I INTRODUCCION
II RESUMEN
III OBJETIVOS
IV. MARCO TEÓRICO
4.1 AGUAS RESIDUALES
Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad se vio afectada
negativamente por influencia antropogénica. Las aguas residuales incluyen las
aguas usadas domésticas y urbanas, y los residuos líquidos industriales o
mineros eliminados, o las aguas que se mezclaron con las anteriores (aguas
pluviales o naturales). Su importancia es tal que requiere sistemas de
canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera
graves problemas de contaminación.
Las llamadas aguas negras son las aguas residuales que están contaminadas
con heces u orina:
Aguas residuales en una residuales. Agua que no tiene valor inmediato para el
fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su
calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ella. No obstante, las
aguas residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario
en otro lugar. Las aguas de refrigeración no se consideran aguas residuales.
Las aguas residuales urbanas son generalmente conducidas por sistemas de
alcantarillado y tratadas en una planta de tratamiento de aguas para su
depuración antes de su vertido, aunque no siempre es así en todos los países.
Las aguas residuales generadas en áreas o viviendas sin acceso a un sistema
de alcantarillado centralizado se tratan en el mismo lugar, generalmente
en fosas sépticas, y más raramente en campos de drenaje séptico, y a veces
con biofiltros.
4.2. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
Las aguas residuales presentan características físicas, químicas y
biológicas especiales sobre las demás aguas así que es necesario
comprender para optimizar su manejo: recolección, transporte, tratamiento y
disposición final.
4.2.1. Características fisicas:
En la caracterizacion de aguas residuales es importante conocer la
temperatura, la concentracion y la clase de solidos principales, el color, el
olor y el sabor no son significativas en la caracterización de desechos
liquidos.
a. Temperatura:
El aumento de temperatura acelera la descomposición de la materia
orgánica, aumenta el consumo de oxígeno para la oxidación y disminuye
la solubilidad del oxígeno y otros gases.
La densidad, viscosidad y tensión superficial disminuyen al aumentar la
temperatura, o al contrario cuando esta disminuye, estos cambios
modifican la velocidad de sedimentación de partículas en suspensión y la
transferencia de oxígeno en procesos biológicos de tratamiento.
4.2.2. Características químicas:
Las aguas residuales han recibido sales inorgánicas y materia orgánica de
la preparación de alimentos y el metabolismo humano principalmente y todo
clase de materiales que se descartan por los desagüe.
4.2.3. Compuestos inorgánicos:
Agregados a las aguas durante su uso son principalmente son: Sales,
Nutrientes (nitrógeno, fosforo y detergente), trazas de elementos (Fe, Ca,
Cu, K, Na, Mg, Mn,…) y tóxicos (Pb, Cr, Zn, Hg, cianuro, ácidos, bases
fuerte, derivados del petróleo y Fe)
4.2.4. Gases:
Son productos de la descomposición biológica de la materia orgánica y de
la transferencia desde la atmósfera. Los gases en aguas residuales son:
oxígeno disuelto, dióxido de carbono, metano, amoniaco y ácido sulfhídrico.
4.2.5. Compuestos orgánicos:
La materia orgánica en aguas residuales está representada por hidratos de
carbono, proteínas, grasa, celulosa, lignina, orgánicos sintéticos, etc.
4.3. CONSIDERACIONES GENERALES
4.4. Pre-tratamiento
Las partículas que se encuentran en el agua pueden ser perjudiciales en los
sistemas o procesos de tratamiento ya que elevadas turbiedades inhiben los
procesos biológicos y se depositan en el medio filtrante causando elevadas
pérdidas de carga y deterioro de la calidad del agua efluente de los filtros.
Los procedimientos de separación de material muy grueso (rejillas: gruesas y
finas) se realizan o están relacionados a las captaciones. Se considera como
pre-tratamientos y acondicionamientos previos en la planta, a unidades de
filtro.
