EXPEDIANTE TECNICO

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

w w w . b i o t o p - s y s t e m . c o m

El proceso de depuración BIOTOP

La innovación :EL DEPOSITO DE PRETRATAMIENTO BIOTOP

UN PROCESO DE CULTIVO FIJO :LOS DISCOS BIOLOGICOS

S U M A R I O

A : EL PROCESO DE DEPURACIÓN BIOTOP 3

B : DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 4

C : DETALLE DEL CICLO DE LA ESTACIÓN 6A. Admisión, homogeneización, sedimentación primaria 7B. Oxidación biológica 8C. Sedimentación secundaria 9D. Eliminación de los contaminantes nitrogenados 9E. Eliminación de los contaminantes fosforados 9F. Almacenamiento de fangos 10G. Sistema electrónico de gestión del ciclo de depuración 10

D : LAS VENTAJAS DE LA ESTACIÓN BIOTOP 11A. Tamizado,desarenado y desengrasado integrados en depósito primario 11B. Adaptación a las variaciones de población y elasticidad de funcionamiento 13C. Insensibilidad a la temperatura exterior 13D. Insensibilidad a los hidrocarburos y aceites minerales 14E. Perfecta integración en el entorno 14F. Bajo mantenimiento y rentabilidad del proceso 15G. Consumo eléctrico reducido 15H. Garantía de resultado de la explotación 15APUNTES 16

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El proceso de depuración BIOTOP

BIOTOP, es un proceso de depuración deaguas residuales domésticas basado en elproceso conocido como «cultivo fijosobre discos biológicos». Dicha técnica,también llamada “Rotating BiologicalContactor” (RBC) por los Anglosajones,fue formulada en el siglo XIX sobre labase de los trabajos de Weigrand relativosal poder depurador de los molinos deagua. Posteriormente, fue desarrollada porlos Profesores Hartman y Popel(Universidad de Stuttgart) durante losaños 50. Las primeras plantas depuradorasde este tipo fueron comercializadas aprincipios de los años 60.Existen, al día de hoy, miles de instalaciones en el mundo (Alemania, Suiza,Inglaterra,Austria, Países Escandinavos,Francia, EEUU, Canadá, etc.). La mayoría de estas instalaciones está destinada apoblaciones inferiores a 10 000 habitantes,no obstante, importantes unidades de tratamiento (varias decenas de miles deequivalentes habitante) existen en EstadosUnidos y Canadá.La experiencia adquirida en este tipo de tratamiento ha permitido adaptar elproceso y perfeccionarlo mediante unainnovación tecnológica que favorece el

pretratamiento del efluente doméstico yasegura la regulación completa del ciclo dedepuración. Dicha innovación está actualmente patentada (2), y fue desarrollada y puesta a punto por el Sr. Raymond BRAGONI. La ingenieríacompleta está comercializada por la empresa INGENIUM bajo el nombre de « BIOTOP®».Al día de hoy, el proceso BIOTOP equipavarias instalaciones. Resultados de análisisrealizados por laboratorios oficiales e independientes testifican de la eficacia del tratamiento.El Consejo General de los AlpesMarítimos, Francia, teniendo en cuenta el éxito de integración y el excelente rendimiento depuratorio de la plantadel municipio de Moulinet, recomienda elproceso BIOTOP® en su Departamento.

A :

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Descripcion del proceso

B :

La planta de depuración que proponemos,utiliza el sistema depuratorio de discosbiológicos (figura 1) y el dispositivoBIOTOP® (figura 2).

Figura 1 : REACTOR DEDISCOS BIOLÓGICOS

Proyecto 6500 eq/hab.

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El procedimiento de depuración de tipo :«cultivo bacteriológico fijo» en discosbiológicos crea un ambiente particular-mente favorable al desarrollo de la florabacteriana que produce la degradaciónnatural de las substancias orgánicas biodegradables contenidas en las aguasresiduales. Este ambiente está compuestopor discos de diseño especial (3) semi-sumergidos, que logran un desarrollorápido y eficaz de la flora bacteriana.

Los discos son accionados por motorre-ductores que, gracias a su lenta rotación(2 a 3 revoluciones por minuto), favore-

cen el contacto entre la flora bacterianay la materia orgánica presente en ellíquido a depurar. Dicha flora bacterianadesarrollada sobre el disco, se desprendesistemáticamente al exceder un espesorde 3 a 4 milímetros. Los copos de mate-ria así formados decantan rápidamente,resultando un alto nivel de depuracióndel agua tratada.El ciclo de depuración comienza a serefectivo a partir del cuarto día desde lapuesta en marcha de la planta y alcanzasu nivel óptimo a partir del vigésimoquinto día de funcionamiento.

