Introducción
Los biodiscos constituyen una modalidad de tratamiento de las aguas residuales, englobada dentro de la familia de los Contactores Biológicos Rotativos (CBR).
Los CBR son sistemas de tratamiento en los que los microorganismos se hallan adheridos a un material soporte, que gira semisumergido (aproximadamente el 40% de su superficie) en el agua a depurar.
Al girar lentamente (1-2 rpm), el soporte expone su superficie alternativamente al agua y al aire. Sobre el soporte se desarrolla, de forma natural y gradualmente, una película de biomasa bacteriana, que emplea como sustrato la materia orgánica soluble presente en el agua residual (fase de inmersión) y, que toma el oxígeno necesario para su respiración del aire atmosférico, durante la fase en que el soporte se encuentra fuera del agua.
La biomasa presente en el tanque en el que se dispone el elemento rotor, que se mantiene en suspensión gracias al giro de este, ejerce una contribución muy pequeña a los rendimientos de depuración que se alcanzan con la aplicación de los CBR, pues se estima que un 90% de la biomasa activa se encuentra adherida al rotor.
En el caso concreto de los Biodiscos, el soporte para la fijación bacteriana está constituido por un conjunto de discos de material plástico de 1 a 5 m de diámetro. Los discos se mantienen paralelos y, a corta distancia entre ellos (2-3 cm), gracias a un eje central que pasa a través de sus centros. La distancia entre los discos depende de la carga orgánica con la que se opere, estando más separados entre sí los discos de la primera etapa, que son lo que reciben un mayor nivel de carga.
La superficie de los discos se corresponde, aproximadamente, con la superficie biológicamente activa para el tratamiento de las aguas.
Los CBR constan generalmente de 2 a 4 etapas, colocadas en confinamientos separados entre sí. Esta configuración facilita trabajar con diferentes cargas superficiales, o volumétricas, y amortigua los efectos de los picos de carga que se registran en las estaciones de tratamiento de las aguas residuales, especialmente en las de menor tamaño.
Los CBR operan bajo cubierta para evitar daños en la biomasa adherida a los rotores por la acción de los agentes atmosféricos (heladas, lluvias), y para preservarla en caso de averías electromecánicas, que detengan el giro del rotor.
Para profundizar en el conocimiento de los Biodiscos hablamos con Javier Salamero, CEO de ACAI, empresa aragonesa que lleva más de 25 años fabricando Biodiscos para el tratamiento de las aguas residuales.
Médico del Agua (MdA).- Javier, tras tiempos pasados en los que la tecnología de Biodiscos era propensa a fallos mecánicos, especialmente por la rotura de sus ejes de accionamiento, ¿en qué momento se encuantra en la actualidad la implantación de esta tecnología?
Javier Salamero (JS).- En mi opinión, el momento actual de la implantación de esta tecnología en España es idílico, por dos motivos principales. Por un lado, en nuestras Comunidades Autónomas se está acometiendo la construcción de pequeñas plantas de tratamiento (de 100 a 4.000 habitantes equivalentes) y es precisamente en este rango de población donde la tecnología de Biodiscos presenta sus principales ventajas, especialmente en lo que hace referencia a su simplicidad operacional y a sus bajos costes de explotación.
Además, se cuenta ya con una amplia experiencia en la tecnología de Biodiscos, tanto por parte de las administraciones con competencias en tratamiento de aguas residuales, como por las ingenierías especializadas en la redacción de proyectos, lo que ha llevado a un dimensionamiento más adecuado de los procesos, lo que supone el 50% del éxito de estos sistemas.
El otro 50% se está consiguiendo mediante una mayor definición de las calidades de los materiales y una mayor exigencia en los pliegos de especificaciones técnicas, que obligan a los fabricantes a ofrecer al mercado equipos ROBUSTOS. En este aspecto, el feedback que aportan los departamentos de explotación es del todo determinante, a la hora de mostrar qué equipos funcionan y cuáles no.