4.4.1. Variables que afectan la filtración
a) Corrientes de densidad: Son las corrientes que se producen dentro
del tanque por efecto de las diferencias de densidad en la masa de
agua y son ocasionadas por un cambio de temperatura (térmica) y/o
por diferencias en la concentración de las partículas suspendidas en
las distintas masas de agua (de concentración).
b) Corrientes cinéticas: Pueden ser debido al diseño impropio de la
zona de entrada o de salida (velocidad de flujo excesiva, zonas
muertas, turbulencias) o por obstrucciones en la zona de
sedimentación.
4.5. DISEÑO Y SELECCIÓN DE MATERIALES
4.5.1. PRE-TRATAMIENTO (FILTRACIÓN)
4.5.1.1. Componentes de diseño
a) Zona de entrada
El agua residual entra al módulo de filtración por medio de una tubería
de PVC, cuya función es distribuir el caudal por debajo de la zona de
filtración, para garantizar un flujo ascendente uniforme.
b) Zona de filtrado
c) Zona de salida
4.5.1.2. Criterios de selección
Los criterios para seleccionar del filtrante son la granulometría, la
porosidad, la permeabilidad y la resistencia física contra el desgaste
provocado por las aguas residuales. Los materiales utilizados son
grava, piedra triturada. La acumulación de sólidos mineralizados
provocará la disminución del volumen de los poros en del filtrante y
eventualmente será necesario remover la parte inicial del material.
4.5.2. BIOREACTOR
Área donde se lleva a cabo un tratamiento biológico, el agua residual urbana
entra en contacto con una comunidad de bacterias y después se somete a
aireación durante un periodo de tiempo con el objetivo de descomponer la
materia orgánica presente en el agua residual, formándose a la vez un lodo
activo.
4.5.2.1. Diseño de un Biorreactor de Tanque Agitado
Componentes de Diseño de un Biorreactor de Tanque Agitado para lograr el
cumplimiento de objetivos descritos, un biorreactor de tipo tanque agitado o
CSTR (ver figura), debe contar con los siguientes componentes básicos en
su diseño:
a. Cuerpo del Biorreactor: recipiente o contenedor que alberga al cultivo o
microorganismo. El contenedor es la frontera física entre el ambiente
externo contaminado y el ambiente interno controlado. Un tanque
contenedor o cuerpo del biorreactor se debe construir en acero inoxidable
austenítico, por sus características químicas y físicas superiores;
usualmente se prefiere los aceros de las series 316.
b. Sistema de Agitación: tiene la función de generar la potencia necesaria
para producir una mezcla perfecta para el sistema de cultivo y producir un
régimen de agitación adecuado que, maximice la difusión de gases en el
líquido y minimice la producción de esfuerzos cortantes y la presión
hidrodinámica local y global, para optimizar los fenómenos de transferencia
de momentum, calor y masa.
Un sistema de agitación consta de cuatro partes mecánicas:
c. Motor Impulsor: suministra la potencia al eje de potencia; debe ser de
corriente alterna (a.c), preferiblemente de inducción y su potencia debe
calcularse para manejar el doble (200%) de la potencia teórica requerida
para agitar el fluido y el cultivo a Re≥3000. Motor de Inducción (A.C): dado
que un biorreactor debe operar de forma continua durante todo el proceso
de cultivo; se requiere un motor capaz de resistir largos periodos de
operación continua y trabajo duro; por eso, el motor debe ser de inducción
de corriente alterna (a.c) y debe ser acorazado, preferiblemente en acero
inoxidable.
d. Eje trasmisor de la potencia: es una barra cilíndrica de acero inoxidable
316L y por lo general se diseña en diámetros estándar: ¾”, ½”, etcétera
para mayor facilidad de ajuste a los estándares de motores a.c. Su longitud
depende de la profundidad del contenedor (tanque).
e. Acople del Eje Transmisor: ajusta y fija al motor, el eje transmisor de
potencia. Existen dos tipos de acople:
f. Acople-ajustador de tipo tornillo-rosca el puerto de entrada se “enrosca”
o se fija firmemente al eje del motor. El puerto de salida es un dispositivo
que “abraza” el eje transmisor de potencia por un mecanismo de tornillo-
rosca.
