Diseño interactivo del proceso de lodos activados Luis Everardo Castro Solís Facultad de Ingeniería

Universidad Autónoma de Coahuila Agosto 2009

netzerohunt@hotmail.com

Resumen

Se desarrolló una herramienta de software para el diseño interactivo y visualización del proceso de lodos activados convencional. La herramienta consiste en un “simulador de vuelo” que refleja en cada momento los cambios en los parámetros del diseño tales como las concentraciones o los flujos entre otros. El software esta basado en la plataforma Excel® de Microsoft. El software se pone a disposición de cualquier investigador o académico interesado. Este tipo de herramientas permite al usuario realizar el análisis de sensibilidad del diseño y desarrollar comparaciones sistemáticas entre alternativas. A futuro se considera ampliar la capacidad de la herramienta para la estimación de costos, volúmenes y programa de obra, es decir el proyecto ejecutivo de la planta de tratamiento; otrá línea futura es la inclusión de opciones para el diseño detallado del sistema y generación de dibujos constructivos (planos). El proceso de lodos activados

El proceso de lodos activados fué desarrollado en Inglaterra en 1914 por Arden y Lockett y se denomina así porque involucra la producción de una masa activada (con capacidad sorbente) de microbios capaces de estabilizar un desecho orgánico aeróbicamente. Su principal aplicación es la remoción de materia orgánica carbonácea del agua residual, cuantificada como demanda bioquímica de oxígeno (DBO); El bioreactor utilizado es similar al propuesto por Reynolds (1982) para estudios de laboratorio.

Operacionalmente, el tratamiento biológico de desecho en laboratorio se realiza típicamente con un diagrama de flujo como el de la

figura 1. Se introduce un desecho orgánico al reactor, en donde un consorcio bacterial aeróbico es mantenido en suspensión. El contenido del reactor es referido como “licor mezclado”. En el reactor las bacterias efectúan la conversión del carbón biodegradable de acuerdo con la estequiometría mostrada en las ecuaciones de oxidación y síntesis, (O) y respiración endógena, (S): (O) <COHNS> + O2 + <Nutrientes> → CO2 + NH3 + C5H7NO2 + <productos> (S) C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + <energía>

Es posible calcular que un requerimiento de 1.42 mgO2/mgCélulas para oxidar completamente las moléculas celulares, de donde la DBO última de las células es 1.42 veces la concentración celular.

El ambiente aerobio se alcanza mediante aereación difusa, la cual también sirve para mantener al reactor en régimen completamente mezclado. Después de un tiempo especificado de tiempo, la mezcla de células nuevas y viejas se pasa al tanque de sedimentación, donde las células son separadas del agua tratada. Una porción de las células sedimentadas es reciclada para mantener la concentración deseada de microorganismos en el reactor, y una porción es desechada. La porción desechada corresponde al nuevo crecimiento de tejido celular, asociado con esa agua residual en particular. El nivel al cual la masa biológica en el reactor, debe mantenerse, depende de la eficiencia del tratamiento deseable y otras consideraciones relacionadas con la cinética de crecimiento. Cinética del crecimiento biológico

En sistemas de cultivo suspendido continuo (y batch) la tasa de crecimiento celular se define por (1) rg = dX/dt = µX Donde: rg = Tasa de crecimiento celular [M L-3 t -1] µ = Tasa de crecimiento específico [t-1] X = Concentración de sólidos [M L-3]

Se sabe (Metcalf & Eddy, 1995) que el efecto de sustrato limitante (fuente de carbono) puede definirse Monodianamente como: S (2) µ = µm ------------

Ks + S Donde: µm = Tasa de crecimiento específico máximo [t -1] S = Concentración de sustrato limitante [M L-3], v. gr mgDBO/l Ks = Constante de velocidad media [M L-3]

La tasa de crecimiento puede expresarse entonces como: S (3) rg = µm X ----------- Ks + S

Para un sustrato dado, la cantidad de nuevas células producidas por unidad de remoción de sustrato (rendimiento, Y) relación la tasa de crecimiento con la tasa de desaparición de sustrato: (4) rg = - Y rsu donde: Y = Rendimiento máximo [M células formadas / M sustrato

consumido] rsu = tasa de desaparición de sustrato [M L-3 t-1]

Entonces la tasa de utilización de sustrato puede escribirse como

S (5) rsu = - KX --------- Ks + S

Con K = µm/Y (tasa máxima de utilización de sustrato por unidad de masa de microbios); naturalmente, en la práctica el decaimiento celular endógeno confunde las mediciones efectuadas, siendo la tasa neta de crecimiento celular

(6) r’g = - Yrsu - kd X

Asumiendo un modelo de decaimiento endógeno de primero orden, con constante de velocidad kd [M L-3 t -1].

