxgeno (en el caso de estar hablando de biopelculas aerobias) tienen que acceder

al lugar donde se va a realizar la reaccin biolgica, que es donde se encuentran los

microorganismos, es decir, al interior de la biopelcula (biopelcula base). Tanto el transporte

de sustrato como de oxgeno desde el seno del agua, deben atravesar una capa lquida

pegada a la superficie de la biopelcula, con baja turbulencia y por tanto baja transferencia y

difundirse hacia el interior de la biopelcula como consecuencia de la disminucin de sus

concentraciones en el interior debido a su consumo por la biocenosis. Ambos fenmenos detransporte (transferencia y difusin) suelen limitar la capacidad mxima de utilizacin de

substrato (contaminantes) por las biopelculas.

Si se analizan las concentraciones de substrato y de oxgeno en profundidad en la

biopelcula puede verse que estas disminuyen desde el seno del lquido, primero en la capa

lquida estancada y despus en el interior de la biopelcula. Si uno de los dos reactores

desaparece, la capa ms profunda no ser activa. Surge as el concepto de capa activa para

denominar dicha capa superficial.

Figura 5.4: Fenmenos de transporte de materiales en la biopelcula. Perfiles de concentracin


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Cuando es el oxgeno el que desaparece en el interior de la biopelcula se producirn

fenmenos anxicos y anaerobios en la biopelcula. Tanto en este caso como cuando llegaa ser muy pequea la concentracin de substrato se puede llegar a producir disminucin de

la cohesin y adherencia que provocan desprendimientos masivos de biopelcula.

El aporte de oxigeno a la biopelcula puede realizarse desde el oxgeno disuelto del seno

del agua, fenmeno controlado por la transferencia, turbulencia o bien directamente desde el

aire, al entrar en contacto con la biopelcula, fenmeno que se denomina transferencia

biolgica y que bajo ciertas circunstancias pueden ser muy superiores al primero (5 a 20

veces).

Figura 5.5: Biologa del sistema de biopelcula

1.5. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de biopelcula

Entre las ventajas encontramos:

Permite el desarrollo de microorganismos de crecimiento especfico bajo

(metanognicos, nitrificantes).


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Son menos susceptibles a cargas variables o intermitentes.

Indicados para tamaos de reactor pequeo. Menos sensibles a bajas temperaturas.

Mayor resistencia frente a agentes txicos.

Bajo mantenimiento de la instalacin

Fcil explotacin.

Rapidez de arranque.

Tolerancia a variacin de temperatura.

Recirculacin de fangos no necesarios.

Buen rendimiento energtico. Menor produccin de fangos.

Entre los inconvenientes, se pueden citar:

Incontrolabilidad de la biomasa presente.

La difusin limita la tasa de depuracin.

Peligro de atascamiento del medio soporte.

1.6. Clasificacin de los sistemas de biopelcula

Existe una gran variedad de procesos de biopelcula por lo que es complejo hacer una

clasificacin de los mismos. Centrndonos en los procesos aplicables a las pequeas

poblaciones podemos hacer una clasificacin en funcin de la disposicin de la biopelcula:

a) Si el medio soporte es fijo , estaremos hablando de los lechos bacterianos o filtros

percoladores.

b) Si el medio sopor te es mvil estaremos hablando de los contactores biolgicos

rotativos (C.B.R.).


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c) Otros: en los que el crecimiento de la biomasa se produce en soportes plsticos que

se encuentran en suspensin en un reactor biolgico. Se puede pensar que con estadescripcin estara en el apartado b, pero como veremos ms adelante, se trata de

una tecnologa que est entre los procesos de biomasa en suspensin (fangos

activos) y los procesos de biopelcula fija.


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2. LECHOS BACTERIANOS

2.1. Origen

Los antecedentes de los lechos bacterianos, tal como hoy se conocen, pueden

establecerse en un sistema de funcionamiento intermitente, lechos de contacto, que empez

a funcionar en Inglaterra en 1893. Estos consistan en estanques impermeables rellenos con

piedra machacada. En su funcionamiento, el lecho de contacto se llenaba con el agua

residual desde la parte superior, y se dejaba en contacto con el medio durante un corto

perodo de tiempo. El lecho se vaciaba a continuacin, y se le permita que reposase antesde reiniciar el ciclo.

Un ciclo tpico exiga 10 horas, de las cuales 8 horas correspondan a periodo de reposo.

Las limitaciones del lecho de contacto incluan una posibilidad relativamente alta de

obturaciones, el prolongado perodo de tiempo de reposo necesario, y la carga relativamente

baja de utilizacin.

Por las desventajas enunciadas, y buscando la continuidad del sistema, se ha pasado de

lechos de contacto a lechos bacterianos, tambin denominados lechos percoladores. Sus

ventajas pueden resumirse en:

a) No necesitan muros impermeables como se precisan para aquellos, muros que

encarecen la construccin.

b) Posibilidad de establecer aireacin adecuada por medios diversos, que permitan

adaptar, en las mejores condiciones posibles, los fenmenos de depuracin por

va aerobia a las caractersticas del efluente a tratar.

c) Continuidad, estableciendo los dispositivos adecuados para el vertido sobre el

lecho, y los dispositivos de evacuacin de las aguas de salida.


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2.2. Descripcin del proceso.

El proceso de lechos bacterianos es el sistema clsico de de los sistemas de biopelcula

fija. Consiste en un depsito (reactor) relleno de material filtrante de gran superficie (piedras

o material plstico), que sirve de soporte a los microorganismos encargados de la

degradacin de la materia orgnica. El agua residual e distribuye de la forma ms uniforme

posible en la parte superior del medio poroso (soporte), que est dispuesto en depsitos de

profundidad variable segn los tipos considerados. Se recoge el agua en la parte inferior por

un sistema de drenaje, que debe cumplir la doble misin de evacuar el agua residual y

permitir el paso del aire. Debe sealarse que la prdida de carga hidrulica ser comomnimo la profundidad del lecho.

Figura 5.6: Esquema funcional de un lecho bacteriano (Fuente: universidad de Corua)


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La materia orgnica presente en el agua residual es absorbida sobre la pelcula biolgica,

donde es degradada y asimilada por los microorganismos aerobios, segn la descripcindada en apartados anteriores. A medida que aumenta el espesor de la pelcula, el oxgeno

es consumido antes de que pueda penetrar a las capas ms profundas. Igual ocurre con la

materia orgnica, que es degradada por las capas ms superficiales, lo que ocasiona que

los microorganismos que formas esta capa ms interna, se encuentren en la fase endgena

de crecimiento, en la que pierden su capacidad de adherirse a la superficie del medio. Esto

provoca que toda la pelcula se desprenda en el momento en el que el agua pasa a travs

del medio, para dar lugar al crecimiento de otra nueva.

