MDULO 5 Ingeniera Civil - Departamento de Obras Civiles
Marcelo Bravo Fortune
MDULO 5
PROCESOS BIOLGICOS UNITARIOS
Introduccin
Metabolismo Microbiano
Microorganismos
Crecimiento Bacteriano
Cintica del Crecimiento Biolgico
Aplicacin de la Cintica
MDULO 5
Proceso Biolgico
Proceso de Lodos Activados
Lodos Activados Mezcla Completa
Parmetros de Control
Produccin de Lodos
Mtodo Racional
Procesos Biolgicos Avanzados
Procesos Biolgicos Unitarios
Objetivo del Tratamiento Biolgico
Coagulacin y eliminacin
Estabilizacin de la materia orgnica
INTRODUCCIN
Slidos coloidales no sedimentables
AR Domstica
Nutrientes Nitrgeno Fsforo
Materia orgnica presente
Bacterias
INTRODUCCIN
Materia orgnica
Gases
Tejido celular
Microorganismos Proceso
Convierten
Metabolismo Microbiano
Reproducirse
Desarrollarse
Fuente de Energa
Carbono y nutrientes orgnicos
Nutrientes inorgnicos
Fuentes de Energa y Carbono Clasificar
Yo soy un organismo
Metabolismo Microbiano
Clasificacin Fuente de Energa Fuente de Carbono
Auttrofos
Fotoauttrofos Luz CO2
Quimiauttrofos Reaccin de oxidacin-reduccin inorgnica CO2
Hetertrofos
Quimiohetertrofos Reaccin de oxidacin-reduccin orgnica Carbono orgnico
Fotohetertrofos Luz Carbono orgnico
Fuente: Metcalf & Eddy
Microorganismos segn fuentes de energa y de carbono
Metabolismo Microbiano
Microorganismos Quimiohetertrofos
Caractersticas de su metabolismo
Clasificar
metabolismo respiratorio metabolismo fermentativo
Necesidades de oxgeno molecular
metabolismo respiratorio
Oxigeno
Aceptor de electrones
Respiracin aerobia
Metabolismo Microbiano
Ausencia oxgeno
Compuestos inorgnicos oxidados
Aceptor de electrones
Procesos anxicos
Nitrato/nitrito
Ambiente Aceptor de electrones Proceso
Aerobio Oxgeno, O2 Metabolismo aerobio
Anaerobio Nitrato, NO3-
Sulfato, SO42
Dixido de carbono, CO2
Desnitrificacin a
Reduccin del sulfato
Metanognesis
a Tambin conocida como desnitrificacin anxica
Metabolismo Microbiano
Conversin de energa en procesos aerbicos y anaerbicos
Microorganismos
Estructura - Funcionamiento celular
Eucariotas Hongos Protozoos Rotferos Algas
Eubacterias Arqueobacterias
Bacterias
Clasificacin de microorganismos
Microorganismos
80% agua
20% materia
seca
90% orgnica
10% inorgnica
Composicin Bsica
Microorganismos
Porges, Jasewicz y Hoover
C5H7O2N
Expresin emprica del lodo fraccin orgnica
Presencia de fsforo
C60H87O23N12P
53% peso de la fraccin orgnica es C
Compuestos fraccin inorgnica P2O5 (50%), SO3 (15%), Na2O (11%), CaO (9%), MgO (8%), K2O (6%) y Fe2O3 (1%).
limitar el crecimiento celular alteraciones
Elementos Compuestos
Medio ambiente
Desarrollo de la clula
Microorganismos
Supervivencia
Crecimiento
Temperatura pH
Factores Ambientales
Microorganismos
Temperatura, C
Tipo Intervalo ptimo
Psicrfilas 1 -10 - 30 12 - 18
Mesfilas 20 - 50 25 - 40
Termfilas 35 - 75 55 - 65
Fuente: Metcalf & Eddy
Bacterias intervalo de T ptimo para su desarrollo
1 Tambin llamadas crifilas
Crecimiento bacteriano
Factores de tipo Ambiental; Concentracin de substrato; Concentracin de Nutrientes; Tamao del sistema;
fisin binaria
Reproduccin y crecimiento
Crecimiento bacteriano
nmero de bacterias
masa de bacterias
De retardo; De crecimiento exponencial; De crecimiento declinante; Estacionaria; De muerte creciente; De muerte exponencial; Muerte;
Modelo Crecimiento
De retardo; De crecimiento exponencial; De crecimiento decreciente; Endgena;
Registra el nmero de organismos viables en funcin del tiempo.