Se han propuesto otras cinéticas para describir el crecimiento de microbios y la remoción de sustrato, por ejemplo rsu = - KX S (Tischler & Eckenfelder, 1969), o bien (Grau & Dohanyos, 1970) (7) rsu = - KXS/So Donde So = Concentración de sustrato influente (v. gr., mgDQO/l)

Esta última expresión cinética al aplicarla al tratamiento de aguas orgánicas de composición multiple (Hovious et al , 1975) evidencia el concepto de cinética de orden cero múltiple: “a medida que los compuestos fácilmente degradables se van acabando, aquellos pendientes de eliminarse resultan en un decremento de la tasa de remoción.” Análisis del proceso En el sistema completamente mezclado de la figura 1, el contenido del reactor es mezclado completamente con aire difuso, y se asume que no hay microorganismos en el influente de agua residual. Una parte integral del sistema es la unidad de separación de sólidos (sedimentador) en el cuál las células del reactor son separadas y retornadas al reactor. Se asume que 1) la estabilización del desecho por microbios ocurre solamente en el reactor, y 2) el volumen usado para calcular el t iempo medio de residencia celular para el sistema, incluye solamente el volumen del reactor.

Figura 1

El tiempo medio de retención hidráulica para el reactor, τ [día], se define como

(8) τ = V/Q Donde: V = Volumen del reactor, v. gr. l Q = Flujo volumétrico, v. gr. l/d

El tiempo medio de residencia celular, θ, definido como la masa de microbios en el reactor dividida por la masa de organismos removida del sistema cada día, viene dado por la siguiente expresión:

VX (9) θ = -------------------------- Qw X + Qe Xe Donde: Qw = tasa de flujo del líquido conteniendo las células a ser

removidas Qe = tasa de flujo de la unidad de separación (efluente) Xe = Concentración de células en el efluente del sedimentador Asumiendo que Xe ≈ 0, la expresión (9) se reduce a θ = V/Qw El Balance de masa para las células en el sistema puede escribirse como: (10) Vr dX/dt = Qxo - [Qw X + QeXe] + V r’g acoplando a (10) el modelo cinético (6), y asumiendo que a) la concentración de microbios en el influente es nula, y b) que prevalecen condiciones de estado estable (dX/dt = 0), se tiene: rsu (11) θ-1 = -Y ---- - kd

X Puede demostrarse, a partir del balance de sustrato en estado estable (16), abajo, que el término rsu puede determinarse mediante la diferencia finita

(12) rsu = - τ-1 (So - S) quedando (13) como: (So - S) (13) θ-1 = Y ---------- - kd τX resolviendo para la concentración de células: θ Y (So - S) (14) X = ---------------- τ (1 + kd θ) Balance de sustrato. Puede escribirse como (15) Vr dS/dt = Qso - [QeS + Qw S] + V rsu acoplando el término cinético Monodiando de desaparición de sustrato (5) y asumiendo además a) estado estable (dS/dt = 0) y b) régimen hidráulico estacionario: Q = Qe + Qw (proceso isotérmico), queda

KXS (16) τ-1 (So - S) - --------- = 0

Ks + S sustituyendo (14) y resolviendo para la concentración de sustrato:

Ks (1 + kd θ) (17) S = --------------------

θ(YK - kd) - 1 Las ecuaciones (14) y (17) proporcionan una descripción del estado estable del proceso; sin embargo son difíciles de usar para fines de diseño, por las muchas constantes involucradas. Relaciones de control. En la ecuación (11) el término -rsu/X se conoce como la tasa específica de utilización de sustrato (U). La ecuación (11) puede

escribirse como θ-1 = YU - kd. El parámetro θ puede utilizarse como parametro de control, basado en que, para controlar la tasa de crecimiento de microbios y por lo tanto el grado de establización del desecho, un porcentaje específicado de la masa celular en el sistema, debe ser desechada diariamente; puede usarse la expresión (9) simplificada. Un término estrechamente relacionado con la tasa específica de utliización y usada como parámetro de diseño y control, se conoce como la relación comida/microbios (F/M), dada por

