Maestra en Ciencias del Ambiente

Tratamiento Biolgico de las Aguas

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERA DIVISIN DE POSTGRADO PROGRAMA: CIENCIAS DEL AMBIENTE Temas 5. Eliminacin de sustrato en procesos de cultivo fijo Filtros percoladores y contactores biolgicos rotativos

2 5.1. Generalidades

El tratamiento biolgico en lecho fijo, sigue en trminos generales el mismo esquema bioqumico de los lodos activados. La diferencia principal estriba en que en este caso los microorganismos no estn suspendidos, sino adheridos a un medio de contacto. Es as, como el agua residual se expone al contacto con el medio donde crecen los microorganismos, que estn adheridos formando un filme, donde ocurren zonas de descomposicin aerobia, facultativa y anaerobia, tal como se observa en la figura 5.1.

Figura 5.1. Corte esquemtico de medio fijo para tratamiento de biolgico deaguas residuales.

En los sistemas de cultivo adherido el agua residual se pone en contacto con pelculas microbianas adheridas a superficies. El rea superficial para el crecimiento de la biopelcula se incrementa colocando un medio poroso en el reactor. Cuando se usa un medio slido poroso empacado al azar, el reactor se denomina filtro

percolador. El advenimiento de medios sintticos modulares de alta porosidad y bajopeso ha permitido un arreglo vertical del medio, de varios metros de altura, llamado biotorre. El dispositivo ms reciente se denomina discos biolgicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual. Aunque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones, tales como

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los filtros sumergidos (anaerobio) y lechos fluidizados, la discusin que se hace en este texto se limita al estudio de filtros percoladores, biotorres y discos biolgicos. En los sistemas de filtros percoladores y biotorres, el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopelcula en dosis intermitentes. En el sistema de discos biolgicos el medio mueve la biopelcula alternativamente a travs del agua y del aire. Ambos sistemas se clasifican como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopelcula superficial en condiciones aerobias. Los sistemas de cultivo adherido incluyen comnmente sedimentacin primaria y secundaria adems del reactor biolgico. El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con biotorres y discos biolgicos siempre y cuando se efecte un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio, con el propsito de evitar la obstruccin de los espacios del medio.5.2. Microbiologa de los procesos.

No obstante las marcadas diferencias entre los reactores de los sistemas de cultivo adherido y suspendido, el metabolismo de los microorganismos de las aguas residuales es notablemente similar. Los microorganismos que se adhieren a las superficies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqullos de los sistemas de lodos activados. La mayora son microorganismos hetertrofos; abundan los hongos y bacterias, predominando las facultativas, y las algas se presentan cerca de la superficie, donde est disponible la luz solar. Tambin pueden encontrarse animales, tales como rotferos, lombrices del lodo, larvas de insectos, caracoles, etc. Cuando el contenido de carbono del agua residual es bajo pueden existir organismos nitrificantes, aunque en cantidad insignificante. Los microorganismos se adhieren por s mismos al medio y crecen formando una pelcula densa de naturaleza viscosa y gelatinosa. El agua residual moja la pelcula en delgadas capas y las sustancias orgnicas disueltas pasan al interior de la biopelcula debido a gradientes de concentracin. En la superficie pegajosa podran quedar retenidas las partculas suspendidas y coloidales, y ah se descomponen dando productos solubles. El oxgeno necesario para las reacciones aerobias de la superficie de la biopelcula proviene del agua residual y del aire

