El documento describe dos métodos de tratamiento secundario de aguas residuales: filtros percoladores y biodiscos. Los filtros percoladores consisten en un lecho filtrante permeable a través del cual se filtra el agua residual, permitiendo la adhesión de microorganismos. Los biodiscos son discos rotatorios con película biológica que oxida la materia orgánica. Ambos métodos buscan eliminar la materia orgánica y sólidos suspendidos del agua residual.

1. FILTROS PERCOLADORES Y
BIODISCOS

2. INTRODUCCION
Se puede definir el agua residual como la combinación de los residuos líquidos procedentes
tanto de residencias, instituciones públicas, establecimientos industriales y comerciales a los que
pueden agregarse, eventualmente, aguas subterráneas, superficiales y pluviales.
En la medida en que se vaya presentando acumulación y estancamiento del agua residual
pueden generarse gases de mal olor debido a la descomposición orgánica que ésta posee;
además es importante anotar que en el agua residual hay existencia de numerosos
microorganismos patógenos y causantes de enfermedades que habitan en el aparato intestinal
humano o que pueden estar en ciertos residuos industriales. Pero no todo es negativo, las aguas
residuales contienen nutrientes que en gran parte ayudan al crecimiento de plantas acuáticas.
Aquellos métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos se conocen
como operaciones unitarias, mientras que aquellos métodos en los que la eliminación de los
contaminantes se realiza con base en procesos químicos o biológicos se conocen como
procesos unitarios.
Al referirse a operaciones y procesos unitarios es porque se agrupan entre sí para constituir los
tratamientos primario, secundario y terciario.
En el presente informe se tratará sobre los filtros percoladores y los biodiscos los cuales son
utilizados en el tratamiento secundario de las aguas residuales.

3. OBJETIVOS
 Definir, explicar el funcionamiento y diseño de los filtros percoladores.
 Definir, explicar el funcionamiento y diseño de los biodiscos

4. PRETRATAMIENTO
El pretratamiento prepara el agua residual para los tratamientos posteriores, reduciendo
residuos que puedan afectarles impidiendo una operación adecuada e incrementando el
mantenimiento necesario.
El desbaste mediante rejas es uno de los tratamientos más antiguos que se han realizado en
el agua residual y su fin es proteger los equipos situados aguas abajo de daños y problemas
debidos a la presencia de sólidos de gran tamaño.
A continuación de las rejas de desbaste y el tamiz, se instalara un Desarenador –
Desengrasador

5. Tratamiento Primario
O tratamiento físico-químico, busca reducir la materia suspendida por medio de la
precipitación o sedimentación, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de
oxidación química, poco utilizada en la práctica, salvo aplicaciones especiales, por su
alto coste.
Un buen tratamiento primario seria la disposición de un tanque Imhoff tras el
pretratamiento de las rejas de desbaste o un decantador.
El rendimiento de eliminación de contaminantes alcanzado es comparable a un
decantador primario para los sólidos en suspensión ( 70% SS) y la DBO ( 20%) lo que
indica una pobre eliminación de materia orgánica.

6. Tratamiento Secundario
O tratamiento biológico, se emplea de forma masiva para eliminar la
contaminación orgánica disuelta, la cual es costosa de eliminar por
tratamientos físico-químicos.
Consisten en la oxidación aerobia de la materia orgánica en sus diversas
variantes o su eliminación anaerobia en digestores cerrados. Ambos
sistemas producen fangos en mayor o menor medida que, a su vez,
deben ser tratados para su reducción, acondicionamiento y destino final.

7. Tratamiento Terciario
Este tratamiento es el más necesario para alcanzar una calidad física y
química-biológica adecuada para el uso al que se destina el agua
o para descargas a cuerpos de agua que requieren descargas tales como:
Nutrientes orgánicos e inorgánicos e inorgánicos disueltos que no fueron
removidos en el tratamiento secundario.