Crecimiento bacteriano
Modelo Crecimiento nmero de bacterias
Crecimiento bacteriano
Modelo Crecimiento masa de bacterias
Cintica del crecimiento biolgico
Tasa de crecimiento de las clulas bacterianas
=
rg = tasa de crecimiento bacteriano, masa/volumen unitario tiempo; = tasa de crecimiento especfico, tiempo-1; X = concentracin de microorganismos, masa/volumen unitario;
Medio bajo condiciones ambientales controladas Tiempo de residencia
Reproduzcan dichos organismos
Cintica del crecimiento biolgico
Concentracin de nutriente limitante, S
Vel
ocid
ad e
spec
fica
de
crec
imie
nto,
Velocidad mxima
Ks
m
m/2
Funcin de Monod
=
+
m = mxima tasa de crecimiento especfico, tiempo-1; S = concentracin del substrato que limita el crecimiento, masa/unidad de volumen; KS = cte. de velocidad media, masa/unidad de volumen;
Cintica del crecimiento biolgico
Funcin de Monod
=
+
=
+
Tasa de crecimiento bacteriano
Cintica del crecimiento biolgico
Fase de crecimiento exponencial
= Y
Grado de utilizacin de substrato - Tasa de crecimiento
Substrato
Procesan
Clulas Nuevas Oxida
Productos finales Orgnicos/inorgnicos
Cintica del crecimiento biolgico
=
=
+
Tasa de utilizacin de substrato
= Y
=
+
Tasa mxima de utilizacin del substrato por unidad de masa de microorganismos
rsu = tasa de utilizacin de substrato, masa/volumentiempo; Y = coeficiente de produccin mxima medido durante cualquier perodo finito de la fase de crecimiento exponencial, definido como la relacin entre la masa de clulas formadas y la masa de substrato consumido masa/masa.
Cintica del crecimiento biolgico
Fase de crecimiento exponencial
=
Edades Clulas
Sistemas Bacterianos
No todas
muerte depredacin
Otros factores
Tasa de crecimiento
correccin
Energa mantenimiento celular
rd = descomposicin endgena, masa/volumentiempo; Kd = coeficiente de descomposicin endgena, tiempo-1;
Cintica del crecimiento biolgico
=
+
= Y
Tasa neta de crecimiento especfico
=
=
+
rg = tasa neta de crecimiento bacteriano, masa/ unidad de volumen; = tasa de crecimiento especfico, tiempo-1;
Cintica del crecimiento biolgico
Temperatura
= 20 20
rT = velocidad de reaccin a TC; r20 = velocidad de reaccin a 20C; rT = coeficiente de actividad - temperatura; T = temperatura en C;
Reacciones biolgicas
Actividades metablicas Velocidad de transferencia de gases Caractersticas de sedimentacin
Velocidad de reaccin proceso biolgico
Aplicacin de la cintica
Sistemas empleados
Q, S0 Q, S, X
X, V, S
Qe , S, Xe Q, S0
Qr , S, Xr
X , S, Vr
Aplicacin de la cintica
Sistemas empleados
Qe , S, Xe Q, S0
Qr , S, Xr
X , S, Vr
Qw , Xr
Qe , S, Xe Q, S0
Qr , S, Xr
X , S, Vr
Qw , X
Aplicacin de la cintica
Representacin de reactor de mezcla completa
Q, S0 Q, S, X
X, V, S
Balance de masa para la masa de microorganismos
Acumulacin = Entrada Salida + Crecimiento neto
= 0
Aplicacin de la cintica
Tomando la expresin de la tasa de crecimiento bacteriano
Supuestos
X despreciable en el efluente; dX/dt = 0 (condiciones estacionarias);
= 0
+
=
+
Aplicacin de la cintica
Tiempo medio de retencin celular c
1
=
+
1
= =
+
Tiempo de detencin hidrulica = V/Q
Aplicacin de la cintica
Balance de substrato para la masa de microorganismos
= 0
Supuestos
dS/dt = 0 (condiciones estacionarias);
= 0
1+=
0
1+
La concentracin de microorganismos en el efluente
La concentracin de substrato en el efluente
= 1 +
1
Proceso biolgico
Definiciones
Procesos Aerobios
Eliminacin Biolgica de Nutrientes
Procesos Anaerobios
Nitrgeno - Fsforo
Proceso biolgico
Procesos Facultativos
Organismos Facultativos
Termino empleado para representar la materia orgnica o los nutrientes que sufren conversin o que pueden constituir un factor limitante en el tratamiento biolgico.
