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Notiviernes INTERMIN
Centro de Información y Divulgación Técnica Minero Ambiental
CENTRO NACIONAL MINERO - SENA Regional Boyacá
Edición 14 - Año 4
Junio 01 de 2001

ARCILLA EXPANDIDA COMO MEDIO EN FILTROS BIOLOGICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

ULTIMA ENTREGA

INTRODUCCION

En el proceso de depuración de aguas residuales, tras el pretratamiento en el que se han eliminado los sólidos visibles mediante una labor de filtrado y desgaste, después de la depuración primaria en la que se elimina la materia no orgánica mediante el aporte de algún agente químico que provoca la decantación física de la materia no orgánica contenida en el agua, se efectúa la depuración secundaria, que actúa por reacciones y procesos biológicos sobre el agua contaminada, objeto de la depuración.

A la fase de depuración secundaria entra el agua a tratar sin materia sólida, pero, sin embargo, no se ha producido ninguna disminución del contenido de materia orgánica. Para ello se efectúa una depuración biológica. La depuración biológica se basa en la intervención de microorganismos encargados de consumir la materia existente en el agua residual.

De varios procesos de depuración biológica, el más eficiente y por lo tanto más extendido es el proceso de depuración mediante lechos de bacterias. En este sistema de depuración se proporciona un hábitat a los microorganismos encargados de la eliminación de la orgánica. La arcilla expandida es un medio soporte inerte óptimo para albergar estos microseres ávidos de materia orgánica, dadas su ligereza, porosidad, alta superficie especifica y alta resistencia al desgaste.

VENTAJAS DE LA DEPURACION BIOLOGICA CON LECHOS BACTERIANOS.

  • Altos rendimientos.
  • Menor espacio ocupado por La estación depuradora.
  • Menos costes de explotación y mantenimiento que en otros procesos de depuración biológica.
  • Menor consumo energético.

VENTAJAS DE LA UTILIZACION DE ARCILLA EXPANDIDA COMO LECHO BACTERIANO

  • Obtención de altos rendimientos en comparación con los obtenidos con los rellenos sintéticos.
  • Respecto a los ecosistemas, al tratarse de un material que no contamina ni en su proceso de fabricación ni en su colocación ni posteriormente en su vertido tras su utilización.
  • Rapidez y facilidad de instalación; se puede efectuar el suministro mediante camiones cisterna que bombean el material 60m3 en 4 horas.
  • Escasa mano de obra necesaria para La colocación y el almacenamiento.

Esquema básico de un proceso de depuración.

Una depuradora tiene como misión tratar las aguas negras transportadas por las alcantarillas, colectores y emisarios, antes de su posterior vertido al cauce receptor para alcanzar La calidad de agua deseada según los usos previstos en dicho cauce.

Las etapas por las que pasan las aguas negras para su tratamiento son las siguientes, en una estación depuradora tradicional:

Pretratamiento: Esta etapa no afecta a La materia orgánica contenida en el agua residual. Se pretende con el pretratamiento La eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total y el funcionamiento eficiente de las maquinas, equipos e instalaciones de La estación depuradora.

En el pretratamiento se efectúa un desbaste para La eliminación de las sustancias de tamaño excesivo y un tamizado para eliminar las partículas en suspensión. Un desarenado, para eliminar las arenas y sustancias sólidas densas en suspensión y un desengrasado para eliminar los aceites presentes en el agua residual así como elementos flotantes.

Decantación Primaria. Trata este proceso de retener las partículas disueltas o en suspensión en las aguas residuales que no han podido retenerse por razón de su finura o densidad en el pretratamiento. Se consigue La decantación, llamada primaria, dejando sedimentar estas partículas en decantadores diseñados para tal efecto.

Proceso con Flujo Ascendente. Tras este proceso hay sustancias que todavía podrían permanecer de forma estable en el agua por tiempo indefinido y por ello se lleva a cabo un proceso químico para convertir estas sustancias químicas en sedimentables. Se añade al agua residual un coagulante que hace que las partículas disueltas se agreguen unas a otras formando masas de dimensiones mayores, flòculos, que puedan separarse ya por sedimentación.