La amenaza permanente para la tecnología de Biodiscos, como para otras, es la utilización de criterios económicos, en lugar técnicos, en el proceso de compra por parte de las empresas contratistas de obra.
Se deben instalar los equipos que hayan demostrado previamente su robustez, y eso se debería prescribir en los pliegos y luego exigirse en la instalación de los equipos en la obra.
MdA.- Para ti, ¿cuáles son las principales ventajas de la aplicación de los Biodiscos frente a otras tecnologías de tratamiento?
JS.- Te diría que el ahorro energético y la simplicidad del proceso. El ahorro energético por la escasa energía que se requiere para el giro de los discos, y que viene a ser una cuarta parte de la energía que requiere un proceso de fangos activos para tratar la misma población. Dada la escasa potencia necesaria para el funcionamiento de los Biodiscos, esta energía puede obtenerse de fuentes renovables (fotovoltaica, eólica).
En lo referente a la simplicidad, porque se trata de un proceso autorregulado, que no requiere instrumentación ni grandes conocimientos para llevar a cabo su explotación. Además, la inspección de las bacterias sobre los discos se puede hacer de forma visual.
También, gracias al grado de empaquetamiento de los discos, que permite una alta concentración de bacterias, las plantas de Biodiscos ocupan muy poco espacio. Esto es una gran ventaja ya que la planta se puede montar en un edificio, lo que es ideal para zonas frías, o para zonas densamente pobladas donde no es posible separar la EDAR de las casas.
Por otro lado, los Biodiscos al ser sistemas de biopelícula, son estables frente a sobrecargas orgánicas e hidráulicas. Las bacterias están adheridas a los discos, por lo que no son arrastradas hacia vertido final en los momentos de excesos de caudal de las aguas a tratar. Cosa que sí ocurre en los fangos activos, donde un exceso de caudal, en períodos de lluvia, puede dejar al reactor biológico sin bacterias.
MdA.- En que tamaños de población se está aplicando principalmente los Biodiscos?
JS.- En Estados Unidos, en los años 70 y 80, se emplearon Biodiscos en poblaciones de más de 100.000 habitantes. En la actualidad, en Europa este rango suele oscilar entre los 50 y los 5.000 habitantes.
En ACAI el Biodiscos más grande que hemos implantado da servicio a 10.000 habitantes equivalentes, en la EDAR de Mequinenza (Zaragoza), y se puso en operación en el año 2001.
MdA.- ¿Cuáles son las configuraciones-diagramas de flujo que se aplican?, ¿varían en función del tamaño de la población tratada?
JS.- En los procesos convencionales la línea de agua puede ser de dos tipos, en función de que exista o no una etapa de decantación primaria:
Tipo 01: constituye el diagrama de flujo más habitual y procede de los primeros años de la tecnología de Biodiscos (década de los 60), cuando empezó a utilizarse como solución para dotar de tratamiento biológico a pequeñas depuradoras, que únicamente disponían de una Fosa Séptica o de un Tanque Imhoff. El esquema de las líneas de agua y lodos es el siguiente:
Línea de agua: Obra de llegada + Pretratamiento (Desbaste, Desarenado, Desengrasado) + Decantación primaria + Biodiscos para la eliminación de la materia carbonada + Biodiscos para la nitrificación + Decantación secundaria.
Línea de lodos: Purga de lodos de los decantadores primario y secundario + Espesador + Deshidratación (ó envío a otra EDAR con Línea de Lodos).
En el caso de instalaciones medianas/pequeñas es frecuente la sustitución de la etapa de decantación primaria por un Tanque Imhoff, al que también se envía los lodos purgados del decantador secundario, para su estabilización vía anaerobia. Con ello se simplifica y abarata la gestión de los lodos en exceso.
Tipo 02: se trata una disposición menos habitual, en la que se prescinde del tratamiento primario, por lo que las aguas, tras un pretratamiento más exigente, pasan directamente a los Biodiscos:
Línea de agua: Obra de llegada + Pretratamiento (Desbaste, Desarenado, Desengrasado) + (Laminación recomendable) + Biodiscos para la eliminación de la materia carbonada + Biodiscos para la nitrificación + Decantación secundaria
Línea de lodos: Purga de lodos del decantador secundario + Espesador + Deshidratación (ó envío a otra EDAR con Línea de Lodos).
