FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE El Filtro Anaeróbico puede ser operado ya sea con flujo ascendente o descendente. Se recomienda el modo de flujo ascendente porque hay un menor riesgo de que la biomasa fijada sea arrastrada.
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T2- Filtro anaeróbico (en línea). Compendio de sistemas y tecnologías de saneamiento. Disponible en http://www.alianzaporelagua.org/Compendio/tecnologias/t/t2.html. Consultado 09 sep. 2013.
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La eficiencia de remoción de carga contaminante en un sistema de tratamiento de aguas residuales viene dada por:
Donde:
E: Eficiencia de remoción del sistema [%] S: Carga contaminante de salida [mg DQO, DBO 5 o SST/l] S0: Carga contaminante de entrada [mg DQO, DBO 5 o SST/l]
Muchos son los factores que afectan las eficiencias de remoción de carga contaminante en este tipo de tratamiento, ya que la anaerobiosis es un proceso complejo sobre cuya naturaleza constantemente se hacen nuevos descubrimientos y se revalúan teorías. Entre estos factores podemos contar [Young, 1991]:
El Tiempo de Residencia Hidráulico (TRH). El medio de soporte (área superficial, porosidad, altura del lecho). Configuración de los reactores. Temperatura, pH y de nutrientes.
PRINCIPALES PASOS PARA EL DISEÑO
TIEMPO DE RESIDENCIA HIDRÁULICO.
El tiempo de residencia hidráulico, parece ser el principal factor que influye en el rendimiento de los filtros anaerobios de flujo ascendente. Tiempos de retención altos favorecen el contacto íntimo tanto de la película como del floc granular suspendido, lo que se refleja en una mayor producción de microorganismo y una mayor eficiencia de remoción de contaminantes [Young, 1991].
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Lina Marcela Parra Rodríguez. (2006). Operación de un Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA) hasta alcanzar el estado estable. Tesis Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería y Arquitectura. 6-7 p.
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Los estudios han demostrado que el TRH es el parámetro de diseño más importante que afecta el desempeño del filtro. Lo normal y recomendable es un TRH de entre 0.5 y 1.5 días. o
T2- Filtro anaeróbico (en línea). Compendio de sistemas y tecnologías de saneamiento. Disponible en http://www.alianzaporelagua.org/Compendio/tecnologias/t/t2.html. Consultado 09 sep. 2013.
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Otras fuentes: 1. Típicamente TRH varía de 0.5 - 4 días y las tasas de carga varía desde 5 hasta 15 kg DQO/m 3-day. o
Heinz, Peter. Introduction in the technical design for anaerobic treatment systems. 33 p.
2. De acuerdo al Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000. Colombia., en la tabla E.4.29 aparecen los valores de tiempo de retención hidráulica que se deben usar: Tabla 1. TRH para diseño de filtros anaerobios
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Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable Colombia. E-85 p.
y Saneamiento Básico – RAS 2000.
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DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN
Para el cálculo del volumen útil de los filtros anaerobios, se emplea la ecuación: V = Q * TRH Donde: V = Volumen útil del medio de soporte, m 3 Q = Caudal de diseño de los filtros anaerobios, m 3/h T = Tiempo de retención hidráulico, h o
Navarro, J. S. 2008. Diseño, construcción y evaluación de filtros anaerobios de flujo ascendente para el tratamiento de las aguas residuales provenientes de la lavandería y del casino en el campamento Payoa de Petrosantander (Colombia) Inc. Universidad Industrial de Santander, Facultad de Ciencias. 19 p.
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Otra forma de calcular el volumen puede ser en función de la norma brasilera NBR 13969 (1997): Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação, la cual describe:
Donde: N = habitantes contribuyentes al sistema (hab) C = Contribución en litros por habitante (L* hab/día) de acuerdo a la tabla 2. T = Tiempo de Retención Hidráulica, en días, conforme a la tabla 3. Tabla 2. Contribución diaria de agua residual y de carga orgánica por tipo de predio y ocupantes. Predio
Contribución (L/d) Ocupantes Permanentes
Residencia Estándar alto Estándar medio Estándar bajo Hotel (excepto lavandería y cocina) Alojamiento temporal Fabrica en General Oficina
Unidad
Persona Persona Persona Persona Persona Ocupantes Temporales Persona Persona
Contribución de carga orgánica g DBO5,20/d
160 130 100 100 80
50 45 40 30 30
70 50
25 25
Edificio Público o Comercial Persona 50 25 Escuela (externo) y local de larga Persona 50 20 estancia Bares Persona 6 6 Restaurantes y Similares Persona 25 25 Cinemas, teatros y locales de corta Persona 2 1 permanencia Sanitarios Públicos Persona 480 120 Sólo el acceso abierto a la (estación pública de autobuses, de ferrocarril, áreas públicas, sedes de eventos deportivos del estadio etc.
