ISA454 - Facultad de Ingeniería

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE Ingeniería SANITARIA Y AMBIENTAL
APROBADO EN EL CONSEJO DE
FACULTAD DE INGENIERÍA
ACTA
DEL 13 DE MAYO DE
2008 NRO 1725.
PROGRAMA DE PROCESOS BIOLÓGICOS
El presente formato tiene la finalidad de unificar la presentación de los programas
correspondientes a los cursos ofrecidos por el Departamento de Ingeniería Sanitaria y
Ambiental
NOMBRE DE LA MATERIA
PROFESOR
OFICINA
HORARIO DE CLASE
HORARIO DE ATENCION
Procesos Biológicos
Miguel Eduardo Ayala Mendoza
Cátedra
W-V 18 a 20
NA
Nota 1:
Nota 2:
INFORMACION GENERAL
Código de la materia
Semestre
Área
Horas teóricas semanales
Horas teóricas semestrales
No. de Créditos
Horas de clase por semestre
Campo de formación
Validable
Habilitable
Clasificable
Requisitos
ISA454
8
Tratamiento de aguas
4
64
4
32
Aplicadas de Ingeniería
Si
Si
Si
ISA 404 Procesos Fisicoquímicos para el tratamiento
del agua
Correquisitos
No
Programa a los cuales se ofrece la Ingeniería Sanitaria
materia
1
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INFORMACION COMPLEMENTARIA
Propósito del curso:
Presentar los elementos básicos conceptuales y las bases de
diseño para la comprensión y entendimiento de los procesos
biológicos aplicados en el control de la contaminación.
Justificación:
Las exigencias cada vez mas crecientes en cuanto las
características de tratamiento de aguas residuales, obligan a
que el ingeniero especialista en el manejo de plantas de
tratamiento de aguas, domine las opciones tecnológicas en las
cuales los procesos biológicos son una alternativa de muy alta
aplicación en búsqueda de soluciones de tratamiento.
Presentar los principales fundamentos físicos, químicos y
biológicos que influyen sobre la aplicación de los procesos
biológicos en sistemas de tratamiento de las aguas residuales.
Objetivo General:
Objetivos Específicos:





Contenido resumido






Desarrollar los principios de termodinámica y
estequiometría de las reacciones bioquímicas.
Presentar nociones de la cinética de reactores y balances
de masa y energía.
Desarrollar en los estudiantes la comprensión de
fundamentos biológicos y la construcción y comprensión de
balances de masa y energía, para entender y desarrollar
los modelos matemáticos que describen la cinética de los
procesos biológicos.
Presentar los modelos matemáticos que describen el
comportamiento de los siguientes sistemas: lodos
activados; filtros percoladores; procesos anaerobios de
manto de lodos; filtro anaerobio; y lagunas de
estabilización.
Que el estudiante comprenda los fundamentos para
calcular la producción y características de los lodos
resultantes de los procesos biológicos
Metabolismo bacterial y usos de la energía. Estequiometría.
Crecimiento.
Cinética de reacciones y tipos de reactores. Balances de
masa y energía.
Modelo matemático de los Lodos Activados. Cinética y
modelación del proceso.
Filtros percoladores. Descripción y Modelos de simulación
del proceso.
Lagunas de estabilización. Tipos. Descripción. Modelos de
simulación. Aplicaciones.
Microbiología y Bioquímica
UNIDADES DETALLADAS
2
Unidad No. 1
Tema(s) a desarrollar
Metabolismo bacterial y usos de la energía.
Estequiometría
Subtemas





Introducción. Descripción del contenido del curso
su relación con el plan de estudios y su
importancia. Metodología. Bibliografía y
Evaluación.
Introducción a los conceptos fundamentales del
metabolismo bacterial. Transporte de energía.
Usos de la energía.
Medición de la energía en la evaluación y
cuantificación de los procesos biológicos. Usos
de la energía. Composición de la célula y fórmula
empírica de la biomasa.
Consumo de oxígeno en procesos aerobios:
oxidación, nitrificación, respiración endógena.
Condiciones ambientales del crecimiento
biológico.
Métodos de cuantificación de los conceptos de
metabolismo.
No. de semanas que se le
3
dedicarán a esta unidad
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

Orozco J. A. Y Salazar A. A. “Tratamiento biológico de aguas residuales“, CESET.
Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Universidad de Antioquia,1985.

Metcalf & Eddy, Tchobanoglous G., “Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and
Reuse” 2ª . Edición. McGraw – Hill, 1991.