La forma y estructura de los lechos bacterianos est muy ligada al sistema de distribucin

que se emplee. Si se utilizan distribuidores fijos, la forma suele ser rectangular. Asimismo

son rectangulares los lechos alimentados por distribuidores mviles de traslacin. Cuando

se emplean distribuidores giratorios, la forma es circular. Los modernos lechos de aireacin

forzada son casi todos circulares.

Figura 5.7: Esquema (Fuente: universidad de Corua)y foto de un lecho bacteriano circular.


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Figura 5.8: Lecho rectangular con sistema fijo de distribucin (CEDEX-CENTA)

En los siguientes apartados se describe cada una de las partes esenciales de un lecho

bacteriano.

2.2.1. Distr ibucin del agua

La distribucin del agua residual debe ser lo ms uniforme y continua posible. Por tanto,

hay que evitar atascos y paradas. Los aspersores pueden ser fijos o mviles. Los fijos

requieren un dispositivo ms complicado de distribucin y, por tanto, una mayor prdida de

carga (alrededor de 2 m). Los mviles consisten en brazos giratorios dispuestos

radialmente, con boquillas incorporadas y movidos por carga hidrulica. La prdida

necesaria es de 0,5 m. La velocidad es de 0,1 a 5 vueltas por minuto, dependiendo de la

carga superficial. El giro puede ser automtico gracias a la carga hidrulica ya que al salir el

agua por los orificios en una misma direccin el brazo gira en sentido contrario. No obstante,

como veremos ms adelante, es recomendable la utilizacin de distribuidores motorizados

para poder controlar mejor la velocidad de distribucin y la fuerza de lavado, siempre que

haya acometida elctrica.


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Figura 5.9: Brazo distribuidor sin motorizar en lecho bacteriano.

Figura 5.10: Brazo distribuidor motorizado en lecho bacteriano.

Tambin existe la variante de lechos rectangulares con carros de distribucin del tipo de

"va y viene", donde los intervalos de riego son demasiado largos. Para los lechosrectangulares tambin existen sistemas fijos de distribucin o semifijos con sistemas

basculantes.


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Figura 5.11: Sistema de distribucin de "va y viene" en lecho rectangular

Figura 5.12: Sistema semifijo basculante en lecho bacteriano rectangular.(NISLA)


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Figura 5.13: Sistema fijo de distribucin de agua en lecho bacteriano rectangular

2.2.2. Material fil trante o soporte

El corazn de los lechos bacterianos es el medio soporte o material filtrante donde se

alojar el biofilm o biopelcula. Es conveniente que el medio soporte tenga la mayor

superficie especfica posible, para que se pueda formar la mayor cantidad de pelcula

biolgica. Pero esta caracterstica hay que conjugarla con el ndice de huecos, ya que stos

sern los que permitirn el paso del aire y del agua. Resumiendo, el medio filtrante ideal es

un material que tenga una gran superficie especfica, que sea econmico y que no se

obstruya fcilmente.

Hasta mediados de los aos sesenta, el material ms empleado era granito de alta

calidad o escoria triturada. Debido a problemas como la escasa superficie de poros y a la

facilidad de obstruccin por la biomasa, los materiales rocosos se han venido sustituyendo

por medios filtrantes de plsticos.


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Rellenos ptreos

En determinado casos, el uso de material rocoso puede ser econmico siempre en

funcin de la disponibilidad de materiales tales como grava de ro o ridos de machaqueo,

que son los ms indicados. Los ridos deben estar bien clasificados de manera que el 95 %

tenga un tamao entre 75 y 100 mm. Tambin se les debe exigir: ausencia de polvo y

suciedad, dureza mecnica, resistencia qumica y es preferible superficie rugosa a la lisa.

Los lechos rellenos de roca, clinkers u otros materiales similares, tienen su altura limitada

a 1-3 m debido a su peso

Para los rellenos comunes (roca, clinkers, etc.) las caractersticas normales del rido son

las siguientes:

Dimetro: 4,0-8,0 cm.

rea superficial especfica 50-160 m2/m3de volumen global.

% de huecos: 45-55%.

Carga hidrulica mxima: 1,22 m3/m2h.

Figura 5.14: Relleno de piedra


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Rellenos plsticos

Los lechos de materiales sintticos pueden soportar profundidades entre 6 y 12 m. El

mayor porcentaje de huecos en los rellenos sintticos, facilita el flujo y reduce el peligro de

colmatado.

Las ventajas de los rellenos sintticos son:

Permiten profundidades del relleno hasta de 12 m.

Se puede llegar a cargas hidrulicas elevadas hasta 9,7 m3/m2h

Tienen superficies especficas de hasta 220 m2/m3de volumen total.

Existe un riesgo menor de colmatado por las aguas residuales, que arrastran

cantidades importantes de slidos en suspensin.

Requieren una estructura de soporte ms barata debido a su peso ligero.

Por el contrario las desventajas de los rellenos sintticos son:

Su precio comparativamente elevado.

Resultan inadecuados para obtener rendimientos altos en el tratamiento de las

aguas residuales, en relacin con los conseguidos utilizando rellenos normales.

Los medios de plsticos pueden ser ordenados con una apariencia de colmena, o

desordenado constituido por mltiples piezas geomtricas. La capacidad de trabajar a altas

cargas y la dificultad de obstruccin que ofrecen estos tipos de medios los hacen

especialmente indicados para su uso en filtros de altas carga.

Figura 5.15: Relleno plstico ordenado


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Figura 5.16: Relleno plstico desordenado

La superficie especfica de un relleno es la superficie recubierta por la membrana

bacteriana o superficie regada por m3 de lecho filtrante, y depende del tamao de los

elementos utilizados en su relleno. Se obtiene as este parmetro como cociente de la

superficie de los ridos por m3. Este se relaciona con el tiempo de retencin de las aguas en

el lecho. La superficie especfica de una grava vara entre 55 y 164 (m2/m3) y la del material

plstico entre los 79 y 98 de uno convencional y los 98 a 220 de uno de alta superficie.


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Medio f iltrante Superficie especfica(m2/m3) Porcentaje dehuecos (%)Gravas de ro:-Pequeas-Grandes

55-6939-164

40-5050-60

Escorias de altos hornos:-Pequeas-Grandes

55-6946-59

40-5050-60

Plstico:-Convencional-Con alta superficie especfica

79-9898-220

94-9794-97

Tabla 1: Propiedades fsicas de los materiales filtrantes

Criterios de seleccin del material soporte

Los criterios de seleccin del relleno a seguir, segn Juan Garca Ganuza de NILSA son

los siguientes:

Est demostrado que con cargas orgnicas bajas o medias los rendimientos de

los filtros con relleno plstico o piedra son similares.

Cuando utilizar piedra:

o Cargas bajas y aguas diluidas

o Aguas no excesivamente biodegradables

o Cuando no hay limitaciones de espacio

o Cuando se quiere ahorrar energa

Cuando utilizar plstico:

o Aguas muy biodegradables

o Aguas muy cargadas

o Problemas de espacio.