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introducido en los huecos del medio. Los desechos producidos durante el proceso metablico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes. El crecimiento de la biopelcula slo puede ser en una direccin, es decir, hacia el lado opuesto al medio de soporte. Conforme la pelcula se hace ms gruesa se desarrollan gradientes de concentracin de oxgeno y sustrato. Eventualmente en la interfase medio - biopelcula ocurrirn simultneamente el metabolismo anaerobio y endgeno. La adherencia se debilita y la fuerza cortante ejercida por el agua residual que fluye sobre la pelcula termina por hacerla caer y deslavarla. Este proceso es funcin de las tasas de carga hidrulica y orgnica. La biopelcula se restablece prontamente en los lugares donde se ha desprendido. En los sistemas de cultivo adherido la tasa de remocin de sustrato depende de muchos factores, entre ellos: el gasto de agua residual, la tasa de carga orgnica, las tasas de difusividad de sustrato y oxgeno hacia el interior de la biopelcula, y la temperatura. La profundidad de penetracin del oxgeno y del sustrato se incrementa a tasas grandes de carga; sin embargo, un factor que es comnmente limitante es la difusividad del oxgeno. La zona aerobia de la biopelcula se limita comnmente a un espesor de 0.1 a 0.2 mm; el espesor remanente corresponde a la zona anaerobia. Las muchas variables que afectan al crecimiento de la biomasa y en consecuencia a la tasa de utilizacin del sustrato, hacen muy difcil la modelacin de los sistemas de crecimiento adherido. El crecimiento de la biopelcula, el desprendimiento y su naturaleza aerobia y anaerobia, impiden la aplicacin de las ecuaciones de equilibrio en forma similar a como se hace en los sistemas de cultivo suspendido. En gran parte, las ecuaciones para disear los sistemas de crecimiento adherido han sido obtenidas empricamente.5.3. Filtros Percoladores

El concepto del filtro percolador naci del uso de los filtros de contacto, que eran estanques impermeables rellenos con piedra machacada. En su funcionamiento, el lecho de contacto se llenaba con el agua residual desde la parte

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superior y se dejaba que se pusiese en contacto con el medio durante un corto perodo de tiempo. El lecho se vaciaba a continuacin y se le permita que reposase antes de que se repitiese el ciclo. Un ciclo tpico exiga 12 horas de las cuales haba 6 horas de reposo. Las limitaciones del filtro de contacto incluyen una posibilidad relativamente alta de obturaciones, el prolongado perodo de tiempo de reposos necesario, y la carga relativamente baja que poda utilizarse. En el filtro percolador el agua residual es roseada sobre la piedra y se deja que se filtre a travs del lecho, este filtro consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable al que los microorganismos se adhieren y a travs del cual se filtra el agua residual. El tamao de las piedras de que consta el medio filtrante est entre 2.5 10cm de dimetro, la profundidad de estas vara de acuerdo al diseo particular, generalmente de 0.9 2.4m con un promedio de profundidad de 1.8m. Ciertos filtros percoladores usan medios filtrantes plsticos con profundidades de 9 12m. Actualmente el lecho del filtro es circular y el residuo lquido se distribuye por encima del lecho mediante un distribuidor giratorio, antes el lecho era rectangular y el agua residual se distribua mediante boquillas rociadoras fijas cada uno de los filtros posee un sistema de desage inferior el cual recoge el agua tratada y los slidos biolgicos que se han separado del medio, este sistema de desage es importante tanto como instalacin de recogida como por su estructura porosa a travs de la que el aire puede circular. La materia orgnica que se halla presente en el agua residual es degradada por la poblacin de microorganismos adherida al medio, esta materia es absorbida sobre una capa viscosa (pelcula biolgica), en cuyas capas externas es degradada por los microorganismos aerobios, a medida que los microorganismos crecen el espesor de la pelcula aumenta y el oxgeno es consumido antes de que pueda penetrar todo el espesor de la pelcula, por lo que se establece un medio ambiente anaerobio, cerca de la superficie del medio, conforme esto ocurre las materia orgnica absorbida es metabolizada antes de que pueda alcanzar los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante.

