I N D I C E
PROCESOS DE TRATAMIENTO BIOLOGICOS ..................................................................... 2 Microbiología del proceso aerobio ......................................................................................................................... 2 Microbiología del proceso anaerobio .................................................................................................................... 3 Procesos unitarios del tratamiento secundario ................................................................................................ 4 Recomendaciones del uso de los procesos biológicos ................................................................................... 5
FILTROS PERCOLADORES ................................................................................................ 5
BIODISCOS ...................................................................................................................... 8
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................................. 10 Balance de masas en el reactor biológico ......................................................................................................... 10 Fundamentos para el diseño del reactor de mezcla completa con recirculación ........................... 11 Balance de masa .......................................................................................................................................................... 13
Sedimentador secundario ....................................................................................................................................... 15 Tipos de tanques .......................................................................................................................................................... 15 Sedimentabilidad del lodo ....................................................................................................................................... 16 Carga de superficie y carga de sólidos ............................................................................................................... 16 Profundidad del agua ................................................................................................................................................ 17 Reparto de caudales ................................................................................................................................................... 17 Diseño de la entrada del tanque ........................................................................................................................... 17 Ubicación y carga sobre el vertedor .................................................................................................................... 18 Eliminación de espuma ............................................................................................................................................. 18
Elementos mecánicos de los sistemas ............................................................................................................... 18
PROCESOS DE TRATAMIENTO BIOLOGICOS Los procesos biológicos pueden clasificarse en: 1.-‐ procesos aerobios 2.-‐ procesos anaerobios 3.-‐ procesos anóxicos 4.-‐ anóxicos combinados 5.-‐ los procesos de lagunaje Los procesos individuales se pueden dividir, a su vez, dependiendo de si el tratamiento se lleva a cabo en sistemas de cultivo en suspensión, en sistemas de cultivo fijo, o en sistemas resultantes de la combinación de ambos. La característica primordial que diferencia dichos procesos es la forma como se dan, es decir la forma en como los microorganismos, encargados de la degradación del material contaminante, subsisten para dicho fin.
Microbiología del proceso aerobio Antes que nada es necesario comprender la importancia de los microorganismos dentro del sistema: EL PAPEL CLAVE DE LAS BACTERIAS ES DESCOMPONER LA MATERIA ORGÁNICA PRODUCIDA POR OTROS ORGANISMOS VIVOS En el reactor, las bacterias aerobias o facultativas utilizan parte de la materia orgánica del agua residual, con el fin de obtener energía para la síntesis del resto de la materia orgánica en forma de células nuevas. En tanto que las bacterias son los microorganismos que realmente degradan el residuo orgánico del afluente, las actividades metabólicas de otros organismos son, igualmente importantes en el sistema de lodos activados. Por otro lado, del mismo modo que es importante que las bacterias descompongan el residuo orgánico tan pronto como sea posible, también lo es el que formen un floculo adecuado, puesto que este punto constituye un requisito previo para la separación de los sólidos biológicos en la instalación de sedimentación
Ricardo Garcia� 19/12/2014 23:17Comentario [1]: DEFINIR EL CONCEPTO DE FLOCULO, ASI COMO EL PROCESO DE SU FORMACIÓN
Microbiología del proceso anaerobio En este caso la conversión de la materia orgánica se produce en tres etapas:
1. Vía enzimática (hidrólisis) de los compuestos de alto peso molecular en compuestos que puedan servir como fuentes de energía y de carbono celular.
2. Aacidogénesis, implica la conversión bacteriana de los compuestos producidos en
la primera etapa en compuestos intermedios identificables de menor peso molecular.
3. Y la metanogénesis, supone la conversión bacteriana de los compuestos
intermedios en productos finales más simples, principalmente metano y dióxido de carbono.
