Entrega final_2012-2013.pdf

Carlos Calvo Luque

Yeray Garca Magaa

Alonso Gmez Gonzlez

Enrique Lpez del Val

Jenifer Moreno Cabello

Gonzalo Yage Fernndez

Diseo de una EDAR urbana (lnea de aguas, lnea de lodos y

regeneracin del agua)

Contaminacin Hdrica

Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana

I

INDICE

1. LINEA DE AGUA. ................................................................................. 1

1.1. PRETRATAMIENTO .............................................................................................. 2

1.1.1. Descripcin y diseo de equipos .................................................................... 2

1.1.2. Tornillo de Arqumedes .................................................................................. 5

1.1.3. Canal de desbaste y rejas ............................................................................... 6

1.1.4. Desarenador-desengrasador ........................................................................ 14

1.2. TRATAMIENTO PRIMARIO ................................................................................ 19

1.3. DISEO DEL TRATAMIENTO BIOLGICO...................................................... 25

1.3.1. Diseo del proceso de fangos activados ...................................................... 26

1.3.2. Diseo de la zona anxica ........................................................................... 35

1.3.3. Eliminacin biolgica de fsforo ................................................................. 39

2. LINEA DE LODOS .............................................................................. 42

2.1. INTRODUCCIN ................................................................................................ 42

2.2. ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD: .................................................................. 44

2.2.1. Diseo de los espesadores de lodos por gravedad....................................... 46

2.2.2. DBO5 eliminada en el espesador por gravedad. ......................................... 49

2.3. ESPESAMIENTO POR FLOTACIN .................................................................. 49

2.3.1. Descripcin del proceso ............................................................................... 49

2.3.2. Diseo del flotador ....................................................................................... 51

2.3.3. Balances de materia en torno al espesador ................................................. 51

2.3.4. Clculo del caudal de recirculacin ............................................................ 52

2.3.5. Diseo de los flotadores ............................................................................... 53

2.4. TANQUE DE MEZLCA. LODOS MIXTOS. ......................................................... 55

2.5. ESTABILIZACIN DE LODOS. .......................................................................... 57

2.5.1. Digestin anaerobia. Fundamento. .............................................................. 58

2.5.2. Digestin anaerobia. Tipos de digestores. ................................................... 59

2.5.3. Digestin anaerobia. Condiciones de operacin. ........................................ 62

2.5.4. Digestin anaerobia. Diseo de los digestores. ........................................... 63

2.6. LNEA DE GAS..................................................................................................... 65


II

2.7. DESHIDRATACIN DE LOS LODOS ................................................................. 68

2.7.1. Centrifugacin de los lodos: ........................................................................ 71

2.7.2. Diseo de las centrfugas: ............................................................................ 72

2.8. BOMBAS .............................................................................................................. 75

2.8.1. Bombas de lodos ........................................................................................... 78

2.8.2. Bombas de aguas .......................................................................................... 79

2.9. DESTINO FINAL DE LOS LODOS ...................................................................... 79

3. REGENERACIN. TRATAMIENTOS TERCIARIOS ................... 83

3.1 DISEO DEL EQUIPO DE DECANTACIN LASTRADA ................................. 86

3.2 DOSIS DE COAGULANTE, MICROARENA Y FLOCULANTE .......................... 89

3.3 DISEO DEL FILTRO DE ARENA ...................................................................... 91

3.4 ANTES DEL PROCESO DE ULTRAFILTRACIN ............................................. 92

3.5 ULTRAFILTRACIN ........................................................................................... 94

3.6 DOSIFICACIN POSTERIOR DE REACTIVOS ................................................. 97

3.7 PROCESO DE SMOSIS INVERSA (OI) ............................................................ 97

3.8 PROCESO FINAL DE DESINFECCIN ............................................................. 99

4. BIBLIOGRAFA ................................................................................ 101


1

1. LINEA DE AGUA.

La actividad humana provoca una alteracin de las caractersticas de las aguas, esto es, una

alteracin de su calidad, por lo que quedan inhabilitadas para determinados fines. Una EDAR

es una estacin depuradora (regeneradora) de aguas residuales, que recoge el agua residual de

una poblacin o de una industria y, despus de una serie de tratamientos, la devuelve de

nuevo a su cauce receptor, una vez se han alcanzado los lmites que exige la legislacin

vigente.

Las ARU se caracterizan por tener todas una composicin similar, por lo que pueden ser

depuradas por una misma secuencia de tratamiento tal y como se muestra en la figura 1.1.

Figura 1.1. Esquema de tratamiento para aguas residuales urbanas.

En concreto, la lnea de agua consta de las siguientes etapas.

- Pretratamiento

- Tratamiento primario

- Tratamiento secundario


2

1.1. PRETRATAMIENTO

El objetivo principal de esta etapa del tratamiento de aguas residuales es la eliminacin de

slidos de alta densidad o de gran tamao con el fin de proteger los diferentes equipos y

lneas de conduccin dentro de la depuradora.

El pretratamiento se separa en dos etapas. La primera de ellas es el desbaste. En ella se

eliminan los slidos de mayor tamao y peso, mediante su sedimentacin en un pozo de

gruesos y recogida con una cuchara anfibia. La entrada de slidos grandes flotantes es

bloqueada mediante el uso de rejas de gruesos y de finos. La segunda etapa es el desarenado y

desengrasado. En esta etapa se retiran las arenas, grasas y aceites que se encuentren en el agua

procedente del desbaste en unas unidades llamadas desarenadores-desengrasadores.

1.1.1. Descripcin y diseo de equipos

1.1.1.1. Pozo de gruesos

Figura 1.1.1 - Pozo de gruesos

En la Figura 1.1.1 se muestra un pozo de gruesos. Se trata del primer elemento de

eliminacin de contaminacin que aparece en una depuradora, y por tanto, est colocado en la

zona de entrada a la misma. Es una balsa con un tiempo de residencia muy pequeo para

poder evitar la sedimentacin de materia orgnica y pequeos slidos (ya que para eso se

utiliza un tratamiento primario).

El pozo de gruesos posee una compuerta (generalmente hecha de fundicin) con la que

determina el paso mximo de agua a su interior. En ocasiones en la que el caudal de agua que

recibe la depuradora es demasiado para garantizar las condiciones de tratamiento, se cierra

esta compuerta de forma manual dejando que el agua sobrante vaya a la siguiente depuradora.

La misin del pozo de gruesos es mltiple. Por un lado, su objetivo es eliminar slidos de

gran tamao, adems puede eliminar grandes cantidades de arena para evitar problemas en las

rejas y la sobrecarga del desarenador posterior. Por ltimo, en este equipo tambin se procede


3

a la eliminacin de arenas gruesas que pueden depositarse en los canales y tuberas. Los

residuos obtenidos no se pueden usar como compost ya que son plsticos y otros materiales

no biodegradables que hay que llevar a vertedero.

Figura 1.1.2 - Cuchara bivalva

El sistema de extraccin de los slidos es una cuchara bivalva (Figura 1.1.2), generalmente

de acero al carbono. Para que la cuchara bivalva no dae el fondo del pozo de gruesos es

necesario colocar un aislamiento, como una chapa de acero de un grosor aproximado de

15mm en el fondo del pozo, que es generalmente de hormign armado.

Los residuos sern vertidos en un contenedor anexado al pozo de gruesos mediante la

descarga de estos en una cinta transportadora que une los dos elementos. El agua pasa al

siguiente equipo (canal de desbaste) por medio de la instalacin de una serie de compuertas

mecnicas de fundicin.

Diseo del pozo de gruesos

Para llevar a cabo el diseo del pozo de gruesos hay que tener en cuenta al ensancharse la

seccin en la zona del canal de llegada el tiempo de retencin hidrulico aumenta hasta

conseguir valores de velocidad de desplazamiento del fluido sea lo suficientemente baja para

depositar en el fondo los slidos de gran tamao.

Para que el pozo de gruesos sea vlido debe cumplir las especificaciones mostradas en la

Tabla 1.1.1.

Tabla 1.1.1 - Especificaciones en el diseo de un pozo de gruesos

Carga hidrulica (a

Qmax) tretencin (a Qmax) Calado del pozo

< 300 m3/m

2h 0,5-1 min > 2m


4

Para ello, se deben optimizar los valores del tresidencia y de la vascensional de las partculas, y

comprobar si los elegidos cumplen las condiciones de la Tabla 1.1.1.

Los parmetros generales de diseo que se adoptan para este equipo pueden verse en la

Tabla 1.1.2. Aunque en la construccin de la depuradora de La Gavia slo existe un pozo de

gruesos, en este caso se plantear la construccin de dos pozos, por si en algn momento de la

vida til de la estacin uno no puede usarse, que no tenga que parar la operacin completa de

la planta y pueda seguir tratando una parte del caudal habitual de diseo.

Tabla 1.1.2 - Parmetros de diseo del pozo de gruesos

Qv

(m3/h)

Qmx

(m3/h)

N

equipos

tresidencia

(min)

vascensional

(m3/m

2h)

L/a Vresiduos (m

3/1000m

3 de

agua)

7.200 18.000 2 2 1,5 2 0,5

Ecuaciones de Diseo:

Aplicando las ecuaciones de diseo que se muestran a continuacin se obtienen los

resultados que se reflejan en la Tabla 1.1.3. En estos, puede verse que se cumplen las

especificaciones fijadas en la Tabla 1.1, obtenindose que las dimensiones de los 2 pozos de

gruesos sern 3 m. de altura, 9 m. de longitud y 4.5 m. de anchura.

