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1. Introducción

NNo existe una tecnología en ladepuración de aguas resi-duales idónea para cual-

quier situación. Así la selección deun esquema de tratamiento debe serel resultado de un análisis minuciosode necesidades y requerimientos,costes de inversión y explotación, yfactores externos y del entorno. Den-tro de este contexto la tecnología delos biodiscos o proceso RBC tienetambién su espacio, puesto que es unsistema de tratamiento biológico ae-robio de biomasa fija que tuvo susinicios a inicios de los años 60 y ungran auge en su uso en los EstadosUnidos y Japón.

Como cualquier proceso de tra-tamiento biológico aerobio de bio-masa fija, el fundamento del mismo

(Figura 1) consiste en disponer deun medio soporte donde se desarro-lla una capa de microorganismos(biofilm) que, en continuo contactocon el agua residual y el aire, absor-ben el oxígeno necesario del mis-mo para metabolizar la materia car-bonácea y nitrogenada del agua re-sidual difundida a través del bio-film y de acuerdo a las siguientesreacciones:

Los procesos de biomasa fijaofrecen un alto rendimiento en eli-minación de materia orgánica y ni-trogenada que se presenta en formasoluble (disuelta). La fracción demateria contaminante en forma co-loidal debe ser hidrolizada a com-puestos de menor peso molecularpara posteriormente poder difun-dirse a través del biofilm. La frac-ción en estado suspendido o la co-loidal no hidrolizada será bioflocu-lada y eliminada posteriormente enforma de sólidos decantables en laposterior decantación.

1.1. Variables para laselección de tecnología debiomasa fija

Son varias las alternativas tecno-lógicas de biomasa fija disponiblespara su utilización, pero no todasellas son aplicables para el casoparticular de la depuración deaguas residuales domésticas de pe-queños núcleos de población, esdecir hasta poblaciones equivalen-tes de 2.000-3.000 habitantes.

Las principales variables que de-terminan la selección de la tecnolo-gía de biomasa fija son: � Tipología del agua residual a tra-

tar.� Espacio disponible.� Situación de la EDAR y su acce-

sibilidad.� Climatología.� Costes de inversión.� Requerimientos en la elimina-

ción de nutrientes.� Costes de explotación y mante-

nimiento.� Logística del tratamiento y eva-

cuación de los fangos.� Impacto ambiental.

No todas las tecnologías de bio-masa fija son adecuadas para un ca-so concreto, por lo que es necesariorealizar un análisis técnico/econó-mico de las variables para estable-cer el esquema de tratamiento másidóneo. Así el proceso RBC, co-múnmente llamado biodiscos, esuna técnica muy adecuada para tra-tar las aguas residuales urbanasproducidas en los pequeños núcle-

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Biodiscos, una tecnología para la depuración de pequeñosnúcleos de población

Por:Nathalie Schmitt, de Plastique Metal Technologie, y Ricard García Cudinachy Jordi Dalmau Soley, de Comsa Medio Ambiente

Comsa Medio AmbienteC/ Calabria, 169, 9ª Planta08015 BarcelonaTel.: 932 282 120Fax: 932 265 813E-mail: m.ambiente@comsa.comWeb: www.comsamedioambiente.com

Figura 1.

Materia orgánica + O2 + Nutrientes CO2 + H2O + microorganismos

NH4 + O2 + HCO-3 NO3

- + H2O + H+ + microorganismos

bacteriasaerobias

bacteriasaerobias

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os urbanos, o sea las poblacionesinferiores a 3.000 habitantes equi-valentes.

1.2. Variables significadasen el diseño

Los tecnología de los biodiscosempezó a aplicarse en España amediados de los años 80, obtenien-do una cierta difusión durante unadécada. No obstante, el desconoci-miento de su tecnología y criteriosde diseño conllevó a un buen nú-mero de fracasos y, en definitiva, aun cierto desprestigio.

