manual aireacion abs nopol

8/16/2019 Manual Aireacion Abs Nopol

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MANUAL DE AIREACIÓN

ABS-NOPOL®®®®

1. INTRODUCCIÓN...........................................................................................................82. PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS.......................................................................103. FACTORES QUE AFECTAN EL DIMENSIONAMIENTO DEL PROCESODE AIREACIÓN................................................................................................................. 434. AOR Y SOTR ..............................................................................................................615. PRODUCCIÓN DE AIRE.............................................................................................74

6. CONTROL DE LA AIREACIÓN................................................................................. 1077. DISEÑO DE SISTEMA DE AIREACIÓN NOPOL⌠ DDS...........................................1188. DISEÑO DEL SISTEMA DE AIREACIÓN NOPOL⌠ O.K.I. ........................................1499. AIREACIÓN EN LA INDUSTRIA DE PAPEL Y PULPA.............................................17810. AIREADOR SUMERGIBLE TA..................................................................................23911. TURBOCOMPRESORES INTEGRALES HST PARA AIREACION........................... 24512 GLOSARIO................................................................................................................249


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TABLA DE CONTENIDOS

1 INTRODUCCIÓN...........................................................................................................8 2 PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS.......................................................................10

2.1 Principio de trabajo ................................................................................................ 10 2.2 Parámetros del proceso.........................................................................................12 2.2.1 Método de aireación .............................................................................................. 12 2.2.2 Necesidades de oxígeno .......................................................................................13 2.2.3 Tipo de caudal .......................................................................................................15 2.2.4 Eficiencia (rendimiento) del proceso......................................................................15 2.2.5 Edad del fango.......................................................................................................16 2.2.6 Índice SVI de volumen de fango o Índice Mohlmann.............................................17 2.2.7 Carga Volumétrica.................................................................................................18 2.2.8 Carga másica......................................................................................................... 18 2.2.9 Sólidos MLSS en suspensión de líquidos agitados ............................................... 19 2.2.10 Tiempo de retención hidráulica..............................................................................20 2.2.11 Relación (proporción) de fango recirculado ........................................................... 20 2.3 Tipos (variaciones) de Proceso .............................................................................21 2.3.1 Proceso de Fangos Activados convencional .........................................................21 2.3.2 Aireación alternada................................................................................................ 22 2.3.3 Alimentación por pasos (gradual) .......................................................................... 23 2.3.4 Proceso de mezcla total ........................................................................................25 2.3.5 Estabilización por contacto .................................................................................... 26 2.3.6 Procesos Hatfield y Kraus......................................................................................27 2.3.7 Proceso de Alta carga (o de alto nivel)..................................................................29 2.3.8 Aireación prolongada............................................................................................. 30 2.3.9 Canal de oxidación ................................................................................................31 2.3.10 Proceso de carrusel...............................................................................................32 2.3.11 Lagunas de aireación ............................................................................................33 2.3.12 Proceso de Fangos Activados de dos etapas........................................................34 2.3.13 Proceso anóxico aeróbico ..................................................................................... 35 2.3.14 Proceso aeróbico anóxico ..................................................................................... 36 2.3.15 Proceso BardenPho...............................................................................................37 2.3.16 Zona de Contacto Aeróbico ...................................................................................38 2.3.17 Reactores de serie secuencial...............................................................................39 2.4 Resumen de los tipos de procesos........................................................................41

3 FACTORES QUE AFECTAN EL DIMENSIONAMIENTO DEL PROCESODE AIREACIÓN................................................................................................................. 43 3.1 Cantidad y composición del agua residual ............................................................43 3.1.1 Caudal de diseño...................................................................................................43 3.1.2 Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)................................................................. 45 3.1.3 Contenido en nitrógeno, Ntot y N............................................................................46 3.1.4 Carga de DBO .......................................................................................................47 3.2 Propiedades de las aguas residuales....................................................................48 3.2.1 Coeficiente de la transferencia total de oxígeno KLa..............................................48 3.2.2 Temperatura ..........................................................................................................49 3.2.3 El coeficienteα ......................................................................................................51

3.2.4 El Coeficiente β ......................................................................................................53 3.3 Sistema de aireación ............................................................................................. 55 3.4 Parámetros de Funcionamiento.............................................................................56


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3.4.1 Nivel de oxígeno disuelto.......................................................................................56 3.4.2 Concentración del fango........................................................................................ 58 3.5 Ubicación de la planta ...........................................................................................58 3.5.1 Presión atmosférica............................................................................................... 58 3.6 Resumen de los factores de dimensionamiento.................................................... 59

4 AOR Y SOTR .............................................................................................................. 61 4.1 Introducción ........................................................................................................... 61 4.2 Necesidad de oxígeno real (AOR).........................................................................62 4.2.1 Eckenfelder O'Connor............................................................................................63 4.2.2 Stall & Sherrad.......................................................................................................64 4.2.3 "Abwassertechnik" .................................................................................................65 4.2.4 Eckenfelder-Boon..................................................................................................66 4.3 Tasa de transferencia de oxígeno SOTR ..............................................................67 4.4 Pruebas en agua limpia.........................................................................................68 4.4.1 General..................................................................................................................68 4.4.2 Resumen de los métodos ...................................................................................... 68 4.4.3 Definiciones y Nomenclatura .................................................................................69 4.4.4 Aparato y métodos................................................................................................. 69 4.4.5 Químicas................................................................................................................70 4.4.6 Muestras................................................................................................................70 4.4.7 Medida del caudal de aire......................................................................................71 4.4.8 Criterios de tiempo.................................................................................................71 4.4.9 Cálculos.................................................................................................................71 4.5 Selección de equipo de aireación..........................................................................72 5 PRODUCCIÓN DE AIRE.............................................................................................74 5.1 Propiedades del aire.............................................................................................. 74 5.2 Cálculo del caudal de aire de compresor...............................................................76 5.2.1 Enfriamiento de aire comprimido en las tuberías...................................................76 5.2.1.1 Ecuaciones y Coeficientes.....................................................................................77 5.2.1.1.1 Ecuación principal...............................................................................................77 5.2.1.1.2 Ecuación de los coeficientes de transferencia de calor ...................................... 78 5.2.1.1.2.1 Entre el aire y la superficie interior de la tubería..............................................78 5.2.1.1.2.2 Entre la superficie exterior de las tuberías y el aire (tuberíahorizontal, aire inmóvil)......................................................................................................78 5.2.1.1.2.3 Entre la superficie exterior de la tubería y el agua...........................................78 5.2.1.1.3 Enfriamiento del aire en una tubería rodeada de tierra.......................................79 5.2.1.2 Pérdidas de temperatura en una tubería rodeada por aire....................................80

5.2.1.3 Pérdida de temperatura en una tubería rodeada de tierra.....................................81 5.2.1.4 Pérdida de temperatura en una tubería rodeada de agua.....................................82 5.2.1.4.1 Material de la tubería: acero al carbono..............................................................82 5.2.1.4.2 Material de la tubería: acero al carbono..............................................................83 5.2.1.4.3 Material de la tubería: acero al carbono..............................................................84 5.2.1.4.4 Material de la tubería: acero inoxidable ..............................................................85 5.2.1.4.5 Material de la tubería: PVC PN 10......................................................................86 5.2.1.4.6 Material de la tubería: PVC PN 10......................................................................87 5.3 Toma de Aire ......................................................................................................... 88 5.4 Silenciadores ......................................................................................................... 90 5.5 Control anti-vibración.............................................................................................90

5.6 Filtro de Aire .......................................................................................................... 91 5.7 Diferentes tipos de soplantes.................................................................................91 5.7.1 Soplantes de desplazamiento positivo...................................................................92


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5.7.2 Soplante de tipo dinámico ..................................................................................... 945.8 Control del caudal de las soplantes....................................................................... 965.8.1 Soplantes de émbolos rotativos............................................................................. 965.8.2 Soplantes centrífugas ............................................................................................975.9 Selección de la soplante........................................................................................97