La conversión de la materia orgánica y de los residuos se lleva a cabo mediante la acción conjunta de diferentes organismos anaerobios. Un grupo de microorganismos se ocupa de la hidrolización de los polímeros orgánicos y de los lípidos para formar elementos estructurales básicos como los monosacáridos, los aminoácidos y los compuestos relacionados con estos. Un segundo grupo fermenta los productos de la descomposición para producir ácidos orgánicos simples. Un tercer grupo convierte el hidrógeno y el ácido acético, originado por las bacterias formadoras de ácidos, en gas metano y dióxido de carbono. Con el objeto de mantener un sistema de tratamiento anaerobio que estabilice correctamente el residuo orgánico, los microorganismos formadores de ácidos y de metano se deben encontrar en un estado de equilibrio dinámico. Para mantener dicho estado, el contenido del reactor deberá carecer de oxígeno disuelto y estar libre de concentraciones inhibitorias de constituyentes tales como los metales pesados y los sulfuros. Además, el medio acuoso deberá presentar valores de pH situados entre 6.6 y 7.6. También deberá existir una alcalinidad suficiente para que el pH del sistema no descienda por debajo de 6.2, puesto que este punto marca el límite de actividad de las bacterias formadoras de metano. Es necesario disponer de suficiente cantidad de nutrientes tales como nitrógeno o fósforo, para asegurar el crecimiento adecuado de la comunidad biológica. La temperatura también es un parámetro ambiental importante. Los intervalos de temperatura óptimos son el mesofílico (30 a 38° C) y el termofílico (49 a 57° C).
Ricardo Garcia� 19/12/2014 23:27Comentario [2]: ESTE ES LA CONDICIÓN NECESARIA PARA QUE LOS PROCESOS ANAEROBIOS FUNCIONEN
Las ventajas e inconvenientes del tratamiento anaerobio de un residuo orgánico, en comparación con el tratamiento aerobio, vienen condicionadas por el lento crecimiento de las bacterias formadoras de metano. El lento crecimiento de estas bacterias obliga a tiempos de retención mas dilatados, para conseguir una adecuada estabilización de los residuos. No obstante, este bajo crecimiento implica que solo una pequeña parte del residuo orgánico biodegradable está siendo sintetizado en forma de nuevas células. La mayor parte del residuo orgánico se transforma en metano, que es un gas combustible y, por ello, un producto final útil. Se pueden resumir las ventajas y desventajas de ambos procesos en función del tiempo de retención, la generación de lodos de desecho, el control de la temperatura y el control de los microorganismos responsables de la degradación en cada caso. Por lo cual se puede ver que el caso de un proceso aerobio nos generaría una gran cantidad de lodos de desecho que posteriormente tendrían que ser tratados para su utilización, mientras que por otro lado el proceso aerobio nos complicaría el control y eficiencia de este proceso puesto que no se contaría con un sistema automatizado para la regulación de los medios propicios para la subsistencia de los microorganismos.
Procesos unitarios del tratamiento secundario Los procesos biológicos se utilizan para convertir la materia orgánica disuelta y finalmente dividida en flóculos biológicos sedimentables y en sólidos orgánicos que se puedan eliminar en los fangos de sedimentación. La decantación primaria es muy efectiva en la eliminación de los sólidos sedimentables, mientras que los procesos bilógicos son mas efectivos en la eliminación de compuestos orgánicos solubles o del tamaño de partículas coloidales. No obstante, algunos procesos como las lagunas aireadas, lagunas de estabilización y sistemas de aireación prolongada, se proyectan para que funcionen sin decantación primaria. Los procesos biológicos de aplicación más común son:
• Proceso de lodos activados
• Lagunas aireadas
• Filtros percoladores
• Biodiscos
• Estanques de estabilización
Ricardo Garcia� 20/12/2014 16:30Comentario [3]: ESTO IMPLICA QUE ÉSTE TIPO DE REACTOR TIENE UN TIEMPO DE RETENCION ALTO Y EN CONSECUENCIA EL VOLUMEN Y TAMAÑO DE LOS TANQUES AUMENTA
Ricardo Garcia� 19/12/2014 23:40Comentario [4]: NOTESE QUE LOS PROCESOS UNITARIOS DE TRATAMIENTO SON FUNCIÓN DEL TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE LOS CONTAMINANTES
Recomendaciones del uso de los procesos biológicos En plantas de grandes dimensiones se suele adoptar el proceso de lodos activados o alguna de sus muchas variantes; los estanques de estabilización se usan principalmente en instalaciones de pequeño tamaño. Los proceso de lagunas aireadas y estanques de estabilización son recomendables para plantas de tratamiento de menor tamaño.
