1

Tratamiento Biológico de Aguas Residuales sin generación de Lodos sistema (MSABP™)

ING. JULIO ELIAS GRAU

Arequipa, Septiembre, 2011

2

Multi-Stage Activated Biological Process (MSABP™)

Proceso Biológico Activado Multietapa de Lecho Fijo (MSABP™)

ING. JULIO ELIAS GRAU

3

TRATAMIENTO ANAERÓBICO

4

TRATAMIENTO ANAERÓBICO

5

DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA

La degradación anaerobia de la materia orgánica requiere la intervención de diversos grupos de bacterias facultativas y anaerobias estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los productos metabólicos generados por cada grupo. La digestión anaerobia de la materia orgánica involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación:

1. Hidrólisis Grupo I: bacterias hidrolíticas

2. Acidogénesis Grupo I: bacterias fermentativas

3. Acetogénesis Grupo II: bacterias acetogénicas

4. Metanogénesis Grupo III: bacterias metanogénicas

6

DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA

7

DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA

8

DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA

9

DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA

Son útiles para aguas residuales de alta carga orgánica

Tienen una eficiencia a lo mas del 70%

No remueven nutrientes ni parásitos

El lodo produce malos olores

Se requiere alta especialización para su operación

Las bacterias son muy sensibles su habitat, temperatura y altas cargas de sustrato.

10

Topicos de Discusión

Conceptos básicos del MSABP

Desarrollo del proceso

Principios, Diseño y Performance del proceso.

Alcalnce del Equipamiento.

Experiencias de Operación

11

Qué es el MSABP? Es un proceso biológico de tratamiento de aguas

residuales de Crecimiento Adherido y lecho fijo• Tratamiento Secundario de aguas Residuales Domésticas

o Pretratamiento de Aguas Residuales Industriales.

Son Multiples selectores biológicos en serie• Crea las condiciones mas favorables para la oxidación de

la carga orgánica.

• Produce el medio ambiente para el desarrollo natural de una cadena alimenticia microbiológica.

Mediante el cual los organismos que reducen los compuestos orgánicos son a su vez consumidos por los organismos de nivel más alto en las últimas etapas.

12

Qué es el MSABP?

Elimina eficazmente los contaminantes y carga orgánica presente en las aguas residuales.

Lo hace sin la generación de lodos (biosólidos), común en otros procesos biológicos.

Se obtienen ahorros significativos en costos de capital y de operación y mantenimiento.

13

Aireación Sedimentación

Efluente

Retorno de Lodos

Licor

De Mezcla

Afluente Proveniente del Tratamiento Preliminar

Evacuación de Lodos

Proceso Típico de Lodos Activados

14

Proceso Biológico Activado Multietapa de Lecho Fijo(MSABP™)

15

Desarrollo de la Tecnología Dr. Efim Monosov, Gerente Técnico

• Doctorado en Tratamiento de Aguas Residuales de la Universidad de Ingeniería en Leningrado, Rusia.

• Con Una especialización en química y modelamiento matemático.

Especializado en Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas e Industriales.• Desarrollo el ELCAT como parte de su tésis de doctorado.

• Tratamiento Electro-catalítico de aguas residuales no biodegradables y residuos inorgánicos tales como herbicidas, colorantes y fenoles

• Comenzó su investigación del proceso de crecimiento adherido.

Emigró a Israel el 1990

Consultor de muchas empresas consultoras de ingeniería.

Fundó Elif Technology Ltd en 1994

16

Technology Development

El primer proceso fué diseñado para aguas residuales de alta salinidad de proceso de animales.• Evaluó el Reactor Multi-Etapa vs el Mezcla Completa

• Evaluó el crecimiento suspendido vs el crecimiento adherido

• Evaluó el sistema Media disperso vs media fijo.

17

Desarrollo de la Tecnología

El Reactor multietapa es más eficiente en la oxidación.• Mayor eficiencia en la remoción de la carga orgánica• La Población Microbiana es más diversa• Bajísima producción de Lodos

El Crecimiento de la Biomasa Adherida es más resistente. El Sistema de Lecho Fijo es más conveniente.

• Los sistemas media dispersos causan exceso de desprendimiento.