5.9.1 Requisitos de capacidad........................................................................................985.9.2 Requisitos de control del caudal ............................................................................985.10 Plantas de aireación ..............................................................................................995.10.1 Principios generales de diseño..............................................................................995.10.2 Accesorios de la soplante....................................................................................1005.11 Tuberías de aire...................................................................................................1015.11.1 Selección de los materiales de las tuberías......................................................... 1015.11.2 Propiedades de los distintos materiales .............................................................. 1025.11.3 Principios de diseño.............................................................................................1025.12 Ejemplos de sistemas de abastecimiento de aire................................................1035.12.1 Planta de tratamiento de aguas residuales, de una población de 40.000habitantes equivalentes................................................................................................... 1035.12.2 Planta de tratamiento de aguas residuales de una población de 200.000habitantes equivalentes................................................................................................... 1046 CONTROL DE LA AIREACIÓN................................................................................. 1076.1 Beneficios de control de la aireación ...................................................................1076.1.1 Beneficios del proceso.........................................................................................1076.1.2 Beneficios económicos ........................................................................................1086.2 Sistema de control ...............................................................................................1086.2.1 Control del caudal del aire del compresor ...........................................................1086.2.2 Control de la Distribución del Aire........................................................................ 1106.2.3 Ejemplo de Sistema de Control de Aireación ......................................................1116.3 Instrumentación ...................................................................................................1136.3.1 Probeta (muestra) de oxígeno disuelto................................................................1136.3.2 Medida del caudal del aire...................................................................................1156.3.3 Presión y Temperatura. .......................................................................................1156.4 Dispositivos mecánicos .......................................................................................1167 DISEÑO DE SISTEMA DE AIREACIÓN NOPOL DDS........................................... 1187.1 Caudal de aire .....................................................................................................1187.2 Agitación..............................................................................................................1207.3 Número de Difusores........................................................................................... 1217.4 Montaje................................................................................................................122

7.4.1 Planificación del montaje .....................................................................................1227.4.2 Geometría del depósito .......................................................................................1277.4.3 Profundidad de inmersión (sumergencia) ............................................................1287.4.4 Disposiciones de los difusores en diferentes tipos de tanques............................1297.4.4.1 Cobertura parcial sin aceleradores de corriente ..................................................1327.4.4.2 Depósitos anulares y de tipo carrusel, con aceleradores de corriente................. 1347.4.4.3 Agitadores y Aireación......................................................................................... 1357.5 Densidad de difusores decreciente y SOTR........................................................1357.6 Cálculo de valores corregidos SOTE...................................................................1367.6.1 Expresión de los efectos en las ofertas ...............................................................1367.7 Producción de aire...............................................................................................137

7.7.1 Dimensionamiento de la soplante........................................................................1377.7.1.1 Pérdidas de carga en las tuberías .......................................................................1397.7.2 Dimensionamiento de las tuberías de aire para el NOPOL® DDS......................1447.7.3 Sistema de filtrado de aire para NOPOL® DDS.................................................145


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7.8 Vídeos Montaje e Instalación Difusores.....................................................................1468 DISEÑO DEL SISTEMA DE AIREACIÓN NOPOL O.K.I. .......................................1498.1 Aireador-Agitador NOPOL O.K.I. ...................................................................... 1498.1.1 Alcance del suministro......................................................................................... 1508.1.2 Modelos de aireadores ........................................................................................ 154

8.1.3 Eficacia de transferencia de oxígeno estándar de los aireadores .......................1548.1.4 Forma del depósito ..............................................................................................1558.1.5 Profundidad de Inmersión.................................................................................... 1558.1.6 Caudal de Aire.....................................................................................................1568.1.7 Agitación..............................................................................................................1568.2 Diseño del Sistema de Aireación.........................................................................1578.2.1 Número de aireadores......................................................................................... 1578.2.2 Determinación de longitud de tubería y cable......................................................1588.2.2.1 Longitud de tubería de aire de proceso ............................................................... 1588.2.2.2 Longitud del cable eléctrico .................................................................................1588.2.2.3 Longitud del cable de elevación...........................................................................1588.2.2.4 Longitud de las tuberías de aire de protección.................................................... 1598.3 Mejora en los aireadores de la serie 1000 O.K.I..................................................1598.3.1 Ejemplo 1.............................................................................................................1598.3.2 Ejemplo 2.............................................................................................................1598.4 Diseño de la disposición...................................................................................... 1608.4.1 Ubicación del aireador .........................................................................................1618.4.2 Cable de elevación ..............................................................................................1618.4.3 Cables eléctricos y ajustes de la tubería de aire de protección. .......................... 1618.4.4 Tubería de aire de proceso..................................................................................1628.4.5 Bridas de las tuberías ..........................................................................................1638.4.6 Control con variador de frecuencia...................................................................... 1648.4.7 Control de la carga de aire del aireador...............................................................1658.4.8 Control de la distribución del aire.........................................................................1658.5 Diseño de sistema eléctrico.................................................................................1658.5.1 Relé de sobre-intensidad..................................................................................... 1668.5.2 Protección del motor............................................................................................1668.5.2.1 Termistores.......................................................................................................... 1668.5.2.2 Unidades Térmicas..............................................................................................1668.5.3 Intensidad de Arranque .......................................................................................1678.5.4 Alteraciones electromagnéticas........................................................................... 1678.6 Diseño de la distribución de aire..........................................................................167

8.6.1 Aire de proceso....................................................................................................1678.6.1.1 Índice de caudal...................................................................................................1678.6.1.2 Válvulas ...............................................................................................................1688.6.2 Carcasa de protección (aireadores O.K.I. serie 100 y 200).................................1698.6.2.1 Válvulas ...............................................................................................................1698.6.2.2 Índice de caudal y medidores de caudal.............................................................. 1698.7 Sistema de elevación...........................................................................................1708.8 Seguridad en el trabajo........................................................................................1718.9 Filtración del aire ................................................................................................. 1718.10 Purgadores de agua ............................................................................................1728.11 Instalación, operación y mantenimiento...............................................................173

8.11.1 Generalidades .....................................................................................................1738.11.2 Manuales ............................................................................................................. 1748.11.3 Supervisión de la instalación ...............................................................................1748.12 Garantías.............................................................................................................174


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8.13 Vídeos Ubicación y Arranque O.K.I. ....................................................................1759 AIREACIÓN EN LA INDUSTRIA DE PAPEL Y PULPA.............................................1789.1 Diseño de una planta de fangos activados para la industria de papel ypulpa .......................................................................................................................1789.1.1 Introducción ......................................................................................................... 178

9.1.2 Cargas efluentes..................................................................................................1799.1.2.1 Composición química de materias primas fibrosas.............................................. 1799.1.2.2 Cargas de los efluentes procedentes de los métodos de fabricación delpapel y pulpación.............................................................................................................1839.1.3 Diseño global del proceso de fangos activados................................................... 1899.1.4 Descripción de equipo .........................................................................................1959.1.5 Instrumentación ...................................................................................................1969.1.6 Estimación de costes...........................................................................................1979.1.7 Entrenamiento y puesta en marcha .....................................................................1999.1.8 Necesidades de oxígeno y sistema de aireación.................................................2009.1.8.1 Necesidades de oxígeno ..................................................................................... 2009.1.8.2 Eficacia de transferencia de oxígeno de los aireadores en condicionesde campo .......................................................................................................................2009.1.8.3 Distribución de demanda de oxígeno y agitación ................................................ 2019.2 Tratamiento de aguas residuales en la industria del papel y de la pulpa.............2029.2.1 Breve descripción de los principales procesos de fabricación de papel ypulpa .......................................................................................................................2039.2.1.1 Generalidades .....................................................................................................2039.2.1.2 Procesos de pulpación ........................................................................................2039.2.1.2.1 Generalidades .................................................................................................. 2039.2.1.2.2 Pulpación de sulfato .........................................................................................2049.2.1.2.3 Pulpación con sulfito......................................................................................... 2079.2.1.3 Procesos de fabricación de papel........................................................................ 2099.2.1.3.1 Generalidades .................................................................................................. 2099.2.1.3.2 Papel para impresión de periódicos..................................................................2109.2.1.3.3 LWC..................................................................................................................2119.2.1.3.4 Otras calidades de papel ..................................................................................2119.2.1.3.5 Fabricación de cartón ....................................................................................... 2119.2.1.3.6 Cargas de los efluentes procedentes de los procesos de fabricaciónde cartón y papel ............................................................................................................. 2129.2.2 Normativas de vertidos de efluentes para la industria del papel y pulpaen europa, norte américa y lejano oriente .......................................................................213

