Tratamiento de aguas residuales industriales mediante el sistema biológico de alta eficacia FBR

7 de julio de 2021 (Lectura 15 mins)
Jordi Fabregas

1. Introducción: FBR sistema de tratamiento biológico de aguas residuales

El sistema FBR (flotation biorreactor) es un sistema de tratamiento biológico de aguas residuales que permite la eliminación de contaminantes de forma continua y compacta.

Estos sistemas, que ocupan poco espacio, son más eficientes en la eliminación de compuestos orgánicos y otros contaminantes biodegradables, y generan menos lodos que los sistemas convencionales de lodos activados.

El agua residual, tratada previamente mediante cribado y eliminación de grasas y aceites, se introduce en un reactor biológico de aireación, donde los contaminantes del agua se ponen en contacto con microorganismos que los degradan en presencia de oxígeno.

El oxígeno se introduce mediante sistemas de aireación como difusores de burbuja fina, difusores de burbuja gruesa, sistemas JET, etc. El control de la concentración de oxígeno y de la temperatura dentro del reactor es fundamental para proporcionar a los microorganismos las condiciones óptimas para la eliminación de contaminantes.

Foto de un reactor biológico diseñado e instalado por SIGMA en la planta de tratamiento de aguas residuales de una industria láctea.
Reactor biológico parte de un sistema FBR instalado por SIGMA en una industria láctea.
 Foto del sistema de difusores del reactor biológico  como parte del sistema FBR instalado por SIGMA en industria procesadora de alimentos.
Sistema de difusores dentro del reactor biológico, parte de un sistema FBR, instalado por SIGMA en una industria procesadora de alimentos.

Como consecuencia de las reacciones biológicas llevadas a cabo dentro del reactor, los contaminantes son transformados en dióxido de carbono, agua y crecimiento celular de la biomasa. Una bomba impulsa la mezcla de lodos y agua tratada al siguiente sistema de clarificación.

El sistema de clarificación de un FBR está especialmente diseñado para separar la biomasa del agua tratada. Para ello se utiliza un sistema de flotación por aire disuelto que lleva a cabo esta separación, generalmente asistida y optimizada mediante el uso de polielectrolito.

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Al poner en contacto el lodo con un polielectrolito en un equipo de floculación, se favorece la formación de flóculos de biomasa que serán fácilmente separados en la unidad DAF.

La clarificación mediante equipos DAF permite obtener una concentración de lodo separado mucho mayor que con sedimentadores convencionales, pudiendo alcanzar un contenido en materia seca de hasta el 5%.

Foto de un DAF como parte de un sistema FBR, fabricado e instalado por SIGMA en la planta de tratamiento de aguas residuales de una industria cárnica.
Equipo DAF diseñado e instalado por SIGMADAF como parte de un sistema FBR aplicado al tratamiento de aguas residuales de una industria cárnica.

Dentro de una unidad DAF, se generan micro-burbujas de entre 30-50 micras de diámetro, que se adhieren a los flóculos de biomasa provocando que estos se eleven hacia la superficie de la unidad DAF, donde son separados mediante un sistema se skimmers.

La materia sedimentable desciende hasta el compartimento de sedimentos en el fondo de la unidad DAF y es descargada por el sistema de extracción de lodos. Los lodos biológicos son en parte recirculados hacia el reactor biológico y en parte purgados. Dado que estos lodos están altamente concentrados es posible alcanzar concentraciones muy elevadas de biomasa dentro del reactor, lo que deriva en mayores eficiencias de degradación de la carga contaminante.

El equipo DAF produce un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las exigencias de descarga.

Una parte del lodo no será descargada, sino que recirculará al reactor biológico para mantener una concentración de biomasa estable, mientras que otra parte se extraerá como purga.

Con los sistemas FBR diseñados y fabricados por SIGMADAF se pueden alcanzar de manera eficiente los límites de descarga establecidos por las leyes vigentes.