(1.1)

S=

(1.2)

(1.3)

L= (

) (1.4)

(1.5)

( ) =

(1.6)

( ) =

(1.7)

(1.8)


5

Tabla 1.1.3 - Diseo del pozo de gruesos

Vtil S htil L a Tres(Qmx) Vasc(Qmx) Produccin

residuos

Carga

superficial

m3 m

2 m m m min m

3/m

2min m

3/da m

3/m

2h

120 40 3 8,949 4,474.5 0,8 3,75 43,2 225

Balance de materia en el pozo de gruesos

Como puede verse en la Tabla 1.1.3, en cada pozo se producen 43,2 m3 de residuos al da.

Como se han colocado 2 pozos la generacin de residuos total es de 86,4 m3/da. Aplicando

un balance de masa a los equipos (Ecuacin 1.9), se obtiene la cantidad de agua que pasa al

tratamiento en el siguiente equipo (rejas de gruesos y de finos) es de 172.713,6m3/da,

prcticamente la misma cantidad de agua a la entrada de la depuradora.

(1.9)

1.1.2. Tornillo de Arqumedes

Los tornillos de Arqumedes son un mecanismo para elevar agua usado desde la

antigedad. Presentan pocos riesgos de obstruccin por las piedras, trapos o pedazos de

plstico, etc., que puedan quedar en el agua residual, de ah su aplicacin en la elevacin de

aguas en el pretatamiento en las estaciones depuradoras. Un ejemplo de tornillo de

Arqumedes puede verse en la Figura 1.1.3.

Figura 1.1.3 - Tornillo de Arqumedes


6

Diseo

Aunque no se tienen datos de si hay diferencias de alturas que puedan requerir de la

impulsin del agua a tratar, para realizar el diseo de este equipo de impulsin, se recurre a la

Tabla 1.1.4. Dado que el caudal a impulsar es muy grande se necesitar un gran nmero de

tornillos. Se encuentra que para 10 tornillos, el caudal es 200 l/s, lo que encaja

completamente con el tornillo de triple paso con D=900-450mm y RPM=55.

Tabla 1.1.4 - Diseo del tornillo de Arqumedes

1.1.3. Canal de desbaste y rejas

Una vez retirados los residuos de mayor tamao con los que el agua llega a la depuradora

(en el pozo de gruesos), este pasa a la zona de desbaste. Esta zona esta constituida por canales

paralelos en los que se encuentran las rejas de gruesos (Figura 1.1.4) y a continuacin, las

rejas de finos (Figuras 1.1.5 y 1.1.6) en serie.

En los procesos de tratamiento de agua residual estas rejas se usan para evitar que

elementos mecnicos como bombas, o vlvulas, conducciones, etc. se daen por obturacin

de los mismos provocados por los objetos de gran tamao presentes en el efluente de entrada

a la depuradora.

Una rejilla es un elemento con aberturas, que se usa para retener slidos de gran tamao

existentes en el agua residual. Cuanto menor sea la abertura, (paso o luz) de los barrotes,

mayor ser la cantidad de slidos retenidos en la reja, y por tanto, menos residuos pasarn a

los siguientes tratamientos del agua.

Los residuos que retienen estas rejas son de tamao grande y suelen ser piedras, ramas,

papel, races de rboles, plsticos pequeos que han pasado el pozo de gruesos y trapos.


7

Tambin puede separar un porcentaje de materia orgnica. Estos residuos tiene un contenido

en materia voltil muy alto (cercanos al 80%) con un contenido en materia seca del 15-25% y

densidad entre 640 y 960 kg/m3.

Dependiendo de la forma que tengan de evacuar los residuos, las rejas pueden ser de

limpieza manual o automticas. En las primeras, un operario se dedica a arrojar los residuos

atrapados en las rejas a un contenedor anexado al canal de desbaste. En el caso de las rejas de

limpieza automtica las rejas poseen una cinta transportadora que sube los residuos y los deja

caer en un contenedor.

Los residuos evacuados se llevan a vertedero, o se incineran.

Figura -1.1.4 - Reja de gruesos

Figura -1.1.5 - Reja de finos

Figura 11.1.6 - Reja de finos

(detalle)

Diseo del sistema de desbaste.

En la presente EDAR se dispondr de 4 canales de desbaste, de forma que si ocurre una

avera podr seguir la depuracin a costa de tratar un caudal inferior al estipulado. Cada canal

tendr una reja de gruesos y una de finos, excluyendo as la incorporacin de tamices, ya que

tienen mayores prdidas de carga y su mantenimiento es ms difcil y costoso.

Las ecuaciones de diseo para las rejas son las siguientes:


8

( )

(1.10)

( ) ( )

(1.11)

( )

(1.12)

Para dimensionar el canal de desbaste en la zona de rejas se usan las siguientes ecuaciones:

(

) (1.13)

(1.14)

(1.15)

(1.16)

(1.17)

(

)

(1.18)

Reja de gruesos

Para la colocacin de las rejas de gruesos se fijan los parmetros bibliogrficos que se

muestran en la Tabla 1.1.5. La velocidad de paso entre rejas, debe ser de entre 0.6-1 m/s para

rejas de limpieza automtica para evitar el arrastre de materiales retenidos en la reja.

Introduciendo dichos valores en las ecuaciones (1.10)-(1.12) se obtienen los resultados para

las velocidades de paso, quedando reflejadas en la Tabla 1.1.6. Adems, usando los mismos

datos de la Tabla 1.5 en las ecuaciones (1.13)-(1.18) se obtienen los valores del canal que se

observan en la Tabla 1.1.7.


9

Tabla1 1.1.5 - Parmetros de diseo reja de gruesos

Parmetros de diseo Valor establecido

Espesor barrotes 12 mm

Distancia barrotes 30 mm

de inclinacin 50

Resguardo del canal 0,3 m

Mxima colmatacin entre barrotes 30%

Relacin Profundidad/anchura 2,5

Volumen de residuos/1000 m3 agua 0,01 m

3

Vpasorejas 0,9 m/s

Volumen de residuos en tormenta/1000m3 agua 0.3 m

3

Tabla 1.1.6 - Velocidades de paso reja de gruesos

Vpaso(Qd)reja limpia Vpaso(Qmx)rejalimpia Vpaso(Qmx)rejacolmatada

0,63 m/s 1,575 m/s 2,25 m/s

Tabla 1.1.7 - Diseo del canal de la reja de gruesos

S

(m2)

Anchura(m) Profundidad til (m) Profundidad total (m) Vaproxrejas (m/s) ht (cm)

0,72 0,54 1,33 1,63 0,7 2,3

En la Tabla 1.1.7 se observa que la velocidad de aproximacin a las rejas es de 0.7 m/s, de

forma que cumple la condicin impuesta en la ecuacin (1.17), siendo mayor que 0.4m/s, para

evitar la deposicin de materia en el fondo del canal. El valor de la prdida de carga tambin

cumple la condicin impuesta en la ecuacin (1.18), siendo menor a 15cm.


10

A partir del valor de la prdida de carga y la velocidad de aproximacin a las rejas, ambos

calculados en la Tabla 1.1.7, y haciendo uso de la Figura 1.1.7, se confirma que la reja trabaja

dentro del intervalo de trabajo admisible, lo cual es imprescindible para asegurar que el

sistema de limpieza de las rejas es eficaz y no se trabaja a un nivel mayor de obturacin del

30% (que hara que los slidos retenidos disminuyesen la seccin y por lo tanto aumentase la

velocidad de paso entre las rejas, aumentando la perdida de carga a travs de ellas y restando

efectividad al desbaste, o al contrario, que la seccin de reja utilizable fuese mayor y la

velocidad fuese menor de 0.4m/s provocando la deposicin de materia en el fondo del canal

de desbaste y el estancamiento del agua).

Figura 1.1.7- ht vs. Vaproxrejas para paso entre rejas de 30mm

Para cumplir los requisitos fijados y de acuerdo a los dimensionamientos realizados, se ha

realizado una bsqueda de equipos industriales de desbaste mediante rejas de gruesos,

encontrndose que la ms adecuada para los valores de canal necesario as como para cumplir

con las especificaciones fijadas de luz entre los barrotes y espesor de los mismos en una reja

automtica de acero inoxidable AISI 316L, con un ancho de reja de 500mm y una altura total

de reja de 5,7m. Como puede verse, las rejas de este tamao encajan perfectamente en el canal

diseado, por lo que se realizara la compra de 4 rejas de desbaste de gruesos, con un coste de

48.339.28 cada una, lo que supone un total de 193.357,12 , y dado que estos canales

necesitan compuertas habr que colocar unas adecuadas al tamao del canal con un coste total


11

de 8.756. Las caractersticas de estos equipos pueden verse en las Hojas 1 y 2 del Anexo de

este mismo informe.

Reja de finos

Para la colocacin de las rejas de finos, al igual que para la de gruesos, se fijan los

parmetros con ayuda de la bibliografa que se muestran en la Tabla 1.1.8. La velocidad de

paso entre rejas, debe ser menor que 0.7 m/s para rejas de limpieza automtica para evitar el

arrastre de materiales retenidos en la reja. Introduciendo dichos valores en las ecuaciones

(1.10)-(1.12) se obtienen los resultados para las velocidades de paso, quedando reflejadas en

la Tabla 1.9. Adems, usando los mismos datos de la Tabla 1.1.10 en las ecuaciones (1.13)-

(1.18) se obtienen los valores del canal que se observan en la Tabla 1.1.10.