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Detalle del ciclo de tratamiento

El ciclo de tratamiento de la planta BIOTOP engloba los elementos siguientes :q Admisión, homogeneización ysedimentación primariaq Oxidación biológicaq Sedimentación secundariaq Almacenamiento de fangos

C :

Diagrama del sistema BIOTOP

Admisión, homogeneisación,sedimentación primaria. Oxydación biológica. sedimentación secundaria. Almacenaniento de fangos.

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2

1Depósito BIOTOPDipósit BIOTOP 2 Discos biológicos

Discos biológics 3 ClarificadorClarificador 4 Silos de fangos

Sitges de fangs

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A. Admisión,homogeneizaciónsedimentación primaria

En los procesos tradicionales de depuración,el pretratamiento tiene como objetivo retirarde la línea de tratamiento las materias másgruesas y los elementos susceptibles de perju-dicar las etapas ulteriores.Estos subproductoshan de ser almacenados,haciéndose necesarioproceder regularmente a su retirada.

Este pretratamiento comprende generalmente tres operaciones :

1) Tamizado cuyo objetivo es retener a laentrada de la planta depuradora los resi-duos voluminosos por distintos medios(rejas manuales, rejas mecánicas, dilacera-ción, tamizado, etc.)2) Desarenado su objetivo es extraer losáridos presentes en el efluente bruto a finde evitar su depósito en las canalizaciones3) Desengrasado tiene por objeto sepa-rar los aceites e hidrocarburos del efluentebruto

El procedimiento BIOTOP sintetiza estas tresoperaciones.Trata la totalidad del efluente ver-tido en la planta de depuración.Las aguas resi-duales vierten directamente en el depósitoprimario,en cuyo seno se produce un fenó-meno de flujo y reflujo,que da lugar a unahomogeneización, a la vez que separa lasmaterias imputrescibles o pesadas presentesen el efluente.

No es necesario ningún tamizado,desarenadoo desengrasado en cabeza de la planta depu-radora, sea cual sea la naturaleza de las mate-rias domésticas recibidas.

Sólo las materias imputrescibles que no sepueden degradar por este proceso quedaránretenidas en el depósito primario a la esperade su retirada por bombeo.

Este procedimiento elimina,por tanto, la acumulación de residuos a la entrada de laplanta, responsables de importantes molestias(olores, contaminación...).El procedimiento BIOTOP® prepara elefluente para optimizar el rendimiento de lasetapas de tratamiento ulteriores (en estecaso, los discos biológicos).El efluente se homogeneiza de forma total-mente biológica.No necesita aditivo alguno.El ciclo de homogeneización es íntegramenteregulado electrónicamente y se adapta automáticamente a las variaciones diarias ytemporales de la carga orgánica y no necesitaintervención humana alguna.

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B. Oxidación biológica

El liquido así preparado (también llamado«licor»), en el seno del depósito primario,es enviado, con un caudal constante,mediante dos bombas de alimentación, alos reactores biológicos. Las bombasestán accionadas por un sistema dedetección de nivel y por maniobras deregulación.En esta técnica de cultivo fijo, se aprove-cha la capacidad de los micro-organismosde fijarse sobre soportes muy diversos,para formar una bio-película. La flora bac-teriana se desarrolla sobre estos discosutilizando el oxigeno presente en el aire yalimentándose de la carga contaminantede las aguas residuales.

En el procedimiento BIOTOP, la aporta-ción de oxigeno necesaria para la síntesisbacteriana y la respiración endógena delas bacterias, está asegurada por, de unaparte, la lenta rotación de los reactoresbiológicos. Esta acción permite poner,alternativamente, las bacterias en contacto con la materia orgánica biodegradable y con el oxigeno presenteen el aire, además de remover y homogeneizar el efluente.

La masa biológica formada por los micro-organismos aerobios absorbedirectamente el oxígeno presente en elaire y lo transfiere a la substancia orgáni-ca a tratar en una proporción óptima,impidiendo así la formación de los nitra-tos y la acumulación de fósforo, causaprincipal del fenómeno de eutrofización.Los Biodiscos utilizados en el métodoBIOTOP son de diseño especial.

