Procesos biológicos i para tratamiento t t de aguas residuales utilizando biopelículas. Coordinación de Ingeniería Ambiental Instituto de Ingeniería

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Patricia Padilla Coronel
hace 5 años
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1 Procesos biológicos i para tratamiento t t de aguas residuales utilizando biopelículas Dr. Simón González Martínez Coordinación de Ingeniería Ambiental Instituto de Ingeniería UNAM

2 Breve historia Filtros de suelo, bases de filtros rociadores (procesos intermitentes) En Alemania, Imhoff inventa los Biodiscos que fracasan por su enorme peso También en Alemania, Pöppel y Hartmann desarrollan y patentan los Biodiscos con materiales plásticos William Irvine y Lloyd Ketchum, de la Universidad de Notre Dame en EUA patentan los sistemas SBR (sequencing batch reactor) en Francia, la compañía OTV desarrolla los filtros biológicos aerados y patenta Biostyr. Poco después otras compañías desarrollan variantes Ødegaard y Rusten patentan los reacores de lecho móvil - Después de 2000 realmente se popularizan los sistemas de membranas para tratamiento de agua residual

3 Introducción - Los sistemas de biopelícula son comunes en sistemas pequeños por su estabilidad - Los sistemas de lecho móvil son altamente populares para plantas pequeñas y medianas - Existen muchos diseñadores y fabricantes que prefieren sus propios diseños - Las biopelículas continúan siendo motivos de grandes discusiones. Las preguntas típicas son Biopelículas gruesas o delgadas? Sobre materiales lisos o porosos?

4 Biopelículas Soporte Biopelícula Agua Zona O 2 O 2 penetrada NO 2 NH 4 Aire NO 3 NO 3 Aire Zona anaerobia AGV DQO AGV N 2 CO 2 CO 2

5 REACTORES DE LECHO FIJO CONTINUOS Sedimentador primario Tanque de aeración Sedimentador secundario Agua residual Q I DBO I SST I CO 2 Agua tratada Q E DBO E SST E Lodos primarios AIRE Recirculación de lodos Lodos secundarios Lodos de exceso

Medios de soporte comerciales 1mm Liapor (Francia y Alemania) Material:

4 g/cm 3 Área específica: 544 m 2 /m 3 2000 µ m Kld Kaldnes (Noruega y

6 Medios de soporte comerciales 1mm Liapor (Francia y Alemania) Material: arcillas porous clay Diámetro: 4-8 mm Densidad: 1.4 g/cm 3 Área específica: 544 m 2 /m µ m Kld Kaldnes (Noruega y Suecia) Material: polietileno de alta densidad Diámetro/altura: 10/7 mm Densidad: 0.98 g/cm 3 Área sespecífica:480 m 2 /m 3 5mm Linpor (Alemania) Material: poliuretano de alta densidad Tamaño: 15x15x15 mm Densidad: 0.96 g/cm 3 Área específica: 267m 2 /m 3

7 Liapor 1mm 1mm 1mm 1mm Liapor antes de retrolavado Liapor después de retrolavado

8 Kaldnes 1000µm 1000µm 1000 µm 1000 µm Kaldnes antes de retrolavado Kaldnes después de retrolavado

9 Linpor 1mm 1mm 500µm 500µm Linpor antes de retrolavado Linpor después de retrolavado

10 Conclusiones 1. Los tres reactores presentaron una operación más estable con cargas orgánicas bajas (inferiores a 2.5 gdqo/m 2 d) que con cargas orgánicas altas. 2. El reactor con los cubos Linpor alcanzó las tasas de remoción de DQO más altas con cargas orgánicas altas (superiores a 2.5 gdqo/m 2 d). 3. El reactor con las esferas cerámicas Liapor mostró las mejores tasas de remoción de materia orgánica con cargas orgánicas bajas. 4. En el 95 por ciento de los experimentos el reactor empacado con los cubos Linpor alcanzó valores de remoción de N-NH 4 superiores al 50 por ciento. 5. Para cargas orgánicas inferiores i a 2.5 gdqo/m 2 2 d los reactores empacados con las esferas Liapor y los anillos Kaldnes alcanzaron tasas de nitrificación cercanas al 100 por ciento.