8. Elección de la Tecnología mas Adecuada
• Desarrollo de un cultivo bacteriano
disperso en forma de floculo en un
depósito agitado, aireado y alimentado
con el agua residual, que es capaz de
metabolizar como nutrientes los
contaminantes biológicos presentes en
esa agua.
 Un reactor biológico, tanque agitado,
aireado y alimentado con el agua
residual, en el que se produce la parte
biológica del proceso;
 Y un decantador secundario, tanque en
el que sedimenta el fango producido.
LODOS ACTIVOS

9. BIODISCOS
FILTROS PERCOLADORES

10. FILTROS PERCOLADORES

11. El primer filtro percolador se puso en funcionamiento en Inglaterra en
1893. El concepto de filtro percolador nació del uso de filtros de contacto,
que eran estanques impermeables rellenos de piedra machacada. En su
funcionamiento el lecho de contacto se llenaba con el agua residual
desde la parte superior y se dejaba que se pusiese en contacto con el
medio durante un corto periodo de tiempo. El lecho se vaciaba a
continuación y se le permitía que reposase antes de que se repitiera el
ciclo. Un ciclo típico exigía 12 horas de las cuales había 6 horas de
reposo.

13. El filtro percolador moderno consiste en un lecho formado por un
medio sumante permeable al que se adhieren los microorganismos
y a través del cual se filtra el agua residual. El medio filtrante
consiste generalmente en piedras cuyo tamaño oscila de 2,5 a 10
cm de diámetro. La profundidad de piedras varían en cada diseño
particular, generalmente de 0,9 2,4 m con una profundidad media
de 1,8 m. Existen filtros percoladores que utilizan unos medios
filtrantes plásticos, que constituyen una innovación mas reciente y
que se construyen de sección cuadrada u otra cualquiera, con
profundidades de 9 a 12 m. el lecho del filtro es generalmente
circular y el liquido a tratar se rocía por encima del lecho mediante
un distribuidor giratorio.

14. Cada filtro posee un sistema de desagüe
inferior para recoger el liquido tratado y los
sólidos biológicos que se hayan separado
del medio. Este sistema de desagüe inferior
es importante, tanto como instalación de
recogida como su estructura porosa a través
de la cual puede circular el aire.

15. Los filtros percoladores son considerados como tratamiento secundario
del agua residual. En estos se pueden alcanzar una calidad del efluente
de 20 a 30 mg/L de DBO.
Estos también se consideran como una unidad de pre-tratamiento o
acondicionamiento para el tratamiento del agua residual del tipo
industrial o combinado con el agua residual.
Estos además de remover la materia orgánica y sólidos suspendidos
pueden eliminar nitrógeno y fosforo.
Estos son particularmente vulnerables a cambios climatológicos
variando considerablemente en las estaciones de invierno y verano.

16. Los principales factores que se deben considerar en el
diseño de percoladores son:
 Composición
 Tratabilidad del Agua Residual
 Pre tratamiento Medio de Soporte
 Profundidad del Reactor
 Recirculación
Cargas e Hidráulica
Ventilación y temperatura

17. Como el proceso de tratamiento del agua residual
por filtros percoladores corresponde a una
oxidación bioquímica, la determinación de DBO
a los 5 días y 20 C es el principal parámetro
para asegurar la fuerza del agua y la calidad
del efluente. Esta se utiliza con el flujo para
calcular la carga orgánica.
Se deben considerar para el tratamiento del agua residual, las
variaciones horarias, diarias y estacionales del volumen y
fuerza de la misma. Tales variaciones deben ser consideradas
en el diseño de plantas ya que permiten definir la rapidez del
efluente.

18. La tratabilidad de un agua residual depende de la relación de la
materia orgánica coloidal y soluble. El sistema rápidamente captura la
materia coloidal por el proceso combinado de floculación y adsorción y
no por la oxidación biológica. Los orgánicos solubles son capturados
con menor rapidez de la corriente de agua residual y tiene un menor
tiempo de residencia. El proceso de filtro percolador no es apropiado
para tratar agua residual tipo industrial que contenga un alto
contenido de materia orgánica soluble.

19. El grado del agua residual puede afectar el funcionamiento y
diseño de los filtros percoladores. La homogenización,
neutralización, ple cloración y preaeración son los procesos
comúnmente empleados para mejorar la operación del filtro
percolador cuando las características del influente son muy
variables. Es necesario evaluar todas las consideraciones
económicas que implica el tratamiento.