 

Depuración Biológica

La eliminación de La materia orgánica que permanece en el agua y cuya separación por procesos fisico-quìmicos ha sido imposible, puede efectuarse mediante un proceso biológico. Este proceso biológico dentro de La depuración tiene como objeto la eliminación, estabilización o transformación de La materia orgánica presente en las aguas.

Esto se logra mediante la actuación de microorganismos, bien realizando una acción metabólica transformando La materia orgánica en materia viva, o bien realizando una acción fisico-química de coagulación, decantación y arrastre de bacterias. En el proceso biológico se pone en contacto a microorganismos con La materia orgánica que trae el agua, procediendo los microseres al consumo de dicha materia orgánica. La depuración biológica se realiza en un reactor donde el microorganismo transforma el agua contaminada en agua depurada, productos volátiles y materia viva.

 
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Depuración con Filtro Biológico de Arcilla Expandida

El mecanismo de oxidación biológica consiste en le asimilación de La materia orgánica degradable biológicamente DBO por los microorganismos en presencia de oxigeno y de nutrientes.

La depuración mediante filtro biológico se basa en La acción de los microorganismos aeróbicos, que adheridos a un a un medio de fijación, en este caso arcilla expandida, reciben el material orgánico transformándolo y formando una película biológica alrededor del árido.

Esta película no debe tener mas de 3 mm de espesor ya que, para espesores mayores no se garantiza La llegada de oxigeno a las capas del medio. Al aumentar el espesor las capas más profundas entran en anaerobiosis produciéndose conjuntamente un desprendimiento de gases así como una rotura de La capa biológica, perdiéndose La adherencia entre La capa biológica y el medio poroso. Por este efecto se desprende La capa biológica formada siendo arrastrada por el agua residual. La oxidación se produce al hacer circular, a través de un medio poroso, aire y agua residual.

La masa bacteriana permanece fija en el interior del reactor biológico y solo escapan los fangos en exceso manteniéndose el filtro aireado. Hay que tener en cuenta La precaución de someter periódicamente al material granular a limpieza. Posteriormente hay que conducir el agua tratada a un decantador para que sedimenten los flòculos. En este tipo de depuración el reactor biológico, además de su función tradicional desempeña una función de filtración.

En este tipo a unos 40cm del fondo se produce una inyección de aire para fluidificar el lecho. Es en La zona de filtro donde se retienen los fangos producidos en el interior del reactor, así como las materias en suspensión presentes en el efluente a tratar. De esta forma el efluente tratado puede tratarse directamente sin necesidad de una decantación posterior. También hay que efectuar, en este caso periódicamente un lavado de los áridos de forma que se eliminen los fangos en exceso y las materias en suspensión. El agua residual se puede hacer pasar a través del lecho con flujo ascendente o descendente.

En el primero, después de pasar el agua residual por el tratamiento primario, accede acede al reactor donde se va a hacer La depuración biológica dejándose caer el agua en forma de lluvia para que se distribuya de La forma más uniforme posible sobre una masa de material granular, de gran superficie especifica, en La que se encuentran los microorganismos depuradores albergados. El agua ya tratada biológicamente sale por La parte inferior del decantador.

En el segundo de los casos, con flujo ascendente, se hace circular el agua de abajo hacia arriba, en La parte superior se va recogiendo el agua que ha pasado a través de La masa granular reduciendo paulatinamente su contenido en materia orgánica.

 
 
 
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OPERACIONES COMPLEMENTARIAS

AIREACION

Es preciso que haya una circulación de aire que garantice las condiciones aeróbicas en el proceso.