2. Ventajas de un sistema FBR

  • Caudal y calidad continuada del efluente de agua clarificada.
  • Alta fiabilidad y estabilidad del proceso, ya que el sistema DAF es robusto frente a las variaciones en la calidad del lodo.
  • Son sistemas compactos y el tamaño del reactor es menor que si se aplica un sistema de lodos activos convencional de la misma capacidad, dado que la concentración de biomasa alcanzable dentro del reactor en mucho más alta.
  • Una unidad DAF es más pequeña que un sedimentador convencional e implica menos obras y modificaciones del terreno.
  • Los lodos obtenidos mediante un sistema DAF tienen entre un 3% y un 5% de materia seca, que es una concentración muy superior a la obtenida en sedimentadores convencionales. El volumen de lodos es menor, lo que se traduce en un ahorro en costes de gestión y tratamiento de deshidratación.
  • Tienen numerosas aplicaciones industriales: cárnicas y mataderos, procesadoras de alimentos, procesadoras de pescado, lácteas, productoras de zumos y bebidas azucaradas, repostería y panadera, textil y tinte, aceites y químicos, farmacéutica, etc.

3. Casos de éxito en el tratamiento de aguas residuales con sistemas FBR

A continuación, presentamos seis casos de éxito en los que se han obtenido excelentes resultados en el tratamiento de aguas residuales industriales con sistemas FBR.

3.1. Tratamiento biológico de aguas residuales de la industria procesadora de maltas aplicando un sistema FBR 

Foto planta depuradora de aguas residuales en una industria procesadora de maltas, cuya estación de tratamiento de aguas se aplica un sistema FBR.

Año: 2011

Localización del proyecto: Instalaciones de Cargill en Villaverde, Madrid.

Objetivos: · Cumplir con las exigencias legales de vertido. Posibilidad de adecuar la instalación a necesidades cambiantes derivadas de la ampliación de la planta de fabricación.

Equipos instalados: un sistema de tamizado y homogeneización; un reactor aeróbico con sistemas de aireación JET y sistema de dosificación de nutrientes; un sistema de coagulación-floculación SIGMA PFL con sistema de dosificación de polielectrolito; un sistema de clarificación DAF con un equipo SIGMA DAF FPAC-120; tratamiento completo de lodos mediante tanque de espesado y decantador centrífugo; instrumentación, sistemas de control y automatización de todo el proceso.

Capacidad: 1000 m3/día.

DQODBO5NTKFósforo total
4000 mg/L2000 mg/L100 mg/L20 mg/L
Características del agua
Eliminación de DQOEliminación de DBO5Eliminación de TKNEliminación de Fósforo total
> 75%> 75%> 50%> 50%
Rendimiento

Escenario

Cargill es líder mundial en la producción de alimentos, productos y servicios agrícolas, siendo el procesado de maltas una de sus especialidades. La industria procesadora de maltas emplea grandes cantidades de agua para el lavado y procesado de sus productos, tanto intermedios como finales. Estas aguas se caracterizan por una alta biodegradabilidad, lo que permite aplicar tratamientos biológicos con una alta eficacia.

SIGMADAF diseñó e instaló una planta completa para el tratamiento de las aguas residuales producidas en la fábrica procesadora de maltas de Villaverde, en Madrid. La planta consta de los siguientes procesos:

  • Un sistema biológico aireado para la eliminación de carga orgánica y nutrientes.
  • A la salida del reactor biológico se instala un sistema de separación de lodos por coagulación-floculación y clarificado por flotación DAF.

Con estos equipos se consiguen lodos con un contenido de sólidos secos 3 ó 4 veces superior a cualquier sistema convencional de lodos activos y sedimentación.

Tras el paso del efluente por el equipo de flotación SIGMA DAF FPAC-120 se obtiene:

  • Un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las exigencias de descarga.
  • Un lodo que en parte se recirculará al reactor biológico para mantener una concentración de biomasa estable y en parte se extrae como purga.

La adición de polielectrolito al sistema de clarificación permite generar flóculos de biomasa fácilmente separables, además de otorgar una alta concentración de biomasa dentro del reactor, que permite obtener un mayor rendimiento que el ofrecido por otros sistemas biológicos de biomasa suspendida

Además, SIGMADAF diseña e instala el tratamiento de lodos generados mediante una deshidratación con un decantador centrífugo.

Diagrama de proceso

Diagrama del proceso de depuración de aguas en una industria procesadora de maltas aplicando un tratamiento de aguas con sistema FBR.

3.2. Tratamiento biológico FBR de aguas residuales provenientes de la industria láctea

Foto del reactor en la estación de aguas residuales de la empresa de helados: HELADOS ESTIU S.A. ubicada en Ribarroja, Valencia.

