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Lechos Bacterianos: depurando con biofilms (y II)

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  • Lechos Bacterianos: depurando biofilms (y II)

Sobre el blog

Juan José Salas
MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. Director de Servicios Tecnológicos de la Fundación CENTA. 36 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas.
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Continuamos hablando sobre Lechos Bacterianos/Filtros Percoladores con Juan García Ganuza, asesor técnico de la empresa 2GP y con una dilatada experiencia práctica en este tipo de tecnología.

(Médico del Agua).- Juan ¿tiene límites, por arriba y por abajo la aplicación de esta tecnología en función del tamaño de la población a tratar?

(Juan García).- En teoría no existen límites técnicos más allá de los económicos o de la disponibilidad de terreno. El problema puede estar en la normativa. Una vez que la población servida por la planta aumenta, la eliminación de nutrientes principalmente fósforo es, o lo va a ser, casi obligada. En este caso la utilización, por ejemplo, de fangos activos facilita la eliminación biológica del fósforo y del nitrógeno. Ahora mismo habría que ser muy cauto a la hora de fijar la población máxima a atender exclusivamente con Lechos Bacterianos, aunque me atrevo a proponer la cifra de 10.000 habitantes equivalentes como un primer límite.

Por abajo no existen límites aunque puede haber casos en que por la sensibilidad del medio receptor y de acuerdo a la Directiva Marco del Agua, sea imperativa la eliminación de nutrientes.

(MdA).- ¿Podríamos decir entonces que la limitación del tamaño viene condicionada por la necesidad de eliminar nutrientes?

No solamente es cuestión de eliminación de nutrientes. Existe asimismo, una limitación del diámetro del filtro debido a la concepción estructural del distribuidor. El mayor distribuidor hidráulico que he tenido que diseñar es de 42 metros de diámetro y desde el punto de vista estructural y económico ya roza lo recomendable porque resulta una estructura muy inestable elásticamente, al tratarse básicamente de dos voladizos de 22 metros de luz que requiere una torre central de soporte muy alta y cables muy resistentes para evitar flechas inaceptables. Hay que pensar que las flechas generan distorsiones fuertes en la altura de agua sobre los diferentes orificios y en consecuencia en el caudal distribuido. También la elevada fuerza centrifuga generada en el agua dentro de las tuberías de distribución, debido a la rotación, hace que conseguir un reparto del agua homogéneo sobre el filtro resulte quimérico.

Si se quiere dar servicio a una población muy numerosa, hay que pensar en que va a hacer falta cierto número de lechos bacterianos en paralelo y que el coste económico de la planta será cada vez menos competitivo con respecto a otros sistemas de depuración.


PTAR de Managua (Nicaragua), con capacidad para tratar 180.000 m3/d.

 
En cualquier caso, la solución puede pasar por combinar diferentes sistemas de depuración y utilizar los lechos bacterianos de alta carga como primera etapa de tratamiento biológico. En este caso los lechos de relleno plástico de alta carga no tienen competencia.

(MdA).- A la hora de elegir el tipo de relleno ¿piedra o plástico?

(JG).- Si se trata de lechos de baja carga y hay disponibilidad de material con una calidad adecuada, (por ejemplo cumpliendo la norma inglesa BS 1438:2004, mi preferencia es la piedra.

La piedra presenta ciertas ventajas respecto al plástico, como es la mejor y más temprana adherencia de la biopelícula y una más rápida recuperación del sistema en caso de parada de cierta duración. Incluso la transparencia del agua depurada suele resultar algo mejor en el caso de la piedra. Existen otras ventajas de la piedra como es una mayor inercia térmica y en consecuencia, un mejor funcionamiento en épocas invernales. El agua circulante por los lechos de relleno plástico, por tener más volumen de huecos y, en consecuencia, un mayor nivel de ventilación, presenta menos inercia térmica por lo que se enfría más rápidamente.


Rellenos de piedra y plástico.

Cuando ya nos referimos a lechos de media o alta carga, las cosas cambian y es preferible el plástico para evitar obstrucciones. Así mismo, el relleno plástico admite mayores concentraciones del agua residual de entrada por lo que, en ciertos casos, disminuye la necesidad de recirculación.

Lo que sí está demostrado es que a bajas cargas, el plástico no presenta ventajas claras respecto a la piedra, ya que no existe diferencia apreciable entre la superficie específica de una piedra de 50 mm de tamaño nominal y la del relleno plástico, de 100 m2/m3, habitualmente utilizado.

A bajas cargas, el plástico no presenta ventajas claras respecto a la piedra

(MdA).- ¿Se diseñarían de forma diferente?