Puede haber una aireación de tiro natural en La que el aire fluye de abajo a arriba por diferencia de las temperaturas aportando a La masa de lecho el oxigeno suficiente para mantener La microflora en un ambiente aeróbico. Diferencias de 6ºC producen corrientes de 18m3/m2h. , La cual se considera suficiente para mantener estas condiciones. Si no se puede conseguir este flujo de forma natural habrá que forzarlo artificialmente al menos a esta cantidad.

LAVADO

Cada cierto tiempo y dependiendo del material granular hay que parar La actividad de reactor biológico y lavar con agua y aire a presión el árido. Por ello La elección de un material que sea resistente al desgaste que se va a producir es de suma importancia.

Durante el proceso de lavado el reactor no esta operativo por eso es necesario alternar el lavado de estos para que no coincidan dos a La vez.

Una vez finalizado el proceso de lavado, no se ha eliminado por completo La microfauna existente en las bolas de arcilla expandida por que sigue conservándose gran cantidad de ella en el interior de las bolas, pero si se ha comprobado que en La hora siguiente se reduce el rendimiento sensiblemente.

El agua procedente del lavado del reactor contiene un alto contenido en materia orgánica por lo que tendrá que pasar directamente por La depuración primaria.

El arranque de un reactor al no contener microorganismos tiene un rendimiento nulo, por lo que habrá que ayudarle a La formación de bacterias aportándole nutrientes, generalmente nitrógeno y fósforo.

El material utilizado como soporte de microorganismos en este tipo de lechos fluidificados es un material granular caracterizado por los siguientes parámetros:

  • Talla efectiva.
  • Coeficiente de uniformidad.
  • Forma de los granos.
  • Friabilidad.
  • Porosidad.
  • Aptitud para La fluidificación.
  • Naturaleza de los materiales utilizados.

Los granos utilizados serán gruesos (80-200 mm), medios (13-20 mm) y finos (3-6 mm) dependiendo de La clase de agua y de La calidad de los sólidos en suspensión se utilizaran unos sólidos u otros.

 
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CARACTERISTICAS FISICAS DE LA ARCILLA EXPANDIDA PARA LA DEPURACION DE AGUAS

Los parámetros físicos del material granular resultan ser, a fin de cuentas, un conjunto de condicionantes que influyen directamente en el rendimiento de La depuración a obtener con el empleo de lechos bacterianos. La DBO5 eliminada, en el paso del agua residual a través del lecho, depende de La naturaleza del agua a tratar, de las características del lecho y principalmente de las características del material de relleno.

Como se dijo anteriormente es necesario que La masa filtrante tenga La mayor superficie especifica posible, pero esto hay que combinarlo con que también existan pasos suficientes para el aire y el agua.

  • Según estudios realizados por La universidad de CRANFILED en Inglaterra las características de este material son:
  • Superficie especifica: 3.98 m2/cm3
  • Porosidad interna: 0.05 m3/m3
  • Porosidad externa: 0.3
  • Coeficiente de uniformidad: 1.33<1.5
  • Perdida al ácido: 1.4%
  • Desgaste: 1.5% Friabilidad: 5.5%
  • Granulometría: 3-8mm
  • Densidad especifica del grano: 1550Kg/m3
  • Densidad aparente en monton: 750Kg/m3
  • Velocidad de sedimentación: 132-225mm/s Velocidad mínima de fluidificación: 72-80m/h
  • Absorción de agua a las 24h: 10-15% (en peso)

Otras características fundamentales del material de arcilla expandida son:

  • 1. -durabilidad y resistencia al fuego, punto de fusión: 1200ºC
  • 2- resistencia a los ciclos de hielo y deshielo.
  • 3- resistencia a los ataques químicos.
  • 4- resistencia a compresión de 20Kg/cm2 5- el caudal de aire conseguido es de 20m3/m2h.

BIBLIOGRAFIA

  • REVISTA MENSUAL "DYNA" MAYO-1998
  • ENCICLOPEDIA ENCARTA DE MICROSOFT.
  • TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES: aguas de proceso y residuales de Miguel Rigola Lapeña Boixareu editores.
 
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