Año: 2009

Localización del proyecto: Instalaciones de HELADOS ESTIU S.A. en Ribarroja, Valencia.

Objetivos: Eliminación de la carga orgánica proveniente de la fase de pre-tratamiento para el posterior vertido del efluente al colector de aguas.

Equipos instalados: tanque de homogeneización y aireación (biológico); sistema de aireación-recirculación AQUAJET para el tanque de tratamiento biológico; sistema de floculación en línea SIGMA PFL; sistema de flotación por aire disuelto SIGMA DAF FPAC-PWL; depósito de espesado de lodos y deshidratación mediante decantador centrífugo; equipos de dosificación de químicos y nutrientes; equipos de control y automatización.

Capacidad: 1000 m3/día.

DQODBO5
4500 mg/L2500 mg/L
Carga orgánica media del agua a la salida del actual pre-tratamiento
Eliminación de DQOConcentración de materia seca del lodo centrifugado
90%> 50%
Rendimiento del tratamiento biológico FBR

Escenario

Helados ESTIU S.A. es un productor de helados. Sus aguas residuales contienen una carga másica muy alta. Las instalaciones ya disponen de un pre-tratamiento, pero el cliente desea añadir un tratamiento biológico para la eliminación de la carga orgánica y para cumplir con los límites de vertido al colector general.

SIGMA diseñó e instaló un proceso FBR, que incluye un reactor de aireación en el que se transforma la materia orgánica en flóculos microbianos por adsorción y aglomeración, y un equipo DAF para separar la biomasa mediante floculación y clarificación secundaria. Con estos equipos especiales se consiguen lodos con un contenido de sólidos secos 3 ó 4 veces superior a cualquier sistema convencional.

El sistema de flotación SIGMA DAF FPAC-PWL es un sistema modular de fácil ampliación y elevada capacidad de adaptación a diferentes concentraciones de biomasa.

SIGMA instaló además un proceso completo de tratamiento de lodos: espesado y deshidratación en decantador centrífugo.

Diagrama de proceso

Diagrama del proceso biológico FBR de tratamiento de aguas residuales con un DAF en una industria procesadora de lácteos para fabricación de helados.

3.3. Tratamiento biológico FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos

Foto de la planta depuradora de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos donde se aplica tratamiento biológico FBR de SIGMA.

Año: 2010

Localización del proyecto: Instalaciones de Tostaderos Sol de Alba S.A.

Objetivos: Instalación de un tratamiento biológico y de clarificación a continuación del existente pre-tratamiento, que permita cumplir con los límites de vertido.

Equipos instalados: tanque de homogeneización y aireación (biológico); sistema de aireación-recirculación MTJET para el tanque de tratamiento biológico; sistema de flotación SIGMA DAF FPAC-PWL-35; equipos de dosificación de nutrientes y polielectrolito; equipos de control y automatización.

Capacidad: 430 m3/día.

DQODBO5Nitrógeno total
4000 mg/L1000 mg/L60 mg/L
Características del efluente del pre-tratamiento
Eliminación de DQOEliminación de DBO5Eliminación de Nitrógeno total
> 60%> 88%> 56%
Rendimiento del tratamiento biológico FBR

Escenario

En las instalaciones de Tostaderos Sol de Alba S.A., donde se lleva a cabo la producción de maíz frito, se dispone de un pre-tratamiento del agua residual que resulta insuficiente para el cumplimiento de las exigencias de vertido. Se diseña e instala un tratamiento biológico tipo FBR alimentado por le efluente de este pre-tratamiento.

3.4. Tratamiento completo RANC + FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos

Tratamiento completo RANC + FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos que permita cumplir las exigencias de vertido

Año: 2016

Localización del proyecto:  Fábrica de Congelados de Navarra en Fustiñana, Navarra.

Objetivos: Instalación de un tratamiento completo de aguas residuales provenientes de las unidades de procesado de vegetales que permita el cumplimiento de las exigencias de vertido.

Tratamiento flexible que se adapte a la alta variabilidad y temporalidad de las aguas residuales, tanto en lo que se refiere al caudal como a la carga orgánica.