Tabla 1.1.8 - Parmetros de diseo reja de finos


Espesor barrotes 6 mm

Distancia barrotes 15 mm

de inclinacin 50

Resguardo del canal 0,3 m

Mxima colmatacin entre barrotes 30%

Relacin Profundidad/anchura 2,5

Vpasorejas 0,7 m/s

Tabla 1.1.9 - Velocidades de paso reja de finos

Vpaso(Qd)reja limpia Vpaso(Qmx)rejalimpia Vpaso(Qmx)rejacolmatada

0,49 m/s 1,225 m/s 1,75 m/s


12

Tabla 1.1.10 - Diseo del canal de la reja de finos

S (m2) Anchura(m) Profundidad til (m) Profundidad total (m)

Vaproxrejas

(m/s) ht (cm)

1,1 0,66 1,65 1,95 0,46 2,05

Analizando la Tabla 1.1.10 puede verse que velocidad de aproximacin a las rejas es de

0.46 m/s, cumpliendo la condicin impuesta en la ecuacin (1.17). El valor de la prdida de

carga impuesta en la ecuacin (1.18), tambin se cumple, obtenindose un valor muy inferior

al 15cm mximo. Adems se observa que, tras la reja de gruesos, el canal de desbaste sufre

una ligera ampliacin tanto en su anchura como en la profundidad de este nuevo tramo para

cumplir con la ecuacin de continuidad y las condiciones de velocidad de circulacin.

A partir del valor de la prdida de carga y la velocidad de aproximacin a las rejas, ambos

calculados en la Tabla 1.1.10, y haciendo uso de la Figura 1.1.8, se confirma que la reja de

finos tambin trabaja dentro del intervalo de trabajo admisible.

Figura 1.1.8 - ht vs. Vaproxrejas para paso entre rejas de 15mm


13

Produccin de residuos

Segn datos bibliogrficos, se ha encontrado que por cada 1000 m3 de agua sometida a

desbaste se generan 0.01m3 de residuos (0.3m

3 en casos de tormenta) tras el paso del agua por

ambas rejas. Con esta relacin, puede obtenerse la cantidad de residuos generados en cada

lnea en el desbaste tal y como se muestra en la ecuacin (1.19):

(1.19)

Por lo tanto, dado que hay cuatro lneas de desbaste, se determina que la produccin total

de residuos en la operacin es de 1,727 m3/da. La produccin mxima de residuos se

produce cuando tenemos tormentas que aumentan la cantidad de residuos tales como ramas,

hojas, y dems deshechos naturales arrastradas por el agua y se trabaja a un caudal mximo

debido al aumento del nivel de agua. En ese supuesto caso, la produccin mxima de residuos

que se producira en el sistema de desbaste sera de 32.38m3/da (un valor muy superior al

obtenido por la depuradora en condiciones normales de diseo).

Como ya se ha comentado anteriormente, estos residuos generados se envan por medio de

una cinta transportadora a un depsito vertedero anexado al canal de desbaste. Debido a la

produccin diaria de residuos, para que el vertedero sea eficaz debe tener una capacidad de 2

m3 siendo su vaciado diario. Para facilitar y conseguir agilizar el proceso de descarga de

vertederos, aunque no se vea favorecido por economa de escala, se ha pensado colocar dos

vertederos de menor capacidad (1,1m3) anexados a la zona de desbaste. El coste de los

depsitos mencionados es de 670 (335 cada uno).

Balance de materia en el canal de desbaste

Tras las consideraciones anteriores, en la ecuacin (1.20) se recoge el balance de materia.

Se obtiene que el caudal de agua que sale del desbaste hacia el siguiente equipo es de

172.711,872 m3/da, prcticamente igual que el caudal de entrada a la depuradora.

(1.20)


14

1.1.4. Desarenador-desengrasador

El desarenador-desengrasador (Figura 1.1.9) es la unidad de proceso encargada, por un

lado, de la eliminacin por sedimentacin de las arenas, y por otro, de la eliminacin de

grasas y aceites mediante flotacin. Consiste en una balsa de planta rectangular dividida en

dos cmaras longitudinales. En una de esas cmaras es dnde sedimentan las arenas (que se

escurren debido a la pendiente de las paredes de la balsa), de forma que son succionadas por

una bomba especial o lavador de arenas de tornillo sinfn para su posterior deposicin en un

concentrador de arenas. Simultneamente a la sedimentacin, se introduce aire en forma de

burbujas muy pequeas, que favorecen el desemulsionado de las grasas y aceites, de forma

que se consigue aumentar la velocidad ascensional (las gotitas de unos 150m ascienden a

una velocidad de entre 1 y 4 mm/s). En la otra cmara longitudinal se completa el proceso de

flotacin, eliminndose las grasas y aceites flotados mediante una rasqueta de flotantes, que

impulsa esas sustancias para que puedan ser recogidas en el concentrador de grasas.

Realizar la operacin de desarenado y desengrasado de forma conjunta tiene una serie de

ventajas como pueden ser:

Las velocidades de sedimentacin de las arenas y de flotacin de las partculas de

grasa no se ven casi modificadas

El aire comprimido aadido para la desemulsin ayuda a impedir la sedimentacin de

las partculas de fango poco densas, lo que hace ms limpia la arena depositada en el

sistema conjunto que en el desarenado como operacin individual

Las partculas de arena deceleran las velocidades ascensionales de las partculas de

grasa cuando estn sedimentando, aumentando el rendimiento de la flotacin.

Ahorro del volumen total necesario para la realizacin de los dos procesos por

separado, ya que se anan en un mismo equipo.


15

Figura 1.1.9 - Desarenador-desengrasador

Ecuaciones de Diseo

Las ecuaciones de diseo para las rejas son las siguientes:

(1.21)

(1.22)

(1.23)

(1.24)

(1.25)

(1.26)

(1.27)

( )

(1.28)

( )

(1.29)

( ) ( )

(1.30)


16

(1.31)

(1.32)

Dimensionado del equipo

En la Figura 1.1.10 se muestra una representacin esquemtica de los puntos a tener en

cuenta en el diseo de un desarenador-desengrasador.

Se realizaran 8 lneas con 8 equipos trabajando en paralelo. Esto es muy til debido a que

este es un equipo que requiere mantenimientos por su alto nmero de componentes

mecnicos, as cuando una unidad o ms entra en parada, se puede seguir realizando la

depuracin de aguas, sin necesidad de parar el proceso, con todo lo que eso conllevara.

Figura 1.1.10 - Esquema desarenador-desengrasador

Para realizar el dimensionado es necesario fijar previamente una serie de parmetros de

diseo, extrados de fuentes bibliogrficas. Los valores que se usarn se muestran en la Tabla

1.1.11.


17

Tabla 1.1.11 - Parmetros para el diseo del desarenador-desengrasador


Qdiseo 7.196,328m3/h

Qmx 17.990,82 m3/h

N lneas 8

Vascensional(Qd) 15 m3/m

2*h

Vpaso(Qd) 70 m3/m

2*h

tresidencia (Qd) 17 min

Volumen arena seca/1000 m3 agua 0,02 m

3

Volumen de residuos en tormenta/1000m3 agua 2 m

3

Volumen de aire/ m2

sup*h 8

Tras la sustitucin de los valores de la Tabla 1.1.11 en las ecuaciones de diseo del equipo

[(1.21)-(1.30)], se obtienen el dimensionado del desarenador-desengrasador que se muestran

en la Tabla 1.1.12. El caudal de aire necesario para la flotacin de las grasas ser suministrado

por una serie de aireadores, tal y como puede verse en la Figura 1.1.10.

Tabla 1.1.12 - Diseo del desarenador-desengrasador

Dimensiones

Superficie 59,969 60 m2

Seccin

transversal 12,85 m

2

Volumen til 254,87 m3

Longitud 19,83 20 m

Profundidad til 4,25 m

Anchura 3 m

Qtotal aire

necesario 3838 m

3/h

Velocidades y tiempos de residencia

Vasc(Qmx) 37,5 m3/m

2*h

Vpaso(Qmx) 175

m3/m

2*h

tres(Qmx) 6.8 min


18

En este apartado, tambin se lleva a cabo el dimensionamiento de los puentes del

desarenador. Los resultados obtenidos as como los parmetros fijados se encuentran en la

Tabla 1.1.13.

Tabla 1.1.13 - Diseo del puente del desarenador-desengrasador

N unidades 8

Tipo: Puente mvil con bomba vertical

Longitud desarenador 20 m

Ancho desarenador 3 m

Profundidad til 4,45m

Profundidad recta desarenador 4,55 m

Profundidad total 6,05 m

Anchura del puente 1 m

Sobrecarga de diseo 150 kg/m2

Rasquetas de grasas Si

Material: Acero al Carbono

Produccin de productos de desecho

Sustituyendo los valores de produccin de arenas de la Tabla 1.1.10 en la ecuacin (1.31)

se obtiene el valor de produccin de arena por lnea. Si ese valor se multiplica por 8 (ya que

hay trabajando 8 desarenadores-desengrasadores) se obtiene la produccin total de arenas.

Estos valores se muestran en la Tabla 1.1.14.

Estas arenas se succionan y se llevan a acondicionamientos posteriores que no estn

incluidos en la lnea de aguas, por lo que no se disearn.

Tabla 1.1.14 Produccin de arenas en el desarenador-desengrasador

Produccin arena

seca

Produccin arena seca

tormenta

Produccin total arena seca

(Qd) condiciones normales

0,43 m3/da 107,94 m

3/da 3,454 m

3/da


19

En cuanto a las grasas, este equipo separa el 25% de las grasas que lleva el agua en origen,

tal y como aparece en la ecuacin (1.32). Estas grasas son retiradas mediante rasquetas y

llevadas a acondicionamiento fuera de la lnea de agua de la depuradora, por lo que no se

tratar en el presente trabajo.

Balance de materia en el desarenador-desengrasador

En la ecuacin (1.33) se muestra el balance de materia. Se obtiene que el caudal de agua

que sale de esta unidad, hacia el tratamiento primario es de 172.711,872 m3/da.