Las causas de la poca implemen-tación de esta tecnología fueron: � El desconocimiento generaliza-

do de los criterio de diseño, esdecir, la utilización de paráme-tros de carga orgánica e hidráuli-ca excesivos, faltos de superfi-cie, sobrecarga de los módulos y,en definitiva, mala calidad en elefluente tratado.

� La asimilación de los paráme-tros de diseño a los utilizados enotros países donde la tecnologíasí estaba siendo utilizada conéxito, pero donde las caracterís-ticas del agua residual respon-den a aguas brutas más diluidas.

� Cierto desconocimiento en la se-lección del esquema idóneo detratamiento. Es decir, se califica-ron a los biodiscos como unatecnología blanda y se combina-ron con etapas de idéntica cate-goría como el lagunaje, sin valo-rar suficientemente la incidenciade estas tecnologías.

� No se contempló cómo resolveradecuadamente la problemáticay logística del tratamiento y eva-cuación de los fangos produci-dos. Tampoco se tuvo en cuentael impacto de sobrecarga orgáni-ca que representaba el reciclo acabecera de EDAR de sobrena-dantes de digestión o espesado-res.

� Aún siendo conceptualmente losbiodiscos un equipo sencillo, suconstrucción es suficientementecompleja para asegurar una totalfiabilidad mecánica del equipa-

miento y, en particular, los ejessoporte, medio de contacto, ro-damientos y grupos de acciona-miento. En definitiva, siendo esta una

tecnología ampliamente utilizadaen países como Estados Unidos, Ja-pón o Suiza, entre otros muchos, laexperiencia en nuestro país no fue,en algunos casos, lo suficientemen-te contrastada como para poder serutilizada adecuadamente. No obs-tante, dada la necesidad de buscarprocesos y tecnologías adecuadaspara resolver el problema de la de-puración de pequeños núcleos depoblación, frecuentemente los bio-discos, aplicados correctamente,representan una respuesta fiable,compacta y sencilla con elevadosrendimientos en la eliminación de

DBO5, sólidos en suspensión y ni-trógeno amoniacal.

2. Biodiscos PMTDentro de estas tecnologías

Comsa Medio Ambiente cuentacon los biodiscos PMT. Se trata deuna tipología de módulos RBCconcebidos para resolver la proble-mática del tratamiento de aguas re-siduales de pequeños núcleos depoblación.

2.1. FundamentosLos biodiscos constituyen un

sistema de biomasa fija, donde losmicroorganismos responsables dela conversión de materia orgánica amateria celular están fijados a unmedio soporte constituido por dis-cos. La materia celular tiene un pe-so específico mayor que el del aguay, por tanto, puede eliminarse fácil-mente por sedimentación en un de-cantador anejo y compacto de tipolamelar (Figura 2).

El biodisco PMT está constitui-do por un conjunto de discos de po-lipropileno 2 o 3 m de diámetro (úl-tima realización en Francia de 3,9m), ensamblados en un eje macizohorizontal de acero inoxidable cro-mado (con 90 mm de diámetro paradiscos de 2 m, 120 mm para discosde 3 m y 150 mm para superiores a3 m), formando un conjunto cilín-

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Figura 2.

Los biodiscos PMTconstituyen un

sistema de biomasafija para resolver

problemas de aguasresiduales en

pequeños núcleos

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drico que gira lentamente sobre sueje horizontal y sumergido en un40% dentro del licor mezcla.

Los microorganismos presentesen el agua se adhieren a los discosformando una película de biomasa(biopelícula) con concentracionesde sólidos en suspensión de hasta30.000 mg/l. Esta elevada concen-tración de microorganismos permi-te alcanzar altos rendimientos contiempos de retención mínimos y sinnecesidad de recirculación de fan-gos. La configuración responde aun reactor de flujo pistón, es decir,que una partícula de fluido atravie-sa el reactor y lo abandona en lamisma secuencia en que otra se in-troduce en él. En dicho flujo pistónexiste un equilibrio dinámico entrela velocidad del crecimiento de labiomasa y la velocidad de despren-dimiento del exceso de ella.