Substrato
Proceso biolgico
Eliminacin de la DBO carbonosa
Nitrificacin
Materia orgnica
Gases
Tejido celular
conversin
Desnitrificacin
Amoniaco 2
3 4
+ 3
Nitrito Nitrato
3
Nitrato Nitrgeno gas Otros productos gaseosos
Proceso biolgico
Procesos de Cultivo en Suspensin
Procesos de Cultivo Fijo
Suspensin
Piedras Escorias Materiales cermicos Plsticos
Fijos
Proceso de lodos activados
Aguas residual
Oxidacin Biolgica
Agua residual
Microorganismos
Substrato
Microorganismo
Lodo activado
heterognea
Etapa esenciales del proceso
Proceso de lodos activados
Contacto Aireacin
Clarificacin
Recirculacin
Disposicin
Proceso flexible
Proceso de lodos activados
Tamao de la unidad
Modelo de Flujo
Convencional Alta capacidad Contacto
estabilizacin Aireacin
prolongada
Mezcla completa Flujo Pistn
Lodos activados convencional
Proceso de lodos activados
Perodo de aireacin 4 a 8 h Sedimentacin primaria 1 a 2 h Recirculacin promedio 25% Qa Remocin de DBO 90%
Aireacin gradual o proporcional Lodos activados a mezcla completa Lodos activados con flujo pistn.
Variaciones
Lodos Activados con Adicin Escalonada
Proceso de lodos activados
Volumen de aireacin Lodos propiedades asentamiento
Regenerar las propiedades de adsorcin del lodo
Variacin de parmetros SSV Factor de carga
Proceso con estabilizacin de lodo y contacto
Proceso de lodos activados
1 2
Tanque de aireacin
1 2
Proceso con estabilizacin de lodo y contacto
Proceso de lodos activados
Perodos de contacto y estabilizacin
Propiedades del desecho Lodo activado
Variar el volumen del estanque de aireacin
Tamao relativo de las2 etapas
Proceso con estabilizacin de lodo y contacto
Proceso de lodos activados
Tiempo de reaireacin
Mantener remocin de substrato
Lodos activados a Mezcla Completa
Proceso de lodos activados
Concentracin de Slidos Tasa de respiracin DBO Soluble
Idnticas en cualquier punto del reactor
Licor Mezcla
85% a 95% Susceptible al desarrollo de
organismos filamentosos Asimilar cargas violentas
Aireacin de Alta Tasa
Proceso de lodos activados
Similar proceso de lodos convencional
Utiliza corto perodo de aireacin
No utiliza sedimentacin primaria
Alto costo Bajo rendimiento
Proceso propuesto
Tratamiento primario
Nitrificacin
Aireacin Prolongada
Proceso de lodos activados
Alta permanencia en el tanque de aireacin Densidades elevadas del licor mezclado Carga orgnica reducida
Similar proceso de lodos convencional
Se emplea generalmente en plantas prefabricadas
Funcionamiento se genera en la fase de respiracin endgena
Aireacin Gradual o Proporcional
Proceso de lodos activados
Modificacin proceso flujo Pistn Aplicacin de O2 en forma decreciente a lo largo del estanque
Proceso Dual Aire insuflado en el fondo del estanque y la otra distribuida
cercana a las superficie Estanque de aireacin independiente al reactor
Proceso Krauss
Proceso de lodos activados
Modificacin proceso aireacin escalanoda Tratamiento de aguas con bajo contenido de nitrgeno Tanque independiente para nitrificacin
Sistema de Oxgeno Puro Se utiliza oxgeno puro en lugar de aire Distribucin mediante difusores Estanques cubiertos Se requiere aadir del orden de 4 veces ms oxgeno que en
los sistemas convencionales
Zanjas o Canales de Oxidacin
Proceso de lodos activados
Utilizado en pequeas comunidades o en lugares sin restriccin de terreno
Velocidad de circulacin del agua 0.24 a 0.35 m/s Aireacin prolongada (largos tiempos de detencin y
retencin de slidos) Operan habitualmente con estanque de sedimentacin
secundaria Canal circular o ovalado Aireacin mecnica
Proceso de lodos activados
a Unidad de contacto
b Unidad de estabilizacin de slidos
c NKT/SSVLM
Lodos Activados Mezcla Completa
Ecuaciones predictivas exactas
1) Eckenfelder; 2) McKinney; 3) Lawrence & McCarty; 4) Gaudy.
