diseÑo de reactores biolÓgicos

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DISEÑO DE SISTEMAS DE FANGOS ACTIVOS CONVENCIONALES. ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE

MATERIA ORGÁNICA Y NUTRIENTES



Presentación del curso

El diseño de tratamientos secundarios de fangos activos convencionales sigue ocupando el mayor porcentaje de losproyectos que se realizan tanto de remodelación, ampliación o nueva planta, para lo cual resulta de gran ayudacontar con una guía completa y entendible para su correcto diseño.

DISEÑO DE SISTEMAS DE FANGOS ACTIVOS

ORGÁNICA Y NUTRIENTES

DISEÑO DE SISTEMAS DE FANGOS ACTIVOS CONVENCIONALES. ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE MATERIA


>120 diapositivas

(audio)

20 horas3 semanas

+ SOPORTE ONLINE

Ejerciciopráctico de diseño de

EDAR/PTAR

El curso permite aprender a desarrollar el diseño de sistemas de fangosactivos convencionales mediante hoja de cálculo Excel, asimilando de formadetallada la teoría en la que se fundamentan. Para ello se expondrá de manerapormenorizada y desglosando celda a celda, el desarrollo de una secuencia dedimensionamiento del tratamiento secundario de una planta depuradora. Unavez asimilado el conocimiento, se propondrá al alumno un caso práctico aevaluar que permitirá aplicar el conocimiento práctico adquirido.

LOS MÓDULOS DE ESTE CURSO INCLUYEN:





1.- Fundamentos para el diseño de tratamientos secundarios

2.- Caso práctico desarrollado en Excel. Diseño del TratamientoSecundario.

3.- Actualización de la teoría de depuración biológica a modelos desimulación.

4.- Caso práctico a desarrollar en Excel por el alumno. Diseño delTratamiento Secundario.

A continuación, se exponen algunas diapositivas como ejemplo del curso:

Descrito de una forma global se puede decir que las bacterias que viven en el reactor biológico se alimentan de loselementos nutritivos que entran con el influente, de forma que éstas crecen. Cuando comienza a faltar la materiausada como alimento por los microorganismos se produce un autoconsumo del protoplasma celular de forma quela masa de microorganismos disminuye.

1.1.2 Degradación de materia orgánica

Reacciones de síntesis

Materia orgánica + O2 + Nutrientes Bacterias + CO2Bacterias

Reacciones de respiración endógena

Bacterias + O2 CO2 + H2O + NH3Bacterias

REACTOR BIOLÓGICO

O2 O2 O2

DECANTADORSECUNDARIO

FANGOS EN EXCESO

INFLUENTE EFLUENTE

RECIRCULACIÓN EXTERNA

ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE MATERIA ORGÁNICA

Oxígeno consumido en respiración endógena:

ORE = b * V * XDonde:

b = coeficiente cinético que define el desarrollo de la respiración endógena, expresado en KgO2/KgSSLM/día (ver tabla)V = Volumen del tanque de aireación (m3)X= Concentración del licor mezcla (kg/m3)

Los valores de a y b para el rango de valores habituales según la carga másica del proceso son los siguientes:

Carga Másica(Kg DBO/d/KgSSLM) a (Kg O2/KgDBO5eliminada) b (d-1) (*)

0,1 0,50 0,136 0,7 0,50 0,131 0,5 0,50 0,123 0,4 0,53 0,117 0,3 0,55 0,108 0,2 0,59 0,092 0,1 0,65 0,066 0,05 0,66 0,040

(*) Los valores del coeficiente cinético b indicados en la tablason los correspondientes para T = 20º. Para otras temperaturaspuede calcularse con una expresión del tipo:

bT = b20º * (T-20)

El valor de θ en el rango de temperaturas de 5 a 35º es del orden de 1,029. Este hecho no afecta al parámetro “a” al ser estequiométrico y no cinético.

El hecho anterior permite diferenciar, de simple vistazo, si un tratamiento secundario se basa en aireación prolongadao en un sistema convencional. La clave está en fijarse comparativamente en el tamaño del reactor biológico frente alde la decantación secundaria (si la hubiera). Si el reactor tiende a ser bastante más grande que el conjunto de ladecantación secundaria, entonces estamos hablando de aireación prolongada.

Si por el contrario, el reactor tiende a ser igual o inferior altamaño del reactor biológico, entonces es sistema defangos activos convencionales.

La forma en la que se muestra el procedimiento de cálculo es la siguiente:

2.1. DATOS DE PARTIDA PARA EL DISEÑO

1 BASES DE PARTIDA FormulaciónValores

2 Columna F

3 CAUDALES DE AGUA RESIDUAL A PLANTA4 Caudal medio diario 10.000 10.000 m3/d

56 NIVELES DE CONTAMINACIÓN

7 DBO5

8 Carga diaria total =+F4*F9/1000 2800 kg/d

9 Concentración de diseño 280 280 ppm

10

11 SStotales



14

15 Ptotal

16 Carga diaria total =+F4*F17/1000 102,9 kg/d

17 Concentración de diseño 10,3 10,3 ppm

18

19 Ntotal



2223 NTK24 Carga diaria total =+F4*F25/1000 683 kg/d

25 Concentración de diseño 68,3 68,3 ppm

En la columna de la izquierdatitulada «Formulación», apareceen cada celda el conjunto deoperaciones matemáticas quedefinen la expresión que dacomo resultado el valor indicadoen la celda de su derecha,(columna titulada «ValoresColumna F»).