9.2.2.1 Generalidades .....................................................................................................2139.2.2.2 Europa .................................................................................................................2139.2.2.2.1 Finlandia ...........................................................................................................2139.2.2.2.2 Suecia...............................................................................................................2149.2.2.2.3 Noruega............................................................................................................2159.2.2.2.4 Alemania...........................................................................................................2159.2.2.2.5 Francia..............................................................................................................2169.2.2.2.6 Reino Unido......................................................................................................2189.2.2.2.7 Italia .................................................................................................................. 2189.2.2.2.8 España..............................................................................................................2199.2.2.3 Norte América......................................................................................................220

9.2.2.3.1 Estados Unidos.................................................................................................2209.2.2.3.2 Canadá ............................................................................................................. 2219.2.2.4 Convenciones internacionales.............................................................................222


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9.2.2.4.1 La Convención de Helsinki (HELCOM)............................................................. 2229.2.2.4.2 Propuestas del Consejo Nórdico de Ministros ..................................................2249.2.2.5 Lejano Oriente .....................................................................................................2259.2.2.5.1 Japón................................................................................................................2259.2.2.5.2 China ................................................................................................................227

9.2.2.5.3 Indonesia ..........................................................................................................2349.2.3 Principios básicos de la oxidación biológica........................................................2369.2.3.1 Generalidades .....................................................................................................2369.2.3.2 Fases principales de bio-oxidación de la materia orgánica .................................2369.2.3.3 Demanda de oxígeno molecular.......................................................................... 2369.2.3.3.1 General .............................................................................................................2369.2.3.3.2 Determinación de AOR..................................................................................... 2379.2.3.3.3 Determinación de SOTR...................................................................................23810 AIREADOR SUMERGIBLE TA..................................................................................23910.1 Aireador sumergible TA.......................................................................................24010.2 Vídeo aireador sumergible TA ............................................................................. 24411 COMPRESORES INTEGRALES HST PARA AIREACION .......................................24511.1 Compresores integrales hst para aireacion ......................................................... 24611.2 Vídeo compresores integrales hst para aireacion................................................24810 GLOSARIO................................................................................................................24910.1 Símbolos..............................................................................................................25010.2 Términos..............................................................................................................25310.3 Factores de Conversión.......................................................................................268


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1 INTRODUCCIÓN

En este manual se persigue facilitar referencias útiles de información respecto

a los sistemas NOPOL® de aireación. El manual está dividido en 10 capítulos,cada uno con un propósito diferente y que pueden usarse de formaindependiente.

En el capítulo 1 se ofrece una tabla detallada de los contenidos del manual.

En el capítulo 2 se enfoca el principio de funcionamiento del proceso deFangos Activados. Después se pasa a detallar las variaciones que se dan en elproceso de Fangos Activados. Se dan a modo de guía los principalesparámetros de dimensionamiento, así como los valores más comunes.

El capítulo 3 incluye los factores propios a tener en cuenta en eldimensionamiento de la planta de aireación del proceso de Fangos Activados.

En el capítulo 4 se explica el cálculo de la Necesidad de Oxígeno Real quedenominaremos AOR (en inglés original Actual Oxygen Requirement) y losvalores del índice estándar de transferencia de oxígeno que denominaremosSOTR (en inglés original Standard Oxigen Transfer Rate).

El capítulo 5 habla acerca de la producción de aire. Las distintas soplantes ysus accesorios aparecen detallados junto a los principios generales de diseñode plantas de las soplantes y tuberías.

El capítulo 6 trata los rasgos más importantes del control del funcionamientorelacionados con el proceso de Fangos Activados. Se realiza un examen sobrela regulación y medida del contenido de oxígeno, así como la selección delequipo de automatización.

El capítulo 7 describe el diseño detallado de un sistema de aireación NOPOL® DDS. Al comienzo, se definen la demanda de oxígeno y los cálculos de lasnecesidades de oxígeno. El manual sigue a continuación con un análisis sobrelos factores relacionados con el diseño de sistemas de aireación donde se usan

sistemas de aireación NOPOL® DDS. El capítulo concluye dando algunosejemplos de dimensionamiento.

En el capítulo 8 se muestra en detalle la descripción del diseño de un sistemade aireación NOPOL® O.K.I.

El capítulo 9 contiene dos estudios sobre aireación en la industria del papel y lade la pulpa.

El capítulo 10 es un glosario en el que incluyen símbolos, un pequeñodiccionario de palabras que se usa en el tratamiento de aguas residuales y una

tabla de conversión de las unidades SI a las unidades que se usan en EstadosUnidos.


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2 PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS

2 PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS.......................................................................10

2.1 Principio de trabajo ................................................................................................ 10 2.2 Parámetros del proceso.........................................................................................12 2.2.1 Método de aireación .............................................................................................. 12 2.2.2 Necesidades de oxígeno .......................................................................................13 2.2.3 Tipo de caudal .......................................................................................................15 2.2.4 Eficiencia (rendimiento) del proceso......................................................................15 2.2.5 Edad del fango.......................................................................................................16 2.2.6 Índice SVI de volumen de fango o Índice Mohlmann.............................................17 2.2.7 Carga Volumétrica.................................................................................................18 2.2.8 Carga másica......................................................................................................... 18 2.2.9 Sólidos MLSS en suspensión de líquidos agitados ............................................... 19 2.2.10 Tiempo de retención hidráulica..............................................................................20 2.2.11 Relación (proporción) de fango recirculado ........................................................... 20 2.3 Tipos (variaciones) de Proceso .............................................................................21 2.3.1 Proceso de Fangos Activados convencional .........................................................21 2.3.2 Aireación alternada................................................................................................ 22 2.3.3 Alimentación por pasos (gradual) .......................................................................... 23 2.3.4 Proceso de mezcla total ........................................................................................25 2.3.5 Estabilización por contacto .................................................................................... 26 2.3.6 Procesos Hatfield y Kraus......................................................................................27 2.3.7 Proceso de Alta carga (o de alto nivel)..................................................................29 2.3.8 Aireación prolongada............................................................................................. 30 2.3.9 Canal de oxidación ................................................................................................31 2.3.10 Proceso de carrusel...............................................................................................32 2.3.11 Lagunas de aireación ............................................................................................33 2.3.12 Proceso de Fangos Activados de dos etapas........................................................34 2.3.13 Proceso anóxico aeróbico ..................................................................................... 35 2.3.14 Proceso aeróbico anóxico ..................................................................................... 36 2.3.15 Proceso BardenPho...............................................................................................37 2.3.16 Zona de Contacto Aeróbico ...................................................................................38 2.3.17 Reactores de serie secuencial...............................................................................39 2.4 Resumen de los tipos de procesos........................................................................41


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2. PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS

2.1 Principio de trabajo

El proceso de Fangos Activados es un proceso biológico aeróbico que se usapara el tratamiento del agua residual. El proceso está basado en la capacidadque los microorganismos tienen para producir y sostener la biomasa usandomateria orgánica con base de carbono como fuente de nutrientes.

Las partes principales del tratamiento aeróbico de las aguas residuales son untratamiento previo (pretratamiento), la aireación y sedimentación. En la prácticael depósito de aireación forma parte del reactor biológico del proceso deFangos Activados, que comprende múltiples reacciones simultáneas. Laaireación se necesita con objeto de mantener las condiciones aeróbicas en eldepósito así como para crear una agitación suficiente para mantener losmicroorganismos en suspensión.

Después del nivel de aireación, la mezcla de microorganismos y agua, llamadoFangos Activados, se dirige a un tanque de sedimentación donde el fango sesepara del efluente tratado. El volumen del sedimento microbiano esrecirculado hacia el tanque de aireación para mantener en el mismo laconcentración necesaria de microorganismos. La masa microbiana sobrante seretira del proceso como fango en exceso (V. Figura 1)

Figura 1: Diagrama del proceso de Fangos Activados

Mediante la aireación se satisface la demanda de oxígeno de losmicroorganismos. Los microorganismos necesitan oxígeno para la oxidación,síntesis, respiración endógena y nitrificación.

Tanque de AireaciónInfluente Licor Mixto

Tanque de Sedimentación

Efluente

Fango ActivoFango Activo Recirculado


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Oxidación

Durante la oxidación, la materia orgánica es biodegradada a dióxido decarbono, agua y amoniaco. En estas reacciones se libera energía.

