Depuración para principiantes IV-3: Tratamiento primario con fangos activos

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Sobre el blog

Jorge Chamorro
Ingeniero especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación.
  • Depuración principiantes IV-3: Tratamiento primario fangos activos

El tratamiento primario biológico de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) es el responsable de reducir la carga contaminante que se encuentra en suspensión o coloidal.

El tratamiento primario biológico esta formado formada por:

  • Biológico de alta carga
  • Decantación

Para el diseño de estas instalaciones, es conveniente seguir los siguientes pasos:

  1. Establecer los datos de diseño
  2. Definir los parámetros de diseño
  3. Diseñar las instalaciones y equipos
  4. Verificar los parámetros de funcionamiento.

PRIMERO: ESTABLECER LOS DATOS DE DISEÑO

Los datos de diseño que se necesitan son tanto hidráulicos como de carga contaminante:

1) Hidráulicos:
  • Caudal medio de aguas residuales (m3/h)
  • Caudal punta (m3/h) como caudal máximo de aguas residuales que llegan por el colector
  • Caudal máximo (m3/h) como caudal máximo de aguas que llegan por el colector en los periodos de lluvia y que se verán sometidas a un tratamiento primario por exigencias legales (Plan Hidrológico de Cuenca –PHC)
2) Carga contaminante
  • DQO del agua bruta (ppm)
  • DBO5 del agua bruta (ppm)
  • SS del agua bruta (ppm)

SEGUNDO: DEFINIR LOS PARÁMETROS DE DISEÑO

El tratamiento biológico tiene por objeto aumentar los rendimientos del tratamiento primario mediante un proceso de fangos activos de alta carga.

Los parámetros de diseño, para un biológico de alta carga, son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Θ es la edad del fango en días
  • V es el volumen de la balsas biológica en m3
  • MLSS es la concentración del licor mezcla en ppm
  • Pf es la producción de fangos generados en el proceso biológico en kg/d.

La producción de fangos (Pf) se obtiene de la expresión:

Donde:

  • Qm es el caudal medio diario en m3/día
  • DBO5e es la DBO5 de entrada al proceso en ppm
  • DBO5s es la DBO5 de salida del proceso en ppm
  • ζ es la tasa de producción de fangos expresada como kg de sólidos en suspensión formados por kg de DBO5 eliminada.

Con ζ calculado según la expresión:

Donde:

  • r es la relación entre los SS de entrada (ppm) y la DBO5 de entrada (ppm), ambos al proceso
  • Θ es la edad del fango en días

La decantación tiene por objeto retirar los sólidos en suspensión generados en el proceso biológico de alta carga.

Los parámetros de diseño para la decantación convencional son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/h
  • S es la superficie en planta, en m2, del decantador
  • V es el volumen del decantador en m3

Los decantadores lamelares no son recomendables para su ubicación después de un proceso biológico de fangos activos, pero si se pueden utilizar como decantadores de pluviales, con los siguientes parámetros de diseño:

TERCERO: DISEÑAR LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS

Para el diseño de las balsas de alta carga se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir los caudales y cargas de entrada

2) Establecer el rendimiento de la DBO5 deseado y calcular la DBO5 de salida

3) Adoptar parámetros de diseño:

  • MLSS: Aconsejable 2.500 ppm
  • Edad del fango en función del rendimiento esperad de acuerdo con la tabla:

4) Calcular la producción de fangos

5) Calcular el volumen de las balsas biológicas de acuerdo a la expresión:

6) Definir la altura de las balsas biológicas en función del sistema de aireación:

  • Aireadores superficiales o de burbuja gruesa: 4 metros
  • Burbuja fina: 5-7 m

7) Calcular el número de unidades a instalar y las dimensiones unitarias en planta, recomendable:

  • Relación largo ancho: a=l
  • a < φ decantador primario

8) Calcular el volumen mínimo de cada unidad

9) Calcular las necesidades de oxígeno en condiciones estándar, atendiendo a :

  • Necesidades de O2 medias: 0,5 kgO2/kgDBO5abatida
  • Coeficiente punta de la carga de DBO5: 1,5-2

