“FILTROS” PERCOLADORES Y BIODISCOS “FILTRO” PERCOLADOR O LECHO BACTERIANO

Los “filtros” percoladores o más correctamente denominados lechos bacterianos, son sistemas de depuración biológica de aguas residuales, en los que la oxidación de la materia orgánica se produce al hacer pasar, a través de un medio poroso cubierto de una película biológica, aire y agua residual. El agua residual fluye sobre la superficie del medio poroso o empaque en una delgada capa que está en contacto con la película biológica por un lado y con el aire en los espacios intersticiales del empaque por el otro. El fundamento del proceso está basado en las acciones producidas en todo el espesor de la película biológica. A favor del empleo de los filtros percoladores está el hecho demostrado, que los cultivos fijos a un soporte o medio son afectados en menor medida, que los cultivos suspendidos ante cambios de las condiciones ambientales, que prevalecen en un momento dado en las condiciones de trabajo del dispositivo de tratamiento.

Periódicamente existen desprendimientos de la película biológica. Esto hace necesario el empleo de sedimentadores secundarios para la separación del sólido de la corriente de líquido tratado. Fig. 1 Sección de un filtro percolador circular de brazo móvil rotatorio

PARTES DE LAS QUE CONSTA UN FILTRO PERCOLADOR. Los filtros percoladores constan de 3 partes principales:  Sistema de distribución.  Empaquetadura.  Sistema recolector.

La recolección del agua residual tratada se efectúa por medio de un dispositivo de drenaje en el fondo del lecho bacteriano. Este sistema debe tener previsto un sistema de canales de recolección, con la característica fundamental de que no debe existir sedimentación en los mismos, ya que el agua residual contiene los flóculos que sedimentarán en el decantador secundario.

Las dos propiedades más importantes de los filtros percoladores son la superficie específica y el porcentaje de huecos del empaque. La misma se define como los m2 de superficie de relleno por m3 de volumen total del empaque o relleno. Cuanto mayor sea la superficie específica mayor será la cantidad de limo biológico presente por unidad de volumen. Por otra parte mientras mayor sea la proporción de huecos en el empaque, se podrá trabajar con mayores valores de carga hidráulica y con menor riesgo de que ocurra inundación por obstrucciones. El material que se utiliza para el relleno o empaque de los filtros debe poseer: Resistencia mecánica. Resistencia química. Alta relación área/volumen.

Aunque el material de relleno puede ser de granito, coke o escoria entre otros materiales, los medios más comúnmente empleados son el estándar de piedra y material plástico. Las principales ventajas que sobre el medio estándar de piedra tiene el medio de plástico son: a) Alta área específica. b) Mayor espacio vacío. c) Bajo peso específico.

Colocación del material de empaque de un filtro La altura del empaque dentro del filtro percolador comúnmente oscila entre 1,5 y 8 metros. Cuando se emplea un medio convencional de piedra la altura más utilizada es la de 2 m.

Ventajas: Sencillez de explotación y mantenimiento. Alto rendimiento en eliminación de materia orgánica. Gran estabilidad frente a variaciones de caudal y de carga orgánica. Coste energético mínimo. Inconvenientes:  Costo de inversión inicial relativamente alto, aún siendo más barato que el sistema de lodos activados.  Mayor cantidad de equipos mecánicos frente a los tratamientos primarios y tecnologías blandas.  Necesidad de material de soporte especial.  Posible aparición de insectos.

Tipos de lechos bacterianos. Distinguimos tres tipos de lechos: 1.Lechos con relleno tradicional de baja carga. Son muy sencillos y con ellos se consiguen efluentes bastante estables y altamente nitrificados. Pueden llegar a tener rendimientos del 95% en la eliminación de materia orgánica. 2.Lechos con relleno tradicional de alta carga. Con ellos se consigue homogeneización de la flora bacteriana en todo el proceso, debido a la alta carga hidráulica. Suelen tener recirculación. 3.Lechos con relleno de plástico. Tienen pocos problemas de atascamiento. Trabajan con cargas orgánicas muy altas, comprendidas entre un 1 – 5 Kg/DBO/m 3 /día.

