Características de los biofilms

• Asociación de microorganismos adheridos a una superficie

• En condiciones naturales los microorganis- mos tienden a formar biofilms espontánea-mente

• El desarrollo de los microorganismos trae como consecuencia una estratificación fisiológica del biofilm

Formación de un Biofilm

• Acondicionamiento del medio soporte por adsorción de moléculas orgánicas

• Transporte de microorganismos desde el seno del agua hasta el medio soporte

• Parte de los microorganismos quedan adsorbidos permanentemente

• Estas bacterias crecen a expensas del sustrato• Se produce un crecimiento del biofilm y una

producción de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) de origen microbiano

• Estas EPS facilitan la adhesión de nuevas células y material particulado al biofilm

• Separación de parte o porciones del biofilm (sloughing off) por procesos físicos

Composición de un Biofilm• Microorganismos adheridos a un material soporte

• Matriz de exopolímeros orgánicos de origen microbiano• Materias en suspensión inorgánicas adheridas

Procesos que se dan en un Biofilm

Procesos físicos Procesos químicos

ESTRATIFICACIÓN FISIOLÓGICA DE

LOS BIOFILMS

• El oxígeno y los nutrientes transportados por el agua difunden a través del biofilm

• ¿Qué es la capa límite?

• La profundidad hasta la que un biofilm es activo es de 300-400m

• El sloughing-off o desprendimiento natural

LOS PROCESOS DE FANGO LOS PROCESOS DE FANGO ADHERIDO A SOPORTEADHERIDO A SOPORTE

• Filtros percoladores (Trickling filters)

• Discos biológicos (Rotating Biological Contactors)

• Reactores Airlift

• Filtros Biológicos

FILTROS PERCOLADORES

Introducción• Tecnología más antigua de

fango adherido • 1893 Salford, Inglaterra• Se distinguen dos categorias:

– filtros percoladores de relleno tradicional

– filtros percoladores de relleno plástico

Fundamentos de los Filtros Percoladores

(Trickling Filters)• Se hace pasar el agua residual a través de un

lecho que soporta el fango adherido• La aireación es por ventilación natural, o

excepcionalmente forzada• Conforme el biofilm madura se dan procesos de

desprendimineto• Es necesaria una sedimentación secundaria para

la separación de sólidos

Filtros percoladores de relleno tradicional

Características• Sedimentación primaria para prevenir de

colamataciones• Relleno: puzzolana, gravas, etc. con una

porosidad del 50 %• Profundidad media del lecho de 2 metros• La recirculación del efluente para diluir el

influente incrementa la eficacia• Autolimpieza permanente por sloughing-off• Sedimentación secundaria para separación

de sólidos• En condiciones de baja carga, puede darse

nitrificación en la parte inferior del lecho

Clasificación

En función de la carga orgánica aplicada se distinguen

• Filtros de baja carga• Filtros de alta carga

Carga Baja carga Alta carga

Kg DBO5/m3.día 0.08 - 0.15 0.7 - 0.8

m3/m2.h < 0.4 > 0.7

Filtro percolador de

relleno plástico• Relleno plástico de

diferentes configuraciones

• Hasta 90 % de porosidad

• Elevada superficie específica

• Reactores más altos (reducción de la superficie requerida)

• Aireación facilitada

• Tratamiento de cargas de 1 a 5 Kg DQO/m3.día

• Posibilidad de cubrición

Aplicaciones• Tratamiento de aguas urbanas para

eliminación de materia orgánica• Tratamiento de aguas industriales:

– pretratamiento de aguas concentradas de industrias agroalimentarias

– tratamiento de aguas de refinerías

• Nitrificación terciaria posterior a una etapa de fangos activos

Consideraciones generales

• Reactores de forma cilíndrica o poligonal• Materiales plásticos ordenados o

desordenados• Distribución rotatoria del agua • Aireación preferiblemente facilitada• Carga hidráulica entre 1,5 y 5 m3/m2.h• Recirculación para diluir el influente y

prevenir contra colmataciones• Producción de fango: 0,2 - 0,5 Kg

SSV/Kg DBO5 eliminada

DISCOS BIOLÓGICOS

Fundamentos de los Biodiscos• Conjunto de discos de plástico unidos

axialmente por un eje• Parcialmente sumergidos en un tanque • Leve rotación del eje • El fango adherido a los discos se

expone alternativamente al agua residual y al oxígeno del aire

• Desprendimientos naturales del biofilm

• Etapas separadas• Decantación secundaria obligatoria

Características generales

Parámetros habituales

• Diámetro de los discos: 2-3 metros

• Separación entre discos: 2-3 cm• Velocidad de giro del eje: 1 a 2 rpm• Cargas hidráulicas: 2 m3/m2.h• Cargas orgánicas muy variables: 5 - 26

g de DBO5 m2/día

• Poblaciones pequeñas (máximo 50000 habitantes equivalentes)

Fundamentos de la Biofiltración

• Reactores biológicos en los que la biomasa está adherida a un soporte y no en suspensión

• El soporte es granular o corrugado• Se dan dos procesos en el mismo

reactor:– Degradación biológica de contaminantes– Filtración física de materias en suspensión

• Es necesario realizar periódicos lavados

Ventajas de la Biofiltración

• Ahorro de espacio – debido a la mayor concentración de

biomasa

• No requieren decantación secundaria– ausencia de bulking

• Menor emisión de olores• Construcción modular• Operación automatizada

Desventajas de la Biofiltración

• Posible sensibilidad a altas cargas• Requerimiento de un buen

pretratamiento• Ciclos de lavados cada 24-48 horas• Alto requerimiento energético

– bombas y soplantes para los lavados

• Personal cualificado por la complejidad del proceso

El proceso de lavado• Objetivo: eliminar el exceso de fango que ha

colmatado el filtro• Frecuencia: cada 24-48 horas• Secuencia

– inyección de aire para desatascar– lavado con aire y agua simultáneos– aclarado final con agua

• Es un proceso similar al lavado de filtros de arena

Clasificación en función del material soporte

• Biofiltros con material soporte de naturaleza mineral• Biofiltros con material soporte de naturaleza plástica • Biofiltros con placas arrugadas

Clasificación de los procesos en función del sentido de

alimentación• Sentido de flujo del influente

ascendente– Biofor– Biostyr

• Sentido de flujo del influente descendente– Biocarbone– Biopur y Bioactive

BIOFOR (Dégremont)

• Modo de alimentación: upflow

• Material de relleno mas denso que el agua: Biolita

• Lavados upflow con efluente final y aire

Tecnología: Lecho Móvil (MBBR)

• La biomasa crece sobre soporte.

• El soporte no está fijo (biofiltros) sino en movimiento en el reactor.

• El movimiento está producido típicamente por la aireación con burbuja gruesa (en reactores óxicos) y por la agitación en reactores anóxicos.

Tecnología: Lecho Móvil (MBBR)

• % de volumen con el relleno es variable, dependiendo de diversos factores hasta un máximo del 70%.

• Admite diversas configuraciones (eliminación de C, eliminación de N, etc).

Tecnología: Lecho Móvil (MBBR)

• Ventajas del proceso:– Evita recirculación de fangos.– Alta concentración de biomasa en soporte permite

volúmenes menores que fangos activos.– No hay pérdida de cargas grandes.– Carga de sólidos sobre el decantador secundario

es menor.– Simplicidad de operación Bajos costes de

operación (mano de obra)

Tecnología: Lecho Móvil (MBBR)

• Desventajas:– Altos aportes de oxígeno (para agitación se

requieren niveles de 5-8 mg/L).– coste del relleno (patentes).– Ausencia de control sobre SRT (purga de

fangos sin control).

Tecnología: Lecho Móvil (MBBR)

Reactores Airlift