(JG).- Por supuesto que el diseño debe ser diferente. Para empezar, tratándose de lechos de baja carga, la aplicada a los de relleno plástico puede ser alrededor de tres veces la de los lechos de piedra, obteniendo similares resultados en DBO5. Esta diferencia de carga se debe a que la piedra es mucho más propensa a obstruirse superficialmente, por los menores tamaños de huecos entre el relleno

Otro aspecto es la complicación de construir lechos de piedra que superen los 2,75 metros de altura de relleno, ya que existen limitaciones estructurales del soporte perforado que se comercializa para sostener el relleno.

Habitualmente, los lechos de relleno plástico tienen el doble de altura que los de piedra y esto, unido a la mayor carga orgánica aplicada, hace que la superficie ocupada por un lecho de plástico pueda llegar a ser casi 5 veces inferior a la del equivalente en piedra. Este asunto del diámetro, además del menor espacio ocupado, tiene repercusiones en la mayor disponibilidad de carga hidráulica superficial, con el mismo caudal, sin tener que forzar el grado de recirculación. A ello habría que añadir que el coste del distribuidor hidráulico es menor.

La decisión de elegir un lecho de plástico o de piedra, debe estudiarse en cada caso concreto, teniendo en cuenta las diferentes variables en juego.

(MdA).- En el caso de las poblaciones menores de 1.000 habitantes equivalentes, la Norma ATV A 281E condiciona la carga orgánica de diseño al tamaño de la población, con valores que van desde 0,2 (para 50 habitantes) hasta 0,4 kg DBO5/m3.d para las poblaciones mayores ¿Qué opinión te merece?

(JG).- Esas cargas son recomendadas para la eliminación exclusiva de la carga orgánica sin nitrificación y para el caso de rellenos de piedra o de plástico con superficies específicas cercanas a 100 m2/m3.

Mi recomendación para plantas de ese tamaño, es que se utilice la carga orgánica recomendada para lograr nitrificación, que es de 0,1 kg DBO5/m3día para relleno de piedra, pudiendo llegar, según mi propia experiencia, hasta 0,3 kg/ DBO5 día para rellenos plásticos de 100 m2/m3 de superficie específica. Lo que sí se debe tener muy en cuenta, es que no todos los rellenos se comportan igualmente y que se debe utilizar un relleno ya probado en otras instalaciones, o de un fabricante que aporte datos suficientes de experiencias reales de funcionamiento.

Ya he comentado anteriormente, que el aumento del coste de una planta depuradora con un mayor volumen de relleno en el filtro no es lineal, y dimensionando para nitrificar aseguras que siempre vas a cumplir con la limitación de salida típica de 25 mg/l de DBO5.

(MdA).- Un tema capital para su buen funcionamiento es el correcto reparto del agua sobre el soporte ¿no es así?

(JG).- Efectivamente, no conseguiremos un buen resultado con una planta correctamente dimensionada con respecto a la carga orgánica, si no somos capaces de mojar toda la superficie útil del relleno. Esto aunque muy evidente, es muy difícil de lograr sin un distribuidor muy bien diseñado hidráulica y mecánicamente.

No conseguiremos un buen resultado si no somos capaces de mojar toda la superficie útil del relleno

Con distribuidores impulsados por la propia energía hidráulica facilitada por las bombas de alimentación, o por la disponibilidad de altura, la labor resulta casi imposible. Aunque confiemos en la recirculación para asegurar un caudal mínimo, hay que tener en cuenta que los caudales de entrada a una planta depuradora de pequeño tamaño varían típicamente entre 0,4 y 2,4 veces respecto al caudal medio horario. Es decir, que con un caudal variando 6 veces, aunque el nivel de recirculación sea alto, a costa de un mayor consumo energético, la relación entre los caudales de alimentación al filtro se puede duplicar a lo largo del día.


Distribuidor rotativo hidráulico

Es por esto, y por otros motivos más, que comentaré a continuación, que si queremos diseñar una planta con Lechos Bacterianos tenemos que recurrir a los distribuidores rotativos motorizados, dotados con variador de frecuencia, que permitan diferentes niveles horarios de riego.


Distribuidor rotativo motorizado.

Otro motivo para recurrir al sistema motorizado es la necesidad de mantener el relleno limpio de biopelícula en exceso. Con un régimen de variación de frecuencia se puede lograr disponer de una mayor intensidad de lluvia durante las horas de noche que mantenga controlada la película biológica.

Es habitual a lo largo de la vida de un filtro, incluso con relleno plástico, que al pasar cierto número de años aprecies que el rendimiento ha bajado considerablemente respecto al obtenido durante los primeros años. Este es el momento en el que no te queda más remedio, a falta de otros motivos claros, que reducir drásticamente la velocidad de rotación del distribuidor para lograr la eliminación de la película en exceso. Al cabo de una semana, o dos, empezarás a ver los resultados.

