Depuración para principiantes V-1: Tratamiento biológico con lechos bacterianos (percoladores)

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Sobre el blog

Jorge Chamorro
Ingeniero especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación.
iResiduo
  • Depuración principiantes V-1: Tratamiento biológico lechos bacterianos (percoladores)

El tratamiento secundario o biológico mediante lechos bacterianos de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) es el responsable de reducir la carga contaminante orgánica que se encuentra en estado coloidal o disuelto.

El tratamiento secundario biológico por lecho bacteriano está formado por:

  • Lechos bacterianos (percoladores) de medias 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:

  • 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)
  • Carga contaminante de entrada al proceso
    • 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 lechos bacterianos de media carga.

Los parámetros de diseño, para un lecho bacteriano (percolador) de media carga, son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • CO es la carga orgánica aplicada en kg de DBO5 de entrada por día y por metro cúbico de lecho
  • Qd es el caudal medio diario en m3/d
  • DBO5e es la DBO de entrada al proceso en ppm=mg/l= gr/m3
  • DBO5s es la DBO de salida del proceso en ppm=mg/l= gr/m3
  • r es la recirculación externa en tanto por ciento
  • V es el volumen del lecho bacteriano en m3
  • Q es el caudal circulante en m3/h
  • Qm es el caudal medio en m3/h
  • S es la superficie en planta, en m2, del lecho bacteriano

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

Los parámetros de diseño para la decantación de un proceso de fangos activos de media carga 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

Tercero: Diseñar ñas instalaciones y equipos

Para el diseño de los lechos bacterianos de media carga se deben de seguir los siguientes pasos:

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

2) Definir la carga orgánica de trabajo

3) Calcular la recirculación necesaria, en base a :

  • Recirculación mínima: 100 %
  • DBO5 de entra al lecho < 150 ppm según la fórmula: 
4) Calcular las cargas de DBO5 de entrada a lechos, según la fórmula:

5) Definir el material soporte

6) Calcular el volumen de los lecho de acuerdo a la expresión:

7) Definir la altura de los lechos en función del material soporte:

  • Plástico: 4,0 < h < 10,0 m
  • Pétreo: h < 3,0 m

8) Calcular el número de unidades a instalar y las dimensiones unitarias en planta, recomendable diámetros menores de 40 metros

9) Calcular el volumen mínimo de cada unidad

10) Verificar las cargas hidráulicas

11) En caso de no cumplir recalcular la altura adoptada

12) Calcular la superficie de los huecos para aireación natural en base a:

  • 5 % de la superficie de lecho para relleno de piedra
  • 10 % de la superficie de lecho para relleno plástico

13) Calcular el bombeo de alimentación

14) Calcular el bombeo de recirculación adoptando como caudal de diseño el caudal punta para asegurar el funcionamiento en serie o paralelo de los lechos bacterianos.

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

1) Determinar los caudales de diseño teniendo en cuenta que las recirculaciones externas en los lechos bacterianos son de agua.

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 en base a 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

Donde:

  • r: Relación entre los SS de entrada al proceso y la DBO5 de entrada al proceso

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

  • Horas de funcionamiento: 12-24 h
  • Concentración de la purga: 1,0 (%)-2,0 (%)

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

  • Rendimiento de SS : 90 %
  • Rendimiento de DQO : 80-90 %
  • Rendimiento de DBO5 : 85-92 %
  • Rendimiento de NTK: 15-25 %
  • Rendimiento de P : 15-25 %

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. Si se necesitan más de dos unidades instalar siempre un número para de lechos para facilitar su funcionamiento en serie o paralelo
  3. Independizar el bombeo de alimentación del bombeo de recirculación
  4. No mezclar la salida de los lechos bacterianos
  5. Dejar huecos en la pared para poder aportar, en el futuro, aire forzado
  6. Estudiar la implantación de las unidades para permitir instalar, en el futuro y si se precisa la reducción de nutrientes, instalar zonas anóxicas.

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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