OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE BIODISCOS PARA EL TRATAMIENTO DE
EFLUENTES LÍQUIDOS
Agustín F. Navarro(*)
Ingeniero Químico egresado de la Universidad Nacional de La Plata, Especialista Ambiental. Profesor con Dedicación Exclusiva de la Facultad de Ingeniería UNLP Área de Trabajo: Contaminación y Medio Ambiente
Luis A. Palladino Daniela Moreno
Dpto. Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de La Plata Calle 48 y 115 (1900) La Plata. Argentina
Tel. (54) (221) 423 6680 Fax (54) (221) 425 9471 Email: [email protected]
RESUMEN
En este trabajo se trata de determinar la operación de un sistema de biodiscos para el tratamiento de efluentes líquidos que presentan una alta carga orgánica. Para ello se construyó en laboratorio una unidad a escala piloto consistente en diez discos parcialmente sumergidos en una pileta o colector, unidos a través de un eje central y girando a bajas rpm. Se seleccionó un modelo para identificar la operación del equipo y a partir de distintos caudales del efluente a tratar y manteniendo aproximadamente la misma carga orgánica inicial, se determinaron los parámetros cinéticos correspondientes. A partir de aquí se sacaron conclusiones respecto a las características y eficiencia del sistema, como así también comportamiento frente a diferentes condiciones climáticas.
Palabras Claves: biodiscos, efluentes líquidos, tratamiento biológico, parámetros cinéticos
INTRODUCCION
Los efluentes líquidos provenientes de descargas urbanas e industriales que presentan una alta carga orgánica medida a través de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) o Demanda Química de Oxígeno (DQO) deben ser tratados para permitir su vuelco a los cuerpos de agua superficial cumpliendo con los estándares de calidad correspondientes a cada región o país. Uno de los procedimientos para el tratamiento de este tipo de efluentes es el de los biodiscos o discos rotatorios. En estos sistemas se emplean cultivos biológicos para la degradación aeróbica del efluente (oxidación de la materia orgánica), a través de una película de microorganismos adosada a la superficie de los discos.
De manera general un sistema de biodiscos consiste en una serie de discos de superficie rugosa paralelos entre sí y unidos a un eje horizontal que pasa por sus centros. La distancia de separación entre discos es pequeña y giran a bajas velocidades, del orden de 1 a 2 rpm. En su rotación son parcialmente sumergidos (un 40%) dentro de un colector o pileta donde se encuentra el efluente a tratar. Es de hacer notar que en estos sistemas la biomasa se presenta en dos tipos de crecimiento: en suspensión (tipo barros activados) y asistido (en película fija), sin embargo el primero de ellos es despreciable frente al otro. Estos sistemas no necesitan recirculación de barros y al final de la última etapa se coloca un sedimentador secundario para la clarificación del efluente.
OBJETIVOS
En este trabajo se trata de determinar las características operativas de un sistema de biodiscos, construido a escala piloto, a través de la determinación de los parámetros cinéticos de un modelo que lo represente. Asimismo sacar conclusiones a cerca de las distintas variables que actúan sobre estos sistemas.
METODOLOGÍA EMPLEADA
Se construyó un modelo de biodiscos a escala piloto siguiendo los lineamientos generales de construcción de estos sistemas. El mismo consta de: Pileta de acrílico de 800 mm de largo por 400 mm de ancho y por 250 mm de altura. Diez discos de acrílico de 300 mm de diámetro con espesor de 2mm, unidos a través de un eje central que atraviesa la pileta longitudinalmente a 200 mm de distancia a partir de la base. Un moto reductor de doble reducción a sinfín y corona, de 0,25 HP, es el encargado de mantener en movimiento los discos que giran a 1,5 rpm. El efluente a tratar ingresa por el lateral izquierdo de la pileta, y es retirado a través de la perforación que se encuentran en el lateral derecho de la misma. (ver Figura 1).
Completan el sistema una bomba utilizada para la carga del efluente sin tratar del tipo centrífuga (potencia 0,40HP) con sus correspondientes sistemas de control de caudal mínimo y válvulas globo para regular los caudales. Tanque de alimentación de acero inoxidable de 1000 litros de capacidad para la carga del efluente original.
El efluente a tratar fue sintetizado en laboratorio mediante la dilución de suero proveniente de la elaboración del queso hasta lograr la DQO con la que se iba a trabajar en las pruebas. Se analizó en particular una dilución de 1gr de suero en 1 litro de agua y se obtuvo para la relación DQO:N:P los valores 100:7:0,62 por lo que se consideró que no era necesario el agregado adicional de nutrientes. La determinación de la DQO de las muestras se realizó mediante un Equipo marca HACH compuesto por Reactor modelo 45600 y Espectrofotómetro DR-2000, Hach Corp, Loveland (USA)
Figura 1 Biodiscos construidos en laboratorio
MODELO CINÉTICO UTILIZADO
El cálculo de los biodiscos responde a numerosos modelos que intentan determinar a través de los parámetros de operación más importantes, el comportamiento frente a una determinada carga orgánica (Kornegay, Schulze, Eckenfelder, etc.). En este trabajo se sigue el modelo de Eckenfelder, que considera las siguientes expresiones: Caso de 1 etapa:
NKS
Di
Do
S
So
Q
(
)
2
1
)
(
−
=
π
2−
2 ecuación (1) Caso de n etapas:(
)
nN
Di
Do
K
Q
Q
So
S
−
+
=
2 2)
2
/
(
π
ecuación (2)donde
Do : Diámetro del disco (m), Di: Diámetro del área circular no sumergida (m), N: Número de discos de la etapa, Q: Caudal volumétrico (m3 /d), So: Concentración de sustrato al ingreso (mg/lt), S: Concentración de sustrato a la salida (mg/lt), K: constante de remoción (m3 /d/ m2), n: Número de etapas.
