Evaluación de la eficiencia de desnitrificación de un sistema de discos biológicos rotativos (biodiscos) en el tratamiento de efluentes urbanos

Abstract

En este trabajo se muestra el detalle constructivo de un sistema de discos biológicos rotativos (Rotating Biological Contactor, RBC) y los resultados obtenidos de los experimentos realizados, con aguas residuales naturales y sintéticas, específicamente para los procesos de nitrificación y desnitrificación. Para la construcción del equipo se utilizaron discos circulares sólidos de PVC espumado (RDS) y discos huecos de polipropileno alveolar (RDH). Un paquete lo forman 17 discos de PVC espumado de 1,88 mm de espesor y otro grupo de 17 discos de polipropileno alveolar de 2,72 mm de espesor, ambos de 500 mm de diámetro. Cada módulo se encuentra instalado en un eje unido a un sistema de transmisión mecánica de poleas. Ambos módulos giran en compartimentos separados y sin conexión hidráulica, dentro de una batea. El equipo se encuentra montado en una estructura metálica que permite un traslado sencillo según se requiera. Se han empleado elementos reciclados como bombas, ejes, poleas, etc. Toda la estructura fue ideada y construida por el Tesista durante un período que se extendió aproximadamente por 12 meses. Para determinar la capacidad de tratamiento del equipo de RBC se planificó un estudio experimental, bajo un régimen de alimentación de baja carga orgánica, que consistió en tres ensayos en serie denominados: Experimento 1, Experimento 2 y Experimento 3. En el primero se alimentó a cada reactor con agua residual sintética en modalidad discontinua, durante 123 días. En el segundo ensayo, el cual se extendió por 22 días, se alimentó a cada reactor en el cual se encuentran los discos, con la misma agua residual sintética en modalidad continua. Seguidamente, se desarrolló el tercer experimento que duró 64 días, en el cual cada reactor se alimentó con agua residual real, mezcla de agua de un canal rural que recibe vertidos difusos y agua residual que alimenta la planta de tratamiento del Parque Industrial de Neuquén. El análisis propuesto permitió evaluar la capacidad de eliminación de nitrógeno en ambos tipos de reactores. El análisis estadístico de la prueba de hipótesis de diferencias de las medias mostró que el reactor de discos huecos fue más eficiente para nitrificar durante el Experimento 3, alcanzando un porcentaje de nitrificación del 99,0%, mientras que la prueba estadística mostró que el reactor de discos sólidos fue más eficiente para desnitrificar en el Experimento 1, alcanzando un rendimiento en la desnitrificación del 53,4%. Este análisis no permitió concluir sobre cuál de los dos tipos de discos fue más favorable para eliminar nitrógeno. En cambio, el cálculo de las cargas totales de nitrógeno nitrificado y desnitrificado en cada experimento permitió determinar que el reactor de discos sólidos logra alcanzar una mayor proporción de nitrificación y desnitrificación comparado al reactor de discos huecos. Por ejemplo, durante el Experimento 2 el reactor de discos sólidos alcanzó un porcentaje de nitrificación y desnitrificación de 97,1% y 62,1%, respectivamente, mientras que el reactor de discos huecos alcanzó en el mismo período un porcentaje de nitrificación y desnitrificación de 96,7% y 61,8%, respectivamente. Con el propósito de esclarecer los resultados obtenidos se implementó un modelo sencillo formado por cuatro ecuaciones diferenciales y seis parámetros. Este modelo permitió describir el comportamiento dinámico de la concentración de amonio en el seno del líquido, únicos datos utilizados para minimizar la función objetivo. A partir de la identificación de los parámetros del modelo se observó que el reactor de discos sólidos brinda mejores condiciones al alcanzar una mayor concentración de microorganismos en la biopelícula, y un espesor más elevado de biopelícula y película líquida. A partir de la simulación del sistema se obtuvo una concentración máxima en la biopelícula de microorganismos autótrofos de 52,0 mg DQO/L y 8,5 mg DQO/L en el RDS y RDH, respectivamente, siendo DQO: demanda química de oxígeno. El espesor de biopelícula, obtenido con el mismo procedimiento, fue de 0,006 m y 0,0025 m, en el RDS y RDH, respectivamente. Esto condice con los rendimientos más favorables de nitrificación y desnitrificación del reactor de discos sólidos. Estos resultados permiten concluir que, en una condición de alimentación de baja carga orgánica, el reactor de discos sólidos presenta una característica de buena adherencia para los microorganismos que es más beneficiosa que la aireación vigorosa que puedan producir los discos huecos para favorecer la nitrificación.