Folletos Informativos de Tecnología de Aguas Residuales de la EPA : Reactores secuenciales por tandas. Parte 1

Fuente: www.epa.gov

DESCRIPCIÓN

El reactor secuencial por tandas (Sequencing Batch Reactor, SBR) es un sistema de lodos activados para tratamiento del agua residual que utiliza ciclos de llenado y descarga. En este sistema el agua residual entra en una tanda a un reactor único, recibe tratamiento para remover componentes indeseables y luego se descarga. La homogenización de caudales, la aireación y la sedimentación se logran en ese reactor único. Para optimizar el desempeño del sistema, se utilizan dos o más reactores en una secuencia de operación predeterminada. Los sistemas SBR han sido utilizados con éxito para tratar aguas
residuales tanto municipales como industriales. Estos sistemas son especialmente efectivos para aplicaciones de tratamiento de agua residual caracterizadas por caudales reducidos o intermitentes.

Los procesos de llenado y descarga por tandas, similares a los de reactores SBR no son un desarrollo reciente como se cree comúnmente. Entre 1914 y 1920 varios sistemas de llenado y descarga se encontraban en operación. El interés en los SBR se revivió a finales de la década de 1950 e inicios de la década de 1960 con el desarrollo de nuevos equipos y tecnología. Las mejoras de los sistemas de aireación y de controles permitieron que los SBR compitieran con éxito con los sistemas convencionales de lodos activados.

Los procesos unitarios de los SBR y los sistemas convencionales de lodos activados son iguales. Un informe de la EPA de 1993 resumió esto al indicar que “los SBR son simplemente sistemas de lodos activados que operan en el tiempo en lugar del espacio”. La diferencia entre las dos tecnologías es que los SBR logran la homogenización de caudales, el tratamiento biológico y la sedimentación secundaria en un tanque único usando una secuencia de tiempo controlada. Este tipo de reactor realiza también, en algunos casos, la sedimentación secundaria. En un sistema convencional de lodos activados estos procesos serían realizados en tanques separados.

Una versión modificada de SBR es el sistema de aireación extendida de ciclo intermitente (Intermittent Cycle Extended Aeration System, ICEAS). En el sistema ICEAS el agua residual afluente entra al reactor en forma continua. Como tal, no es un sistema de SBR convencional. Una pared de deflexión puede ser usada en el ICEAS para dispersar el flujo continuo. Con esta excepción, las configuraciones de diseño de los ICEAS y los SBR son muy similares.

Descripción de una planta de tratamiento que utiliza reactores SBR

La Figura 1 muestra un esquema típico de flujo del proceso de una planta municipal de tratamiento de aguas residuales que utiliza reactores SBR. El agua residual afluente generalmente pasa a través de rejillas y desarenación antes de llegar al SBR. El agua residual entra luego a un reactor parcialmente lleno que contiene la biomasa ya aclimatada a los componentes del agua residual durante los ciclos anteriores. Una vez que el reactor se llena, este opera como un sistema convencional de lodos activados pero sin el flujo continuo de afluente o descarga de efluente. La aireación y la mezcla se descontinúan después de completarse las reacciones biológicas, se sedimenta la biomasa y se remueve el sobrenadante. El exceso de biomasa se purga en cualquier punto del este ciclo. La purga frecuente hace que de un ciclo al siguiente se mantenga una relación de masas casi constante entre el sustrato afluente y la biomasa. En los sistemas de flujo continuo, esa relación de masas debe mantenerse constante mediante un ajuste continuo de la tasa de recirculación del lodo activado en respuesta a variaciones del caudal afluente, sus características y la concentración del lodo de purga del tanque de sedimentación. A continuación del reactor SBR, la tanda de agua residual puede fluir a un tanque de homogenización de caudales en donde el flujo de agua residual a otras unidades de proceso puede ser controlado a una tasa determinada. En algunos casos el agua residual es filtrada para remoción adicional de sólidos y luego desinfectada.

Como se ilustra en la Figura 1, el sistema de manejo de sólidos puede consistir de un espesador y un digestor aeróbico. Al utilizar SBR no se necesitan bombas para la recirculación de lodos activados ni para los lodos primarios, como se requiere en sistemas convencionales de lodos activados. Con el sistema SBR típicamente sólo se maneja un tipo de lodo. La necesidad de uso de espesadores por gravedad antes de la digestión debe determinarse caso por caso dependiendo de las características del lodo.

Un reactor SBR sirve como tanque de homogenización de caudales durante su llenado con agua residual, lo cual permite que el sistema tolere caudales o cargas máximas en el afluente y los homogenice dentro del reactor. En muchos sistemas convencionales de lodos activados se requiere que la homogenización de caudales se haga en forma separada para proteger al sistema biológico de caudales elevados que diluirían la biomasa, o de cargas altas que podrían alterar el sistema de tratamiento.

Fuente: Parsons Engineering Science, 1999.

FIGURA 1 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE UN SBR TÍPICO

Se debe enfatizar también que normalmente los sedimentadores primarios no son requeridos con anterioridad al SBR en aplicaciones de aguas residuales municipales. En la mayoría de las plantas de sistemas convencionales de lodos activados se requiere el uso de sedimentadores primarios antes del sistema biológico. Sin embargo, el uso de sedimentadores primarios puede ser recomendado por el fabricante del sistema SBR si el total de sólidos suspendidos totales (SST) o la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) son mayores a valores entre 400 y 500 mg/L. El historial de datos debe ser evaluado para determinar si es recomendable el uso de sedimentadores primarios o la homogenización de caudales para aplicaciones municipales o industriales.