20. Las propiedades de mayor interés en la selección del medio de soporte a
emplear en un filtro percolador son el área superficial y el porciento de
espacios vacios . Las áreas superficiales grandes permiten una mayor
cantidad de masa de película biológica por unidad de volumen. Los
espacios vacios permiten mayores cargas hidráulicas alcanzando una
mayor transferencia de oxigeno.

21. La profundidad en los filtros de baja tasa mejora la
nitrificación potencial y en algunas ocasiones es usado como
la segunda etapa de un sistema biológico de tratamiento
secundario cuando se desea un efluente nitrificado.
Un elemento importante en el diseño de los filtros, es la porción en
el efluente del filtro. Esta practica se le denomina circulación y la
relación de flujo retornado a ingresar a este, es llamada relación
de circulación. Este factor es considerado como un elemento
importante del diseño de filtros de piedra por el aparente
incremento en la eficiencia de remoción de DBO.

22. La ventilación de los filtros es importante para mantener las
condiciones aerobias necesarias y asegurar la efectividad del
tratamiento. Si se proveen corredores adecuados, la diferencia de
la temperatura del aire y la temperatura del agua residual,
generan gradientes que producen la aireación necesaria. Se
recomienda que las paredes filtros no rebasen el nivel del
empaque a fin de disminuir la ventilación.
Existen diferencias significativas de los filtros entre las épocas de
verano e invierno. En general la calidad en el efluente se deteriora
bajo condiciones climáticos invernales ya que la recirculación
durante los meses de invierno disminuye la temperatura en el
interior del filtro, abatiendo la eficiencia en un 21 %

23. Decantador
primario
Filtro Clarificador
Recirculación
Afluente Efluente
Decantador
primario
Filtro Clarificador
Recirculación
Afluente
Efluente

24. Decantado
r primario
Filtro de
primera
fase
Filtro de
segunda
fase
Clarifica
dor
Recirculación Recirculación
a)
Decanta
dor
primario
Filtro de
primera
fase
Clarifica
dor
Filtro de
segunda
fase
Clarifica
dor
Recirculación Recirculación
b)

25. Decantado
r primario
Filtro de
primera
fase
Filtro de
segunda
fase
Clarifica
dor
Recirculación Recirculación
b)

26. Carga Hidráulica
(m3.m-2.d-1)
Carga Orgánica
(kg m-3 d-1)
Recirculación
Baja carga 2,0 – 5,0 0,2 No necesario
Media carga 4 – 10 0,2 – 0,5 Sí
Alta carga 15 – 30 0,7 – 1,0 Sí
Super alta carga 40 - 200 0,8 – 6,0 Sí
f
A
o
Q
=
υ
H
S
.
υ
=
.H
A
S
.
Q
=
B
o
f
o
o
v
So: DBO de entrada al filtro sin considerar la recirculación

27. MEDIO
FILTARNTE
ROCA
ESCORIA
ROCA,
ESCORIA
ROCA,
PLASTICO
PLASTICO PLASTICO ROCA,
PLASTICO
CARGA
HIDRAULICA
M/M x ida
1-4 4-10 10-40 40-200 160-553 10-40
CARGA
ORGÁNICA KG
DBO/M ida
0.08-0.32 0.24-0.48 0.32-1.0 0.8-0.6 2.57-10.67 0.32-10
PROFUNDIDAD,
M
1.80-2.40 1.80-2.40 0.1-1.80 3-12 4.50-16 1.80-2.40
RELACION DE
CIRCULACION
0 0-1 1-2 0-2 1-4 0.5-2
PRESENCIA DE
MOSCAS
MUCHAS VARIAS POCAS POCAS O
NINGUNA
POCAS O
NINGUNA
POCAS O
NINGUNA
DESPRENDIMIE
NTO DE
CULTIVO
BIOLOGICO
INTERMEIT
ENTE
INTERMEI
TENTE
CONTINUO CONTINUO CONTINUO CONTINUO
EFICIENCIA DE
REMOCION DE
DBO
80-90 50-70 65-85 65-85 40-65 85-95
CARACTERISTICA BAJA
INTERMEDI
A ALTA SUPERALTA
FILTROS DE
DESBASTE
FILTROS DE
DOS ETAPAS
CARGA
TABLA 2.1 CLASIFICACION DE FILTROS ROCIADORES

