El sistema SBR en la industria agroalimentaria (VII)

10.-Control sobre la proliferación de bacterias filamentosas.

Este sistema permite la selección de bacterias que forman flóculos con buenas características de sedimentación, atenuando los problemas que causan la aparición de bacterias filamentosas. Ésta es una de las principales ventajas del sistema S.B.R.

Debido a la celeridad con la que se introduce el agua residual en el vaso biológico, se produce un aumento de la carga másica sobre el flóculo (relación alimento-microorganismo), que permite a las bacterias floculantes acumular substrato en el citoplasma, cosa que ciertos organismos filamentosos no pueden hacer.

Cuando la comida disponible desciende al final del ciclo, las bacterias floculantes se alimentan de la comida acumulada, las bacterias filamentosas están en inferioridad para competir con las floculantes y el fango posee unas buenas condiciones para su decantabilidad.

En un sistema SBR se realiza en el tiempo lo que en los sistemas en continuo ocurre en el espacio.

En un sistema de mezcla completa, al no haber superabundancia de alimentación como en los SBR, las bacterias floculantes no pueden acumular comida en el citoplasma, y las filamentosas al tener mayor superficie que las floculantes atrapan la comida disponible, estando en ventaja frente a las floculantes, por lo que la decantabilidad del sistema se puede ver alterada.

Esta situación se produce en plantas industriales a menudo en los fines de semana, encontrándonos los lunes con los fangos flotando y gran cantidad de espumas en el reactor.

El sistema SBR en la industria agroalimentaria (VI)

5.- Alta flexibilidad. En los sistemas clásicos de fangos activados, los volúmenes de las balsas (anóxica, aerobia) y por tanto los tiempos de retención hidráulicos son fijos. En un sistema SBR, en minutos podemos variar el tiempo de retención hidráulico con la programación de los ciclos, adecuándonos a variaciones de carga, de caudal o a cambios estacionales (variaciones de temperatura en verano-invierno y por tanto de capacidad de nitrificación-desnitrificación, se pueden controlar con variaciones de ciclos o aireación). Incluso en diseños en los que en principio no se requiere eliminación de nutrientes, se pueden adaptar a la normativa más exigente (dependiendo naturalmente de la capacidad de la planta).

En los sistemas en continuo, incrementos puntuales superiores a un 20 % en caudal o carga, directamente repercutirán en la calidad del agua de salida. En un sistema SBR ese incremento puntual no influye, pues se homogeneiza dentro del reactor, ya que lo que influye en un SBR son los kilos totales que entran y no la forma en que estén distribuidos. Esto permite que los SBR requieran en menor medida que los demás sistemas, una balsa de homogeneización previa.

Empero, esta elevada flexibilidad no es contraria a la sencillez del sistema, ya que los procesos al estar totalmente automatizados, con la implantación de sistemas expertos, como redes neuronales o lógica difusa, el control del mismo hace de forma fácil y sencilla

6.- Posibilidad de realizar un control previo del vertido antes de su descarga Como el sistema funciona por lotes, es posible realizar un control del agua depurada antes de su vertido al cauce receptor, implementando un medidor in situ del parámetro a controlar. Por otro lado, se podría actuar sobre la duración del sistema - siempre que el diseño nos lo permita - o enviar el vertido a la balsa de homogeneización - si tuviésemos esa posibilidad -.

7.- Imposibilidad de circuitos hidráulicos El sistema SBR impide los cortocircuitos hidráulico, teniendo la garantía suficiente de que toda el agua residual ha sufrido el proceso de depuración.

8.- Incorporación de fangos al reactor donde están actuando y no ocupando espacio en el decantador secundario, donde no es operativo.

9.- Menor salida de sólidos ya que la decantación estática en un gran reactor, como es el SBR, es muchísimo más eficaz que en un sistema continuo, donde se suelen producir escapes de sólidos en momentos de puntas de caudal. El reactor en el que se produce la decantación en los SBR, es generalmente mucho mayor que un decantador convencional. Además, la decantación se produce de forma estática, sin un flujo ascendente como en los continuos, que podrían arrastrar los flóculos más pequeños.

El SBR en la industria agroalimentaria (V)

2. Menor espacio requerido.

Como ya hemos indicado en la descripción del sistema, al realizar todos los procesos en un mismo tanque, utilizando el tiempo como variable en vez del espacio (ya que durante un ciclo hacemos todos los procesos de depuración aerobio, anóxico anaerobio, decantación, extracción) no es necesario la presencia de múltiples tanques a lo que tenemos que unir el ahorro en volumen que conllevan los procesos en discontinuo frente a los de mezcla competa, con lo que el ahorro espacial y en obra civil es notable. Por otra parte, la posibilidad de realizar todos los procesos en un solo tanque, nos permitirá la modulación y ampliación desde una instalación inicial, incorporando todos los módulos que se requieran desde una instalación inicial.

3. Menor inversión

No sólo tendremos un ahorro en obra civil, debido a tener menores volúmenes y un único tanque, sino que además dispondremos de menos equipos (bombas de recirculación de vertido, agitadores sumergibles, recirculación de fangos, etc.)

4. Menor coste de mantenimiento

Corolario de los dos primeros puntos ya que no sólo por la ausencia de reactivos químicos, sino que la simplificación de la planta es inherente a la disminución de los costos de personal de operación, entre otras cosas porque hay menos equipos (bombas, puentes, tuberías válvulas...) porque no hay necesidad de realizar recirculaciones de una balsa a otra, tanto de licor mezcla como de fangos, lo que redunda en el mantenimiento de la planta como hemos dicho.