En ambos casos, el diámetro del puerto de entrada del acople que es la
unión de éste con el eje del motor debe ser de diámetro interno igual al
diámetro externo del eje del motor y el diámetro del puerto de salida que es
dispositivo sujetador del eje transmisor de potencia debe ser el mismo que
el diámetro externo del respectivo eje.
g. Puerto de Entrada del Biorreactor: se denomina puerto a la superficie
física sobre el cual se instala un dispositivo de entrada o salida al
biorreactor, un anclaje o un aparato mecánico o de medición; el puerto es el
medio por el cual, se ajusta o fija, tal dispositivo o artefacto a la pared o
superficie del tanque o del biorreactor. Como se observa en la fotografía, el
puerto de entrada es la tapa o cara superior del tanque biorreactor y en
donde se anclan o sujetan todos los dispositivos y periféricos que se
requieren para su operación. Cada dispositivo de anclaje o sujetador
también un puerto menor cuyo diámetro externo es la superficie externa
total y cuyo diámetro interno es el diámetro externo del dispositivo que
sujeta. Algunos puertos tienen dos diámetros internos, cuando el dispositivo
que sujetan tiene diámetro externo y diámetro interno; por ejemplo, los
sensores o probetas medidores y el sello mecánico del eje del agitador.
h. Sello Mecánico: su función es triple: evitar la contaminación, mantener
hermético el sistema, servir de amortiguador de fricción. El sello mecánico
también debe permitir la esterilización in situ del biorreactor, mediante una
línea de vapor sobrecalentado. Un sello mecánico, generalmente se diseña
en una de dos configuraciones:
i. Cartucho rígido: que permite el rodamiento del eje de potencia a través de
soporte de cuerpo rígido que sella y aísla el paso de cualquier materia al
interior del depósito.
j. Cartucho flexible: que permite el rodamiento del eje de potencia a través
de un soporte fijo al exterior pero flexible en el interior y que también sella y
aísla el paso de contaminantes al interior del depósito.
En ambos caso el sello mecánico se especifica de acuerdo al diámetro
eterno del eje transmisor de potencia; el cual es el diámetro interno del
puerto del sello mecánico. Dentro de lo posible se recomienda el uso de
sellos flexibles ya que amortiguan mejor las vibraciones mecánicas del eje
transmisor de potencia; la desventaja es que esa flexibilidad obliga a
cambiarlos más frecuente, pues el desgaste es mayor.
k. Eje Transmisor de Potencia: transmite la potencia del motor al impulsor, a
través de, las hojas de agitación. Existen ejes en los cuales ya vienen
incorporadas hojas o aspas de agitación, se diseñan para operar en uno de
dos sistemas de flujo, según sea, la orientación espacial de las hojas o
aletas:
l. Flujo axial: suministran mayor efectividad de mezclado (distribución) y
reducen la potencia de mezclado requerida, al distribuir mejor la mezcla;
sus hojas u aspas son planas.
m. Flujo radial: generan mayor potencia de mezclado (turbulencia) y pueden
causar daño celular; sus hojas o aspas son del tipo hélice.
n. Impulsores: son los dispositivos que impulsan el fluido y el movimiento,
mediante hojas o aspas unidas al eje transmisor de potencia; pueden ser
del tipo mecánico (agitador) o hidráulico (turbina).
o. Agitadores: es un impulsor formado por hojas o aspas de agitación
conectadas al eje transmisor de potencia; pueden tener una distribución de
flujo axial o radial.
Los propulsores de flujo radial pueden tener gran variedad de formas y
diseños; dentro de éstos, las hélices son las que más se utilizan.
q. Hélices: existen en tres diseños básicos que dependen de la orientación
espacial:
(a) – Plano XY, (b) – Plano ZX, (c) – Plano ZY
Cada orientación (plano) describe una superficie curva que es
determinada por dos (2) de tres (3) ángulos de diseño:
(a) Plano XY, determina el ángulo de inclinación (α), este varía 15’ ≤ α ≤
45’; (b) Plano ZX, determina el ángulo de torsión (β), este varía 16’ ≤
β ≤ 32’; (c) Plano ZY, determina el ángulo de tensión (γ), este varía
15’ ≤ γ ≤ 45’.