28. Microbiología del proceso
La comunidad biológica presente en un filtro se compone principalmente de protistas, incluyendo
bacterias facultativas aerobias y anaerobias, hongos, algas y protozoos . Suelen también encontrase en
algunos animales superiores como gusano, larvas de insectos y caracoles.
Las bacterias facultativas son los microorganismos predominantes en el filtro percolador y, junto con las
bacterias aerobias, su misión es descomponer la materia orgánica del agua residual.
,

29. Entre las especies bacterianas normalmente asociadas con el filtro
percolador están Achromobacter, flavobacterium, pseudonomas y
alcalígenas.
flavobacterium Pseudonomas Alcalígenas.

30. Dentro de la capa viscosa donde prevalecen condiciones adveras al crecimiento,
existen las formas filamentosas Sphaerotilus y Beggiatoa.
En las zonas mas bajas del filtro, se encuentran las bacterias nitrificantes
nitrosomas y nitrobacter
Beggiatoa.
Sphaerotilus
Nitrosomas
Nitrobacter

31. Los hongos son también causantes de la estabilización del agua residual, pero su
contribución solo es importante a pH bajo o con ciertas aguas residuales
industriales. A veces su crecimiento puede ser tan rápido que en le filtro se
obstruye y restringe la ventilación .
Entre las especies de hongos se encuentran : Fusazium, Mucor, Penicillium,
Geotrichum, y diversas levaduras.

32. Las algas solo pueden crecer en las capas superiores del filtro donde puede llegar la luz solar . Entre las especies de
algas se encuentran normalmente en los filtros percoladores : Phormidium, Chlorella y Ulothrix.
Por lo general , las algas no toman parte directa en la degradación de los residuos, pero en las horas diurnas añaden
oxigeno al agua residual que se esta filtrando. Desde un punto de vista operacional, las algas son un estorbo, ya
que pueden causar el taponamiento de la superficie del filtro.
Phormidium Chlorella Ulothrix

33. PARTES DE FILTRO PERCOLADOR

34. Sistema de distribución
 El sistema debe proporcionar carga hidráulica uniforme sobre la superficie del
filtro.
 Los aspersores para la distribución del agua residual pueden ser fijos o móviles,
dependiendo de que la estructura del filtro sea rectangular o circular
respectivamente.

35. Empaquetadura o relleno
 Constituye el medio de soporte de la biomasa.
 Las propiedades mas importantes del relleno en los filtros percoladores son la
superficie específica y el porcentaje de huecos. La superficie específica se define
como m2 de superficie por m3 de volumen total.
 TODO RELLENO DEBE POSEES:
 Resistencia mecánica
 Resistensia química
 Alta relación área/volumen

36. Medio de Piedra Medio de Plástico
Tamaño: 3-15cm
Área específica: 40-80m2 m3
Baja área específica
Profundidades hasta 2.5m
Mayor riesgo de quedar obstruida
Estructura de soporte mas cara
Precio bajo
Distribución homogenea
Tamaño: Diferentes formas y tamaños
Área específica: 20-250m2 m3
Alta área específica
Permiten profundidades hasta 12m
Existe menor riesgo de quedar obstruido
Estructura de soporte mas barata
Precio elevado
Distribución aleatoria

38.  El agua residual esta siendo tratada y el oxígeno del aire, se mantienen en contacto
con la biopelícula que se forma sobre el empaque del filtro.
 La penetración de oxígeno no llega hasta la superficie del relleno y por ello se
desarolla una zona mas externa de actividad aerobica.
 Y una segunda anaerobia
capa anaerobia
capa de limo
capa aerobia
ácidos orgánicos
O2 , aire
DBO

40. Sistema colector
 A través del sistema recolector se extrae el efluente del tratamiento y se produce
además la circulación del aire a través de la estructura
distribuidor
lecho de piedra

