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Dimensionado de una planta de tratamiento de aguas residuales|Pág. 2
Índice
Objetivos .................................................................................... Pág. 3.
Diagramas de bloques del proceso ..................................... Pág. 3.
Diagrama de bloques general ............................................... Pág. 3.
Diagramas de bloques de la línea de aguas ....................... Pág. 3.
Diagramas de bloques de la línea de fangos ...................... Pág. 3.
Tablas de corrientes ............................................................... Pág. 4.
Dimensionado de la planta ................................................... Pág. 7.
Potencial del tratamiento biologico .................................... Pág. 5.
Tratamiento del aire procedente del secado ................... Pág. 6.
Conclusiones ............................................................................. Pág. 6.
Bibliografía consultada ........................................................... Pág. 6.
Cálculos realizados .................................................................. Pág. 6.
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0. Introducción
Una estación
depuradora de
aguas residuales
(EDAR) o también
llamada planta de
depuración y
tratamiento de
aguas residuales
está formado por
un conjunto de
mecanismos que
permiten devolver al medio natural el agua contaminada ya sea por factores
naturales o humanos.
Aunque la tecnología es muy avanzada, visto de una perspectiva mundial no existen
las suficientes Plantas de tratamiento de aguas residuales, sobre todo debido a la
falta de ellas en países subdesarrollados. Esta circunstancia ha existido desde, por lo
menos, los años 70 y es debido a la superpoblación, a la crisis del agua y al costo de
construir sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Las aguas residuales
La aguas residuales son un tipo
de agua que está contaminada
con sustancias fecales y orina,
procedentes de desechos
orgánicos humanos o animales. La
FAO (Organización de las Naciones
Unidas para la Alimentación y la
Agricultura) definen aguas residuales
de esta manera: "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
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pueden servir de suministro para otro usuario en otro lugar. Las aguas de
refrigeración no se consideran aguas residuales."
Las aguas residuales que llegan a una EDAR provienen de los hogares y de la
actividad industrial, que posteriormente son vertidas al alcantarillado para hacerlo
llegar a las estaciones.
1. Objetivos
La Plantas de Tratamiento de aguas residuales son instalaciones en las que se
elimina todo tipo de
contaminante después de
su uso humano e industrial
para que después pueda
devolverse al medio
natural causando el menor
daño posible a los
ecosistemas y a los seres
vivos que habitan en ellos y
permitir que dicho agua
pueda ser reutilizado.
Es necesario destacar la diferencia entre agua no contaminada y agua potable, que
es aquel agua que además de no estar contaminada guarda unos parámetros
establecidos por la OMS (Organización Mundial de la Salud) de tal manera que
pueda ser consumida sin restricción ya que, gracias a un proceso de purificación, no
representa un riesgo para la salud.
El fin del proyecto es el diseño y dimensionado de una planta de tratamiento de
aguas residuales (EDAR) con el objetivo de reducir el impacto ambiental en la
medida que sea posible y así poder devolver al medio natural las aguas en el mejor
estado posible.
Los principales puntos clave en el seguimiento del agua contaminada para una
estación de este tipo son la reducción del contenido de materia orgánica de las
aguas, la reducción de su contenido en nutrientes y la eliminación de los posibles
patógenos y parásitos que arrastre.
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Estos objetivos se consiguen gracias a procesos aeróbicos y anaerobios en las
distintas etapas que componen la Planta de Tratamiento de aguas residuales.
De esta manera se diseña una EDAR que cumpla una serie de características
impuestas por la normativa y que se adapte a las necesidades para la que se precisa,
intentando optimizar su actividad intentando combinar eficacia y economía.
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MEZCLADOR
CENTRIFUGADOR
(Espesamiento)
DESHIDRATACIÓN
(Filtrado)
SECADO TERMICO
(Horno)
2. Diagramas de bloques del proceso
Diagrama de la línea de fangos
FANGO PRIMARIO
FANGO
FANGO BIOLÓGICO DESHIDRATADO
Cs=23%
C =77%
SÓLIDO
En este diagrama se puede ver como del mezclador sale el fango biológico, el fango
primario y el fango mixto, el cual pasa al centrifugador (donde se produce el
espesamiento y la centrifugación). De este sale el agua y el fango centrifugado que
llega al deshidratador, donde se filtra y se expulsa agua. El fango deshidratado entra al
horno donde se produce el secado térmico y por último sale el sólido.
