Reconversión de un sistema de biodiscos en un sistema híbrido para la optimización de eliminación de nutrientes

Autores/Authors: Elena Campos (Sacyr Servicios Agua- SSA), Patricia Terrero (SSA), Adrián Álvarez (SSA), Alberto Díaz (SSA), Juan I. Tejero (Universidad de Cantabria-UC), Rubén Díez (UC), Víctor Meredíz (Consorcio de Aguas de Asturias-CADASA), Jesús M. Fernández (CADASA), Jesús Casero (CADASA), Alberto Villa (CADASA), Julio A. Pérez (CADASA)Presentador/Presenter: Elena Campos (Sacyr Servicios Agua)

ISBN 978-84-09-04625-6

Tecnología de Biodiscos• Tecnología ampliamente utilizada en EDAR de pequeñas aglomeraciones urbanas.

• Proceso aerobio de biomasa fija. Los microorganismos están adheridos a los discos que giran semi-sumergidos en el agua residual.

• Discos de plástico montados a corta distancia unos de otros en un eje horizontal y situados dentro de undepósito que contiene el agua residual.

• El giro de los biodiscos induce la transferencia de oxígeno y mantiene la biomasa en condiciones aerobias,produciendo la degradación de la materia orgánica y la nitrificación.

BiodiscosVentajas con respecto a los tratamientosconvencionales:

• Menor superficie de implantación encomparación con la aireación prolongada y loslechos bacterianos.

• Bajo consumo energético y bajo coste deexplotación, en comparación con la aireaciónprolongada.

• Buen comportamiento ante la presencia detóxicos.

• Buena resistencia frente a sobrecargas hidráulicasy orgánicas puntuales.

• Explotación relativamente simple.• Bajo nivel de ruidos.• No produce olores.

Inconvenientes con respecto a los tratamientos convencionales:

• Necesidad de material soporte especial.

• Necesidad de diseño mecánico riguroso.• Montaje complicado.• Coste casi lineal con respecto al caudal.

• Resulta muy complicada la eliminación biológicade nutrientes.

BiodiscosEliminación biológica de nitrógeno: nitrificación-desnitrificación

AerobioAnóxico

Biodiscos

Fangos activos Biodiscos:

Objetivo del proyectoDesarrollar una innovadora tecnología basada en un sistema híbrido de biodiscos (biomasa ensuspensión y en biopelícula) compuesto por un reactor de fango activo con cámaras anaerobia y anóxicaseguido de un reactor de biodiscos híbrido y decantación secundaria, para conseguir una correctaeliminación de nutrientes.

Objetivos específicos del proyecto• Maximizar la eliminación de nitrógeno mediante un sistema de biodiscos híbrido y desnitrificación

pre-anóxica en fango activo.

• Analizar la capacidad de eliminación biológica de fósforo.

• Desarrollar y validar una configuración innovadora mediante su implantación e investigación a escala demostrativa.

• Definir la estrategia de gestión de caudales óptima para la operación del proceso integrado ante un régimen variable de caudal y carga afluente.

• Analizar la influencia de la biomasa en suspensión sobre la decantación secundaria.

• Desarrollar un sistema de modelización del proceso biológico.

• Desarrollar una guía o procedimiento para realizar las modificaciones necesarias en plantas existentes para su transformación a sistemas híbridos.

Zona piloto: EDAR de La FrancaLa EDAR de La Franca está se sitúa en las inmediaciones de laplaya de La Franca y trata las aguas residuales procedentes delas poblaciones de Colombres, Pimiango, El Peral y La Franca.

Valores de diseño

Valores medios

Valores máximos Desv.

Caudal agua bruta (m3/d) 1250 886 4.592 838

Caudal de agua a biológico (m3/d) 1250 699 2.185 475

SS (mg/L) 280 169 1420,0 175DBO5 (mg/L) 240 154 864,0 128DQO (mg/L) 327 1724,0 254N-NH4+ (mg/L) 22,2 74,9 14,8NT(mg/L) 32,5 105,0 20,4NTK(mg/L) 50 29,0 88,0 18,8PT(mg/L) 20 4,2 18,0 3,1P-PO43- 2,6 12,4 1,9

Datos de entrada a planta

Parámetro ValorpH 6 -9Sólidos en suspensión (mg/L) < 15 mg/LDBO5 (mg O2/L) < 12 mg/LDQO (mg O2/L) < 60 mg/LAmonio total (mgNH4/L) < 5 mg/LNitratos (mg NO3/L) < 90 mg/LNitrógeno Kjeldahl (mgN/L) < 7 mg/LNitrógeno total (mgN/L) < 25 mg/LFósforo total (mgP/L) < 2 mg/LColiformes fecales (ufc/100mL) < 100 ufc/100 mL

Límites de vertido

Datos de entrada de agua• Caudal medio menor que el de diseño, pero con picos importantes en invierno por pluviales y en verano por incremento

de población• Concentración mayor en los meses de verano• Incremento muy importante de carga en los meses de verano

-

100

200

300

400

500

600 Datos de entrada mensuales (concentración)

SS(mg/l)

NTK(mg-N/l)

DBO5(mg/l)

DQO(mg/l)

Acciones acometidas para transformar el proceso• Construcción y montaje de un tabique interno de

separación de zonas en el tanque de homogeneización.Tras la instalación de este tabique la zona anaerobiatendrá un volumen de 33,6 m3 y la zona anóxica de 92,4m3.

• Instalación de bomba sumergible, conducción ycaudalímetro para la recirculación del fango decantado altanque de homogeneización.

• Modificación de la tubería de recirculación de nitratospara conducirlo hasta la zona anóxica.

• Instalación de un agitador en la nueva zona anóxica.• Instalación de una sonda redox en la zona anóxica y una

sonda de amonio/nitrato en la salida del efluente de laEDAR.

• Instalación de difusores de burbuja gruesa y soplante en lazona de biodiscos (Año 2017)

Parámetros de operaciónTRH (h) Media Máximo Mínimo

Año 1

Zona anaerobia 1,7 4,5 0,4Zona anóxica 4,6 12,3 1,1Biodiscos 5,7 15,4 1,4Decantadores 3,3 9,0 0,8Sistema total 15,2 41,2 3,6

Año 2

Zona anaerobia 2,0 3,8 0,4Zona anóxica 5,4 10,6 1,1Biodiscos 6,8 13,2 1,4Decantadores 3,9 7,7 0,8Sistema total 18,1 35,3 3,6

% recirculación Media Mínimo Máximo

Año 1Interna (NO3) 199 28 587

Externa (fango) 56 3 154Purga de fangos 3 0 25

Año 2Interna (NO3) 338 54 811

Externa (fango) 75 0 161Purga de fangos 3 0 19

Resultados

Calidad del efluente. Efecto del cambio de proceso

0

10

20

30

40

50

DBO5 DQO SS N-NH4+ N-NO3- NT NTK

Nº de incumplimientos en verano

2015 2016 2017

0

10

20

30

40

50

DBO5 DQO SS N-NH4+ N-NO3- NT NTK

Nº de incumplimientos en invierno

2015 2016 2017 2018

ResultadosDéficit de aireación en los momentos de sobrecarga (agosto). Instalación de aireación adicional mediante soplante y difusores de burbuja gruesa en la zona de biodiscos

ResultadosPeríodo I Período II

Período III

• Periodo I (1 noviembre– 30 junio): periodoinvernal, caracterizado por presentar una altaconcentración de oxígeno disuelto en lascámaras anaerobia y anóxica.

• Periodo II (1 julio – 14 agosto): durante elmantenimiento del bioreactor se produjo unapérdida importante de fango activo que redujosignificativamente la concentración de biomasaen el tanque anaerobio-anóxico hasta valoresmuy bajos. Este periodo representa una época dearranque, recuperación y crecimiento de labiomasa en suspensión.

• Periodo III (15 agosto– 31 agosto): periodo desobrecarga orgánica

• Periodo IV (1 septiembre– 30 septiembre):periodo que representa una etapa defuncionamiento estable de la planta

Período I

Período IV

ResultadosProblemas encontradosLa alta concentración de oxígeno disuelto del agua bruta y el aporte con la recirculación de nutrientes, especialmente en los meses invernales ha penalizado el proceso de eliminación de nitrógeno y sobre todo la eliminación de fósforo.

Efecto sobre el fango

La carga eliminada de SS no ha empeorado con la modificación del procesoEl incremento en la concentración de SSV en el licor mezcla hace que el SVI se incrementeEn general el SVI se ha mantenido en valores adecuados (<150) excepto en episodios de sobrecarga orgánica

Resultados

CONCLUSIONES• La reconversión de una planta con tecnología de biodiscos a un sistema híbrido ha permitido

mejorar significativamente la calidad del efluente en todos los parámetros analizados (SS, DBO5,DQO, NH4

+, NO3-, NTK, NT y PT).

• La superficie de biodiscos de la EDAR analizada está infra-dimensionada para llevar a caboadecuadamente la eliminación de materia orgánica y nitrificación en épocas de alta carga.

• El rendimiento de la EDAR en condiciones de sobrecarga ha resultado significativamente mejortras la modificación.

• Tanto la eliminación de materia orgánica como de nitrógeno amoniacal se han mantenido másestables que en situaciones anteriores, incluso recibiendo mayores cargas.

• No se ha producido un empeoramiento significativo de la capacidad de decantación del fangoobteniéndose valores de eliminación de Sólidos Suspendidos mejores que antes del cambio.

• La eliminación de nitrato en la zona anóxica se ha visto penalizada por la fuerte contaminaciónpor oxígeno disuelto, asociada tanto al aporte con la recirculación interna y al aporte con el aguabruta en épocas de baja carga orgánica.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN.PREGUNTAS?

Este proyecto (IDI-20151252) ha sido financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico industrial (CDTI) con cofinanciación de la Unión Europea (FEDER 2014-2020).

Nuestro agradecimiento al Grupo de Ingeniera Ambiental de la Universidad de Cantabria, al Consorcio para el Abastecimiento de Agua y Saneamiento del Principado de Asturias y a todo el personal de la EDAR de La Franca.

Pº de la Castellana, 83-8528046 Madrid

Elena Campos Pozuelo(ecamposp@sacyr.com)www.sacyragua.com