Tratamiento de aguas residuales industriales mediante el sistema biológico de alta eficacia FBR
Departamento de Desarrollo Tecnológico de AguaSigma
- 1. Introducción: FBR sistema de tratamiento biológico de aguas residuales
- 2. Ventajas de un sistema FBR
- 3. Casos de éxito sobre el tratamiento de aguas residuales con sistemas FBR
- 3.1. Tratamiento biológico de aguas residuales de la industria procesadora de maltas aplicando un sistema FBR
- 3.2. Tratamiento biológico FBR de aguas residuales provenientes de la industria láctea
- 3.3. Tratamiento biológico FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos
- 3.4. Tratamiento completo RANC + FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos
- 3.5. Instalación de un clarificador SIGMA DAF como parte de un proceso FBR en el tratamiento de aguas residuales de la industria cárnica
- 3.6. Tratamiento completo de aguas residuales provenientes de la industria cárnica mediante un sistema biológico SIGMA FBR
1. Introducción: FBR sistema de tratamiento biológico de aguas residuales
El sistema FBR o flotation biorreactor es un sistema de tratamiento biológico de aguas residuales que permite la eliminación de contaminantes de forma continua y compacta.
Estos sistemas son generalmente más eficientes en cuanto a eliminación de compuestos orgánicos y otros contaminantes biodegradables, espacio ocupado y generación de lodos que los sistemas convencionales de lodos activados.
Un sistema FBR consiste en la introducción del agua residual pre tratada, generalmente mediante cribado y eliminación de grasas y aceites, 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 en el medio de la reacción, mediante sistemas de aireación: difusores de burbuja fina, difusores de burbuja gruesa, sistemas JET, etc. El control de la concentración de oxígeno y temperatura dentro del reactor es fundamental para otorgar a los microorganismos las condiciones óptimas en las que llevarán a cabo la eliminación de los contaminantes.
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 subsiguiente sistema de clarificación.
El sistema de clarificación de un FBR está especialmente diseñado para separar la biomasa del agua tratada. Se utiliza un sistema de flotación por aire disuelto o DAF (dissolved air flotation, por sus siglas en inglés) para llevar 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%.
Dentro de una unidad DAF, se generan micro-burbujas de aire mediante presurización y saturación con aire de la corriente de agua clarificada recirculada. Estas burbujas, de entre 30-50 micras de diámetro, se adhieren a los flóculos de biomasa y se elevan hacia la superficie de la unidad DAF donde son separadas 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 muy altas concentraciones de biomasa dentro del reactor, lo que deriva en mayores eficiencias de degradación de la carga contaminante.
En el equipo de flotación SIGMA DAF se obtiene un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las exigencias de descarga y una parte del lodo recirculará al reactor biológico para mantener una concentración de biomasa estable y otra parte se extraerá como purga.
Con los sistemas FBR diseñados, construidos e instalados por SIGMA, se pueden alcanzar de manera eficiente los límites de descarga aplicados según el tipo de industria.
2. Ventajas de un sistema FBR
- Caudal y calidad continuos del efluente de agua clarificada.
- Muy alta fiabilidad y estabilidad del proceso: el sistema DAF es robusto frente a las variaciones de la calidad del lodo.
- Son sistemas generalmente 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 e implica menos obras y modificaciones del terreno que un sedimentador convencional.
- Los lodos obtenidos mediante un sistema DAF presentan un muy alto contenido en materia seca, entre el 3 y el 5%, muy superior al obtenido en sedimentadores convencionales. El volumen de lodos es por tanto menor y supone un ahorro en costes de gestión y tratamiento de deshidratación.
- Tienen gran aplicabilidad en la industria: 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 sobre el tratamiento de aguas residuales con sistemas FBR
Compartimos una colección de seis Casos de Éxito en el tratamiento de aguas residuales industriales con sistemas FBR diseñados, construidos e instalados por SIGMA en diversas industrias.