Como se observa en la figura:
(a) – Hélices de superficie curva en el Plano XY están determinadas por
los ángulos α, β; (b) – Hélices de superficie curva en el Plano ZX
están determinadas por los ángulos α, γ; (c) – Hélices de superficie
curva en el Plano ZY están determinadas por los ángulos γ, β.
Por su gran potencia y la turbulencia que generan, las hélices no se
recomiendan para cultivos de células sensibles; solo deben utilizarse
para cultivos bacteriales o micóticos y a bajas velocidades de
rotación.
s. Turbinas: es un impulsor de flujo axial el cual opera como una centrífuga
que distribuye el flujo de líquido a través de hojas planas, a todo el volumen de
fluido.
El impulso axial ha demostrado ser la forma más eficiente de diseño para
reducir esfuerzos cortantes e hidrodinámicos y disminuir la turbulencia y la
potencia requerida para homogenizar el mezclado; objetivo que se persigue en
una mezcla perfecta. Por eso se recomienda impulsores de flujo axial para
cultivar células sensibles o de membrana plasmática. Dentro de éstas, la
turbina Rushton (b) es el impulsor de flujo axial más recomendado y más
eficiente para generar una mezcla perfecta de alto perfil hidrodinámico, bajo
en esfuerzos cortantes y alto en distribución.
t. Y una de control:
Control de Velocidad del Motor: los motores de inducción de corriente
alterna (a.c) tienen velocidades nominales de rotación de 1800rpm o
3600rpm. Estas velocidades son muy altas para los sistemas biológicos
causando la destrucción de las células y microorganismos en cultivo. La
velocidad de rotación del motor debe entonces reducirse a un máximo
de 600rpm (revoluciones por minuto) para que no cause daño celular.
Usualmente se acopla a la salida de eje del rotor una caja de reducción
de 1/3 o 1/6 para bajar la velocidad de rotación a 600rpm.
Adicionalmente se coloca un control de velocidad que puede ser
analógico o digital al motor para un control más fino y preciso de la
velocidad de rotación.
Agitación y Mezclado
Relaciones de Potencia y Mezclado: conforme el diámetro de la hoja
o aspa (Dd) aumenta, también lo hace, la potencia (Pt) requerida para
realizar el trabajo de mezclado; la potencia de mezclado (Pm) es mayor
porque el torque (τ) se acrecienta, recuerde que el torque es la relación
entre la fuerza (F) y el brazo de palanca (r) y que, el brazo de palanca
es el diámetro del aspa u hoja cuyo momentum (mv) aumenta al
aumentar la velocidad de rotación (ω). Así entonces, cuando Dd es muy
grande, debe disminuirse ω para reducir Pt; pero esto ocasiona que Pm
también se contraiga; así como la turbulencia excesiva. Caso contrario
ocurre cuando Dd es muy pequeño, debe aumentarse ω para mejorar
Pm y extender la turbulencia, ya que, en estos casos, es localizada (se
acumula alrededor de las aspas y hojas). Este fenómeno local que se
conoce como potencia fluida (Pf) provoca que el volumen de líquido que
es afectado por la turbulencia local (Rex) no sea suficiente para
oxigenar los tejidos y células en cultivo pues el Kla disminuye. Para que
la Pf se transmita a todo el volumen de operación del fluido, es
necesario que, se alcance el estado estacionario (EE) en dicha
operación, y esto toma mucho tiempo lo que implica, un alto costo. La
mejor forma de combinar positivamente estos efectos hidrodinámicos
que se contraponen; es decir: bajar Pm y aumentar Pf es optimizar Dd.
