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Tal como adelantáramos en la parte de fundamentos, los trenes de biodiscos pueden estar cumpliendo funciones de reducción de DBO o nitrificación e incluso denitrificación.  El diseño de las plantas empleandos biodiscos es característicamente en niveles o etapas.  Típicamente en la primera fila se desarrollan bacterias heterotróficas, responsables de remoción de BOD.  A medida que la presencia de material orgánico disminuye, y en forma asociada la población heterótrofa, se desarrollan las culturas nitrificantes, de menor velocidad de multiplicación siendo que ya en los últimos escalones encontramos organismos más complejos incluyendo protozoarios, rotíferos y otros predadores naturales.  La implementación de procesos denitrificantes (i.e. empleo de nitrato como aceptor de electrons dando lugar a nitrógeno en fase gase), se realiza, por ejemplo, mediante el aporte de metanol y manteniendo el conjunto de biodiscos totalmente sumergido, o aumentando el nivel de submergencia y disminuyendo la velocidad de rotación.  De esta manera, se disminuyen las posibilidades de acceso a oxígeno libre y forzando de alguna manera a tener que recurrir al oxígeno del nitrato.      .

El mejor aprovechamiento de la instalación indica operar las etapas asemejando un comportamiento de primer orden, i.e. velocidad de asimilación proporcional a la cantidad de material presente.  Esto implica que se prefiera/convenga partimentar el tratamiento en etapas en que la limitación sea debido a presencia de sustrato y no déficit de oxigenación.  Por lo tanto lo que se procura es mantenerse dentro de los marcos óptimos de remoción.  La tasa de conversión o eficiencia del proceso resultante es mayor que si todo el material plástico estuviese en un único recipiente, mezclado completamente pero expuesto a una concentración relativamente baja de material orgánico.  De ahí la “filosofía” o estrategia de particionamiento: mínimo 3 etapas para remoción de DBO5 y mínimo 4 etapas para remoción de DBO5/NH3 combinado.

Dimensionado

Ilustremos este último comentario.  Supongamos recibir un efluente relativamente bajo en material orgánico.  Pasa a través del biodisco, la material orgánica es distribuída en la superficie y en la medida que el proceso es capaz de entregar oxígeno, habrá asimilación del material soluble a una buena tasa.  Vamos a querer que la tasa sólo esté limitada por la disponibilidad de oxígeno.  Estamos empleando entonces de forma irreprochable el dinero que invertirmos.  Por otro lado, cuando el efluente tiene valores muy altos de material orgánica vemos claramente que al menos la primera etapa no tendrá capacidad para asimilar tanta carga – incluso podremos tener el problema de desarrollar especies indeseables.  Por lo tanto, lo que se hace al dimensionar una sistema de biodiscos es no superar ciertos valores, fundamentalmente densidades superficiales no superiores a 2.5 lb sBOD/día per 1,000 sq.ft. para sistemas de biodiscos mecánicos y no superiores a 3 lb sBOD/día per 1,000 s.ft. para sistemas de biodiscos con accionamiento neumático.

Una manera “simplificada” de dimensionamiento preliminar sería asignar máx. 3 lbBOD/day per 1,000 sq.ft. de soporte plástico o máx. 1.5 lb sBOD/day per 1,000 sq.ft., admitiendo máx. 12 lbBOD/day per 1,000 sq.ft. exclusivamente para todos los biodiscos del primer nivel.  Debido al efecto de bajas temperaturas, por ejemplo se incrementaría un 15% de área de soporte plástico requerido por cada 5°F (c. 2.77°C) por debajo de 55°F (12°C).  Otra alternativa, para el caso de efluentes poblacionales sería no superar  máx. 2.5 – 3  lb sBOD/day per 1,000 sq.ft. en la primera etapa.  En la práctica es usual el dimensionado mediante planillas o programas especializados, ejemplo.  En ciertas aplicaciones industriales, altas concentraciones orgánicas o hidráulicas, puede ser necesario incrementar especialmente las dimensiones de la primera línea de biodiscos, esto es, los compartimentos que están recibiendo el efluente directamente.  Veamos la importancia de hacer un momento de reflexión antes de pasar a la fase constructiva examinando otro ejemplo, efluente industrial en este caso.

Del punto de vista de dimensionado de tanques, y en el caso de tratarse de efluentes municipales con valores BOD5 hasta 300 mg/L, se prescribe 0.12 ga/sq.ft.  El aumentar el tamaño de los tanques en ese contexto no se traduce en mejoras significativas.  El nivel de líquido es aproximadamente poco más de 1.5m para 40% de submergencia.

En los sistemas de biodiscos, la generación de lodos puede ser menor, e.g. 10-15% menos, que en los sistemas de lodos activados y aproximadamente de la misma magnitud que en los otros sistemas de soporte fijo, e.g. filtros percoladores, biotorres.  El origen de los lodos comprende tanto los sólidos provenientes de la clarificación primaria, como los biosólidos del sedimentador secundario.  Según sea el standard admisible de sólidos suspendidos en la descarga, e.g. 30, 20, 10 mg/L puede emplearse tasas hidráulicas para el sedimentador secundario del orden de 800, 600, 500 gpd/sq.ft.  Si bien la inclusión /construcción de clarificación primaria sea probablemente la manera más costosa de pretratamiento (vs. sencillos tamices de malla, estáticos o aún rotativos), permite el manejo unificado de los sólidos, incluyendo cierto grado de almacenamiento.  De todas maneras puede llegar a requerirse cierto grado de aireación, especialmente en los casos en que debido a bajo flujo se presenten tiempos de detención excesivos, e.g. superiores a 6 horas.  Probablemente para instalaciones de biodiscos de mediano porte, e.g. hasta 10 mgd, la alternativa de pretratamiento mediante tamices, empleando malla de acero, sea la más competitiva. Veamos un ejemplo para una pequeña comunidad.

Probablemente al igual que casi todos los procesos unitarios, el mejor sistema de tratamiento de efluentes se logra con la concurrencia o combinación de varias tecnologías, e.g. remoción de BOD mediante lodos activados y nitrificación mediante biotorres, biodiscos o humedales, pretratamiento de alta tasa mediante biotorres y luego lodos activados, o combinaciones similares.  El dimensionamiento del ejemplo municipal  basado exclusivamente en biodiscos, incluyendo remoción de BOD5 y nitrificación intencional, puede verse aquí.  

Si bien esta tecnología se ha enmarcado en aplicaciones de tipo tratamiento de efluentes, e.g. municipal, industrial, el empleo de sistemas de biodiscos ha logran la “eliminación exitosa” (en realidad stripping) de acetona, solventes orgánicos, amoníaco, cianuro, y compuestos clorados entre otros.

Cotización de Cortesía B&B/Orden de Magnitud