Además, debemos de tener en cuenta que uno de los factores que influyen en los costos de operación de una planta, es la gestión de los fangos producidos. En un SBR los fangos tienen mayor sequedad que en un sistema clásico (el 1 % frente al 0,8 %), por lo que ocupan menos volumen y como se deduce hay menos gastos de gestión. Así mismo, al no llevar incorporado ningún reactivo químico, no se catalogan como residuos tóxicos y permite la posibilidad de usarlo como compostaje.

Por otro lado, un sistema S.B.R. es tremendamente flexible lo que nos permitirá, al variar los tiempos de las distintas fases cambiar la configuración de la planta, como por ejemplo aumentando el tiempo de retención hidráulico con la programación de los ciclos, bien minimizando la producción de fangos bien el consumo energético prolongando o disminuyendo cada una de las fases, adaptándonos a las necesidades reales de la industria en cada momento, cosa  que en los sistemas clásicos de fangos activados, los volúmenes de las balsas (anóxica, aerobia) y por tanto los tiempos de retención hidráulico son fijos.

El sistema SBR en la industria agroalimentaria (IV)

VENTAJAS DEL SISTEMA S.B.R.

La principal ventaja que resume a toda las demás que enumeraremos a continuación es la de su flexibilidad, ya que gracias al control de los tiempos de las fases que componen el ciclo de depuración, tendremos distintas configuraciones del reactor y distintas formas de controlarlo de una manera sencilla e intuitiva, pudiendo atacar distintos problemas (puntas de caudal, puntas de contaminación.) sin que el sistema se separe de la estabilidad, al contrario que ocurre en los sistemas en continuo, donde cualquier variación, ya en caudal ya en carga contaminante nos hará el sistema inestable.

1.  Mayor rendimiento obtenido Debido a que un reactor SBR es un flujo pistón ideal, el rendimiento obtenido con respecto a un reactor de mezcla completa (reactor biológico en continuo), para un mismo volumen, siempre es mayor. Ésta es una de las ventajas más significativas, pero no sólo corresponde a un valor experimental sino que conceptualmente el sistema S.B.R. al ser en discontinuo tiene mayor rendimiento como a continuación pasaremos a demostrar:

Donde Q: caudal (l/s)

       Ce: concentración DQO de entrada (mg/l).

       Cs: concentración DQO de salida (mg/l).

       V: volumen (l).

Como sabemos, los reactores en continuo, mezcla completa, y los discontinuos, S.B.R., son fundamentalmente diferentes. En los reactores de mezcla completa, la concentración del efluente y del reactor son las mismas, mientras que en los reactores de proceso discontinuo tienen características del flujo pistón y del mezcla completa, del tal forma que en la fase de reacción el tanque funciona como un flujo pistón ideal, donde no todo el reactor es homogéneo sino que la concentración varía con el tiempo. Esto reverbera tanto en el volumen del reactor como en la concentración de DQO en la salida. Consideraremos por tanto dos casos suponiendo que la concentración de la DQO en la entrada es Ce, el caudal es Q, y la constante de velocidad de reacción es k (siguiendo una cinética de primer orden), siendo estos valores los mismos para ambos reactores:

la concentración en el reactor decrece de la misma manera.

En un reactor de mezcla completa, no todas las moléculas pasan la misma cantidad de tiempo en el reactor, algunas permanecen mucho tiempo mientras que otras poseen un tiempo de residencia muy corto. Como todas estas partículas están mezcladas, en la salida obtenemos un valor medio de C(t)/C(0).

Comprobemos a continuación que el valor medio obtenido en un reactor de mezcla completa es mayor que en un S.B.R. Para ello, consideremos que sucede cuando

k x t = k x V / Q = 2

que es aproximadamente el valor obtenido en el primer ejemplo de la tabla  .

Entonces tenemos que:

Este es el valor de la relación Cs/Ce en un reactor tipo S.B.R.

Para el reactor en continuo asumamos que la mezcla en el mismo se realiza dividiendo la entrada del vertido en dos zonas del tanque. En una primera, el tiempo de permanencia será de un cuarto del tiempo total que estaría en el S.B.R., mientras que en la segunda la residencia del vertido será de cuatro veces la del reactor discontinuo (así el tiempo medio de residencia en el reactor de mezcla completa será igual que el del S.B.R., siendo ambas iguales a V/Q).

De esta forma se sigue que en la segunda zona, al ser el tiempo de retención cuatro veces mayor que en el S.B.R. tenemos:

Mientras en la primera zona, al ser menor el tiempo de retención, deducimos que:

Tal como hemos indicado anteriormente, la concentración de salida será la media de las otras dos, por tanto tenemos que Cs/Ce = 0’30.

Así, el resultado para el reactor en mezcla completa es mayor que para el reactor en discontinuo (0’3 frente a 0’14), aunque el tiempo de residencia medio sea el mismo para ambos.

Con la ayuda de la gráfica adjunta lo veremos aún más claro:

La diferencia es debida a que la concentración decrece exponencialmente con el tiempo para una reacción de primer orden. Así, la zona que pasa en el reactor de mezcla completa menor tiempo (el valor de k x t más bajo) sale con una concentración mayor que la del SBR mientras que la que permanece más tiempo en el tanque la salida es menor, siempre en relación con el SBR

Podemos comprobar que para el mismo volumen, el reactor S.B.R. es más eficiente que el reactor tipo mezcla completa y para igual concentración de salida sólo un pequeño S.B.R. es necesario. ¿Por qué ocurre esto?, la explicación es sencilla. En un reactor tipo S.B.R. todas y cada una de las moléculas que entran en el sistema pasan la misma cantidad de tiempo en el reactor; ese período es igual a V/Q. Como el decrecimiento de la ecuación de primer orden ocurre según una función exponencial