FILTROS PERCOLADORES El proceso de tratamiento mediante filtros percoladores se encuentra dentro de los procesos aerobios de tratamiento de cultivo fijo, los cuales se emplean, normalmente, para eliminar la materia orgánica que se encuentra en el agua residual. También se pueden utilizar para llevar a cabo procesos de nitrificación. Los filtros percoladores son un medio o elemento permeable en el cual se adhiere y da lugar al crecimiento de microorganismos, que deben su crecimiento al contacto con el agua residual y el oxigeno. El medio filtrante suele estar formado por piedras, o diferentes materiales plásticos de relleno. La profundidad del lecho varía en cada diseño, los valores característicos oscilan entre los 0.9 y 2.5 metros. El agua residual llega a los filtros por la parte superior, la cual se distribuye mediante un distribuidor rotario. Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para recoger el líquido tratado y los sólidos biológicos que se hayan separado del medio. El líquido recogido pasa a un tanque de sedimentación en el que se separan los sólidos del agua residual. En la práctica, se recicla una parte del líquido recogido en el sistema de drenaje inferior o del efluente del tanque de sedimentación, para diluir la concentración del agua residual que entra en el sistema y para mantener la humedad de la película biológica La materia orgánica se degrada por la acción de la población de microorganismos adherida al medio. La materia orgánica del líquido es adsorbida en la película biológica, en cuyas capas externas se degrada bajo la acción de los microorganismos aerobios. Cuando los microorganismos crecen, aumenta el espesor de la película y el oxígeno se consume antes de que pueda penetrar en todo el espesor de la película. por lo tanto, en la proximidad de la superficie del medio, se crea un ambiente anaerobio.
Ricardo Garcia� 27/12/2014 17:13Comentario [5]: NOS DEBEMOS REFERIR AL MEDIO, COMO EL MATERIAL SOBRE EL CUAL SE GENERARA LA PELICULA BIOLOGICA
Conforme la película aumenta de espesor, la materia orgánica adsorbida se metaboliza antes de que pueda alcanzar los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante. La consecuencia de no disponer de una fuente orgánica externa de carbono celular es que los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante se hallan en la fase de crecimiento endógena, en la que pierden su capacidad de adherirse a la superficie del medio.
MEDIO O ELEMENTO PERMEABLE
ESQUEMA GENRAL DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO
SISTEMA DE ALIMENTACIÓN SUPERIOR DEL FILTRO PERCOLADOR
FILTRO PERCOLADOR
BIODISCOS El proceso de tratamiento mediante biodiscos, es también conocido como reactor biológico rotativo de contacto, y consiste en una serie de discos circulares de poliestireno, o cloruro de polivinilo, situados sobre un eje, a corta distancia unos de otros. Los discos están parcialmente sumergidos en el agua residual y giran lentamente. En el funcionamiento de un sistema de este tipo, los crecimientos biológicos se adhieren a las superficies de los discos, hasta formar una película biológica sobre la superficie mojada de los mismos. La rotación de los discos pone a la biomasa adherida en contacto, de forma alternada, con la materia orgánica presente en el agua residual y con la atmósfera, para la absorción del oxígeno. La rotación del disco induce la transferencia de oxígeno y mantiene la biomasa en condiciones aerobias. La rotación también es el mecanismo de eliminación de exceso de sólidos en los discos por medio de los esfuerzos cortantes que origina y sirve para mantener en suspensión los sólidos arrastrados, de modo que puedan ser transportados desde el reactor hasta el clarificador
SISTEMA DE BIDISCOS
PROTECCIÓN A LOS BIODISCOS PARA MANTENER A TEMPERATIRA
ADECUADA A LA BIOMASA QUE SE GENERA
EJE DE APOYO DEL MEDIO DE SUSTENTO Y BIOMASAS ADHERIDAS
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS Éste se basa en la producción de una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un residuo orgánico por vía aerobia. En la actualidad existen muchas variantes del proceso convencional, aunque todas ellas conservan el mismo principio de funcionamiento. El residuo orgánico se introduce en un reactor, donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de “líquido mezclado”. En el reactor, el cultivo bacteriano lleva a cabo la conversión de acuerdo a las siguientes ecuaciones: OXIDACIÓN Y SÍNTESIS
Materia orgánica + O2 + nutrientes → CO2 + NH3 + C5H7NO2 + otros productos finales RESPIRACIÓN ENDOGENA
C5H7NO2 + 5 O2 → 5CO2 + 2H2O +NH3 + energía A pesar de que la reacción de la respiración endógena conduce a la formación de productos finales relativamente sencillos y al desprendimiento de energía, también se forman algunos productos orgánicos estables. Al cabo de un período determinado de tiempo, la mezcla de las nuevas células con las viejas se conduce hasta un tanque de sedimentación para su separación del agua residual tratada. Una parte de las células sedimentadas se recircula para mantener en el reactor la concentración de células deseada, mientras que otra parte se purga del sistema.