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Como resultado de no disponer de una fuente orgnica externa de carbn celular, los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante se hallan en la fase endgena de crecimiento, en la que pierden la capacidad de adherirse a la superficie del medio. En estas condiciones el lquido a su paso a travs del medio filtrante arrastra la pelcula y comienza el crecimiento de una nueva, esta prdida de la pelcula es funcin de la carga hidrulica y orgnica del filtro, donde la carga hidrulica origina las velocidades de arrastre y la orgnica influye en las velocidades del metabolismo de la pelcula biolgica, en base a estas cargas hidrulica y orgnica los filtros pueden dividirse en dos tipos: de baja y alta carga. En el filtro percolador el agua residual es roseada sobre la piedra y se deja que se filtre a travs del lecho, este filtro consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable al que los microorganismos se adhieren y a travs del cual se filtra el agua residual. El tamao de las piedras de que consta el medio filtrante est entre 2.5 10cm de dimetro, la profundidad de estas vara de acuerdo al diseo particular, generalmente de 0.9 2.4m con un promedio de profundidad de 1.8m. Ciertos filtros percoladores usan medios filtrantes plsticos con profundidades de 9 12m. Actualmente el lecho del filtro es circular y el residuo lquido se distribuye por encima del lecho mediante un distribuidor giratorio, antes el lecho era rectangular y el agua residual se distribua mediante boquillas rociadoras fijas cada uno de los filtros posee un sistema de desage inferior el cual recoge el agua tratada y los slidos biolgicos que se han separado del medio, este sistema de desage es importante tanto como instalacin de recogida como por su estructura porosa a travs de la que el aire puede circular. La materia orgnica que se halla presente en el agua residual es degradada por la poblacin de microorganismos adherida al medio, esta materia es absorbida sobre una capa viscosa (pelcula biolgica), en cuyas capas externas es degradada por los microorganismos aerobios, a medida que los microorganismos crecen el espesor de la pelcula aumenta y el oxgeno es consumido antes de que pueda penetrar todo el espesor de la pelcula, por lo que se establece un medio ambiente anaerobio, cerca

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de la superficie del medio, conforme esto ocurre las materia orgnica absorbida es metabolizada antes de que pueda alcanzar los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante. Como resultado de no disponer de una fuente orgnica externa de carbn celular, los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante se hallan en la fase endgena de crecimiento, en la que pierden la capacidad de adherirse a la superficie del medio. En estas condiciones el lquido a su paso a travs del medio filtrante arrastra la pelcula y comienza el crecimiento de una nueva, esta prdida de la pelcula es funcin de la carga hidrulica y orgnica del filtro, donde la carga hidrulica origina las velocidades de arrastre y la orgnica influye en las velocidades del metabolismo de la pelcula biolgica, en base a estas cargas hidrulica y orgnica los filtros pueden dividirse en dos tipos: de baja y alta carga Los factores ms importantes que afectan la operacin de los filtros percoladores son: Carga hidrulica Carga orgnica Temperaturas del agua y del aire ambiente La tasa a la cual se aplica el agua residual a la superficie del filtro percolador se denomina carga hidrulica, e incluye al gasto recirculado QR (Figura 5.2); el gasto total a travs del filtro percolador es Q+QR. La carga hidrulica puede expresarse en metros cbicos por da por metro cuadrado de rea superficial m3/m2*d; un valor tpico para un filtro percolador convencional es 20 m3/m2*d. Si se aumenta la tasa de carga hidrulica se incrementa el deslave y esto ayuda a mantener abierto el lecho de roca. La cantidad de recirculacin se representa por la relacin R = Q R/Q y vara generalmente en el intervalo de 0.0 a 3.0. La expresin de la carga hidrulica es la siguiente,

CH

Q m3 2 (5.1) A m *d

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La tasa a la cual se aplica el material orgnico es llamada carga orgnica o carga de DBO. No incluye a la DBO aadida por recirculacin. La carga orgnica se expresa en trminos de kilogramos de DBO por metro cbico de lecho por da, o kg/m3. Un valor tpico de carga orgnica en un filtro percolador es 0.5 kg/m3. Un valor grande de la carga orgnica implica un crecimiento rpido de la biomasa. El crecimiento excesivo puede ocasionar la obstruccin de los vacos del medio de soporte y se tendra como resultado su inundacin. La expresin de la carga orgnica es la siguiente,

CO

kg DBO So * Q kg (5.2) 3 V m *d m3 * d

Figura 5.2. Diagrama que muestra el gasto de recirculacin en un filtro percolador.5.3.1. Clasificacin de los filtros percoladores

Los filtros percoladores se clasifican, segn su carga hidrulica y su carga orgnica en dos tipos: Filtro de alta carga. Filtro de baja carga