10) Calcular las necesidades de oxígeno en condiciones reales. El cálculo de este apartado depende del sistema de aireación, de la altura de la lámina de agua, de la temperatura del agua, etc.. Como simplificación podemos adoptar los siguientes coeficientes sobre las condiciones estandar:

  • Aireación superficial o burbuja gruesa: 1,25-1,5
  • Burbuja fina: 1,5-2,0

11) Calcular la potencia del sistema de aireación en base a:

  • Aireación superficial o burbuja gruesa: 1,5-1,8 kgO2/kw
  • Burbuja fina: 2-3 kgO2/kw

12) Definir el número de equipos de aireación:

  • Aireación superficial o burbuja gruesa: Potencia máxima 75 kw
  • Burbuja fina: N+1 donde N: número de balsas biológicas

Para el diseño del decantador se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Calcular la superficie mínima necesaria en planta

2) Calcular el número de unidades a instalar y las dimensiones unitarias en planta, respetando:

  • a < l < 3 * a (a: ancho; l: largo)
  • l < 60 m
  • φ < 60 m (φ: diámetro)

3) Definir la altura recta en vertedero respetando una altura máxima de 4,0 metros

4) Calcular el volumen unitario

5) Si la altura necesaria supera la altura máxima redefinir las dimensiones en planta

6) Redefinir las dimensiones en planta si es necesario

7) Calcular el caudal de recirculación en base a :

  • Concentración de la purga: 0,5-1,5 %
  • Coeficiente de mayoración: 1-2

8) Definir las bombas de recirculación

9) Definir las bombas de fangos primarios, en base a :

  • Horas de funcionamiento: 12-24 h
  • Concentración de la purga: 1-2 %

10) Definir la calidad del agua de salida del tratamiento primario en base a:

  • Rendimiento de SS : 75-85 %
  • Rendimiento de DQO : 50-80 %
  • Rendimiento de DBO5 : 50-80 %
  • Rendimiento de NTK: 5-15 %
  • Rendimiento de P : 5-15 %
Para el diseño del decantador de pluviales se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir los caudales de diseño, generalmente se diseña para la diferencia entre el caudal máximo y el punta.

2) Calcular la superficie mínima necesaria en planta

3) Calcular el número de unidades a instalar y las dimensiones unitarias en planta, respetando:

  • a < l < 3 * a (a: ancho; l: largo)
  • l < 60 m
  • φ < 60 m (φ: diámetro)

4) Calcular el volumen mínimo de cada unidad

5) Definir la altura recta en vertedero respetando una altura máxima de 4,0 metros

6) Calcular el volumen unitario

7) Si la altura necesaria supera la altura máxima redefinir las dimensiones en planta

8) Redefinir las dimensiones en planta si es necesario

9) Calcular la producción de fangos primarios en base a :

  • Horas de lluvia en base a Estudio de pluviometría
  • Valor recomendable: 4 horas/día
  • Rendimiento de SS : 50-75 %

10) Definir las bombas de fangos primarios, en base a :

  • Horas de funcionamiento: a determinar en función del caudal de las bombas de fangos primarios
  • Concentración de la purga: 1-2 %

11) Definir la calidad del agua de salida a cauce receptor en base a:

  • Rendimiento de SS : 50-75 %
  • Rendimiento de DQO : 25-35 %
  • Rendimiento de DBO5 : 25-35 %
  • Rendimiento de NTK: 5-10 %
  • Rendimiento de P : 5-10 %

CUARTO: VERIFICAR LOS PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO

Con las dimensiones definidas, verificar, para cada una de las instalaciones que se cumplen los parámetros de diseño.

RECOMENDACIONES

Para un buen diseño de las instalaciones, se recomienda tener en cuenta las siguientes observaciones:

  1. Realizar el reparto a las diferentes unidades mediante vertedero
  2. Disponer, en la arqueta de reparto, de un by-pass al tratamiento secundario para poder aportar aguas brutas directamente al tratamiento biológico para procesos de desnitrificación.

En un próximo blog presentaré un ejemplo.

NOTA FINAL: Las imágenes que presentan este blog son gentileza de fabricantes de equipos. En ningún momento suponen un aval o conformidad con lo recogido en el blog, que es de total responsabilidad del autor del mismo.

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