Balance de masas en el reactor biológico El balance de masa lo podemos definir como la cuantificación de los materiales que entran y salen de una unidad de procesamiento, siendo en este caso el elemento que nos interesa cuantificar la cantidad de solidos suspendidos totales (SST). Este dependerá de la forma de tratar el agua, para lo cual hay varias modalidades:
• Procesos de mezcla completa sin recirculación
• Procesos de mezcla completa con crecimiento en suspensión y recirculación
• Procesos de mezcla completa de flujo en pistón con crecimiento en suspensión y
recirculación
Ricardo Garcia� 20/12/2014 0:11Comentario [6]: ESTAS REACCIONES QUÍMICAS, REPRESENTAN LA DESCOMPSOCIÓN DE LA MATERIA EN ELEMENTOS MENOS COMPLEJOS QUE SE PUEDEN SEPARAR CON MAYOR FACILIDAD
Ricardo Garcia� 20/12/2014 0:18Comentario [7]: A ESTA MEZCLA DE CELULAS SE LE CONOCE COMO BIOMASA SUSPENDIDA. CABE MENCIONAR QUE ESTE PROCESO NECESARIAMENTE REQUIERE DE UN SEDIMENTADOR SECUNDARIO
Siendo este último el que desarrollaremos en el presente documento. La características distintiva de este sistema es el sistema de recirculación, el cual radica en que el régimen hidráulico del reactor es de naturaleza de piston. En un modelo verdadero de flujo de pistón todas las partículas que entran en el reactor permanecen el mismo tiempo, algunas de las partículas pueden atravesar el reactor más veces debido a la recirculación, pero mientras están en el reactor permanecen el mismo tiempo. En el flujo pistón se alcanza a valores muy bajos de número de reynolds, esto sucede cuando se excede el esfuerzo de cedencia verdadero, el flujo comienza en la forma de un tapón sólido, por lo que la distribución de velocidades es igual en toda la sección hidráulica trasversal del reactor. La concpeción del sistema se muestra en el siguiente esquema:
En donde: QO = es el caudal del afluente Q = caudal de salida del tanque de aireación QR = caudal recirculado QE = caudal efluente QW = caudal de desecho de lodos
XO = concentración de sólidos suspendidos totales (SST) en el afluente XR = concentración de SST en la línea de recirculación XE = concentración de SST en el efluente
Los caudales se expresan en m3/s, l/s, m3/d, y las concentraciones SST en mg/l
Fundamentos para el diseño del reactor de mezcla completa con recirculación En los sistemas de mezcla completa el líquido contenido en el reactor deberá estar mezclado completamente (biomasa – agua residual), en éste tipo de sistemas el tanque de sedimentación secundario, es una parte integral del sistema; ya que en este sitio se separan los componentes mezclados en el reactor, esto para su posterior recirculación, siendo esto una parte integral del proceso de lodos activados. El tanque de sedimentación sirve como depósito desde el que se recirculan los sólidos para mantener una concentración adecuada de ellos en el tanque biológico. El sistema de depuración de agua residual por lodos activados requiere de dos partes fundamentales, reactor biológico y un sistema de separación de sólidos; el modelo cinético necesita la consideración de dos hipótesis adicionales:
Ricardo Garcia� 27/12/2014 1:36Comentario [8]: LOS MODELOS CINÉTICOS COMPRENDEN EL ANÁLISIS DETALLADO DEL CRECIMIENTO BACTERIANO, ES DECIR ESTUDIAR LAS VARIABLES QUE INVOLUCRAN SU CRECIMIENTO, TIEMPO DE MADUREZ, Y MUERTE
1. La estabilización biológica de los residuos se produce únicamente en el reactor
2. El volumen utilizado al calcular el tiempo de retención de lodos del sistema solo
debe considerar el volumen del reactor De acuerdo a lo anterior, se parten de las siguientes definiciones: el tiempo medio de retención hidráulica del sistema (TRHS), se define como:
𝑇!"# =𝑉!𝑄 =
𝑉! + 𝑉!𝑄
En donde: VT = volumen del sistema Vr = volumen del reactor biológico Vs = volumen del tanque de sedimentación Q = caudal El tiempo medio de retención hidráulica en el reactor (𝑇!") se define como:
𝑇!" =𝑉!𝑄
El tiempo medio de retención de lodos en el reactor se define como la masa de microorganismos del reactor dividida por la masa diaria de microorganismos purgada del sistema:
𝜃! =𝑉! + 𝑋
𝑄!! 𝑋! + 𝑄!𝑋!
En donde: 𝑄!! = tasa de purga de lodos desde el caudal de recirculación 𝑄! = caudal del líquido efluente de la unidad de separación 𝑋! = concentración de microorganismos en el efluente de la unidad de separación de solidos 𝑋! = concentración de microorganismos en la línea de recirculación de lodos X = concentración de microorganismos en el reactor Vr = volumen del reactor biológico
Balance de masa El planteamiento de un balance de masa, sobre microorganismos, para un reactor de flujo continuo puede expresarse como:
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠
𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
=
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠
𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
−
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠
𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
+
𝐶𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒
𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠
𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒𝑠𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 + 𝑐𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜
𝑑𝑋𝑑𝑡 𝑉! = 𝑄𝑋! − 𝑄!𝑋 + 𝑄!𝑋! + 𝑉! (𝑟!"#$)
Donde rneta es la tasa de crecimiento bacteriano, la cual se define con la siguiente ecuación:
𝑟!"#$ = −𝑌𝑟!" − 𝑏𝑋 En la ecuación anterior si substituimos la tasa de crecimiento bacteriano, y se considera que la concentración de biomasa en el afluente es nula y que prevalecen condiciones de flujo estable (dX/dt = 0), se tiene lo siguiente:
𝑄! 𝑋 + 𝑄!𝑋 !𝑉! 𝑋
= −𝑌𝑟!"𝑋 − 𝑏
El inverso del tiempo medio de retención de lodos esta representado en el termino de la izquierda:
1𝜃!= −𝑌
𝑟!"𝑋!
− 𝑏
La tasa de utilización de substrato se determina mediante la siguiente ecuación:
𝑟!" = −𝑄𝑉!
𝑆! − 𝑆 = −𝑆! − 𝑆𝑇!"
En donde: (So – S) = cantidad de substrato utilizada (mg/l) So = concentración de substrato en el afluente (mg/l) S = concentración de substrato en el efluente (mg/l) 𝑇!" = tiempo de retención hidráulica (d)
La concentración de microorganismos en le reactor Xa se calcula con la siguiente expresión:
𝑋! =𝜃!𝑇!"
𝑌 𝑆! − 𝑆1+ 𝑏𝜃!
La concentración del substrato en el efluente es:
𝑆 =𝑘 1+ 𝜃!𝑏
𝜃! 𝑌𝑞 − 𝑏 − 1
La producción de lodos observada en un sistema de recirculación se calcula con la siguiente expresión:
𝑌!"# =𝑌
1+ 𝑏𝜃!