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C. Sedimentaciónsecundaria

El diseño del depósito de sedimentaciónsecundario (también llamado clarifica-dor), en el cual vierten todas las aguasprovenientes de los reactores biológicos,ha sido estudiado para permitir una sedi-mentación rápida de los fangos y, porconsiguiente, una clarificación rápida delas aguas. El clarificador, dimensionadopara velocidades ascensionales que pue-den alcanzar los 2 metros por hora enpunta, esta diseñado para retener los fan-gos en exceso. Las aguas clarificadas sonvertidas a continuación en el receptorprevisto a este efecto. (4)

D. Eliminación de los contaminantes nitrogenadosLa consecución de las reacciones denitrificación y desnitrificación necesariaspara la eliminación de los contaminantesnitrogenados, requiere ciertas adaptacio-nes del proceso BIOTOP. Se han deimplantar volúmenes de anoxia en cabeza de planta y completar el procesocon una recirculación del «licor» mixto(nitratos) a la salida de los reactores

hacia el volumen de anoxia.Según el volumen de anoxia implantado,se alcanzan distintos niveles de trata-miento.

E. Eliminación de los contaminantes fosforadosLa eliminación de los contaminantes fos-forados se hará según los principios del«sobre consumo» biológico del fósforo.Esta técnica precisa la implantación encabeza de planta, de un volumen deanaerobia estricta (sin oxigeno ni nitra-tos), completado por una recirculaciónde los fangos del clarificador hacia elvolumen de anaerobia.Durante el periodo de anaeróbiosis, lascélulas de los fangos desprenden el fósforo en el medio exterior y en unascondiciones aerobias (en el reactor dediscos biológicos), estos mismos fangosreabsorben el fósforo presente; es elfenómeno de «sobreconsumo».Sometidos a este régimen cíclico, los fangos se adaptan y consiguen retenercantidades de fósforo superiores a suspropias necesidades metabólicas.

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F. Alamacenamiento de fangos

Los fangos biológicos así producidos,gozan de una excelente sedimentación ala salida de los reactores. Su gran densidadlimita el fenómeno de « bulking » (fangosligeros), frecuente en los sistemas tradi-cionales de tipo «fangos activos».

G. Sistema electrónicode gestión del ciclode depuración

Este sistema, especialmente programado,es un elemento fundamental del disposi-tivo BIOTOP. Su acción influye principal-mente sobre la etapa de pretratamientodel efluente.

Está compuesto de un autómata progra-mable y de un interfaz electrónico«BIOMATIC Z3». El ciclo hidráulicopuede ser, tanto programado por elusuario, como deducido por el sistema,lo cual depende del momento del día, latemporada, las mediciones de niveles ylas cantidades de volúmenes recicladosy/o transferidos hacia las etapas siguientesdel ciclo de tratamiento. Estas distintasinformaciones son facilitadas por uncaptor de niveles que indica al sistemala cantidad de efluente recibida por eldispositivo y, por consiguiente, la cantidada pretratar. Unos contactos de nivelesde seguridad indican al sistema el esta-do del depósito (lleno o vacío) a fin deprevenir cualquier malfuncionamientodel dispositivo (avería de una bomba,etc.).

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Las ventajas de la planta BIOTOP

Por su concepto "Bio-técnico-hidráu-lico", la planta BIOTOP está perfecta-mente indicada para las necesidadesespecíficas de las pequeñas y media-nas colectividades.

A. Tamizado y desajenadoen el depósito primario desa-renado

No se prevé tamizado alguno en cabezade planta, sea cual sea la naturaleza delas materias domésticas vertidas.Esta cuenca primaria, de fondo plano,equipada con un tabique permeable,obliga a cada una de estas materias compactas presentes en el efluente, aencontrar su posición en el ciclo de pretratamiento, a la espera de su inevitable degradación física y disoluciónen las aguas a tratar (figura 3), es decir :

qMaterias pesadas, que sedimentanqMaterias flotantes, que quedan en lasuperficieqMaterias disueltas, que encuentran susitio entre los dosEl reflujo crea una ligera corriente deagua cuyo efecto es obligar una homoge-neización, más o menos rápida, de todasestas materias. Sólo las materias impu-

trescibles, las cuales no están afectadaspor este proceso, quedarán retenidas enel primer compartimiento, a la espera desu retirada por bombeo, junto con losfangos del tratamiento secundario.Al mismo tiempo, las bombas de alimen-tación de los reactores biológicos situa-dos en el segundo compartimiento, cum-plen con su cometido sin riesgo de verseafectadas por las materias más volumino-sas. Las hilazas resultantes son tratadasmediante una disposición particular delas bombas.Las electroválvulas, accionadas por el sis-tema de gestión, dejan tiempo suficienteentre el reflujo en el primer comparti-miento y la aspiración de alimentación alreactor, permitiendo así a las materias nodegradables encontrar su sitio (deposi-tarse en el fondo, o permanecer ensuperficie).No obstante, y a pesar de las precaucio-nes tomadas, si algunas materias llegaránaccidentalmente a la aspiración de unade las bombas de la cuenca primaria, seencontrarían en la balsa de los reactoressin consecuencia para los discos, ya quesu composición, la cual les hace impu-trescibles, es de una gran elasticidad. Sipor casualidad estas materias indeseablesllegaran hasta el tratamiento secundario,se retirarían a la vez que los fangos.

