Guia Biofiltros Ptar Usta-uba

Gua estudiantil, elaborada dentro del convenio de

colaboracin acadmica entre el instituto de ingeniera

sanitaria y ambiental de la Universidad de Buenos Aires

y la Universidad Santo Tomas-Seccional Tunja.

Universidad Santo Tomas de Aquino - Tunja Facultad de Ingeniera Civil

Materia de diseo de plantas de tratamiento de aguas residuales

PROBLEMA

Un biofiltro existente de dimetro 24 metros utiliza relleno estructurado de altura 6 m. La

eficiencia de remocin de DBO5 soluble es 68%, la DBO5 de ingreso total es 4000 mg/l, la

DBO5 soluble de ingreso es 3.500 mg/l, el caudal es de 100 m3/h, el coeficiente n de la

ecuacin de Germain modificada es 0.5, la temperatura es 20C.

Calcular:

1. El coeficiente k20 de este proceso

2. El caudal en un periodo del ao ser 60 m3/h y la temperatura del efluente 15C

cul ser la eficiencia terica?

3. Verificar el caudal de recirculacin por rea y por concentracin en cada caso

4. Cul sera la DBO5total de salida en 1a condicin y en 2a condicin

5. Dibujar el esquema del equipo con un balance hidrulico en cada caso.

6. Calcular la carga volumtrica en cada caso (kDBO5 sol/m3rell.d)







SOLUCION

1. El coeficiente k20 de este proceso.

Para hallar el K20 del proceso o constante de tratabilidad correspondiente a la

profundidad del filtro a una temperatura de 20C. Se pude utilizar la formula germain:

(

)

( )

( )( )(

)

(

)

Lo: DBO5 del efluente crudo; mg/l

Le: DBO5 del efluente tratado; mg/l

D: Profundidad del filtro; ft

q: Tasa de alimentacin de efluente crudo (sin reciclo); gpm/sq.ft

t: Temperatura C

n: Exponente caracterstico del medio

Para este caso se posee los datos de DBO5 del efluente crudo (3500mg/lt),

Profundidad del filtro (6 metros o 19.8 ft) y temperatura (20 C), los restantes datos

se deben calcular:

q (tasa de alimentacin o tasa hidrulica del efluente crudo).

Este valor se halla en funcin del caudal de entrada y del rea superficial del filtro,

entonces:

( )







Le (DBO5 del efluente tratado)

Sabiendo que la eficiencia de remocin de DBO5 soluble es 68%, se pude hallar de

manera sencilla la DBO5 del efluente tratado, en funcin de la DBO5 del efluente

crudo:

% DBO5 soluble NO removida = 100% - 68%

% DBO5 soluble NO removida = 32%

( )

Una vez calculados Le y q, se puede proceder a hallar k20;

Datos;

Lo: DBO5 del efluente crudo = 3500 mg/l

Le: DBO5 del efluente tratado = 1120 mg/l

D: Profundidad del filtro = 19,8 ft

q: Tasa de alimentacin de efluente crudo (sin reciclo) = 0.054 gpm/sq.ft

t: Temperatura = 20 C

(

) ( )

( )( )(

)

(

)







2. El caudal en un periodo del ao ser 60 m3/h y la temperatura del efluente 15C

cul ser la eficiencia terica?

Se consideran las condiciones previstas, pues la DBO5 de salida est directamente

afectada por estos parmetros distintos a los iniciales y pueden corresponder a

condiciones diferentes a la del diseo inicial. Para calcular la eficiencia con estos

dos parmetros se debe hallar como primera medida la DBO5 final o de salida del

proceso que se realiza mediante la ecuacin o modelo de Germain, que se describe

a continuacin:

*

(

)

( )

+

Donde:

Lo: DBO5 del efluente crudo; mg/l

Le: DBO5 del efluente tratado; mg/l

K: Coeficiente de tratabilidad; gpm0.5/sqft a 20 C

D: Profundidad del filtro; ft

q: Tasa de alimentacin de efluente crudo (sin recilco); gpm/sq.ft

n: Exponente caracterstico del medio

t: Temperatura C

Se procede a calcular DBO5 del efluente tratado con los siguientes datos;

Lo: 3500 mg/l

K20: 0.083 gpm0.5/sqft

D: 6 metros = 19.8 ft

q: 0.054 gpm/sq.ft

n: 0.5

t: 15 C







*(

)

(

)

(

)

+

1014.31 mg/lt

Una vez determinado La DBO5 del efluente tratado se procede a calcular la

eficiencia:

La eficiencia hallada representa la terica, pues es difcil lograr eficiencias tan altas en condiciones reales. Es posible alcanzar eficiencias de ms del 90%, pero en condiciones ptimas y especificas, esto incluye tanto temperatura como recirculacin adecuada y dems factores que puedan influir directamente en la eficiencia, aunque desde el punto de vista del balance tcnico econmico el sistema no es el ptimo, las eficiencias tpicas son entre 50% y 70%. (Guas Clase)

3. Verificar el caudal de recirculacin por rea y por concentracin en cada caso.

La recirculacin es el proceso de redireccionar una porcin del efluente de vuelta a travs del filtro. La relacin entre el caudal de reciclo Qr y el caudal influente Q se denomina relacin de recirculacin R (Qreciclo / Qefluente). La relacin habitual es 0,5 a 3,0. Normalmente en efluentes industriales se utiliza una regla prctica para hallar el factor de reciclo R donde este debe ser mayor que:

BIOFILTRO

Lo = 3500 mg/lt Le = 212.95 mg/lt







( )

En nomenclatura llevada en el desarrollo:

( )

Se procede a calcular factor de reciclo (R) para el problema:

( )

Calculo de Reciclo por CONCENTRACIN

Con la relacin o factor de reciclo se puede determinar el caudal de reciclo (Qr).