AJUSTE DE PARAMETROS CINETICOS DEL MODELO SELECCIONADO
Se realizaron ensayos con caudales de 300 - 400 y 500 ml/min que corresponden a tiempos de residencia del efluente dentro del sistema de 3,10 - 2,33 y 1,87 horas, asimismo se midió la carga orgánica del efluente sin tratar y del tratado (previo paso por filtro de 0,45µm) para cada uno de los casos. A partir de estos y según los términos de la ecuación (1) se obtuvo el parámetro K que define la operación de los biodiscos de acuerdo al modelo cinético utilizado.
Graficando
Q
(
So
−
S
)
/
A
vs. Scon
A
=
(
π
/
2
)(
Do
2−
Di
2)
N
que en este caso es igual a 1,374 m2, se obtiene el valor de la constante de remoción de la carga orgánica K.
La tabla siguiente muestra los valores de caudal y DQO inicial, que se utilizaron para los distintos ensayos, así como la DQO final y el término utilizado como ordenada en la Fig. 2:
Tabla 1. Ensayos con distintos caudales y cargas orgánicas Q (m3/d) So (mg/lt) S (mg/lt) Q(So-S)/A
0,432 470 370 31,43
0,576 316 266 20,95
0,72 465 418 24,62
En la figura siguiente se grafican la columna 4 vs. la columna 3 de la tabla 1, obteniendo de la pendiente un valor de K = 0,0688 m3 /d/ m2 y = 0,0688x + 1,1133 R2 = 0,9005 0 10 20 30 40 0 100 200 300 400 500 S (mg/l) Q(S o -S )/A
Figura 2. Determinación del coeficiente K
De esta forma la expresión final del modelo para nuestro caso será
AS
S
So
Q
(
−
)
=
0
,
0688
ecuación (3) para nuestro caso la relación entre caudal y carga orgánica de entrada y salida resulta:S
S
So
A partir del modelo ajustado (ecuación 3) es posible predecir el comportamiento de sistemas industriales encontrando un nuevo valor del área (A) y por lo tanto del número de discos necesarios, si se conoce el caudal a tratar y se mantiene la misma relación (So – S) / S que se utilizó en este trabajo. Por ejemplo para una planta procesadora de huevos con un caudal de efluentes de 18m3/h se debería pensar en tres unidades de 20 discos cada una, y diámetro disco de poco más de 4 m, para llegar a un efluente de 250 mg/lt de DQO, todo esto partiendo de bajos valores iniciales de carga orgánica. Este es solo un cálculo aproximado dado que se debería aumentar el número de experiencias realizado.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Mediante el modelo seleccionado que representa la operación de un sistema de biodiscos construido en laboratorio a escala piloto, es posible predecir cual será la operación de este sistema frente a otros caudales y cargas orgánicas de entrada. Frente a los valores del coeficiente de remoción publicados en bibliografía (0,20 a 0,81 m3 /d/ m2) se observa un valor bajo en nuestro caso debido probablemente a una baja superficie expuesta para el crecimiento bacteriano, lo cual se podría mejorar aumentando el número de discos para el modelo en estudio. Se observa además que al ser un sistema abierto está mucho más influenciado por las condiciones ambientales que otras técnicas de tratamiento, fundamentalmente la temperatura que afecta la aireación del sistema incorporando zonas anaeróbicas dentro del mismo y bajando su eficiencia, lo cual fue observado durante toda la ejecución de las experiencias. Asimismo el crecimiento bacteriano resulta más notable respecto a otros sistemas de película fija.
AGRADECIMIENTOS
Al Centro de Investigación y Desarrollo en Crío tecnología de los Alimentos (CIDCA) Facultad de Ciencias Exactas UNLP, donde se realizaron las determinaciones analíticas.
REFERENCIAS
Dr. W. Eckenfelder. (2000). Tratamiento de Residuos Industriales Líquidos y Aguas Servidas. Seminario Internacional Ciudad Autónoma de Buenos Aires..
R. S. Ramalho. (1993). Tratamiento de Aguas Residuales. Ed. Reverte
Dr. Ing. Aurelio Hernández Muñoz (1996). Depuración de Aguas Residuales. Ed. Colegio de Ingenieros de caminos Canales y Puertos. Madrid.
XXIX CONGRESO DE LA ASOCIACION INTERAMERICANA DE INGENIERIA
SANITARIA Y AMBIENTAL (AIDIS)
FORMULARIO PARA INSCRIPCIÓN DE TRABAJO ACEPTADO F2
Número de Registro (igual al del resumen):
II-Navarro-Argentina-I
TITULO DEL TRABAJO
Operación de un sistema de biodiscos para el tratamiento de efluentes líquidos