Mediante el movimiento girato-rio del módulo, la película de mi-croorganismos alterna su contactocon el agua residual a tratar y con eloxígeno del aire. Cuando la pelícu-la está en contacto con el aire, ab-sorbe el oxígeno del mismo; mien-

tras que cuando está sumergida ab-sorbe el contenido en materia solu-ble a degradar (Figura 3).

El exceso de biomasa y la mate-ria en suspensión biofloculadaabandonan la última etapa de launidad de biodiscos junto con elagua tratada. Los sólidos en sus-pensión mantienen su densidad enel licor mezcla y abandonan el pro-ceso RBC con una concentraciónsimilar a la del influente, entre 150y 300 mg/l. Por lo tanto, la carga desólidos al decantador secundario esbaja y de aquí la idoneidad de la uti-lización de un decantador tipo la-melar.

Debe tenerse en cuenta que debi-do al continuo crecimiento de labiomasa y a la elevada concentra-ción de sólidos en el sistema, no seprecisa la recirculación de fangoscomo en el proceso de fangos acti-vos u otros sistemas de depuración.

2.2. Criterios de diseñoSimplificando, puede enunciar-

se que el RBC es un sistema de ‘pi-ñón fijo’ o en el que hay pocas va-riables flexibles cuando el influen-

te tiene características distintas alas de diseño. Si en los procesos defangos activados puede modificar-se la recirculación, el aporte de aireo la purga de fangos, con un biodis-co estas variables no están disponi-bles. Por lo tanto su diseño y el cál-culo del área necesaria debe efec-tuarse rigurosamente.

Ya que obviar estos condicio-nantes fue uno de los grandes erro-res que se cometieron cuando estatecnología llegó a nuestro país, loscriterios que se deben tener encuenta hoy son: tipología del trata-miento primario a utilizar, carga or-gánica de diseño, influencia de latemperatura y línea de fangos.

2.2.1. Tratamientoprimario

El esquema idóneo de la línea deagua de una EDAR con biodiscosrecomienda la utilización de un tra-tamiento primario, básicamentepor dos motivos:� Eliminar la fracción de DBO5

asociada a sólidos en suspen-sión.

� Actuar como tanque pulmón ylaminador de sobrecargas quepermitan al biodisco trabajar convalores de carga lo más constan-tes posibles.No obstante, para EDARs de pe-

queño tamaño una solución muyventajosa es la de disponer de untanque Imhoff o fosa séptica queactúa a la vez de decantador prima-rio y solventa la problemática delos fangos (ver apartado esquemasde tratamiento). Debe valorarsetambién la posibilidad de instalarun decantador primario estático co-mo alternativa a los anteriores.

2.2.2. Carga orgánica dediseño

La línea de tratamiento por bio-discos es muy simple, pero en cam-bio tiene una cierta rigidez operati-va. Ello implica que su diseño debecontemplar todas aquellas varia-bles de carácter interno (sobrecar-gas, reciclos de sobrenadantes odeshidratación, aportes industria-76

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Figura 3.

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les, etc.) y externos (climatología,estacionalidad, etc.) de tal modoque la respuesta del sistema sea laexigida. Es por ello que el criteriode diseño, es decir la carga orgáni-ca a seleccionar, es el parámetroque determinará el correcto funcio-namiento del sistema. Los criteriosde diseño del área necesaria de los

biodiscos se especifican en la Ta-bla 1.