42. ECUACIONES DE DISEÑO-METODO NRC
 Este método fue propuesto por el Nacional Research Council de Estados Unidos
 De acuerdo con el método de diseño del NRC, el volumen del relleno de un filtro
percolador depende de la eficiencia de eliminación de DBO, el flujo másico de DBO
que entra a la etapa biológica del sistema de tratamiento, y la recirculación que se
fije
F
W
E
100
E
0,443
V
2








V: volumen del relleno (m3)
E: eficiencia de depuración incluyendo la eficiencia del
sedimentador secundario y la recirculación (%)
W: flujo másico de DBO que entra al filtro sin incluir
recirculación (kg.d-1)
F: factor relacionado con la relación de recirculación según la
ecuación
W = Q.DBO

43.  Qr: flujo de recirculación
 Qo: Flujo de entrada
2
10
R
1
R
1
F









o
Q
r
Q
=
R

44.  Existen evidencias experimentales que demuestran que el proceso de depuración
en los filtros percoladores cumple con una cinética de primer orden
 donde
 So: DBO del afluente al filtro
 Se: DBO soluble del efluente del filtro
 AV: área específica del relleno (m2.m-3)
 H: profundidad o altura del relleno
 : carga hidráulica (m3.m-2.d-1)
 n: exponente que varía entre 0,5 y 1,0 que depende del relleno n = 0,50.
 kt: constante de velocidad del proceso a t°C
PRIMER ORDEN





 

-n
o
e
υ
H
A
t
k
e
S
S v
f
A
o
Q
=
υ
20
t
20
T θ
k
k 

kT: temperatura a t °C
θ: 1,047

45.  Transformando la ecuación anterior
 volumen de relleno





 

-n
o
e
υ
H
A
t
k
e
S
S v
 
H
o
Q
n
1
H
kA
e
S
S
ln
V
v
o















 H
r
Q
Q
n
1
H
v
kA
e
S
m
S
ln
V o 















Cuando no se emplea recirculación,
Cuando se necesita recirculación,

46. BIODISCOS

47. ¿Qué es un Biodisco?
 Consiste en una serie de discos, generalmente
suelen tener 3 m de diámetro y 1.5 mm de
espesor que gira en torno a un eje horizontal
aproximadamente de 8 m de longitud, con 7.5 m
ocupados por los discos, situados dentro de un
recipiente lleno de agua residual.
 Son utilizados en procesos biológicos aerobios,
para el tratamiento secundario de las aguas
residuales.
 La remoción de DBO obtenida por este sistema
de tratamiento varían de 80 – 95 %.

48. ¿Por qué se elige un biodisco?
Es una alternativa
de tratamiento
biológico para
aguas residuales
No se dispone de
grandes
extensiones de
terreno.
Para tratar aguas,
residuales de
poblaciones
pequeñas.

49. Funcionamiento
 Los microorganismos presentes en el
agua residual comienzan a fijarse y
multiplicarse en la superficie de los
discos
 La flora, es sumergida en el líquido
donde recoge la sustancia orgánica
necesaria para su nutrición, creándose
una película de biomasa bacteriana,
 Es llevada a contacto con el aire donde
se satura de oxígeno, otro elemento
fundamental del proceso de oxidación
biológica.
Giran lentamente (1 – 4 rpm), manteniendo un 40% de su superficie sumergida,
separados unos de otros entre 20 – 25 mm.

50. Funcionamiento
 El crecimiento bacteriano de la película
continua hasta que llega un momento en
que su espesor es tal que ve dificultada la
difusión de oxígeno hasta las capas
bacterianas más profundas, en esta
situación las capas mencionadas entran en
fase de respiración endógena,
produciéndose fermentaciones y burbujeo
gaseoso.
 Las fuerzas de fricción ejercidas sobre la
película biológica al girar los discos dentro
del agua residual, provocan que el exceso
de biomasa se desprenda.
 La rotación del sistema mantiene en
suspensión a la biomasa desprendida
hasta que el flujo de agua la saca del
sistema. La biomasa debe separarse por
sedimentación del agua tratada.

51.  El agua entra en la primera etapa y avanza de etapa en etapa y cada una opera con
un mezclado completo en la cual se encuentra en equilibrio dinámico el crecimiento
de la película biológica y el desprendimiento de biomasa.
 El biodisco puede diseñarse de uno o varios módulos, cada módulo tiene
tres a cuatro etapas.