Otra aplicación útil de la disponibilidad de cambiar el régimen de riego es la lucha contra la presencia de las moscas típicas de filtro. Si tienes moscas en exceso, reduce la velocidad del distribuidor.

(MdA).- ¿Qué funciones cumple la recirculación?

(JG).- Aparte de mantener un caudal mínimo para poder mojar suficientemente el relleno, algo que no es baladí, la recirculación ayuda a rebajar la DBO5 de entrada al filtro. Se me ocurren dos razones para bajar esta concentración, una es que de esa forma evitas que la película que se forme en la superficie del relleno sea excesiva, evitando la formación de encharcamientos. Otra es que hay que tener en cuenta, que con un rendimiento por pasada del 80 % y un objetivo de salida del efluente de 20 mg/l, la DBO5 de entrada al filtro no debería ser superior a 100 mg/l. Generalmente se recomienda, también en la norma alemana ATV A 281 E, que la concentración en DBO5 de entrada a un filtro de baja carga, no supere los 150 mg/L.

(MdA).- ¿De dónde recirculamos, antes o después del decantador secundario?

(JG).- Para el caso de filtros de baja carga se puede recircular de cualquier sitio. ya que los sólidos en suspensión en el efluente son bajos. No obstante, lo lógico es recircular de la salida del lecho y no de la del decantador secundario, ya que estaríamos sobrecargando a este último.

En el caso de filtros de carga media o alta, lo más razonable es recircular también desde la salida del filtro, pero en este caso a cabecera de planta, para que los sólidos sedimenten en el decantador primario y no reduzcan la superficie de relleno útil disponible al quedarse adheridos a la película biológica.


Formas de recircular.

 

(MdA).- Si es precisa la eliminación de nitrógeno ¿cómo se actuaría?

(JG).- En ese caso habría que diseñar un lecho de baja carga nitrificante y, si el nitrógeno a eliminar es alto, no habría más remedio que instalar un tanque pre-anóxico previo al filtro, o al decantador primario.

Si la carga a desnitrificar es baja se puede recurrir, a base de fuerte recirculación, a la desnitrificación en el pretratamiento y en el decantador primario. Con este último sistema es frecuente alcanzar rendimientos de eliminación de nitrógeno de entre el 40 y 80%, dependiendo del agua de entrada y del nivel de recirculación.

Para casos de lechos de baja carga es difícil, generalmente, utilizar la capacidad de desnitrificación en el propio filtro, ya que la concentración de entrada suele ser muy baja debido a la fuerte recirculación necesaria para eliminar el nitrógeno. Dicho de otra forma, el carbono fácilmente biodegradable disponible para desnitrificar en el líquido es muy bajo.

(MdA).- ¿Se emplean en combinación con otros tipos de tecnologías?

(JG).- Los Filtros Percoladores se pueden combinar en serie con cualquier tipo de tecnología, bien como pretratamiento para eliminar un buen porcentaje de la carga orgánica de entrada, o como etapa final. También se pueden utilizar en paralelo para nitrificar un efluente. En cualquier caso, el ahorro energético es considerable, pero siempre se requiere hacer un buen análisis previo de la línea de agua.

(MdA).- En el apartado de costes (implantación/operación y mantenimiento, ¿en qué rangos nos moveríamos?

(JG).- No me atrevo a dar en este momento una aproximación de costes de implantación de esta tecnología, ya que debido a la crisis económica, que comenzó en el año 2007, los precios a los que se adjudican las obras no son muy homogéneos y se requerirá que pasen unos cuantos años más hasta que lo sean. Lo que sí puedo decir es que las plantas depuradoras basadas en Lechos Bacterianos de baja carga resultan más caras de implantación que las de Lodos Activados, pero que en el curso de unos 5 años se suele compensar el sobrecoste de implantación con un menor consumo energético y la menor, en cantidad y calidad, necesidad de mano de obra de operación.

Muchas gracias Juan, cuando te presenté en la entrega anterior, decía de ti que eras toda una referencia en el mundo de los Lechos Bacterianos: LO HAS DEMOSTRADO CON CRECES.

P.D.1.- En función de la carga con la que operan (kg DBO5/m3 de relleno.día), los Lechos Bacterianos se clasifican en:

  • De baja carga: < 0,4 kg DBO5/m3.d
  • De media carga: 0,4-0,6 kg DBO5/m3.d
  • De alta carga: >0,6 kg DBO5/m3.d

P.D.2.- La foto de portada se corresponde con una visita a la PTAR de Managua (Nicaragua).

P.D.3.- Estimado lector, le recuerdo que el aplauso para los blogueros de iAgua es su pinchazo en el corazón azul de cabecera. ¡GRACIAS!

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