A esto se le conoce como potencia óptima de mezclado (Pe) y se logra
de dos maneras:
Colocar varias hojas o paletas (2-3) en diámetros (Dd) descendentes y
distribuidas a alturas equidistantes a lo largo de la altura de la columna
de fluido (H);
Colocar varias hojas o paletas (2-3) de igual diámetro (Dd) a alturas
equidistantes a lo largo de la altura de la columna de fluido (H). La
primera alternativa minimiza la potencia de mezclado requerida y
maximiza la potencia fluida al aprovechar mejor el gradiente de mezcla.
La segunda aumenta la potencia de mezclado y la potencia fluida pero
también, la potencia requerida y desaprovecha el gradiente de mezcla y
difusión.
Utilización de Bafles: son una mejora muy utilizada ya que pueden
instalarse fácilmente en los sistemas de agitación, disminuyen
(deflectan) la turbulencia ocasionada por las hojas o aspas del impulsor,
rompen (disgregan) los cúmulos celulares y micelios que se forman en
los respectivos cultivos y mejoran la eficiencia de mezclado. La relación
óptima del diámetro del bafle (Db o J) al diámetro de tanque (Dt) es:
Db/Dt = 1/10–1/12. El número indicado de bafles es 4 para sistemas
moderadamente agitados y 6 para sistemas turbulentos.
4.5.2.2. Componentes de diseño
a) Zona de entrada
El agua residual entra al bioreactor por medio de una tubería de
PVC.
b) Zona agitación y aeración
Este proceso se lleva a cabo en un tanque donde ingresa el aire y es
uniformizado por un agitador.
c) Zona de salida
4.5.2.3. Criterios de selección
El bioreactor está constituido por un tanque, debido a la alta carga de
microorganismos presente la oxidación de los materiales es más
frecuente, para estos experimentos utilizamos el aluminio debido a su
bajo costo económico y mediana resistencia al a corrosión.
4.5.3. SEDIMENTADOR
La decantación es un método físico para separar componentes de distinta
densidad situándose el más denso en el fondo del decantador por gravedad
y quedando el agua clarificada en la superficie. La adición de coagulantes y
floculantes favorece el proceso de decantación.
En el tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales el decantador
es un elemento fundamental ya que mediante el mismo podemos separar y
concentrar los fangos así como los sólidos presentes en el agua residual
mediante un proceso de decantación física.
Por lo general un decantador suele incluir una campana tranquilizadora
interior para favorecer la decantación. El dimensionado de un decantador se
realiza a partir del caudal de agua a tratar y las características siendo los
parámetros fundamentales el tiempo de residencia, el diámetro del
decantador, altura total del decantador, altura del cono, diámetro interior del
cono y ángulo del cono.
Finalmente, un es pesador de fangos nos permite disminuir los costes de
explotación de la propia depuradora.
También es posible tanto para agua potable como para agua residual el uso
de decantadores las melares. El empleo de lamelas con una inclinación
adecuada facilita la separación de los sólidos en una menor superficie de
instalación.
El objetivo de la decantación es la reducción de los SS de las A.R. bajo la
exclusiva acción de la gravedad. Por tanto sólo se puede pretender la
eliminación de los sólidos sedimentables y las materias flotantes.
El proceso de decantación ayuda a proteger los procesos posteriores, sobre
todo los procesos de oxidación biológica donde la presencia de inertes
disminuiría el rendimiento del proceso. También ayuda a disminuir la DBO
(entorno al 30-35%) asociada a los sólidos en suspensión sedimentables de
carácter orgánico. Esto conlleva una reducción del tamaño de los procesos
biológicos y una reducción del consumo energético.
4.5.3.1. Componentes de diseño
Se compone por cuatro zonas.
a) Zona de entrada
Tubería metálica, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del
sedimentador.
b) Zona de sedimentación
Consta de un cilindro con volumen, longitud y condiciones de flujo
adecuados para que sedimenten las partículas. La velocidad es la misma
en todos los puntos, flujo pistón.
c) Zona de salida
Constituida por una perforación en el sedimentador que tienen la finalidad
depositar en le siguiente tanque por rebose el efluente sin perturbar la
sedimentación de las partículas depositadas.
d) Zona de recolección de lodos
Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos
sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica.