La homogenización de caudales puede ser requerida después del reactor SBR dependiendo del proceso que se ubique aguas abajo. De no usarse homogenización antes de la filtración, los filtros deben ser dimensionados para recibir toda la tanda de agua residual del SBR, lo cual requeriría una extensa superficie de filtración. El diseño de filtros para recibir una tanda completa de tratamiento generalmente no es factible, siendo esta la razón por la cual se utiliza homogenización de caudales entre el reactor SBR y la filtración aguas abajo. La homogenización normalmente no es requerida en sistemas convencionales de lodos activados porque el caudal se recibe en forma continua y más constante.

APLICABILIDAD

Los sistemas SBR son utilizados típicamente para caudales iguales o menores a 5 millones de galones por día (mgd). La operación más sofisticada requerida para las plantas de SBR de mayor tamaño tiende a desestimular el uso de ese tipo de plantas para caudales mayores.

Debido a que esos sistemas tienen una superficie relativamente pequeña, son muyútiles en áreas en donde se tienen limitaciones de terreno. Además, los ciclos del sistema pueden ser fácilmente modificados para remoción de nutrientes si esto fuera requerido en el futuro. Esto hace que los sistemas SBR sean extremadamente flexibles para adaptarse a los cambios en las normas regulatorias de parámetros del efluente tales como la remoción de nutrientes. Los sistemas SBR son también muy efectivos en términos de costo de cuando se requieren tratamientos adicionales al biológico, tales como la filtración.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Algunas de las ventajas y desventajas de los sistemas SBR se enumeran a continuación:

Ventajas

• La homogenización de caudales, la sedimentación primaria (en la mayoría de los casos), el tratamiento biológico y la sedimentación secundaria pueden lograrse en un tanque reactor único.
• Flexibilidad de operación y control.
• Área superficial mínima.
• Ahorro potencial de inversión de capital por la eliminación de sedimentadores y otros equipos.

Desventajas

• Se requiere un nivel mayor de sofisticación (en comparación a los sistemas convencionales) de las unidades de programación temporal y controles, especialmente en sistemas de mayor tamaño.
• Un nivel más alto de mantenimiento (comparado con los sistemas convencionales) asociado con el tipo más sofisticado de controles, interruptores automáticos y válvulas automáticas.
• Descarga potencial de lodos flotantes o sedimentados durante la fase de descarga o decantación del reactor en algunas configuraciones de SBR.
• Taponamiento potencial de los dispositivos de aireación durante ciclos operativos específicos dependiendo del sistema de aireación utilizado por el fabricante.
• Necesidad potencial de homogenización de caudales dependiendo de los procesos utilizados aguas abajo.

REFERENCIAS

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2. Arora, Madan L. Technical Evaluation of Sequencing Batch Reactors. Prepared for U.S. EPA. U.S. EPA Contract No. 68-03-1821.
3. Engineering News-Record. A publication of the McGraw Hill Companies, March 30, 1998.
4. Irvine, Robert L. Technology Assessment of Sequencing Batch Reactors. Prepared for U.S. EPA. U.S. EPA Contract No. 68-03-3055.
5. Liu, Liptak, and Bouis. Environmental Engineer*s Handbook, 2nd edition. New York: Lewis Publishers.
6. Manufacturers Information. Aqua- Aerobics, Babcock King-Wilkinson, L.P., Fluidyne, and Jet Tech Systems, 1998.
7. Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse.3rd edition. New York: McGraw Hill.
8. Parsons Engineering Science, Inc. Basis of Design Report – Urgent Extensions to Maray Sewer Treatment Works, Abu Dhabi, UAE, 1992.
9. Norcross, K.L., Sequencing Batch Reactors – An Overview. Technical Paper published in the IAWPRC 1992 (0273-1221/92). Wat. Sci. Tech., Vol. 26, No. 9-11, pp.2523 – 2526.
10. Peavy, Rowe, and Tchobanoglous: Environmental Engineering. New York: McGraw-Hill, Inc.
11. U.S. EPA. Innovative and Alternative Technology Assessment Manual, EPA/430/9-78-009. Cincinnati, Ohio, 1980.
12. U.S. EPA. EPA Design Manual, Summary Report Sequencing Batch Reactors. EPA/625/8-86/011, August 1986.
13. Manual of Practice (MOP) No. 8, Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 14. Manual of Practice (MOP) No. 11, Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants.

INFORMACION ADICIONAL

Brad Holtsinger, Chief Operator City of Stockbridge WWTP 4545 North Henry Boulevard Stockbridge, GA 30281

Gary Hooder, Operator Martinsburg WWTP 133 East Allegheny Martinsburg, PA 16662-1112

Mitchell Meadows, Lead Operator 1300 Recker Highway Auburndale, FL 33823

Teresa Schnoor, Administrator Antrim TWP P.O. Box 130 Greencastle, PA 17225

Charles Sherrod, Chief Operator Blountstown WWTP 125 West Central Avenue Blountstown, FL 32424

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