3.1. Tratamiento biológico de aguas residuales de la industria procesadora de maltas aplicando un sistema FBR
Año: 2011
Localización del proyecto: Instalaciones de Cargill en Villaverde, Madrid.
Objetivos: · Cumplimiento de las exigencias legales de vertido.· Posibilidad de la adecuación a las necesidades futuras y de 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 por flotación FBR 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.
| DQO | DBO5 | NTK | Fósforo total |
|---|---|---|---|
| 4000 mg/L | 2000 mg/L | 100 mg/L | 20 mg/L |
| Eliminación de DQO | Eliminación de DBO5 | Eliminación de TKN | Eliminación de Fósforo total |
|---|---|---|---|
| > 75% | > 75% | > 50% | > 50% |
Escenario
Cargill es líder mundial en la producción de alimentos, productos y servicios agrícolas. Dentro del sector de alimentación, el procesado de maltas es 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, lo que le permite obtener calidades óptimas. Estas aguas se caracterizan por una alta biodegradabilidad, lo que permite aplicar tratamientos biológicos con muy altas eficacias.
SIGMA diseña e instala una planta completa para el tratamiento de las aguas residuales de la fábrica procesadora de maltas de Villaverde, en Madrid, mediante 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. Este sistema se denomina ‘flotation biological reactor’ o FBR. SIGMA es especialista en el diseño, instalación, puesta en marcha y seguimiento de sistemas de tratamiento FBR.
El proceso FBR consistente en un reactor de aireación donde se lleva a cabo el tratamiento biológico (este proceso biológico consiste en la transformación de la materia orgánica contenida en el agua residual a tratar, en flóculos microbianos por adsorción y aglomeración) y una separación de la biomasa mediante floculación y clarificación secundaria por flotación DAF (en este proceso se forman flóculos de biomasa que serán separados mediante flotación con micro-burbujas de aire en un equipo DAF FPAC-120. Con estos equipos especiales se consiguen lodos con un contenido de sólidos secos 3 ó 4 veces superior a cualquier sistema convencional de lodos activos y sedimentación)
En el equipo de flotación SIGMA DAF FPAC-120 se obtiene un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las exigencias de descarga y 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 y por consiguiente un mayor rendimiento que en otros sistemas biológicos de biomasa suspendida
Además, SIGMA diseña e instala el tratamiento de lodos generados mediante una deshidratación con un decantador centrífugo.
Diagrama de proceso
3.2. Tratamiento biológico FBR de aguas residuales provenientes de la industria láctea
Año: 2009
Localización del proyecto: Instalaciones de HELADOS ESTIU S.A. en Ribarroja, Valencia.
Objetivos: ·Eliminación de la carga orgánica proveniente del pre-tratamiento para el posterior vertido del efluente al colector de aguas.·Adecuación a las necesidades futuras y de ampliación de la planta de fabricación.
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 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.
| DQO | DBO5 |
|---|---|
| 4500 mg/L | 2500 mg/L |
| Eliminación de DQO | Concentración de materia seca del lodo centrifugado |
|---|---|
| 90% | > 50% |
Escenario
Helados ESTIU S.A. es una compañía de producción de diferentes tipos de helados líder en el sector. Sus aguas residuales en las instalaciones de Ribarroja contiene una MUY ALTA CARGA MÁSICA. Las instalaciones ya disponen de un pre-tratamiento pero el cliente desea instalar además un tratamiento biológico para la eliminación de la carga orgánica exigida para el vertido al colector general.
SIGMA diseña e instala un proceso FBR (‘flotation bio-reactor’) consistente en un reactor de aireación donde se lleva a cabo el tratamiento biológico (este proceso biológico consiste en la transformación de la materia orgánica contenida en el agua residual a tratar, en flóculos microbianos por adsorción y aglomeración) y una separación de la biomasa mediante floculación y clarificación secundaria por flotación DAF (en este proceso se forman flóculos de biomasa que serán separados mediante flotación con micro-burbujas de aire en un equipo DAF FPAC-PWL. Con estos equipos especiales se consiguen lodos con un contenido de sólidos secos 3 ó 4 veces superior a cualquier sistema convencional)
En el equipo de flotación SIGMA DAF FPAC-PWL se obtiene un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las exigencias de descarga y 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 y por consiguiente un mayor rendimiento que en otros sistemas biológicos de biomasa suspendida
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 instala además un proceso completo de tratamiento de lodos: espesado y deshidratación en decantador centrífugo.
