Investigaciones en un proyecto y manejo adecuado de Biofiltros

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José Ignacio Lozano Díaz
hace 6 años
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1 Investigaciones en un proyecto y manejo adecuado de Biofiltros Ing. Nikolaus Foidl Seminario Internacional Sobre Tratamiento De Aguas Residuales A Través De Humedales Naturales Y Artificiales Y Lagunas De Estababilización En Colombia Del 24 al 26 de Noviembre de 1999

2 ESQUEMA DE UN BIOFILTRO FLUJO HORIZONTAL Macrófitas Canal de distribución del afluente al Biofiltro Cuerpo de piedra gruesa de (2-4 ) para drenaje del efluente Nivel del lecho filtrante Nivel del agua aprox. 10 cm abajo 90 cm Cuerpo de piedra gruesa (2-4 ) para distribución del afluente Capa impermeable de arcilla compactada o geomembrana Lecho filtrante de grava o piedra de Ø 5 mm 15 mm Tubería de drenaje Caja de recolección con manguera flexible Al cuerpo receptor o riego agrícola -1-

3 ESQUEMA DE UN BIOFILTRO FLUJO VERTICAL Macrófitas Red de canales o tubería para distribución del afluente Tubo respiradero Lecho filtrante de grava o arena Granulometría Espesor Ø mm ~ 10 cm Ø mm ~ 55 cm Ø mm ~ 15 cm Ø mm ~ 20 cm Capa impermeable de arcilla compactada o geomembrana Tubería de drenaje para recolección del efluente Caja de recolección con manguera flexible Al cuerpo receptor o riego agrícola -2-

4 MECANISMOS DE REMOCIÓN EN UN BIOFILTRO Constituyente del agua residual Compuestos orgánicos Sólidos suspendidos Nitrógeno Fósforo Metales pesados Patógenos Mecanismo de remoción Degradación microbiana aeróbica Degradación microbiana anaeróbica Sedimentación Filtración Amonificación seguida por nitrificación microbiana y denitrificación Consumo de las plantas Adsorción en el lecho filtrante Volatilización de amonio Fijación en el lecho filtrante Consumo de plantas Adsorción e intercambio de cationes Formación de complejos Precipitación Consumo de las plantas Oxidación/reducción microbiana Sedimentación Filtración Muerte natural Depredación Radiación UV Excreción de antibióticos a través de las raíces de macrófitas -3-

5 PROCESOS DE INTERCAMBIO ENTRE LA ATMOSFERA Y EL BIOFILTRO Viento O 2 O 2 O 2 Oxigeno de la atmósfera O 2 CO 2 CO 2 CH 4 CO 2 CH 4 Nivel del agua Lecho filtrante O 2 CO 2 CO2 O 2 Rizósfera Introducción del O 2 en la rizósfera vía tramo radicular -4-

6 MECANISMOS PARA LA REMOCION DE NITROGENO Adsorción en el lecho filtrante Volatilización Consumo de la biomasa Zonas anaeróbicas NH 4 + Zonas aeróbicas NH CO 2 +O 2 células+no 2 Amonificación Nitrosomas N 2, N 2 O gas N 2, N 2 O Denitrificación N Orgánico Nitrificación NO 2 - Consumo de la biomasa NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 NO 2 - +CO 2 +O 2 células+no 3 - Nitrobacter NO 3 - Consumo de la biomasa -5-

7 FLUJOGRAMA DEL BIOFILTRO - MASAYA CAJA DE CONEXION COLECTORA PRINZIPAL CAJA DE REGULACION DEL CAUDAL CANAL DE ALIMENTACION CON REJILLA Y DESARENADOR TANQUE IMHOFF CAJAS DE DISTRIBUCION Y MEDICION DE CAUDAL BIOFILTRO CAJAS REGULADORAS DEL NIVEL DE AGUA EN EL BIOFILTRO DISPOSICION FINAL CAUCE NATURAL -6- RIEGO AGRICOLA

ESQUEMA DEL TANQUE IMHOFF Zona de biogas Losa de concreto Compuerta para la limpieza de los sólidos flotantes Salida del biogas purificado Nata flotante Zona de la descomposición anaerobia Zona de