4.5.3.2. Criterios de diseño
La profundidad del sedimentador será entre 1,5 – 2,5 m.
La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los
valores de 3 - 6.
La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los
valores de 5 - 20.
El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar
el deslizamiento del sedimento.
La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear
perturbaciones dentro de la zona de sedimentación.
4.5.4. ALMACENAMIENTO
El agua finalmente purificada es almacenada en un tanque de un material anticorrosivo, de densidad relativamente grande y que soporta las características físico-químicas del agua purificada el aluminio.
4.6. DIMENSIONAMIENTO
4.6.1. FILTRACION
4.6.2. BIOREACTOR
a. Dimensionamiento del Cuerpo del Biorreactor: el primer paso en el
diseño de cualquier biorreactor es dimensionar el “tamaño” del tanque
o del cuerpo del biorreactor; la práctica común es, hacerlo a través de
variables adimensionales: variables que representan una razón entre
dos parámetros con las mismas dimensiones. De esta forma, es
posible escalar; es decir cambiar de dimensión o tamaño, el
biorreactor y adaptarlo a otra escala de proceso. Las principales
relaciones adimensionales que se utilizan en tanques agitados son: la
razón de la altura de trabajo (H) al diámetro del tanque (Dt): 3 ≤ H/Dt ≥
1 en reactores tubulares (largos) esta relación es de 4 - 6; la razón del
diámetro del tanque (Dt) al diámetro de las hojas o aspas (Da): ½ ≤
Da/dt ≥ ¼ cuando el régimen de agitación es laminar y las
revoluciones del motor menores a 150 rpm, la relación aumenta ¾; la
razón entre el diámetro de la hoja (Da) y el diámetro del espacio libre
o hueco entre el rotor y el cuerpo de la hoja (Dd): 2 ≤ Da/Dd ≥ 1 en
turbinas axiales y hojas planas esta relación aumenta de 2 – 4; la
razón entre el ancho de la hoja o aspa (L) y el espesor o grosor de
esta (W): 4 ≤ L/W ≥ 1 en turbinas axiales y hojas planas esta relación
se invierte ¼ ≤ L/W ≥ 1/16. En la figura aparece como “gap” – (G) es
el espacio libre que se deja cuando se utilizan baffles o dispositivos
amortiguadores de la turbulencia; normalmente el valor de G es: 1/12
– 1/16 del valor de J donde J es el ancho del baffle o amortiguador; J
por su parte se diseña de acuerdo al diámetro del tanque (Dt) pero
valor de diseño es el mismo que el del espacio libre: 1/12Dt ≤ J ≥
1/16Dt. (Hs), no aparece en la figura, es la altura de techo o espacio
libre que se deja entre la superficie libre del líquido (H) y el techo o
tapa del biorreactor, para facilitar la operación del sistema; el valor
mínimo de la luz (Hs) es 10% de la altura total del tanque (Ht) y el
valor máximo es 50% Ht que representa el valor mínimo de volumen
de operación . Finalmente, C es la altura de piso del agitador – altura
desde el fondo del tanque hasta el punto más bajo de las aspas u
hojas; C se dispone en base a la altura de la columna de fluido (H),
normalmente: ¼ ≥ C/H ≤ ½.
4.6.3. DIMENSIONAMIENTO DEL DECANTADOR
a. Cálculo del Área del Sedimentador
Para determinar el área superficial del sedimentador se obtiene
utilizando la siguiente expresión según Metcalf-Eddy
Carga=QA
Despejando de la ecuación anterior tenemos el área para el
sedimentador:
A= QCarga
Donde:
A = área (m2)
Q= caudal (m3/h)
Carga = carga superficial (m3/m2dia)
La carga superficial que se utilizará para realizar los cálculos
correspondientes se toma de la tabla siguiente valor se utiliza para
aguas residuales sin tratamiento, para esta investigación se toma el
valor de 10 (m3/m2dia) igual a 1.16×10−3 mL
cm2. s
Tabla 1Parámetros de diseño de sedimentadores
Los tanques de sedimentación secundaria son generalmente circulares
pero se han construido en forma rectangular, cuadrados, hexagonales y
octagonales; sin embargo esto no parece tener influencia sobre la
calidad del efluente. El mecanismo de remoción más usado es el tipo de
cadena y paletas metálicas, hoy preferiblemente de plástico el cual
permite una remoción continua de sólidos.
b. Volumen
El volumen es la magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo
en sus tres dimensiones largo, ancho y altura.