Procesos Biolgicos
comportamiento
Modelos Bsicos
Lodos Activados Mezcla Completa
El substrato y la biomasa son los dos principales factores que importan en el diseo funcional del reactor;
Modelos de balance alrededor del sistema completo;
Modelo de balance slo al reactor;
La tasa de utilizacin de substrato es dependiente sobre la concentracin de substrato en el reactor.
enfoques
Modelos Bsicos
Eckenfelder; McKinney; Lawrence & McCarty
Gaudy
4 Modelos
Lodos Activados Mezcla Completa
conversin
Reactor Oxidacin y sntesis; Respiracin endgena
estequiometra
+ 2 + nutrientes
2 + 3 + 572 + otros productos finales
572 + 5 2
5 2 + 2 2 + 3 + energa
Oxidacin y sntesis
Respiracin endgena
Materia orgnica AR Clulas bacterianas
Oxidacin de las clulas requerimiento de 1.42 mg de Oxgeno
Lodos Activados Mezcla Completa
Mantener concentracin de clulas deseadas
Ambiente aerobio difusores o aireadores mecnicos
Qe , S, Xe Q, S0
Qr , S, Xr
X , S, Vr
Qw , Xr
Lquido mezcla mezcla completa
Fraccin purgada crecimiento de tejido celular
Modelo Cintico
1) La estabilizacin de los residuos por parte de los microorganismos se produce nicamente en el reactor;
2) El volumen utilizado al calcular el tiempo medio de retencin celular del sistema slo incluye el volumen del reactor;
3) El contenido de microorganismos en el agua residual que entra al reactor es nulo (afluente primario);
Lodos Activados Mezcla Completa
Hiptesis
Lodos Activados Mezcla Completa
Balance de masas
= 0 +
Velocidad de acumulacin
de microorganismos
dentro de los lmites del
sistema
=
Cantidad de
microorganismos
que entran al
sistema
-
Cantidad de
microorganismos
que salen del
sistema
+
Crecimiento neto de
microorganismos (masa
por sntesis masa por
respiracin endgena)
Lodos Activados Mezcla Completa
=
Tiempo hidrulico del reactor,
Vr = volumen del reactor, m3
Q = caudal afluente, m3/da
Masa de microorganismos del reactor dividida por la masa diaria de microorganismos purgada del sistema
Tiempo medio de retencin celular, c
=
+
X = concentracin de microorganismos en el reactor, mg/l Xr = concentracin de microorganismos en la lnea de recirculacin de lodos, mg/l Xe = concentracin de microorganismos en el efluente de la unidad de separacin de slidos, mg/l Qe = caudal de lquido efluente de la unidad de separacin, m
3/da Qw = tasa de purga de clulas desde el caudal de recirculacin, m
3/da
Lodos Activados Mezcla Completa
Sustituyendo la ecuacin de ;
Suponiendo que las clulas en el afluente es nula; Condiciones estacionarias (dX/dt=0);
=
+ = Y
+
= Y
Lodos Activados Mezcla Completa
+
= Y
1
=
Donde es la tasa de utilizacin de substrato en unidades de masa/volumen tiempo; Cantidad de substrato utilizado; En un tiempo determinado
= Y
1 +
Lodos Activados Mezcla Completa
=
0 =
0
= Y 0
1 +
La concentracin de microorganismos en el reactor, X, es:
= 1 +
1
Haciendo un balance de substrato, se obtiene la concentracin en el efluente:
Lodos Activados Mezcla Completa
Los efectos de la respiracin endgena sobre la produccin neta de bacterias se tiene en cuenta al definir la produccin observada
=
Utilizando las expresiones anteriores, se obtiene:
=Y
1 +
Lodos Activados Mezcla Completa
Ecuaciones Concentracin de microorganismos, X Concentracin de substrato, S
Gran cantidad de constantes
Dificultad para su aplicacin en el diseo
en forma prctica
