Lodos activados - Dimensionamiento y diseños - INTI
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LODOS ACTIVADOS DIMENSIONAMIENTO Y DISEÑOS 1. 2. 3. 4. PARTE AIREACIÓN PARTE SEDIMENTACIÓN OTROS TANQUES VARIOS DISEÑOS Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) LODOS ACTIVADOS – Dimensionamiento y Diseño 1. TANQUE DE AIREACIÓN Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) Charge volumique 1. Tanque de aireación Dimensionamiento del tanque de aireación El volumen del tanque de aireación es determinado por el criterio de Carga Másica. Carga Másica = (CM) Los SSV representan la biomasa activa, la actividad real de las bacterias Flujo de contaminantes a tratar (kg DBO5/día) Biomasa en el tanque de aireación (kg SSV) 3 Opciones SSV CM Baja Carga 3.5 g SSV/l ≈ 0.1 kg DBO5/dia/kg SSV Media Carga 3.5 g SSV/l ≈ 0.3 kg DBO5/dia/kg SSV Alta Carga 3.5 g SSV/l 0.8 a 2 kg DBO5/dia/kg SSV Los tratamientos más extendidos están del tipo BC o MC. El tratamiento AC es utilizado a veces como tratamiento Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Configuración des las plantas LA Lodos activados baja carga (LA BC) Aguas Crudas Pretratadas Aguas Depuradas TA SP (Tanque de Aireación) SS Lodos activados alta o media carga (LA AC o MC) Aguas Crudas Pretratadas SP c TA Aguas Depuradas SS Los LA BC son caracterizados por un tanque de aireación mayor, lo que les permite eliminar la contaminación nitrogenada además de la contaminación carbonosa Los LA AC o MC, que requieren un complemento de mineralización de los lodos, implican sistemáticamente una decantadora primaria (SP) Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Otras Características del tanque de aireación Edad de Lodo = (dia) Masa de SS en el tanque de aireación (kg SS) Masa de SS de lodos en exceso producida (kg SS/día) Masa de SS (kg SSV) = Volumen del Tanque x Concentración en SS Masa de SS en exceso (kg SS/dia) = 0.5 a 1 kg DBO5 del flujo tratado Tiempo de retención hidráulico (TRH en días) Volumen del tanque de aireación (m3) Volumen cotidiano del influente (m3/día) Valores Edad de los Lodos TRH* Alta o media carga ≤ 5 – 10 dias ≤ 0.4 dia Baja carga ≥ 15 - 20 dias ≥ 0.8 dia Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER * Si DBO5 AC ≈ 360 mg O2/l INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Equipamientos de aireación Los aireadores mas utilizados son: Aireadores de superficie (turbinas rápidas o lentas, aireadores tipo cepillas) Ventiladores con difusores dispuestos en el fundo del tanque La eficiencia de los aireadores es caracterizada por el SEB (Suministro Especifico Bruto de oxígeno) medido en kg O2 suministrado en agua clara/kwh consumado Para garantizar un puesta en suspensión correcta, está necesario a veces de añadir agitadores. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Aireadores de superficie Aireador tipo “cepillo” Turbina rápida y flotante Turbina lenta y fijada a una estructura Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Aireadores tipo difusores de aire Difusores de aire modelo “tubas” o “cúpulas” A menudo asociados a unos agitadores Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Puesta en suspensión de la biomasa Es importante que los equipamientos aseguren una agitación de la biomasa que evita cualquier depósito de lodos Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Eficacias de los Equipamientos de aireación Elegir si posible lo mas eficaz para suministrar el O2 Equipamientos Difusión de O2 en agua clara (kg O2/kwh) Altura de agua (metros) Aireadores de superficie Tipos «Turbinas Lentillas» 1.2 a 1.9 3.5 a 4.5 Aireadores de superficie Tipos «Turbinas Rápidas» 0.8 a 1.5 3.5 a 4.5 Aireadores de superficie Tipos «Cepillos» 1.3 a 2 3.5 a 4.5 DifusoresValores de aire con burbujas medias Edad de los Lodos 0.8 a 1.3 TRH ≤ 5 – 10 dias ≤ 0.4 dia Difusores de aire Baja carga con burbujas finas ≥ 15 - 20 2 dias a3 ≥ 0.8 dia Alta o media carga Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER 4a7 4a7 INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Cantidad de O2 a suministrar en agua clara Cálculo de la cantidad de O2 que los aireadores deben ser capaces de disolver efectivamente por hora en agua clara: 𝐚′ 𝐋𝐞 𝟐. 