Ecuación 1

Energía NH O H COOS encimasbacteriasCOHNS +++ → + 322,

2

Síntesis

La producción de nuevos microorganismos es posible cuando están presentestanto la materia orgánica como los nutrientes.

Ecuación 2

O H CO B NH PS NO H

C energíabacteria

COHNS 22,

327

5++ → ++

Respiración endógena

La respiración endógena se produce cuando existe una rotura en las moléculasde la biomasa de los microorganismos muertos. Se libera también energía.

Ecuación 3

Energía NH O H COO B encimasbacterias NO H

C +++ → + 3255 22,

227

5

Nitrificación

La materia orgánica no es la única sustancia biodegradable; el nitrógeno delamoniaco puede serlo también. Esta reacción de oxidación recibe el nombre de

nitrificación.

Ecuación 4

−++ ++ → + 32,

24 22 NOO H H O NH energíabacterias

Desnitrificación

En presencia de materia orgánica y en ausencia de oxígeno, puede darse unareducción del nitrato. El nitrógeno se libera en forma gaseosa:


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Ecuación 5

2223 2/12 COO H N H C NObacterias

org ++ → ++ +−

La calidad del efluente varía de un modo considerable dependiendo de lasreacciones anteriores. Esto quiere decir que el resultado de la depuracióntambién varía. Los resultados pueden determinarse para cada caso particularmediante el uso de uno o varios de los siguientes procesos:

• ecuaciones de oxigenación carbónica Ecuación 1 - Ecuación 3

•

ecuaciones de nitrificación Ecuación 1 - Ecuación 4• ecuaciones de eliminación del nitrógeno Ecuación 1 - Ecuación 5

La oxigenación de sustancias carbonadas por sí sola constituye la forma "mássencilla" de tratamiento y en realidad la eliminación completa del nitrógeno yfósforo, es el tratamiento más completo y eficaz.

2.2 Parámetros del proceso

Las diversas variaciones del proceso que se someten a discusión acontinuación en el capítulo 2.3 se definen una por una según los siguientescriterios técnicos: método de aireación, necesidad de oxígeno, tipo de caudal,eficacia (rendimiento) del proceso, edad de fango, carga del fango, cargavolumétrica, contenido de sólidos, tiempo de retención hidráulica, y relación(proporción) de fango recirculado. Los criterios se definen a continuación.

2.2.1 Método de aireación

El sistema de aireación normalmente tiene como base un equipo de aireacióninstalado en la parte inferior. El perfil de la distribución de aire puede ser bienuniforme, decreciente o por zonas, según la disposición del difusor (Figura 2)En la figura 3 se muestran varias disposiciones para los agitadores-aireadoresNOPOL® O.K.I.

Figura 2: Disposiciones de los difusores uniforme, decreciente o por zonas.


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Figura 3: Diversas disposiciones con agitadores-aireadores NOPOL® O.K.I.

2.2.2 Necesidades de oxígeno

Las necesidades de oxígeno determinan la cantidad de oxígeno necesaria en eltipo del proceso en relación con la DBO5 ó DBO7 (kg O2/kg DBO) La necesidadde oxígeno depende principalmente del valor de la carga del fango (F/M) y dela nitrificación (V. figura 4)


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Figura 4: Necesidad de oxígeno en función de la carga de fango.

La necesidad de oxígeno puede expresarse como AOR o SOTR de las que sehabla en el capítulo 4.


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2.2.3 Tipo de caudal

El tipo de caudal y la forma del depósito de aireación van a determinar lascondiciones del caudal en el depósito de aireación, lo que quiere decir, secomienza con un caudal de activación propiamente dicho o bien una mezclatotal. Al mezclar totalmente los volúmenes de agua, las condiciones deaireación serán uniformes en todo el depósito (V. figura 5)

Figura 5: Representación esquemática de caudal de activación y mezclacompleta.

2.2.4 Eficiencia (rendimiento) del proceso

La eficiencia (rendimiento) del proceso viene definida como la reducción en la

carga contaminante, lograda mediante el tratamiento del agua residual, porejemplo, es decir la diferencia entre las cargas del influente y efluente amenudo expresadas como porcentaje de eliminación o como concentraciónresidual de los agentes contaminantes.

Ecuación 6

%100×−

=i

ei

S

S S E


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donde:

E eficiencia (rendimiento) del proceso, %Si concentración (DBO) de los sustratos influentes, kg/m3Se concentración (DBO) de los sustratos efluentes, kg/m3

Este criterio es, en cierta forma, un concepto erróneo como medida de laeficacia de la purificación puesto que no dice mucho acerca de la calidad finalde las aguas residuales tras la misma. Por ejemplo, si la eficacia es de un 90%y la entrada de DBO es de 300 mg/l, la DBO resultante será de 30 mg/l. Si laDBO entrante es de 100 mg/l, la DBO resultante será, como corresponde, 10mg/l.

2.2.5 Edad del fango

La edad del fango queda definida como el tiempo medio durante el cual losmicroorganismos participan en el proceso biológico aeróbico. La edad del fangoθc se evalúa como la relación (proporción) de la masa total de fango en elsistema respecto a la masa de fango eliminada al día. El valor de la edad defango afecta al resultado final de purificación y el índice Mohlmann (SVI) querefleja las propiedades de la sedimentación del fango. La edad del fango puedevariar ampliamente (de tres a cuarenta días), dependiendo de qué tipo deconfiguración de proceso se use. En las plantas con bajos niveles de carga, laedad del fango varia de 5 a 10 días. En este ámbito, se consigue una buenareducción de la DBO y el fango presentará buenas calidades de sedimentación,tal y como se muestra en la figura 6. En procesos de eliminación de nitrógeno,la edad del fango varía de 20 a 30 días.

Ecuación 7

eeW W C Q X Q X

XV +

=θ

siendo

θc tiempo medio de residencia en la célula (edad de fango) dX concentración de sólidos en suspensión en el depósito de

aireación kg/m3V volumen de aireación m3Xw concentración de sólidos en suspensión en el fango

en exceso kgMLSS/m3Qw caudal de fango en exceso m3/dXe concentración de sólidos en suspensión en el efluente kgSS/m3Qe índice de caudal del efluente m3/d


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Figura 6: Eficacia (rendimiento) de la eliminación de la DBO y calidad de lasedimentación del fango frente a edad del fango

2.2.6 Índice SVI de volumen de fango o Índice Mohlmann

El índice de volumen del fango (SVI) se usa para describir las propiedades desedimentación del fango. Se determina al permitir que la suspensión delFangos Activados se sedimente durante media hora en un cilindro graduado deun litro. El SVI se define como la relación que hay entre el volumen con la masade fango sedimentado (g/1000 ml). El SVI se expresa por tanto como ml/g. Elvalor SVI en la mayoría de los casos oscila entre 50 y 200 ml/g. Los valoressuperiores a 150 ml/g indican que cuando se produce una escasasedimentación del fango se debe la existencia de organismos filamentosos.

Normalmente una baja sedimentación del fango está relacionada con:

• un bajo nivel de oxígeno disuelto en la aireación• limitación de nutrientes• agua residual séptica• bajo F/M

El balance de nutrientes se da en muy raras ocasiones en plantas detratamiento de aguas residuales municipales, sin embargo, en las industrialeses un problema muy común. La falta de nutrientes, en particular de nitrógeno ofósforo, produce poco volumen de fango sedimentado. La relación P: N: DBOen el influente de los depósitos de aireación debería comprobarse y ajustarse el


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en caso necesario. Deberá obtenerse una relación de 100:5:1. Sin embargo,

también pueden darse deficiencias de otros nutrientes (como el hierro).El bajo volumen de F/M normalmente tiene que ver con los sistemas deaireación-agitación total, donde se da una carga másica relativamente baja.Muy especialmente, se presentan problemas cuando el agua residual contienemucho carbono soluble, fácilmente degradable como por ejemplo el aguaresidual de industrias de alimentación, de papel y madera. El bajo volumen deF/M puede evitarse usando zonas de contacto previas a la del reactor principal.

2.2.7 Carga Volumétrica

La carga volumétrica (F/V) del proceso de Fangos Activados se define como larelación existente entre la carga orgánica diaria (DBO) de entrada en el nivel deaireación y el volumen del depósito de aireación.

La carga volumétrica se expresa como kg DBO/m3 d y se define de la siguientemanera:

Ecuación 8

V

QS

V F

ii=

siendo

Si Concentración DBO en influenteQi Índice de caudal influente, m3/dV Volumen del depósito de aireación, m3

2.2.8 Carga másica

La Carga másica es la relación de carga de alimentación-a-biomasa delproceso de Fangos Activados. Su valor es la relación entre la carga orgánica(DBO) que entra a diario en el nivel de aireación y los sólidos en suspensión(MLSS) en el depósito de aireación. Se expresa como kg DBO/kg MLSS d.

Ecuación 9

V

QS

V F ii=


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siendo

X la concentración de Fangos Activados (MLSS) kg/m3

la carga del fango se calcula frecuentemente basándose en la parte orgánicadel Fangos Activados(MLVSS)

Las variaciones de los distintos procesos presentan rangos óptimos de cargade fango, que son de mayor eficacia para el proceso. La figura 7 ilustra SVIfrente a la carga de fango en un proceso convencional que solo reduce la DBO.

Figura 7: SVI frente a la carga del fango.

2.2.9 Sólidos MLSS en suspensión de líquidos agitados

El MLSS (sólidos en suspensión de líquidos agitados) es la concentración desólidos en el proceso de Fangos Activados. El contenido de fango (X = MLSS)en el depósito de aireación es normalmente de 2 a 6 kg/m 3. Se mantiene uncontenido mayor de sólidos en el invierno que en el verano para compensar laactividad biológica inferior debido a la temperatura también inferior.

Aproximadamente de un 60% a 80% del contenido total de sólidos (MLSS) enun depósito de aireación es materia orgánica (MLVSS Sólidos volátiles ensuspensión en el líquido agitado) La materia orgánica presente es inferior si lasedimentación primaria no se realiza o bien si el fósforo se elimina de modoquímico. En el proceso simultáneo de precipitación se disminuye la proporción

a un 50% - 70 %.


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2.2.10 Tiempo de retención hidráulica

El tiempo de retención hidráulica define el tiempo que necesitan losmicroorganismos para eliminar la materia orgánica soluble consumidora deoxígeno (DBO).

Ecuación 10

ih Q

V =θ

siendo

θh tiempo de retención hidráulica, hQi caudal influente, m3/hV volumen de aireación, m3

El tiempo de retención hidráulica puede variar de 2 a 24 horas dependiendo dela composición del agua residual y del tipo de proceso. En aguas residualesindustriales a menudo se requieren tiempos de retención considerablementemayores que en aguas residuales municipales. Si el tiempo de retención estápor debajo del valor específico característico del tipo de proceso usado, las

aguas fecales vertidas al alcantarillado pueden ser solo parcialmentepurificadas.

2.2.11 Relación (proporción) de fango recirculado

La relación o proporción de fango recirculado es la relación que hay entre elvolumen de fango recirculado al depósito de aireación y el volumen del aguainfluente. La relación de fango recirculado normalmente varía de un 30% a un100% en plantas grandes y de un 50% a 150 % en plantas menores,dependiendo del tipo de proceso usado y de las propiedades de sedimentacióndel fango.

La relación puede aproximarse según la fórmula siguiente:

Ecuación 11

X X

X

Q

Q

r I

r

−

=


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siendo

Qi caudal influente, m3/hQr caudal de fango recirculado, m3/d

Xr sólidos en suspensión en el fango recirculado, kg MLSS/m3 X sólidos en suspensión en fango del depósito de aireación, kg

MLSS/m3

2.3 Tipos (variaciones) de Proceso

2.3.1 Proceso de Fangos Activados convencional

En el proceso convencional, el fango de retorno (recirculación) y procedente delalcantarillado se vierten conjuntamente al depósito de aireación. El proceso depurificación se da de modo progresivo al aumentar la mezcla de líquido defango del caudal de activación en el depósito de aireación uniforme.

Cuadro 1: Características y parámetros

Método de aireación aireación inferior, alimentación de aireconstante

Necesidad del oxígeno 1,2 - 1,4 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal Caudal de activaciónRendimiento de depuración 85% - 95 % DBO5 Edad del fango 5 - 10 dCarga del fango 0'2 - 0'4 kg DBO5/kg MLVSS . dCarga volumétrica 0'3 - 0'6 kg DBO5/m3 . dContenido en sólidos 1'5 - 3'0 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 4 - 8 hPorcentaje de fango recirculado 30% - 100 %

Rasgos especiales del proceso

• permite una carga del fango relativamente baja• requiere un tiempo de retención bastante largo• la demanda de oxígeno es más elevada en la zona de alimentación del

depósito de aireación, sensible a la variación de la carga orgánica ehidráulica

• el nivel de contenido del fango se mantiene constante


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Figura 8: Diagrama del proceso convencional de Fangos Activados

2.3.2 Aireación alternada

En el tanque de entrada, las disposiciones del proceso de aireación, exceptolas que tienen que ver con la alimentación de la toma de aire, son exactamentelas mismas que en el proceso convencional. La cantidad de aire que entra en elproceso se reduce en proporción a la disminución de la demanda de oxígeno, alo largo del depósito de aireación.

Tabla 2: Características del proceso y parámetros

Método de aireación aireación inferior, disminución progresiva dela toma de aire

Necesidad de oxígeno 1,0 - 1,2 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal Caudal de encendidoEficiencia de la depuración 85 - 95 % DBO5 Edad del fango 5 - 10 dCarga del fango 0'2 - 0'4 kg DBO5/kg MLVSS• dCarga volumétrica 0'3 - 0'6 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 1'5 - 3'0 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 4 - 8 hProporción de fango recirculado 30% - 100 %



Efluente



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• La cantidad de aire que entra en el proceso es proporcional a lademanda de oxígeno.

• Se logra un ahorro de energía.• Se elimina mejor la aireación en la parte superior e inferior.

Figura 9: Diagrama de aireación del tanque

2.3.3 Alimentación por pasos (gradual)

En el proceso de alimentación por pasos, la entrada de las aguas residuales serealiza en distintos puntos a lo largo del depósito de aireación. El fangorecirculado normalmente se dirige solo hacia la entrada del depósito deaireación. Mediante la redistribución de la entrada hacia diversos puntos detoma, la capacidad de absorción por el fango del aire puede mantenerse a unnivel tan elevado que un tiempo de contacto relativamente breve es suficientecomo para asegurar una depuración satisfactoria.



Efluente


Intensidad de Aireación


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Método de aireación aireación inferior, toma constante de aireNecesidad del oxígeno 1'1 -1'3 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de activación / mezcla totalEficacia de la depuración 80% - 90 % DBO5 Edad del fango 5 - 10 dCarga del fango 0'2 - 0'4 kg DBO5/kg MLVSS• dCarga volumétrica 0'6 - 1'0 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 2'0 - 3'5 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 3 - 5 h

Proporción de fango recirculado 30% - 100 %Rasgos especiales del proceso

• ofrece flexibilidad en su aplicación• permite niveles más elevados de concentración de fango• no es sensible a cargas máximas repentinas• las dimensiones del depósito de aireación son menores que las de otros

tipos de procesos• edad mayor de fango con un idéntico volumen de depósito• calidad del efluente no tan bueno como en la aireación del depósito a la

entrada

Figura 10: Alimentación por pasos



Efluente


Aireación


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2.3.4 Proceso de mezcla total

En el proceso de mezcla total, la mezcla del influente de entrada y el fangorecirculado alimentan de modo uniforme el volumen total del depósito deaireación. La demanda de oxígeno y la concentración del fango son, por tanto,constantes en el depósito.


Método de aireación aireación inferior, toma de aire constanteNecesidad del oxígeno 1'0 - 1'4 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal mezclado totalEficacia de la depuración 80 - 90 % DBO5 Edad del fango 3 - 10 dCarga del fango 0'2 - 0'6 kg DBO5/kg MLVSS•dCarga volumétrica 0'8 - 2'0 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 3 - 6 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 3 - 5 hProporción de fango recirculado 30% - 100 %

Rasgos característicos del proceso

• Nivela de modo eficaz los puntos máximos de carga entrante.• Se mantienen las condiciones constantes de la actividad de los

microorganismos.• Presenta, a veces, problemas con las propiedades de sedimentación del

fango.

Figura 11: Proceso de mezcla completa


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2.3.5 Estabilización por contacto

En el proceso de estabilización por contacto, el fango recirculado entra hacia elconducto del depósito de aireación y es aireado de modo independiente a partir del influente de entrada hasta que la materia orgánica contenida en los flóculosdel fango se ha estabilizado, o lo que es lo mismo, se ha usado para laliberación de energía, y la producción de nuevos microorganismos. Dicho nivelde estabilización viene seguido de un nivel por contacto en el que las aguasresiduales están mezcladas con el Fangos Activados aireado.

Método de aireación aireación inferior, toma de aire constante endepósitos por contacto y estabilización

Necesidad del oxígeno 0'8 - 1'2 kg O 2 /kg DBO 5contacto 0'5 - 0'7 kg O 2 /kg DBO 5estabilización 0'3 - 0'5 kg O 2/1 kg DBO 5

Tipo de caudal caudal de entradaEficacia de la depuración 80 - 90 % DBO 5Edad de fango 5 - 10 dCarga de fango 0'2 0'6 kg DBO 5/kg MLVSS ? d (nivel de

contacto)Carga volumétrica 1'0 - 1'2 kg DBO 5/m3 ? d (nivel de contacto)Contenido en sólidos 2'0 - 4'0 kg/m 3 (nivel de contacto)

6'0 - 10'0 kg /m 3 (nivel de estabilización)Tiempo de retención hidráulica 1'0 - 3'0 h (contacto) 3'0 - 6'0 h

(estabilización)Proporción de fango recirculado 30 - 100 %


? Muy adecuado para las aguas residuales que contienen materiaorgánica de forma coloidal (bajo nivel de DBO de materia soluble).

? El volumen de aireación necesario puede ser la mitad del necesario parael proceso convencional.

? Debido al efecto de separación del fango en la sección de estabilización,el proceso es capaz de acomodar (ajustar) los puntos máximos de cargay materia tóxica sin dificultad.


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Figura 12: Estabilización por contacto

2.3.6 Procesos Hatfield y Kraus

En el proceso Kraus, cierta cantidad del fango recirculado (10% - 15 %) se llevahacia un depósito independiente de aireación, al cual también se bombean elfango y el flotante de la planta de alimentación. Esta mezcla se airea de 8 a 24

horas y, en consecuencia, se mezcla con el fango recirculado y se lleva haciael depósito de aireación.

El proceso Hatfield se diferencia del proceso Kraus tan solo por el hecho deque la totalidad del fango es tratado como en el proceso Kraus.


Método de aireación aireación inferior, toma de aire en el tanque de

entrada o constanteNecesidad del oxígeno 1'0 - 1'4 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de activaciónEficacia de purificación 85 - 95 % DBO5 Edad del fango 3 - 10 dCarga del fango 0'3 - 0'8 kg DBO5/kg MLVSS• dCarga volumétrica 0'6 - 1'6 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 2'0 - 3'0 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 4'0 - 8'0 hRelación de fango recirculado 50% - 100 %

Tanque deaireacióndel fango

Tanque deContacto

DecantadorPrimario

Influente

Fango Recirculación de Fango Activo

DecantadorFinal

Efluente

Fango ActivoResidual


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• Bien adaptado al tipo de influente con bajo contenido en nitrógeno (porejemplo, agua residual industrial que contiene hidratos de carbono)• Las calidades de la sedimentación del Fangos Activados se mejoran por

los componentes del fango aireado (más denso) y que tiene mejorescaracterísticas de sedimentación.

• Los procesos presentan una mejora en la capacidad para adecuarse alos puntos máximos de carga orgánica, puesto que la mezcla de fangoaireada contiene nitrógeno en forma de compuestos de nitrato. Estoayuda a mantener las condiciones aeróbicas del proceso.

Figura 13: Representación esquemática de los procesos Hatfield y Kraus.

Reaireación Aireación

Decantador

Influente

Flotantes

FangosDigeridos

Efluente

Fangos Activos RecirculadosFangos Activos

Residuales


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2.3.7 Proceso de Alta carga (o de alto nivel)

En el proceso de alto nivel, la mezcla de influente y fango de recirculación sedistribuye de modo uniforme en la totalidad del volumen del depósito deaireación. El tiempo de aireación es de 0'5 - 2 h. Debido al breve tiempo deaireación, el proceso se mantiene en la fase del crecimiento logarítmica, en laque los microorganismos se reproducen a un nivel muy elevado, usando paraello cantidades grandes de nutrientes y oxígeno.

La proporción de fango recirculado tiene que mantenerse a un nivel elevadopara asegurar una alimentación suficiente del Fangos Activados que hace quela floculación sea más eficaz.

El principio del proceso de alto nivel es el mismo que el que aparece en eldiagrama del proceso de mezcla completa o total (Figura 11).

Tabla 7: Características y parámetros del proceso

Método de aireación aireación inferior, toma de aire constanteNecesidad del oxígeno 0'5 - 0'8 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de encendidoEficacia de la depuración 60 - 80 % DBO

5

Edad del fango 1 - 3 dCarga del fango 0'4 - 1'5 kg DBO5/kg MLVSS• dCarga volumétrica 2'0 - 6'0 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 0'5 - 1'5 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 0'5 - 2 hRelación de fango recirculado 100% - 500 %


• más adecuado para aplicaciones donde no se necesita una depuraciónalta

• adecuado como tratamiento previo para otros procesos


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2.3.8 Aireación prolongada

En el proceso de aireación prolongada, la mezcla de aguas residuales y fangorecirculado se distribuye de modo uniforme en la totalidad del volumen deldepósito de aireación, donde se airea de 18 a 36 horas. Debido al tiempo deaireación prolongada el proceso se mantiene en la fase de crecimientoendógena, en la cual hay una lucha fuerte por la nutrición entre losmicroorganismos. La insuficiente disponibilidad de nutrientes conduce a unasituación donde los microorganismos usan la materia de las células, el uno delotro, como fuente de nutrición. El principio es el mismo que en el de la figura11.


Método de aireación aireación inferior, toma de aire constanteNecesidad del oxígeno 1'5 - 2'0 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal mezcla completaEficacia de la depuración 85 - 95 % DBO5 Edad del fango 15 - 30 dCarga del fango 0'05 - 0'15 kg DBO5/kg MLVSS• d

Carga volumétrica 0'1 - 0'4 kg DBO5/m3

• dContenido en sólidos 3'0 - 6'0 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 18 - 36 hRelación de fango recirculado 75 - 150 %


• Mas adecuado para aguas residuales con un contenido en materiaorgánica con características de baja descomposición.

• Nivela las variaciones de carga repentinas de un modo eficaz.• Produce menos fango.• Necesidad de oxígeno elevada.


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2.3.9 Canal de oxidación

El proceso de depuración tiene lugar en una canal anular (o de otras formas) oCanal de Oxidación, en el que entran una mezcla de aguas residuales y defango recirculado. El movimiento circular de las aguas residuales se mantieneen el canal normalmente con rotores (turbinas) de superficie de gran diámetro.También pueden usarse aceleradores de corriente de velocidad de giro lentacon objeto de impedir la sedimentación del fango. En el último caso, laaireación se logra mediante unos difusores distribuidos en grupos y colocadosen distintas secciones de la parte inferior del tanque de aireación.


Método de aireación aireación inferior con aireadores sumergibles ytoma de aire por zonas, aireación de superficiecon rotores superficiales (turbinas)

Necesidad de oxígeno 1'6 - 2'0 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de activación / mezcla completaEficacia de depuración 90 - 95 % DBO5 Edad del fango 15 - 30 dCarga del fango 0'03 - 0'10 kg DBO5/kg MLVSS•dCarga volumétrica 0'1 - 0'3 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 3'0 - 5'0 kg/m3

Tiempo de retención hidráulica 18 - 36 hRelación de fango recirculado 50% - 150 %

Rasgos característicos de proceso

• En este proceso se logra una nitrificación completa.• Mediante la desnitrificación, el nitrógeno se elimina del proceso.• Los aceleradores mecánicos sumergibles se usan para crear una

velocidad normalmente suficiente del agua residual como para impedir lasedimentación de fango.