La producción diaria de lodo de purga se determina con la siguiente expresión:
𝑃! = 𝑌!"# 𝑆! − 𝑆 𝑄 El sistema debe tener medios de control por medio de los cuales se mantengan los microorganismos que depuran el agua dentro del sistema, para ello se analiza un concepto denominada: relación alimento – microorganismos (F/M), el cual se define mediante la siguiente expresión:
𝐹 𝑀 = 𝑆!
𝑇!" 𝑋
Los valores típicos de los coeficientes cinéticos para el proceso de lodos activados se muestra a continuación:
Coeficiente Unidad para SSV Valores para 20 º C
Rango Típico Y VSS mg/ DBO5 mg 0.400 – 0.800 0.60
b 1/d 0.025 – 0.075 0.06
K DBO5 mg/l 25.0 – 100.0 60.0
Sedimentador secundario La función de éste proceso unitario es la de separar los lodos activados del líquido-‐ mezcla. Esta separación de sólidos es el último paso, antes de la descarga requerida para la producción de un efluente estable, bien clarificado, y con bajo contenido en DBO, DQO y sólidos totales. La mayor parte de las teorías expuestas para la sedimentación primaria siguen siendo aplicables a los tanques de sedimentación secundaria. Las características particulares del efluente del reactor biológico, líquido-‐mezcla de gran cantidad de sólidos floculentos, requieren de diseños especiales en esta etapa del proyecto, debido a que se forma una capa de lodo de profundidad variable. Para diseñar correctamente los tanques de sedimentación secundaria se deben tomar en cuenta los siguientes factores:
• Tipos de tanques
• Características de sedimentabilidad de los lodos en relación con las necesidades de
espesamiento para la correcta operación de la planta
• Cargas de superficie y cargas de sólidos
• Profundidad del agua
• Reparto del caudal
• Diseño de la entrada de agua
• Ubicación y carga sobre el vertedero
• Eliminación de espumas
Tipos de tanques Los tipos de tanques de sedimentación secundaria más empleados en el tratamiento de agua residual son los tanques circulares y rectangulares. En los tanques rectangulares se recomienda que la longitud total del tanque no exceda de 10 a 15 veces su profundidad Los tanque circulares tienen diámetros de entre 10-‐40 m, teniendo en cuenta que el radio no debería exceder en 5 veces la profundidad del agua en la periferia del tanque. Existen dos tipos de tanques circulares: alimentación central y alimentación periférica. Ambos utilizan mecanismos rotatorios para transportar y evacuar el lodo del fondo del clarificador.
Sedimentabilidad del lodo Las características de sedimentación de los lodos pueden variar temporalmente debido a cambios en la cantidad y peso específico de los sólidos suspendidos que escapan a la sedimentación primaria. Es necesario adoptar criterios de proyecto conservadores que eviten el escape ocasional de sólidos del lodo. El índice de volumen de lodos se utiliza como medida de las características de sedimentabilidad del lodo En un tanque de sedimentación secundario, existe un flujo constante de sólidos en sentido descendente. Dentro del tanque, el flujo de sólidos descendente se produce por la sedimentación por gravedad y por el transporte de masa debido al caudal extraído del fondo, el cual se bombea y recircula. En cualquier punto del tanque, el flujo de masa de sólidos originado por la sedimentación por gravedad (SFg) se calcula como
𝑆𝐹! = 𝑘 𝐶 𝑉 En donde: SFg = flujo de sólidos por acción de la gravedad (Kg/m2 * h) k = 1/1000 C = concentración de sólidos (mg/l) V = velocidad de sedimentación de los sólidos (m/h) Utilizando el valor del flujo de sólidos límite, la superficie necesaria deducida con un balance de masas se puede expresar de la siguiente manera:
𝐴 =1+ 𝛼 𝑄 𝐶!