Equipos instalados:  sistemas de bombeo, tamizado y separación de arenas del agua residual; tanque de homogeneización; reactor anaeróbico SIGMA RANC; filtro de gases; clarificador SIGMA BIODAF-FPBC-PWF; reactor aeróbico de lodos activos; clarificador final SIGMA BIODAF 200-TWIN; sistemas de floculación SIGMA PFL; sistema de tratamiento de lodos mediante deshidratación con decantador centrífugo. Sistemas de control y automatización.

Capacidad: 1300 m3/día.

DQODBO5SSTN-NTK
15000 mg/L8000 mg/L2000 mg/L175 mg/L
Características de diseño del agua residual
Eliminación de DQOEliminación de SSTEliminación de N-NTK
> 96%> 97%> 91%
Rendimiento del tratamiento

Escenario

Congelados de Navarra S.A. es una empresa dedicada al procesado de vegetales para su posterior congelado. Las aguas residuales tienen una alta carga en compuestos orgánicos biodegradables, por lo que se diseña e instala una planta completa de tratamiento biológico para alcanzar los límites de vertido.

Se instalan dos procesos biológicos en serie: una digestión anaeróbica con un reactor SIGMA RANC y un tratamiento aeróbico SIGMA FBR. La planta también incluye una línea de filtrado de gases y un tratamiento completo de lodos. Dada la temporalidad de la producción de vegetales, la planta es robusta pero flexible y puede adaptarse a los cambios de producción tanto en caudal como en naturaleza del agua (proveniente de procesado de una gran variedad de vegetales: coliflor, brócoli, arroz, patata, guisantes, zanahorias, etc).

El proceso de digestión anaeróbica RANC consiste en un reactor de flujo ascendente por contacto, donde se lleva a cabo la eliminación de compuestos orgánicos en condiciones anaeróbicas, transformando la DQO y DBO5 principalmente en biogás y generándose muy poco lodo. El lodo anaeróbico se separa mediante clarificación por flotación en un sistema SIGMA BIODAF-FPBC-PWF. El biogás generado es tratado en un filtro para retirar sulfhídrico.

El proceso FBR (flotation bio-reactor) consiste en un reactor de aireación donde se lleva a cabo el tratamiento biológico en presencia de oxígeno. Este proceso biológico transforma la materia orgánica que no fue eliminada en el reactor anaeróbico, en flóculos microbianos por adsorción y aglomeración. Estos flóculos de biomasa se separan mediante coagulación, floculación y clarificación secundaria por flotación DAF en un equipo SIGMA BIODAF 200-TWIN.

Los equipos de clarificación por flotación de la gama SIGMA BIODAF son equipos especiales que presentan una mayor fiabilidad frente a lodos esponjosos con baja velocidad de sedimentación.

Los lodos generados en ambos procesos de clarificación son tratados conjuntamente mediante deshidratación en un decantador centrífugo.

3.5. Instalación de un clarificador SIGMA DAF como parte de un proceso FBR en el tratamiento de aguas residuales de la industria cárnica

Foto de un sistema de clarificación DAF modelo FPAC 160/200 como parte de un proceso FBR en el tratamiento de aguas residuales en una industria cárnica.

Año: 2019

Localización del proyecto: Cárnicas Medina en Valencia.

Objetivos: Instalación de un sistema de clarificación secundaria posterior al tratamiento biológico ya existente.

Equipos instalados: sistema de coagulación-floculación en línea SIGMA PFL-180, sistema DAF FPAC160/200.

Capacidad:  200 m3/día

SSTAceites y grasa
4500 mg/L500 mg/L
Características de diseño del agua residual
Eliminación de SSTEliminación de aceites y grasas
90%90%
Rendimiento de clarificación

Escenario

Cárnicas Medina es una empresa líder en el sector cárnico. Sus instalaciones en Valencia disponen de una planta de tratamiento de aguas residuales mediante tratamiento biológico y requieren la instalación de un equipo de clarificación secundaria.

El proceso FBR (‘flotation bio-reactor’) consiste en un reactor biológico, ya existente en planta, en el que se lleva a cabo la eliminación de la materia orgánica, seguido de un proceso combinado de coagulación-floculación seguido de clarificación.

La coagulación-floculación se efectúa en un equipo SIGMA PFL-180, en el que se incorpora coagulante para agrupar la biomasa generada en el reactor biológico, y floculante (polielectrolito) para formar flóculos más grandes con estos aglomerados de biomasa.