- Filtros de Baja Carga

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Es un dispositivo relativamente sencillo y de funcionamiento sumamente seguro, que produce una cantidad estable de efluente, sin perjuicio de que el efluente sea de naturaleza cambiante. Predomina en l una gran poblacin de bacterias nitrificantes, por lo que el efluente es pobre en amonaco y rico en nitritos y nitratos, La prdida de carga a travs del filtro puede ser 1.5 3m, lo que puede ser un impedimento si el terreno es demasiado plano para permitir la circulacin por gravedad. Con una pendiente favorable, la posibilidad de utilizar la circulacin por gravedad es una ventaja. Sin embargo, los filtros de este tipo tambin tienen algunos inconvenientes. Los olores son un problema frecuente, especialmente si el agua residual es poco reciente o sptica o si el tiempo es clido. Los filtros no debern colocarse en donde los olores puedan causar problemas. Filtros de Alta Carga La recirculacin del efluente final o efluente del filtro permite la aplicacin de mayores cargas orgnicas. La recirculacin del efluente desde el clarificador del filtro percolador permite que este tipo de filtro alcance la misma eficiencia de eliminacin que los filtros normales o de baja carga. La recirculacin del efluente alrededor del filtro da como resultado el retorno de organismos viables. Se ha observado que ste mtodo de operacin mejora, con frecuencia, la eficiencia del tratamiento.5.3.2. Consideraciones sobre el diseo del proceso

Al disear filtros percoladores, se debe considerar tanto las cargas orgnicas como las hidrulicas, as como el grado requerido de purificacin. La frmula de Velz relaciona la eficiencia de tratamiento con la profundidad del medio de:

(5.3) Donde:

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L = DBOL, aplicada que es eliminable, no por encima de 0.90LO, siendo LO la DBO aplicada. LD = fraccin del a DBOL que permanece a la profundidad D K = tasa de eliminacin (0.715 para filtros de baja carga, 0.15 para filtros de alta carga) D = profundidad, en m Cuando se use recirculacin, la DBOa aplicada se calcula mediante la ecuacin que sigue:

(5.4) Donde: L = DBOL aplicada a tras dilucin por recirculacin. LO = DBOL de agua residual sin tratar Le = DBOL del efluente R = relacin de recirculacin Qr / Q Las ecuaciones del NRC para el rendimiento de filtros percoladores son expresiones empricas desarrolladas en base a un estudio exhaustivo de los registros de funcionamientos de plantas con dichos filtros. Las frmulas son aplicables a sistemas de fase nica y de mltiples fases, con distintos factores de recirculacin, la ecuacin para un filtro de una sola fase o para la primera fase de una serie ser: (5.5) Donde: E1 = eficiencia de la eliminacin DBO para el proceso, incluyendo recirculacin y sedimentacin W = carga de DBO al filtro, en Kg/da D = volumen del medio filtrante en m3 F = factor de recirculacin El factor de recirculacin se calcula utilizando la ecuacin siguiente:

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(5.6) El factor de recirculacin representa el promedio de pasadas de la materia orgnica afluente a travs del filtro. El trmino R/10 tiene en cuenta la observacin experimental de que la facilidad de eliminacin de la materia orgnica parece decrecer cuando aumenta el nmero de pasadas. Para un filtro de segunda fase la ecuacin ser:

(5.7) Donde: E2 = eficiencia de la eliminacin de DBO para un proceso de filtracin de segunda fase, incluyendo recirculacin y sedimentacin. W =carga de DBO al filtro de segunda fase, Kg/da. 5.3.3. Diseo de las instalaciones Los factores a considerar en el diseo de filtros percoladores son: Tipo y caractersticas de alimentacin del sistema de distribucin. Tipo de medio filtrante a utilizar. Configuracin del sistema de drenaje inferior. Provisin de la ventilacin adecuada, bien por corriente de aire natural de aire o forzada. Diseo de los depsitos de sedimentacin requeridos. 5.3.3.1. Sistemas de Distribucin El distribuidor rotativo en filtro percolador se ha convertido en un elemento estndar del proceso por su fiabilidad y facilidad en el mantenimiento. Este consiste en dos o ms brazos montados sobre un pivote en el centro del filtro que giran en el