Tasa de utilizacin especfica de substrato (U); Relacin alimento microorganismos (F/M); Rendimiento del proceso (E); Carga volumtrica (C);
Relaciones
Tasa de utilizacin especfica de substrato (U);
Lodos Activados Mezcla Completa
Se define como:
=
= 0
=0
Tasa de utilizacin especfica de substrato (U);
Lodos Activados Mezcla Completa
Se define como:
=
1
= Y
1
= Y
Relacin alimento microorganismos (F/M)
Lodos Activados Mezcla Completa
Se define como:
=0
=
100
Existe una relacin entre F/M y U en funcin del rendimiento del proceso (E), determinada por:
Rendimiento del Proceso (E)
Lodos Activados Mezcla Completa
Se define como:
=0
0 100
=0
Carga Volumtrica (C)
Se define como:
Ejemplo
Lodos Activados Mezcla Completa
Se desea tratar un residuo orgnico con una DBO5 soluble de 250 mg/l mediante un proceso de lodos activados de mezcla completa. La DBO5 del efluente debe ser inferior a 20 mg/l. Se cuenta con la siguiente informacin del problema:
Temperatura 20C; Q = 0.25 m3/s; c = 10 d; Y = 0.65 kd = 0.06 1/d S = 7.4 mg/l de DBO5 soluble
SSV afluente al reactor son despreciables;
Concentracin lodo de retorno = 8,000 mg/l de SSV
SSVLM = 3,500 mg/l; Qe = Q; SSV efluente 16 mg/l;
Ejemplo
Lodos Activados Mezcla Completa
Determine: 1) Eficiencia del tratamiento biolgico; 2) Eficiencia conjunta de la planta; 3) Volumen del reactor; 4) La masa de lodo producida, biomasa, en kg SSV/d; 5) Biomasa purgada; 6) Relacin de recirculacin; 7) Tiempo de detencin hidrulica; 8) Tasa de utilizacin especfica; 9) Relacin F/M 10) Carga volumtrica en kg DBO5/m
3;
Parmetros de control de procesos operacionales
Parmetros de Control
Tasas de lodo de desecho
Edad de lodo (EL); Tiempo medio de retencin celular (c); Tiempo de retencin de slidos (SRT);
Edad de Lodo (EL)
Parmetros de Control
Se define como:
EL= Edad de lodo, d MXvr = masa de slidos suspendidos voltiles totales en reactor, kg SSVT MXve = masa de slidos suspendidos voltiles totales en lodo de exceso, kgSSVT/d
=
Eckenfelder; Marais; Ekama
Tiempo medio de retencin celular (c)
Parmetros de Control
Se define como:
=
+
Masa diaria de slidos suspendidos voltiles purgados del sistema (exceso de lodo y efluente)
Masa de slidos suspendidos voltiles en el reactor
slidos en suspensin efluente final
Parmetros de Control
Procesos con alta edad del lodo Simplicidad
=
+
Xe Muy baja
Se desprecia
=
=
Consideraciones c:
Parmetros de Control
La cantidad de slidos en el efluente final es dependiente de un buen diseo y operacin del sedimentador secundario y no es funcin del proceso biolgico en s. O sea que un valor bajo de c puede no representar un mal estado del sistema biolgico, sino solo una mala operacin del retorno de lodos.
El c requiere de un nmero mayor de mediciones y determinaciones que la EL, como parmetro de control.
Para casos prcticos, QeXe es pequeo y puede ser
despreciado.
Consideraciones:
Parmetros de Control
El uso de c se basa, simplemente, en el hecho de que, para controlar la tasa de crecimiento y por lo tanto el grado de estabilizacin del residuo, es necesario purgar cada da un porcentaje determinado de la masa celular del sistema.
Por lo tanto, si para alcanzar un determinado nivel de
tratamiento se necesita un valor de 10 das, ello implica que cada da es necesario purgar el 10 por 100 de la masa celular de todo el sistema.