Tabla 3. Tiempo de retención hidráulica de las aguas residuales (T), para el caudal y la temperatura de las aguas residuales (en días) Salida L/día Hasta 1500 1 501 a 3 000 3 001 a 4 500 4 501 a 6 000 6 001 a 7 500 7 501 a 9 000 >9000 o
<15°C 1.17 1.08 1.0 0.92 0.83 0.75 0.75
Temperatura media del mes más frio 15°C – 25 °C 1.0 0.92 0.83 0.75 0.67 0.58 0.5
>25 °C 0.92 0.83 0.75 0.67 0.58 0.5 0.5
ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13969. Tanques sépticos Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação. 4 p.
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DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO ANAEROBIO
De acuerdo a la configuración norma brasilera NBR 13969 (1997): Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação. Filtro anaeróbio de leito fixo com fluxo ascendente; filtro anaeróbio Filtro Anaerobio de lecho fijo con flujo ascendente NOTA - El volumen útil mínima del lecho del filtro debe ser 1000 L. La altura del lecho de filtro, que ahora incluye la altura del falso fondo, se debe limitar a 1,20 m. La altura del falso fondo se debe limitar a 0,60 m, ya incluyendo el espesor de la losa.
Falso fondo de la construcción: si hay dificultades construcción de falso fondo, todo el volumen del lecho puede ser llenado con medio de filtrante. En este caso, el agua residual debe ser introducida en la parte inferior, distribuido a través de tubos perforados, (ver anexo B, figuras B.2 y B.3 de la norma citada).
ALTURA TOTAL
La altura total del filtro anaeróbico, en metros se obtiene por la ecuación:
Donde: H es la altura total del filtro anaeróbico interior; h es la altura total del lecho de filtro; h1 es la altura de la canaleta de colecta; h2 es la altura libre (variable). (Ver anexo B, figura B.5 de la norma citada):
Caída de presión hidráulica entre el tanque y séptico filtro anaerobio La pérdida de carga hidráulica que se espera que entre el nivel tanque séptico mínimo y el nivel máximo en el filtro anaeróbico es 0,10 m.
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ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13969. Tanques sépticos Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação.
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Otra forma de dimensionar es: De acuerdo al Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000. Colombia, se recomiendan las siguientes proporciones geométricas para filtros anaerobios: h = 0.10H P = 0.15H 3 Vr = 0.66 AbaseH
Filtros Circulares
Filtros Rectangulares
Abase = D² / 4 D 2H D = 3d
Abase = Lb b L 3b L 2H l = ( L – 0.5b) y ¢ de l coincide con ¢ de L 0.6 m H 1.80 m
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Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000. Colombia. E-86 p.
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CARGA ORGÁNICA VOLUMÉTRICA
Donde:
L = Carga orgánica volumétrica [kg/m3.d] S0 = Concentración contaminante del afluente [mg/l] TRH: Tiempo de Retención Hidráulico (θ) (días) Según Young, en el diseño de filtros anaerobios las cargas orgánicas volumétricas no exceden por lo general los 12 kg/m 3.d, a menos que se traten aguas con cargas contaminantes que excedan los 12000 mg DQO/l, lo que según él, implica
que existe una concentración por encima de la cual el diseño de los filtros queda limitado por la carga y por debajo de la cual queda limitado por el TRH. Young también afirma que la concentración contaminante del afluente no afecta en forma considerable el rendimiento de los filtros en un rango aproximado de entre 3000 y 12000 mg DQO/l. Esto probablemente se deba a la naturaleza mezclada de la fase líquida dentro de los filtros anaerobios [Young, 1991]. o
Lina Marcela Parra Rodríguez. (2006). Operación de un Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA) hasta alcanzar el estado estable. Tesis Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería y Arquitectura. 7, 8 p.
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MEDIO DE SOPORTE
La superficie específica del medio parece tener un efecto menor en el rendimiento de los filtros anaerobios de flujo ascendente, pero este beneficio generalmente no es suficiente para incrementar el área superficial más allá de 100 m 2/m3 [Young, 1991]. Para el relleno de filtros anaerobios se han ensayado diferentes tipos de materiales entre los que podemos contar gravilla, materiales cerámicos, cilindros y esferas plásticas perforadas, módulos tubulares de flujo cruzado o de flujo vertical, bambú, etc. El material de relleno más utilizado es la grava, debido esencialmente a su bajo costo y a su facilidad de adquisición. Sin embargo, estudios han demostrado que el empleo de materiales plásticos tubulares permite el tratamiento de aguas residuales con una mayor carga orgánica y con una más alta concentración de sólidos, ya que son materiales de una mayor porosidad y permiten una mejor distribución de flujo. o
Lina Marcela Parra Rodríguez. (2006). Operación de un Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA) hasta alcanzar el estado estable. Tesis Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería y Arquitectura. 8 p.
