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Depuracion para principiantes IX-I: Tratamiento Imhoff-biodiscos

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Sobre el blog

Jorge Chamorro
Ingeniero especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación.
  • Depuracion principiantes IX-I: Tratamiento Imhoff-biodiscos

La depuración por biodiscos es una tecnología de bajo coste muy adecuada para poblaciones pequeñas o medianas (< 50.000 habitantes)

Tradicionalmente, una planta con biodiscos está formada por:

  • Fosas Imhoff
  • Biodiscos
  • 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: estabecer 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 pluviales a tratar en tratamiento primario

2) Carga contaminante

  • DQO del agua bruta (ppm0mg/l0gr/m3)
  • DBO5 del agua bruta (ppm)
  • SS del agua bruta (ppm)

Segundo: definir los parámetros de diseño

Las fosas Imhoff tienen por objeto retirar los sólidos en suspensión decantables y estabilizarlos.

Los parámetros de diseño para las fosas imhof son:

1) Zona decantación:

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

2) Zona estabilización:

Que responden a la siguiente expresión:

Donde:

  • Qf es el caudal de fangos estabilizados en m3/d
  • V es el volumen de la zona de almacenamiento de fangos de la fosa Imhoff en m3

Los biodiscos tienen por objeto reducir las DBO5 y los sólidos en estado coloidal.

Los parámetros de diseño para los biodiscos son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/d
  • DBO5 es la DBO5 de entrada al proceso en ppm = mg/l = gr/m3
  • S es la superficie del biodisco en m2

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

Los parámetros de diseño para la decantación para fangos procedentes de un biodiscos 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 las instalaciones y equipos

Para el diseño de las fosas imhoff se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir los parámetros de diseño

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

  • Rendimiento de SS : 60-75 %

3) Calcular la producción de fangos biológicos en base a:

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:

Donde:

  • r es la relación entre los SS de entrada (ppm) y la DBO5 de entrada (ppm), ambos al proceso biológico de biodiscos

4) Calcular la producción de fangos estabilizados en base a :

  • Rendimiento de SS : 60-75 %
  • Materia volátil fangos: 70-80 %
  • Reducción materia volátil: 45 %

5) Definir el volumen ocupado por el fangos en base a:

  • Concentración media: 4 %

6) Calcular el volumen de la zona de almacenamiento de fangos

7) Definir el número de unidades a instalar: mínimo dos unidades

8) Calcular las dimensiones en planta atendiendo a:

  • Altura: 3,0 m < h < 6 m
  • Relación Longitud/ancho: 3 < l/a < 5
  • Longitud < 60 m

9) Calcular las dimensiones de los decantadores en base a:

a. Longitud de la decantación: igual que la longitud de la zona de almacenamiento de fangos

b. Altura recta:

  • Un solo decantador por Imhoff: 1,5 metros
  • Dos decantadores por Imhoff: 2 m

c. Anchura de los decantadores:

  • Un solo decantador por Imhoff:
  • ii. Dos decantadores por Imhoff: 

Donde:

  • a es el ancho del decantador en m
  • A es el ancho de la zona de almacenamiento de fangos en m

10) Verificar que la decantación cumple con los parámetros de diseño Si no se cumple rehacer el cálculo disminuyendo la altura adoptada en la zona de almacenamiento de fangos

11) Calcular la producción de biogás en base a:

  • Producción: 900 l/kg MV abatida
  • PCI (poder calorífico inferior) del biogás: 5.000 kcal/Nm3
  • PEI (poder energético inferior) del biogás: 5,81 kW/Nm3
  • Capacidad de quemador : dos veces la producción horaria

12) Definir las bombas de fangos, en base a :

  • Horas de funcionamiento: 7-15 h
  • Concentración de la purga: 4 %

13) Calcular la calidad del agua de salida en base a:

  • Rendimiento SS: 60-75 %
  • Rendimiento DQO: 30 %
  • Rendimiento DBO5: 30 %
  • Rendimiento NTK: 10 %
  • e. Rendimiento P: 5 %

Para el diseño de los biodiscos sin reducción de nutrientes se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Establecer el parámetro de diseño: carga orgánica en función de la temperatura

2) Calcular la superficie necesaria de acuerdo a la expresión

3) Definir el número de unidades y la superficie unitaria en base a:

  • Número mínimo de unidades: 2 ud
  • Superficie máxima adoptada por biodisco: 12.000 m2

4) Calcular el bombeo de recirculación

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

1) Determinar los caudales de diseño

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 la altura adoptando (mínimo 3 metros)

5) Calcular el volumen mínimo de cada unidad

6) Calcular el bombeo de fangos, en base a :

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

7) Definir la calidad del agua de salida del tratamiento secundario en base a:

  • Rendimiento de SS : 90 %
  • Rendimiento de DQO : 80-90 %
  • Rendimiento de DBO5 : 85-92 %
  • Rendimiento de NTK: 80 %
  • Rendimiento de P : 50-60 %

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 de un sistema de captación del biogás generado en las fosas Imhoff.
  3. Disponer, de una recirculación de agua desde la salida de los decantadores secundarios a cabecera de los biodiscos.
  4. Disponer de un sistema de aporte de aire en las cubas de os biodiscos. (El uso de energía solar o el aprovechamiento del biogás generado se deben de analizar)

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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