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Page 1: Tratamiento Secundarios TAR

TRATAMIENTOS SECUNDARIOSTRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

Page 2: Tratamiento Secundarios TAR

ETAPAS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Page 3: Tratamiento Secundarios TAR

Cinética de Fermentaciones

Los sistemas de tratamiento secundario de aguas residuales son procesos de fermentación.

En este proceso una población heterogénea de micro-organismos degrada la materia orgánica presente en el agua.

Así obtiene materia y energía metabólicas para su propagación y mantención de viabilidad.

Por ello resulta conveniente conocer ciertos elementos fundamentales de la teoría de procesos de fermentación.

Page 4: Tratamiento Secundarios TAR

Cinética de Crecimiento Microbiano

CINÉTICA

Reproducción

Cuantificación

Sólidos Suspendidos Volátiles SSV

Bacterias: Fisión Binaria Levaduras: Yemación Hongos: Crecimiento

Micelial

Page 5: Tratamiento Secundarios TAR

Tratamientos biológicos

Aerobio Anaerobio Mixto: Anaerobio -

Aerobio

La clasificación de los tratamientos biológicos puede ser según:

1. UTILIZACIÓN DEL OXÍGENO

Page 6: Tratamiento Secundarios TAR

Biomasa

suspendida

Biomasa adherida

Tratamientos biológicos

2. DISPOSICIÓN DE LA BIOMASA

Page 7: Tratamiento Secundarios TAR

Mezcla completa (agitados)

Flujo pistón (no agitados)

3. TIPO DE FLUJO

Tratamientos biológicos

Page 8: Tratamiento Secundarios TAR

Por lotes (batch)

Continua

4. OPERACIÓN

Tratamientos biológicos

Page 9: Tratamiento Secundarios TAR

Tratamientos biológicos

MATERIA ORGÁNICA EN LAS AGUAS RESIDUALES

NUEVAS PRODUCTOSCÉLULAS FINALES

Page 10: Tratamiento Secundarios TAR

Tratamientos biológicos

REACTOR AEROBIO(20 ºC)

REACTOR ANAEROBIO

(35 ºC)

Lodo a tratar Lodo estabilizado60 Kg DQO 10 Kg DQO

100 Kg DQO 10 Kg DQO

100 Kg DQO 10 Kg DQO

Electricidad para aireación

Metano31 m3

Calor ElectricidadMáximo 195 KWH Máximo 78 KWH

Page 11: Tratamiento Secundarios TAR

Tratamientos biológicos

VENTAJAS de los procesos anaerobios frente a los aerobios:

Tratamiento directo de aguas altamente contaminadas a elevadas VCO’s.

< Producción de lodos costo de tratamiento y vertido de éstos.

Producción de gas metano energía útil. No necesita aireación balance energético +. Preservación prolongada de los lodos, en forma activa. Estabilidad y facilidad de re-arranque. Baja necesidad de nutrientes.

Page 12: Tratamiento Secundarios TAR

Tratamientos biológicos

DESVENTAJAS de los procesos anaerobios frente a los aerobios:

Puesta en marcha delicada. Puede resultar sensible a tóxicos y/o inhibitorios.

de los efluentes a tratar. Recuperación más lenta frente a sobrecarga.

Page 13: Tratamiento Secundarios TAR

Sistemas de Tratamiento Aerobios

Con biomasa suspendida Sistema de lodos activos Reactor batch secuenciado (SBR) LagunasCon biomasa adherida Filtros percoladores Contactores biológicos rotatorios

Page 14: Tratamiento Secundarios TAR

Lodos Activos

TanqueOxidación

SedimentadorSecundario

Purgade Lodo

Reciclo de lodos

Efluente

VAfluente

Page 15: Tratamiento Secundarios TAR

Lodo Activos

Hay muchas variantes de un sistema de Lodos Activos:

Convencional (largo : ancho = 10 : 1)

Mezcla Completa Alimentación escalonada

Page 16: Tratamiento Secundarios TAR

Lodo Activos Contacto y estabilización Aireación prolongada Zanjas de oxidación Deep Shaft

INFLUENTE ROTOR

Trapezoidal

EFLUENTE

Purga Lodos

Page 17: Tratamiento Secundarios TAR

Lodos Activos

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Lodos Activos

Page 19: Tratamiento Secundarios TAR

Lodos Activos

Page 20: Tratamiento Secundarios TAR

Esquema de un Lodo Activo

TanqueOxidación

SedimentadorSecundario

Purgade Lodo

Reciclo

Efluente

V Q+a Q.X,S

QsXsS

Qp Xr

S

a Q.Xr.