(1.20)

1.2. TRATAMIENTO PRIMARIO

El tratamiento primario tiene como objetivo la eliminacin de los slidos en suspensin

presentes en el agua residual que tengan una densidad mayor que la del propio agua, de

manera que haciendo circular el agua muy lentamente por un depsito las partculas en

suspensin sedimenten por gravedad. Esta operacin se lleva a cabo en los llamados

decantadores o sedimentadores, cuyo volumen debe ser lo suficientemente grande para que el

tiempo de retencin hidrulico consiga que partculas con velocidad de sedimentacin

deseada lleguen al fondo del depsito.

En este tratamiento tambin se lleva a cabo una reduccin de la DBO5 del agua a tratar, ya

que en la sedimentacin de los slidos en suspensin, gran parte de ellos corresponden a

slidos de origen biolgico. Al reducir la DBO tambin se produce una disminucin de la

DQO, ya que la materia orgnica biodegradable tambin est contemplada en la DQO (que

contempla toda la materia oxidable que forma parte del agua).

Entre los tipos de decantadores, en funcin de su forma, podemos encontrar tres tipos:

Decantadores circulares:

Este tipo de decantador (Figura 1.2.1) tiene un sistema de flujo radial, por lo que el agua se

introduce generalmente por el centro, donde existe una campana circular diseada para

distribuir el flujo uniformemente en todas las direcciones. En el caso de introducir la corriente

de agua por la periferia se har en direccin tangencial mediante su vertido en un deflector

circular suspendido que forma un espacio anular (donde quedan retenidas la grasa y espumas


20

que no se han eliminado en el pretratamiento). El agua residual circula en espiral alrededor

del tanque y por debajo de dicho deflector, y el lquido decantado se recoge en la parte

central.

Figura 1.2.1 - Decantador Circular

Decantadores rectangulares:

Figura 1.2.2 - Decantador rectangular

En estos decantadores (Figura 1.2.2) el agua residual se introduce por uno de los lados

estrechos siguiendo un flujo horizontal. El desage se coloca en el lado estrecho opuesto a la

alimentacin siendo el flujo de agua paralelo al eje mayor.

Los sedimentadores rectangulares se suelen implantar en casos en los que hay carencia de

espacio, ya que aprovechan mejor el espacio que los circulares y se cubren ms fcilmente

para eliminar olores. El inconveniente ms notable de estos decantadores es la difcil retirada

de los fangos depositados.

Un ejemplo de depuradora con este tipo de decantadores es Viveros de la Villa (Madrid).


21

Decantadores lamelares:

Figura 1.2.3 - Decantador lamelar

El decantador lamelar (Figura 1.2.3) es un tipo decantador esttico. Esta dividido en tres

cmaras: la cmara de entrada por donde se introduce el vertido, la cmara de decantacin

donde se ubican los paquetes lamelares y la cmara de salida, donde llega el agua limpia y

clarificada para ser evacuada directamente.

El caudal de entrada se canaliza a travs de una tubera de conexin con la cmara de

decantacin, de forma que el vertido es dirigido hacia el paquete lamelar de forma uniforme

gracias a las aberturas del tubo situado en la parte inferior de las lamelas. El paso del vertido

entre las placas produce la separacin de los slidos, ya que estos resbalan por la pendiente de

las lamelas hacia el fondo del decantador (donde son recogidos), mientras que el agua sigue

una trayectoria ascendente hasta llegar a la superficie superior del decantador.

Este equipo se utiliza cuando se requiere una elevada capacidad de separacin de slidos

en suspensin y una reduccin del espacio ocupado por el equipo. Adems ofrece la ventaja

de que no tiene elementos mecnicos mviles y de accionamiento como en el caso de los

decantadores con barrido mecnico de fangos, por lo que el mantenimiento es ms

econmico.

Diseo del sedimentador

Para el diseo del sedimentador donde se llevar a cabo el tratamiento primario se ha

seleccionado el reparto de la corriente de entrada en 6 lneas con seis unidades de decantacin

lamelar. En la Figura 1.2.4 puede verse un esquema de este tipo de sedimentador a partir del

cual se realizar el dimensionamiento. Se eliminarn --% de los slidos en suspensin y el

30% de la DBO de entrada.


22

Figura 1.2.4 - Esquema diseo sedimentador lamelar

Ecuaciones de diseo

Las ecuaciones de diseo para el sedimentacin lamelar son las siguientes:

( )

{

( ) [

( ) ((( )

( ( )) )

( )

)

]} (1.33)

((

)

) (

(

)

)

(1.34)

(

)

(1.35)

(1.36)

( ) (1.37)

(1.38)

(1.39)

(1.40)

(1.41)

(1.42)

(1.43)


23

Dimensionado del equipo

Para realizar el dimensionado del sedimentador es necesario fijar previamente una serie de

parmetros de diseo. Esto se hace eligiendo los valores que optimicen los resultados a partir

de la horquilla de valores encontrada en fuentes bibliogrficas. Los valores que se usarn se

muestran en la Tabla 1.2.1.

Tabla 1.2.1 - Parmetros de diseo del sedimentacin lamelar

Qd (m3/h)

N

lneas

Ancho

(m)

(rad)

Vdecantacin

(m/h)

Dlamela-lamela

(m) L (m)

elamela

(mm)

Lalimentacin

(m)

7196,184 6 9 1 0,8 0,07 1,25 5 2

Sustituyendo los valores de la Tabla 1.2.1 en las ecuaciones de diseo del equipo [(1.33)-

(1.43)], se obtienen los parmetros de dimensionamiento del decantador lamelar que se

muestra en la Tabla 1.2.2. Comparando con el dato de volumen de los decantadores lamelares

instalados en la E.D.A.R La Gavia, puede verse que el volumen es muy parecido

(1673,2m3 calculados frente a 1720m

3 reales) con una diferencia de menos de 46.8 m

3, lo que

supone una desviacin de menos del 3% entre los dos valores.

Tabla 1.2.2 - Dimensiones del sedimentador lamelar

Vlamela 12,22 m/h

Ltotal lamelas 13,9 m

N lamelas 125

Stil 125,1 m2

Sdecantador 143,1 m2

Ldecantador 15,9 m

Lvertedero 250,16 m

CH 9,59 m3/m

2h

profundidad 13,38 m

Volumen 1673,22 m3

tresidencia 1,4 h

Debido a que no existe gran variedad de datos bibliogrficos sobre este tipo de

decantadores, no se puede conocer a simple vista si los resultados de las dimensiones

obtenidos estn dentro de los intervalos tpicos de este tipo de decantador.


24

Coagulacin-floculacin

A travs de la ecuacin (1.44) puede determinarse la biodegradabilidad del agua a tratar.

Dado que el cociente entre la DBO y la DQO es de 0.4, se puede afirmar que es un agua

biodegradable, que responder bien a su depuracin con un tratamiento biolgico. Si esta

agua no fuese biodegradable, habra que recurrir a otro mtodo para eliminar la materia

oxidable. En ese caso una de las mejores alternativas sera incluir un tratamiento de

coagulacin-floculacin en el tratamiento primario, para conseguir una mayor reduccin de

DBO y DQO.

Por estos motivos, se puede concluir que no es necesario realizar un tratamiento de

coagulacin-floculacin, aunque podra retomarse la idea de poner un tratamiento fsico-

qumico de coagulacin-floculacin en el primario, si al final de la lnea de aguas no se

cumpliesen los requerimientos del efluente de salida.

Depuracin en el tratamiento primario

En la Tabla 1.2.3 puede verse tanto la concentracin de contaminantes en la corriente de

entrada a la depuradora, como los rendimientos de eliminacin tpicos en esta etapa de la

depuracin de aguas residuales. En la ltima columna, se reflejan las concentraciones de

salida que irn al tratamiento secundario.

Tabla 1.2.3 - Depuracin en el tratamiento primario

Parmetro Entrada Eliminacin Salida

SS 300mg/L 60 % 120mg/L

DBO 300mg/L 30 % 210 mg/L

DQO 750mg/L 30% 525 mg/L

Total N 70mg/L -- 70mg/L

Total P 10mg/L -- 10mg/L

Balance de materia en el decantador lamelar

Realizando el balance de materia en este equipo se obtiene un caudal de salida de agua

Qagua=28800m3/da, y un caudal volumtrico de lodos de Qlodos=143.908,4m

3/da.


25

El agua que sale del decantador va a tratamiento secundario, mientras que los lodos

generados se llevan a espesamiento en la lnea de lodos (apartado donde se puede ver las

caractersticas del lodo primario as como su tratamiento posterior).

1.3. DISEO DEL TRATAMIENTO BIOLGICO

Se pretende conseguir la eliminacin conjunta de materia orgnica y nutrientes. Para

ello, se ha seleccionado un proceso A2O, que presenta tres zonas claramente diferenciadas:

una zona anaerobia, despus una zona anxica y, por ltimo, una zona aerobia seguida de una

sedimentacin secundaria. En la figura 1.3.1 se muestra un esquema del proceso.

Figura 1.3.1. Esquema del proceso A2O para la eliminacin conjunta de materia orgnica y

nutrientes.

En la tabla 1.3.1 se presentan los datos del agua de entrada al tratamiento secundario.

En concreto, se muestran los valores de caudal, DBO5 y temperatura.

Tabla 1.3.1. Parmetros del agua de entrada al tratamiento biolgico.

Parmetro Valor

Q 28800 m3/d

DBO5 210 mg/l

T 18C

Para determinar la temperatura del agua se ha empleado la figura 1.3.2. En ella se

recogen valores de T, pH y oxgeno en el ro Manzanares a su paso por Rivas. Estos datos son

proporcionados por el Ministerio de Agricultura, Alimentacin y Medio Ambiente y

corresponden a los meses de enero-marzo de 2011.


26

Figura 1.3.2. Valores de T, pH y oxgeno en el ro Manzanares a su paso por Rivas.

1.3.1. Diseo del proceso de fangos activados

Para realizar el diseo del proceso A2O se va a comenzar en primer lugar por disear

la zona aerobia. Para ello, se escoge un proceso de fangos activados, con un rgimen

hidrulico de mezcla completa.