La clarificación mediante un sistema DAF permite la separación de los flóculos formados.

Los sistemas DAF son introducidos para separar los aceites, grasas, sólidos y flóculos que no tienen la suficiente fuerza ascensional para flotar. También ofrecen un gran resultado cuando una mezcla de grasas emulsionadas, aceites y sólidos afectan a la gravedad de los contaminantes.

El tamaño de las burbujas de aire está entre las 30 y 50 micras, lo que permite que las burbujas se adhieran fácilmente a partículas de un mismo tamaño o superior.

Nuestros sistemas DAF son equipos flexibles, de alta fiabilidad y robustez, lo que permite su fácil adaptación a posibles fluctuaciones en la producción de aguas residuales y en el funcionamiento de la planta.

Diagrama de proceso

Diagrama del proceso de tratamiento de aguas residuales en una industria cárnica, en el que un DAF es parte de un sistema FBR para la depuración de aguas.

3.6. Tratamiento completo de aguas residuales provenientes de la industria cárnica mediante un sistema biológico SIGMA FBR

Sistema SIGMA BIODAF FPAC 50 para tratamiento completo de aguas residuales provenientes de la industria cárnica mediante sistema biológico FBR.

Año: 2018

Localización del proyecto: Matadero de vacuno de la empresa cárnica Vall d’en Bas, en Sant Privat d’en Bas, Girona.

Objetivos: Cumplimiento con las normativas de vertido vigentes y adecuación a posibles modificaciones futuras del matadero.

Equipos instalados: Tamiz de sólidos, separador de sólidos, aceites y grasas SIGMA ACAF-025, reactor anóxico-aeróbico con difusores, sistema de floculación en línea SIGMA PFL-020, clarificador secundario por flotación SIGMA BIODAF FPAC 50, espesador y decantador centrífugo para el tratamiento de lodos, sistemas completos de maniobra y control.

Capacidad 150 m3/día

DQONTKNH4+SSTAceites y grasas
6000 mg/L500 mg/L175 mg/L2000 mg/L500 mg/L
Características del agua residual
DQONTKNH4+SSTAceites y grasas
> 75%> 82%> 65%> 85%> 96%
Rendimientos de eliminación

Escenario

Cárniques Vall d’en Bas es una empresa líder en el sector cárnico. Su matadero de vacuno requiere un tratamiento completo para las aguas residuales. El objetivo principal es el cumplimiento con los límites de vertido para la descarga del agua tratada.

Se instala un pre-tratamiento que consiste en un sistema de tamizado, seguido de un clarificador primario mediante flotación por cavitación de aire inducido SIGMA ACAF-25. En este pre-tratamiento se lleva a cabo la eliminación de los sólidos de mayor tamaño, aceites y grasas.

El tratamiento secundario se lleva a cabo en un sistema biológico FBR, que consiste en un reactor anóxico-aeróbico de aireación prolongada de fangos activos. Este proceso biológico elimina la materia orgánica mediante reacciones biológicas con biomasa. Durante este proceso se generan flóculos microbianos por adsorción y aglomeración. Estos flóculos de biomasa se separan posteriormente mediante coagulación, floculación y clarificación secundaria por flotación DAF.

La coagulación-floculación se efectúa en un equipo SIGMA PFL-020, al que se incorpora coagulante para agrupar la biomasa generada y floculante (polielectrolito) para aglomerar en flóculos más grandes estos aglomerados de biomasa.

La clarificación secundaria mediante flotación por aire disuelto permite la separación de los flóculos formados mediante micro-burbujas de aire disuelto. Este proceso e lleva a cabo en un equipo SIGMA BIODAF FPAC-50.

Los equipos de clarificación por flotación de la gama SIGMA BIODAF son equipos especiales que ofrecen una mayor fiabilidad frente a lodos esponjosos con baja velocidad de sedimentación, como son los típicamente generados en el tratamiento de aguas residuales industriales.

Los lodos generados en ambas clarificaciones son tratados conjuntamente mediante espesamiento y deshidratación en un equipo tipo decantador centrífugo. Se obtienen lodos deshidratados de un 20% en materia seca.

Diagrama de proceso

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