8 ESQUEMA DEL TANQUE IMHOFF Zona de biogas Losa de concreto Compuerta para la limpieza de los sólidos flotantes Salida del biogas purificado Nata flotante Zona de la descomposición anaerobia Zona de clarificación Tanque purificador de biogas, con corteza de árboles Tubo de alimentación Bafles de fibrocemento, soportada por estructura de madera de nispero Lodos sedimentados Losa de concreto sobre suelo compactado -7- Tubo de limpieza de los lodos sedimentados

9 REMOCION DE LA MATERIA ORGANICA BIOFILTRO MASAYA DQO DBO DQO y DBO [mg/l] % AGUA CRUDA 74% SALIDA TRATAMIENTO PRIMARIO -8-95% 27 mg/l 97% 8 mg/l SALIDA BIOFILTRO

10 REMOCION DE LOS SOLIDOS BIOFILTRO MASAYA SOLIDOS [mg/l] AGUA CRUDA 19% 44% SALIDA TRATAMIENTO PRIMARIO -9- sólidos totales sólidos suspendidos 41% 360 mg/l 77% 40 mg/l SALIDA BIOFILTRO

11 REMOCION DEL NITROGENO BIOFILTRO MASAYA % 0% 19% N-Kjeldahl (N org + NH 4 -N) Nitrato (NO 3 -N) NITROGENO [mg/l] % 17.9 mg/l 41% 5 0 AGUA CRUDA 29% SALIDA TRATAMIENTO PRIMARIO % 44% 49% 77% 0.6 mg/l SALIDA BIOFILTRO

12 REMOCION DE LOS GERMENES PATOGENOS BIOFILTRO MASAYA GERMENES PATOGENOS [NMP/100ml] 1.4E E E E E E E E E E E E E E+05 23% 41% 97% 4.3E4 NMP/100ml Coliformes totales E.coli 97% 8.6E3 NMP/100ml 0.0E+00 AGUA CRUDA SALIDA TRATAMIENTO PRIMARIO -11- SALIDA BIOFILTRO

13 COMPARACION DE LA REMOCION DEL NITROGENO BIOFILTRO MASAYA - FLUJO HORIZONTAL Y VERTICAL mg/l Amonio (NH 4 -N) Nitrato (NO 3 -N) NITROGENO [mg/l] mg/l 18.6 mg/l mg/l 0.6 mg/l 0.3 mg/l AFLUENTE BIOFILTROS SALIDA BIOFILTRO HORIZONTAL SALIDA BIOFILTRO VERTICAL -12-

14 INFORMACION REQUERIDA PARA EL DISEÑO DE UN BIOFILTRO Topografía del terreno seleccionado Datos climatológicos de la región temperatura, precipitación, radiación solar, dirección del viento, etc. Estudio de suelo con los datos geotécnicos necesarios clasificación del suelo, granulometría de los estratos, punto de saturación, índice de plasticidad, etc. Planos de la urbanización actual y su desarrollo en el futuro Número de viviendas a conectar al sistema (industrias, comercio) Tasa del crecimiento poblacional en los próximos 20 años Distancia de los bancos de materiales adecuados de construcción Tipos de macrófitas de la zona -13-

15 DEFINICION DE LOS PARAMETROS Y ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO DE UN BIOFILTRO Numero de pilas, en serie o en paralelo, que tiene el sistema del Biofiltro Profundidad de las pilas Area requerida por persona equivalente Inclinación de los taludes Material y espesor de la capa impermeable Material de los cuerpos de entrada y salida de las pilas Material del lecho filtrante para el relleno de las pilas Tipo y tamaño de las obras para la distribución y recolección de las aguas Tipo y eficiencia de los sistemas de pretratamiento -14-

16 DISEÑO DE UN BIOFILTRO Dimensionamiento hidráulico y estático de las obras de concreto del pretratamiento y tratamiento primario Cálculo hidráulico de las pilas del Biofiltro con la fórmula de Darcy sección efectiva, tiempo de retención, caudal máximo de filtración, etc. Cuantificación de la remoción de la carga orgánica: En base a las experiencias prácticas en otras plantas del mismo tipo en una zona climatológica comparable Con las relaciones y modelos matemáticos establecidos Evaluación de la remoción de los otros contaminantes, comparando diferentes experiencias e investigaciones Diseño del movimiento de tierra con la conformación (corte y relleno) de las pilas -15-

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