En la siguiente tabla se muestran los primeros pasos a dar en el diseño, que son los de indicar claramente los valores de partida deldiseño que condicionan los cálculos a realizar durante el diseño.

TRATAMIENTO BIOLÓGICO Valores

Formulación Columna F

23 Determinación del Volumen del Reactor24 Fracción anóxica 0,3 0,325 Fracción óxica =1-F24 0,7

26 Edad del fango 18,1 18,1 kg MLSS/(kg fangos exceso*d)

27 Temperatura =F21 12 ºC

28 Función Objetivo =((1-F24)*F31/F29)-F30-1/F26 029 S (coef. Seguridad. 1-1,5) 1,4 1,4

30 bnT( coef. Decrecimiento bacterias nitrificantes) =0,04*1,029^(F27-20) 0,032 dias^-1

31 unmT (Coef. Crecimiento bacterias nitrificantes) =+F32*1,123^(F27-20) 0,17 dias^-1

32 u(20) (0,5 en cond. normales; 0,4 en cond. desfavorables) 0,44 0,443334 Carga másica 0,064 0,064 kgDBO5/kgMLSS

35 Función Objetivo=1/((1,2*F34^1,23+0,5*(F36-

0,6)*F34)*F15/100)-F26 0

36 B (SS/DBO5) a la entrada del reactor =+F16/F7 0,937 Volumen total reactor =+F10/(F34*F39) 22,311 m338 Volumen por línea =+F37/F6 11,156 m3

39 Concentración sólidos en reactor MLSS (2,5-4) 3,5 3,5 kg/m3

40 Fangos en exceso por línea=(1,2*F34^0,23+0,5*(F36-

0,6))*F9*F15/100 1,871 kg/d41 Fangos totales en exceso =+F40*F6 3,742 kg/d

El valor de esta «FunciónObjetivo» es cero al iterar elvalor buscado teórico de la edaddel fango (F26) con la “funciónobjetivo” de Excel.

En este otro caso el valor de esta«Función Objetivo» es cero aliterar el valor buscado teórico dela carga másica (F34) con la“función objetivo” de Excel.

2.2.1 CÁLCULO DEL VOLUMEN Y PRODUCCIÓN DE FANGOS

TRATAMIENTO BIOLÓGICO ValoresFormulación Columna F

96 FÓSFORO A ELIMINAR QUÍMICAMENTE97 Al objeto de obtener una concentración máxima de 2 mg/l de P en el efluente, 98 se proyecta un afino químico. Debe considerarse el proceso de eliminación 99 biológica del fósforo como un medio para economizar reactivos,100 pero no como único medio para garantizar las exigencias del vertido101102 P a eliminar mediante precipitación química complementaria 4 4 mg/l103 Cantidad eliminada =+F102*F3/1000 40 kg/d104105 La dosis recomendada por la Norma Alemana ATV A-131 106 y MANUAL OF PRACTICE 7 WPCF 1,5 mg/l107108 Es decir: Kg Fe / Kg P eliminado: =+F106*(55,84/30,97) 2,71 kg/kg

109 FeCl3 / kg P eliminado:=+F106*(55,84+35,45*

3)/30,97 7,84 kg/kg

110 FeCl3 comercial (riqueza del 42%; densidad 1,4): =+F103*F109/1,4/0,42 533 l/d111112 Dosificación113

114 A caudal medio =+F110/24 22,2 l/h

115 Consumo =F110 533 l/d116 =+F115/24 22,2 l/h117 Número bombas en servicio 1 1 Ud118 Número bombas en reserva 1 1 Ud119 Número bombas total 2 2 Ud

120 Capacidad media =+F116/F117 22,2 l/h

121 Tipo de bomba a instalar Pistón-membrana

Peso atómico del fósforo (P): 30,97

Peso atómico del hierro (Fe): 55,84

Peso atómico del cloro (Cl): 35,45

122123 Almacenamiento

124 Volumen requerido por día =F110 533 l/d125 Autonomía requerida 12 12 d126 Volumen necesario =+F124*F125/1000 6,4 m3

127 Número depósitos 1 1 Ud128 Volumen necesario unitario =+F126/F127 6,4 m3

129 Volumen necesario unitario adoptado 6 6 m3

130 Autonomía real =+F129*1000/F124 11,3 d

3.9. Diagrama conceptual del ASM1. Eliminación de M.O. y NitrógenoA continuación se amplía y completa el diagrama anterior, mostrando de forma esquemática el proceso deeliminación de materia orgánica y nitrógeno.

3.5. Modelo de Monod

Frecuentemente, se utiliza el modelo de Monod que supone que el crecimiento bacteriano sigue la cinética deMichaelis-Menten para los procesos catalizados por enzimas, con lo que:

Influencia de la concentración de sustrato

Siendo:

Según este modelo, la velocidad del proceso biológico de crecimiento microbiano tenderáasintóticamente al valor máximo mmax. La concentración a la cual la velocidad del proceso es igual ala mitad de la velocidad máxima será el valor de la constante de semisaturación del proceso Ks.

A quien se dirige ? A quien se dirige ?

Profesionales del campo del Diseño, Ingeniería, Operación y Explotación de empresas de Construcción y/o gestión de agua, así como Técnicos y licenciados que se desempeñan en las áreas de Supervisión y Control, etc.. de este tipo de plantas. Ingenieros Industriales, Ing. Técnicos Industriales, Lic. Medioambiente, Ing. Químicos, etc., así como alumnos de último año de dichas carreras.





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