Fango mixto
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Diagrama de bloques de la línea de aguas
SEDIMENTADOR REACTOR SEDIMENTADOR
PRIMARIO ANAEROBIO SECUNDARIO EFLUENTE
TRATADO
FANGO PRIMARIO
RECIRCULACIÓN
PURGA (FANGO SECUNDARIO)
Estos dos diagramas corresponden al tratamiento de aguas residuales. Podemos ver
en el segundo, diagrama correspondiente al flujo de la línea de aguas, como el agua
contaminada se lleva a un sedimentador (sedimentador primario), donde se somete
a procesos físicos y se separa del efluente el fango primario. Después se dirige al
reactor biológico, allí se degrada la materia orgánica por la acción de
microorganismos que utiliza la materia biodegradable como sustrato o fuente de
alimento para obtener energía. En el reactor biológico se generan nuevos
microorganismos.
Más tarde se lleva a un sedimentador secundario donde se separa el agua de los
microorganismos, constituyendo una parte la corriente de purga, igual a los
microorganismos que se producen en el reactor (que es fundamental para evitar el
colapso del sistema), y la otra parte de ella se recircula, para aprovechar los
microorganismos de forma más eficiente.
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Explicación de las principales operaciones unitarias
OPERACIÓN F,Q,B* FUNDAMENTO EQUIPO OPERACIÓN Sedimentador
primario
F Discriminación entre sustancias por la
densidad diferente de unas y otras
Sedimentador Sólidos suspendidos y M. orgánica
Reactor Biológico Aerobio
B Los microorganismos eliminan la Materia Orgánica del vertido
Reactor Materia Orgánica
Sedimentador secundario
F Discriminación entre sustancias por la
densidad diferente de unas y otras
Sedimentador Microorganismos y Materia orgánica
* Físico(F), Biológico(B), Químico(Q).
3. Tablas de corrientes de las líneas de fangos y
aguas
PRODUCCIÓN DE FANGO PRIMARIO
Tabla de corrientes y cálculos justificativos:
*Los cálculos realizados se encuentran al final del informe
CORRIENTE E C S
CAUDAL (m3/d) 1320 1212 108
m (kg/d) 1320000 1212000 108000
SST (kg/d) 1980 792 1188
DQOp (kg/d) 2574 1029.6 1544.4
DQOs (kg/d) 9042 8302.2 739.8
SST (mg/L) 1500 889 12000
DQOt (mg/L) 8800 7700 21150
DQOp (mg/L) 1950 849.5 14300
DQOs (mg/L) 6850 6850 6850
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TABLA DE CORRIENTES DE LA LÍNEA DE FANGO
Características de las corrientes de la línea de fangos:
CORRIENTE 1 2 3 4 5 6 7 8
CAUDAL (m3/d) 108 19.36 127.36 104.46 21.40 16.38 5.66 -
m (kg/d) 108000 19360 127360 104465 22895 16382 6513 1849
m SST (kg/d) 1188 309.84 1497.84 0 1498 0 1498 1498
m agua (kg/d) 106812 19050 125862 104465 21397 16382 5015 351
SST (mg/L) 11000 16004 11761 0 70000 0 264644 -
*Los cálculos realizados se encuentran al final del informe
Producción de fango secundario
*Los cálculos realizados se encuentran al final del informe
4. Dimensionado de la planta de tratamiento de
aguas residuales (EDAR)
Dimensionado del sedimentador primario
;
;
=
6,48m
PARÁMETRO UNIDADES VALOR
PRODUCCIÓN MICROORGANISMOS Kg X/d 285.59
CORRIENTE DE PURGA m3/d 17.85
CORRIENTE DE RECIRCULACIÓN m3/d 1956.56
TASA DE RECIRCULACIÓN Adimensional 1.61
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;
Soluciones: diámetro=6,48m y altura(H)=3,33m
Dimensionado del reactor biológico anaerobio
*Los cálculos realizados se encuentran al final del informe
5. Potencial de tratamiento biológico del agua
residual
Del tratamiento realizado sobre las aguas residuales se puede obtener biogás,
utilizado como combustible para obtener energía. Por tanto estos procesos son
rentables y tienen eficiencia, debido a que este propio gas puede ser utilizado para
abastecer a la propia planta de tratamiento de agua, electricidad…
Durante este proceso en esta tarea se obtienen ……. de . El equivalente es …..
¿SE AJUSTA A LA NORMATIVA VIGENTE?