Diagrama de proceso
3.3. Tratamiento biológico FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos
Año: 2010
Localización del proyecto: Instalaciones de Tostaderos Sol de Alba S.A.
Objetivos: ·Instalación de un tratamiento biológico y de clarificado a continuación del existente pre-tratamiento para el cumplimiento de 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.
| DQO | DBO5 | Nitrógeno total |
|---|---|---|
| 4000 mg/L | 1000 mg/L | 60 mg/L |
| Eliminación de DQO | Eliminación de DBO5 | Eliminación de Nitrógeno total |
|---|---|---|
| > 60% | > 88% | > 56% |
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.
SIGMA diseña e instala un proceso FBR (‘flotation bio-reactor’) consistente en un reactor de aireación donde se lleva a cabo el tratamiento biológico (este proceso biológico consiste en la transformación de la materia orgánica contenida en el agua residual a tratar, en flóculos microbianos por adsorción y aglomeración) y una separación de la biomasa mediante floculación y clarificación secundaria por flotación DAF (en este proceso se forman flóculos de biomasa que serán separados mediante flotación con micro-burbujas de aire en un equipo DAF FPAC-PWL-35. Con estos equipos especiales se consiguen lodos con un contenido de sólidos secos 3 ó 4 veces superior a cualquier sistema convencional).
El equipo de flotación SIGMA DAF FPAC-PWL es un separador de flujo transversal diseñado para tratar aguas residuales de alta carga de sólidos.
En el equipo de flotación SIGMA DAF se obtiene un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las exigencias de descarga y 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 y por consiguiente un mayor rendimiento que en otros sistemas biológicos de biomasa suspendida.
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.
3.4. Tratamiento completo RANC + FBR de aguas residuales provenientes de la industria procesadora de alimentos
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 y adaptable a la alta variabilidad y temporalidad tanto en caudal como en carga orgánica de las aguas residuales.
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.
| DQO | DBO5 | SST | N-NTK |
|---|---|---|---|
| 15000 mg/L | 8000 mg/L | 2000 mg/L | 175 mg/L |
| Eliminación de DQO | Eliminación de SST | Eliminación de N-NTK |
|---|---|---|
| > 96% | > 97% | > 91% |
Escenario
Congelados de Navarra S.A. es una empresa líder en su sector. Su actividad está centrada en el procesado de vegetales para su posterior congelado. Las aguas residuales provenientes de la fábrica de Fustiñana 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 incluye, además, 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 muy diversos 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 muy poca generación de 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 consiste en la transformación de la materia orgánica que no fue eliminada en el reactor anaeróbico, en él se generan flóculos microbianos por adsorción y aglomeración. Estos flóculos de biomasa se separan mediante coagulación, floculación y clarificación secundaria por flotación DAF: en este proceso se forman flóculos de biomasa que serán separados mediante flotación con micro-burbujas de aire 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, como son los típicos generados en el tratamiento de aguas residuales industriales.
Los lodos generados en ambas clarificaciones son tratados conjuntamente mediante deshidratación con un equipo tipo 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
Año: 2019
Localización del proyecto: Planta de Cárnicas Medina en Valencia.
Objetivos: ·Instalación de un sistema de clarificación secundaria del existente tratamiento biológico formando un sistema FBR para el cumplimiento de los límites de vertido.
Equipos instalados: sistema de coagulación-floculación en línea SIGMA PFL-180, sistema de clarificación por flotación mediante aire disuelto SIGMA DAF FPAC160/200.
