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