S

Q,S0

Page 21: Tratamiento Secundarios TAR

• Estado estacionario• Temperatura y propiedades del fluido constantes• Depuración en el sedimentador secundario

despreciable

• depende de s de acuerdo a Monod• Yx/s es constante• Concentración celular (biomasa activa) se expresa

como SSV• Concentración de sustrato limitante se expresa

como DBO o DQO

SKS

sM

CONSIDERACIONES DEL DISEÑO Y OPERACIÓN

Page 22: Tratamiento Secundarios TAR

Balance de masa al sistema

Acumulación = Entrada - salida + generación neta

( ) 0=VXk-μ +XQXQ=dtdX

V dppss ··-·-

0

( )dppss k-μ VX=XQ+XQ ···

Kd: coeficiente de descomposición endógena

Ec1

Page 23: Tratamiento Secundarios TAR

Tiempo de residencia de lodos (c)

Biomasa en reactorc= Velocidad generación neta biomasa

( ) ddc k-μ

1=k-μ VX

VX=θ

··

Ec 2

Page 24: Tratamiento Secundarios TAR

De Ec. 1 y 2:

rpssc XQ+XQ

VX=θ

···

En estado estacionario la velocidad neta de generación de biomasa es

igual a la velocidad de purga de biomasa

Page 25: Tratamiento Secundarios TAR

Balance de biomasa al tanque de oxidación

Acumulación = Entrada - salida + generación neta

( ) ( ) 0=VXk-μ +XQα+QXQα=dtdX

V dr ··-··

Ec3

XX

X

r

c

a1

: TRH: Tiempo de Residencia Hidráulico

Page 26: Tratamiento Secundarios TAR

Balance de sustrato al tanque de oxidación

Acumulación = Entrada - salida - consumo

Ec 4

( ) 0=YVXμ

SQα+Q-SQα+S·Q=dtdS

VS

X0

··- ···

( )S

X0 Y

VXμ=SSQ

··-

( )V·X

SSYQ=μ

0S

X -·

Page 27: Tratamiento Secundarios TAR

Reemplazando Ec 4 en Ec 2:

( )d

0S

X

dc

kVX

SSYQ=k-μ=θ

1-

·

-

Rearreglando:

( )( )cd

SX0c

θk+1θ

YSSθ=X

·

·-

( )( )cd

SX0c

θk+1X

QYSSθ=V

·

·-

Page 28: Tratamiento Secundarios TAR

Valores típicos de constante cinéticas para lodos activados en el

caso de aguas residuales domésticas a 20ºC

k=M/YX/S

Constante Unidades

Valor

Intervalo Típico

K d-1 2 – 10 5

Ks mg DBO5/L 25 – 100 60

Ks mg DQO/L 15 – 70 40

Yx/s mg SSV/mg DBO5 0,4 – 0,8 0,6

kD d-1 0,025 – 0,075 0,06

Page 29: Tratamiento Secundarios TAR

Parámetros de Operación

XVSQ

=ismosMicroorganlimentoA

=MF 0

··

Carga volumétrica aplicada (CV):

VSQ

=CV 0·

F/M:

1. Criterios de carga:

Page 30: Tratamiento Secundarios TAR

Parámetros de Operación (cont.)

2. Tiempo de Residencia Celular,Өc: Se define como el cuociente entre la biomasa en el tanque y la velocidad de generación de biomasa. Su valor oscila entre los 3 y 14 días.

3. Rendimiento de Producción de lodos, Yx/s: 

Se define como el cuociente entre la velocidad de producción de lodos y la velocidad de remoción de DBO. Este valor se sitúa entre 0.3 y 0.9

Page 31: Tratamiento Secundarios TAR

4. SedimentabilidadIVL: Índice volumétrico de lodos: Corresponde al volumen de 1 g de materia seca (MS) del lodo activado luego de 30 minutos de sedimentación. (mL/g)

1000MSVIVL lodos

V lodos: volumen de lodos producidos en 1L de muestra a los 30 min, mLMS: masa de sólidos suspendidos totales de la muestra, mg.

Parámetros de Operación (cont.)

Page 32: Tratamiento Secundarios TAR

Calidad lodos (IVL)

Excelente : 50Buena : 50-100Razonable : 100-150Mala : >150

Page 33: Tratamiento Secundarios TAR

Fango voluminoso (bulking)

CausasCrecimiento de organismos filamentososBaja contenido de oxígeno disuelto (típico2

mg/L)Deficiencia de nutrientes (N o P)Bajos F/M (org. Filamentosos)Altos F/M (flóculos dispersos pequeños)pH<6,5

Page 34: Tratamiento Secundarios TAR

5. Requerimientos ambientales (m.o. aerobios)Parámetro ValorpH 6,5 a 8,5Temperatura 10 a 30 ºC

(típico 20ºC)DBO5/N/P 100/5/1Conc. mínima deoxígeno

2 mg/L

T>35ºC se produce deterioro de los flóculos

Parámetros de Operación (cont.)