Remocin de organismos
Parmetros de Control
Con recirculacin v/s
Sin recirculacin
Variacin exceso de lodo
independiente
ventaja
Sistema
No es completa
Limitaciones Prcticas
Parmetros de Control
Valor bajo
independiente
LMITE REACTOR
Sedimentacin masa microbiana
Efectiva
Parmetros de Control
Sedimentacin masa
microbiana Prdida
1
=
1 +
p = razn volumtrica de Qr /Q Xr /X = razn en funcin de la eficiencia del separador slido lquido y de las caractersticas de sedimentacin de la masa biolgica
mnimo
No se produce estabilizacin
alguna del residuo
Valor Crtico de
Parmetros de Control
Tiempo medio de retencin celular mnimo
El tiempo de retencin para el cual las clulas se extraen;
Son eliminadas del sistema de arrastre antes de que se puedan reproducir;
Parmetros de Control
Tiempo medio de retencin celular mnimo
1
= +
= Y
=
+
=
1
= Y
0 + 0
Eliminacin por arrastre de las clulas
0 =
Tratamiento de AR
Parmetros de Control
0
1
Y
Valores tpicos de coeficientes cinticos para el proceso de lodos activados en el caso de ARD
=
Factor de Seguridad
Gould
Parmetros de Control
operacin
3-4 das
A periodos ms largos
Tendencia al deterioro de la calidad del efluente
Ocasionada por la descomposicin de los floculos biolgicos
A periodos menores
Abultamiento del lodo; Microorganismos dispersos;
bulking
especficas de tratamiento
Parmetros de Control
Menores a 1 da
brutas altas de remocin de DBO No son posibles
Microorganismos no flocularn bien Efluente contendr grandes
cantidades de slidos microbianos suspendidos consumiendo oxgeno
obtener
Parmetros de Control
> 3 das
Un corto c para una tasa mxima de remocin soluble de desecho por crecimiento disperso;
Un valor medio de c para separacin por gravedad de masa microbiana y altas eficiencias totales;
Largos perodos de c para una produccin neta mnima de slidos microbiales;
Adecuado > 85%
Diseo
Tiempo de Retencin de Slidos (SRT)
Parmetros de Control
Se define como:
SRT = tiempo de retencin de slidos, d MLSS = slidos suspendidos totales en el licor mezcla (reactor), mg/l SSTr = slidos suspendidos totales en exceso de lodos, mg/l SSTe = slidos suspendidos totales en efluente, mg/l
Dr. Andrew Middleton Lawrence & McCarty
=
+
Tiempo de Retencin de Slidos (SRT)
Parmetros de Control
Ventajas respecto de los parmetros anteriores:
Provee un simple y rpido anlisis de laboratorio, tiempo requerido menor a una hora; Este concepto puede ser rpidamente entendido por
operadores no entrenados o inexpertos; La purga de slidos suspendidos totales permite un
control automtico de los slidos suspendidos voltiles; Describe un proceso biolgico y qumico muy complejo
en trminos relativamente simples;
Produccin de Lodos
DBO Removida
Lodos Activados
Nueva Biomasa
Sntesis
Lodo Activado Fraccin
Reducida
Auto oxidacin
Respiracin Endgena
Produccin neta de lodo
Balance Sntesis; Respiracin endgena;
Produccin diaria lodo
= Y 0 1
1000
Produccin de Lodos
Afecta a las instalaciones Evacuacin de lodo en
exceso (purga)
Px = produccin diaria neta de lodo activado, medida en trminos de SSV, kg/d Yobs = produccin observada, kg/kg
=Y
1 +
Tanques de sedimentacin; Lneas de retorno de lodos;
Produccin de Lodos
Slidos del Sistema
Retiene % importante
Tiempo medio de retencin celular
Basado en el volumen total del sistema
utilizar
=
+
Xt = Masa total de slidos suspendidos voltiles del sistema, incluyendo los slidos del tanque de aireacin, del tanque de sedimentacin, y los existentes en las instalaciones de retorno de lodo, kg
Otras expresiones para Produccin de Lodo
=
Produccin de Lodos