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plano horizontal, los brazos son huecos y tiene boquillas por las que se descarga residual sobre el lecho del filtro, el distribuidor puede ser impulsado por un motor elctrico o por la reaccin dinmica del agua residual que descarga por las boquillas. La velocidad de giro variar con el caudal en la unidad accionada por reaccin, pero deber ser del orden de una vuelta cada 10min, o menor en un distribuidor de dos brazos, la distancia entre el fondo del brazo del distribuidor y la parte superior del lecho deber ser de 15 22cm, esto permitir que le agua residual salga de las boquillas, se extienda y cubra de forma uniforme todo el lecho, evitando as que en poca de heladas el hielo acumulado interfiera con el movimiento del distribuidor. Los brazos del distribuidor de seccin transversal constante en las unidades pequeas o de seccin decreciente para una velocidad mnima de transporte, las boquillas debern ser espaciadas de forma irregular, para as conseguir ms flujo por unidad de longitud cerca de la periferia que en el centro, el flujo por unidad de longitud deber ser proporcional a la distancia del centro del filtro para obtener una distribucin uniforme sobre toda la superficie del filtro. La prdida de carga a travs del distribuidor es del orden de 0.6 1.5m. Los distribuidores se fabrican para lechos con dimetros de hasta 60m. Las caractersticas ms importantes que se debe tener en cuenta al elegir un distribuidor son: Robustez de construccin. Facilidad de limpieza. Capacidad de manejar grandes variaciones de caudal manteniendo la adecuada velocidad de giro. Resistencia a la corrosin. Se puede usar tanques de alimentacin de operacin intermitente o recirculacin para as asegurar que el caudal mnimo ser suficiente para hacer girar el distribuidor y descargar el agua residual por las boquillas, puede instalarse distribuidores de 4 brazos con sistemas de vertedero que limita el caudal a dos brazos durante dos caudales mnimos. 5.3.3.2. Medios Filtrantes

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Un material de elevada rea superficial por unidad de volumen, que sea econmico y duradero y que no se obstruya fcilmente es el medio filtrante ideal. El material ms aconsejable suele ser graba o piedra triturada clasificada por tamao uniforme, generalmente 2.5 7.5 cm, al roca volcnica es tambin conveniente, tambin se usa materiales tales como escoria, cenizas o antracita, piedras de dimetro inferior a 2.5 cm no son aconsejadas, pues el espacio de poros entre las piedras que permiten la libre fluencia del agua residual y los slidos arrastrados sern insuficientes y darn, como resultado la obstruccin del medio y el estancamiento de agua dentro del filtro o en la superficie, si las piedras tiene un dimetro grande se evita el problema de la obstruccin pero al tener un rea superficial relativamente pequea por unidad de volumen, no pueden soportar una poblacin biolgica grande; por esas causas la uniformidad del tamao es un modo de asegurar el espacio adecuado de los poros. Las especificaciones dentro de una gama de tamao de 2.5 7.5cm son por lo general, ms restrictivas, como por ejemplo las de 2.5 5cm, o 3.15 7cm. Una de las caractersticas ms importantes de un medio filtrante es su resistencia y durabilidad, esta ltima puede determinarse mediante un ensayo de sulfato de sodio el que se usa para probar la consistencia de los agregados de hormign. Medios sintticos para el tratamiento de residuos industriales fuertes se han utilizado con xito recientemente, estos consisten en lminas de plstico entrelazadas dispuestos como un panal de miel para producir unos medios sumamente porosos y antiobstruccin, este tipo de medio filtrante puede ajustarse a cualquier configuracin de filtro, se pueden construir filtros de hasta 6m de profundidad. La elevada capacidad hidrulica y resistencia a obstrucciones de estos medios sintticos se aprovechan mejor en un filtro de alta carga.

5.3.3.3. Drenaje Inferior

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El sistema de recogida recibe el agua residual filtrada y los slidos descargado del medio filtrante y los lleva a un conducto que se prolonga hasta el tanque de sedimentacin final, el sistema est compuesto de la solera del filtro del canal de recogida y de los drenes inferiores. Los drenes inferiores estn compuestos de bloques de arcilla vitrificada, con las partes superiores granuladas que admiten agua residual y soportan el medio filtrante, el cuerpo del bloque consta de dos o tres canales con las partes inferiores curvadas, las que forman los canales de drenaje inferior cuando se extienden de lado a lado y cubren toda la solera del filtro. Los drenes se colocan directamente sobre la solera del filtro, que tiene una pendiente de 1 a 2% hacia el canal colector con el fin de facilitar la inspeccin, y evitar las obstrucciones, los drenes pueden estar abiertos en ambos extremos, los drenes se limpian con una descarga de agua. Otra funcin de las drenes inferiores es ventilar el filtro, proporcionando as aire para los microorganismo que viven en la pelcula biolgica de este y debern estar abiertos al menos a un canal perifrico para la ventilacin de la pared as como al canal colector central. 5.3.3.4. Ventilacin La ventilacin normal tiene lugar por gravedad dentro del filtro, al existir generalmente una diferencia de temperatura entre el agua residual y el medio ambiente habr un proceso de intercambio de calor dentro del lecho del filtro, el cambio de temperatura del aire dentro del filtro provoca un cambio de densidad y as se establece una corriente de conveccin, la direccin del flujo depende de las temperaturas relativas del aire y del agua residual, si la temperatura del aire es mayor que la del agua residual el flujo de aire a travs del filtro ser descendente, si el aire est ms fro que le agua, el flujo de aire ser ascendente. La ventilacin natural ha resultado ser eficaz para los filtros percoladores, siempre que se tomen las siguientes precauciones:

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Los drenes inferiores y canales de recogida deben disearse para que fluyan llenos solamente hasta la mitad de su altura, proporcionando as paso al aires. En ambos extremos del canal central de recogida se instalarn cmaras de registro para la ventilacin, provistas de tapas de rejilla abierta. Los filtros de gran dimetro debern tener canales colectores secundarios con orificios o chimeneas de ventilacin situados cerca de la periferia del filtro. La zona abierta de las ranuras, en la parte superior de los bloques de los drenes inferiores, no ser inferior al 15% del rea del filtro. Por cada 25m2 del rea del filtro deber proporcionarse un rea total de 0.1m2 de rejilla abierta en las cmaras y chimeneas de ventilacin. En el caso de filtros extremadamente profundos o sumamente cargados es recomendable la ventilacin forzada si se proyecta, instala y hace funcionar adecuadamente. Con el fin de evitar la congelacin, en pocas de temperatura muy baja conviene limitar el flujo de aire a travs del filtro, la cantidad de aire requerida por un filtro es de 0.03m3/min*m2 de rea del filtro.5.4. Reactores Biolgicos de Contacto (RBC)

Los reactores de biodiscos son una adaptacin nica en el gnero del sistema de cultivo adherido. Los medios de soporte son discos grandes, planos, montados en una flecha comn y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua. Un esquema del sistema se muestra en la Figura 5.3. El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900. Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera. Sin embargo, no se construyeron unidades hasta los aos de 1930, cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher. Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continu la investigacin. En E.E.U.U. Allen report la invencin de la rueda biolgica por Maltby en 1929. Consista en una serie de

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ruedas formadas con paletas. En el mismo ao, Doman inform sobre sus pruebas con discos rotatorios metlicos; era la primera vez que se investigaba a los discos como medio de contacto, pero los resultados no fueron alentadores y no se sigui investigando al respecto en E.E.U.U. En 1950, primero Hans Hartman y luego Franz Popel, de la Universidad de Stuttgart condujeron pruebas extensivas usando discos de plstico de 1.0 m de dimetro. Por aquel tiempo el poliestireno expandido empez a usarse como material de construccin y no era costoso. El trabajo de desarrollo del proceso de Hartman y Popel, junto con este nuevo material de construccin, produjo un nuevo proceso comercial de tratamiento de aguas residuales. La compaa J. Conrad Stengelin, en Tuttlingen, Alemania, inici en 1957 la fabricacin de discos de 2 y 3 m de dimetro de poliestireno expandido para usarse en plantas de tratamiento de aguas residuales. La primera instalacin comercial comenz a operar en 1960. La compaa estadounidense Autotrol Corporation ha logrado importantes avances tcnicos y econmicos en este campo. La aplicacin del sistema en sus orgenes estaba limitada a gastos pequeos debido a que los costos de equipo y construccin eran mayores que los de un sistema de lodos activados. Autotrol se dedic a investigar y mejorar las caractersticas de los biodiscos con el propsito de obtener mayor rea superficial especfica y disminuir el consumo de electricidad. En 1971 anunci el desarrollo de un nuevo disco fabricado con una hoja corrugada de polietileno, que superaba al de poliestireno al tener doble superficie de contacto. Actualmente los biodiscos se fabrican de polietileno de alta densidad, movidos mecnicamente o con aire. El medio de soporte consiste en hojas plsticas que pueden ser de 2 a 4 m de dimetro y de hasta 10 mm de espesor. Se pueden usar materiales ms delgados formando un sandwich con una hoja corrugada entre dos discos planos y soldndolos trmicamente para formar una unidad con estructura de panal de abeja. El espacio entre discos planos es de entre 30 y 40 mm; su diseo incluye huecos radiales a intervalos de 15 que se extienden desde la regin central hasta el permetro del medio a travs de los cuales pasan libremente hacia adentro y fuera del medio el agua residual, el aire y la biomasa desprendida (Figura 5.4). Los discos