Capacidad: 200 m3/día
| SST | Aceites y grasa |
|---|---|
| 4500 mg/L | 500 mg/L |
| Eliminación de SST | Eliminación de aceites y grasas |
|---|---|
| 90% | 90% |
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 la clarificación secundaria formando un proceso FBR.
El proceso FBR (‘flotation bio-reactor’) consiste en un reactor biológico ya existente en planta donde se lleva a cabo la eliminación de la materia orgánica, en él se generan flóculos microbianos por adsorción y aglomeración. Estos flóculos de biomasa se separan mediante 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 y floculante (polielectrolito) para aglomerar en flóculos más grandes estos aglomerados de biomasa.
La clarificación por flotación mediante aire disuelto DAF (dissolved air flotation) permite la separación de los flóculos formados, mediante micro-burbujas de aire disuelto en un equipo SIGMA DAF FPAC160/200.
Los sistemas DAF son introducidos para separar los aceites, grasas, sólidos y/o flóculos que no tienen la suficiente fuerza ascensional para flotar, o cuando una mezcla de grasas emulsionadas, aceites y sólidos afectan la gravedad específica de tal manera que el aire de flotación es necesario para mejorar la separación, además se aplican en procesos FBR para la separación de flóculos de biomasa. El tamaño de las burbujas de aire está entre las 30 y 50micras, lo que es esencial para el sistema de flotación pues los micros burbujas se adhieren fácilmente a partículas de un mismo tamaño o superior.
Los equipos de clarificación por flotación SIGMA DAF son equipos especiales de alta fiabilidad y robustez, a la vez que flexibles lo que permite su adaptación a las posibles fluctuaciones de emisión de aguas residuales y de funcionamiento de la planta.
Diagrama de proceso
3.6. Tratamiento completo de aguas residuales provenientes de la industria cárnica mediante un sistema biológico SIGMA 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 exigencias de vertido vigente. ·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. Tratamiento de lodos con un espesador y decantador centrífugo. Sistemas completos de maniobra y control.
Capacidad: 150 m3/día
| DQO | NTK | NH4+ | SST | Aceites y grasas |
|---|---|---|---|---|
| 6000 mg/L | 500 mg/L | 175 mg/L | 2000 mg/L | 500 mg/L |
| DQO | NTK | NH4+ | SST | Aceites y grasas |
|---|---|---|---|---|
| > 75% | > 82% | > 65% | > 85% | > 96% |
Escenario
Cárniques Vall d’en Bas es una empresa líder en el sector cárnico. Dispone de unas instalaciones para su matadero de vacuno que 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 consistente en un sistema de tamizado seguido de un clarificador primario de flotación por cavitación de aire inducido SIGMA ACAF-25. En este pre-tratamiento se lleva a cabo la eliminación de sólidos de mayor tamaño, aceites y grasas. A continuación, se encuentra el tratamiento biológico FBR.
El proceso FBR (‘flotation bio-reactor’) consiste en un reactor de anóxico-aeróbico de aireación prolongada de fangos activos donde se lleva a cabo el tratamiento biológico en presencia de oxígeno. Este proceso biológico consiste en la eliminación de la materia orgánica mediante reacciones biológicas con biomasa. En él se generan flóculos microbianos por adsorción y aglomeración. Estos flóculos de biomasa se separan mediante coagulación, floculación y clarificación secundaria por flotación DAF.
La coagulación-floculación se efectúa en un equipo SIGMA PFL-020 en el 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 por flotación mediante aire disuelto DAF (dissolved air flotation) permite la separación de los flóculos formados, mediante micro-burbujas de aire disuelto. Los flóculos de biomasa son separados mediante flotación con micro-burbujas de aire en un equipo SIGMA BIODAF FPAC-50.
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, como son los típicos generados en el tratamiento de aguas residuales industriales.
Los lodos generados en ambas clarificaciones son tratados conjuntamente mediante espesamiento y deshidratación con un equipo tipo decantador centrífugo. Se obtienen lodos deshidratados de un 20% en materia seca.
Diagrama de proceso