11 Sistema de lecho móvil Sedimentador Tanque de aeración Sedimentador primario secundario Agua residual Q I DBO I SST I CO 2 Agua tratada Q E DBO E SST E Lodos primarios AIRE Recirculación de lodos Lodos secundarios Ld Lodos de exceso

12 Reactores de lecho móvil Kaldnes (Noruega) Aqwise (Israel) Linpor (Alemania) Envirogen Technologies (Holanda)

13 Hule espuma de baja densidad (México) Reactor de lecho móvil discontinuo Reactor piloto de 950 litros Influente Muestra Rejilla separadora Soporte de microorganismos 1 cm Difusores de aire Aire Aire Efluente Muestra

14 Reactor de lecho móvil discontinuo DQO total (mg/l) Remoción Influente total Efluente después de sedimentación Carga orgánica (gdqo/m 2 d) Remoció n de DQO (%) Remoción de material carbonoso

15 Reactor de lecho móvil discontinuo N-NH + 4 (m mg/l) Remoción Influente Efluente Remoció ón (%) Carga orgánica (gdqo/m 2 d) 0 Remoción de nitrógeno amoniacal

16 Reactor de lecho móvil discontinuo Tie empo de retención celular (d) Carga orgánica (gdqo/m2 2 d) Comportamiento del tiempo de retención Comportamiento del tiempo de retención celeuar con respecto a la carga orgánica

17 Conclusiones 1. La remoción de DQO aumenta con la carga orgánica obteniéndose un valor máximo de 83 %. 2. Al incrementar la carga orgánica la nitrificación disminuye. En ningún caso se logró la nitrificación completa. La remoción más alta fue de 84 % con la carga orgánica más baja de 3 gdqo/m 2. d. 3. Los tiempos de retención celular dependen, de manera inversa, de la carga orgánica. Para 2.9 gdqo/m 2. dse obtuvo un tiempo máximo de 10 días, mientras que para cargas de 15 y 21 gdqo/m 2. d el TRC disminuyó hasta un día.

18 Reactor de lecho móvil continuo Volumen útil = 950 litros 100 cm Influente 130 cm Medio móvil Efluente Aire Difusor

19 Reactor de lecho móvil continuo Poliducto (polietileno de alta densidad) 1 cm Carga orgánica = 43.3 gcod/m 2 d Carga orgánica = 6.9 gcod/m 2 d

20 Reactor de lecho móvil continuo O/m 2 d) 1/L R (gdq Remoción de DQO tota al (% %) DQO disuelta R2 = k = 21.8 gdqo/m 2 d M = 9.3 gdqo/m 2 d COD total R 2 = k = 50.0 gdqo/m 2 d M = 42.0 gdqo/m 2 d /L 0 (gdqo/m 2 d) Carga orgánica (gdqo/m 2 d) Tasa máxima de remoción DQOdis = 9.3 gdqo/m 2 d DQOtot = 42.0 gdqo/m 2 d Para obtener mejores resultados la carga orgánica deberá mantenerse por abajo de 10 gdqo/m 2 d

21 Conclusiones 1. El material de soporte seleccionado permitió una buena adherencia de los microorganismos. 2. Las condiciones para la nitrificación no fueron favorables, aún bajo cargas orgánicas bajas. Esto se debe a los bajos tiempos de regeneración de la biopelícula. 3. La remoción de DQO y SST disminuyen al aumentar la carga orgánica. 4. La producción específica de lodos es baja p p j comparada con otros sistemas convencionales.

22 Filtros biológicos aerados Aire para oxigenación Agua residual Aire para retrolavado Agua de lavado Filtrante Soporte Agua de retrolavado Agua filtrada Bajo fondo Diagrama general del proceso de filtración con partículas más pesadas que el agua (p.e. tezontle, tl Liapor)

23 Materiales de soporte para filtración biológica Biostyr (Unicel) Diám. 5 mm Más ligero que el agua Liapor (arcillas) Diám. 6 mm Más pesado que el agua Tezontle

24 Filtros biológicos aerados Dos etapas con recirculación de agua tratada dad (m) del flujo Profundid irección d P Di Límite superior del material filtrante Superficie lisa N-NO 3 Superficie porosa Zona aerobia DQO, DBO Aire para aeración N-NH 4 SST Zona anóxica Concentración

25 Filtros biológicos aerados idad del fi iltro (m) Profund /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /10/ /04/ /04/ /05/ DQO total (mg/l) Remoción de DQO

26 Filtros biológicos aerados l filtro (m) Profun ndidad de 3 )10/08/ /09/ /09/ /04/ /04/ /05/ Sólidos suspendidos totales (mg/l) Remoción de sólidos suspendidos

27 Conclusiones El filtro mostró remociones de SST y DQO del 80 % y 50 %, respectivamente, a los 10 días de haber iniciado su operación. Las mejores remociones se obtuvieron con las cargas orgánicas bajas alrededor de 0.8 kgdqo/m 3 d. Al operar el filtro bajo las cargas orgánicas más bajas (0.8 kgdqo/m 3 d) se alcanzó una nitrificación de 75 %. El tiempo de retención celular (TRC) varió desde 1 a 6 días con un promedio aritmético de 3.2 días. Este hecho demuestra que el TRC depende de la frecuencia de retrolavado más que de otros factores biológicos o bioquímicos. El volumen del medio filtrante disminuyó en 5 % después de 350 días de operación.

28 Muchas gracias por su atención!

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