So (18) F/M = ------ [=] mgDQO/mgVSS-d τ X Herramienta de simulación

Con las ecuaciones 1 a 18 presentadas, se construyó una herramienta de software (simulador de vuelo) para el diseño interactivo (visualización) del proceso de lodos activados; para completar el procedimiento de diseño básico, se integró a las ecuaciones anteriores un modelo de “flujo másico de sólidos” para resolver el diseño del sedimentador secundario, este modelo de sólidos se describirá por separado.

La herramienta cuenta con un panel de control para que el

diseñador pueda ensayar diferentes alternativas e inclusive comparaciones sistemáticas entre muchísimas de éstas.

Entre sus capacidades de reporte ofrece, además de la visualización

directa del diagrama de proceso, un reporte de hoja de datos y la memoria de cálculo completa y detallada (diseño básico del tanque de aereación y sedimentación). Por su ubicuidad, se eligió la plataforma Excel® de Microsoft y el lenguaje de macros Visual BASIC para aplicaciones de Microsoft como base para el desarrollo de nuestro simulador Referencias Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment, Control & Reuse. Metcalf & Eddy, Inc. McGraw Hill. 1995 Reynolds, T.D., Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS Publishing Company, 1982. Eckenfelder, Hovius & Adams. A kinetic model for design of completely-mixed activated sludge treating variable strength industrial wastewater, Water Research, Vol. 9, pp. 37-42, 1975. Apéndice: Reportes del sistema

Diseño de un sistema de lodos activados convencional

1.- Datos básicos

Flujo, Q = 0.23 Mgal/d = 0.01 m3/sDBO5 in, So = 250 mg/lDBO5 out, S = 20 mg/lTemperatura = 20 ºC

2.- Suposiciones básicas

SSV in, Xo = 0 mg/lRelación MLVSS/MLSS = 0.8Concentración lodo en retorno, Xu = 10100 mg/lMLVSS, X = 3500 mg/lTiempo de residencia celular, qc = 2 dMLVSS out, Xe = 22 mg/lFracción biodegradable MVLSS = 0.65BOD5/BODu = 0.68Nutrientes (P, N, trace) = AdecuadosQpico/Qpromedio = 2.5DBO5pico/DBO5promedio = 1.5Duración del pico de flujo sostenido = 2 dDuración del pico de DBO = 7 dRel. Lodo TS/Lodo TA = 0.3Prof. minima zona clarificada = 5 ft = 1.524 mSout.pico/Sout.prom = 0.75

3.- Datos de sedimentación

MLSS, mg/l Vo, ft/h1600 112500 82600 54000 25000 18000 0.3

4.- Datos de biocinética

kd = 0.06 /dY = 0.5 lbMLVSS/lbDBO5

5.- Datos de transferencia de oxígeno y aireación

Eficiencia de transferencia de O2= 0.08Factor de seguridad de sopladores = 2

Preparado por M.C. Luis E. Castro Solís

Hoja de datos

A. Tanque de aereación

1.- Concentración de DBO5 soluble en el efluente

Fracción biodegradable de sólidos biológicos en efluente = 14.30 mg/lDBOu de los sólidos biológicos biodegradables efluente = 20.31 mg/lDBO5 de sólidos suspendidos efluente = 13.81 mg/l

DBO5 soluble influente que escapa al tratamiento, S = 6.19 mg/l

2.- Eficiencia de tratamiento

Eficiencia global de la planta, Eg = 92.0%Eficiencia basada en DBO5 soluble, Es = 97.5%

3.- Volumen del reactor

V = 0.01 Mgal = 54 m3

4.- Cantidad de lodo a purgar cada día

Rendimiento de biomasa observado, Yobs = 0.4464Incremento en la masa de MLVSS, Px = 209 lb/d = 95 kg/dIncremento en la masa de MLSS, Px(ss) = 261 lb/d = 118 kg/d