𝟖𝟓 𝐍𝐞 − 𝐍𝐬 − 𝐍𝐥 𝐛′ 𝐒𝐚 𝟏 𝐀𝐇𝐜 = [ + + ] 𝐡 𝐡 𝟐𝟒 𝛂𝛃 AHc = Aportación Horaria de O2 (a asegurar en agua clara) a’ = 0.7 (coeficiente aplicado al flujo de DBO) Le = Flujo de DBO5 diario (Ne-Ns-Nl) = Flujo de Nitrógeno a oxidar (si eliminación de N exigida) h = 14 (horas durante las cuales llega la mayor parte de la contaminación) b’ = 0.06 (coeficiente aplicado a la cantidad de biomasa en el tanque) 𝜶𝜷 = correctivo “agua encargada en SS/agua clara sin SS” Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Dimensionamiento de los aireadores Cálculo de la Potencia de los aeradores de superficie : P(kw) = AHc/SEB Cálculo del caudal de aire a enviar en los difusores : Caudal de aire = AHc/RO x xa x ρ RO = Rendimiento de disolución de O2 en agua clara = 5 a 30 % xa = Proporción de 02 en el aire = 20 % ρ = Masa volumétrica del aire = 1.43 kg/m3 Atención: no olvidar que la puesta en suspensión de la biomasa debe ser correctamente asegurada (> 30 W/m3 en caso de aireadores de superficie) Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 1. Tanque de aireación Comentarios sobre la parte AIREACIÓN Los equipamientos de aireación tienen 2 papeles: 1 . Suministrar bastante de O2 a las bacterias a cada instante del día 2 . Asegurar la puesta en suspensión de la biomasa Ajustar el funcionamiento de estos equipamientos es capital para: 1 . Para obtener la calidad del efluente exigida 2. Optimizar el consumo de energía Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) LODOS ACTIVADOS – Dimensionamiento y Diseño 2. TANQUE DE SEDIMENTACIÓN Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 2. Tanque de sedimentación Características del tanque de decantación Se debe tener en cuenta de todos les elementos siguientes La velocidad ascensional Diámetro del decantador a la altura de su vertedero Diámetro del cilindro de distribución Longitud del vertedero Diámetro del barril central Altura sumergida La velocidad de distribución La velocidad de alimentación La profundidad en periferia La longitud del vertedero La velocidad del raspador ¿ Otros ? Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER Velocidad ascensional Lecho de lodos Superficie de distribución Orificios de alimentación Raspador Profundidad en periferia Retorno de los lodos Alimentación del decantador INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 2. Tanque de sedimentación Características del tanque de decantación El superficie del tanque de decantación es determinado por el criterio de Velocidad Ascensional. Velocidad Ascensional = (VA) Caudal del efluente (m3/hora) Superficie del tanque de aireación (m2) Velocidad de la = Caudal del efluente + Recirculación (m3/hora) Distribución Superficie del cilindro de distribución (m2) Velocidad de la = Alimentación Caudal del efluente + Recirculación (m3/hora) Superficie de los orificios de alimentación (m2) Velocidad en la Tuberia Caudal del efluente + Recirculación (m3/hora) Superficie de los orificios de alimentación (m2) = Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 2. Tanque de sedimentación Dimensionamiento del tanque de sedimentacion Valores de referencia Valores Velocidad Ascensional 0.2 a 0.5 m/h Velocidad de la distribución 0.5 a 5 cm/s Velocidad de la alimentación 1 à 10 cm/s Velocidad en la tuberia de alimentacion 0.5 a 1.5 m/s Profundidad en la periferia > 2.5 m Velocidad en el vertedero < 3 a 5 m3/h.m La velocidad ascensional que se debe tener en cuenta es variable según la capacidad de los lodos a decantar, medida por el VC30 (Volumen Corregido tras de 30 min. de decantación. Valores mas bajas (≈ 0.2 m/h) son aconsejadas para el tratamiento de ciertas aguas residuales industriales. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 2. Tanque de sedimentación Relación entre el Volumen Corregido y Velocidad ascensional Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 2. Tanque de sedimentación Comentarios sobre la parte SEDIMENTACIÓN La forma cilíndrica es la mas frecuente y la mas adecuada para la sedimentación de la biomasa La velocidad ascensional es la característica mas importante; ello debe tener en cuenta el aptitud de la biomasa a decantar. Otras características de diseño son también muy importantes tal que la profundidad a la periferia, la velocidad de distribución y la velocidad de alimentación de la biomasa en el centro del sedimentador, la altura sumergida de la pantalla en el centro del sedimentador, etc… El caudal de recirculación de los lodos debe ser cerca de 100 a 150 % del Caudal del efluente y tan regular como posible. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) LODOS ACTIVADOS – Dimensionamiento y Diseño 3. ELEMENTOS SECUNDARIOS Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 3. Elementos secundarios Otros elementos de una planta Una planta incluye también otros elementos muy importantes: Un tanque de “contacto” para prevenir el desarrollo de bacterias filamentosas Un tanque anoxia y/o aerobia para eliminar mejor N y P biológicamente Un tanque de FeCl3 para eliminar mejor P químicamente Un tanque para atrapar las espumas tras del decantador Un tanque para almacenar las espumas atrapadas en el decantador y en el trampa de las espumas Un tanque de recirculación de los lodos para controlar el caudal de recirculación Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 3. Elementos secundarios El trampa de las espumas Colocado entre el tanque de aireación y el decantador, este tanque permite atrapar una gran parte de los flotantes y mejorar el funcionamiento de la decantadora. Parte trampa Parte almacenamiento Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 3. Elementos secundarios Comentarios sobre la parte ELEMENTOS SECUNDARIOS Estos tanques suplementarios responder a necesitas especificas: 1 . Un tanque donde las bombeas de recirculación de los lodos son colocadas (indispensable para controlar la regularidad del caudal) 2. Un tanque para separar las espumas y la biomasa acompañado de cuencas para almacenar las espumas atrapadas (aconsejado para todas las plantas) 3. Un tanque anoxia para las plantas que deben eliminar los compuestos nitrógenos. 4. Un tanque anaerobia para las plantas que deben eliminar biológicamente los compuestos fósforos. 5. Una cuenca de FeCl3 para las plantas que deben eliminar químicamente los compuestos fósforos. 6 . Un tanque de contacto para las plantas sensibles al fenómeno de bulking Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) LODOS ACTIVADOS – Dimensionamiento y Diseño 4. VARIOS DISEÑOS Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Diferencias entre “baja carga” y “alta carga” Lodos activados baja carga (LA BC) Aguas Crudas Pretratadas Aguas Depuradas TA SP (Tanque de Aireación) SS Lodos activados alta o media carga (LA AC o MC) Aguas Crudas Pretratadas SP c TA Aguas Depuradas SS Los LA BC son caracterizados por un tanque de aireación mayor, lo que les permite eliminar la contaminación nitrogenada además de la contaminación carbonosa Los LA AC o MC, que requieren un complemento de mineralización de los lodos, implican sistemáticamente una decantación primaria (SP) Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Configuración mas simple con un tanque de aireación “completamente mezclado” La supresión de la decantación secundaria y la realización de un tanque de aireación dicho “completamente mezclada” es un medio de reducir el coste de inversión de la instalación para los “LA BC” Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Eliminación potenciada de los compuestos nitrogenados Se adjuntan un tanque anoxia delante del tanque de aireación e una recirculación interna para mejorar la desnitrificación Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Eliminación potenciada biologica de los compuestos fosforados Se adjunta un tanque a la entrada del tratamiento para asegurar una alternancia entre condiciones anaeróbicas y aeróbicas que favorecen el desarrollo de los bacterias capaces de almacenar el fosforo. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Equipamientos y superficie al suelo Ciertas evoluciones tecnológicas de los equipamientos permiten de reducir la superficie ocupada al suelo y el volumen del tanque de aireación. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Eliminación potenciada de los compuestos nitrógenos y fosforados En la configuración debajo, la eliminación del fosforo está potenciada por la adición de FeCl3 y las condiciones aeróbicas e anoxias son realizadas en el tanque de aireación (esto es el caso a menudo) Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Configuración “Contacto - Estabilización” Los lodos recirculados están estabilizadas antes de volver al tanque de aireación dicho “contacto”. Esta configuración (no es frecuenta) está aplicada en caso de aguas pobres en nutrientes y susceptibles de causar problemas de sedimentación Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Tanque de aireación de “Flujo Piston” La configuración “flujo piston” intenta a crear una gradiente de carga másica lo que es un medio de prevenir el desarrollo de bacterias filamentosas Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Tanque de aireación de “Flujo Piston” La configuración “flujo piston” intenta a crear una gradiente de carga másica lo que es un medio de prevenir el desarrollo de bacterias filamentosas (otra manera de realizar un “flujo pistón”) Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Proceso SBR (primera opción) 1 La configuración “SBR” consiste a alternar las etapas Aireación y Sedimentación en el mismo tanque Esta primera opción implica una variación del nivel del agua en el tanque aireado 2 Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER 3 INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Proceso SBR (segunda opción) 1 Esta segunda opción no implica ninguna variación del nivel del agua en los tanques aireados, pero incluye tres tanques con funciones similares 1 Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER 1 INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Proceso SBR (tercera opción) Esta tercera opción implica variaciones del nivel en los tanques aireados, pero permite la alimentación en agua clara incluso durante la etapa decantación Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Tanques “combinadas” Este diseño es caracterizado por un solo tanque con una parte “aireación” y otra parte “sedimentación”, sin equipamiento mecánico para controlar la recirculación de los lodos. Esta técnica ha sido completamente abandonada a causa de su falta de fiabilidad. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) 4. Varios diseños Comentarios sobre la parte VARIOS DISEÑOS Existen numerosas configuraciones posibles de LODOS ACTIVADOS para eliminar las contaminantes C, N, P Las configuraciones clásicas (tanque de aireación + tanque de sedimentación) están aun utilizadas más a menudo Las configuraciones clásicas mejoradas con materiales suspendidos o membranas y el proceso SBR están desarrollándose, especialmente para las aguas industriales. Ciertas tal que “Contacto-Estabilisacion” o “Tanques combinadas” no están frecuentes o completamente abandonados. Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) LODOS ACTIVADOS – Dimensionamiento y Diseño Comentarios sobre los LODOS ACTIVADOS La obligación de eliminar nitrógeno y fosforo condujo al abandono de los lodos activados fuerte y media carga en favor de los lodos activados baja carga que es el proceso más eficaz para eliminar las contaminaciones N y P. Es el proceso más frecuente en Francia y Europa para las plantas > 2000 de habitantes Sus principales limites son el consumo de energía, la gestión de la aireación y de los lodos, el mantenimiento de los equipamientos Hay evoluciones técnicas con, en particular, la utilización de membranas en lugar de una decantación secundaria (especialmente en caso de reutilización o desinfección del agua) Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014) LODOS ACTIVADOS DIMENSIONAMIENTO Y DISEÑO Gracias por su atención Documento no finalizado Joseph CHARPENTIER INTI ARGENTINA (22/03 al 11/04 2014)