Debe tenerse en cuenta que ser un valor proveniente de una regla practica por

ende puede decirse que es el caudal de reciclo mnimo, pues adems debe

sumarse a todo lo anterior la importancia que tiene la recirculacin en los sistemas

de biofiltros. Tambin debe tenerse en cuenta que en general el caudal de reciclo

es mayor que el caudal del efluente crudo.

Donde;

Qr: Caudal de reciclo

Qo: Caudal de efluente crudo

R: Factor o relacin de reciclo

Entonces;







Teniendo en cuenta que el caudal de reciclo se puede calcular la carga superficial o

superficie especifica que es definida como los metros cuadrados m2 de superficie

en contacto o de relleno por metro cubico m3 de volumen total (Ramalho). Como

el caudal de reciclo es el caudal mnimo, la carga superficial que proceda de este

valor ser por ende la carga superficial mnima.

Debido a que es un filtro existente y que esta dimensionado, y sabiendo que su

dimetro es un dato (24 metros), el rea superficial se haya geomtricamente

como se muestra en el punto 2 del problema.

( )

Entonces la carga superficial mnima ser;

Calculo del reciclo por REA

La carga superficial calculada en el paso anterior es la mnima, por ende se

debe adoptar una carga superficial apta que sea superior a la mnima calculada

anteriormente y se debe proceder a calcular el caudal de reciclo.

Carga superficial adoptada = 2.5 m3/hm2

Teniendo la carga superficial procedemos a calcular el caudal de reciclo que

esta dado por:

Entonces;







4. Cul sera la DBO5total de salida en 1a condicin y en 2a condicin

(Tomando como primera 1 condicin los datos del ejercicio y 2 condicin los datos

del 2 punto)

Las cargas en el sistema estn en sus disposiciones totales y solubles, destacando que

la soluble es la de mayor importancia pues en la prctica es la que ve el sistema

(Guas Clase). Es decir la DBO5 soluble es la determinante del sistema. La DBO5total

es la sumatoria de la DBO5 soluble y la DBO5 suspendida.

Debe tenerse en cuenta que la materia orgnica particulada o suspendida

prcticamente sale como entra, pues no existen mecanismos de retencin de estas

partculas que sean apropiados para este proceso (Orozco).

Condiciones de ENTRADA

BO5total = 4000 mg/lt

DBO5soluble = 3500 mg/lt

Entonces;

Condiciones de SALIDA







1 CONDICIN: Eficiencia de remocin de DBO5 soluble es del 68% por lo

cual se tiene que; es decir que la DBO5 soluble que no pudo ser removida

equivale al 32% pues;

% DBO5 soluble NO removida = 100% - 68%

% DBO5 soluble NO removida = 32%

Entonces;

( )

Se asume con base en la informacin bibliogrfica que la remocin de DBO5

suspendida es nula por ende;

Por lo cual la DBO5 total para la primera condicin ser;

2 CONDICIN: La DBO5 soluble fue calculada como Le con la formula de

Germain en el punto 2 del problema.

( )

De igual manera asumimos que la DBO5 suspendida no se remueve;







Qr= 875 m3/h

Qo = 100 m3/h

Qr= 1130,97 m3/h Qr= 100 m3/h

Qr= 100 m3/h

Por lo cual la DBO5 total para la segunda condicin ser;

5. Dibujar el esquema del equipo con un balance hidrulico en cada caso.

Recirculacin por concentracin

Recirculacin por area

6. Calcular la carga volumtrica en cada caso (kDBO5 sol/m3rell.d)

La carga volumtrica expresa la carga orgnica por unidad de volumen que recibe

diariamente la totalidad el sistema. La carga volumtrica o VLR se utiliza

generalmente en biofiltros y en aquellos reactores en los que no se pueden medir con

precisin los SS (Orozco).

Como se puede evidenciar es necesario calcular la carga orgnica para poder hallar la

carga volumtrica. La carga orgnica (OL) es cantidad de materia orgnica,

generalmente medida como DBO5, aplicada a un proceso de tratamiento dado;

expresada como peso por unidad de tiempo, por unidad de superficie o por unidad de

peso.

BIOFILTRO

Qo = 100 m3/h

BIOFILTRO







Donde;

OL: Carga orgnica

Lo: DBO5 soluble del efluente crudo

Qo: Caudal del efluente crudo

Entonces;

(

) (

)

Una vez calculada la carga orgnica se procede a determinar la carga volumtrica,

que tambin est en funcin del volumen, por lo cual es necesario hallarlo.

Donde;

V: Volumen

A: rea

D: Profundidad del filtro dicha como altura del relleno

Entonces;

Con el volumen y la carga orgnica se calcula la volumtrica VLR;

Donde;

VLR: Carga volumtrica

OL: Carga orgnica







V: Volumen

Entonces;







BIBLIOGRAFA

APPLIED MATH FOR WASTEWATER PLANT OPERATORS. Joanne Kirkpatrick Price. Capitulo 10.

INGENIERIA SANITARIA TRATAMIENTO, EVACUACION Y REUTILIZACION DE AGUAS

RESIDUALES. Metcalf&Eddy. 2 Edicin. p 585 p 600.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Ramalho Rubens. 1 Edicin en Castellano. p 448, p 472 p 491. BIOINGENIERA DE AGUAS RESIDUALES. Orozco lvaro, p 532. HANDBOOK OF WATER AND WASTEWATER TREATMENT PLANT OPERATIONS. Spellman Frank R, p 148 p 155.

WASTEWATER TREATMENT PLANTS: PLANNING, DESIGN, AND OPERATION. Qasim Syed.

WASTEWATER TREATMENT PLANT DESIGN: STUDENT WORKBOOK. Water Environment Federation.

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