52. INFLUENTE
EFLUENTE AL
DECANTADOR
INFLUENTE EFLUENTE

53. CRITERIOS DE DISEÑO
 Área sumergida: 40 %
 Número mínimo de etapas: 4
 Temperatura: 13º a 32ºC.
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 =
1
4
𝜋(𝐷𝑜
2
− 𝐷𝑖
2
)

54. DISEÑO
 Carga másica 0.5-2 kg
DBO5/kg de fango/día.
 Datos de partida:
 Calcular la DBO soluble,
tanto de entrada (DBOse)
como de salida (DBO5ss).
Siendo DBO5e la DBO5 a la entrada, y DBO5s la DBO5 a la salida, datos
conocidos.

55. Conociendo los datos de DBO5 y SST a la entrada y a la salida,
calculamos el rendimiento del proceso:
K(SST>DBO5) 0.50
K(SST<DBO5) 0.60
 Constante de DBO5 suspendida (K):
El valor que toma depende de SST y DBO5,
siendo:

56.  DBO5 suspendida:
A la de entrada como la de salida, con la
fórmula:
 Factor de corrección de temperatura (Tc):
Depende de la temperatura del agua.
Tc (T>12,7ºC) 1,00
Tc (T<12,7ºC) 0,89
 Sustrato específico consumido (Rc):
Se mide en g/m2, depende de la DBO5 soluble de
salida y se calcula de la siguiente manera:

57.  Superficie de los biodiscos (A):
Primero, se calcula la superficie necesaria
total como:
 Clarificador secundario:
Se calcula la velocidad ascensional:
Y se dimensiona el decantador:

58.  Producción de fangos:
Con los sólidos en suspensión del
influente (SSi), que son los sólidos en
suspensión totales a la entrada (SSTe),
calculamos los sólidos en suspensión del
efluente a tratar (SSe), teniendo en
cuenta la DBO5 suspendida:
Por lo que la producción de fangos es:

59. EJEMPLO DE
DISEÑO

60. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
 No existen problemas de ruido.
 No se necesita equipo de retro lavado, porque la rotación de los discos
sumergidos en el agua residual, elimina el exceso de biomasa que se adhiere a
los discos.
 Las ampliaciones del sistema pueden hacerse fácilmente, porque nuevos
módulos de biodisco pueden añadirse con facilidad.
 El requerimiento de área de tratamiento es menor, lo que constituye la ventaja
principal del biodisco con respecto a los demás sistemas de tratamiento
biológico, en los que en muchos casos se requiere grandes extensiones para el
tratamiento.
Ventajas

61. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
 El proceso es relativamente nuevo y no hay parámetros de diseño
definidos.
 Por presentar tres fases: gaseosa, líquida y sólidos es difícil definirlo con
un modelo matemático simple.
 El proceso C.B.R. requiere un tiempo muy largo para alcanzar la
estabilidad.
 El costo del sistema es bastante elevado por tener que importarse de
otros países como E.U.A. y México.
Desventajas

62. ELECCIÓN DEL
TRATAMIENTO
SECUNDARIO.
Debemos tener
en cuenta el
tema
económico y
operativo.
Inversión
inicial
Calidad
del
efluente
Estabilidad
del
efluente
Resistencia
a la
variabilidad
Consumo
energético
Espacio
necesario
Olor
Facilidad
de
mantenimie
nto
Producción
de lodos

63. De todos los sistemas de
depuración incluidos en el
cuadro hay tres que
predominan en el mercado por
encima del resto. Éstos son
Lodos Activos, los Filtros
Percoladores y los Biodiscos.

64. Consumo Eléctrico:
 Los biodiscos consumen del
orden del 20% de lo que consume
una EDAR convencional de Lodos
Activos.
Producción de Lodos
 El volumen de lodos producido
tanto por los Filtros Percoladores
como por los biodiscos es
mínimo.
Mantenimiento de las instalaciones
 Los Biodiscos están concebidos para
que tanto el número de operaciones de
mantenimiento (ya sea éste correctivo
o preventivo) como su frecuencia sean
mínimos.

65. Concluciones:

66. GRACIAS