• Hay elevada energía a la entrada de los sistemas media mixtos.

El MSABP nació para• El Tratamiento Biológico de Aguas Residuales Domésticas

e Industriales.

18

Proceso MSABP Proceso diseñado para el

tratamiento de aguas residuales

Remoción de Inertes Crea el ambiente requerido para el Reactor MSABP

El proceso se basa en la sucesión de microorgánismos espaciales y una cadena trófica.

PrimarioPrimario

Buitre Buitre

PrimarioPrimario

PrimarioPrimario

19

Proceso MSABP Provee las condiciones en la

cual la materia orgánica es consumida por microorganismos primarios mientras que los microorganismos primarios son luego consumidos por otros microorganismos superiores organizados.

Process utilizes naturally occurring microbial food chains to oxidize waste pollutants and eliminate waste sludge

PrimarioPrimario

PrimarioPrimario

PrimarioPrimario

Buitre Buitre

20

Oxidación y Síntesis:

Materia Orgánica + O2 + Nutrients + Bacterias

CO2 + H2O + (Nuevas células bacterianas) + Energía

Principios del MSABP

21

Respiración Endógena:

Materia Orgánica + 5O2 + Bacterias

5CO2 + 2H2O + NH3+ Energía

Principios del MSABP

22

Nitrificación:

55NH4 + 76O2 +109HCO3 + Bacterias Nitrosomas

C5H7O2N+ 57H2O + 104H2CO3+ 54NO2

400NO2 +NH4 +4H2CO3 +HCO3 +195O2 + Bacterias Nitrobácter

C5H7O2N+ 3H2O + 400NO3

Denitrificación:

NO3 NO2 NO N2O N2

Principios del MSABP

23

Principios del MSABP

La masa de las nuevas células (biomasa) producidas en una etapa serán significativamente menores que la masa de la materia orgánica cruda oxidada en esta etapa.

La Energía transferida al siguiente nivel de la cadena trófica resulta en tan solo una fracción, la cual se convierte en una nueva biomasay el resto va al proceso metabolico.

El MSABP no es un circuito cerrado, por lo tanto las condiciones estables son alcanzadas y no se produce la acumulación de residuos.

24

Principios del ProcesoD

ism

inuci

ón d

e la B

iom

asa

Masade los

ConsumidoresFinales

Masade los

Consumidores Intermedios

Masa de losConsumidores Primarios

Masa de los Productores Primarios

Dism

inució

n d

e la

Energ

ía

25

Principios del Proceso

26

Proceso Biológico Activado Multietapa de Lecho Fijo(MSABP™)

27

Aplicaciones

Aguas Residuales Domésticas

Municipios, Riego de parques

Remoción de Nutrientes

Rehabilitaciones

Ampliaciones

Desagues

Industriales

28

Diseño del MSABP El Bioreactor se divide de 8 a

12 etapas Cada celda contiene un diseño

diferente y progresivo para el medio ambiente de la cadena alimenticia

Una apropiada sumergencia de la pelicula fija al lecho fijo es usada en cada etapa para proveer alta densidad de de bacterias y contacto con el sustrato.

El lecho fijo “estabiliza” los organismos deseados para proveer alta eficiencia de remoción con un insignificante producción neta de lodos.

29

Diseño del MSABP para Aguas Residuales Domésticas

Criterio de Dimensionamiento

Típico TRH, 20-30 horas• Depende de las características de las aguas residuales

• Depende del nivel de tratamiento requerido

• A Mayor TRH mayor eficiencia en el tratamiento

Típica carga de DBO5 < 15 #/d/kcf

8-12 etapas• Depende del tipo de tratamiento requerido

• Cadenas Carbonáceas se remueven en menos etapas, 6-8

• La Nitrificación y Denitrificación requieren mas etapas, 10-12

30

Concentrationes de BiomasaBiomasa Total, Fija & Suspendida en las etapas del MSABP

MSABP Stages

Con

cen

trati

on

Total

Fixed

Suspended

CrecimientoLogaritmico

Declinación delCrecimiento

FaseEndógena

31

Etapa 1: Crecimiento Logarítmico

La absorción de la materia orgánica disuelta es realizada por los microorganismos que crecen fijados en la media.