V=Abase×hcono
3
Donde:
V = volumen del sedimentador (cm3)
hcono = Altura del cono (cm)
c. Tiempo de retención hidráulica
Por lo general los tanques de sedimentación se proyectan para
proporcionar un tiempo de retención amplio para el caudal medio del
agua residual. Los tanque que proporcionan tiempos de retención
menores (0,5 a 1 h) con menor eliminación de sólidos suspendidos se
usan en ocasiones como tratamiento primario previo a las unidades de
tratamiento biológico.
Tr=VQ
Donde:
Tr =Tiempo de retención (s)
V =Volumen (cm3)
Q = Caudal (cm3/s)
d. Remoción de DBO y Sólidos Suspendidos
La eficiencia de la remoción de la DBO y los SST, en tanques de
sedimentación primaria como función de la concentración del afluente y
el tiempo de retención mediante una modelación matemática se obtuvo
la siguiente expresión según Tchobonoglous.
R= ta+bt
Donde:
R = porcentaje remoción esperado %
t = tiempo nominal de retención h
a+b = constantes empíricas
Tabla 2 Valores de las constantes empíricas “a” “b”
DIMENCIONES DEL DECANTADOR
4.7. PARTE EXPERIEMENTAL
4.7.1. Materiales y equipos
Un balde de PVC de 6L. Tres recipientes de aluminio (filtrador, bio-reactor y almacenamiento
final) Un cono de aluminio (decantador) Cinco abrazaderas Manguera transparente Cinco soportes metálico Un soporte de madera Un motor Compresor de aire Transformador eléctrico de 220 V a 16 V Una paleta de metal Algodón Soda caustica Arena Grava Teflón Soldador, soldimix y estaño Cables de extensión eléctrica Cronometro Flexómetro Destornillador, lija
4.7.2. Procedimiento experimental
1. Procedimiento de construcción del sistema de tratamiento de aguas
residuales domesticas
1.1. Diseñar un bosquejo del sistema de tratamiento de aguas residuales.
1.2. Determinar las formas y el tamaño necesario de los recipientes.
1.3. Acondicionar a los recipientes según para que esté dispuesto
(horadar los recipientes y soldar los pequeños tubos metálicos según
correspondan finalmente de colocar las tuberías (manguera
transparente) con las abrazaderas).
1.4. Lijar, lavar con soda caustica y pintar los recipientes (filtrador,
decantador y almacén) y soportes que se utilizara.
1.5. Se acondicionara el motor y las paletas metálicas al bio-reactor y el
compresor de aire.
1.6. Al recipiente de filtrado se coloca dentro una capa de algodón arena
y la grava.
1.7. Fijador todo se comienza el experimento.
2. Procedimiento de del funcionamiento del sistema de tratamiento de
aguas residuales domesticas
2.1. En el primer recipiente se adiciona el agua residual doméstica.
2.2. El agua residual pasara al filtro por la tubería, el recipiente del filtrado
retendrá los sólidos más grandes del agua residual dejando pasar el
agua sin solidos de gran tamaño.
2.3. El agua residual salida del filtro pasa al bio-reactor en donde se
adiciona aire y el líquido se agita, el movimiento y el aire ayudara la
formación de flóculos (lodos).
2.4. El líquido formado para al decantador donde por la acción de la
gravedad se sedimentara los floculos (lodos) y el agua limpia pasara por
rebose al tanque de almacenamiento final.