Cantidad de lodo a purgar diariamente = 219 lb/d = 99 kg/d

5.- Flujo de lodo a purgar (a partir del reactor)

Qw = 0.006 Mgal/d = 23 m3/d

6.- Relación de recirculación

Qr/Q = a = 0.76

7.- Tiempo de residencia hidráulica del reactor

q = 0.06 d = 1.5 hr

8.- Requerimientos de oxígeno basados en DBOu carbonácea

Masa de DBOu utilizada = 688 lb/d = 312 kg/dRequerimiento diario de O2 = 391 lbO2/d = 177 kg/d

9.- Relación F/M y COV

Relación comida - microorganismos, F/M = 1.15 lbDBO5/lbMLVSS.dCarga orgánica volumétrica, COV = 250.8 lbDBO5/10e3ft3.d = 4.02 kgDBO5/m3.d

10.- Volumen de aire requerido

Requerimiento teórico de aire (23.2% O2) = 22488 ft3/d = 637 m3/dRequerimiento actual de aire (eficiencia= 0.08 ) = 281094 ft3/d = 7960 m3/d

195 ft3/min = 6 m3/minFactor de seguridad de sopladores = 2

Requerimiento de diseño = 390 ft3/min = 11 m3/min

11.- Verificación de volumen de aire vs valor determinado

Requerimiento de aire por unidad de volumen = 1.22 ft3/gal = 9.1 m3/m3Requerimiento de aire por unidad de masa de DBO5 removida = 601 ft3/lbDBO5rem = 37.5 m3/kgDBO5rem

Cálculos

B. Tanque sedimentador

12.- Desarrollo de la curva de flujo másico de sólidos a partir de datos de sedimentación

MLSS, mg/l Vo, ft/h log(MLSS) log(Vo)1600 11 3.204 1.0412500 8 3.398 0.9032600 5 3.415 0.6994000 2 3.602 0.3015000 1 3.699 0.0008000 0.3 3.903 -0.523

Parámetros de regresión lineal con mínimos cuadradosm = -2.355308107b = 8.733993065

MLSS, mg/l log(MLSS) log(Vo) Vo, ft/h SF, lb/ft2.h SFcalc1000 3.000 1.668 46.57 2.901500 3.176 1.253 17.92 1.682000 3.301 0.959 9.10 1.142500 3.398 0.731 5.38 0.843000 3.477 0.544 3.50 0.66 0.623500 3.544 0.387 2.44 0.53 0.544000 3.602 0.250 1.78 0.44 0.474500 3.653 0.130 1.35 0.38 0.405000 3.699 0.022 1.05 0.33 0.345500 3.740 -0.076 0.84 0.29 0.296000 3.778 -0.165 0.68 0.26 0.256500 3.813 -0.247 0.57 0.23 0.227000 3.845 -0.322 0.48 0.21 0.197500 3.875 -0.393 0.40 0.19 0.178000 3.903 -0.459 0.35 0.17 0.168500 3.929 -0.521 0.30 0.16 0.169000 3.954 -0.579 0.26 0.15 0.17

Ajuste con minimos cuadrados cuadráticos de SF = f(MLSS); SF=x, MLSS=yx y x2 x3 x4 xy x2y

3000 0.66 9.000E+06 2.700E+10 8.100E+13 1.966E+03 5.898E+063500 0.53 1.225E+07 4.288E+10 1.501E+14 1.861E+03 6.515E+064000 0.44 1.600E+07 6.400E+10 2.560E+14 1.775E+03 7.100E+064500 0.38 2.025E+07 9.113E+10 4.101E+14 1.702E+03 7.660E+065000 0.33 2.500E+07 1.250E+11 6.250E+14 1.640E+03 8.199E+065500 0.29 3.025E+07 1.664E+11 9.151E+14 1.585E+03 8.718E+066000 0.26 3.600E+07 2.160E+11 1.296E+15 1.537E+03 9.222E+066500 0.23 4.225E+07 2.746E+11 1.785E+15 1.494E+03 9.710E+067000 0.21 4.900E+07 3.430E+11 2.401E+15 1.455E+03 1.019E+077500 0.19 5.625E+07 4.219E+11 3.164E+15 1.420E+03 1.065E+078000 0.17 6.400E+07 5.120E+11 4.096E+15 1.388E+03 1.110E+078500 0.16 7.225E+07 6.141E+11 5.220E+15 1.358E+03 1.154E+079000 0.15 8.100E+07 7.290E+11 6.561E+15 1.331E+03 1.198E+07

