Características generales de los procesos biológicosFavorables:
Eliminación de m. orgánica disuelta y otras.
Costes de operación reducidos.
Desfavorables:
Aguas con buena biodegradabilidad: TOX, DBO/DQO, otros.
Dificultades en el control del proceso.
Tipos de microorganismos
AerobiosIoxígeno
Materia orgánica + Microorganismos + Nutrientes + O2 -----> Productos
finales + Nuevos microorganismos + Energía
AerobiosII
otros
Materia orgánica + NaNO3 + Microorganismos ____> Nuevos microorganismos + NaCO3H + N2 + CO2 + H2O + Energía
Materia orgánica + Na2SO4 + Bacterias reductoras de sulfatos ___> Nuevas bacterias + NaSH + NaCO3H + CO2 + H2O + Energía
Anaerobios Alcoholes, aldehídos, ácidos + Bacterias específicas ___> Nuevas bacterias + CH4 + CO2 + Energía
Materia orgánica + Microorganismos ___> Nuevos microorganismos + Alcoholes, aldehídos, ácidos + CO2 + Energía
Nutrientes: C(DQO)/N/P ----> 100:5:1
Condiciones: T ---> KT=KT0(T-20)
pH ---> óptimo ~ 7,5 (5,5 a 8,5)Metales ---> toxicos Ni, Zn, Sales ---> inferior a 8 g/l
Sistemas de fangos activos
Convencional:
Mezcla completa:
S y O2 constantes constantes / Variaciones de carga
Aeración graduada:
Sistemas de fangos activos (cont.)
Contacto estabilización:Aguas urbanas / reduce volumen cubas aeración
Aeración prolongada:Fuertes varaiciones de carga / Menos lodo a eliminar
Aeracion modificada:Altas cargas / bajo SS / baja retención
Aeración de alta cargaAltas cargas / Alta conc. sólidos
Sistemas de fangos activos (cont.)
Crecimiento de microorganismos
Cultivo discontinuo:Crecimiento de biomasa
rb= X
X
tiempo
lag log1
log2 Estabilización
Ecuación de Monod
m S = _____ Ks+S
sustrato, S
m
Ks
dX/dt Xm /2
Cultivo discontinuo:rb,n= X - kd X – Q X
Balance de biomasa en sistamas de aeración
Balance de biomasa Reactor mezcla perfecta
Q, So Q, S, X
X, S
V
Aire
En estado estacionarioEn estado stacionario:
Balance de biomasa Reactor mezcla perfecta con recirculación
VXc= _________________ QwX+(Q-Qw)Xe
V = ____ Q
Cálculo de parámetros biocinéticos
Q, S O Q, S, X
X, S
V
Aire
Q w Q-Qw, Se, Xe
Qr ?
Reactor experimental sin recirculación (biomasa)
1/c Y
U
U=Q(So-S) X(V)
X = Xb= wd fv ---> Y= akd= b
Utilización de O2:
OR = a' Sr V+ b' wd fv V
Otros sistemas
Empleo de O2Sistemas que recirculan el O2. Eliminación del CO2
Ventajas :- Permite trabajar en concentraciones de biomasa 10.000 ppm. Reducción
de volumen de volumen.- La concentración de oxígeno en las balsas puede alcanzar valores de
hasta 6-8 ppm sin un costo energético muy elevado.- Mejora de forma notable la floculación y decantación de los fangos.
Sistema de tratamiento biológico en doble etapa A-B
- Primera etapa (A) opera con carga másica muy alta. función de tamponaje. Variaciones de carga Biodegradabiolidad.
- Segunda etapa (B) lo hace con mediana o baja carga. Operación estable
- No se utiliza decantación primaria.
ETAPA "A":Carga másica (KgDBO5/Kg MLSS)...................3-5Tiempo de retención (hora).................................0,5-1Aportación teórica de oxígeno
(kg-kg DBO eliminar)...................................0,25-0,35Rendimiento.......................................................50-70% en DBO5
ETAPA "B":Cargas másicas convencionales..........................(0,3-0,4)
Proceso Carrusel, proceso Kraus, etc.,
Variables de diseño en fangos activos
Carga másica:
- fuerte carga másica...........................................CM > 0,5- media carga másica..........................................0,2 < CM < 0,5- baja carga másica.............................................0,1 < CM < 0,2- muy baja carga másica......................................CM < 0,1
Carga volumétrica:
Volumen del tanque de reacción:
Kg/dV = L/(CM* X) [_________________ = m3]
Kg/d/Kg . Kg/m3
L = Kg de DBO en el influente por día.X = concentración de MLSS en Kg/m3
Necesidades de O2:
OR (kg O2/d) = a'*L*R/100 + b'*V*M
a' = Coeficiente de síntesis. Representa las necesidades de ara la síntesis de biomasa.