D :

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Del mismo modo, las arenas que formanparte de las materias pesadas decantan al

fondo del primer compartimiento y sonlavadas y vueltas a lavar por el reflujoanteriormente citado, evitando así cual-

Este dispositivo incluye un colector (1)que vierte el efluente doméstico en eldepósito primario (2). Este depósito pri-mario está compartimentado por uno ovarios tabiques permeables (3) que formanasí subdepósitos (2a y 2b). Estos tabiquesactúan como filtros y contribuyen a lahomogeneización del efluente, favorecien-do así la continuidad del ciclo de depura-ción. El depósito primario así comparti-mentado tiene por función retener, en unode los subdepósitos (2b), las partículaspesadas (áridos, etc.), en el fondo, y laspartículas ligeras (espumas, etc.) en lasuperficie. El subdepósito (2a) está dotadode un sistema hidráulico de bombeo (4) yde una regulación de caudal de efluente.

Dicha regulación puede efectuarse varian-do el diámetro de las tuberías de admisión(5) y (6) del circuito hidráulico, por ejem-plo, y/o integrando un dispositivo de cierre(7) (válvulas regulables mecánicas o elec-tromecánicas). El movimiento de aguagenerado por el reflujo del efluente en elseno del depósito primario permite, tantoreiterar la filtración del efluente (reflujo enel subdepósito (2b)), como evitar la sedi-mentación de las partículas pesadas alfondo de los subdepósitos (2a y 2b) y, porconsiguiente, asegurar la homogeneizacióndel efluente.(8) Sistema electrónico de gestíon delciclo de depuración.

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figura 5: EL DEPÓSITO PRIMARIO Y SU PRINCIPIO DE REGULACIÓN ELECTRÓNICA

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B. Variación de población yelasticidad de funcionamiento

Cualquier variación del caudal del efluente,es inmediatamente detectada por un medi-dor de caudal vinculado al sistema de ges-tión electrónica, el cual adapta el ciclo detratamiento (tiempos de bombeo, volumende efluente a tratar, etc.), logrando un per-fecto funcionamiento de la planta.En caso de una fuerte disminución del cau-dal, el depósito primario, a parte de susfunciones de colecta y homogeneización,actúa como vaso de expansión.Inversamente, en caso de un fuerte aumen-to del caudal, la película biológica activa enlos discos es capaz de absorber durantevarias horas una carga orgánica diez vecessuperior a lo habitual, sin alteración algunaen la calidad del agua resultante.El aumento o la disminución estacional depoblación no ocasionará ninguna modifica-ción del ciclo, la autorregulación de las bio-masas sobre los discos asegurará este ree-quilibrio siempre dentro del límite de lacapacidad nominal de la planta.

C. Indiferencia a la temperatura exterior

Si tenemos en cuenta que, como es biensabido, la oxidación de la flora bacterianagenera una reacción exotérmica, que lamateria constituyente de los discos estáparticularmente adaptada a la conserva-ción del calor, y que la rotación de losdiscos impide el estancamiento de las

aguas en el reactor, las variaciones detemperatura exterior de - 30 a + 60 ºCno constituyen inconveniente alguno parael proceso de depuración.Varios parámetros intervienen efectiva-mente para garantizar el buen funciona-miento del ciclo depuratorio en caso demuy bajas temperaturas :

q El metabolismo de base específico delas bacterias del biofilm, que conviertelos gastos de energía fisiológica, reflejadaen la exotermicidad de las reacciones deoxidorreducción, en el origen de la acti-vidad asimiladora.q El coeficiente de conductividad térmi-ca de la materia constitutiva de los dis-cos biológicos y el del espacio de confi-namiento que participa a la no-dispersióndel calor.q La posición semi-enterrada y cerradade los reactores (inercia térmica delsuelo, efecto de invernadero y sustracciónal efecto del viento).q El elevado valor de la capacidad calorí-fica de las aguas a tratar, debido a sufuerte carga orgánica, provenientes deldepósito primario (temperatura de lasaguas beneficiándose de la inercia térmi-ca del pretratamiento).q La ausencia de estancamiento delespejo de agua del reactor debida a larotación de los discos.q La temperatura de las aguas de recha-zo, ya elevada en la entrada de la planta,y conservada por la inercia térmica deldepósito primario enterrado.

