fundamentos fenomenologicos de reactores de lodos activados

FUNDAMENTOS FENOMENOLOGICOS DE REACTORES DE LODOS

ACTIVADOS

EL REACTOR BIOLOGICO

AlimentaciónDBO5= 2000 mg/lQ = 900 m3/d

RAS Retorno de Lodo Activado

Efluente

REACTOR Clarif.2º

Lodo

EL REACTOR BIOLOGICO

Fenomenos Físicos + Biológicos:

(1) El transporte de alimentos hasta la superficie del m.o.(2) La adsorción del alimento a través de la membrana celular(3) La predigestión con enzimas de superficie para reducir tamaño(4) La adsorción através de la membrana celular(5) La metabolización (anabolismo, catabolismo, respiración endógena)

ALIMENTACION AL REACTOR F = Q*DBO5 = 900(m3/d)*2000(g/m3)

= 1800 (kg/d)

EL REACTOR BIOLOGICO

MASA DE MICRORGANISMOS EN EL REACTOR MLSS = SOLIDOS SUSPENDIDOS EN LICOR DE MEZCLAMLVSS = SS VOLATILES EN LM

MLSS = MATERIAL INERTE + MATERIA NO BIOLOGICA +MICROORGANISMOS ACTIVOS + MATERIAL ORGANICO

El propósito de un sistema de lodo activado es establecer y mantener una población viable de microorganismos que se alimenten de la DBO5 ingresada en un ambiente apropiado.

El m.o. Convierte la materia soluble y coloidal en nuevas células (lodo activado) y productos finales (CO2 y H2O)

EL REACTOR BIOLOGICO

CARGA DE LODOS2500 (mg/l) < MLVSS > 6000 (mg/l)

F/M = 2000 (mg/l)*900 (m3/d) /4000 (mg/l)*V

F/M = 0.5 (d-1) V = 900 (m3)

Tiempo de retención = V/Q = 900/900 (dias) = 1 (dia)

valores normales de lodo activado 0,25< F/M < 0,5

CARGA ORGANICALa carga orgánica se define como:

kgDBO5/m3.d = 1800 (kgDBO5/d)/900 (m3)

= 2.00

Las variaciones en la carga deben estar consideradas en el diseño

EFICIENCIA

Eficiencia = E = 100*(So-Sf)/So = 100* (2000-200)/2000= 90 %

donde

So = DBO5 alimentación

Sf = DBO5 final (objetivo)

EDAD DEL LODOU = (F/M)*E/100 consumo específico de sustrato

U = 0.5 * 90/100 = 0.45

1/SRT = Y*U - Kd

donde:

SRT = tiempo de retención de sólidos = “edad del lodo”Kd = coeficiente decaimiento endógenoY = rendimiento celular (0.5)

EDAD DEL LODO (Cont.)

una forma alternativa de estimar la edad del lodo es:

Edad de lodo = (V/Qp)*(SST/SSTr)

donde:

V = volumen del reactorQp = Caudal de lodo purgadoSST = SST en el reactor = 70% MLVSSSSTr = SST del lodo de recirculación

LODOS

Biological Nutrient Removal (BNR)

LODOS

Membrane Bioreactor (MBR)

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)

LODOS

TIPOLOGIA DE PROCESOS

Variantes delproceso

Edad del fango(d)

Tiempo deretención (h)

Carga másica(kgDBO5/kgMLSSV)

Carga volumétrica(kgDBO5/d m3)

MLSSV(mg/L)

Convensional 4-12 4-8 0,2 – 0,4 0,32 – 0,64 1,5 – 3,5Mezclacompleta

4-12 4-8 0,2 – 0,6 0,8 – 1,8 2,5 – 4

Aireaciónescalonada

4-12 4-8 0,2 – 0,4 0,64 – 1,0 2,0 – 3,5

Contacto-estabilización

3-10 3-6 0,5 – 2 1,5 – 3 1,0 – 3,0

Alta carga 4-18 2-4 0,4 – 1 1,3 – 3,0 4,0 – 10,0Aireaciónprolongada

>20 16-24 0,005 – 0,15 0,16 – 0,35 3,0 – 6,0

MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE O2

Teoría de la doble película de Lewis

Resistencias:

R = RG + RI + RL

RL>> RG

Se define:

VdC/dt = KL*A*(CS-C)

donde:

KL = Coeficiente global de transferencia de masa

A = area interfacial

CS,C son las concentraciones de oxígeno disuelto en la interfase y el seno del líquido

Pelicula Gaseosa

Pelicula Líquida

Fase Líquida

Fase Gas

Interfase

P

P*

C*

C

FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSFERENCIA DE O2

Considerando a = A/V la expresión queda como:

dC/ (CS-C) = KL*a*dt

Factores que afectan la transferencia de oxígeno:•presión atmósferica•factor alfa = (KL*a) ril/ (KL*a)agua

limpia0,7 < alfa < 1,1•factor beta =(CS)ril/(C) •Tipo de aireación•Naturaleza de SS

Factores que afectan al KL*a:• temperatura

(KL*a)T = (KL*a)20*(1,024)T-20

• materiales con superficie activa, i.e. Detergentes

• acidos grasos, que son absorbidos en la interfase

N = No beta (C*w-C*)/Cs20 1,024 T-

20*alfa

C*w= conc.sat.O2 agua a T,P realC* = conc.sat.O2 ril a t,P real

Cs20= conc.sat.agua a 20°C

FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSFERENCIA DE O2

Autor CoeficientesA B

Eckenfelder y O´Connor 0,48 0,08Logan y Budd 0,52 0,09Quirk 0,53 0,15Mastantuono Carga másica

0,1 0,66 0,0650,2 0,59 0,0650,3 0,56 0,080,4 0,53 0,080,5 0,5 0,08

W.R.C. 0,75 0,048

FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSFERENCIA DE O2

Factores que afectan a Cs•Temperatura : Solubilidad del oxígeno (disminuye con T)•presión parcial de oxígeno, dada por:pc = mc P ====> C* = mc P /Hc (Ley de Henri)•mc=fracción molar de O2 en el gas•P = presión total del gas•Efectos de otros solutos, la solubilidad del

oxígeno se reduce