Romero Rojas, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial Escuela Colombiana
de Ingeniería, 2002
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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL
Página 3
Unidad No. 2
Tema(s) a desarrollar
Cinética de reacciones y tipos de reactores.
Balances de masa y energía
Subtemas



Conceptos de cinética de reacciones:
definiciones, orden de reacción, ensayos para
determinar orden de reacción.
Balances de masa. Aplicaciones de los conceptos
de balance de masa y cinética de primer orden a
reactores de mezcla completa: condiciones
estado estable e inestable.
Tipos de reactores utilizados para la aplicación de
procesos. Tipos de régimen hidráulico.
3
Caracterización de flujos con rastreadores.
 Modelación matemática de los diferentes
regímenes hidráulicos. Ejemplos numéricos.
No. de semanas que se le
2
dedicarán a esta unidad
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:
Ramalho, Rubens S, Tratamiento de águas residuales., España : Reverte, 1996,
reimp.2003
Metcalf & Eddy, Tchobanoglous G., “Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and
Reuse” 2ª . Edición. McGraw – Hill, 1991.
Romero Rojas, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial Escuela Colombiana de
Ingeniería, 2002
Eckenfelder W. W. Jr, “Principles of Water Quality Management” CBJ. Publishing Company
1980
Unidad No. 3
Tema(s) a desarrollar
Modelo matemático de los Lodos Activados.
Cinética y modelación del proceso
Subtemas







Tipos de reactores utilizados para la aplicación de
procesos. Tipos de régimen hidráulico.
Caracterización de flujos con rastreadores.
Modelación matemática de los diferentes
regímenes hidráulicos. Ejemplos numéricos.
Clasificación de los diferentes procesos
biológicos utilizados en tratamiento de aguas
residuales. Lodos activados: descripción del
sistema, cinética de Lawrenze y McCarty,
definición de variables del modelo de cinética,
coeficientes biocinéticos.
Modelación matemática de los lodos activados:
mezcla completa solamente, mezcla completa
con recirculación.
Sistema mezcla completa con recirculación:
producción de lodos, recirculación, consumo de
oxígeno.
Conceptos básicos de la nitrificación y la
desnitrificación. Balance de masa endógena,
Balance de masa inerte. Determinación de los
coeficientes biocinéticos.
Sistema de lodos activados con flujo pistón y
recirculación. Ejemplos numéricos.
No. de semanas que se le
3
dedicarán a esta
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

Orozco J. A. Y Salazar A. A. “Tratamiento biológico de aguas residuales“, CESET.
Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Universidad de Antioquia,1985.

Metcalf & Eddy, Tchobanoglous G., “Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and
4
Reuse” 2ª . Edición. McGraw – Hill, 1991.

Romero Rojas, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial Escuela Colombiana
de Ingeniería, 2002

Ramalho, Rubens S, Tratamiento de águas residuales., España : Reverte, 1996,
reimp.2003
Unidad No. 4
Tema(s) a desarrollar
Filtros percoladores. Descripción y Modelos de
simulación del proceso
Subtemas

Filtros percoladores: descripción, aplicaciones,
diagramas de flujo.

Modelos matemáticos de simulación de remoción
de la DBO en filtros percoladores: modelos de la
NCR, modelo de Eckenfelder. Determinaciones
de coeficientes del modelo de Eckenfelder.

Aplicaciones. Ejemplos numéricos
No. de semanas que se le
1
dedicarán a esta
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:


Metcalf & Eddy, Tchobanoglous G., “Wastewater Engineering: Treatment, Disposal
and Reuse” 2ª . Edición. McGraw – Hill, 1991.
Romero Rojas, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial Escuela
Colombiana de Ingeniería, 2002
Unidad No. 5
Tema(s) a desarrollar
Lagunas de estabilización. Tipos. Descripción.
Modelos de simulación. Aplicaciones
Subtemas

Lagunas de estabilización: tipos de lagunas
utilizadas en tratamientos de aguas residuales.
Descripción de los procesos de estabilización en
una laguna facultativa.

Ecuaciones de diseño para lagunas facultativas:
Hermann y Gloyna, Marais y Shaw, McGarry y
Pescod, Thirumurthi.

Lagunas de maduración. Lagunas anaerobias.