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2.2.3. Ventilacin

El ambiente aerobio se consigue mediante una ventilacin del relleno que puede ser

natural o forzada.

Ventilacin natural:

Lo normal es tener este tipo de ventilacin. Se produce por efecto de la diferencia de

temperaturas del aire y el agua. Al calentarse o enfriarse el aire en el interior del lecho se

produce una variacin de densidad que provoca el movimiento de la masa. Cuando el

interior del lecho est ms caliente que el aire externo, la corriente de aire a travs del lecho

ser hacia arriba. Si la temperatura del lecho es ms baja, la direccin de la corriente de aire

ser hacia abajo.

La Ley lineal formulada por HALVORSON, SAVAGE y PIRET (Sevage Works Journal,

1936, 8, 888), que relaciona la diferencia de temperatura, entre el aire y agua con el caudal

y direccin del aire, es del siguiente tipo:

Qa = K (TL - Ta - T)

Siendo:

Qa = Caudal de aire en m3/m2 d.

TL = Temperatura del agua en el interior del lecho en C.

Ta = Temperatura exterior del aire en C.

T = Constante de 2C para lechos convencionales.

K = Constante del lecho.

Para una diferencia de temperatura TL - Ta = 6C, el caudal de aire garantizado es de 18

m3/m2h. Cuando la diferencia es de 2, se para el tiro.

HALVORSON determin que era necesaria una corriente de 0,3 m3/m2 minuto (=18

m3/m2h) para que se realizara una buena oxigenacin. Por tanto, las diferencias de


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temperatura ideales sern las superiores a +6 inferiores a 2 . En el intervalo definido por

estos valores la aireacin es deficiente y por tanto se pueden producir fenmenos deanaerobiosis

Ventilacin forzada:

En algunos tipos, para evitar este paro de oxigenacin, se recurre a la ventilacin

forzada, inyectando 0,3 m3/m2mim., de forma artificial. Se recurre a este sistema cuando,

por causas exteriores como fro, hay que cerrar los lechos, Pero hay que tener en cuenta

que representa un incremento de potencia instalada.

2.2.4. Recogida del agua fil trada

La recogida de agua residual tratada se efecta por medio de un dispositivo de drenaje

en el fondo del lecho bacteriano que adems proporciona ventilacin al lecho para

mantenerlo en condiciones aerobias segn se ha descrito en el apartado anterior. Este

sistema contar con un sistema de canales de recogida, con la caracterstica fundamental

de que no deben existir sedimentaciones, ya que el agua residual lleva los flculos que

sedimentarn en el decantador secundario. Para ello la pendiente ser del 1% 2%, y la

seccin no ir nunca llena, ya que deber servir tambin como canal de aireacin. Una

recomendacin de diseo marca que, la zona de salida al falso fondo de agua y aire, sea el

15 20% la superficie total del filtro.

El sistema recolector consiste en bloques prefabricados para lecho, los cuales son de

arcilla vitrificada de hormign o de plstico, que cubren completamente el fondo del lecho

dejando entre s canales para el efluente. La forma de estos bloques es rectangular

generalmente y tienen ranuras en su cara superior igual a un 20 por ciento de su superficie,

y siempre inferior a la dimensin mnima del soporte. Se constituye as un falso fondo de

canales que comunican con el canal de salida y con conductos de ventilacin, garantizando

as la circulacin del aire.


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Figura 5.17: Falso fondo de bloques prefabricados de hormign para lecho con relleno de piedras

(NILSA)

Figura 5.18: Bases de hormign (izquierda) donde apoyar falso fondo de material plstico (derecha)

para relleno plstico

2.2.5. Recirculacin

La recirculacin de parte del agua que ha pasado por los lechos se recircula para

mezclase con el agua residual de entrada al lecho bacteriano. La recirculacin cumple con

los siguientes objetivos:

- Efectuar una dilucin del influente, reduciendo el efecto que pueda producirse de

una sobrecarga instantnea.

- Reducir la tasa de crecimiento de pelcula biolgica por el mismo efecto de la

dilucin


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- Producir un mayor arrastre de las partes no activas de la pelcula biolgica,

procurando un contacto ms efectivo de sta con el influente.- Procurar una distribucin vertical ms uniforme de la pelcula.

- Aumentar el rendimiento como consecuencia de le hecho de que el agua a tratar

ya no pasa solamente una vez por el sistema, sino que dependiendo del

porcentaje de recirculacin hay cierta parte de aquella que pasa una vez y otra

dos veces, otras tres, etc.

Aurelio Hernndez, propine la siguiente tabla en la que en funcin de la concentracin de

la carga contaminante del influente al lecho se fija el porcentaje de recirculacin.

DBO5de salida del decantador

primario (mg/l)Recirculacin (%)

100 50

100-125 100

125-150 150

150-175 200

175 250

Tabla 2: Porcentaje de recirculacin en funcin de la carga contaminante que entra en el

lecho bacteriano

No obstante como ya se ver la recirculacin se suele calcular adems de con el objetivo

de limitar la DBO5 con el fin de asegurar una carga hidrulica mnima. Hay que tener

presente que la aplicacin de la recirculacin a lechos de medios sintticos (plsticos) tiene

una concepcin diferente a la de los filtros de piedra. Los medios sintticos tpicos necesitanuna carga hidrulica ms alta para favorecer el desarrollo de la capa biolgica a lo largo de

la profundidad del filtro. Por tanto, es necesario recircular para mantener el grado de mojado

necesario para cada medio determinado. En el caso de los rellenos de piedra, la

recirculacin ayuda a control el crecimiento de la biomasa y evitar que se colmaten los

huecos lo que dificultara la aireacin del lecho.


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Se define como tasa de recirculacin al cociente entre el caudal que se recircula (Qr) y el

caudal que sale del tratamiento primario y entra al tratamiento secundario (Q):

r = Qr/ Q

El factor de recirculacin (F) es un indicador del nmero de veces que la materia orgnica

pasa por el lecho. Este factor viene dado por:

2)1.01(

1

r

rF

+

+=

Siendo:r = coeficiente de recirculacin

Q = caudal de agua residual que entra al tratamiento secundario.

Qr= caudal recirculado.

En la siguiente tabla se relacionan el coeficiente de recirculacin, el nmero de veces que

una partcula de agua pasa por el lecho y el factor de recirculacin.