Page 35: Tratamiento Secundarios TAR

Efecto de la temperatura

2020

TT rr

rT : Velocidad de reacción a T ºC

r20 : Velocidad de reacción a 20ºC

: Coeficiente de actividad-temperatura (Típico para lodos activados: 1,04)

T : Temperatura, ºC

Page 36: Tratamiento Secundarios TAR

Transferencia de Oxígeno

Existen diversas formas de realizar la airea- ción, incrementándose la eficiencia mediante la utilización de oxígeno en vez de aire.

  Para calcular el requerimiento de oxígeno, una de las relaciones más usadas es la fórmula de Eckenfelder:

DO2 = K1 * DBO + K2 * SST

donde DO2 es la demanda de oxígeno y K1 y K2 son constantes cuyos valores comunes son 0.53 y 0.15

Page 37: Tratamiento Secundarios TAR

Requerimientos de oxígeno

Requerimiento

de oxígeno

Flujo másico de DQO utilizado

Flujo másico transformado en biomasa

-=

rpOA XQYSSQN 20

YO2: 1,42 kg O2/kg SSV

Page 38: Tratamiento Secundarios TAR

Requerimientos de oxígeno

Requerimiento

de oxígeno

Flujo másico de DBO utilizado (DBOu)

Flujo másico transformado en biomasa

-=

rpOA XQYSSQN 20

DBO5 = 0,68 DBOu

Page 39: Tratamiento Secundarios TAR

Requerimientos de oxígeno

SSQkgDBOkgON A 052 /5,2

Otros:

Page 40: Tratamiento Secundarios TAR

s

Tst

CCC

NEOTEO )20(

2

2

a

EO2T: Eficiencia de transferencia de oxígeno en terrenoEO2N: Eficiencia de transferencia de oxígeno en condiciones normales (20ªC, 1 atm)a: Razón entre el KLA de aguas servidas y el de agua limpia: Razón entre concentración de saturación de oxígeno para agua residual y limpiaCst: Concentración de oxígeno saturado en condiciones de terrenoC: Concentración de oxígeno deseada en el agua: Coeficiente de correción por temperatura, 1,024Cs: Concentración de oxígeno saturado en condiciones normales (20ºC , 1 atm)T: Temperatura agua resdual, ºC

Otros (cont.):

Page 41: Tratamiento Secundarios TAR

Valores de a:Difusores burbuja gruesa: 0,4 – 0,8Difusores de burbuja fina: 0,4 – 0,9

Valores de :Rango: 0,7 – 0,98Típico para aguas residuales: 0,95

Page 42: Tratamiento Secundarios TAR

EO2N: EO2N = *H

: % transferencia de oxígeno de cada difusor/m.c.a.

H : altura reactor

m.c.a. =m de columna de agua

Eficiencia de Transferencia de Oxígeno

Page 43: Tratamiento Secundarios TAR

EFICIENCIA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO DIFUSOR FLEXDISC - ENVIROQUIP

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

0 1 2 3 4 5 6

CAUDAL DE AIRE, Nm3/h

TR

AN

SFE

RE

NC

IA D

E

OX

IGE

NO

, %/m

.c.a

.

m.c.a. =m de columna de agua

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Caudal total de aire

TEOairemkgairekgairekgONQ A

aire2

32 )/(205,1)/(232,0

100

Nº difusores = caudal aire requerido / caudal difusor

Page 45: Tratamiento Secundarios TAR

Parámetros típicos de lodos activados

Modalidad c ,d F/MKg DBO5Aplicada/kgSSVLM· d

CargavolumétricaKg DBO5aplicada/m3· d

SSVLM, mg/L , h a

Convecional 5-15 0,2-0,4 0,32-0,64 1.500-3.000 4-8 0,25-0,75Mezclacompleta

5-15 0,2-0,6 0,8-1,92 2.500-4.000 3-5 0,25-1

Aireaciónextendida

20-30 0,05-0,15 0,16-0,40 3.000-6.000 18-36 0,5-1,5

Alimentaciónescalonada

5-15 0,2-0,4 0,64-0,96 2.000-3.500 3-5 0,25-0,75

Aireación dealta carga

5-10 0,4-1,5 1,6 4.000-10.000 2-4 1-5

Oxígeno puro 3-10 0,25-1 1,6-3,2 2.000-5.000 1-3 0,25-0,5Nitrificaciónde etapaúnica