13 78000 3.99 5.135E+08 3.627E+12 2.696E+16 2.051E+04 1.185E+08

1.300E+01 7.800E+04 5.135E+08 3.990E+007.800E+04 5.135E+08 3.627E+12 2.051E+045.135E+08 3.627E+12 2.696E+16 1.185E+08

Parametros de regresión lineal cuadrática9.310E+00 -3.249E-03 2.597E-07 a 1.278E+00 y =a + bx + cx2-3.249E-03 1.173E-06 -9.590E-11 b -2.670E-04 x SF= a + b(MLSS) + c(MLSS)22.597E-07 -9.590E-11 7.992E-15 c 1.598E-08 x2

13.- Determinación de valores de flujo másico de sólidos limitante

Parámetros de derivadab -2.670E-04 dy/dx =b +2cx

2c 3.195E-08 x

x y Xu, mg/l SF, lb/ft2.h3000 0.66 6829 1.173500 0.53 6927 1.074000 0.44 7188 1.004500 0.38 7570 0.935000 0.33 8058 0.865500 0.29 8658 0.796000 0.26 9402 0.716500 0.23 10374 0.627000 0.21 11795 0.517500 0.19 14417 0.398000 0.17 23223 0.26

14.- Determinación de la relación de recirculación requerida para mantener MLSS = 4375 mg/l (MLVSS= 3500 mg/l)

Xu, mg/l Xu-MLSS a7570 3195 1.378058 3683 1.198658 4283 1.029402 5027 0.87

10374 5999 0.7311795 7420 0.59

15.- Area requerida para espesamiento en el clarificador para diferentes concentraciones de fondo y relaciones de recirculación

Xu, mg/l SF, lb/ft2.h a ft2 m27570 0.93 1.37 888 838058 0.86 1.19 885 828658 0.79 1.02 895 839402 0.71 0.87 924 86

10374 0.62 0.73 983 9111795 0.51 0.59 1087 101

Ajuste con minimos cuadrados cuadráticos de A = f(Xu); Xu=x, A=yx y x2 x3 x4 xy x2y

7570 888 5.730E+07 4.338E+11 3.284E+15 6.723E+06 5.090E+108058 885 6.493E+07 5.232E+11 4.216E+15 7.133E+06 5.748E+108658 895 7.496E+07 6.489E+11 5.618E+15 7.745E+06 6.705E+109402 924 8.839E+07 8.311E+11 7.814E+15 8.685E+06 8.166E+10

10374 983 1.076E+08 1.116E+12 1.158E+16 1.019E+07 1.057E+116 11795 1087 1.391E+08 1.641E+12 1.936E+16 1.282E+07 1.513E+11

55857 5661 5.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 5.330E+07 5.141E+11

6.000E+00 5.586E+04 5.323E+08 5.661E+035.586E+04 5.323E+08 5.195E+12 5.330E+075.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 5.141E+11

4.422E+02 -9.282E-02 4.757E-06 a 1.501E+03 y=a+bx+cx2-9.282E-02 1.956E-05 -1.007E-09 b -1.649E-01 A=a+b(Xu)+c(Xu)24.757E-06 -1.007E-09 5.202E-14 c 1.103E-05

Concentración de fondo, Xu = 10100 mg/lArea requerida, A = 960 ft2 = 89 m2

A

Ajuste con minimos cuadrados cuadráticos de SF = f(Xu); Xu=x, SF=yx y x2 x3 x4 xy x2y

7570 0.93 5.730E+07 4.338E+11 3.284E+15 7.061E+03 5.345E+078058 0.86 6.493E+07 5.232E+11 4.216E+15 6.964E+03 5.611E+078658 0.79 7.496E+07 6.489E+11 5.618E+15 6.842E+03 5.923E+079402 0.71 8.839E+07 8.311E+11 7.814E+15 6.656E+03 6.258E+07