Coeficiente de

recirculacin (r)

N de veces que una

partcula pasa por el

lecho

Factor de

recirculacin

0 1 1

0,5 1,5 1,36

1 2 1,65

1,5 2,5 1,88

2 3 2,09

2,5 3,5 2,31

3 4 2,51

Tabla 3: Relacin entre el coeficiente de recirculacin, el nmero de veces que una

partcula de agua pasa por el lecho y el factor de recirculacin


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La recirculacin tambin se puede realizar previamente al decantador o despus, es

decir, una vez clarificada el agua. En el primer caso (recirculacin previa al decantadorsecundario) se disminuye la carga hidrulica del decantador. Esta forma de recircular se

utiliza fundamentalmente cuando el lecho nitrifica y, de esta forma, se provoca la

desnitrificacin en el tratamiento primario. Tambin se utiliza cuando el decantador

secundario se ha quedado pequeo, ya que de esta forma se consiguen reducir los riesgos

que se pueden producir debido a una alta carga hidrulica. En cualquier caso, esta forma de

recircular nicamente se recomienda si el lecho est constituido por material de relleno

plstico, para evitar problemas de colmatacin.

2.2.6. Tipos de lechos bacterianos y lneas de tratamiento

Aunque ya se ha ido adelantando alguno de los tipos de lechos bacterianos que podemos

encontrar, en la siguiente tabla se hace un repaso de todas las modalidades que existen en

funcin de criterio adoptado para su clasificacin:

CRITERIO TIPO DE LECHOS BACTERIANOS

Recirculacin Sin recirculacinCon recirculacin

Carga BajaMediaAltaDe desbaste

Material de relleno ridoPlstico

Construccin Forma: CircularRectangular

Aislamiento: AbiertoCubierto

Ventilacin NaturalVentilado

Nmero de etapas Una etapamultietapas

Tabla 4: Clasificacin de lechos bacterianos


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Respecto a la clasificacin en funcin de la carga caben los siguientes comentarios,

segn la EPA:

Los lechos de baja carga trabajan con cargas orgnicas < 0,4 kg DBO5/m3.d.

Debido a ello, la cantidad de fangos que generan es baja, presentan una

estabilizacin bastante avanzada y existe menos riesgo que en otros lechos de

aparicin de olores o de atascamiento. Una decantacin primaria, o un buen

tamizado precede siempre a estos lechos. El agua depurada queda generalmente

bien nitrificada (bajos niveles de nitrgeno amoniacal); la DBO5 disuelta es

prcticamente nula, sin embargo la presencia de materia orgnica coloidal, a

pesar de una buena decantacin secundaria, reduce el rendimiento de la DBO5al

80-85%. Los espesores de la biopelcula son pequeos, lo que permite utilizar

medios soportes de mayor superficie especfica, aunque el ndice de huecos sea

menor. NO se suele emplear la recirculacin.

Los lechos de media cargatrabajan con cargas orgnicas situadas entre 0,4 y

0,6 kg DBO5/m3.d. En estos lechos el crecimiento bacteriano no est limitado,

como en el caso anterior, por lo que el riesgo de obstruccin es mayor, siendo

necesario mantener una carga hidrulica suficiente para arrastrar el exceso de

biomasa. Por ello, en los lechos de media carga es frecuente que se recircule

parte del caudal de salida. Al igual que en baja carga, siempre van precedidos de

una decantacin primaria, salvo el caso de aguas residuales industriales con

escaso contenidos de materias en suspensin. Los rendimientos en eliminacin

de DBO5 son similares, tambin cuanto mayor es el contenido en materia en

suspensin y coloidal en el influente de un lecho bacteriano, menor es el

rendimiento; pero la tasa de nitrificacin es normalmente nula o muy baja en los

de media carga.

Los lechos de alta cargatrabajan con cargas entre 0,6 y 1,6 kg DBO5/m3.d.y

requieren de una segunda etapa para alcanzar una calidad del efluente

equivalente a un tratamiento secundario.


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Los lechos de desbastetrabajan con cargas orgnicas por encima de 1,6 kg

DBO5/m3

.d, llegando, incluso, hasta 5-8 kg DBO5/m3

.d, y se empleannormalmente como etapa previa a un lecho de media carga o a un reactor de

fangos activos (procesos multietapa). Consiguen eliminar entre un 50 y un 70% de

la DBO5y se destinan, fundamentalmente, al tratamiento de aguas residuales con

elevadas concentraciones de DBO5y con buena degradabilidad, como es el caso

de aguas residuales con una fuerte componente agroalimentaria (lecheras,

cerveceras, conserveras, etc.). No es imprescindible una decantacin previa, en

su defecto el desbaste se reforzar con un macrotamizado.

En las pequeas poblaciones, la tipologa que ms predomina es la de lechos

bacterianos de baja o media carga, de forma circular (a excepcin de los filtro percoladores

prefabricados que tiene forma rectangular) y abiertos con ventilacin en una sola etapa.

La lnea de tratamiento de una planta de depuracin de lecho bacteriano consta de un

pretratamiento, decantador primario (optativa en algunos casos), lecho bacteriano y

decantador secundario con recirculacin del efluente final o del efluente del propio lecho.

Pueden disearse con varias etapas pudiendo adoptar mltiples configuraciones.

Como tratamiento primario se puede optar por una laguna anaerobia, decantador-digestor

o tanque Imhoff (en estos tres casos la estabilizacin de lo fango tanto primarios como

secundario tiene lugar en estos elementos) o decantador primario, en este caso, como

inconveniente, la estabilizacin de los fango se ha de hacer en un digestor independiente.

Tambin cabe la posibilidad de no tener tratamiento primario en caso de tener un

pretratamiento muy eficiente con tamizado y desarenador-desengrasador y slo en caso de

aguas residuales muy diluidas y con lechos bacterianos con rellenos plsticos.

En la figura siguiente pueden observarse los diferentes diagramas de flujo para lechos

con sus correspondientes recirculaciones:


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Figura 5.19: Diagramas de flujo lechos bacterianosen etapa nica

Figura 5.20: Fig. 2. Diagramas de flujo lechos bacterianosen doble etapa


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El diagrama del tratamiento secundario con lechos bacterianos ms extendido en

pequeas poblaciones es el de un solo lecho de baja carga (precedido de un tratamientoprimario) segn el siguiente esquema.

Figura 5.21: Esquema del tratamiento secundario con lecho de turba

2.2.7. Ventajas e inconvenientes

Las ventajas que presenta este sistema de lechos bacterianos son:

- Sencillez de explotacin y mantenimiento

- Alto rendimiento en eliminacin de materia orgnica.

- Gran estabilidad frente a variaciones de caudal y carga orgnica.- Costes energticos menores que los fangos activos.

- No aparecen problemas de aerosoles ni ruidos


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Los lechos biolgicos pueden presentar los siguientes problemas:

- Olores, problema muy frecuente que indica la existencia de condiciones

anaerobias en el lecho por falta de aire.

- Moscas, la mosca Psychoda es el principal insecto de los lechos bacterianos,

pudiendo llegar a plantear problemas sanitarios.

- Los gastos de inversin inicial son relativamente altos, an siendo ms barato que

el sistema de fangos activos.

- Necesita un material soporte especial.

- Mayor cantidad de equipos mecnicos frente a los tratamientos de tecnologasextensivas.