Figura 1.3.3. Esquema del proceso de fangos activados.

Para poder realizar el diseo se deben tener en cuenta una serie de suposiciones, todas

ellas basadas en valores encontrados en la bibliografa.

1. Distribucin uniforme de los slidos afluentes y de los slidos recirculados al reactor

(tanque de aireacin)

2. Extraccin uniforme del lquido mezcla del reactor

3. SSV en afluente son despreciables

4. SSVLM/SSLM=0.8

5. [SS] en el fango de retorno=1000 mg/l

6. SSVLM=3500 mg/l

7. c=10 d


27

8. Efluente contiene 12 mg/l de slidos biolgicos, 65% de ellos son biodegradables.

9. DBO5=0.68DBOL

10. N,P

11. Qpunta=2.5Qmedio

12. Datos de sedimentacin de SSL

Establecidas las suposiciones, el diseo del proceso se va a realizar siguiendo una serie

de pasos que facilitan la realizacin de los clculos.

1. Estimar la concentracin de DBO5 soluble en el efluente.

DBO5 efluente= DBO5 soluble del afluente que escapa al trat. + DBO5 SS del efluente

a) DOB5 SS del efluente

Fraccin biodegradable de los slidos biolgicos del efluente= (0.65)(12)= 7.8 mg/l

DBOL ltima de los slidos biodegradables del efluente= (7.8)(1.42)= 11.076 mg/l

DBO5 SS del efluente= (11.076)(0.68)= 7.53 mg/l

b) Calcular la DBO5 soluble del agua a tratar que escapa al tratamiento

12.5 mg/l= S + 7.53 S=2.97 mg/l

2. Determinar la eficiencia del proceso

1000

0

S

SSE

Eficiencia basada en la DBO5 soluble:

%59.98100210

97.2210

sE

Eficiencia conjunta de la planta:

%95100210

5.10210

globalE

3. Calcular el volumen del reactor

Para determinar el volumen del reactor es preciso conocer los parmetros cinticos, el

tiempo medio de retencin celular, el caudal afluente, as como la DBO5 del agua a la entrada

y a la salida del tratamiento.

cd

c

k

SSYX

1

0


28

Q

Vr

Y=0.5 g/g

kd=0.06 d-1

ncirculacimmmVr Re6000594763.53231006.013500

97.22105.02880010 333

4. Calcular la cantidad de fango a purgar diariamente

a) Determinar Yobs

3125.0

1006.01

5.0

1

cd

obsk

YY

b) Determinar la masa de fango activado voltil purgado

dkgSSQYP obsx /27.18631000/197.2210288003125.01000/10

c) Determinar la masa total de fango en base a los slidos totales en suspensin

dkgSSPx /09.23298.0

27.1863

d) Determinar la cantidad de fango a purgar

Masa a purgar= incremento de SSVLM-SS perdidos en el efluente

dkgpurgaraMasa /94.19861000

864001233.009.2329

5. Calcular la cantidad de fango a purgar si la purga se realiza en el reactor. Suponer Qe=Q

y que los SSV en el efluente corresponden al 80% de los SS.

Se debe tener en cuenta que la fraccin voltil de los SS descargados en el efluente de

la planta variar en funcin del tipo de proceso y modo de operacin. El agua que se pierde

con el fango deshidratado y por evaporacin se considera despreciable, asumindose Qe=Q.

eew

rc

XQXQ

XV

dmQw /37.453103500

8.0101228800350063.5326 3

6. Estimar la relacin de recirculacin formulando un balance de masa en el reactor


29

Para llevar a cabo una estimacin ms precisa, es necesario tener en cuenta, a la hora

de establecer la relacin de recirculacin, la tasa neta de crecimiento celular en el interior del

reactor.

Concentracin de SSV en el aireador=3500 mg/l

Concentracin de SSV en la lnea de retorno=8000 mg/l

rr QQQ 80003500

78.0Q

Qr

7. Calcular el tiempo de detencin hidrulica del reactor

hdQ

Vr 44.4185.028800

63.5323

8. Calcular la demanda de oxgeno basndose en la demanda carbonosa ltima, DBOL.

Aunque la demanda de O2 necesario para la nitrificacin se desprecia ahora, se debe

mencionar que se tendr en cuenta ms adelante.

a) Calcular la masa de DBOL ltima del agua residual afluente que se convierte en el proceso,

suponiendo DBO5=0.68DBOL.

dkg

SSQutilizadaDBOMasa L /33.8768

1000

1

68.0

97.221028800

1000

1

68.0

0

b) Calcular la demanda de oxgeno:

dkgdkgO /49.612227.186342.133.8768/2

9. Comprobar la relacin F/M y el factor de carga volumtrica.

a) Determinar la relacin F/M

10 325.03500185.0

210/ d

X

SMF

b) Determinar la carga volumtrica

dmkgDBOV

QSavolumtricac

r

350 /14.1

1000

1

63.5323

28800210

1000

1arg

10. Calcular el caudal de aire necesario suponiendo que la eficiencia en la transferencia de

oxgeno de los equipos de aireacin es del 8%. Para el dimensionamiento de las soplantes es

conveniente adoptar un factor de seguridad de 2.


30

a) La cantidad terica de aire necesario, suponiendo que el aire tiene un contenido de oxgeno

del 23.2% en masa es:

dNmnecesarioAire /95.21809232.021.1

49.6122 3

b) Determinar el aire necesario en la realidad, suponiendo un 8% de eficiencia:

min/32.189/41.272624

08.0

95.21809 33 NmdNmrealAire

c) Determinar la demanda de aire de proyecto:

min/64.37832.1892 3NmproyectoAire

11. Comprobar el caudal de aire utilizando el valor real determinado en el paso 10b.

a) Aire necesario por unidad de volumen

33 /47.928800

41.272624/ mNmvolAire

b) Aire necesario por kg de DBO5 eliminada:

kgNminadaeDBOkgAire /72.45

1000

12880097.2210

41.272624lim/ 35

Una vez que se ha diseado el proceso de fangos activos convencional, el siguiente

paso es realizar el diseo del decantador secundario. Para ello, se parte de datos de

sedimentacin obtenidos en bibliografa.

12. Construir la curva de flujo de slidos por gravedad en las instalaciones a proyectar

usando los datos de sedimentacin:

Tabla 1.3.2. Datos de sedimentacin.

SSLM, mg/l 1600 2500 2600 4000 5000 8000

v

sedimentacin

inicial, m/h

3.3 2.4 1.5 0.6 0.3 0.09

a) Representar los datos grficamente


31

Figura 1.3.4. Representacin de la velocidad de sedimentacin inicial frente a la concentracin de

SSLM.

b) Utilizando la curva, obtener los datos necesarios para elaborar la curva de flujo de slidos

Tabla 1.3.3. Clculo de la concentracin y del flujo de slidos.

Ci,

mg/l 1000 1500 2000 2500 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

v sed,

m/h 4 3.5 2.8 1.8 1.12 0.55 0.3 0.2 0.13 0.094 0.07

SFg,

kg/m2h

4 5.25 5.6 4.5 3.42 2.2 1.55 1.2 0.99 0.75 0.63

c) Representar los valores del flujo de slidos obtenidos en el paso b frente al valor de la

concentracin.

Figura 1.3.5. Curva de flujo de slidos.


32

13. Utilizando la curva de flujo de slidos del paso 12c, determinar los valores lmite del

flujo de slidos para concentraciones del fango del fondo variables entre 8000-12000 mg/l.

a) Utilizando el mtodo alternativo de construccin geomtrica, trazar las tangentes a la curva

de flujo de slidos en los puntos de concentracin del fango del fondo deseados.

b) Preparar una tabla resumen de los valores lmite del flujo de slidos (interseccin con eje

de ordenadas) para las distintas concentraciones del fango del fondo.

Tabla 1.3.4. Valores lmite del flujo de slidos para distintas concentraciones del fango de fondo.

[Fango], mg/l 8000 9000 10000 11000 12000

Flujo de

slidos

limitante, SFL,

kg/m2h

4.2 3.4 2.85 2.5 2.1

14. Determinar la relacin de recirculacin necesaria para mantener la concentracin de

slidos suspendidos del lquido mezcla en 4375 mg/l (3500/0.8 mg/l)

a) La relacin de recirculacin necesaria se puede determinar mediante un balance de materia

en el afluente al reactor.

43750 rur QQXQXQ

Suponiendo X0=0 y Qr=Q

43754375 QQQXu

4375

4375

uX

b) Determinar la superficie de espesamiento necesaria del decantador para las distintas

concentraciones del fango del fondo y las distintas relaciones de recirculacin, usando:

1000

36001

A

XQSFa

15. Suponer que SFa=SFL, el flujo de slidos lmite determinado en el punto 13 y construir

una tabla de clculo para determinar la superficie necesaria


33

Tabla 1.3.5. Determinacin de la superficie necesaria para el decantador.

Xu, mg/l 8000 9000 10000 11000 12000

SFL, kg/m2h 4.2 3.4 2.85 2.5 2.1

1.21 0.95 0.78 0.66 0.57

A, m2 2073 2259 2463 2312 2947

16. Determinacin de las cargas de superficie correspondientes a las cargas de slidos

calculadas en 15b.

Tabla 1.3.6. Determinacin de las cargas de superficie.

Xu, mg/l 8000 9000 10000 11000 12000

SFL, kg/m2h 4.2 3.4 2.85 2.5 2.1

1.21 0.95 0.78 0.66 0.57

A, m2 2073 2259 2463 2312 2947

CS, m3/m

2h 0.43 0.4 0.37 0.34 0.31

17. Comprobar que se cumplen las exigencias de clarificacin suponiendo que el diseo

final estar basado en una concentracin del fango de fondo de 10000 mg/l.

a) Como se muestra en el apartado 16, la carga de superficie para una concentracin del fango

del fondo de 10000 mg/l es de 0.37 m3/m

2h, equivalente a una velocidad de sedimentacin

de 0.37 m/h.

b) Refirindose a la curva de sedimentacin, una velocidad de sedimentacin de 0.37 m/h

correspondera a una concentracin de fango del fondo de 4700 mg/l. Comoquiera que la

concentracin de slidos en la interfase ser inferior a este valor, la superficie de

clarificacin adoptada parece responder a criterios conservadores.

18. Estimar la profundidad necesaria para el espesamiento. Suponer que la profundidad

mnima permisible en la zona clarificada del tanque de sedimentacin se establece en 1.5 m.

a) Estimar la profundidad necesaria de la zona de espesamiento. Suponer que bajo

condiciones normales, la masa de fango retenida en el tanque de sedimentacin secundaria

es igual al 30% de la masa del tanque de aireacin, y que la concentracin media de slidos

en la zona de fango es aproximadamente 7000 mg/l [(4000+1000)/2].


34

i. Determinar la masa de slidos en el tanque de aireacin

kgaireacinqueSlidos 88.232901000/1437563.5323tan

ii. Determinar la masa de slidos en el tanque de sedimentacin

kgentacinsequeSlidos 26.698788.232903.0dimtan

iii. Determinar la profundidad de la zona de fango en el tanque de sedimentacin,

utilizando:

mddA 41.02463

1000

7000

26.698726.69877000

b) Estimar la capacidad de almacenamiento necesaria en la zona de fango suponiendo que en

condiciones de caudal punta el exceso de slidos se debe almacenar en el tanque de

sedimentacin secundaria debido a la limitada capacidad de las instalaciones de manejo de

fangos. Suponer que el caudal punta sostenido de 2 das es 2.5Qmedio y que la carga punta

sostenida de DBO en 7 das es 1.5DBOmedia y que ambas puntas se producen

simultneamente.

i. Estimar la produccin de slidos bajo las condiciones dadas:

kgSSQYP obsspx 5.6925100012.72105.1288005.23125.0

10001

0

ii. Como el caudal punta se mantiene durante dos das, los slidos totales para el perodo de

dos das valen 13851 kg.

iii. Calcular la profundidad de almacenamiento de fangos necesaria para el tanque de

sedimentacin. Suponer que los slidos totales en el tanque de sedimentacin equivalen a

(13851+6925.5)=20776.5 kg.

md 2.12463

1000

7000

5.20776

c. Estimar la profundidad total necesaria

mmofundidad 6.311.32.141.05.1Pr

19. Comprobar la carga de superficie a caudal punta.

a) El caudal punta es Qp= (2.5)(28800)=72000 m3.

b) La carga de superficie a caudal punta es

246372000

QpCS

Este valor queda muy por debajo del valor encontrado en bibliografa relativo al caudal

punta (1.695-2.035)


35

20. Preparar una tabla resumen de los datos de diseo de las instalaciones de

sedimentacin.

Tabla 1.3.7. Datos de diseo del sedimentador secundario.

Parmetro Valor

Superficie 2463 m2

Profundidad 3.6 m

Tiempo de detencin (medio) 7.4 h

SSLM 4375 mg/l

Flujo de slidos limitante 5.85 kg/m2h

Carga de superficie

A caudal medio 0.36 m3/m

2h

A caudal punta 1.22 m3/m

2h

1.3.2. Diseo de la zona anxica

En condiciones anxicas los nitratos actan como aceptores finales de electrones en

lugar del oxgeno. As, los nitratos se reducen a N2. Para que esto ocurra, es preciso recircular

los nitratos formados en la zona aerobia a la zona anxica. En la figura 6 se muestra un

esquema del procedimiento.

Las bacterias que llevan a cabo la reduccin del nitrato son bacterias hetertrofas. En

concreto, Pseudomonas es la ms comn de todas ellas. La mayora son facultativas, es decir,

pueden usar oxgeno, nitrato o nitrito como aceptores finales de electrones.

Figura 1.3.6. Esquema del proceso para la eliminacin de nitrgeno.

En la tabla 1.3.8 se presentan los datos necesarios para acometer el diseo de la zona

anxica. El parmetro ms importante en el diseo es la DQO rpidamente biodegradable

(rbCOD). Esta se calcula como el 25% de la DQO biodegradable (bCOD), que se determina

como 1.6 veces la DBO5.


36

Tabla 1.3.8. Datos de partida para el diseo de la zona anxica.

Constituyente Concentracin, mg/l

DBO5 210

bCOD 336

rbCOD 84

NOx 45

P 7.9

Tambin se ha tenido en cuenta que la concentracin de nitrato en la recirculacin de

los lodos (RAS) es de 9 mg/l.

Igual que en apartados anteriores, los clculos se van a dividir en una serie de pasos

para poder seguir el procedimiento ms fcilmente.

1. Determinar la concentracin de biomasa activa

lmgSRTk

SSY

V

SRTQX

d

b /33041012.01

3364.0

63.5323

1028800

1

0

2. Determinar la razn de recirculacin interna (IR)

22.378.019

451 R

N

NOIR

e

x

3. Determinar la cantidad de NO3-N alimentada al tanque anxico:

dmQRQIRQ anxicoque /1152002880078.02880022.33

tan

dgNO anxicoqueentadoax /10368009115200tanlim

4. Determinar el volumen del tanque anxico

Para determinar el volumen de la zona anxica se supone como primera aproximacin

que el tiempo de detencin celular es de 2.5 h.

d104.024

5.2

32.299528800104.0 mQVanxico


37

5. Determinar F/Mb

dggXV

QSMF

banxico

b /61.033042.2995

21028800/ 0

6. Determinar SDNR usando la curva con F/Mb 0-2.

%25336

84

bCOD

rbCODrbCODFraccin

As, sabiendo la relacin F/Mb y la fraccin de rbCOD se puede determinar la

velocidad de desnitrificacin. Para ello, se hace uso de la figura 1.3.7.

SDNR= 0.16 gNO3-N/gbiomasad

Figura 1.3.7. Determinacin de la velocidad de desnitrificacin.

7. Determinar la cantidad de NO3-N que se puede producir

a) 5.1583382330416.02.2995 MLVSSSDNRVNO anxicor

b) Evaluar el nuevo valor de

exceso%5353.11036800

5.1583382

h64.153.1

5.2

Para este valor de la SDNR ser mayor debido a la mayor F/M para un mayor

volumen de reactor anxico. As, se prueba =1.8 h.


38

321602880024

8.1mVanxico

dggXV

QSMF

banxico

b /85.033042160

21028800/ 0

c) De la figura 7: SDNR=0.17 gNO3-N/gbiomasad

d) Determinar la cantidad de nitrato que se puede reducir

dgNOr /8.12132283304216013.0

exceso%1717.11036800

8.1213228

e) Comparar el valor calculado con los valores convencionalmente observadosw para SDNR,

relativos a MLSS

dggX

XSDNRMLSSSDNR

T

b

/13.0

4375

330417.0

El intervalo tpico en bibliografa es de 0.04-0.42 g/gd

8. Ir a la etapa de nitrificacin en el diseo y determinar la cantidad de oxgeno requerido

hkgcacindesnitrifisnR /2550

La cantidad de oxgeno suplementado por la reduccin del nitrato es:

hkgdkgg

kg

NgNO

gOO /55.123/25.2965

10

128800945

86.23

3

22

hkgO requeridoneto /45.13155.1232552

9. Determinar la energa de mezcla en la zona anxica

3310/10 mkWmezclaEnerga

kWmkWmPotencia 6.2110/102160 333


39

Tabla 1.3.9. Parmetros de diseo de la zona anxica.

Parmetro Valor

NO3-NEfluente 9 g/m3

IR 3.22

RAS 0.78

Vanxico 2160 m3

MLSS 4375 g/m3

SDNR 0.17 gNO3-N/gMLSSd

Tiempo de detencin 1.8 h

Potencia mezcla 21.6 kW

1.3.3. Eliminacin biolgica de fsforo

El fsforo tambin se puede eliminar por va qumica. Sin embargo, mediante la

eliminacin biolgica de fsforo se consigue reducir los costes qumicos. Adems, se produce

menor cantidad de lodo en comparacin con la precipitacin qumica.

La eliminacin biolgica de fsforo se basa en las siguientes premisas:

Numerosas bacterias son capaces de almacenar exceso de fsforo en sus clulas en

forma de polifosfatos.

Bajo condiciones anaerobias, las bacterias acumuladoras de fsforo asimilan

productos de la fermentacin (por ejemplo cidos grasos voltiles) convirtindolos en

productos que son almacenados dentro de las clulas, con la correspondiente

eliminacin de fsforo presente en los polifosfatos.

Bajo condiciones aerobias, se produce energa por la oxidacin de estos compuestos

almacenados y se introducen polifosfatos dentro de las clulas.

En la tabla 10 se presentan los datos iniciales para disear la zona anaerobia necesaria

para la eliminacin de fsforo. En el proceso A2O a la zona anaerobia le sigue una zona

anxica. La eliminacin de fsforo ocurre cuando a una zona anaerobia le sigue una zona

aerobia o bien una zona anxica.


40

Tabla 1.3.10. Datos iniciales para el diseo de la zona anaerobia.

Parmetro Valor

Q 28800 m3/d

DBO5 210 mg/l

rbCOD 84 mg/l

SRT 2 d

0.5 h

P 7.9 mg/l

T 18C

En la tabla 1.3.10 se puede observar que el tiempo medio de retencin celular es de 2

das. El intervalo tpico en bibliografa es de 2-3 das. Se debe evitar que sea mayor porque si

no se pueden tener problemas de nitrificacin. Adems, el tiempo de retencin hidrulico que

se ha seleccionado es de 0.5 h. El intervalo tpico que aparece en la bibliografa es de 0.25-1

hora. Conocido el caudal, se puede calcular el volumen de la zona anaerobia:

36005.024

28800mQVanaerobio

Por otra parte, para calcular la cantidad de fsforo que se consigue eliminar, se han

tenido en cuenta las siguientes suposiciones:

[NO3-N]= 9 mg/l en RAS

gP

rbCODg06.1

NgNO

rbCODg

3

6.6

gbiomasa

gP015.0

En la tabla 1.3.11 se muestra el valor de los parmetros cinticos que modelan el

comportamiento cintico de las bacterias que intervienen en el proceso de eliminacin

biolgica de fsforo.


41

Tabla 1.3.11. Parmetros cinticos.

Parmetros cinticos Valor

kd 0.12

Y 0.4

Yn 0.12

kdn 0.08

1. Determinar la rbCOD disponible para la reduccin biolgica de fsforo (RBP) empleando

un balance a la entrada al reactor.

a) Desarrollar un balance de masa para el nitrato

reactorRASRASRAS

NNOQQNNOQNNOQluente

333inf

reactor

NNOQQQ 378.1978.00

3

33 /9.378.1

978.0mNgNONNO

reactor

b) Determinar la rBCOD disponible para la eliminacin de P

3

3

3

3 /74.256.69.3

mgNNOg

rbCODg

m

NNOgrbCOD eequivalent

3/26.5874.2584 mgrbCODdisponible

2. P eliminado mediante RBP

33

/826.5/10

/26.58mgP

PgrbCODg

mrbCODgRBP

3. Determinar el P usado para la sntesis de nueva biomasa hetertrofa

Produccin de biomasa:

SRTkNOYQ

SRTk

SSYQP

dn

xn

d

biox

11

0,

dgP biox /4.3255617208.01

4512.028800

212.01

3364.028800,


42

P utilizado para el crecimiento de la biomasa:

dgbiomasag

gPPusado /3.488344.3255617

015.0

33 /7.128800

3.48834/ mgmg

4. Determinar la concentracin de P soluble en el efluente

3lim /5.77.1826.5 mgP inadoe

3lub /4.05.79.7 mgP efluenteleso

5. Determinar el contenido de P en el fango

dkggkgP lodoentotal /1.21610/1288005.7 3

Determinar la produccin de fango total

dkgP TSSx /15.3408,

%3.610015.3408

1.216,% P

2. LINEA DE LODOS

2.1. INTRODUCCIN

En una depuradora de aguas urbanas, a medida que el agua avanza por la misma se van

eliminando una serie de constituyentes que van desde grandes slidos, como piedras o basura,

hasta slidos de menor tamao como arenas. Estos slidos ms pequeos se recogen en forma

de lodo que tiene que ser tratado en su lnea correspondiente.

Teniendo en cuenta que el lodo tiene en sus inicios un contenido en slidos secos del 0,25

al 10 % en peso, el volumen de los mismos eliminado en los tratamientos (primario y

secundario principalmente) es muy elevado. Adems los lodos llevan una gran cantidad de

materia orgnica biodegradable que puede producir problemas relacionados con el higiene ya

que se sta se degrada en poco tiempo generando olores, organismos patgenos y otra serie de

problemas.


43

Debido a esto, el tratamiento de lodos para su estabilizacin y su posterior revalorizacin

resulta, hoy en da, un aspecto imprescindible a la vez que complejo en cualquier estacin

depuradora instalada o en proyeccin.

El origen y caractersticas de los lodos, hace que stos se puedan clasificar en dos tipos

que se detallan a continuacin:

- Lodos primarios: estn constituidos por slidos sedimentables (materia en suspensin)

procedentes del tratamiento primario. Tienen un color gris, de olor molesto, y

fcilmente digeribles.

- Lodos secundarios: proceden de los sedimentadores secundarios en los que se

introduce la purga de los lodos utilizados en el proceso A2O. Estos lodos tienen una

apariencia floculenta de color marrn. Tienden a degradarse con bastante rapidez

adquiriendo un olor desagradable de putrefaccin.

En la figura 2.1.1 se puede observar un esquema de una EDAR donde se sealan los

fangos primarios y secundarios. Este esquema permite hacer un seguimiento del tratamiento

de estos lodos hasta su producto final: lodos estabilizados con un bajo contenido en agua y

biogs que se utilizar para la generacin de energa elctrica.

Figura 2.1.1 Esquema de una EDAR en la que la lnea de lodos cuenta con un sistema de

precalentamiento de lodos para aumentar la eficacia de la digestin anaerobia.


44

Uno de los procesos ms importantes dentro de la lnea de lodos es el espesamiento de los

mismos. Este proceso tiene como objeto la reduccin de del volumen de los lodos mediante la

eliminacin de agua, y por tanto mediante su concentracin.

Como ya se ha dicho anteriormente, la concentracin inicial de esos lodos es muy pequea

por lo que cualquier reduccin del contenido de agua se va a traducir en una disminucin

considerable de su volumen lo que implica una mayor eficacia y menor coste de los

tratamientos posteriores (digestin, deshidratacin, secado y almacenamiento), junto con una

reduccin en el coste de bombeo.

La forma tradicional de tratamiento de los lodos es el tratamiento conjunto de los lodos

primarios y los secundarios, previo paso por un tanque de homogenizacin. Sin embargo se

obtienen rendimientos bajos por lo que actualmente el mtodo de tratamiento es otro.

En la actualidad, lodos primarios y secundarios se espesan por separado debido a las

diferentes caractersticas de los mismos. Mientras los lodos primarios tienen una densidad

aparente mayor que la del agua ( = 1,04 g/cm3), los lodos secundarios no (=1,002 g/cm3).

Debido a esto el espesado en la EDAR La Gavia se va a realizar por separado:

- Espesamiento por gravedad de los lodos primarios hasta alcanzar una concentracin

de slidos del 4-6%.

- Espesamiento por flotacin con aire disuelto (FAD) de los lodos secundarios hasta

alcanzar una concentracin de slidos del 3-5%.

2.2. ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD:

El fundamento del espesamiento por gravedad de los lodos primarios es el mismo que el

que se utiliza en la sedimentacin del tratamiento primario de la lnea de aguas de la EDAR.

Se van a eliminar los slidos sedimentables, es decir aquellos slidos con densidad mayor que

la del agua.

Los lodos diluidos alimentados fluyen hacia el interior del tanque de sedimentacin, los

slidos se posan en el fondo, es decir sedimenta y compacta. Con la ayuda de rasquetas, el

lodo espesado se recoge del fondo y se lleva, bien a un tanque de mezcla donde se une con el

lodo secundario, bien a los digestores. El sobrenadante se retorna al sedimentador primario.


45

Como ya se ha comentado, el espesamiento por gravedad se lleva a cabo en

sedimentadores donde el lodo permanece el tiempo necesario para conseguir una

concentracin de slidos adecuada (4-6%).

En la figura 2.2.1 se puede observar un esquema de un sedimentador primario en donde

se pueden distinguir sus principales componentes tales como: el grupo motriz, eje solidario al

grupo motriz, barredores o rasquetas de fondo y la campana central que tiene como misin

tranquilizar las aguas de llegada.

Figura 2.2.1 Perfil de un espesador de lodos por gravedad [2.1]

Figura 2.2.2 Planta de un espesador de lodos por gravedad [2.1]


46

2.2.1. Diseo de los espesadores de lodos por gravedad

Para poder disear los espesadores por gravedad de la depuradora de La Gavia es

necesario partir de los datos del efluente inicial que se recogen en la tabla 2.2.1.

Tabla 2.2.1 Datos iniciales del efluente a la EDAR

Q medio

(m3/d)

Q medio

(m3/h)

SS (mg/l) DBO5

(mg/l) N (mg/l) P (mg/l)

172.800 7.200 300 300 70 10

Para los clculos de los slidos en suspensin del efluente y del influente, la DQO de

los lodos primarios y los caudales, tanto volumtrico como msico, se van a considerar varias

suposiciones que han sido obtenidas de la bibliografa (Mtcalf & Eddie, 2005) y que se

detallan a continuacin:

- En el tratamiento primario se elimina un 60% de los slidos en suspensin que son los

que van al espesado de lodos primarios por gravedad.

- Se elimina un 30% de la DBO5 en el tratamiento primario.

- Los lodos primarios tienen un 5% de slidos secos y se espesan hasta un un 8% de

slidos secos.

En la tabla 2.2.2 se recogen los resultados del espesamiento por gravedad de los lodos

primarios teniendo en cuenta las siguientes ecuaciones:

msolidos (kg SS/h) = Q (m3/h) SS (g SS/m

3) Ec. 2.1

m (kg lodo/h) = msolidos (kg SS/h) / % SS Ec. 2.2

Qv ( m3lodo/h) = m (kg lodo/h) / lodo (kg lodo/m3) Ec. 2.3

Tabla 2.2.2 Datos de caudales y concentraciones para el diseo del espesador por gravedad.

Concentracin de SS entrada

(g SS /m3)

180

Caudal msico SS

(kg SS / h) 1.296

Caudal msico lodos

(kg lodos /h) 25.920

Caudal volumtrico de lodos

(kg lodo / m3)

25,4

Una vez conocido el caudal de entrada al espesador de lodos primarios, asi como la

concentracin de slidos (5% al inicio, 8% al final de la decantacin) se plantea el balance de


47

materia en relacin a los slidos en el espesador. Para ello se utiliza la ec 2.4 y se supone que

en el agua no hay presencia de slidos por lo que Cagua = 0.

ment Cent = msal Csal + magua Cagua Ec. 2.4

magua = ment - msal Ec. 2.5

La nica incgnita en la ecuacin 2.4 es el caudal msico de lodos a la salida cuyo

valor tras despejar se muestra a continuacin. As mismo se puede calcular el caudal msico

de salida segn la ecuacin 2.5, donde el resultado se expresa en m3/h suponiendo que la

densidad del agua es de 1 g/cm3.

msal lodos = 16.200 kg lodo/h Qsal agua = 9,52 m3/h

Para el diseo propiamente dicho del sedimentador, es decir, dimensionado

principalmente, se van a tomar como referencia parmetros bibliogrficos tales como la carga

de slidos y el tiempo de residencia de los lodos en el espesador. Estos se muestran en la

tabla 2.2.3.

Tabla 2.2.3 Datos bibliogrficos para el dimensionado del espesador (Mtcalf & Eddie, 2005)

Con esos datos se determina la superficie del decantador, el dimetro y la altura

(ecuaciones 2.6-8). Hay que destacar que el tamao medio de este tipo de equipos est entre

los 7-20 m por lo que se va a hacer un estudio sobre el nmero de equipos necesarios para

llevar a cabo la operacin.

Superficie (m2) = mss (kg SS/d) / Carga de slidos (kg SS/m

2d) Ec. 2.6

( ) ( )

( )

Carga de slidos

(Kg SS /m2 d)

Tiempo de residencia (h)

100 24


48

Se ha probado para uno y dos espesadores por gravedad y los resultados se muestran en

la tabla 2.2.4.

Tabla 2.2.4 Dimensiones de los espesadores por gravedad.

1 ESPESADOR 2 ESPESADORES

mSS (kg SS /d) 31.104 15.552

Superficie (m2) 311,04 155,52

Dimetro (m) 19,9 14,1

Altura (m) 2 2

Para terminar se va a calcular el caudal de lodos que sale del espesador por gravedad y que

llega al tanque de mezcla donde se consigue la homogeneizacin con los lodos secundarios

procedentes del espesador por flotacin. Para ello se va a hacer uso de la ecuacin 2.9 donde

se relaciona en caudal de entrada y salida con la concentracin de slidos.

(

)

Qsalida = 15,88 m3 lodo /h

Se concluye por tanto que para tratar el caudal msico de lodos primarios requerido en

la EDAR La Gavia van a ser necesarios dos espesadores por gravedad de 14 m de dimetro y

2 m de altura. Esto concuerda con los instalados en la planta tal y como se observa en la

figura 2.2.3.

Figura 2.2.3 EDAR La Gavia, espesadores por gravedad.


49

2.2.2. DBO5 eliminada en el espesador por gravedad.

En la EDAR La Gavia, el valor de DBO5 del influente es de 300 mg/l o lo que es lo mismo 300

g/m3. Al espesador por gravedad llegan los lodos procedentes del sedimentador primario donde se ha

eliminado un 30% de esa DBO5.

Adems, y segn datos de la bibliografa (Mtcalf & Eddy), la DBO5 del agua eliminada en el

espesador por gravedad es de 250 mg/l, por lo que al saber el caudal de agua eliminada podemos saber

la DBO5 del agua extrada del espesador por gravedad utilizando la ecuacin 2.10.

(

)

(

)

DBO5 agua extrada = 57,17 kg/d

2.3.ESPESAMIENTO POR FLOTACIN

Los lodos procedentes del sedimentador secundario (tratamiento biolgico) tienen una

densidad muy similar a la del agua (1,05 kg/m3 frente a 1 kg/m

3), por lo que la sedimentacin

por gravedad es muy problemtica, ya que se requerira mucho tiempo para efectuar la

sedimentacin, adems de que no sera satisfactoria.

Por ello, el espesamiento de los fangos procedentes del tratamiento biolgico se realiza

mediante flotacin, que consiste en la introduccin de finas burbujas de aire en la fase lquida.

Las partculas slidas del fango se adhieren a las burbujas, y la fuerza ascensional que

experimenta el conjunto hace que suban a la superficie, aunque la diferencia de densidades

entre las partculas y el agua sea baja. El esquema de flotacin ms empleado es la flotacin

por aire disuelto, en la que la corriente lquida se presuriza y se le inyecta aire a presin.

2.3.1. Descripcin del proceso

La figura 2.3.1 muestra un esquema de un sistema de flotacin por aire disuelto con

recirculacin como el que se va a emplear. En la figura 2.3.2 se tiene un diagrama de un

flotador por aire disuelto.


50

El lodo procedente de la purga del reactor biolgico de tratamiento A2O entra al flotador

mediante la campana de difusin (Figura 2.3.2) y se despresuriza, formndose unas burbujas

de aire que arrastran hacia la superficie las partculas de lodo que se encuentran en el afluente,

que se extraen mediante un sistema de rascadores superficiales que arrastran los flotantes

hacia la descarga de flotantes. Las partculas que no tienen afinidad por el aire, o son mucho

ms pesadas que el agua, sedimentan en el fondo, y un rascador las conduce hacia la

extraccin de fangos sedimentados.

El agua clarificada se recoge a travs de un vertedero de efluente, protegido mediante unos

deflectores que evitan que las aguas superficiales, cargadas con partculas, accedan al

vertedero. Del total de efluente clarificado que se obtiene, parte se recircula hacia la unidad de

presurizacin en inyeccin de aire, para facilitar la presurizacin al estar libre de partculas

que puedan daar las bombas e inyectores.

El tiempo de retencin medio es de unas 6 h, pudindose conseguir de esta forma una

concentracin de slidos entre un 3 y un 6 %.

Figura 2.3.1. Esquema del proceso de espesamiento mediante flotacin por aire disuelto (FAD).


51

Figura 2.3.2. Diagrama de un espesador mediante flotacin por aire disuelto.

2.3.2. Diseo del flotador

Al flotador entra la corriente de purga del circuito de lodos del reactor biolgico empleado

en el tratamiento secundario de las aguas residuales de la ERAR de La Gavia. Los datos de la

corriente de entrada al flotador se presentan en la tabla 2.3.1.

Tabla 2.3.1. Datos de las corrientes de entrada al sistema de flotacin.

Total (6 uds)

Caudal Volumtrico

(m3/da) 2.718

Caudal SS

(kg/da) 11918,64

Concentracin

(mg/L)/(%) 4.385/0,44

Densidad

(kg/m3) 1.005

Se supone que se recupera la totalidad de los slidos presentes en el fango, y que la

concentracin de los slidos en los lodos espesados es de un 5 %.

2.3.3. Balances de materia en torno al espesador

A partir de los datos de partida de la tabla 2.3.1 y del requerimiento de concentracin de

las corrientes de salida y la recuperacin de slidos, se calcula la composicin se calculan las

composiciones y caudales de las corrientes de salida del sistema. Un balance de slidos se

expresara segn la ecuacin 2.11.


52

Donde el trmino relacionado con el clarificado se anula, debido a que se supone que todos

los slidos se recuperan y salen en el caudal de lodos, quedando el clarificado libre de slidos.

El caudal de clarificado se obtiene a partir de la diferencia entre los caudales de afluente y

salida de lodos, tal y como aparece en la ecuacin 2.12. Los caudales obtenidos se presentan

en la tabla 2.3.2.

El caudal msico de slidos en el afluente se mantiene en los lodos

Tabla 2.3.2. Resumen de caudales de entrada y salida del sistema de flotacin por aire disuelto.

Msico,

kg/h

Volumtrico,

m3/h

Caudal SS,

kg/h

Caudal afluente 113.816,25 113,25 496,61

Caudal clarificado 103.884,05 103,88 0

Caudal lodos 9.932,2

496,61

2.3.4. Clculo del caudal de recirculacin

La eficacia de un sistema de flotacin por aire disuelto depende principalmente del valor

de la relacin entre el caudal de aire y el caudal de slidos. Los valores tpicos de la relacin

aire/slidos para los espesadores de fangos de aguas residuales varan entre 0,005 y 0,060

mlaire/mgslido. Este valor debe determinarse mediante experimentacin, pero como no es

posible realizar la experimentacin, se ha tomado un valor de 0,008 (Metcalf&Eddy, 1995).

La relacin entre el cociente aire/slidos, y la concentracin de slidos en el fango se refleja

en la ecuacin 2.13.

( )

Donde A/S es la relacin aire-slidos, mlaire/mgslidos; sa es la solubilidad del aire, ml/l; f es

la fraccin de aire disuelto a la presin P, normalmente igual a 0,8; P es la presin, atm; Sa es

la concentracin de slidos en el fango, mg/l; y R es la fraccin caudal de efluente

recirculado.

Por otra parte, P se calcula a partir de la presin manomtrica en kPa, p, usando la

ecuacin 2.14.


53

De acuerdo con la bibliografa (Metcalf&Eddy, 1995), la presin manomtrica de la lnea

de recirculacin, es de en torno a 275 kPa, valor que ser el considerado en el diseo.

La solubilidad del aire en agua, sa en la ecuacin 2.13, es funcin de la temperatura segn

la tabla 2.4.3 y la ecuacin 2.15, obtenida por ajuste a una ecuacin de segundo grado de los

datos de la tabla 4.3 (Metcalf&Eddy, 1995).

Tabla 2.4.3. Valores de solubilidad de aire en agua en funcin de la temperatura.

T, C 0 10 20 30

sa, ml/l 29,2 22,8 18,7 15,7

(

)

Para una temperatura de 22 C, la solubilidad resulta en 17,83 ml/l.

As, la fraccin de recirculacin necesaria para aportar un caudal de aire en relacin de

0,008 ml/mg se calcula a partir de la ec. 2.13, obtenindose que la recirculacin es de un 76,8

% del efluente.

El caudal de aire necesario para alcanzar la relacin A/S de 0,008 mlaire/mgslidos es, para el

caudal de slidos que tratar, de 3.793 l/h a una presi

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