R = Rendimiento del proceso.b' = Coeficiente de respiración endógena.M = kilos de biomasa activa la balsa.
Carga másica a' b'
1,0 0,500 0,1360,7 0,500 0,1310,5 0,500 0,1230,4 0,530 0,1170,3 0,555 0,1080,2 0,590 0,0920,1 0,652 0,0660,05 0,660 0,041
Otras variables de diseño en lodos activados
Purga de fangos:
F = Fm + a Le + Fi - b Fb - Fe
En la cual:
F = Kg de lodos a purgar diariamente del proceso biológico, en Kg/d.Fm = Kg de sustancias minerales que entran, Kg/d.Fb = Biomasa activa del sistema (V Xb).a = Coeficiente de síntesis. Fi = Kg de material orgánico imbiodegradable en la balsa de aeración
[(SDQO-SDBO) V].b = Coeficiente de autooxidación.Fe = Kgs. de sólidos en suspensión que salen con el efluente (Xe Q).Le = Kg de DBO por día eliminados en el proceso [(SDQO-SDBO) Q].
Fórmula de Huisken:
F = 1,2 * CM0,23 * Le
Recirculación de fangos:
(Qr + Q) X = Qr Xr
Qr = Caudal de fangos recirculados.Q = Caudal de agua a tratar.X = Concentración de MLSS en el tanque, Kg/m3
Xr = Concentración de los fangos en la recirculación.
Por el índice volumétrico de fangos, viene dado por:
X * IVF Qr/Q = . 1000 - X * IVF
Capacidad de oxigenación
Aereadores de superficie
0,75 a 75 kWSop. fijos o flotantes
Aereadores de turbina sumergida
Tubo de aspiración flujo descendente y ascendente
Transferencia de O2 en aereadores de superficie: Se da en KgO2/hr/CV
Condiciones 'standar' a condiciones reales.
Cw - CLN = No [ B _______ x 1,024(T-20) @]
9,17
N = Transferencia de oxígeno en condiciones reales.No = Transferencia de oxigeno en condiciones 'standar'.B = Factor de corrección por salinidad y tensión superficial;
generalmente 0,9 - 1,0 (Aguas urbanas).Cw = Concentración de saturación de oxígeno disuelto para el agua
residual a temperatura y altura dados.CL = Concentración de oxígeno disuelto en condiciones de
funcionamiento, mg/L.T = Temperatura.@ = Factor de corrección de la transferencia de oxigeno para el agua
residual, generalmente de 0,8 a 0,85 (Aguas urbanas).
Procedimiento de cálculo
OR (capacidad esp.) = _____________________ (n° turbinas) (Pot. agitador)
determinación de OR + caract. turbina (n° turbinas)
Capacidad de oxigenación
Difusores
Profundidad eficacia y perdida de carga- soplantes- Turbocompresores
Procedimiento de cálculo:
determinación de OR + tipo difusor ---> (potencia a instalar)
Ejemplo capacidad de oxigenación
Sabiendo que las necesidades de oxigenación, OR, de un fango activado en las condiciones de funcionameinto se estiman en 3140 kgO2/d, dígase el número de
difusores y la potencia del compresor para suministrar el aire necesario a una cuba de aeración de 1000 m3 y 6 m de profundidad.
Datos: Difusor tipo Norton ('dome Difuser', 15.0 y 13/64 orificio)Caudal de aire por difusor: 1 ft3/min (28 l/min)
1° Calculo de O2 real por difusor
28 * 0,21* O2 * (rend. transf., 'graf. 2')= 3,33 g O2/(min difusor)
2° nº difusores OR (g/min)/3,33=654 difusores
3° Pérdida de carga'Graf 1' ---> 8 inch agua --> 8*0,0254*1000/air=158,75 m aire
4° Potencia(158,75 + 6 ag/air) (Caudal aire*air /difusor)*654= 62,3 kgm/s = 25 CV.
teórico
Q, SO Q, S, X
X, S
V
Aire
Qr
Qw Q, Se, Xe