MECANISMO DE REMOCIÓN DE LA DBO El mecanismo de remoción de los compuestos orgánicos en el filtro percolador es similar al del proceso de lodo activado. Una fracción del volumen del líquido que se aplica al filtro pasa rápidamente a través del empaque y otra parte del flujo percola más lentamente poniéndose en mayor contacto con el limo biológico. Los contaminantes suspendidos son rápidamente removidos por adsorción y coagulación. La oxidación ocurre fundamentalmente en la fracción del flujo que tiene mayor tiempo de retención. La materia orgánica contaminante del agua es degradada en la película biológica. Esta película no debe tener más de 3 mm de espesor ya que no se puede asegurar la acción del oxígeno en espesores mayores. La película biológica se forma por adherencia de los microorganismos al árido y a las partículas orgánicas, formando la biopelícula.

Representación esquemática de la película biológica sobre un elemento de empaquetadura

PARÁMETROS BÁSICOS DEL PROCESO. DEFINICIONES Los principales parámetros que caracterizan la operación de los filtros percoladores son la carga hidráulica, carga orgánica, la eficiencia de purificación y la relación de recirculación. Carga hidráulica (m 3 de agua residual aplicada por m 2 por día) Q 0 : Flujo (m3 d -1 ) A f : Área de la sección transversal del filtro (m 2 ) Carga orgánica (kg DBO 5 aplicada por m 3 por día) (1) (2)

S 0 : DBO 5 del afluente H: Profundidad o altura del empaque (m) Eficiencia de purificación (3) Relación de Recirculación So, Qo Sm Se Diagrama típico de un “filtro” percolador. 1) sedimentador primario; 2) Filtro; 3) C. S.

RECIRCULACIÓN Una de las razones que justifican la introducción de la recirculación es para evitar que se tupa el filtro. Para flujos elevados el limo o cieno biológico se remueve más fácilmente del filtro a través de la autolimpieza. La aplicación de la recirculación tiene como consecuencia además una dilución de la concentración de las sustancias orgánicas del agua residual.

La concentración de DBO de la mezcla puede calcularse por un balance de materiales a la entrada del filtro (4) FACTORES QUE INCIDEN EN LA EFICIENCIA DE PURIFICACIÓN Entre los factores que inciden en la eficiencia de purificación pueden citarse, como los principales, el tiempo de contacto con el limo biológico, la temperatura, la cantidad y actividad de los microorganismos en el limo y la transferencia de oxígeno a la película de limo.

Tiempo de contacto Temperatura El efecto de la temperatura sobre el funcionamiento de los percoladores es el resultado de dos efectos opuestos. Por un lado, la difusividad de los contaminantes y el oxígeno aumenta al elevarse la temperatura, así como también se incrementa la actividad biológica; por otra parte, la solubilidad del oxígeno en el agua disminuye. El efecto neto resultante de los dos ha sido reflejado en diferentes expresiones empíricas que establecen la relación entre la temperatura y la eficiencia del proceso. (5)

Ɵ usualmente se toma como o un criterio conservador es asumir Transferencia de oxígeno a la película del limo El oxígeno necesario para la oxidación biológica en el seno del filtro, es suministrado por el aire que fluye a través del mismo. (7) siendo: Qa: Caudal de aire en m 3 m -2 d. Ta: Temperatura del agua en el interior del lecho en °C. TL: Temperatura exterior del aire en °C. T: Constante de 2 °C para lechos convencionales. K: Constante del lecho. (6)

El esquema de la circulación del aire puede verse en la figura, deducido de la siguiente expresión para filtros convencionales, Va = 0,075 (Ta-TL) - 0,15 siendo Va = Velocidad del aire (en m/min). (8)

Durante la operación en estado estacionario de un filtro percolador, la velocidad de transferencia de oxígeno del líquido a la película biológica puede obtenerse por: (9) (Kg/h) donde: C 1 y C 2 : Concentraciones de oxígeno a la profundidad 1 y 2 de la película. D L : Difusividad a través del espesor de la película (m 2 h -1 ) h. A: Área de la película. La velocidad de utilización de oxígeno por los microorganismos en la película puede expresarse: M = k I * W * A * h Donde: W: gravedad específica de la película k I : Constante de velocidad (H -1 )

BIODISCOS BIODISCOS