𝑆𝐹!1 1000 𝑔 𝑘𝑔
En donde: A = área transversal (m2) Q = caudal volumétrico que entra al tanque de sedimentación (m3/d) C0 = concentración de sólidos en el cauda de entrada al tanque de sedimentación (g/m3) SFL = flujo de sólidos límite (kg/m2 * d) 𝛼 = 𝑄! 𝑄 relación de caudal
Carga de superficie y carga de sólidos Las condiciones de operación que pueden ocurrir en el sistema pueden producir diferentes cantidades de sólidos cuando existen variaciones en los caudales, las cargas de superficie de diseño se deben basar en las condiciones de caudal punta. Las cargas de superficie se pueden calcular dividiendo el flujo del caudal entre la superficie del tanque.
La carga de superficie es equivalente a una velocidad de flujo ascensional.
Tipo de tratamiento
Carga de superficie (m3/m2) Carga de sólidos (kg/m2 * h) Profundidad Media Punta Media Punta (m)
Sedimentación después del proceso de lodos activados
0.678 – 1.356 1.695 – 2.035 3.90 – 5.85 9.76 3.60 – 6.00
Profundidad del agua La profundidad de agua de un sedimentador secundario se suele medir en los muros perimetrales de los sedimentadores circulares. La profundidad es un factor que afecta a la eficiencia en la eliminación de sólidos y en la concentración de lodos de recirculación. Los tanques de mayor profundidad presentan la ventaja de una mayor flexibilidad de explotación y un mayor margen de seguridad frente a cambios en el proceso de lodos activados.
Reparto de caudales En los casos en los que las capacidades de los diferentes tanques no son iguales, el caudal se debe repartir proporcionalmente a las áreas superficiales de los diferentes tanques. Los métodos de reparto de caudales a los tanques de sedimentación secundaria incluyen el uso de vertedores, válvulas de control de caudal, reparto por simetría hidráulica, y control mediante compuertas u orificios de alimentación
Diseño de la entrada del tanque La entrada del agua en el tanque a gran velocidad puede aumentar la formación de corrientes de densidad y la resuspensión del lodo sedimentado, provocando un rendimiento poco satisfactorio del sedimentador. Los dispositivos de entrada de agua al tanque deben disipar la energía del agua entrante, distribuir uniformemente el flujo, eliminar las corrientes de densidad y minimizar las perturbaciones a la capa de lodos. En los tanques de sedimentación circulares se coloca, al centro del sedimentador, una campana difusora la cual recibe el flujo entrante y tiene como funciones principales la de disipar la energía del mismo y además distribuirlo en toda el área superficial. El tamaño de dicha campana difusora no debe ser inferior al 25 % del diámetro del tanque.
Ubicación y carga sobre el vertedor La ubicación óptima de los vertederos para la obtención de un efluente bien clarificado se situa entre las dos terceras partes y las tres cuartas partes de radio medido desde el centro. Las cargas sobre vertedero empleadas en tanques de grandes dimensiones no deben superar los 375 m3/m lineal*día a caudal máximo.
Eliminación de espuma Generalmente, en los sedimentadores secundarios se produce muy poca espuma. No obstante, se pueden presentar situaciones en las que aparecen materias flotantes que se deben eliminar. Los equipos de recogida de espumas incluyen las cajas de flotantes con rampa de rascado, el canal desnatador rotativo solidario del puente y tuberías ranuradas.
Elementos mecánicos de los sistemas El ambiente aerobio en el reactor se consigue mediante el uso de difusores o de aireadores mecánicos, que también sirven para mantener el líquido mezcla en estado de mezcla completa. Se adjuntan algunas imágenes que muestran éstos elementos
DIFUSOR
TANQUE RECTANGULAR CON AAREGLO DE DIFUSORES
OBSERVE LA INTERCONEXIÓN QUE TIENEN LOS DIFUSORES Y LAS ORILLAS
REDONDEADAS DEL TANQUE
TANQUE CON DIFUSORES Y ALIMENTACIÓN CENTRAL
TANQUE DE AIREACIÓN O REACTOR BIOLOGICO DE CULTIVO BACTERIANO EN
SUSPENSIÓN. PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
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