Esta disposición presenta los inconvenientes de requerir una mayor superficie de Biodiscos (al no darse una bajada del orden de un 30% de la carga de DBO5 en el tratamiento primario), y de ser más sensible a las puntas de caudal y carga, al no contarse con el efecto colchón que ejerce volumen de la etapa de decantación primaria. Por ello, a mi juicio, esta disposición requiere de una etapa previa de homogeneización, o de laminación de caudales y cargas.
MdA.- ¿Qué cantidad de lodos en exceso se generan en los Biodiscos? ¿Cuáles son sus características y como se suelen gestionar?
JS.- La generación de lodos en los Biodiscos viene a ser similar a la que se genera en los Filtros Percoladores, de orden de de 0,8-1,0 kg m.s. por kg de DBO5 eliminada.
He comprobado que existe la falsa creencia que los Biodiscos no generan lodos. Esto es del todo falso, se trata de un proceso de biopelícula, en el que los lodos en exceso no están estabilizados, por lo que requiere una digestión de los mismos.
En instalaciones pequeñas para la estabilización vía anaerobia de los lodos se recurre al empleo de Tanques Imhoff (como se comentó anteriormente), o al uso de digestores en frío.
Como anécdota, recuerdo haber visto algunas depuradoras norteamericanas que recurrían a digestores aerobios para estabilizar los lodos procedentes de los Biodiscos. Sorprendía la combinación de una tecnología de un alto consumo energético, como la digestión aerobia de lodos, con una tecnología de tan bajos requerimientos energéticos como los Biodiscos.
MdA.- Hace poco habéis anunciado la patente de un nuevo proceso para la eliminación de nitrógeno (DISKIFAS), ¿en qué se basa fundamentalmente?
JS.- El gran reto de la tecnología de Biodiscos era conseguir una eficiente eliminación de nitrógeno.
Los Biodiscos tradicionales son muy eficaces eliminando carbono y nitrificando, pero la eliminación de los nitratos era el gran reto, al requerir de una etapa anóxica en la que se diese este proceso.
Para este fin, algunos fabricantes habían probado varios sistemas, copiando las líneas de agua de los procesos N+DN de lodos activos, recirculando en el reactor los nitratos desde la zona aerobia a una zona anóxica. Pare ello, en los Biodiscos se recirculaba desde su la salida, donde se supone el efluente nitrificado, a cabecera, persiguiendo conseguir una denitrificación.
La eliminación de nitrógeno de esta forma era muy parcial, principalmente por dos motivos: por la baja concentración de DBO5 disponible para desnitrificar y por la presencia de oxígeno disuelto, debida tanto a la recirculación de un agua con alta concentración de oxígeno, como a la oxigenación que el propio giro del Biodiscos genera.
Trabajando con expertos en eliminación de nutrientes y sistemas IFAS (Integrated Activated Sludge), se nos ocurrió que utilizando en un mismo reactor lodo en suspensión para eliminar carbono y Biodiscos para nitrificar, podríamos conseguir que el lodo en suspensión, en un estado anóxico, utilizase los nitratos producidos por el Biodisco para eliminar el carbono.
Nuestro sistema consigue, de forma muy estable, que el Biodiscod simplemente nitrifique y que el lodo en suspensión desnitrifique eliminando carbono. El reto conseguido por ACAI en el DISKIFAS es que cada cultivo se mantenga en su sitio y haga su función.
El proceso ocurre en una única cuba, donde cohabitan el lodo heterótrofo en suspensión con la biopelícula nitrificante en los Biodiscos. Con ello, se consigue que los procesos de nitrificación y desnitrificación tengan lugar en el mismo recipiente. El elemento que genera los nitratos (Biodiscos), está en contacto con quien los consume (el lodo en suspensión), por lo que no se requiere de la típica corriente de recirculación interna, con el consiguiente ahorro de energía.