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son atravesados en su centro por una flecha de acero con un largo de hasta 8 m. El conjunto integrado por la flecha, sus discos, y el tanque constituyen un mdulo reactor. Se pueden hacer arreglos de varios mdulos colocados en serie y/o en paralelo de acuerdo con los requerimientos de gasto y grado de tratamiento.

Figura 5.3. Seccin transversal y sistemas de tratamiento con RBC Los microorganismos que se desarrollan en la superficie del medio de soporte remueven el sustrato del agua residual y utilizan el oxgeno del aire para sostener sus procesos metablicos. El desarrollo y desprendimiento de la biopelcula ocurren de manera continua; su espesor es de 2 a 4 mm dependiendo del agua residual y de la velocidad de rotacin de los discos. En virtud de que la biopelcula se oxigena fuera del agua residual, podran desarrollarse condiciones anaerobias en el lquido. Debido a esto, cuando se usan mdulos mltiples en serie comnmente se inyecta aire cerca del fondo del tanque, como se ilustra en la Figura 5.5.

Figura 5.4. a) Intercambio de aire y agua en biodisco y b) seccin transversal

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Figura 5.4. Adicin de aire comprimido al sistema En condiciones de operacin normales el sustrato carbonceo se remueve en las etapas iniciales de los discos biolgicos. La conversin del carbono puede completarse en la primera etapa de los mdulos en serie y la nitrificacin despus de la quinta etapa. Como sucede en los procesos de biotorre, la nitrificacin se presenta una vez que se ha reducido significativamente la concentracin de carbono. La mayor parte de sistemas de biodiscos incluyen un mnimo de cuatro o cinco mdulos en serie para conseguir la nitrificacin del agua residual. Se considera que el sistema de discos biolgicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es an limitada. No obstante, el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales. Un mdulo de 3.7 m de dimetro y 7.6 m de longitud contiene aproximadamente 10000 m2 de rea superficial para el desarrollo de biopelcula. Esta gran cantidad de biomasa permite tiempos de contacto cortos, mantiene al sistema estable bajo condiciones variables y produce un efluente que cumple con los lmites establecidos en las normas oficiales mexicanas. No es necesario recircular el efluente a travs del reactor. La biomasa desprendida es relativamente densa y se sedimenta bien en el sedimentador secundario; adems, el requerimiento de energa no es grande y el proceso operativo es simple. Un motor de 40 kW es suficiente para hacer girar la unidad ya descrita -de 3.7 m de dimetro y 7.6 m de longitud-. El movimiento del sistema utilizando aire comprimido es incluso ms econmico y tiene el beneficio adicional de que se airea el agua residual. El sistema tiene las siguientes desventajas: no se dispone de experiencias de operacin documentadas, el costo de inversin es grande y es muy sensible a los

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cambios de temperatura. Se requiere instalar cubiertas para proteger los medios de soporte de los daos de la intemperie y de un excesivo crecimiento de algas. Instalar casetas sobre los discos tambin ayuda a reducir los problemas de temperatura en climas fros.