El crecimiento Logarítmico de la biomasa se realiza en un corto periodo de tiempo.

Se produce la oxidación de sustratos fácilmente biodegradables.

En ésta fase se produce una reducción significante de la DBO5.

32

Etapa 2: Declinación del Crecimiento

Comienza un complejo proceso de oxidación biológica compuesto por tres reacciones una seguida de la otra:

• Sintesís de la Biomasa

• Respiración Endogena

• Nitrificación-Denitrificación

33

Etapa 3: Fase Endogena

La demanda de oxígeno disminuye en las etapas posteriores del proceso.

Los microorganismos son asimilados por los organismos de orden superior en la cadena alimenticia.

Destrucción masiva de la masa de lodos producida.

El Proceso minimiza los “lodos” remanentes en el efluente, pues estos lodos serán parte de los SST y estarán en concentraciones permitidas por las normas y regulaciones.

34

Performance MSABP en AR DomésticasGradiente de Oxígeno Disuelto en MSABP

35

Performance MSABP en AR DomésticasCinética del MSABP

36

Tipos de Especies Trópicas DesplegadasPresencia de Microorganismos en el Proceso

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

37

Performance MSABP en AR Domésticas Biomasa Total vs. Etapas MSABP

38

Microorganismos

39

Planta MSABP Aquarius Tratamiento Preliminar:

• Retención sólidos, arenas y remoción de residuos inorgánicos.

Proceso• Reactor Multi-etapa

• Difusores de Burbuja Fina

• Captura del crecimiento en el lecho fijo.

• Soportes para Media

Sopladores para aireación

Instrumentación

Sistema de Control de Procesos

40

Tratamiento Preliminar Remoción de material

inorgánico no biodegradable. of non-biodegradable material

Reja Gruesa y remoción de arenas.

Reja Fina de 1 mm de apertura.

Lavador y compactador de arenas.

Alternativa de Tratamiento de Olores

41

Reactor Multi Etapa Las Etapas en el reactor se

obtienen con pantallas deflectoras.

Trabaja con caudales por encima y debajo del caudal promedio.

Los deflectores no son hidrostáticos

Los Tanques son de Concreto

Pueden ser de Material Prefabricado

También de Acero.

42

Sistema de Aireación Extendida Sistema de Aireación

Extendida de Burbuja Fina y Burbuja Gruesa

Se provee el oxígeno necesario para satisfacer la demanda de las celdas aeróbicas dependiendo de la carga orgánica.

Las burbujas controlan la película de biomasa en la media.

43

Lecho de Crecimiento Fijo y Soportes

Material de Polyamida.

Ultra alta área de superficie del lecho.

Densidad uniforme para soportar la población de microorganismos en todas las etapas.

El lecho estabiliza la biomasa

La estructura de soporte son de acero galvanizado.

Cobertores básicos para el sol.

44

Lecho de Crecimiento Fijo

45

Sopladores & Controles Soplador en servicio y en

Stand-Bye

Instrumentación• Oxígeno Disuelto

Control• Gradiente de Oxígeno en

general

• Salida y Retroalimentación de Sopladores

Controles Integrados para Operación Automática

PLC

Interface HMI

46

Proyectos de Estudio

Yavne, Israel

NMUC, WI (planta piloto)

Roselle, IL (planta piloto)

JNRU, IN (planta piloto)

Driggs, ID (planta piloto)

Villarrin, Spain

Ash Creek, UT (planta piloto)