10374 0.62 1.076E+08 1.116E+12 1.158E+16 6.384E+03 6.623E+076 11795 0.51 1.391E+08 1.641E+12 1.936E+16 6.031E+03 7.113E+07

55857 4.42 5.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 3.994E+04 3.687E+08

6.000E+00 5.586E+04 5.323E+08 4.422E+005.586E+04 5.323E+08 5.195E+12 3.994E+045.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 3.687E+08

4.422E+02 -9.282E-02 4.757E-06 a 2.539E+00 y=a+bx+cx2-9.282E-02 1.956E-05 -1.007E-09 b -2.848E-04 SF=a+b(Xu)+c(Xu)24.757E-06 -1.007E-09 5.202E-14 c 9.573E-09

Concentración de fondo, Xu = 10100 mg/lFlujo limitante de sólidos, SF = 15.3 lb/ft2.d = 3.1 kg/m2.d

0.64 lb/ft2.h

Ajuste con minimos cuadrados cuadráticos de a = f(Xu); Xu=x, SF=yx y x2 x3 x4 xy x2y

7570 1.37 5.730E+07 4.338E+11 3.284E+15 1.037E+04 7.847E+078058 1.19 6.493E+07 5.232E+11 4.216E+15 9.572E+03 7.713E+078658 1.02 7.496E+07 6.489E+11 5.618E+15 8.844E+03 7.657E+079402 0.87 8.839E+07 8.311E+11 7.814E+15 8.183E+03 7.693E+07

10374 0.73 1.076E+08 1.116E+12 1.158E+16 7.566E+03 7.849E+076 11795 0.59 1.391E+08 1.641E+12 1.936E+16 6.954E+03 8.203E+07

55857 5.77 5.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 5.149E+04 4.696E+08

6.000E+00 5.586E+04 5.323E+08 5.768E+005.586E+04 5.323E+08 5.195E+12 5.149E+045.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 4.696E+08

4.422E+02 -9.282E-02 4.757E-06 a 5.865E+00 y=a+bx+cx2-9.282E-02 1.956E-05 -1.007E-09 b -8.638E-04 a=a+b(Xu)+c(Xu)24.757E-06 -1.007E-09 5.202E-14 c 3.537E-08

Concentración de fondo, Xu = 10100 mg/lRelación de recirc. Req., a = 0.75

16.- Determinación de la tasa de flujo correspondiente a las cargas de sólidos

Xu, mg/l SF, lb/ft2.h OR, gal/ft2.d7570 0.93 2598058 0.86 2608658 0.79 2579402 0.71 249

10374 0.62 23411795 0.51 212

17.- Requerimientos de clarificación, asumiento que el diseño final tendra una conc. de fondo Xu

Ajuste con minimos cuadrados cuadráticos de OR = f(Xu); Xu=x, OR=yx y x2 x3 x4 xy x2y

7570 259 5.730E+07 4.338E+11 3.284E+15 1.960E+06 1.484E+108058 260 6.493E+07 5.232E+11 4.216E+15 2.093E+06 1.687E+108658 257 7.496E+07 6.489E+11 5.618E+15 2.226E+06 1.927E+109402 249 8.839E+07 8.311E+11 7.814E+15 2.341E+06 2.201E+10

10374 234 1.076E+08 1.116E+12 1.158E+16 2.428E+06 2.519E+106 11795 212 1.391E+08 1.641E+12 1.936E+16 2.495E+06 2.943E+10

55857 1471 5.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 1.354E+07 1.276E+11

6.000E+00 5.586E+04 5.323E+08 1.471E+035.586E+04 5.323E+08 5.195E+12 1.354E+075.323E+08 5.195E+12 5.187E+16 1.276E+11

4.422E+02 -9.282E-02 4.757E-06 a 1.510E+02 y=a+bx+cx2-9.282E-02 1.956E-05 -1.007E-09 b 3.132E-02 OR=a+b(Xu)+c(Xu)24.757E-06 -1.007E-09 5.202E-14 c -2.226E-06

Concentración de fondo, Xu = 10100 mg/lTasa de derrame requerida, OR = 240 gal/ft2.d = 9.80 m3/m2-dVelocidad de sedimentación = 1.34 ft/h = 0.41 m/h