6. Tratamiento del aire procedente del secado del
fango
Debido al tratamiento llevado a cabo sobre las aguas residuales y, más
concretamente, debido a la etapa del secado térmico, se producen una serie de
Parámetro Unidades Valor calculado
Volumen reactor 1037,47
CV
9,79
F/M
0,97
THR H 18,86
Producción de biogás
250,78
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efluentes gaseosos contaminantes sobre los que es adecuado realizar otro
tratamiento.
En este caso, el tratamiento que se lleva a cabo debe reducir los niveles de
contaminantes hasta el máximo legal. Para ello se deberán usar equipos destinados
a este fin.
Durante la etapa de deshidratación de los fangos biológicos se emiten gran cantidad
de efluentes contaminantes nitrogenados y fosfatados principalmente. El biogás que
se obtiene está compuesto por metano, dióxido de carbono, amoniaco y ácido
sulfhídrico, además de partículas pequeño tamaño y, aunque se utilizan como
fuente de energía, hay que refinarlos para obtener la calidad necesaria del biogás
que posteriormente se utiliza en la industria. Para asegurar una buena eficacia de
eliminación global será adecuado instalar dos equipos en serie.
La utilización de un ciclón o un precipitador electrostático sería adecuado para
eliminar la mayoría de las partículas sólidas (usando uno u otro dependiendo del
tamaño de las partículas), obteniendo un gas más limpio y, por tanto, menos
contaminante. Para asegurar una mayor eliminación de partículas se podrían poner
en serie ambos equipos, eliminando el ciclón las partículas de mayor tamaño y el
precipitador las de menor.
Para complementar este tratamiento se debería aplicar un procedimiento
adsorbente que eliminara los olores que genera el fango, obteniendo, finalmente,
dos efluentes principales: un biogás limpio y de calidad que permitirá obtener
energía, y un efluente que va a la atmósfera, pero que ha sido tratado y ha sido
purificado de los compuestos más contaminantes, como los óxidos de nitrógeno.
Otro factor importante es la selección de el/los catalizadores que van a ser
utilizados en este proceso. Determinados catalizadores son más eficientes, o más
fácilmente recuperables y, por ello, será más recomendable su utilización.
En conclusión, la decisión adoptada acerca de que tratamiento utilizar puede
determinar el cumplimiento de la legislación en materia de medio ambiente,
además de llevar a cabo una buena iniciativa para proteger el medio.
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A modo de resumen podemos decir que a la hora de elegir un tratamiento a aplicar
a la corriente gaseosa contaminada debemos tener en cuenta todos los equipos
posibles, y de entre todos ellos elegir el más adecuado según nuestras necesidades,
en la siguiente tabla apreciamos especificaciones interesantes para escoger uno u
otro.
6. Conclusiones
7. Bibliografía consultada
Apuntes de la asignatura ("Tecnología Ambiental y de Procesos")
Datos del problema y cálculos realizados durante lo seminarios
http://www.iagua.es/
http://www.cadagua.es/pdf/cadagua_edar_es.pdf
http://www.fao.org/
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8. Cálculos realizados
Dimensionado
DQO entrante=1058 ;
0,98*10586,4=10374,7 kg .
THR=
Proucc.biogás=
VOLUMEN
CV
FM
THR
P.Biogás
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Corrientes de la entrada, la de salida y el fango (1ª tabla):
Como nos dice que el SST tiene una concentración de 1,1% sabemos que:
Sabemos que la diferencia entre la entrada y la salida es el flujo másico restante:
Balance individual a los SST.
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Cálculos de las corrientes de la línea de fangos (tabla 2)
Planteamos un sistema de 2 ecuaciones con 2 incógnitas para calcular GSST2 y
GSST3.
Resolvemos el sistema de ecuaciones y obtenemos:
Los valores de GSST y [SST] en la corriente 4 son cero porque solo tenemos agua.
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Vamos a resolver un sistema de 4 ecuaciones con 4 incógnitas para calcular Q4, Q5, mH2O,4 y mH2O,5.
Lo que nos da esta ecuación es lo siguiente:
Aquí como podemos comprobar los valores de algunas corrientes son 0 porque solo contienen agua:
Aquí necesitamos resolver este sistema con dos balances de materia:
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Esto es lo que obtenemos de las dos ecuaciones anteriores:
Producción de fango secundario (Tabla 3)
A continuación se encuentran los cálculos referidos a la producción de fango secundario, producción de microorganismos, corriente de purga, de recirculación y la tasa de recirculación:
Producción de microorganismos:
Corriente de purga: