Languages
Pages
Legal
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA BIOQUÍMICA
ICB-552: Ingeniería Ambiental
Alternativas de tratamiento a un Ril de descarga
Integrantes Daniel Arenas
Francisco Estay
Maria-Olga Flores
Andrea Muñoz
Chris Quero
Profesores: Rolando Chamy
María Christina Schiappacase
Diciembre 2010
INDICE
1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA............................................................................................................ 1
1.1 ANTECEDENTES GENERALES............................................................................................................. 1
1.1.1 ANÁLISIS LEGISLATIVO.............................................................................................................................11.1.2 PRETRATAMIENTO Y TRATAMIENTO PRIMARIO..............................................................................................2
Pretratamiento.......................................................................................................................................3Tratamiento primario.............................................................................................................................4
1.1.3 DESCARGA A CANAL DE REGADÍO..............................................................................................................5Sistemas de baja carga o infiltración lenta (SR)......................................................................................5Sistemas de infiltración rápida (RI).........................................................................................................6Riego Superficial (OF).............................................................................................................................6
1.1.4 DESCARGA EN UN CUERPO LACUSTRE.........................................................................................................7Lodos activos..........................................................................................................................................8Filtros percoladores................................................................................................................................9Contactor biológico rotatorio.................................................................................................................9Reactores de lecho fluidizado...............................................................................................................10Sistema SBR..........................................................................................................................................10Alternativas a analizar.........................................................................................................................11
2. RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA........................................................................................................... 12
2.1 SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS CON UNA CONFIGURACIÓN PRE-DESNITRIFICACIÓN/NITRIFICACIÓN............................................................................................................................................................ 12
2.2 SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS CON UNA CONFIGURACIÓN NITRIFICACIÓN/POST-DESNITRIFICACIÓN CON SEDIMENTADORES INTERMEDIOS...................................................................12
2.2.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA....................................................................................................14
2.3 SISTEMA SBR CON ETAPA DE NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN..................................................15
2.2.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA....................................................................................................16
3. CONCLUSIÓN.................................................................................................................................... 18
4. ANEXOS.......................................................................................................................................... 19
1. Descripción del Problema
Se desea tratar un efluente industrial líquido que posee un caudal de 500m3/día, una
DBO5 de 600 mg/L y una concentración de N-NH4 de 120 mg/L.
Se pide establecer alternativas de tratamiento considerando que el RIL tratado se
descarga a un canal de regadío o a un lago.
1.1 Antecedentes Generales
1.1.1 Análisis legislativo
Se presenta a continuación las principales normas que aplican a los casos estudiados
de disposición de los RILes, las cuales tienen como objetivo principal la protección del
medioambiente, previniendo en general la contaminación de las aguas, de manera que
los residuos en general mantengan o alcancen las condiciones pertinentes conformes
con la Constitución y las Leyes de la República.
En la normativa vigente estipulada en el D.S. No 46 del 2002 se establecen las normas
de emisión de residuos líquidos a aguas subterráneas. La importancia de la existencia y
el buen cumplimiento de estas normas es fundamental debido a que aproximadamente
el 77% del agua utilizado por los servicios de agua potable rural proviene de esta fuente
y en el caso del abastecimiento urbano es del 40% a nivel nacional, según estadísticas
de la Superintendencia de Servicios Sanitarios. Además se utilizan en la agricultura, la
industria y la minería.
En el problema abordado, la descarga se realizará a cuerpos lacustres o será utilizada
como agua de regadío, esta última normativa no rige, ya que se indica en el artículo 2º
“La presente norma no será aplicable a las labores de riego”.
El decreto 90, establece las normas para la regulación de contaminantes asociados a
las descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales. Este
decreto nos entrega el límite máximo permisible para los contaminantes presentes en
las descargas a cuerpos lacustres, tales como el DBO5 igual a 35 mgO2/L y el Nitrógeno
total igual a 10 mg/L, lo que se tomó en consideración en el diseño del sistema de
tratamiento para descarga en un lago.
La norma chilena oficial Nch 1333 “Requisitos de Calidad del Agua para Diferentes Usos
– Requisitos de Agua para Riego” fija un criterio de calidad del agua de acuerdo a
requerimientos científicos referidos a aspectos físicos, químicos y biológicos, según el
uso determinado. Estos criterios tienen por objeto proteger y preservar la calidad de las
aguas que se destinen a diferentes usos, de la degradación producida por
contaminación con residuos de cualquier tipo y origen. Esta norma en su parte 6: Riego,
recomienda un rango de pH para el agua de riego, recomienda valores máximos para
algunos elementos químicos disueltos en agua de riego, indica las concentraciones
sobre las cuales ciertos herbicidas causan daño a las cosechas, establece requisitos
microbiológicos y parasitológicos y establece una clasificación del agua de riego según
el grado de restricción en su uso en función de parámetros físicos, químicos y
biológicos.
En este caso, y de acuerdo con la calidad de estos residuos líquidos, los parámetros
físicos indicados en la norma no hacen referencia al contenido de nitrógeno, ni al DBO5,
parámetros objeto del trabajo, sin embargo cabe destacar que en el caso de que si el
RIL a analizar proviniera de una vitivinícola se encuentra a disposición en la página web
del SAG (Servicio Agrícola Ganadero) la guía “condiciones básicas para la aplicación de
riles vitivinícolas en riego” la que se centra en establecer recomendaciones para
aquellos elementos contaminantes no considerados por la Norma Chilena Oficial NCh
1333, de manera tal que, mediante la aplicación de prácticas controladas de riego y
restricción de cultivos, se asegure que no existe riesgo de contaminación del medio
ambiente.
1.1.2 Pretratamiento y Tratamiento primario
El Pretratamiento y Tratamiento primario será realizado tanto para el efluente
descargado en el cuerpo lacustre como para el canal de regadío.
Como las especificaciones de la industria no fueron entregadas, se asumirá un RIL, con
una carga de sólidos en suspensión no muy elevada, y con una concentración de
grasas y aceites despreciable.
Pretratamiento
El pretratamiento de los residuos líquidos industriales se define como el proceso de
eliminación de los constituyentes que pudieran provocar problemas de mantenimiento y
funcionamiento de los distintos procesos y operaciones unitarias.
Según las características del ril antes mencionadas el pretratamiento consistirá en:
- Desbaste
- Desarenado
Desbaste
Las rejas son el primer paso en el proceso de tratamiento de aguas residuales y Riles.
Consisten en una rejilla con aberturas de tamaño uniforme, y su principal función es
retirar sólidos de gran tamaño, como: trozos de madera, plásticos y otros sólidos que
pudiesen provocar un mal funcionamiento y deterioro de bombas, válvulas, cañerías y
conectores que den paso a las siguientes etapas del tratamiento.
Por razones más practicas se utilizaran rejas de auto-limpieza mecánica, con el objetivo
de disminuir el trabajo manual y por ende el contacto del personal con organismos
patógenos que pudieran quedar retenidos en las rejas, conjuntamente para evitar los
reboses y desbordamientos que se producen por la posible obturación. Como se hacen
funcionar en recintos cerrados, donde está el resto del equipo para el manejo de los
sólidos recuperados, se reducen los malos olores asociados a la retención de los
sólidos de desbaste.
Además de las rejas se utiliza un equipo de lavado y compactación de sólidos, el cual
permite reducir el tamaño, peso y material fecal de los sólidos recuperados,
minimizando la peligrosidad y cantidad de material a disponer.
Desarenador
Se utilizan para la separación de arenas, término que incluye arenas propiamente tal,
grava, cenizas entre otros.
Los desarenadores se instalan para: proteger los elementos mecánicos móviles de la
abrasión y el excesivo desgaste, reducir la formación de depósitos pesados en el
interior de las tuberías, canales y conducciones, y reducir la frecuencia de limpieza de
los digestores provocada por la excesiva acumulación de arenas.
Se suelen colocar después del desbaste y antes de los tanques de sedimentación
primaria. Esta configuración facilita la explotación y el mantenimiento de los elementos
de separación de arenas.
Existen diferentes tipos de desarenadores: de flujo horizontal, de diseño rectangular o
cuadrado; aireado y de vórtice.
De las distintas modalidades mencionadas se eligió el desarenador aireado, por que
hay un mínimo desgaste de equipos, no se requiere de una modalidad independiente
para el lavado de arenas, etc.
Por medio de la inyección de aire se induce en la sección transversal del desarenador
una corriente circular en la dirección del eje horizontal. Así al superponerse esta
corriente con la corriente que traviesa el desarenador se produce una corriente en
espiral a lo largo del equipo. El contenido del ril se mueve hacia el fondo con su
respectiva velocidad de sedimentación.
La distribución de las velocidades en el espiral se ve influenciada por la geometría del
desarenador, por la inyección del aire y por el contenido de material en el ril.
Tratamiento primario
Hasta aquí los pasos previos corresponden principalmente al acondicionamiento y
homogenización de afluente crudo que llega a la planta de tratamiento, siendo u
principal fin la protección de los equipos de posibles daños.
La sedimentación primaria corresponde al primer paso del tratamiento del afluente
donde se remueve una cantidad considerable de los contaminantes. Su función es la
reducción de la carga del afluente, removiendo los sólidos sedimentables orgánicos
para el posterior tratamiento biológico. Normalmente es posible remover entre el 50 -
70% de los sólidos suspendidos y entre el 25-40% de la DBO5.
Se selecciono un tipo de sedimentador de tipo I, debido a la baja concentración de
sólidos en suspensión, que se asumió en el afluente. En este tipo de sedimentador las
partículas sedimentan en forma individual y no existen interacciones importantes entre
partículas vecinas.
El tamaño y forma del tanque dependerá de las capacidades de la planta. Pero los
sedimentadores rectangulares se vislumbran como una mejor opción por sobre los
sedimentadores circulares, debido a la optimización de los espacios dentro de la planta
y en la disponibilidad del terreno.
Figura 2.2: Diagrama de flujo de pretratamiento y tratamiento primario
1.1.3 Descarga a Canal de Regadío
Como se dijo anteriormente la normativa actual vigente no aplica a este caso por lo cual
no es necesario legalmente reducir los parámetros de DBO5 o Nitrógeno por lo que sólo
se realizará pre-tratamiento, tratamiento primario y no tratamiento secundario, sin
embargo se señalan algunos sistemas de tratamiento natural para aprovechar el vertido
del RIL.
Sistemas de baja carga o infiltración lenta (SR)
Contemplan la aplicación de un caudal controlado de agua residual sobre un terreno
con vegetación para conseguir tanto el tratamiento del agua residual como el
crecimiento de la vegetación existente. El tratamiento se produce por la percolación del
Ril por el terreno donde parte del agua se consumirá por pervaporación y la otra parte
podrá ser recuperada mediante sistemas de drenajes o pozos para que no intercepten
aguas naturales superficiales. La cubierta vegetal juega un importante papel en el
proceso de tratamiento. Su selección y cuidado dependen principalmente del grado de
tratamiento perseguido y de las características de los suelos.
La DBO disminuye mediante filtración y adsorción iniciales, con posterior oxidación
biológica, los sólidos en suspensión son eliminados por filtración.
El agua residual se puede aplicar por diferentes métodos de aspersión o por técnicas
superficiales como el riego mediante surcos o canaletas.
Sistemas de infiltración rápida (RI)
En esta el agua residual se aplica de forma intermitente, normalmente mediante balsas
de infiltración o de distribución de poca profundidad, o bien sistemas de aspersión de
alta carga los que requieren, a diferencia de los primeros, vegetación para el tratamiento
ya que las pérdidas por evaporación solo representa una pequeña parte del agua
destinada siendo la mayor parte percolada. Las balsas de infiltración exigen
mantenimiento periódico de la superficie. La evolución del efluente en el suelo y
subsuelo es similar a la de los sistemas de baja carga no obstante, por tratarse
caudales muy superiores, el suelo y formaciones infrayacentes han de tener mejores
características hidráulicas. La operación, al igual que en los sistemas SR, es
habitualmente de ciclos de 1-2 días de aplicación seguidos de varios días de secado
que permiten la restauración aeróbica del suelo ya que la reducción del nitrógeno es por
nitrificación-desnitrificación producida en los niveles más superficiales del terreno, no
descartando el aporte a la misma reducción por la vegetación, que para que sea
eficiente, requiere de que las plantas sean recolectadas y replantadas periódicamente.
Riego Superficial (OF)
El agua residual debe distribuirse en la zona superior de terrenos vegetados con
pendientes cuidadosamente seleccionadas, de modo que pueda fluir en superficie hasta
unas zanjas de recogida de la escorrentía superficial situadas en el extremo de la
pendiente. La mayor parte del agua aplicada se recoge en forma de escorrentía
superficial ya que los terrenos tienden a impermeabilizarse con el paso del tiempo,
perdiéndose una parte variable del agua por evapotranspiración. Es necesario alternar
las fases de aplicación y de secado dependiendo la duración de los objetivos de
tratamiento.
El grado de tratamiento alcanzable es equivalente a uno secundario, generalmente
con buena reducción de nitrógeno y se produce mediante mecanismos físicos y de
crecimiento biológico que tienen lugar en la cubierta vegetal. La oxidación biológica,
sedimentación y filtración son los principales sistemas de reducción de sustancias
orgánicas y sólidos en suspensión. El nitrógeno se elimina por el consumo de las
plantas, procesos de desnitrificación y volatilización de amoníaco. Los factores que
controlan la preponderancia de uno u otro mecanismo son la forma del nitrógeno
presente en el agua residual, la cantidad de carbono presente, la temperatura y la
carga hidráulica y tipo de ciclo de aplicación. La reducción de nitrógeno está
comprendida normalmente entre el 75 y el 90% para este tipo de sistemas, aunque
puede verse sensiblemente disminuida por efecto de climas fríos.
La evaluación preliminar de las posibilidades de aplicación de los sistemas de
tratamiento en el terreno requiere un conocimiento previo de los aspectos básicos de
diseño, de su rendimiento y condiciones mínimas del emplazamiento, por lo cual solo se
presentan como alternativa.
1.1.4 Descarga en un cuerpo Lacustre
La normativa aplicada a las descargas realizadas en lagos establece una DBO5 igual a
35 mgO2/L y el Nitrógeno total igual a 10 mg/L. El RIL a tratar contiene una DBO5 de 600
mg/L y una concentración de N-NH4 de 120 mg/L, por lo que debe recibir algún tipo de
tratamiento para disminuir ambas concentraciones y lograr que se encuentren dentro
del rango establecido para cumplir la norma.
La concentración tanto de nitrógeno como de carga orgánica puede ser disminuida
utilizando algún tratamiento secundario. La finalidad de este tratamiento es eliminar la
materia orgánica degradable de las aguas residuales y en algunos casos nutrientes
como el nitrógeno y el fósforo. Esto se realiza mediante la acción de una gran variedad
de microorganismos, los cuales utilizan la materia orgánica como fuente de energía,
aumentando su población (Metcalf, 1995).
A continuación se mencionan algunas posibles alternativas de tratamiento secundario a
aplicar.
Lodos activos
Consiste en un sistema de cultivo en el cual la biomasa se encuentra suspendida en el
agua residual a tratar, se basa en la capacidad de los microorganismos de flocular y
oxidar la materia orgánica soluble u otro compuesto como amonio, que se encuentre
presente, en un tanque aireado. Los microorganismos crecen en el reactor gracias a la
oxidación de los compuestos (Departamento de Sanidad del Estado de New York,
1993). El ambiente aerobio en el reactor se logra mediante el uso de sopladores y
difusores ó aireadores mecánicos. El agua tratada junto con el lodo, salen del estanque
de aireación y a continuación ingresan a un estanque de sedimentación para ser
separados, parte de este lodo se recircula al reactor con el fin de mantener una
concentración constante de biomasa en el reactor.
La materia orgánica es degradada mediante la acción de bacterias facultativas y
aerobias que la utilizan como fuente de energía para su mantenimiento y crecimiento
celular, tales como Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia,
Bdellovibrio, Mycobacterium y las nitrificantes Nitrosotas y Nitrobacter. Además se
pueden encontrar microorganismos filamentosos como Sphaerotilus, Begiatoa,
Thiothrix, Lecicothrix y Geotrichum (Metcalf y Eddy, 1995).
Los sistemas de lodos activados resultan ser los tratamientos de agua más ampliamente
utilizados en la actualidad. Se pueden clasificar según el tipo de aireación o por su
régimen de flujo.
La ventaja de este tipo de sistema, por sobre los otros sistemas para tratamiento
biológico es la gran versatilidad de configuraciones en las que se pueden implementar
dependiendo del objetivo que se desee lograr. Por ejemplo, si se quiere obtener la
eliminación de nitrógeno se deben alternar condiciones aerobias y anóxicas para
favorecer el crecimiento de las bacterias nitrificantes y desnitrificantes. Por lo tanto, la
estrategia de operación implementada durante la puesta en marcha define el tipo de
población microbiana que va a ser seleccionada y enriquecida, definiendo los limites y
capacidades de tratamiento del sistema
Filtros percoladores
En estos reactores, la biomasa se encuentra adherida a un soporte. Estos filtros
también son conocidos como filtros oxidantes.El agua residual se hace pasar por el
reactor y los microorganismos remueven la materia orgánica. El filtro percolador actual
consiste en un lecho formado por rocas o plástico como material de relleno por donde
escurre el agua residual a tratar. En la parte inferior cuenta con un drenaje que se
descarga para retirar el agua tratada y los biosólidos generados por el desprendimiento
de parte de la biopelícula adherida al relleno. Esta mezcla es separada en un estanque
de sedimentación. Generalmente una fracción del agua recogida en el drenaje es
recirculada para diluir la concentración de la carga orgánica entrante al sistema y para
mantener la humedad de la biopelícula.
Producto de los problemas de transferencia de oxígeno la población que se desarrolla
en la superficie del soporte es anaerobia ya que las poblaciones que crecen en las
capas externas de la biopelícula consume el oxígeno y es ella quien se encarga de la
degradación de la materia orgánica. Cuando crece demasiado esta biopelícula, esta se
desprende debido a que la población más cercana a la superficie del soporte no recibe
materia orgánica. La eficiencia de remoción es menor que la alcanzada por el sistema
de lodos activados y los requerimientos en terreno superiores aunque se debe
considerar su simplicidad operacional y la baja producción de lodos.
Los filtros percoladores son los sistemas de inmovilización de células más ampliamente
desarrollados.
En la actualidad se utilizan soportes de baja densidad con altas áreas específicas
superficiales. El agua residual es distribuida desde el tope del lecho y percola a través
de los soportes.
Contactor biológico rotatorio
En este tipo de reactores los microorganismos crecen en discos de poliestireno que
sirven de soporte. Por el centro de los discos pasa un eje perpendicular a ellos y que los
sostienen y permiten su rotación, así la biomasa crece adherida a la superficie expuesta
de los discos, exponiéndose de forma alternada al aire y al agua a tratar.
Los discos se colocan en estanques cilíndricos que contiene es agua a tratar. La
biomasa suspendida actúa de forma similar a la de los filtros percoladores, absorbiendo
la materia orgánica en solución.
La velocidad típica de rotación de estos sistemas es de 1 a 5 r.p.m.
El espesor de la biopelícula está limitado por los esfuerzos de corte causados por la
rotación de los discos.
La eliminación de carbono y nitrógeno es fuertemente dependiente de la concentración
de oxígeno disuelto en la biopelícula. Debido a la limitación de oxígeno causada por la
actividad autótrofa y heterótrofa, se desarrollan zonas aeróbicas y anóxicas por lo que
es posible que ocurra desnitrificación en las partes más profundas de la biopelícula .
La ventaja de este sistema es que tiene requerimientos energéticos bajos, lo que resulta
apropiado para el tratamiento de aguas residuales de origen industrial, pero en el caso
de las de origen urbano presentan problemas de tipo mecánico.
Reactores de lecho fluidizado
Las unidades de lecho fluidizado consisten en una torre que contiene arena u otro
soporte sobre el que crece biomasa. La fluidización de las partículas se consigue
recirculando el efluente en el que se introduce aire u oxigeno para la oxidación de la
materia orgánica y nitrogenada.
Estos sistemas no son muy recomendados para la nitrificación debido que para la
oxidación del amonio es necesario aplicar altas razones de recirculación lo que eleva los
costos de bombeo.
Sistema SBR
Un reactor discontinuo secuencial (SBR), es un sistema de tratamiento de lodos
activos, cuyo funcionamiento se basa en la secuencia de ciclos de llenado y vaciado
para el tratamiento de aguas residuales. Los procesos unitario que intervienen son
idénticos a los de lodos activos, pero la diferencia con el método convencional, es que
todos se realizan en un mismo reactor, pero de manera secuencial, es decir, en el se
producen de forma separada, la entrada, la reacción, la decantación y la extracción del
efluente depurado, todos formando parte de un ciclo operativo. Es por esta razón que se
define el SBR como un sistema de lodos activos que se opera en el tiempo y no en el
espacio. El núcleo principal de la línea de tratamiento lo constituye el reactor biológico
SBR, que puede ser para sistemas biológicos aeróbicos y anóxicos. Una característica
única de este sistema es que no es necesario disponer de una recirculación de los lodos
Estos sistemas son eficaces para la eliminación de materia orgánica, nitrificación y
desnitrificación, ya que se puede operar en ciclos aireados y anóxicos, ajustándose a
los parámetros de vertidos requeridos, otorgando así una flexibilidad operacional.
Siendo otra de sus ventajas el ahorro en el costo de capital y la eliminación de los
sedimentadores. Sin embargo este sistema requiere de una alta sofisticación, lo que
implica un alto mantenimiento conjuntamente con el requerimiento de un tanque
ecualizador antes del SBR o cualquier otro sistema para manejar el exceso de caudal
de entrada.
Alternativas a analizar
Se estudiara la implementación de 3 sistemas de tratamiento, señalados a
continuación:
- Sistema de lodos activados con tanques de nitrificación y desnitrificación, con
sedimentadores al final de cada operaciones, similar a la configuración post-
desnitrificación.
- Sistema de lodos activados con una etapa previa de Desnitrificación y luego una
Nitrificación con un sedimentador final, similar a la configuración pre-
desnitrificación.
- Sistema SBR que realice operaciones de oxidación de materia orgánica,
nitrificación y desnitrificación.
Estas alternativas fueron elegidas dentro de la amplia gama de sistemas para el
tratamiento biológico, debido a que pueden tratar de manera eficiente tanto la materia
orgánica, como otros tipos de nutrientes (amonio), necesario para el tratamiento del ril
que se desea tratar para su descarga a aguas lacustres.
14
2. Resolución del Problema
Ya que la carga del RIL no cumple la normativa para ser descargado solo en el caso de
cuerpos lacustres, las alternativas evaluadas serán sólo para ese caso. Como se
mencionó en la sección anterior se evaluarán dos configuraciones distintas de lodos
activados con nitrificación y desnitrificación y un SBR.
2.1 Sistema de Lodos activados con una configuración pre-Desnitrificación/Nitrificación
En la figura 2.1 se presenta el diagrama correspondiente a la configuración
mencionada.
Figura 2.1: Sistema de Lodos activados con una configuración pre-Desnitrificación/Nitrificación
Los cálculos iniciales realizados a este sistema para su diseño (Ver Anexo 3) indican
que no es adecuado para el problema, ya que no es capaz de disminuir la
concentración de Nitrógeno a los valores exigidos por la norma.
15
2.2 Sistema de Lodos activados con una configuración Nitrificación/post-Desnitrificación con sedimentadores intermedios
En la figura 2.2 se presenta el diagrama correspondiente a la configuración
mencionada.
Figura 2.2: Sistema de Lodos activados con una configuración Nitrificación/post-Desnitrificación
con sedimentadores intermedios
A continuación se señalan los resultados obtenidos en el diseño (Ver cálculos Anexo 2):
16
Tabla 2.1: Valores obtenidos para el diseño del sistema Nitrificación/post-Desnitrificación con
sedimentadores intermedios
Parámetro ValorQ 500 (m3/d)Q1 470,7 (m3/d)Q2 434,7 (m3/d)Qmet 1 (m3/d)S0 600 (mg DBO5/L)Sf 5,693 (mg DBO5/L)N0 120 (mgN-NH4/L)Nf 6,5 (mgN-NO3
-/L)1 0,882 0,84Qp1 29,3 (m3/d)Qp2 37 (m3/d)V1 293 (m3)V2 296 (m3) c(lodos activos) 5 (d)c(lodos desnitrificantes) 4 (d)THR1 14 (h)THR2 15 (h)Qaire (QO2) 6938,4 (m3aire/d)Qaire difusor 8 (m3/h)Nº difusores 37
Este sistema disminuye las concentraciones de nitrógeno a valores aceptados por la
normativa vigente para la descarga. Por lo tanto es aceptado y será sometido a la
evaluación para escoger el sistema mas adecuado.
2.2.1 Ventajas y Desventajas del sistema
Este tipo de implementación de lodos activos con cultivos en suspensión, tiene una
serie de ventajas, dentro de las cuales podemos encontrar altas eficiencias de remoción
de materia orgánica (85-95%), sólidos en suspensión y microorganismos entre un 98-
99,5%.
Los lodos se encuentran parcialmente estabilizados por lo que operan sin olor logrando
ser instalados en cualquier localización.
Las plantas son fáciles para operar, con un requerimiento de operador de dos a tres
17
horas por día. También los sistemas son fáciles para instalar.
Además de las ventajas de la utilización del sistema de lodos activados, la configuración
nitrificación-desnitrificación, sugiere otra serie de ventajas, como la remoción del
nitrógeno presente en el afluente a tratar, dejando libre al flujo depurado de la presencia
de nitritos y nitratos, lo cual no es posible, utilizando una desnitrificación previa a la
nitrificación, cumpliendo así con los requerimientos planteados para la descarga del RIL.
La recirculación celular permite trabajar a diluciones mayores lo que permite que el
tiempo de retención de lodos sea mayor al tiempo de retención hidráulico.
Entre las desventajas se puede mencionar los altos costos por obra civil, energía
eléctrica, operación y capacitación para operadores. Requieren más energía que un
sistema SBR debido al gasto en recirculación de lodos.
El volumen de producción de lodos es mayor.
Debido a que se deben agregar equipos adicionales para la desnitrificacion, se elevan
los costos y se requiere de un espacio mayor.
2.3 Sistema SBR con etapa de nitrificación y desnitrificación
Dado que el caudal corresponde a 500 (m3/d) se decidió utilizar un sistema con 4
estanques receptores de caudal. El tiempo de llenado se estimó en 6 horas por lo que
se alcanza a cumplir el requerimiento diario de caudal a tratar.
En la figura 2.3 se presenta el diagrama correspondiente a la configuración
mencionada.
18
Figura 2.3: Sistema SBR con etapa de nitrificación y desnitrificación
A continuación se señalan los resultados obtenidos en el diseño (Ver cálculos Anexo 4):
Tabla 2.2: Valores obtenidos para el diseño del sistema Nitrificación/post-Desnitrificación con
sedimentadores intermedios
Parámetro ValorVolumen Reactor 170 (m3)Volumen útil 156,25 (m3)Altura Reactor 4 (m)Eficiencia transferencia de oxígeno 7%Masa lodos a purgar 63,54 (kg)DBO efluente 0,3 (mg/L)N efluente ~0 (mg/L)Caudal Aire requerido 407,543 (m3/h)Caudal de Aire por difusor 8 (m3/h)Nº difusores 51Tiempo Oxidación (t1) 2 (h)Tiempo Nitrificación (t2) 0,5 (h)Tiempo Desnitrificación (t3) 5 (h)Tiempo total 15,5 (h)
Este sistema disminuye las concentraciones de nitrógeno a valores aceptados por la
normativa vigente para la descarga. Por lo tanto es aceptado y será sometido a la
evaluación para escoger el sistema más adecuado.
19
2.2.1 Ventajas y Desventajas del sistema
El sistema SBR presenta algunas ventajas comparativas con respecto al sistema de
flujo continuo de lodos activados. Una de las ventajas principales es que todas las
operaciones se realizan en el mismo tanque de acuerdo a un ciclo operativo. Reúne en
un único tanque el reactor biológico, el sedimentador y el clarificador, con etapas
aireadas para realizar la oxidación de la materia orgánica y la nitrificación y etapa
anóxica para la desnitrificación si corresponde.
No se requiere la recirculación externa de lodos para mantener la concentración de
sólidos en el reactor.
No requiere la construcción de decantador secundario y otros equipos con el
consiguiente ahorro de inversión y de espacio.
La sedimentabilidad de los lodos es más eficiente debido a la gran superficie de
decantación de los tanques. Además durante la decantación no se produce la entrada
de ningún fluido, por lo que se evita el movimiento del fango en el seno del reactor.
Aumenta la eficiencia de aireación.
Produce menor cantidad de lodos que los sistemas de lodos activados continúo. La
experiencia a nivel internacional es que la cantidad de barros producidos es 20 a 30%
inferior.
Posee una gran flexibilidad de operación y control ya que requiere una menor mano de
obra operacional y de mantenimiento dado que el sistema es totalmente automático.
Además posee la característica de que el sistema puede ser operado de forma remota.
Mejor control y eliminación del crecimiento de organismos filamentosos, que pueden ser
controlados variando las estrategias del proceso, como por ejemplo llenado en ausencia
de oxígeno, etc.
20
Entre las principales desventajas de este sistema podemos mencionar la posible salida
de efluente discontinua que pudiese generarse. En caso de variaciones en el caudal de
afluente hay que pensar en la incorporación de un tanque de ecualización para la
recepción del caudal.
El número de difusores aumenta casi al doble en estos sistemas en comparación con un
sistema de lodos activos de aireación extendida, además se puede producir
ensuciamiento del sistema de aireación.
Pueden ocurrir posibles vertidos de lodo flotante o decantado durante la fase de
vaciado.
Posee un nivel más alto de sofisticación de instalación (comparando con los sistemas
convencionales) así como también de mantenimiento asociado a la automatización de
interruptores, válvulas, etc.
21
3. Conclusión
Luego de analizar los sistemas evaluados para el tratamiento del efluente y su descarga
en lagos, se llegó a la conclusión de que el sistema SBR presenta mayores ventajas
que el sistema de lodos activos con tratamiento de nitrógeno.
Básicamente un SBR posee ventajas que lo hacen mas económico, como el hecho de
necesitar menos equipamiento, menor costo asociado a operación e inversión, por
mencionar algunas.
Si bien requiere un número bastante mayor de difusores que el otro sistema (51 v/s 37)
la aireación sólo es realizada durante un tiempo de 2,5 horas, correspondiente a la
etapa de oxidación y nitrificación del Ril, mientras que el sistema de lodos con
nitrificación requiere aireación las 24 horas del día, por lo tanto los costos asociados al
requerimiento de oxígeno diario se ven compensados.
22
4. Anexos
Anexo 1: Cálculo asociados al nitrogeno
Cálculo de % N en NO3
PMN = 14 g/gmol
PMO = 16 g/gmol
PMNO3 = 62 g/gmol
N = (14/62)*100 = 22,6%
O =(16*3/62)*100 = 77,4%
Cálculo de % N en NH4
PMN= 14 g/gmol
PMH = 1 g/gmol
PMNH4 = 18 g/gmol
N = (14/18)*100 = 77,8%
H = (1*4/18)*100 = 22,2%
Cálculo de masa de NH4
Base de cálculo: 1 d
MN-NH4 = 120 mg/L * 5*105 L * 1g/1000 mg = 60000 g N-NH4
Utilizando de % en NH4
23
60000 77,8%
X 100%
MNH4 = 77120,8 g
nNH4 =
77120,8 g 18 g/gmol = 4284,5 gmol
Cálculo de masa de NO3
Reacción global para nitrificación:
NH4+ + 1,89O2 + 0,00805CO2 0,0161C5H7NO2 + 0,984NO3
- + 0,95H20 + 1,98H+
1 mol NH4+ ~ 1mol NO3
-
Como nNH4+ = 4284,5 gmol
nNO3- = 4284,5 gmol
Luego MNO3- = 4284,5*62 = 265639 g
Cálculo de MN-NO3
265639 g 100%
X 22,6%
MN-NO3 = 60034,4 g
24
Anexo 2: Cálculos para proceso de Nitrificación y desnitrificación con 2 sedimentadotes y con recirculado de lodos.
Figura 1: Diagrama de flujo sistema de Nitrificación y desnitrificación con 2 sedimentadotes y con recirculado de lodos.
Nitrificación (utilizando sistema de lodos activos)
Tabla 1: Valores típicos de parámetros cinéticos a 20º C:Lodo Activo Nitrificantes Desnitrificantes
max [d-1] 3 1 0,3KS 60 [mg DBO5/L] 1,4 [N-NH4/L] 0,3 [NO3
-/L]Yx/s 0,6 [mg SSV/mg DBO5] 0,2 [mg SSV/mg N-NH4] 0,8[mg SSV/mg NO3
-]Kd [d-1] 0,06 0,05 0,04
Tabla 2: Características del afluente a tratar:Valor
Q 500 [m3/d]DBO5 600 [mg/L]N-NH4 120 [mg/L]
Tabla 3: Valores exigidos por Decreto 90, para la descarga de riles en lagos:Parámetro ValorDBO5 35 [mg/L] N total 10 [mg/L]
A. Determinación tiempo de residencia lodos activos (θc):
θc=1
μ−Kd Ec.1 μ=
μmax∗SS+K s Ec.2
Reemplazando la Ec.2 a la Ec.1, obtenemos:
25
θc=1
μmax* SS+K s
−Kd Ec.3
Asumiendo un tiempo de residencia de lodos:
θc=5(d )
B. Determinación de la cantidad de N−NO−3producida:
Reemplazando en la Ec.3, utilizando los parámetros cinéticos correspondiente a los microorganismos nitrificantes, se obtiene:
S=0 ,467(mgN−NO−3 /L ), siendo la cantidad de nitratos en la corriente de salida del
nitrificador
C. Determinación producción de biomasa neta:
Producción de biomasa neta =
XVθc
=(S0−S )∗Y X /S∗Q
(1+Kd∗θc ) Ec.4
Despejando S de la ec. 3, ocupando los parámetros cinéticos de los lodos activos, obtenemos:
S=5 ,693 (mgDBO5 /L )=S f
La producción de biomasa neta, tomando en cuenta tanto los microorganismos autótrofos (A) y heterótrofos (H), será:
XVθc
=(( S0
A−S A)∗Y XA /S
(1+KdA∗θc)+
(S0H−SH )∗Y XH / S
(1+K dH∗θc ))∗Q
Ec.5
reemplazando los valores de la tabla 1 correspondiente a cada tipo de microorganismos, en la ec.5:
Pr od .biomsaneta=1 ,467∗108(mgSSV /d )
D. Determinación volumen del reactor
Dado un valor de X= 2500 (mg SSV/L), y reemplazando en la ec.4, se obtiene:
V 1=293420(L)=293(m3 )
26
Donde V1 es el volumen del reactor donde ocurre la degradación de la materia orgánica y la nitrificación
E. Determinación del tiempo de residencia hidráulico (θ):
θ=VQ Ec.6
Reemplazando V1 y Q en la ec.6, obtenemos:
θ=14(h )
F. Lodos purgados
Asumiendo que en el primer sedimentador se concentran los lodos al doble, tendríamos un valor de lodos purgados igual a:
X P1=5000(mgSV /L)
G. Caudal de salida sedimentador 1
Con el valor de lodos purgados, se obtiene la corriente de salida del sedimentador 1 (Qp1), utilizando la siguiente ecuación:
Q= prod .biomasanetaXr Ec.7
siendo Xr = Xr1
Qp 1=29340(L/d )=29 ,3 (m3 /d )
El caudal de salida del primer sedimentador, será:
Q1=500−29 ,3=470 ,7(m3 /d )
H. Fracción recirculada
La fracción recirculada hacia el primer reactor, se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
27
α=
X∗(1−θθC
⋅[ 1d24 h ])
Xr−X Ec.8
siendo Xr = Xr1 , obtenemos la fracción de recirculación al primer reactor, la cual será:
α 1=0 ,88
I. Amonio degradado
El amonio degradado en el nitrificador, vendrá dado por:
N−NH 4deg radado=120−0 ,467=119 ,5(mgN−NH 4 /L )
Transformando este valor en moles:
119 ,514
=8 ,54(mmolN−NH 4 /L )
J. Cantidad de nitrato producida en la corriente Q1
Representando las células bacterianas sintetizadas con la formula química C5H7O2N, y representando la ecuación global de oxidación y síntesis como:
NH4++1,89O 2+0,00805CO2 → 0,0161C5H7NO2+0,984NO3
-+ 0,952H2O+1,98H+
Por lo tanto, 1mol N-NH4 → 0,984mol NO3-, a partir de esta relación, se puede obtener la
cantidad molar y masica de nitratos a partir de:
NO−3=0 ,984∗8 ,54=8,4 (mmolNO
−3 /L )
Pasando a masa, utilizando el PMNO3=62, obtenemos:
NO−3=520 ,8(mgNO
−3 /L)
La masa de NO3-, será:
masaNO−3=[NO3 ]⋅Q∗(1+α )
masaNO−3=520 ,8∗500000∗(1+0 ,88)=4 ,8955∗108 (mg)
Cálculo de % N en NO3
PMN = 14 g/gmol
PMO = 16 g/gmol
28
PMNO3 = 62 g/gmol
N = (14/62)*100 = 22,6%
O =(16*3/62)*100 = 77,4%
N−NO−3 producido=masaNO
−3*%N
N−NO−3 producido=4 ,8955∗108∗0 ,226=1 ,1064∗108(mgN−NO
−3 )
N−NO−3reciclo=[NO 3 ]*%N∗Q∗α
N−NO−3reciclo=520 ,8 (mg /L)∗0 ,226∗500000(L )∗0 ,88=5 ,1788∗107 (mgNO
−3 )
Se debe determinar la cantidad de N-NO3- en la corriente Q1:
N−NO−3enQ1=
producido+recicloQ1
N−NO−3enQ1=
1 ,1066∗108+5 ,1788∗107
470700=345 ,1(mgN−NO
−3 /L)
Desnitrificación
El nitrógeno total normado para la descarga en lagos es de 10 (mg/L), asumiendo un valor final en el afluente de nitrógeno de 7 (mg/L).
A. Cantidad de N−NO−3 de salida
Suponiendo que:
Q2=Q1−Qp 1
Q2=470 ,7−29 ,3=441,4 (m3 /d )
N−NH 4 salida=S∗Q1
Q2
N−NH 4 salida=0 ,467∗470 ,7441 ,7
=0 ,498≈5(mgN−NH 4 /L)
N−NO−3salida=7−0,5≈6,5(mgN−NO
−3 /L )=N F
29
B. Tiempo de residencia de los lodos (c)
Para el cálculo del tiempo de residencia de los lodos (c) en el desnitrificador, utilizando los parámetros cinéticos de la tabla 1, el valor de nitratos en la salida recién calculado y la ec.3, se obtiene:
θc=3,9≈4 (d )
C. Cantidad de nitrógeno obtenido
Reemplazando este valor en la ec.3, para buscar la cantidad de nitrógeno obtenido a la salida del desnitrificador, obtenemos:
S=2,9(mgN−NO−3 /L)
D. Volumen 2º reactor
Reemplazando S y c en la ec.4 :
XV =4 ,44∗108 (mgSSV )
Para un crecimiento de X=1500 (mgSSV/L)( tabla 11-21Metcalf), se puede obtener el volumen del segundo reactor, donde ocurre la desnitrificación, reemplazando en la ecuación anteriormente mostrada:
V 2=296227(L/d )≈296 (m3 )
E. Tiempo de residencia hidráulico
Con el valor del volumen del reactor 2 se obtiene la tiempo de residencia hidráulico, utilizando la ec.6:
θ=V 2
Q1∗24=15(h )
θ=296470 ,7∗24
=15(h )
Asumiendo que se concentra el doble de los lodos en el sedimentador:
Qp 2=3000(mgSSV /L)
30
F. Fracción recirculada
Por lo tanto la fracción recirculada hacia la entrada del segundo reactor, será obtenida a partir de la ec.8:
α 2=0 ,84
G. Concentración de metanol en la corriente de entrada
Para cálculos posteriores se determinaran los moles que entran al segundo reactor:
FlujomolarNO−3reciclo= S
%N∗PM NO3
FlujomolarNO−3reciclo= 2,9
0 ,226∗62=0 ,207 (mmol /L)
NO−3 reciclo=0 ,207∗4070700∗0 ,84=81845 ,3(mmol /h )
FlujomolarenQ1=345 ,10 ,226∗62
=24 ,63(mmol /L)
molesNO3enQ1=24 ,63∗470700=1 ,159∗107 (mmol /d )
molesentradareactor=1 ,159∗107+81845 ,3=1 ,1675∗107(mmol /h)
Para la etapa de desnitrificación es necesario adicionar sustrato, por lo cual se adicionara metanol. El metanol será diluido con agua, asumiendo un Qmet=1(m3/d)
mmolN 03reciclo=0 ,207∗(470700+1000)∗0 ,88=85924 ,9(mmol /d )
mmolNO3 salida=0 ,207∗(470700+471700∗0 ,88 )=183360 (mmol /d )
mmolNO3deg radado=1,1675∗107+85924 ,9−183360=1 ,158∗107 (mmolNO3 /d )
Por relaciones obtenidas en el Metcalf, se ha obtenido que 1mol NO3- se necesitan
1,08mol CH3OH, por lo tanto:
mmolCH 3OH=1 ,158∗107∗1,08=1 ,25∗107 (mmolCH 3OH /d )
31
Así la concentración de metanol en la corriente de entrada sera de:1 ,251000
∗321000
=400( g /L )
H. Caudal de salida del segundo reactor:
QP2=4 ,44∗108 (mgSSV /d )
4 (d )∗3000(mgSSV /L)37028 (L)≈37(m3/d )
Q2=470 ,7−37=434 ,7(m3 )
Requerimiento de O2
A. Nitrificación
NaN=4 ,57∗500000∗(120−0 ,467 )∗ 1
106=273 ,1(KgO 2 /d )
B. Oxidación materia orgánica
Na=Q⋅(So−S )−YO2⋅Q p ¿ X r
Na=5∗105(600−5 ,963)∗10−6
0 ,68−142∗29340∗5000∗10−6=228 ,7(KgO2 /d )
C. Caudal de Aire
Asumiendo que el ril proviene de la industria de procesamiento de vegetales, se tendrán los siguientes parámetros:
0,95 1Cs 9,022(mg/L)Pv 17,5163(mmHg)Pa 760(mm Hg)T° 20°C
Concentración deseada en el agua C=2(mg/L)
Cst=Cs∗(Pa−Pv )
(Pa−Pv )=9 ,022(mg /L)
32
EO2T
EO2N=α∗(1∗Cst−2)∗1
Cst=0 ,739
Dándonos:
h=5(m)
η=7 %
EO2N=5∗7=35 % Transferencia de oxigeno de cada difusor
Por lo tanto:
EO2T=0 ,739∗35=25 ,87 %
Na=273 ,1+228 ,7=501 ,8(KgO2 /d )
Qaire=(Na)⋅100
0 ,232( kgO2
kgaire )⋅1 ,205( kgairem3aire )⋅EO2T
Qaire= Na∗1000 ,232∗1,205∗EO2T
=6938 ,4 (m3aire /d )
D. Nº de difusores
Asumiendo un caudal de dispersor (Qd) de 8m3
h
nº difusores= QaireQdifusores
nº difusores=6938 ,4 (m3aire /d )⋅(1d /24 h))
8m3 aire
h
=36 ,1≈37
33
Tabla4: Resumen resultadosParámetro Valor
Q 500 (m3/d)Q1 470,7 (m3/d)Q2 434,7 (m3/d)
Qmet 1 (m3/d)S0 600 (mg DBO5/L)Sf 5,693 (mg DBO5/L)N0 120 (mgN-NH4/L)Nf 6,5 (mgN-NO3
-/L)1 0,882 0,84Qp1 29,3 (m3/d)Qp2 37 (m3/d)V1 293 (m3)V2 296 (m3)
c(lodos activos) 5 (d)c(lodos desnitrificantes) 4 (d)
THR1 14 (h)THR2 15 (h)Qaire 6938,4 (m3aire/d)
N° difusores 37
34
Anexo 3: Cálculos para proceso de Nitrificación y desnitrificación con 1 sedimentador y con recirculado de lodos.
Figura 2: Diagrama de flujo para proceso de Nitrificación y Desnitrificación con 1 sedimentador y
con recirculado de lodos y nitritos.
Las características del afluente a tratar de describen en la tabla 1 del Anexo 1
A. Caudal de afluente
Valores obtenidos de Metclaf:
Recirculación interna % efluente 100-300 Se escoge 100 QRN = 500
m3/d
Fango activado de retorno efluente 20-50 Se escoge 35 QRN = 175
m3/d
Por lo tanto: Q = Qe + QR = 500 + 175 = 675 m3/d
35
B. Cantidad de N-NO3 dentro del Nitrificador
Asumiendo reacción de Nitrificación al 100%:
1mol NH4+ ~ 1 mol NO3
-
Base de cálculo: 1 d
M NH4+ i = 77120,8g
n NH4 = 77120,8 [ g ]18 [g/gmol ]
= 4284,5gmol
Por lo tanto: n NO3- = 4284,5gmol MNO3- = 4284,5 * 62 = 265639g
MNO3- = 265639g 100%
X 22,6%
MN-NO3 = 60034,4g (masa de N-NO3 dentro del Nitrificador)
[ N-NO3 ]QN=60034,4g (Qe + QRN+ QR)
=60034,4g
1175 m3= 51,1 mg/L
Donde: Qe´ = Qe + QRN + QR
[N-NO3] QN = [N-NO3] QRN = [N-NO3] Q
[N-NO3] Q = [N-NO3] QS = [N-NO3] QF
La [N-NO3] QS (Concentración de N-NO3 en el efluente) es mayor a la exigida por
norma, que corresponde a 10 mg/L, por lo tanto este sistema no se puede realizar.
36
Anexo 4: Cálculos para proceso SBR con Nitrificación y desnitrificación.
Figura 1: Diagrama de flujo de proceso SBR con Nitrificación y desnitrificación.
Las características del afluente a tratar de describen en la tabla 1 del Anexo 1
A. Calculo de Volumen útil y Pie de cuba
Asumiendo:
X(pie cuba)=25 gSSV/L de los cuales:
- 10 gSSV/L Heterotrofos- 5 gSSV/L Nitrificantes- 10 gSSV/L Desnitrificantes
V (pie cuba)= 0,2* V util
Vagua:
Va=Q∗t ( llenado )=500m3
dx
1d24 h
x6h=125m3
Vutil:
Vu=Va + Vpc=125 m3
+ 0,2Vu
37
Vu=
1250,8 = 156,25m
3
El volumen del reactor será calculado utilizando un 10% mas que el Vu
Vpie cuba:
Vpc=0,2*156,25m3=31,25 m3
B. Calculo de tiempo de operación y biomasa producida
DBOdil=600mgL
x125m3
156 ,25m3=480
mgL
N−NH 4 dil=120mgL
x125m3
156 ,25m3=96
mgL
dSdt
=μm⋅X⋅SKs+S ( 1
Yx / s )dXdt
=μm⋅X⋅SKs+S
−kd⋅X
Si+1=Si+ dSdt
Δt
X i+1=Xi+ dXdt
Δt
Oxidación
Parámetros cinéticos
Yxs 0,6ks [mg DBO/L] 60kd 1/h 0,0025um 1/h 0,125xo mg/L 2000so mg DBO/L 480dt 0,01
38
Planilla Excel
X[mg/L]s [mg DBO/L] t ds/dt dx/dt dt
2000,00
480,00 0,00
-370,37
217,22 0,01
2032,61
424,38 0,15
-371,01
217,52 0,01
2065,21
368,78 0,30
-370,05
216,86 0,01
2114,74
284,22 0,53
-363,78
212,98 0,01
2162,79
202,09 0,76
-347,43
203,05 0,01
2200,03
138,30 0,95
-319,66
186,29 0,01
2226,51 92,78 1,10
-281,69
163,45 0,01
2255,96 41,74 1,31
-192,81 110,05 0,01
2272,27 12,58 1,52 -82,04 43,54 0,01
2276,77 3,38 1,70 -25,26 9,47 0,01
2277,33 1,11 1,84 -8,62 -0,52 0,01
2276,90 0,30 2,00 -2,37 -4,27 -2,00
Xdiluido=[Heterotrofos ] x VpcVu
Xdiluido=10gSSVL
x31 ,25m3
156 ,25m3=2
gSSVL
=2000mgSSV
L
Resultados:
t1=2h
X1=2276 ,9mgSSVL (Heterotrofos)
Nitrificación
Parámetros cinéticos:
Yxs 0,2
39
ks [mg DBO/L] 1,4kd 1/h 0,002um 1/h 0,042xo mg/L 1000so mg DBO/L 96dt 0,01
Planilla Excel
X[mg/L]s [mg DBO/L] T[h] ds/dt dx/dt dt
1000,00 96,00 0,00 -205,34 38,98 0,011002,73 81,62 0,07 -205,38 38,99 0,011004,68 71,36 0,12 -205,28 38,96 0,011007,01 59,05 0,18 -204,94 38,89 0,011009,34 46,77 0,24 -204,17 38,73 0,011011,66 34,55 0,30 -202,56 38,40 0,011013,95 22,47 0,36 -198,85 37,66 0,011015,81 12,66 0,41 -190,56 36,00 0,011017,51 3,61 0,46 -152,76 28,43 0,011018,15 -0,02 0,50 2,55 -2,63 -0,50
Xdiluido=5gSSVL
x31 ,25m3
156 ,25m3=1
gSSVL
=1000mgSSV
L
Resultados:
t2=0,5h
X 2=1018 ,15mgL (Nitrificantes)
Desnitrificación
Parámetros cinéticos
Yxs 0,3ks [mg DBO/L] 0,1
kd 1/h0,0016666
7um 1/h 0,0125
40
xo mg/L 2so mg DBO/L 425,02dt 0,01
Planilla Excel
X[mg/L]s [mgDBO/L] t ds/dt dx/dt dt
2000,00 425,02 0,00 -83,31 21,66 0,012002,82 414,18 0,13 -83,43 21,69 0,012005,64 403,33 0,26 -83,55 21,72 0,012010,21 385,77 0,47 -83,74 21,77 0,012015,00 367,32 0,69 -83,94 21,82 0,012021,12 343,79 0,97 -84,19 21,89 0,012034,96 290,57 1,60 -84,76 22,04 0,012041,36 265,95 1,89 -85,02 22,11 0,012045,12 251,49 2,06 -85,18 22,15 0,012054,88 213,92 2,50 -85,58 22,25 0,012066,48 169,30 3,02 -86,05 22,37 0,012086,26 93,23 3,90 -86,83 22,57 0,012103,70 26,15 4,67 -87,32 22,69 0,012110,43 0,18 4,97 -56,75 13,51 -4,97
Xdiluido=10gSSVL
x31 ,25m3
156 ,25m3=2
gSSVL
=2000mgSSV
L
BC: 1 dia
MN−NH4=120
mgL
x 125m3 x1000 L
1m3x
1g1000mg
MN−NH4=15000 g
MN−NH4=15000 g→77 ,8%
MN−NH4=X→100 %
X= 19280,2g
41
nNH 4=19280 ,2PMNH 4
=19280 ,218
1071 ,12mol
Rxn global de nitrificación
NH4+
+1,83O2+1 ,98 HCO3−
→0 ,021C5H 7O2N+0 ,98 NO3−
+1,041 H2O+1 ,88 H2CO 3
1 mol NH4 ¿1NO
3−
nNO3=1071,12
mNO3=1071,12*PMNO3=66409,4g
[NO 3 ]=66409 , 4 g156 ,25m3
=MNO 3
Vu=425 ,02
mgL
Resultado:t3=5h
X3=2110 ,89mgL
D. Calculo de biomasa total producida
X f=X1+X2+X3=(2276 ,9+1018 ,15+2110 ,89)mgL
=5405 ,94mgL
Mtotal=Xf⋅Vu
Mtotal=5405 ,94mgL
x 156250 Lx1 g
1000mg1kg
1000gMT=844 ,68kg
E. Masa a Purgar
Mp=Mt−Mpc
Mp=844 ,789−25[ gSSVL ] x31250 [L ]x 1kg1000g
Mp=63 ,54kg
- 63,54kg de lodos purgados por ciclo
F. Requerimiento de Oxigeno
Req de Oxigeno= Ox. Mat. orgánica + Nitrificación
42
Q=500m3
dx
1d24h
x1000L
1m3=20833
Lh
DBO5 = 0,68DBOu
DBOu=600mg /L0 ,68
=882 ,35mgL
x1g
1000mgx
1kg1000g
DBOu=0 ,000882kgL
Na=Q⋅(So−S )−YO2⋅Q p ¿ X r
NA1=20833 ,3Lhx 0 ,000882
kgL
−1, 42kgO2
kgSSV⋅63 ,54kgSSV14 ,5h
NA1=12 ,15kgO2
h
NA 2=4 ,57 x 120mgL
x 20833 ,3Lhx
1g1000mg
x1kg
1000 g
NA 2=11 ,425kgO2
h
G. Calculo nº de difusores
Asumiendo:
Altura del reactor H=4m
η= 7% eficiencia T de O2 /m.c.a
Difusores Aquatube (Q=8Nm3/h por difusor)
[OD]>2mg/L
EO2T
EO2N=0 ,739
EO2N=η⋅H=7⋅4=28 %
:.EO2T=0 ,739⋅28=20 ,692
Qaire=(NA1+NA2 )⋅100
0 ,232( kgO2
kgaire )⋅1 ,205( kgairem3aire )⋅EO 2T
=(NA1+NA2 )⋅100
0 ,232⋅1 ,205⋅20 ,692=407 ,543
m3 aireh
43
nº difusores= QaireQdifusores
=50 ,9429≈51
nº difusores=407 ,543
8m3
h
=50 ,9429≈51
H. Volumen de reactor
Vu=156,25m3
Vreactor=Vu+0,1⋅Vu≈170m3
Tabla resumen: resultados referentes a un reactorN°Reactores 4Vol. Reactor 170 m
3
Masa lodos a purgar 63,54 kgDBO5 efluente 0,3mg/LN efluente ~0Aire requerido 407,543 m
3/h
Nº difusores 51
Top Related