2.2.8. Rendimientos de depuracin

En la siguiente tabla se muestran los rendimientos medios obtenidos en los lechos

bacterianos de baja carga y con recirculacin.

Parmetros Rendimiento (%)

Slidos en suspensin 85-95

DBO5 85 -95DQO 80-90N-NH4

+ 60-80Nitrgeno total 30-35

Fsforo total 10-35

Tabla 5: Tabla. Rendimientos de depuracin en lechos bacterianos.

Para conseguir los rendimientos superiores indicados para DBO5y SS se ha de trabajar

con cargas menores de 0,3Kg DBO5/m3d y con recirculaciones superiores al 150%.


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En caso de tener aguas con una gran carga contaminante a la entrada del lecho

bacteriano, ser necesario operar con dos etapas (alta carga y baja o media carga) u optarpor otro tipo de tratamiento.

En cuanto a la eliminacin de nitrgeno, al trabajar en condiciones predominantemente

aerobias se pueden alcanzar buenos rendimientos en la oxidacin de la materia orgnica y

en la nitrificacin del nitrgeno amoniacal a la forma de nitrato, siendo complicado

desnitrificar los nitratos a nitrgeno gas en condiciones anxicas. Para conseguir la

desnitrificacin se puede optar por utilizar un tratamiento primario (decantador-digestor,

laguna anaerobia o tanque Imhoff) como zona anxica o realizar la desnitrificacin en otrolecho bacteriano en rgimen de alta carga (>0,8Kg DBO5/m

3d) y recirculaciones muy altas.

Respecto a la eliminacin del fsforo, en los procesos de biopelcula fija, slo se elimina

fsforo de forma fiable por la va de la precipitacin qumica mediante la adicin de sales

metlicas (de hierro o aluminio) antes de la decantacin secundaria

2.2.9. Rango de aplicacin

El empleo de lechos bacterianos como tratamiento secundario est indicado para vertidos

con una carga contaminante de entre 50 y 2.000 habitantes. En el caso de rango inferior,

debido a la gran variabilidad diaria del caudal puede que exija o unas elevadas

recirculaciones o tanques de homogeneizacin del caudal para lo que se puede utilizar el

pozo de bombeo previo. En el tema 3 se puede consultar la superficie que demanda la

implantacin de este sistema (0,4-0,9 m2/h-e).


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2.3. Diseo.

2.3.1. Parmetros de diseo

Adems de los conceptos descritos en el apartado anterior se han de contemplar algunos

parmetros ms en el diseo de lechos bacterianos y que seguidamente se describen.

Carga hidrulica:

Se expresa en m3de agua aplicada, considerando la recirculacin, por m2de superficie

del lecho. Esta carga es la que condiciona la velocidad de paso a travs del material, y por

tanto el tiempo de retencin, Los valores de diseo recomendado son:

Baja carga Media carga Al ta cargaCaractersticas

Piedra

Piedra

Piedra

Plstico

Carga hidrulica

(m3/m2.h)

0.02-0,13

0.04-0,41

0,35-1,55

0,42-2,5

Tabla 6: Cargas hidrulicas

En lechos bacterianos con relleno de piedra, la recirculacin se fija para evita el

atascamiento del filtro y por tanto asegura una mnima aireacin, mientras que los lechos

con relleno plstico la recirculacin asegura que todo el material est mojado.

Carga volmica u orgnica.

Este parmetro indica los kg de DBO5aplicados diariamente por m3de material filtrante.

Los valores recomendados son los siguientes:


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Tipo de lecho Baja carga Media Carga Alta carga

Piedra Piedra Piedra PlsticoCarga volmica

(Kg DBO5/m3d)

0,08-0,4 0,4-0,7 0,7-1,8 0,4-5,0

Tabla 7: Carga volmicas recomendables

Profundidad de los lechos

En el caso de filtros con medio rocoso la profundidad se suele limitar debido al peso a 3

m. En cuanto a los rellenos plsticos la se pueden alcanzar alturas de hasta 12 m. lo

habitual es ejecutar lechos de unos 4 -5 m de altura.

Tipo de lecho Baja carga Media Carga Alta carga

Piedra Piedra Piedra Plstico

Una etapa

Varias etapas

1,8-3,0 1,5-2,5

0,75-1,2

0,9-2,4

0,5-1,2

3,0-12,0

1,5-5,0

Tabla 8: Profundidad lechos

Dosificacin del agua residual

Se ha de calcular cmo rociar el lecho bacteriano con el agua residual para obtener un

espesor de biopelcula estable lo ms activo posible. Para ello se calcula la tasa de

aplicacin instantnea o lo que los alemanes llaman la intensidad de lavado (Splkraff),

intensidad de dosificacin instantnea o parmetro SK. Esta carga de aplicacin

instantnea, se puede expresar en milmetros de agua por paso de brazo del sistema de

distribucin.


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(mm/paso)

60na

1000in)recirculacplantaa(entradalechoalentradaCaudalSK

+=

Donde:

SK = lluvia en mm./paso

Q + r = Carga hidrulica al distribuidor en m3/m2y hora

a = Nmero de brazos vertiendo a la vez

n = Velocidad rotacional del distribuidor en rev./minuto

Valores de SK entre 4 y 8 mm garantizan un arrastre de fangos suficiente. Cuando ms

alto sea el lecho, mayor debe ser el valor de SK para evitar obstrucciones causadas por uncrecimiento muy alto en la parte superior del lecho. Tambin al aumentar la superficie

especfica del relleno, convienen valores mayores. Se deduce de lo explicado, la

conveniencia de emplear distribuidores motorizados para poder controlar la velocidad de

giro.

Por ltimo, indicar que para conseguir un buen arrastre de la biopelcula en exceso, es

conveniente conseguir valores de SK de entre 20 y 100 mm para realizar procesos de

lavado (6 horas durante la noche). Aunque el lavado nocturno no suele ser necesario para

aguas residuales urbanas estndares, s que suele ser necesario en caso de aguas muy

cargadas en lechos de alta carga.

2.3.2. Clculo de lechos bacterianos

El clculo de los lechos bacterianos responde a numerosos modelos, que pretenden

definir, a partir de diferentes criterios, la reduccin de la DBO5que se puede conseguir.

La multiplicidad de los modelos de clculo pone de manifiesto la falta de uniformidad de

criterios, que condujeron a los investigadores a tan diversificadas frmulas de clculo. As,

caben destacar las siguientes National Research Council (1946); Galler and Gotaas (1964);

K incannon and Stover (1982); Velz (1948); Schulze (1960); Germain (1966); Eckenfelder


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and Barnhart (1963); Chartered Institution of Water and Environmental Management (1988);

and Logan trickling filter model (TRIFL) (1987).

En pequeas poblaciones lo habitual es recurrir al empleo de un nico lecho bacteriano

(1 etapa), operando en el rango de baja carga, por ello se va a explicar con ms detalle el

clculo de lechos con una slo etapa segn las indicaciones de la Norma ATV-A281E. No

obstante, se va a mostrar la formulacin para el clculo de lechos en varias etapas

distinguiendo si el relleno es plstico o de piedra. Los mtodos que se describen en

sucesivos apartados son:

- Para una sola etapa: Norma ATV-A281E para el dimensionamiento de plantas

de lechos bacterianos de cualquier tamao y de una sola etapa. Es el modelo

recomendado por el CENTA y el CEDEX y el que se describe en profundidad en

este tema.

- Para una o varias etapas con relleno ptreo: Modelo de la National Research

Council (1946)

- Para una o varias etapas con relleno plstico: Modelo propuesto por Germain y

Schultz

Como comentario inicial, se ha de indicar que el clculo de los procesos de biopelcula

fija tanto de lechos bacterianos como de los biodiscos se recomienda emplear el parmetro

de la (SDBO), o DBO soluble, como base de la formacin de la pelcula biolgica. La DBO

no soluble se elimina en el decantador primario y en los flculos formados en el reactor

biolgico y eliminados posteriormente en la decantacin secundaria. Se considera como

(SDBO) la DBO no eliminable por filtracin. Normalmente para aguas urbanas las aguas de

entrada tienen una (SDBO) del orden del 35-40% de la DBO total y las aguas decantadas un

50-55%. Este concepto habr que tenerlo muy presente y fijarse bien si los ratios de diseo

van referidos a DBO soluble o a DBO total


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2.3.2.1. Una etapa: Norma ATV-A281E

El proceso de clculo que se va explicar en este tema sigue las indicaciones de la norma

ATV-A281E para el dimensionamiento de plantas de lechos bacterianos de cualquier

tamao y de una sola etapa. Se trata de un mtodo de tipo emprico, que emplea la carga

volumtrica (kg /m3.d) mxima permisible, como parmetro fundamental de diseo.

En la siguiente tabla se resumen los parmetros bsicos de diseo:

Objetivo de depuracin Carga


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El esquema de funcionamiento del clculo que se va secuenciar es el siguiente

Figura 5.22: Esquema de funcionamiento

La secuencia del clculo de lechos bacterianos circulares con un distribuidor giratorio es

la siguiente:

a) Determinacin del volumen de relleno (V):

Para calcular el volumen lecho bacteriano necesario se ha de calcular primeramente la

cantidad de DBO5 que entra al lecho bacteriano en un da. Para ello a la cantidad de

DBO5que entra a la planta se ha de restar la parte eliminada en la decantacin primaria,

(normalmente se considera un rendimiento de eliminacin de DBO5 en decantacin

primaria del 30-35%, no obstante depender del proceso adoptado). Posteriormente el

volumen se obtiene al dividir la cantidad de DBO5 obtenida entre la carga orgnica que

proceda (Kg/m3da)

orgnicaCarga

/daKgDBODBOdeneliminaciVolumen 55 =

T1: tratamiento secundario: decantador primario, laguna anaerobio,

tanque Imhoff o decantador digestor.

LB: Lecho bacteriano

D2: decantador secundario

La recirculacin puede ser antes o despus de la D2

T1 LB D2

Qr


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En el caso de querer nitrificar habr que calcular el volumen con la carga orgnica

para la eliminacin de materia orgnica y el volumen con la carga orgnica para nitrificary sumar ambos volmenes.

tenitrificanCarga

N/daKginnitrificacVolumen =

Nota: Para calcular N, se multiplica el caudal medio diario por la concentracin de NTK

que presenta el agua que entra en el lecho bacteriano.

ntrificaciVolumen niDBOneliminaciVolumenotalVolumen t 5+=

Recomendacin para clculos rpidos y control de procesos en explotacin : si se

dimensiona con una carga orgnica de 100 g DBO5filtrada/m3, el caso de rellenos plsticos

o de 40 g DBO5filtrada/m3, en el caso de relleno de piedra, se cumplirn con seguridad un

valor de salida de DBO5


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El caudal de recirculacin (Qr) ser el caudal mximo que entra al tratamiento secundario

(Q) multiplicado por la tasa anteriormente calculada.

rQQr =

Y el caudal total que le entre al lecho bacteriano ser la suma del caudal mximo que le

entra al tratamiento secundario la planta ms el de recirculacin.

Qentrada lecho= Q+Qr

c) Se fija la altura del relleno (h)

Para ello se siguen los parmetros indicado en la tabla anterior: 4-5 m (relleno plstico)

2-3 m (relleno de piedra)

d) Se calcula la superfic ie (S)

Para ello se divide el volumen entre la altura

h

VS=

e) Se calcula la carga hidrulica (Ch) y se recalcula en caso de ser necesario la

superficie

Conociendo la superficie y el caudal total que el entra al lecho (caudal que le entra al

tratamiento secundario ms el de recirculacin) se calcula la carga hidrulica dividiendo el

caudal total entre la superficie.

SCh

)Qlecho(QQentrada r+=


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La carga hidrulica ha de ser mayor que los valores indicados en la tabla 9: >0,4 (relleno

piedra) y >0,8 (relleno plstico).

Si resulta que la carga hidrulica es ms baja que la mnima indicada, habr que

recalcular la superficie dividiendo el caudal total (el que le entra a la planta ms el de

recirculacin, Q+Qr) entre la carga hidrulica que deseemos y con esa superficie resultante

recalcular la altura dividiendo la altura entre la nueva superficie calculada. Si resultara una

altura excesiva, no frecuente en pequeas poblaciones, se deber disear dos lechos en

serie sin decantacin intermedia (es decir, que no funcionaran como dos etapas)

f) Se calcula el nmero de brazo del distribuidor giratorio y la velocidad.

Con la frmula propuesta:

(mm/paso)60na

1000in)recirculacplantaa(entradalechoalentradaCaudalSK

+=

Se fija el nmero de brazo (a), normalmente 2 o 4 y el SK, se calcula la velocidad de giro

(n).

g) Clculo de la decantacin

Se remite al apartado 4. DECANTACIN SECUNDARIA EN LECHOS BACTERIANOS Y

CBR, de este tema.


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2.3.2.2. Una o varias etapas con relleno ptreo: N.R.C

El National Research Council (N.R.C.) ha dado las siguientes frmulas para establecer el

rendimiento de los lechos bacterianos. Son ecuaciones que relacionan la eficiencia del lecho

con la carga hidrulica y la orgnica especfica. Son expresiones empricas obtenidas del

estudio del comportamiento de plantas reales, dado que la irregular naturaleza de las

piedras, cantos rodados y escorias empleados en la construccin de estos lechos, hace

difcil obtener expresiones tericas que se ajusten a la realidad del funcionamiento de este

tipo de instalaciones.

Para un filtro de material ptreo de un proceso de filtracin que conste de un solo filtro o

para el primer filtro de un proceso de doble etapa, la ecuacin es la siguiente:

FV

WE

+

=

4425.01

1001

Donde:

E1 = Rendimiento de eliminacin de la DBO a la temperatura de 20 C,

incluyendo los efectos de la recirculacin y la sedimentacin (porcentaje).

W = carga de DBO aplicada al filtro (kg/da).

V= volumen del medio filtrante (m3)

F = factor de recirculacin.

Recordemos la expresin de F:

2)1.01(

1

r

r

F +

+

=

El factor de recirculacin representa el nmero medio de veces que circula a travs del

filtro la materia orgnica del afluente. El trmino del denominador 0,1 r pretende tener en

cuenta el hecho, observado experimentalmente, de que la eliminacin de la materia orgnica

disminuye conforme aumenta el nmero de pasos de aqulla a travs del filtro.


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Para el filtro secundario la ecuacin propuesta es:

22

2

1

2

1

4425.01

100

FV

W

E

E

+

=

Donde:

E2= Rendimiento de eliminacin de la DBO a la temperatura de 20 C para el

filtro secundario, incluyendo el efecto de la sedimentacin y de la

recirculacin (porcentaje).

E1= fraccin de DBO eliminada en el filtro de la primera etapa

W2= carga de DBO aplicada al filtro de la segunda etapa (kg/da).


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2.3.2.3. Una o varias etapas con relleno plst ico: Germain

Debido a que las propiedades de los medios de plstico son ms predecibles o conocidas

a priori, se han desarrollado numerosas relaciones empricas para el funcionamiento y

rendimiento de los filtros percoladores con este tipo de rellenos. Una de las expresiones ms

frecuentemente empleada para describir el funcionamiento observado en este tipo de filtros

es la propuesta por Germain y Schultz.

La forma general de la ecuacin propuesta es la siguiente:

= n

vQ

Dk

i

e eS

S20

Donde:

Se = DBO5total del efluente del filtro sedimentado (mg/l)

Si = DBO5total del agua residual aplicada al filtro (mg/l)

k20= constante de tratabilidad correspondiente a la profundidad media del filtro

(D) a la temperatura de 20C, las unidades varan en funcin del valor delexponente n.

D = profundidad del filtro (m)

n = constante experimental, normalmente n = 0,5

Qv= caudal volumtrico aplicado por unidad del rea del filtro = Q/S (l/s m2)

Q= caudal aplicado al filtro sin recirculacin, l/s

S= rea transversal del filtro, m2

En caso de no disponerse de datos procedentes de unos ensayos previos en planta pilotopueden adoptarse los siguientes valores para la constante de tratabilidad k20:


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Tipo de agua residualCte. de tratabilidad k20

(l/s)05

/ m2

Domsticas 0,111 - 0,172

Domsticas y alimentarias 0,103 - 0,144

Envasado de frutas 0,034 - 0,086

Envasado de carnes 0,051 - 0,086

Residuos de papeleras 0,034 - 0,069

Procesado de patatas 0,060 - 0,086

Refineras 0,034 - 0,121

Nota: Los datos son vlidos para:Lechos bacterianos de torre de 6 m material plsticoTemperatura del agua de 20C

Tabla 10: Valores de la constante de tratabilldad k20

El efecto de la temperatura del agua residual sobre la eficacia de la filtracin se puede

tener en cuenta ajustando el valor de k20 empleando para ello la siguiente expresin:

)20(20

= T

T kK

El intervalo de valores de que se ha podido establecer es 1,02 a 1,08 (valor tpico:

1,035).

En base al anlisis de los datos correspondientes a diversos filtros existentes, Albertson

demostr que hay que introducir correcciones en el valor de la constante de tratabilidad para

un agua residual determinada cuando se pretende aplicar el valor de k20 observado para

una profundidad determinada para el diseo de un filtro de diferente profundidad. La relacin

propuesta por Albertson es la siguiente:

x

D

Dkk

=

2

112


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Donde:

k1= constante de tratabilidad para la profundidad del lecho D1.k2= constante de tratabilidad para la profundidad del lecho D2

D1= profundidad del primer lecho (m)

D2= profundidad del segundo lecho (m)

X = 0,5 para material ptreo y 0,3 para lechos de materiales plsticos


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2.4. Operacin de lechos bacterianos

Para que la operacin del lecho bacteriano se realice con xito, es primordial mantener

un buen crecimiento de microorganismos en el lecho.

Para que se realice el proceso de oxidacin o descomposicin la pelcula biolgica

requiere un suministro continuo de oxgeno disuelto, que puede tomarse del aire que circula

a travs de los huecos del medio (espacios entre los elementos componentes del mismo).

Hay que cuidar por tanto la adecuada ventilacin del medio para lo cual debenmantenerse siempre abiertos sus huecos. Los huecos obstruidos pueden plantear

problemas de funcionamiento, incluyendo el estancamiento y la reduccin del rendimiento

del lecho.

El rendimiento de los lechos bacterianos puede incrementarse aumentando la

recirculacin. Esta operacin es la ms importante a la hora de ajustar una depuradora que

est funcionando. Como ya se explic, la recirculacin consiste en tomar agua que ya ha

pasado por el lecho y volver a meterla, de manera que aumenta el tiempo de contacto con la

pelcula biolgica y ayuda a esparcir microorganismos activos por las partes ms bajas del

lecho. De hecho, hay varios tipos de recirculacin: puede ser continua, intermitente, con

caudal constante o con caudal variable, todo depende del diseo de cada depuradora.

Adems, la recirculacin puede realizarse slo en periodos de escaso caudal para mantener

en movimiento los distribuidores giratorios y humedecer la biopelcula, para evitar que se

seque la pelcula del medio, o la congelacin.

La recirculacin proporcional al caudal de llegada, la ms habitual en pequeas

depuradoras, puede utilizarse para reducir la concentracin de las aguas que se vierten

sobre el lecho. La recirculacin continua y constante mantiene los distribuidores en

funcionamiento y tiende a regular las puntas y los valles de carga orgnica, aunque supone

un mayor coste de bombeo.


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As pues, es fundamental tener un buen control de la recirculacin y se ha de cambiar la

proporcin de caudal que se recircula buscando los siguientes objetivos:

Que el lecho est regndose la mayor parte del tiempo posible.

Diluir la excesiva contaminacin que pueda traer el agua de entrada en

determinados momentos.

Que el bombeo que alimenta de agua al lecho funcione lo mnimo necesario para

reducir el consumo energtico.

Como se puede ver, los dos primeros son contrarios al ltimo, as que habr queencontrar el equilibrio, pero teniendo ms importancia el conseguir un agua bien depurada.

Figura 5.23: Dispositivo para regular la recirculacin.

Otro factor que influye en el funcionamiento del lecho es la temperatura, tanto del aguaresidual como la del ambiente, siendo la ms importante la del agua que vara con las

condiciones meteorolgicas.

Dentro de ciertos lmites, la actividad de los microorganismos aumenta con la

temperatura. Por lo tanto, es posible lograr mayores cargas y mayores rendimientos en los

climas clidos si se mantienen razonablemente las condiciones aerobias del medio.


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Seguidamente se indican las comprobaciones diarias a realizar en este sistema y algunas

nociones del mantenimiento especfico de los equipos que slo se encuentran en este tipode depuradoras.

2.4.1. Comprobaciones diarias.

Apenas se requiere control de la operacin; sin embargo, es importante observar

diariamente:

a) Se ha de asegurar que el reparto de agua sea uniforme sobre toda la superficie dellecho. Adems hay que operar de manera que no deje de entrar agua en el lecho,

como ya se ha indicado. Todo ello para conseguir una biopelcula sana y bien

regada.

b) Deberemos observar si el distribuidor funciona suavemente, si parece que vibra, roza,

o gira ms lentamente con la misma cantidad de agua residual. Probablemente se

debe a que estn daados los rodamientos o sus pistas de rodadura y ser necesario

sustituirlos.

La velocidad de rotacin del distribuidor no debe ser excesiva (el manual del

fabricante indicar la velocidad mxima permitida). En los distribuidores grandes lo

normal es una revolucin por minuto. Si la velocidad de rotacin es demasiado lenta

comprobaremos si existen problemas mecnicos. Si no hay, aumentaremos el caudal

de distribucin.

c) Los orificios del distribuidor han de estar libre, para ello se desatascarn los

obstruidos.

d) Hay que localizar la causa del estancamiento, porque ste puede aumentar

rpidamente y afectar a grandes partes del lecho. El aumento del caudal,

incrementando la recirculacin o el ajuste de los orificios del distribuidor, puede


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arrastrar algunas de las partes ms pesadas de la biopelcula biolgica y as se puede

resolver lentamente esta situacin.

Eventualmente se pueden producir pequeos estancamientos que se eliminarn por

distintos mtodos:

o Regar la superficie con agua a alta presin.

o Remover manualmente la superficie del lecho con un rastrillo, una horca o

una barra retirando cualquier acumulacin de hojas u otros residuos.

o Dosificar cloro calculando previamente la concentracin necesaria.

o Inundar el lecho. Manteniendo el medio sumergido durante 24 horas seproducir el desprendimiento parcial de la biopelcula.

o Cerrar la entrada de agua al lecho durante varias horas. La biopelcula se

secar y una parte se desprender cuando vuelva a ponerse en servicio la

unidad.

e) A veces se presentan un gran nmero de moscas, que suponen un problema muy

difcil. La proliferacin de moscas Psychoda en las sombras, se debe a un excesivo

crecimiento del nmero de sus larvas en el interior del lecho. La vida de esta mosca es

de 5 a 7 das dependiendo de la temperatura.. Algunas soluciones son:

o Aumentar la recirculacin, ya que un mayor caudal continuado mantendr

el filtro limpio de larvas y moscas.

o Aplicar con cuidado insecticidas autorizados en la pared del lecho y dems

estructuras de la instalacin. Si no existen prohibiciones en contra, pueden

pulverizarse la superficie del lecho (y las paredes del depsito) con las

dosis autorizadas.

o Inundar el lecho durante 24 horas (en caso de ser posible), a intervalos lo

suficientemente frecuentes para evitar que se complete el ciclo vital de las

moscas.

o Aplicar semanalmente una dosis de cloro.


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o Mantener en buen estado la urbanizacin, ya que los arbustos, las hierbas,

y el csped alto ofrecen cobijo natural para las moscas de los lechosbacterianos.

f) Deteccin de olores. Dado que el funcionamiento de los lechos bacterianos constituye

un proceso aerobio, no deberan producirse malos olores ya que indicara que

predominan condiciones anaerobias. En este caso, deben tomarse las medidas

correctivas pertinentes, comprobndose los siguientes puntos:

o Hacer todo lo posible para mantener las condiciones aerobias del sistema.

o Comprobar la ventilacin del lecho.o Aumentar el caudal de recirculacin para suministrar ms oxgeno al lecho

e incrementar el arrastre.

o Evitar las salpicaduras de agua del distribuidor en las estructuras

exteriores, en el csped y en otras superficies, para que no se desarrolle

una capa biolgica sobre ellas. Si por cualquier circunstancia aparece esta

capa sobre los lugares de paso o sobre otras superficies, debe quitarse

inmediatamente.

g) Estado de la parte inferior drenante del lecho.

De vez en cuando hay que comprobar el sistema de drenaje inferior del lecho por si

hay acumulacin de residuos que puedan ocasionar obstrucciones.

Figura 5.24: Parte inferior drenante de un lecho bacteriano.


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h) Si se forman espumas en las canaletas de recogida. La causa fundamental es lapresencia de elementos tenso-activos (detergentes) no biodegradables. Se agrava el

problema en el caso de aguas muy alcalinas, o con la introduccin de vertidos en

condiciones anaerbicas. Para la eliminacin de espumas se recurre a instalar

pulverizadores de agua a presin, en las zonas de acumulacin, o tambin a la

utilizacin de productos antiespumantes, vertidos antes del paso del agua por el lecho

bacteriano. Esta ltima solucin, al igual que la anterior, no elimina la causa y adems

introduce un producto nuevo que puede ser incrementar la microcontaminacin.

i) Si se forma hielo en el lecho.Las bajas temperaturas del aire ambiente pueden llegara helar el lecho. Un perodo continuado de das a menos de cinco grados bajo cero

pueden llegar a inutilizarlo. A temperaturas mayores, una forma de evitarlo es cerrar

parcialmente la entrada de aire fro con lo cual se puede mantener a la temperatura del

agua residual. Hay que dejar siempre por lo menos una abertura que sea equivalente

al 1% de la seccin del lecho.

2.4.2. Mantenimiento especfico.

Los elementos del distribuidor del lecho bacteriano a los que se deben realizar un

mantenimiento son los siguientes:

Cojinetes o rodamientos y cierres. Existe un cierre de mercurio en la base del

distribuidor que evita las posibles prdidas de agua residual de la columna central

y que penetren en los cojinetes. Los cojinetes o rodamientos ruedan sobre pistas

desmontables inmersos en aceite. Se ha de vigilar que el nivel de aceite sea el

correcto. Se recomienda utilizar un aceite de graduacin adecuada, segn las

recomendaciones del fabricante, y comprobar su estado peridicamente. Para ver

si el aceite est limpio y sin humedad, se extraer en un recipiente limpio

aproximadamente medio litro. Si el estado es el correcto se introducir de nuevo.

En el caso de que el aceite est sucio, se debe extraer completamente y volver a

llenar el cojinete con una mezcla aproximada de una cuarta parte de aceite y tres

cuartas partes de disolvente, como por ejemplo

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