Estos criterios de diseño basa-dos en la experiencia se ajustanplenamente a las distintas normati-vas existentes y a datos bibliográfi-cos, tal como se relaciona a conti-nuación:� ‘Ingeniería de Aguas Residuales’,

de Metcalf & Eddy (Tabla 2).� La British Standard Code of

Practire for Small Sewage Treat-

ment Works, norma BS 6297(1988) recomienda que cuandose requiera un tratamiento com-pleto, es decir un efluente conSS < 30 mg/l y DBO5 < 20 mg/l,la carga específica en las super-ficies giratorias de la zona bioló-gica debe ser de 5 gr DBO5/m2

en agua pretratada.� Las normas noruegas editadas

por la Norwegia State Environ-mental Protection Agency inclu-ye los siguientes criterios de car-ga específica para plantas decontactores rotativos (Tabla 3).

� La norma alemana A-135(04.83) ‘Fundamentals for thedesigning of singlestage drippersand biological disks with con-nection capacities of more than1.000 population equivalences’,editada por la ATV, da unos valo-

res orientativos, siempre que secumplan unas determinadas con-diciones entre las que se puedencitar las siguientes:➢ Por cada m2 de superficie gi-

ratoria de crecimiento debiomasa debe haber de 4 a 6litros de agua en el tanque dealojamiento del contactor.

➢ La carga específica de DBO5en el primer contactor no de-be superar con agua residualfresca un valor de 60 gr/m2día y con agua en condicio-nes sépticas un valor de 40gr/m2 día.

➢ Para conseguir rendimientosmayores del 85%, en el esca-lón biológico, deben dispo-nerse 3 contactores en serie ypara un rendimiento del 90%colocarse al menos 4 en se-rie.

➢ Los valores de la carga espe-cífica que se admiten, cum-pliendo las condiciones cita-das, son de 8 gr DBO5/m2 díapara cumplir las condicionesmínimas de vertido y de 4 grDBO5/m2 día en caso de ni-trificación.

Se puede consultar también lanorma ATV-a 122E.� La Hoja de Instrucciones Nº II 6-

9 del Bayrisches Landesamt FürWasserwirtschaft, cuyas reco-mendaciones se encuentran en laTabla 4.

� Y, por último, la Figura 4, queseñala una típica curva de dise-ño de un fabricante de EstadosUnidos correspondiente a aguasresiduales de origen domésticoen ese país.Se observa que para una DBO5

total de 300 mg/l y salida a 20 ppm,lo que equivale para un agua típica-mente doméstica 140 mg/l deDBO5 soluble influente, una cargahidráulica de 0,048 m3/m2 día que ala concentración soluble de 140mg/l equivale a una carga orgánicatotal en DBO5 soluble de 6,7 grDBO5 soluble/m2 día, o el equiva-lente a 14 gr DBO5 total/m2 día deagua bruta pretratada.

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Efluente Carga orgánica kgs DBO5/día m2

(T > 13 °C)

Sin nitrificación DBO5 < 25 mg/lt < 10

Con nitrificación y DBO5 < 15 mg/lt < 5

Tabla 1. Criterios de carga orgánica de diseñode los biodiscos.

Tabla 1

Parámetros de diseño. Nivel de tratamiento(Temperatura agua residual > 13 ºC) Elim. DBO5 Con nitrificación

Carga hidráulica m3/m2 día 0,08 – 0,16 0,03 – 0,08

Carga orgánicaDBO5 soluble gr/m2 día 3,5 – 10 2,5 – 7,0DBO5 total gr/m2 día 10 – 17 7,5 – 14,5

Máx. carga orgánica en 1ª etapaDBO5 soluble gr/m2 día 20 – 30DBO5 total gr/m2 día 40 – 60

Tiempo retención hidráulica horas 0,7 – 2 1 – 4

DBO5 Sol. Efluente mg/l. 15 – 30 7 – 15

N-NH3 efluente mg/l. < 2

Tabla 2. Criterios generales de diseño.

Tabla 2

Tipo de tratamiento Carga orgánica(gr DBO5/m2. día)

Secundario < 13

Nitrificación < 7

Tabla 3.