8-20 0,1-0,25(0,05-0,2)a

0,08-0,32 2.000-3.000 6-15 0,5-1,5

Nitrificaciónen etapasseparadas

15-100 0,05-0,2(0,04-0,15)a

0,05-0,14 2.000-3.500 3-6 0,5-2

c: tiempo retención de lodos; : TRH, a: factor de recirculacióna:kg NKTaplicada/SSVLM·d; NKT: Nitrógeno Kjeldahl total

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REACTOR DISCONTINUO SECUENCIAL (para la eliminación de

C)

LlenadoAfluente

Degradaciónbiológica

DecantaciónVaciadoefluente

Purga lodos(Opcional)

AireAire

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REACTOR DISCONTINUO SECUENCIAL

Page 48: Tratamiento Secundarios TAR

LAGUNAS

AEROBIAS

AIREADAS

FACULTATIVAS

ANAEROBIAS

Page 49: Tratamiento Secundarios TAR

LAGUNAS

Parámetro Aerobia Aireada Facultativa

Anaerobia

Profundidad (m) 0.18 – 0.3 1.6 – 4.5 0.6 – 1.5 2.4 – 3.0

TRH (días) 2 – 6 2 -10 7 – 30 30 – 50

Carga DBO (kg/Há/d) 100 – 225 - 22 – 56 336 – 790

Remoción DBO (%) 80 – 95 85 – 99 75 – 85 50 – 70

Algas (mg(L) 100 0 10 - 50 0

PARÁMETROS DE DISEÑO DE LAS LAGUNAS

Page 50: Tratamiento Secundarios TAR

LAGUNA FACULTATIVA

Page 51: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES

Llamados filtros aerobios, filtros percoladores o biofiltros. En realidad son reactores de lecho fijo con la masa

microbiana inmovilizada sobre la superficie de un soporte sólido, generalmente piedras.

Se piensa erróneamente que la depuración se debe a un proceso de filtración y no por una transformación biológica.

El problema es que se operan a velocidades de dilución mayores a las adecuadas, obteniendo eficiencias de depuración menores.

El agua es alimentada por goteo o por aspersión sobre el lecho, el cual no está inundado por lo que se requiere aireación adicional.

Page 52: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

El tamaño de los orificios debe ser tal que evite la filtración.

La masa microbiana (bacterias principalmente, hongos algas y protozoos), se adhiere a la superficie del soporte.

Luego del biofiltro es necesario un sedimentador, para la masa microbiana que se desprende del soporte.

Si el reactor tiene una altura superior a los 3 m, se producen problemas estructurales al usar piedras comunes.

Page 53: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

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FILTROS PERCOLADORES (cont.)

Page 55: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

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FILTROS PERCOLADORES (cont.)

Page 57: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

Page 58: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

Page 59: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

FBC FAC Carga Hidráulica 1 - 4.5 x 103 10 - 4.5 x 103 (m3/día)

Carga orgánica 1 - 3.3 3.3 - 16.5 (Kg DBO/m3 día)

Altura (m) 1.8 - 3.0 1 - 2.5

Recirculación 1:1 - 4:1

Insectos alto bajo

Desprendimiento esporádico permanente y cte. de lodos

Operación sencilla más compleja

Para nitrificación muy nitrificante alta nitrificación si (s/amonio) la carga es pequeña

Page 60: Tratamiento Secundarios TAR

FILTROS PERCOLADORES (cont.)

Los de alta carga pueden ser: Una Fase Sedim. 1io. Filtro Sedim. 2io. Dos Fases S1 F1 F2 S2

Page 61: Tratamiento Secundarios TAR

CONTACTORES BIOLÓGICOSO BIODISCOS

Consiste en una serie de discos circulares situados sobre un eje, a corta distancia unos de otros.

Están parcialmente sumergidos en el agua

residual y giran lentamente en el seno de la misma

Los m.o. se adhieren a la superficie de los

discos La rotación de los discos permite a los m.o.

estar en contacto con la materia orgánica, cuando están sumergidos, y con el aire

Page 62: Tratamiento Secundarios TAR

La rotación también permite eliminar el exceso de m.o. por los esfuerzos cortantes que se originan, manteniéndose en suspensión los sólidos arrastrados. Así, son transportados desde el reactor hasta el sedimentador secundario La gran cantidad de m.o. adheridos permite resistir mejor las sobrecargas hidráulicas y orgánicas.

Page 63: Tratamiento Secundarios TAR

CONTACTORES BIOLÓGICOSO BIODISCOS (cont.)

Esquema típico de RBCs para el tratamiento secundario

Page 64: Tratamiento Secundarios TAR

Flujo paralelo al eje

Flujo perpendicular al eje

Alimentación escalonada

Alimentación graduada