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Este balance exotérmico debido a la pro-liferación de las bacterias, se traduce enel mantenimiento de la temperatura enel perímetro, lo que permite afirmar que,en actividad, estas masas biológicas nopodrán, en ningún caso, sufrir los efectosde las heladas, más aún teniendo encuenta que toda la instalación que alber-ga los reactores biológicos está íntegra-mente cubierta y aislada.

D. Insensibilidad a los hidro-carburos y aceites minerales

La masa biológica presente en la superfi-cie de los discos, es también capaz deabsorber y digerir las moléculas comple-jas que constituyen los hidrocarburos,grasas y otros aceites. El sistema de dis-cos biológicos, de hecho, cultiva y favore-ce la proliferación de bacterias que sealimentan, según sus necesidades, de oxí-geno y de cualquier otra forma de conta-minación.Mientras las proporciones de grasa nosuperen las medias ordinariamente regis-tradas en las aguas sucias de origendoméstico, el sistema absorbe sin ningúnperjuicio las grasas e hidrocarburos habi-tualmente encontrados. Los aceites ygrasas que llegan a los reactores de dis-cos biológicos están condenados a depo-sitarse sobre los discos en rotación, per-mitiendo a las bacterias en actividadsobre estos discos alimentarse en pro-porción optima de dicha contaminación.Es evidente que, en caso de crisis pun-tual, que genere una proporción exagera-

da de grasa en el efluente bruto, laabsorción por las bacterias de estasobredosis de grasa, puede tener comoresultado la formación de una lámina ais-lante que convertiría la biomasa aerobiaen anaerobia y produciría olores inhabi-tuales. Parece, por tanto, racional limitar-se a las proporciones máximas admitidashabitualmente, es decir 40 a 60 mg porlitro, proporciones que superan larga-mente los efluentes domésticos habitua-les, incluso sabiendo que el sistemaabsorbería hasta 100 mg por litro.

E. Una perfecta integraciónen el entorno

Muy a menudo, la planta depuradora deun municipio se considera, equivocada-mente, como la instalación "vergonzosa"de la que ni se habla ni se enseña. Lasmentalidades han evolucionado, y nosdebemos proponer soluciones integradasy estéticas.La planta de tratamiento BIOTOP, esextremadamente compacta. La organiza-ción de los distintos módulos (depósitoprimario, reactor, clarificador, silo de fan-gos, etc.) está concebida a fin de reduciral máximo la ocupación del espacio y, ade-más, conseguir una perfecta integraciónde la planta BIOTOP en su entorno.

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F. Mantenimiento y rentabilidad del proceso

El mantenimiento directamente derivadodel funcionamiento permanente de estaplanta depuradora se limita a la verifica-ción periódica de las piezas mecánicas enmovimiento. No se justifica ningunaintervención a nivel del proceso, en par-ticular en lo relativo a las variacionesestacionales de población (en los límitesde la capacidad nominal).En efecto, el sistema de discos biológicosy el procedimiento de regulación elec-trónico del ciclo correspondiente permi-te asegurar una autonomía completa ypermanente del conjunto de la planta.Se propone un contrato de explotaciónpara el mantenimiento y seguimiento dela instalación.

G. Coste de explotacióneléctrico

El coste eléctrico medio diario de explo-tación se estima fácilmente. Conociendoel consumo de los equipos eléctricos(bombas, motorreductores, captores,etc.), se puede calcular el consumo eléc-trico total y el coste diario. Según laAgencia del Agua (Francia), este costepara una planta clásica es del orden de0.2 kWh por kg de DBO5 eliminado.Para una BIOTOP el consumo es de 0.03kWh por kg de DBO5 eliminado, esdecir prácticamente 7 veces menos.

H. Garantía de funcionamiento de la explotación

Parámetro Concentración % min. de reducción

DBO5 25.mg/l 70 a 90

DQO 125.mg/l 75

SES >10 000 EH 35.mg/l 90

El nivel de rechazo será el que define la directiva N° 91/271 del 21 de mayo de 1991publicada en el JOCO N° L135/40 del 30 mayo de 1991 y recogido en el cuadro N°1del real DECRETO N°509/1996, de 15 de marzo, publicado en el B.O.E N°77 del29/03/1996, es decir :

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Apuntes :

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Ingenium asegura la concepción y eldesarrollo del proceso de depu-ración BIOTOP System.Ingenium se asocia con empresaslocales manteniendo su soportetécnico, para desarrollar y promovere l p roceso de depurac iónBIOTOP System.

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