Tabla 3

Reducción de DBO5 < 85%

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2.2.3. Efecto de latemperatura

La temperatura afecta al procesoRBC al igual que a cualquier otrotipo de tratamiento biológico.Cuando la temperatura es inferior a13 ºC, el rendimiento del procesose ve afectado tal como refleja laFigura 5.

2.2.4. Línea detratamiento de fangos

Con respecto a este punto sólomencionar que debe tenerse encuenta el impacto de sobrecargaorgánica que pueden suponer elreciclar a cabecera de la EDARlos sobrenadantes de digestores,espesadores, y posibles filtradosde deshidratación, cuando los hu-biere.

Asimismo, debemos contem-plar también en el caso de utiliza-ción de un tratamiento primario ti-po tanque Imhoff o fosa séptica, elimpacto de sobrecarga y septici-dad que conlleva dicha etapa fren-te a una unidad de biodiscos, pro-blemática que se soluciona toman-do unos márgenes de seguridad enel momento del diseño.

2.3. Característicasconstructivas

Se relacionan a continuación lasprincipales características cons-tructivas de los biodiscos PMT (Fi-gura 6):� Material de los tanques: polipro-

pileno (resistente al UV para lasversiones semienterradas).

� Material de los discos: polipro-pileno.

� Cubierta de poliéster de fibra devidrio.

� Ejes en acero inoxidable croma-do, macizos. Existen tres versio-nes: 90 mm de diámetro para losdiscos de 2 m de diámetro; 120mm para los discos de 3 m; y 150mm para los discos superiores a3 m.

� Diámetro de los discos de 2 y 3m (hasta 3,9 m).

� Espesor de discos de 2 mm.� Distancia entre discos de 17mm.

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Figura 4.

Figura 5.

VALORES DE SALIDA PARÁMETROS TAMAÑO PLANTAALCANZABLES UNIDAD Grupo I Grupo II Grupo III

Valores de salida alcanzables

Valores de control ppm. DBO5 30/45 25/35 20/30 20/30

En muestra mezcla (24/2 h) ppm. DQO 130/180 110/160 100/140 100/140

Nitrificación Parcial Nitrific.

Biodiscos

Carga superficial gr DBO5/m2.d ≤14 ≤10 ≤5

Carga en 1er grupo de discos gr DBO5/m2.d ≤40 ≤30 ≤20

Tabla 4.

Tabla 4

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� Grupo motorreductor Sew Uso-come.

� Decantador lamelar, compacto.

2.4. Esquemas detratamiento

Los biodiscos PMT han sidoconcebidos para tratar pequeñosnúcleos de población, hasta 3.000habitantes. Por ello todo el esfuer-zo focalizado en su concepción de-be complementarse con una correc-ta selección del resto de etapas queconfigurarán la EDAR.

Como en cualquier instalación,se requiere de un desbaste y tami-zado que deberá preceder al trata-miento primario para eliminar lafracción de carga orgánica asociadaa los sólidos en suspensión.

En el caso de que la EDAR obje-to de diseño esté relativamente cer-ca de otra EDAR dotada de unidadde secado de fangos. Los fangosproducidos deberán almacenarse ypseudodigerirse para periódica-mente ser transferidos (esquema 1y 4 de la Figura 7).

Para pequeñas instalaciones, elesquema óptimo es la utilizaciónde un tanque Imhoff que actúa porun lado de decantador primario ypor otro de digestor frío de losfangos producidos dotándose asía la EDAR de línea de agua y defangos. En función del diseño deltanque Imhoff, los fangos ya esta-bilizados se deberán evacuar 2 o 3veces al año para su disposición osecado (esquema 2 de la Figura7).

Como alternativa, puede dotarsea la EDAR de un pequeña unidadde almacenamiento y secado defangos. Incluso esta última puedeconsistir en una unidad móvil.

