Depuración para principiantes V-2: Tratamiento biológico 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 V-2: Tratamiento biológico fangos activos

El tratamiento secundario o biológico por fangos activos 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 fangos activos está formada por:

  • Biológico 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
• Carga contaminante de entrada al proceso
  • DQO del agua decantada (ppm)
  • DBO5 del agua decantada (ppm)
  • SS del agua decantada (ppm)

Segundo: Definir los parámetros de diseño

Los parámetros de diseño, para un biológico de media 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

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 las instalaciones y equipos

  • Para el diseño de las balsas biológicas 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) Adoptar parámetros de diseño:

  • MLSS: Aconsejable 3.500 ppm
  • Edad del fango en función del rendimiento esperad de acuerdo con la tabla:

3) Calcular la producción de fangos

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

5) 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

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

  • Relación largo ancho: l = múltiplo de (a) = α * a
  • a < φ decantador secundario

7) Calcular el volumen mínimo de cada unidad

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

  • Para abatir DBO5: 0,6 kgO2/kgDBO5abatida
  • Para mantener MLSSV: 0,1 kgO2/kgMLSSV/dia (MLSSV= 0,75-0,85* MLSS)
  • Coeficiente punta de la carga de DBO5: 1,5-2

9) 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

10) 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

11) 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
12) Definir el sistema de agitación para las zonas polivalentes en base a:
  • Ratio de agitación: 10 w/m3
  • Número mínimo de agitadores por zona: 2 ud.

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: (1,7-2,0) * MLSS
  • Coeficiente de mayoración: 1-1,5

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

  • Horas de funcionamiento: 12-24 h
  • Concentración de la purga: (1,7-2,0) * MLSS

9) Definir la calidad del agua de salida del tratamiento biológico:

  • 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. Disponer de una zona polivalente (anaerobia-óxica) en cabecera del tratamiento biológico para que, en caso de necesidad, el operador la pueda utilizar como selector de microorganismos o para reducir la carga de fósforo
  3. No mezclar la salida de las balsas biológicas
  4. No mezclar las recirculaciones externas
  5. Estudiar la implantación de las unidades para permitir ampliaciones futuras en las balsas biológicas por si se necesita, en el futuro, reducir nutrientes.

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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