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De acuerdo al Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000. Colombia, se recomienda: Se recomienda que los filtros anaerobios estén cargados en su totalidad con elementos de anclaje, salvo el 15% superior de su profundidad total. Esta zona superior sirve para homogeneizar la salida evitando los canales preferenciales de flujo. En filtros anaerobios de menos de 1.50 m de diámetro no hay ningún elemento colector en la superficie de esta zona para conducir el efluente hacia la
salida. En unidades de diámetro mayor de 1.5 m, se recomienda una canal de bordes aserrados colocada al nivel de la superficie y en sentido diametral, para conducir uniformemente el efluente al orificio de salida. El flujo entra al lecho poroso por el fondo del mismo y debe ser distribuido radialmente en forma uniforme, para este fin habrá un “difusor” en el fondo del lecho, al cual llega el flujo mediante un tubo o ducto, instalado dentro o fuera del cuerpo de la unidad. Como medio de anclaje para los filtros anaerobios, se recomienda la piedra: triturada angulosa, o redonda (grava); sin finos, de tamaño entre 4 cm y 7 cm. En caso de que el ingeniero utilice otro tipo de medio, debe sustentar los valores del parámetro que vaya a utilizar en su diseño. o
Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000. Colombia. E-86 p.
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TEMPERATURA, pH Y NUTRIENTES
Los filtros anaerobios generalmente operan satisfactoriamente en el rango mesofilico de temperaturas, es decir, entre 25 y 38 ºC [Young, 1991]. En cuanto al control de Ph, los filtros anaerobios presentan buena capacidad autorreguladora. Los nutrientes deben ser adecuados para el desarrollo de las bacterias metanogénicas. Generalmente se acepta que el nitrógeno y el fósforo son los elementos que más tienen que ver con el desarrollo de los microorganismos dentro de un sistema anaerobio. El requerimiento de nutrientes del sistema es descrito generalmente por la relación (relación mínima):
Donde: DQOentrada: Concentración de sustrato del afluente. N y P: Concentración de Nitrógeno y Fósforo en la alimentación Generalmente en la dicha relación solo se toman en cuenta los requerimientos de nitrógeno, ya que el requerimiento de fósforo es de una magnitud que solo implicaciones económicas menores. Nutrientes diferentes al Nitrógeno y al Fósforo, como Hierro, Níquel, Magnesio, Calcio, Bario,Cobalto y Sulfatos, son esenciales para los procesos anaeróbicos. Su influencia se hace notar en aspectos como la floculación, la precipitación del sulfuro (en el caso del hierro) y el incremento de la actividad bacterial.
En reactores a escala completa la importancia de nutrientes como el níquel no es considerable, ya que sólo está presente en trazas. Pero en experiencias a nivel de laboratorio, la falta de este compuesto puede conducir a una reducción considerable de la actividad metanogénica [Young, 1991]. o
Lina Marcela Parra Rodríguez. (2006). Operación de un Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA) hasta alcanzar el estado estable. Tesis Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería y Arquitectura. 9 p.
RECOMENDACIONES Mantener un buen control de las variables de diseño, como lo son el pH, la temperatura y los nutrientes principalmente, ya que de estos parámetros depende el buen funcionamiento del metabolismo de los microorganismos y por lo tanto lograr una mayor remoción en cuanto a materia orgánica se refiere. o
Lina Marcela Parra Rodríguez. (2006). Operación de un Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA) hasta alcanzar el estado estable. Tesis Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería y Arquitectura. 30 p.
__________________________________________________________________ El Filtro Anaeróbico no opera a toda su capacidad de seis a nueve meses después de la instalación debido al largo tiempo de arranque requerido por la biomasa para estabilizarse. Por lo tanto, la tecnología de Filtro Anaeróbico no debe ser usada cuando es inmediata la necesidad de una tecnología de tratamiento. Una vez trabajando a toda su capacidad, es una tecnología estable que requiere poca atención.
MANTENIMIENTO Con el tiempo los sólidos taparán los poros del filtro. Asimismo, la masa creciente de bacterias será demasiado gruesa y se romperá y tapará los poros. Se requiere un tanque de sedimentación antes del filtro para evitar que la mayoría de los sólidos entren en la unidad. El taponamiento parcial aumenta la capacidad del filtro para retener sólidos. El filtro debe ser limpiado cuando baje su eficiencia. Los filtros se limpian haciendo funcionar el sistema en modo inverso para desbloquear la biomasa acumulada y las partículas. Tam bién se puede extraer y limpiar el filtro. o
T2- Filtro anaeróbico (en línea). Compendio de sistemas y tecnologías de saneamiento. Disponible en http://www.alianzaporelagua.org/Compendio/tecnologias/t/t2.html. Consultado 09 sep. 2013.
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