El agua antes de entrar en el DISKIFAS sólo requiere de un pretratamiento y, en todo caso, es recomendable una laminación del caudal.
MdA.- ¿Qué porcentajes de eliminación de nitrógeno se logran con esta nueva configuración de los Biodiscos?
JS.- Ajustamos nuestros dimensionamientos a las exigencias de los límites de vertido (menos de 15 mg/l de N, o menos de 10 mg/l de N), pero somos capaces de conseguir porcentajes de eliminación de nitrógeno superiores al 95%.
MdA.- Esta nueva configuración de los Biodiscos ¿incrementa el consumo eléctrico?
JS.- Al contrario, el consumo energético es menor, puesto que conseguimos eliminar carbono y nitrógeno con un sólo Biodiscos para nitrificar.
En un sistema convencional sería necesario un Biodiscos, para eliminar primero carbono, y seguidamente un segundo Biodiscos para nitrificar, antes de pensar como llevar a cabo la desnitrificación.
Con el DISKIFAS, sólo con un Biodiscos nitrificante y un tanque anóxico, algo mayor que la cuba de un Biodiscos tradicional, conseguimos la eliminación de carbono, la nitrificación y la desnitrificación acoplada a la eliminación de carbono. No siendo precisa la corriente de recirculación interna.
Además, el fango obtenido presenta una alta velocidad de decantación, lo que facilita la etapa de sedimentación secundaria.
MdA.- ¿Al darle mayor profundidad a la cuba que contiene el rotor, como se asegura la correcta mezcla de su contenido?
JS.- En los ensayos llevados a cabo en el prototipo (30 m3/d, 150 habitantes equivalentes), inicialmente se empleaba un agitador en la cuba para mantener el lodo en suspensión. Posteriormente, se comprobó que con el giro continuo de los discos y las corrientes influentes de alimentación y recirculación desde la etapa de sedimentación secundaria, era suficiente para mantener el fango en suspensión en el interior de la cuba, sin pérdida de rendimiento.
MdA.- ¿Qué ventajas presenta la nueva tecnología DISKIFAS frente a los Biodiscos convencionales?
JS.- La siguiente tabla compara los Biodiscos convencionales con la tecnología DISKIFAS:
A modo de resumen, las principales ventajas de la tecnología DISKIFAS son las siguientes:
- Se consigue la eliminación de nitrógeno a bajo coste energético y con un proceso robusto y estable. Esta eliminación en los Biodiscos convencionales era difícil de conseguir.
- Se requiere de menos inversión. Los Biodiscos son equipos que tienen un coste de fabricación alto. Si sólo ponemos un equipo en lugar de dos, estamos teniendo un gran ahorro. Es cierto que hay que construir un tanque anóxico más grande que las cubas de los Biodiscos convencionales, pero aún así sigue siendo más económico que construir otro Biodiscos.
- Al no ser necesaria la decantación primaria se tiene un ahorro en obra civil.
MdA.- ¿Que próximos pasos tienes previsto para dar a conocer la tecnología DISKIFAS?
JS.- ACAI es socio de ZINNAE, que es el Clúster Aragonés del Agua, y a través suya estamos en contacto con otros clústers para dar a conocer nuestra nueva tecnología, una vez ya registrada, pues creemos que verdaderamente merece la pena y que ha venido para quedarse en el mundo de la depuración durante muchísimos años.
También tenemos intención, antes de que acabe el año, de implantarnos en el Centro Experimental de Carrión de los Céspedes (Sevilla), gestionado por la Fundación Pública Andaluza CENTA, pues estamos interesados en realizar proyectos demostrativos en España y en otros países.
MdA.- Muchas gracias Javier. ¿Alguna cosa más para despedirte?
JS.- Juan José, quisiera aprovechar la ocasión para rendir agradecimiento y homenaje a mi madre Pepita Ribes, hija de Alcarrás (Lérida), que nos dejó este pasado mes de septiembre, ya que sin su apoyo nunca hubiera sido posible ACAI.