4.8. CALCULOS REALIZADOS
4.8.1. CALCULOS REALIZADOS PARA EL FILTADOR
a. Balance de Materia En El Filtro De Arena
Como ecuación global de dicho balance tenemos:
E−S=A
E=18.06mlde aguacontaminada /segundo
S=7.3313mldeagua filtrada/ s
Por ende se tendría:
A=18.06−7.3313=7.7287mlde aguacontamianda
Teniendo las dimensiones para nuestro filtro de arena
El volumen del contenedor sería:
V=π r2 L
V=π∗( 15.12 )2
∗29.8=5336.5433ml
El tiempo de abrir y cerrar la llave de ingreso sería de:
t=VA
t=5336.5433ml7.7287ml
s
=497.4082=8min17.41 s
4.8.2. CALCULOS REALIZADON PARA EL REACTOR
4.8.3. CÁLCULOS PARA EL SEDIMENTADOR
BALANCE DE MATERIA
R = Agua residual después del bio-reactor L = Agua después de la
decantación
D = Desechos (lodos)
Entrada=Salida
R=L+D
a. Datos experimentales:hcono=17.6cm
Dcono=19cm
Qentrada=2.27mL/ s
Qsalida=1.49mL /s
b. Determinación del área del sedimentador
Para la determinación del área del sedimentador se usa la ecuación.
A=Q entrada
carga superficial
A= 2.27mL /s
1.16×10−3 mL
cm2 . s
A=1956.90cm2
c. Determinación del volumen del sedimentador:
El área superficial del sedimentador de forma cónica es:
Abase=π ×( Dcono
2 )2
Abase=283.53cm2
Determinar el volumen del cono:
V cono=Abase×hcono
3
V cono=283.53cm2×17.6 cm3
V cono=1663.38 cm3=1663.38mL
V cono=1.66 L
d. Tiempo de retención hidráulica
Para determinar el tiempo de retención en el sedimentador se utiliza la
ecuación.
Tr=VQ
Tr=1663.38mL2.27mL /s
Tr=732.77 s
Tr=0.2035h
e. Determinación de la Tasa de RemociónPara determinar la tasa de remoción de la DBO se utiliza la ecuación:
R= ta+bt
R= 0.200.0018+0.02×0.20R=34.48%
f. Determinación de la remoción de los SST
De igual manera para determinar la tasa de remoción de los SST se
utiliza la ecuación:
RSST=0.2
0.0075+0.014×0.2
RSST=19.42%
g. Determinación del volumen de los lodos:De determinará con la siguiente ecuación:
Qlodos=Q entrada×R
Qlodos=2.24mL /s×0.19
Qlodos=0.43mL/ s
V lodos=732.77 s×0.43mL/ s
V lodos=315.09mL
h. Carga sobre el vertederoLa carga sobre el vertedero se puede determinar mediante la ecuación:
Carga vertedero=Qsalida
π .∅
Carga vertedero=1.49cm3/s
π ×0.4 cm
Carga vertedero=1.19cm2/si. Calculando el volumen del agua limpia
H 2OResidual=H 2OLimpia+LODOS
1560ml=H 2OLimpia+315.09mL
H 2OLimpia=1244.91mL
V. DISCUSION DE RESULTADOS
VI. CONCLISIONES
VII RECOMENDACIONES
Si bien el decantador de la forma cónica ayuda que los sólidos se
precipiten, no es favorable su uso ya que los lodos se acumulan rápido
generando inconvenientes en el decantado, porque se tiene que remover
los lodos de forma más continua, se recomienda usa un decantador de
forma cilíndrica que termina en forma cónica.
VIII BIBLIOGRAFIA
BIBLIOGRAPHYCubillos, I. (2007). Parametros y caracteristicas de las aguas residuales. Lima : DTIAPA.
Organización Panamericana de la Salud. (2005). Guía para diseño de desarenadores y sedimentadores. Lima: CEPIS.
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Saínz Sastre, J. (2009). Estación Regeneradora de Aguas Residuales Urbanas con recuperación energética. EOI.
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