tratamiento secundarios tar
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sistemas de tratamiento de aguas residualesTRANSCRIPT
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TRATAMIENTOS SECUNDARIOSTRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
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ETAPAS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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Cinética de Fermentaciones
Los sistemas de tratamiento secundario de aguas residuales son procesos de fermentación.
En este proceso una población heterogénea de micro-organismos degrada la materia orgánica presente en el agua.
Así obtiene materia y energía metabólicas para su propagación y mantención de viabilidad.
Por ello resulta conveniente conocer ciertos elementos fundamentales de la teoría de procesos de fermentación.
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Cinética de Crecimiento Microbiano
CINÉTICA
Reproducción
Cuantificación
Sólidos Suspendidos Volátiles SSV
Bacterias: Fisión Binaria Levaduras: Yemación Hongos: Crecimiento
Micelial
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Tratamientos biológicos
Aerobio Anaerobio Mixto: Anaerobio -
Aerobio
La clasificación de los tratamientos biológicos puede ser según:
1. UTILIZACIÓN DEL OXÍGENO
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Biomasa
suspendida
Biomasa adherida
Tratamientos biológicos
2. DISPOSICIÓN DE LA BIOMASA
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Mezcla completa (agitados)
Flujo pistón (no agitados)
3. TIPO DE FLUJO
Tratamientos biológicos
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Por lotes (batch)
Continua
4. OPERACIÓN
Tratamientos biológicos
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Tratamientos biológicos
MATERIA ORGÁNICA EN LAS AGUAS RESIDUALES
NUEVAS PRODUCTOSCÉLULAS FINALES
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Tratamientos biológicos
REACTOR AEROBIO(20 ºC)
REACTOR ANAEROBIO
(35 ºC)
Lodo a tratar Lodo estabilizado60 Kg DQO 10 Kg DQO
100 Kg DQO 10 Kg DQO
100 Kg DQO 10 Kg DQO
Electricidad para aireación
Metano31 m3
Calor ElectricidadMáximo 195 KWH Máximo 78 KWH
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Tratamientos biológicos
VENTAJAS de los procesos anaerobios frente a los aerobios:
Tratamiento directo de aguas altamente contaminadas a elevadas VCO’s.
< Producción de lodos costo de tratamiento y vertido de éstos.
Producción de gas metano energía útil. No necesita aireación balance energético +. Preservación prolongada de los lodos, en forma activa. Estabilidad y facilidad de re-arranque. Baja necesidad de nutrientes.
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Tratamientos biológicos
DESVENTAJAS de los procesos anaerobios frente a los aerobios:
Puesta en marcha delicada. Puede resultar sensible a tóxicos y/o inhibitorios.
de los efluentes a tratar. Recuperación más lenta frente a sobrecarga.
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Sistemas de Tratamiento Aerobios
Con biomasa suspendida Sistema de lodos activos Reactor batch secuenciado (SBR) LagunasCon biomasa adherida Filtros percoladores Contactores biológicos rotatorios
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Lodos Activos
TanqueOxidación
SedimentadorSecundario
Purgade Lodo
Reciclo de lodos
Efluente
VAfluente
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Lodo Activos
Hay muchas variantes de un sistema de Lodos Activos:
Convencional (largo : ancho = 10 : 1)
Mezcla Completa Alimentación escalonada
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Lodo Activos Contacto y estabilización Aireación prolongada Zanjas de oxidación Deep Shaft
INFLUENTE ROTOR
Trapezoidal
EFLUENTE
Purga Lodos
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Lodos Activos
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Lodos Activos
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Lodos Activos
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Esquema de un Lodo Activo
TanqueOxidación
SedimentadorSecundario
Purgade Lodo
Reciclo
Efluente
V Q+a Q.X,S
QsXsS
Qp Xr
S
a Q.Xr.
S
Q,S0
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• Estado estacionario• Temperatura y propiedades del fluido constantes• Depuración en el sedimentador secundario
despreciable
• depende de s de acuerdo a Monod• Yx/s es constante• Concentración celular (biomasa activa) se expresa
como SSV• Concentración de sustrato limitante se expresa
como DBO o DQO
SKS
sM
CONSIDERACIONES DEL DISEÑO Y OPERACIÓN
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Balance de masa al sistema
Acumulación = Entrada - salida + generación neta
( ) 0=VXk-μ +XQXQ=dtdX
V dppss ··-·-
0
( )dppss k-μ VX=XQ+XQ ···
Kd: coeficiente de descomposición endógena
Ec1
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Tiempo de residencia de lodos (c)
Biomasa en reactorc= Velocidad generación neta biomasa
( ) ddc k-μ
1=k-μ VX
VX=θ
··
Ec 2
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De Ec. 1 y 2:
rpssc XQ+XQ
VX=θ
···
En estado estacionario la velocidad neta de generación de biomasa es
igual a la velocidad de purga de biomasa
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Balance de biomasa al tanque de oxidación
Acumulación = Entrada - salida + generación neta
( ) ( ) 0=VXk-μ +XQα+QXQα=dtdX
V dr ··-··
Ec3
XX
X
r
c
a1
: TRH: Tiempo de Residencia Hidráulico
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Balance de sustrato al tanque de oxidación
Acumulación = Entrada - salida - consumo
Ec 4
( ) 0=YVXμ
SQα+Q-SQα+S·Q=dtdS
VS
X0
··- ···
( )S
X0 Y
VXμ=SSQ
··-
( )V·X
SSYQ=μ
0S
X -·
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Reemplazando Ec 4 en Ec 2:
( )d
0S
X
dc
kVX
SSYQ=k-μ=θ
1-
·
-
Rearreglando:
( )( )cd
SX0c
θk+1θ
YSSθ=X
·
·-
( )( )cd
SX0c
θk+1X
QYSSθ=V
·
·-
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Valores típicos de constante cinéticas para lodos activados en el
caso de aguas residuales domésticas a 20ºC
k=M/YX/S
Constante Unidades
Valor
Intervalo Típico
K d-1 2 – 10 5
Ks mg DBO5/L 25 – 100 60
Ks mg DQO/L 15 – 70 40
Yx/s mg SSV/mg DBO5 0,4 – 0,8 0,6
kD d-1 0,025 – 0,075 0,06
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Parámetros de Operación
XVSQ
=ismosMicroorganlimentoA
=MF 0
··
Carga volumétrica aplicada (CV):
VSQ
=CV 0·
F/M:
1. Criterios de carga:
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Parámetros de Operación (cont.)
2. Tiempo de Residencia Celular,Өc: Se define como el cuociente entre la biomasa en el tanque y la velocidad de generación de biomasa. Su valor oscila entre los 3 y 14 días.
3. Rendimiento de Producción de lodos, Yx/s:
Se define como el cuociente entre la velocidad de producción de lodos y la velocidad de remoción de DBO. Este valor se sitúa entre 0.3 y 0.9
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4. SedimentabilidadIVL: Índice volumétrico de lodos: Corresponde al volumen de 1 g de materia seca (MS) del lodo activado luego de 30 minutos de sedimentación. (mL/g)
1000MSVIVL lodos
V lodos: volumen de lodos producidos en 1L de muestra a los 30 min, mLMS: masa de sólidos suspendidos totales de la muestra, mg.
Parámetros de Operación (cont.)
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Calidad lodos (IVL)
Excelente : 50Buena : 50-100Razonable : 100-150Mala : >150
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Fango voluminoso (bulking)
CausasCrecimiento de organismos filamentososBaja contenido de oxígeno disuelto (típico2
mg/L)Deficiencia de nutrientes (N o P)Bajos F/M (org. Filamentosos)Altos F/M (flóculos dispersos pequeños)pH<6,5
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5. Requerimientos ambientales (m.o. aerobios)Parámetro ValorpH 6,5 a 8,5Temperatura 10 a 30 ºC
(típico 20ºC)DBO5/N/P 100/5/1Conc. mínima deoxígeno
2 mg/L
T>35ºC se produce deterioro de los flóculos
Parámetros de Operación (cont.)
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Efecto de la temperatura
2020
TT rr
rT : Velocidad de reacción a T ºC
r20 : Velocidad de reacción a 20ºC
: Coeficiente de actividad-temperatura (Típico para lodos activados: 1,04)
T : Temperatura, ºC
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Transferencia de Oxígeno
Existen diversas formas de realizar la airea- ción, incrementándose la eficiencia mediante la utilización de oxígeno en vez de aire.
Para calcular el requerimiento de oxígeno, una de las relaciones más usadas es la fórmula de Eckenfelder:
DO2 = K1 * DBO + K2 * SST
donde DO2 es la demanda de oxígeno y K1 y K2 son constantes cuyos valores comunes son 0.53 y 0.15
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Requerimientos de oxígeno
Requerimiento
de oxígeno
Flujo másico de DQO utilizado
Flujo másico transformado en biomasa
-=
rpOA XQYSSQN 20
YO2: 1,42 kg O2/kg SSV
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Requerimientos de oxígeno
Requerimiento
de oxígeno
Flujo másico de DBO utilizado (DBOu)
Flujo másico transformado en biomasa
-=
rpOA XQYSSQN 20
DBO5 = 0,68 DBOu
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Requerimientos de oxígeno
SSQkgDBOkgON A 052 /5,2
Otros:
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s
Tst
CCC
NEOTEO )20(
2
2
a
EO2T: Eficiencia de transferencia de oxígeno en terrenoEO2N: Eficiencia de transferencia de oxígeno en condiciones normales (20ªC, 1 atm)a: Razón entre el KLA de aguas servidas y el de agua limpia: Razón entre concentración de saturación de oxígeno para agua residual y limpiaCst: Concentración de oxígeno saturado en condiciones de terrenoC: Concentración de oxígeno deseada en el agua: Coeficiente de correción por temperatura, 1,024Cs: Concentración de oxígeno saturado en condiciones normales (20ºC , 1 atm)T: Temperatura agua resdual, ºC
Otros (cont.):
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Valores de a:Difusores burbuja gruesa: 0,4 – 0,8Difusores de burbuja fina: 0,4 – 0,9
Valores de :Rango: 0,7 – 0,98Típico para aguas residuales: 0,95
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EO2N: EO2N = *H
: % transferencia de oxígeno de cada difusor/m.c.a.
H : altura reactor
m.c.a. =m de columna de agua
Eficiencia de Transferencia de Oxígeno
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EFICIENCIA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO DIFUSOR FLEXDISC - ENVIROQUIP
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
0 1 2 3 4 5 6
CAUDAL DE AIRE, Nm3/h
TR
AN
SFE
RE
NC
IA D
E
OX
IGE
NO
, %/m
.c.a
.
m.c.a. =m de columna de agua
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Caudal total de aire
TEOairemkgairekgairekgONQ A
aire2
32 )/(205,1)/(232,0
100
Nº difusores = caudal aire requerido / caudal difusor
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Parámetros típicos de lodos activados
Modalidad c ,d F/MKg DBO5Aplicada/kgSSVLM· d
CargavolumétricaKg DBO5aplicada/m3· d
SSVLM, mg/L , h a
Convecional 5-15 0,2-0,4 0,32-0,64 1.500-3.000 4-8 0,25-0,75Mezclacompleta
5-15 0,2-0,6 0,8-1,92 2.500-4.000 3-5 0,25-1
Aireaciónextendida
20-30 0,05-0,15 0,16-0,40 3.000-6.000 18-36 0,5-1,5
Alimentaciónescalonada
5-15 0,2-0,4 0,64-0,96 2.000-3.500 3-5 0,25-0,75
Aireación dealta carga
5-10 0,4-1,5 1,6 4.000-10.000 2-4 1-5
Oxígeno puro 3-10 0,25-1 1,6-3,2 2.000-5.000 1-3 0,25-0,5Nitrificaciónde etapaúnica
8-20 0,1-0,25(0,05-0,2)a
0,08-0,32 2.000-3.000 6-15 0,5-1,5
Nitrificaciónen etapasseparadas
15-100 0,05-0,2(0,04-0,15)a
0,05-0,14 2.000-3.500 3-6 0,5-2
c: tiempo retención de lodos; : TRH, a: factor de recirculacióna:kg NKTaplicada/SSVLM·d; NKT: Nitrógeno Kjeldahl total
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REACTOR DISCONTINUO SECUENCIAL (para la eliminación de
C)
LlenadoAfluente
Degradaciónbiológica
DecantaciónVaciadoefluente
Purga lodos(Opcional)
AireAire
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REACTOR DISCONTINUO SECUENCIAL
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LAGUNAS
AEROBIAS
AIREADAS
FACULTATIVAS
ANAEROBIAS
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LAGUNAS
Parámetro Aerobia Aireada Facultativa
Anaerobia
Profundidad (m) 0.18 – 0.3 1.6 – 4.5 0.6 – 1.5 2.4 – 3.0
TRH (días) 2 – 6 2 -10 7 – 30 30 – 50
Carga DBO (kg/Há/d) 100 – 225 - 22 – 56 336 – 790
Remoción DBO (%) 80 – 95 85 – 99 75 – 85 50 – 70
Algas (mg(L) 100 0 10 - 50 0
PARÁMETROS DE DISEÑO DE LAS LAGUNAS
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LAGUNA FACULTATIVA
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FILTROS PERCOLADORES
Llamados filtros aerobios, filtros percoladores o biofiltros. En realidad son reactores de lecho fijo con la masa
microbiana inmovilizada sobre la superficie de un soporte sólido, generalmente piedras.
Se piensa erróneamente que la depuración se debe a un proceso de filtración y no por una transformación biológica.
El problema es que se operan a velocidades de dilución mayores a las adecuadas, obteniendo eficiencias de depuración menores.
El agua es alimentada por goteo o por aspersión sobre el lecho, el cual no está inundado por lo que se requiere aireación adicional.
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
El tamaño de los orificios debe ser tal que evite la filtración.
La masa microbiana (bacterias principalmente, hongos algas y protozoos), se adhiere a la superficie del soporte.
Luego del biofiltro es necesario un sedimentador, para la masa microbiana que se desprende del soporte.
Si el reactor tiene una altura superior a los 3 m, se producen problemas estructurales al usar piedras comunes.
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
FBC FAC Carga Hidráulica 1 - 4.5 x 103 10 - 4.5 x 103 (m3/día)
Carga orgánica 1 - 3.3 3.3 - 16.5 (Kg DBO/m3 día)
Altura (m) 1.8 - 3.0 1 - 2.5
Recirculación 1:1 - 4:1
Insectos alto bajo
Desprendimiento esporádico permanente y cte. de lodos
Operación sencilla más compleja
Para nitrificación muy nitrificante alta nitrificación si (s/amonio) la carga es pequeña
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FILTROS PERCOLADORES (cont.)
Los de alta carga pueden ser: Una Fase Sedim. 1io. Filtro Sedim. 2io. Dos Fases S1 F1 F2 S2
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CONTACTORES BIOLÓGICOSO BIODISCOS
Consiste en una serie de discos circulares situados sobre un eje, a corta distancia unos de otros.
Están parcialmente sumergidos en el agua
residual y giran lentamente en el seno de la misma
Los m.o. se adhieren a la superficie de los
discos La rotación de los discos permite a los m.o.
estar en contacto con la materia orgánica, cuando están sumergidos, y con el aire
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La rotación también permite eliminar el exceso de m.o. por los esfuerzos cortantes que se originan, manteniéndose en suspensión los sólidos arrastrados. Así, son transportados desde el reactor hasta el sedimentador secundario La gran cantidad de m.o. adheridos permite resistir mejor las sobrecargas hidráulicas y orgánicas.
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CONTACTORES BIOLÓGICOSO BIODISCOS (cont.)
Esquema típico de RBCs para el tratamiento secundario
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Flujo paralelo al eje
Flujo perpendicular al eje
Alimentación escalonada
Alimentación graduada