B = DBO5 agregada al sistema, kg/d E = Eficiencia del sistema en remover la DBO, como decimal Xv = Slidos suspendidos voltiles en el reactor, kg
Eckenfelder y OConnor
Otras expresiones para Produccin de Lodo
Produccin de Lodos
Eckenfelder
= +
= +
Sr = DBO o DQO removida del sistema, kg/d Xd = Slidos suspendidos voltiles en el reactor que son degradables, kg SSVa = Slidos suspendidos voltiles afluentes, kg/d
Proceso Convencional
Proceso de Aireacin Extendida
Eckenfelder
Mtodo Racional
Contribucin al desarrollo de este mtodo
McKinney Teora de la Cintica Racional Edad del Lodo importancia Factor de carga Divisin de materia voltil
Activa Endgena - Inerte
1962
McKinney
Mtodo Racional
Porcin de materia activa en el reactor
=6
1 + + 7
Ma = masa activa de microorganismos en el reactor, mg/l x = fraccin de los slidos mantenidos en el aireador que escapan por el vertedero del sedimentador secundario, en tanto por uno s = factor que determina los slidos que son purgados del sistema, en tanto por uno w = fraccin del caudal de lodo efluente del sistema, en tanto por uno k6 = constante de sntesis, 1/d k7 = constante de respiracin endgena, 1/d
Concentracin total de slidos suspendidos en el licor mezcla
Mtodo Racional
= 10,000
1 + 1
Mt = Concentracin total de slidos suspendidos en el licor mezcla, mg/l SDI = ndice de Densidad del Lodo
= 10,000
Masa Endgena
Mtodo Racional
=8
+
Me = Masa endgena, mg/l k8 = Fraccin del metabolismo endgena que resulta en materia orgnica voltil inerte en el sistema, 1/d
Me SSV
Metabolismo endgeno; Alza de O2 endgeno;
Agua residual cruda
Mtodo Racional
=
0
Mm = Slidos suspendidos voltiles biodegradables (metabolizables) en el tanque de aireacin y efluente, mg/l Mmi = Slidos suspendidos voltiles biodegradables (metabolizables) en el desecho crudo, mg/l
SSV
Biodegradados (metabolizados)
No biodegradable (Metabolizable)
Agua residual cruda
Mtodo Racional
= +
Mii = Slidos voltiles inertes en el desecho crudo, mg/l Mi = Concentracin de los slidos suspendidos voltiles inertes en el licor mezcla, mg/l
SSV
Biodegradados (metabolizados)
No biodegradable (Metabolizable)
Masa Total Activa (Ma) Endgena (Me) Inerte (Mi)
Mtodo Racional
= 1 +8
+ +
+
M = Masa total de slidos suspendidos voltiles, mg/l
Materia orgnica en el efluente
5 efluente = + 10 k10 = constante de oxigenacin (metabolismo) a 20C sobre un perodo de 5 das
Avance en la investigacin
Mtodo Racional
Lawrence y McCarty (1970)
Hiptesis de Monod Utilizacin de substrato
teora unificada
Calidad efluente
Funcin Edad lodo Independiente c
Me - Mi
No incorporado
Marais (1972)
Marais y Ekama
Teora McKinney Teora Monod
Nuevo Modelo constantes
desarrolla
Analiza
Teora Lawrence y McCarty
Nuevas expresiones
Establecer
Marais y Ekama
Mtodo Racional
= + +
= + +
Xv = Slidos suspendidos voltiles en el tanque aireacin, mg/l Xa = Slidos suspendidos voltiles activos, parte de los slidos voltiles que representan la biomasa de organismos activos, mg/l Xe = Slidos suspendidos voltiles endgenos, parte de los slidos voltiles que fueron activos y que han sido degradados por respiracin, mg/l Xi = Slidos suspendidos voltiles inertes, parte de los slidos voltiles que no intervienen en la oxidacin biolgica, mg/l MXv = Masa total de slidos suspendidos voltiles en aireacin, kg MXa = Masa de slidos suspendidos voltiles activos en aireacin, kg MXe = Masa total de slidos suspendidos voltiles endgenos en aireacin, kg MXi = Masa total de slidos suspendidos voltiles inertes en aireacin, kg
Materia celular viva y que resulta de la sntesis de materia orgnica (DBO o DQO) en biomasa menos la prdida de clulas vivas por destruccin endgena.