Figura 14: Representación esquemática del canal de oxidación


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2.3.10 Proceso de carrusel

En el proceso de carrusel las aguas residuales entrantes y el fango recirculadose unen y mezclan en la primera zona de aireación. El Fangos Activados semueve en el canal sin salida a través de zonas sucesivas de aireación. Esteproceso combina las características de los procesos de mezcla completa ycaudal de activación. La característica de mezcla completa es el resultado delhecho de que el volumen total de líquido incluido en el proceso recirculatorio esde 30 a 50 veces mayor que el del caudal influente. De ese modo, el procesopuede facilitar el efecto de separación señalado. La característica de caudal deactivación se debe a la enorme distancia cubierta por el circuito. Los resultadosen la mejora de la desnitrificación tienen como consecuencia una concentraciónreducida de oxígeno en algunas partes del depósito de aireación.


Método de aireación Aireación inferior con aireadores sumergiblesy toma de aire por zonas.

Necesidad de oxígeno 1'8 - 2'4 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de activación / mezcla completaEficacia de la depuración 95 - 98 % DBO5 Edad del fango 20 - 40 dCarga del fango 0'05 - 0'10 kg DBO5/kg MLVSS•d

Carga volumétrica 0'2 - 0'4 kg DBO5/m3

• dContenido en sólidos 4'0 - 7'0 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 18 - 28 hRelación de fango recirculado 50% - 150 %


• El proceso puede tener variaciones grandes tanto en la cantidad comoen la calidad de las aguas residuales entrantes.

• Se usan agitadores o aceleradores de corriente sumergibles paraprovocar una velocidad suficiente y regular en el agua residual e impedirla sedimentación del fango.

Figura 15: Principio del proceso de carrusel


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2.3.11 Lagunas de aireación

En este proceso, las aguas residuales se tratan bien por aireación solas o juntoal fango de recirculación. En este último caso, el proceso equivale a un procesonormal de aireación prolongada. El método de laguna aireada se basa en unabalsa de aireación excavada en el campo y en la cual las aguas residuales y elaire entran para oxidar la materia orgánica.

Tabla 11: Características y parámetros del proceso.

Método de aireación aireación inferior, toma de aire por zonasNecesidad de oxígeno 0'7 - 1'4 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal mezcla completaEficacia de la depuración 50 - 75 % DBO5 Edad del fango no aplicableCarga del fango 0'002 - 0'05 kg DBO5/kg MLVSS•dContenido en sólidos 0'3 kg/m3Tiempo de retención hidráulica 5 - 10 dRelación de fango recirculado 50% - 200 % (si se usa el fango recirculado)


• Reducción baja de la DBO• costes bajos de inversión


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2.3.12 Proceso de Fangos Activados de dos etapas

Este proceso consiste a su vez en dos procesos de Fangos Activados llevadosa cabo en serie. El primer nivel tiene lugar bajo una carga elevada y el segundobajo carga normal. Estos dos sistemas de Fangos Activados separados hacenposible crear dos tipos de fango biológicos separados que se diferencian entresí en lo que respecta a sus poblaciones microbiológicas. Por eso, en el primernivel, el Fangos Activados tiene una composición normal microbiológicamientras en el segundo nivel, hay una gran abundancia de bacteriasnitrificantes.


Método de aireación aireación inferior, toma constante de aireNecesidad de oxígeno 0'5 - 0'6 kg O2/DBO5 (primer nivel)

1'5 - 2'0 kg O2/DBO5 (2º nivel)Tipo de caudal caudal de activaciónEficacia de la depuración >95 % DBO5 Edad del fango 1 - 3 d (1er nivel) y 5 - 10 d (2º nivel)Carga del fango 0'6 - 2'0 kg DBO5 kg MLVSS• d (I)

0'15 - 0'3 kg DBO5/kg MLVSS • d (II)Carga volumétrica 2'0 - 3'0 kg DBO5/m3 d(I)

0'3 - 0'7 kg DBO5/m3

d (II)Contenido en sólidos 2 - 3 kg/m3 (I); 1 - 1'5 kg/m3 (II)Tiempo de retención hidráulica 0'5 - 0'8 h (I); 1'6 - 3'2 h (II)Relación de fango recirculado 20 - 50 % (I); 25 - 50 % (II)


• Nitrificación eficaz• Reducción elevada de la DBO• Adecuado para las aguas residuales concentradas

Licor MixtoLicor MixtoAireación Aireación

DecantadorInfluente Decantador

Recirculación de Fangos Recirculación de Fangos

Fangos Activos Residuales Fangos Activos Residuales

Efluente


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Figura 16: Proceso de Fangos Activados de dos fases en forma esquemática

2.3.13 Proceso anóxico aeróbicoEl proceso tiene dos fases. La primera fase es aeróbica con resultados de unaoxidación del carbono orgánico y amoniaco. La segunda fase es anóxica y sedestina a la desnitrificación, tras los cuales el fango tratado atraviesapreviamente una fase secundaria de aireación antes de la unidad desedimentación.


Método de aireación aireación inferior, toma constante de aireNecesidad de oxígeno 3'0 - 3'5 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de encendidoEficacia de la depuración 90 - 95 % DBO5, 60 - 90 % NEdad del fango 7 - 15 dCarga del fango 0'05 - 0'15 kg DBO5 kg MLVSS• dCarga volumétrica 0'2 - 0'4 kg DBO5/m3 • dContenido en sólidos 3 - 5 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 16 - 18 h (12 h, 4 h y 1 h)Relación de fango recirculado 75 - 150 %

Rasgos característicos del proceso• El fango producido en este proceso tiene cualidades pobres de

sedimentación.• La mezcla en la sección anóxica se lleva a cabo mediante un agitador

mecánico.• El índice de desnitrificación es bajo debido a la disponibilidad limitada de

materia orgánica degradable en la zona de desnitrificación.

Figura 17: Representación esquemática del proceso anóxico aeróbico

Aireación Mezcla Aireación

Decantador

Efluente

Influente Recirculación de Fangos Fangos Residuales


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2.3.14 Proceso aeróbico anóxicoEl proceso tiene dos fases. En la primera fase, las aguas residuales que entranestán mezcladas con el fango recirculado. Bajo condiciones anóxicas, lamezcla interreacciona, teniendo como resultado la reducción del nitrato, que selibera como gas nitrógeno. La mezcla de fango desnitrificado posteriormente senitrifica de nuevo en la segunda etapa del proceso, que es aeróbica. A partir deahí, parte del fango se recircula directamente de vuelta al nivel anóxico.


Método de aireación aireación inferior, toma constante de aireNecesidad de oxígeno 2'0 - 2'5 kg O2/kg DBO5 Tipo de caudal caudal de encendidoEficacia de la depuración 90 - 95 % DBO5, 60 - 90 % NEdad del fango 10 - 20 dCarga del fango 0'05 - 0'15 kg DBO5/kg MLVSS• dContenido en sólidos 3 - 5 kg/m3 Tiempo de retención hidráulica 18 h (6h y 12 h)Relación de fango recirculado 100 - 150% y 100 - 300 % para reciclaje

desnitrificado


• El fango producido tiene buenas cualidades de sedimentación.• El proceso puede implementarse mediante pequeñas modificaciones a

partir del proceso del caudal de activación nitrificado.• Reduce la formación de fango en los difusores.

Figura 18: Principio del proceso aeróbico anóxico.

Mezcla Aireación

Decantador

Efluente

InfluenteRecirculación de Fangos

Fangos Residuales


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2.3.15 Proceso BardenPho

El proceso BardenPho está constituido por 5 fases independientes. La primerafase consiste en un reactor anaeróbico, al cual acceden las aguas residualesde entrada junto al fango recirculado. Debido a las condiciones anaeróbicas, elfósforo ligado al fango de recirculación se libera. La segunda fase, que operabajo condiciones anóxicas, se alimenta con un ingrediente del fango rico ennitratos del tercer nivel. Los nitratos son reducidos y el gas nitrógeno liberado.La tercera fase permite la nitrificación y el “religado” del fósforo. La cuarta faseconsiste en el otro reactor anóxico donde tiene lugar de nuevo unadesnitrificación. La 5ª, y última fase, comprende una unidad de aireación dondeel fósforo libre está vinculado al fango. Este fango, soporte del fósforo, sesedimenta y a continuación vuelve a recircularse a la etapa inicial del proceso.