3. ConclusiónLos biodiscos PMT fueron con-

cebidos como una solución a laproblemática de la depuración delas aguas residuales de pequeñosnúcleos de población, campings,resorts, estaciones de esquí, basesde vida (campamentos), etc., con elobjetivo de dar una respuesta posi-

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Figura 6.

Figura 7.

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tiva a la propia problemática de di-chos núcleos (Figura 8).

Como conclusión final se debencitar las principales ventajas de lautilización de los biodiscos, queson:� Flexibilidad para trabajar a cau-

dales inferiores a los de diseño,en cuya situación se comportanaumentando la calidad del aguatratada.

� Simplicidad, rapidez de montajey bajos costes de inversión, yaque se tratan de unidades com-pactas reactor-decantador, deconstrucción integral en mate-rial plástico, enteramente cu-biertas y que requieren pocaobra civil.

� Bajo mantenimiento y controldel proceso debido a que no esnecesario efectuar recirculaciónalguna de fangos biológicos, talcomo ocurre en una unidad defangos activos o en los filtrosbiológicos. El mantenimiento seciñe únicamente a la vigilanciaperiódica de los grupos de accio-namiento.

� Mínimo consumo energético delas tecnologías actualmenteexistentes en el tratamiento deaguas residuales: lodos activoscon difusores de burbuja fina oturbinas superficiales, filtrosbiológicos, canales de oxida-ción, etc. Los biodiscos presen-tan el menor consumo energéti-co.

� Desaparición de problemas detaponamiento debido a las fuer-zas constantes aplicadas sobre labiomasa que hacen que se pro-duzca el desprendimiento delexceso producido, evitándoseasí la aparición de zonas anaero-bias, malos olores y, por lo tanto,pérdida de eficacia. Este es unproblema típico en el sistema dedepuración por filtros biológi-cos donde se produce con muchafacilidad el taponamiento delmedio.

� Mínima pérdida de carga produ-cida únicamente por la disposi-ción de un vertedero de salida.

� Facilidad de construcción gra-dual. Al tratarse de un procesode construcción modular se faci-lita la ampliación gradual delmismo en función de las necesi-dades de depuración.

� Reducción del espacio y volu-men necesarios.

� Ausencia de malos olores. Lahumidificación constante de labiomasa evita la formación demalos olores que, a su vez, que-da protegida y aislada del exte-rior gracias a la cubierta.

� Reducción de la contaminaciónatmosférica. Al no provocar ladispersión del agua en el aire, seelimina la formación de aeroso-les y los problemas de contami-nación atmosféricos asociados.Esta característica es importanteen instalaciones situadas en elinterior de núcleos urbanos o enindustrias de alimentación.

� Construcción integral contra lacorrosión gracias al materialconstructivo del módulo y de suspartes internas.

4. Bibliografía[1] Water Environment Federation.

Aerobic Fixed-Growth Reactors.

[2] Design Information RotatingBiological Contactors. Waste-water Research Division EPA,Cincinnati, Ohio.

[3] Metcalf & Eddy. Ingeniería deAguas residuales. Tratamiento,vertido y reutilización.

[4] García Cudinach, R. La tecno-logía de los RBC. ContactoresBiológicos Rotativos. Tecnolo-gía del Agua, núm. 46.

[5] García Cudinach, R. El procesoARBC, un gran avance. Tecno-logía del Agua.

[6] García Cudinach, R. El procesoRBC y las recomendaciones dela EPA. Tecnología del Agua,núm. 93.

[7] García Cudinach, R. ProcesoSBC Contactores BiológicosSumergidos: Tercera Genera-ción de Biodiscos. Tecnologíadel Agua, núm. 126.

[8] Esquemas de Depuración enPequeños y Medianos Núcleosde Población. Tecnología delAgua, núm. 167.

[9] Recommended Design CriteriaFor Rotating Biological Con-tactors. Department of Environ-ment & Natural ResourcesSouth Dakota.

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Figura 8.