47

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 800 ---

TRH(hrs) 16 ---

DBO(ppm) 350 < 15

SST(ppm) 400 < 20

NH3(ppm) 70 < 1

Removal 95-96%

Yavne WWTP

48

Affidavit & 3 Year Data

49

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 175 ---

TRH 24 ---

DBO(ppm) 450 <10

SST(ppm) 250 <10

NH3(ppm) 100 <1

Removal 96-98%

JH Ranch, Etna, CA

50

Empresa Sanitaria Northern Moraine Glenbeulah, WI

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 20 ---

TRH 20 ---

DBO(ppm) 200 <5

SST(ppm) 180 <5

NH3 (ppm) 20 <0.2

TN (ppm) 30 <5

WW Temp (oC) 7-15 ---

Removal 98-99%

51

Empresa Sanitaria Northern Moraine

52

Empresa Sanitaria Northern Moraine

53

Empresa Sanitaria Northern Moraine Influente vs. Efluente DBO & SST

54

Empresa Sanitaria Northern Moraine Influente vs. Efluente NH3, TKN & TN

Sewer Jetting

55

Empresa Sanitaria Northern Moraine

Lecciones aprendidas• Performance consistente

• Compatible con aguas de muy baja temperatura

• Operación muy sencilla

• Remoción de Nitrogeno Total

• Sorprendente ausencia de Lodos

56

Diseño Piloto

57

Empresa Sanitaria Northern Moraine

58

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 15 ---

TRH(hrs) 22.5 ---

DBO(ppm) 175 <10

SST(ppm) 150 <10

NH3 (ppm) 30 <1

WW Temp (oC) 7 - 22 ---

Removals 95-99%

Empresa Sanitaria Northern Moraine

59

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 20 ---

TRH(hrs) 12 ---

pH 7.5 8.0

DBO(ppm) 175 <10

SST(ppm) 200 <10

NH3 (ppm) 30 <1

WW Temp (oC) 13-20 ---

Removals 95-99%

Roselle - Devlin WWTP

60

Roselle – Devlin WWTPInfluente vs. Efluente DBO & SST

Primary Effluent

High Flow Testing

Spring Melt

61

Turbidez del Efluente

62

Etapas NH3N NT

Influente 28.3 57.2

Etapa 2 18.1 36.6

Etapa 4 0.346 20.0

Etapa 6 0.031 13.2

Etapa 8 0.031 9.2

Etapa 10 0.027 7.9

Etapa 12 0.021 4.3

Balance de Nitrógeno

63

JNRU, Indiana

Parámetros Influent Effluent

Caudal(lps) 15 ---

TRH(hrs) 24 ---

DBO(ppm) 365 19

SST(ppm) 290 23

NH3 (ppm) 50 1.3

Temp AR (oC) 4 - 22 ---

64

St. Vrain WWTP – Firestone, CO

Parámetros Influent Effluent

Caudal(M3/día) 15 ---

TRH(hrs) 24 ---

DBO(ppm) 220 – 350 <10

SST(ppm) 350 - 1250 <10

NH3 (ppm) 25 – 40 <0.1

TKN (ppm) 50 - 70 <3

WW Temp (oC) 11-18 ---

Removals 95-98%

65

St. Vrain WWTPInfluente vs. Efluente DBO & SST

Transtorno

66

St. Vrain WWTP Influente vs. Efluente NH3, & TKN

Upset

67

Driggs, Idaho

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 30 ---

TRH(hrs) 24 ---

DBO(ppm) 200 <10

SST(ppm) 180 <5

NH3 (ppm) 20 <0.1

WW Temp (oC) 12-18 ---

Removals 97-98%

68

Driggs, IdahoInfluente vs. Efluente DBO & SST

69

Driggs, IdahoInfluente vs. Efluente NH3, & TKN

70

Parámetros Influent Effluent

Caudal(M3/día) 325 ---

TRT(hrs) 24 ---

DBO(ppm) 300 15

SST(ppm) 300 15

NH3(ppm) 40 <1

TN (ppm) --- <15

Villarrin de Campos - Zamora, España

71

Villarrin de Campos - Zamora, España

72

Ash Creek, UT

Parámetros Influente Efluente

Caudal(M3/día) 3 ---

TRH(hrs) 24 ---

DQO(ppm) 367 40

DBO(ppm) 158 3.6

SST(ppm) 198 8.4

NH3(ppm) 28 0.02

Nitratos --- 14.3

73

BENEFICIOS DEL MSABP Construcción Compacta

Operación muy sencilla

Control Automático

No se require control de SSLM

Proceso Estable y Resistente.

Resistente a cortos circuitos hidráulicos y sobrecargas orgánicas.

Efluente de gran calidad

No se requiere tratamiento , nimanejo ni trasporte de lodos.

74

Preguntas?