Ejemplos de calculo de lagunas facultativas de
acuerdo con los modelos matemáticos propuestos
No. de semanas que se le
2
dedicarán a esta
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

Sérgio Rolim Mendoça. Sistemas de Lagunas de Estabilización. Editoral McGraw Hill.
2000.
5

Metcalf & Eddy, Tchobanoglous G., “Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and
Reuse” 2ª . Edición. McGraw – Hill, 1991

Romero Rojas Jairo Alberto. Acuitratamiento por Lagunas de estabilización. Editorial
Escuela Colombiana de Ingeniería. Segunda edición. Julio de 2000
Unidad No. 6
Tema(s) a desarrollar
Microbiología y Bioquímica del Proceso
Anaerobio. Estequiometría del proceso.
Aplicaciones
Subtemas

Procesos
anaerobios.
desarrollo
de
los
Reseña
procesos
histórica
del
anaerobios.
Descripción de los principales procesos utilizados
en tratamiento de aguas residuales.

Microbiología
y
bioquímica
del
metabolismo
anaerobio. Comparación entre procesos aerobios
y anaerobios.

Estequiometría del proceso anaerobio. Manejo
cuantitativo de los productos de la digestión
anaerobia.

Cinética del proceso anaerobio. Variables de
control.

Ejemplos de cálculo del proceso anaerobio
No. de semanas que se le
3
dedicarán a esta
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

Departamento de Ingeniería Sanitaria. Universidad de Antioquia, Manual del curso
“Tratamiento anaerobio de aguas residuales – Microbiología y Bioquímica”, 1988

Orozco J. A. Y Salazar A. A. “Tratamiento biológico de aguas residuales“, CESET.
Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Universidad de Antioquia,1985

Molina, Francisco, Tratamiento Anaeróbico de aguas Residuales. UdeA.
METODOLOGÍA a seguir en el desarrollo del curso:
Clase magistral con participación del estudiante en la solución de problemas y ejercicios
prácticos
Consulta por parte de los estudiantes de las fuentes bibliográficas recomendadas, para
6
ampliar los temas y realizar los trabajos propuestos
Complementación de la teoría por parte de los estudiantes mediante presentación de
exposiciones
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INGENIERIA
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EVALUACIÓN
Actividad
Parcial 1
Parcial 2
Parcial 3
Taller 1
Taller 2
Taller 3
Exposición
Porcentaje
20
20
20
5
5
5
25
Fecha (día, mes, año)
Actividades de asistencia obligatoria
Parciales
Exposiciones
Talleres
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA por unidades:
Unidad
No.1

Gaudy F. A. and Gaudy T. E., “Microbiology for Environmental Scientists
and Engineering”. McGraw – Hill, 1980.

Benefield D. L. and Randall W. C. “Biological Process Design for
Wastewater Treatment”. Prentice-Hall, 1980.

Eckenfelder W. W. Jr, “Principles of Water Quality Management” CBJ.
Publishing Company 1980
Unidad
No.2

Gaudy F. A. and Gaudy T. E., “Microbiology for Environmental Scientists
7
and Engineering”. McGraw – Hill, 1980.

Benefield D. L. and Randall W. C. “Biological Process Design for
Wastewater Treatment”. Prentice-Hall, 1980.

Unidad
No.3

Eckenfelder W. W. Jr, “Principles of Water Quality Management” CBJ.
Publishing Company 1980
Gaudy F. A. and Gaudy T. E., “Microbiology for Environmental Scientists
and Engineering”. McGraw – Hill, 1980.

Benefield D. L. and Randall W. C. “Biological Process Design for
Wastewater Treatment”. Prentice-Hall, 1980.

Unidad
No.4

Eckenfelder W. W. Jr, “Principles of Water Quality Management” CBJ.
Publishing Company 1980
Gaudy F. A. and Gaudy T. E., “Microbiology for Environmental Scientists
and Engineering”. McGraw – Hill, 1980.

Benefield D. L. and Randall W. C. “Biological Process Design for
Wastewater Treatment”. Prentice-Hall, 1980.
Unidad
No.5
Eckenfelder W. W. Jr, “Principles of Water Quality Management” CBJ.
Publishing Company 1980
 Gaudy F. A. and Gaudy T. E., “Microbiology for Environmental Scientists
and Engineering”. McGraw – Hill, 1980.

Benefield D. L. and Randall W. C. “Biological Process Design for
Wastewater Treatment”. Prentice-Hall, 1980.
Eckenfelder W. W. Jr, “Principles of Water Quality Management” CBJ.
Publishing Company 1980
8