Método de aireación aireación inferior, toma de aire constanteNecesidad de oxígeno 1'3 - 0'5 kg O2/kg DBO5 (III)

0'3 - 0'5 kg O2/kg DBO5 (V)Tipo de caudal mezcla completa / caudal de encendidoEficacia de la depuración 90 % DBO5; 80 - 90 % P; 90 % NEdad del fango 14 - 20 dCarga del fango 0'05 - 0'075 kg DBO5/kg MLVSS• d

Contenido en sólidos 3 - 5 kg /m3

Tiempo de retención hidráulica 1 h (l); 2 - 3 h (II), 4 - 5 h (III);2 - 3 h (IV); 1h (V)

Relación de fango recirculado 100 % y 400 % (III{ II)


• Facilita la eliminación biológica del nitrógeno y fósforo.• El proceso produce fango que es biológicamente estable y fácil de tratar

después de ser acondicionado.• El contenido total de nitrógeno ( nitratos, amoníaco, nitrógeno orgánico)

del efluente que deja el proceso es muy bajo (2 - 5 mg/l).

Figura 19: Principio del proceso BardenPho

Ana. Aer. Ana. Aer. Ana.

Influente RecirculaciónDecantador

Recirculación de FangosFangos Residuales

Efluente


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2.3.16 Zona de Contacto Aeróbico

La pobre calidad del fango es un problema común en una planta de FangosActivados, especialmente en plantas de depuración de aguas residuales quetratan agua residual industrial fácilmente degradable procedentes de lasindustrias de papel, pulpa, y madera.

Las propiedades de sedimentación del fango pueden mejorarse con undepósito selector. En el proceso selector, el agua residual y el fangorecirculado, se mezclan en un depósito pequeño antes de que ser llevadas aldepósito de aireación principal. En el sistema selector-aireación tienen mejorescondiciones para darse las bacterias que se sedimentan formando flóculos. Portanto, dichas bacterias se seleccionan en el proceso tras la “competición”microbiana. El selector establece un grado de sustrato que permite formarflóculos, posee una toma rápida y capacidades de almacenamiento, paracompetir con los organismos filamentosos.

La base del selector se dimensiona para que los compuestos orgánicossolubles, biológicamente degradables, sean bien degradados bienalmacenados por bacterias en el selector. Los tiempos de contacto de 10 - 20minutos se han usado en un depósito selector. La carga de DBO que hay en unselector normalmente es de 3 - 6 kg DBO/m3 d. El diseño del selector dependeen gran medida de la composición del agua residual.

El índice de toma de oxígeno en el depósito selector es muy elevado. Se veafectado por la configuración del proceso y el tipo de agua residual. Lademanda real de oxígeno puede calcularse basándose en la eliminación demateria orgánica soluble que hay en el selector. La demanda de oxígeno delselector puede ser superior a un 50 % del total de la demanda de oxígeno delproceso.


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2.3.17 Reactores de serie secuencial

La técnica de reactores de serie secuencial (SBR) es un método de tratamientode aguas residuales en el que todas las fases (aireación, clarificación, etc.) delciclo de tratamiento se suceden de modo secuencial en un depósito del reactor.Este ciclo básico puede modificarse en la fase de diseño con el fin de lograr lascondiciones necesarias para la oxidación orgánica, nitrificación, desnitrificacióny eliminación del fósforo biológico.

Las distintas fases de un ciclo típico normalmente comprenden lo siguiente:

Llenado el agua residual entra en el depósito reactor y se mezcla con ellicor mezcla de Fangos Activados contenido en el depósito.

Reactor aireación de los contenidos del tanque. Se dan las reaccionesbiológicas hasta que se consiga el grado deseado de tratamiento.

Sedimentar la aireación se para y los sólidos en suspensión en el FangosActivados se sedimentan para formar una manta sobre la base delreactor.

Decantar el efluente clarificado se elimina del reactor sin alterar (dañar) lamanta de fango.

En vacío tiempo no agotado entre ciclos. Gasto del fango en exceso quepuede darse.

La consecución de estas cinco fases constituye un ciclo de duración de seishoras que se repite con posterioridad. La operación de llenado del influentenormalmente se interrumpe durante la decantación para prevenir el deteriorodel influente debido a un circuito breve.

El SBR típico puede usar la siguiente secuencia modificada de un ciclo de 6

horas durante la eliminación del nutriente:

Tiempo (H) 0 -1.5 1.5 - 2.0 2.0 - 4.0 4.0 - 5.0 5.0 - 6.0Llenado Airear -

LlenarAirear Sedimentar Decantar

Durante una operación sencilla en el depósito, como arriba, el balance decaudal influente se necesitaría para almacenar el agua residual durante lasfases de decantación y asentamiento aireadas sin relleno.


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La tecnología SBR presenta la ventaja de ser mucho más flexible que losprocesos de Fangos Activados convencionales en términos de ajustar losperiodos de reacción a la concentración y grado de tratamiento necesarios para

un agua residual concreta. El volumen entre el nivel de agua inferior de diseñoy el nivel de agua superior representa el volumen tratado por depuración o elvolumen de llenado del ciclo. Los volúmenes de llenado del ciclo sonsuperiores, normalmente, a un treinta por ciento del volumen de nivel de aguasuperior de diseño y la profundidad total del depósito es generalmente de 5 a 6m.

Figura 20: Reactor de tratamiento secuencial

Entrada

LLENADO Con o sin aireación(2 horas)

Entrada opcional

REACCIÓN Aireación (2horas)

ASENTAMIENTO Sinaireación (1

hora)

DECANTACIÓN

Sin aireación (1 h)

Decantación

Sedimentación

Con o sin aireaciónCiclo de realimentación

Fangos residuales


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2.4 Resumen de los tipos de procesos

Anteriormente, se mencionaron en un resumen en la tabla 16 diferentes tiposde procesos. Se presentan la eficacia de purificación, edad del fango y cargavolumétrica en base a los parámetros del proceso.

Tabla 16: Resumen de las modificaciones del proceso

Eficacia de purificación %ModificaciónBOD NH4/N / N- tot

Edad delfango

d

Cargavolumétrica

kg BOD7/m3.dConvencional 85 - 95 - 5-10 0'3-0'6

Aireación contubos

85-95 - 5-10 0'3-0'6

Alimentaciónpor pasos

80-90 - 5-10 0'6

Mezclacompleta

80-90 - 3-10 1'0

Estabilizaciónde contacto

80-90 - 5-10 0'8-2'0

Kraus&Hatfiel - 3-10 1'0-1'2

Proporciónelevada

60-80 - 1-3 0'6-1'6

Aireaciónprolongada

85-95 >90/- 15-30 2'0-6'0

Canal deOxidación

90-95 >90/50 15-30 0'1-0'4

Carrusel 95-98 >90/50 15-30 0'1-0'4

Lagunaaireada

50-75 - - 00.05-0.2

Dos niveles >95 >90/- 1-3/5-10 2.0-3.0/0.3-0.7

Anóxicaaeróbica

90-95 >90/50 7-20 0.2-0.4

Aeróbicaanóxica

90-95 >90/50-80 7-20 0.2-0.4

Barden Pho 90-95 >90/60-90P80-90

14-20 0.11-0.3


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3 FACTORES QUE AFECTAN EL DIMENSIONAMIENTO DELPROCESO DE AIREACIÓN

3 FACTORES QUE AFECTAN EL DIMENSIONAMIENTO DEL PROCESODE AIREACIÓN................................................................................................................. 43 3.1 Cantidad y composición del agua residual ............................................................43 3.1.1 Caudal de diseño...................................................................................................43 3.1.2 Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)................................................................. 45 3.1.3 Contenido en nitrógeno, Ntot y N............................................................................46 3.1.4 Carga de DBO .......................................................................................................47 3.2 Propiedades de las aguas residuales....................................................................48 3.2.1 Coeficiente de la transferencia total de oxígeno KLa..............................................48 3.2.2 Temperatura ..........................................................................................................49 3.2.3 El coeficienteα ......................................................................................................51 3.2.4 El Coeficiente β ......................................................................................................53 3.3 Sistema de aireación ............................................................................................. 55 3.4 Parámetros de Funcionamiento.............................................................................56 3.4.1 Nivel de oxígeno disuelto.......................................................................................56 3.4.2 Conc

manual aireacion abs nopol

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