18.- Profundidad requerida para espesamiento

Concentración promedio en la zona de lodos = 6800 mg/lMasa de sólidos en el tanque de aereación = 522 lb = 237 kgMasa de sólidos en el tanque de sedimentación = 157 lb = 71 kgProfundidad de la zona de lodos en el sedimentador, d= 0.38 ft = 0.12 mCapacidad de almacenamiento de lodos requerida en la zona de lodos, Px = 771 lb = 350 kgDuración del flujo pico = 2 dSolidos totales para el periodo de flujo pico = 1541 lb = 699 kgProfundidad requerida para almacenamiento de lodos en el sedimentador, d = 4.17 ft = 1.27 m

Profundidad requerida total = 9.56 ft = 2.91 mProfundidad requerida por especificación = 12.00 ft = 3.66 m

ok

19.- Tasa de derrame a flujo pico

Flujo pico, Qp = 0.58 Mgal/d = 0.025 m3/s575000 gal/d

Tasa de derrame a flujo pico, Orp = 599 gal/ft2.d = 24.4 m3/m2-d

Resumen (Sedimentador)

Area superficial 960 ft2 89 m2Profundidad 12.00 ft2 3.66 mTiempo de residencia 8.99 h 8.99 hMLSS 4375 mg/l 4375 mg/lFlujo de sólidos limitante 15.3 lb/ft2.d 3.1 kg/m2.dTasa de derrame

A flujo promedio 240 gal/ft2.d 9.8 m3/m2-dA flujo pico 599 gal/ft2.d 24.4 m3/m2-d

Alimentación de agua residual Agua productoQ = 871 m3/d V = 54 m3 Q = 1513 X = 4375 mg/l Q = 848 m3/d

X = 3500 mg/l A = 89 m2So = 250 mg/l S = 20 mg/l m3/d H = 1.64 m S = 20 mg/l

θ = 1.5 hr vs = 0.41 m/h Xe = 22 mg/lθc= 2 d θ = 8.99 hr

Alimentación de aire Geometría del TSH = 2.02 m φ = 5.3 m

11 m3astp/min X = 6800 mg/l Altura = 3.66 m

Geometría del TAAltura = 8 m Xu = 10100 mg/lArea = 7 m2 α = 76%Relación L/A = 1.5 Qr = 665 m3/dAncho = 2.1 mLargo = 3.2 m

Línea de retorno de lodos Px = 99 kg/dQw = 23 m3/d

Purga de lodos

23 Eficiencia global = 92%Q = 0.23 Mgal/d S = 20 mg/l Rend. de biomasa obs. = 0.4464

Relación F/M = 1.148 lbDBO5/lbMLVSS.dSo = 250 mg/l Xu = 10100 mg/l Carga Orgánica Volum. = 4.017 kgDBO5/m3.d

Requer. Aire Volum. = 9.142 m3/m3X = 3500 mg/l θc = 2 d Requer. Aire por DBO5 r= 37.522 m3/kgDBO5rem

OR flujo prom en sedim. = 9.799 m3/m2-dXe = 22 mg/l OR flujo pico en sedim. = 24.413 m3/m2-d

© Black Cat Society / Kibernet Unlimited Systems, Inc., Luis Everardo Castro Solís, México, 2000

NOMENCLATURA UTILIZADAQ = FlujoS = Concentración de materia orgánica (DBO)X = Concentración de bacterias (lodos)Xu = Conc. De bacterias en el fondo del sedimentadorPx = flujo másico de lodos residualesQw = flujo de lodos a purgarQr = flujo de lodos a recircularSo = concentración inicial de materia orgánica α = relación de recirculaciónF/M = relación comida/microorganismosMLVSS = concentración de sòlidos suspendidos del licor mezcladoOR = tasa de derrame (overflow rate)Xe = concentración de lodos en el efluenteθc = tiempo de residencia celularθ = tiempo de residencia hidráulicoV = volumenvs = velocidad de sedimentación

Parámetros de Carga Parámetros del Proceso

Simulador de vuelo

Diagrama de proceso de un sistema de lodos activados convencional con aireación difusa

Tanque de Aireación RCM Tanque de Sedimentación