Mtodo Racional
Ma
20% de la masa viva que desaparece por respiracin endgena permanece como masa endgena residual
Para el desarrollo de las nuevas expresiones: Balance de slidos activos en el sistema; Balance de Masa endgena; Balance de Masa inerte; Masa Total de slidos voltiles;
Balance de slidos activos en el sistema
Mtodo Racional
1
=
+
1
=
= Y 0
1 + =
1 +
1
= Y 0
1 +
1
1,000
Balance de masa endgena
Mtodo Racional
= 0.2
= 0.2
Balance de masa inerte
Mtodo Racional
= 1
1,000
=
Xia = Slidos suspendidos voltiles inertes en el afluente, mg/l
Masa total de slidos voltiles
Mtodo Racional
= Y 0
1 +
1
1,000 0.2 +
1
1,000
Volumen del tanque de aireacin y lodo de exceso
Mtodo Racional
=
1,000
=
MXr = Masa de slidos suspendidos voltiles en exceso, kg/d
Consigliere 1980
Mtodo Racional
= + + + +
MLSS = slidos suspendidos voltiles en el tanque de aireacin, mg/l MLASS = slidos suspendidos voltiles activos, parte de los slidos voltiles que representan la biomasa de organismos activos, mg/l MLDSS = slidos suspendidos voltiles endgenos, parte de los slidos voltiles que fueron activos y que han sido degradados por respiracin, mg/l MLBSS = slidos suspendidos voltiles inertes, parte de los slidos voltiles que no intervienen en la oxidacin biolgica, mg/l MLISS = slidos suspendidos inorgnicos inertes, mg/l MLNBSS = slidos suspendidos voltiles orgnicos no biodegradables, mg/l
slidos activos; slidos no biodegradables originados en la destruccin del lodo; slidos biodegradables que no son sintetizados a slidos activos; slidos inorgnicos inertes; slidos orgnicos no biodegradables;
Balance de Masa en el reactor Fracciones de materia
Mtodo Racional
Consideraciones:
Por cada libra de DBO que entra al aireador y es sintetizada a slidos activos (MLASS), se producen 0.65 libras de slidos activos. Parte de estos slidos activos que se producen son destruidos por causas naturales en el aireador y el 81.5% de la masa de los slidos activos destruidos se convierten en dixido de carbono y agua como resultado de la respiracin endgena. El 18.5% del peso de los slidos activos destruidos es no biodegradable, por tanto se acumula en el aireador como MLDSS.
Mtodo Racional
= 0.18 1.047 28 CEDR = fraccin de slidos destruidos cada da, 1/d
Fraccin de slidos destruidos cada da es dependiente de la temperatura del agua
=0.65
+ +
MLASS = Slidos activos, mg/l FOOD = DBO sintetizada cada da, mg/l XRSS = Fraccin de los slidos mantenidos en el tanque de aireacin (MLSS), que escapan por vertedero del sedimentador secundario, tanto por uno URSS = Razn entre la concentracin del efluente del sedimentador secundario (Xr) con la concentracin de slidos en el tanque de aireacin (MLSS)
Mtodo Racional
=0.12
+ 0.185
MLDSS = Slidos no biodegradables originados en la destruccin de lodo activo en el tanque de aireacin, mg/l
=
+ 0.80
MLBSS = Slidos afluentes biodegradables que no son sintetizados a slidos activos, mg/l SDBO = Parte slida de la DBO que no ha sido sintetizada, mg/l
Mtodo Racional
=
+
MLISS = Slidos inorgnicos inertes en el tanque de aireacin, mg/l MFS = materia fija slida, mg/l
=
+
MLNBSS = Slidos orgnicos no biodegradables, mg/l CNBS = Carbn no biodegradable slido, mg/l
Mtodo Racional
Mtodo Racional
Procesos biolgicos avanzados
Definicin:
Tratamiento adicional necesario para la eliminacin de los slidos suspendidos y de las sustancias disueltas que permanecen en el agua residual despus del tratamiento secundario convencional.
Naturaleza iones inorgnicos relativamente simples
calcio, el potasio, el sulfato, el nitrato y el fosfato
Sustancias
compuestos orgnicos sintticos muy complejos
Procesos biolgicos avanzados Eliminacin de constituyentes por operaciones o procesos avanzados
Procesos biolgicos avanzados
Niveles de calidad alcanzados para operaciones o procesos avanzados
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