modulo5 pta 12

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


Reproducirse

Desarrollarse

Fuente de Energa

Carbono y nutrientes orgnicos

Nutrientes inorgnicos

Fuentes de Energa y Carbono Clasificar

Yo soy un organismo


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


Microorganismos Quimiohetertrofos

Caractersticas de su metabolismo

Clasificar

metabolismo respiratorio metabolismo fermentativo

Necesidades de oxgeno molecular

metabolismo respiratorio

Oxigeno

Aceptor de electrones

Respiracin aerobia


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


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


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.


Modelo Crecimiento nmero de bacterias


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


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;


Funcin de Monod

=

+

=

+

Tasa de crecimiento bacteriano


Fase de crecimiento exponencial

= Y

Grado de utilizacin de substrato - Tasa de crecimiento

Substrato

Procesan

Clulas Nuevas Oxida

Productos finales Orgnicos/inorgnicos


=

=

+

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.


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;


=

+

= Y

Tasa neta de crecimiento especfico

=

=

+

rg = tasa neta de crecimiento bacteriano, masa/ unidad de volumen; = tasa de crecimiento especfico, tiempo-1;


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


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


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


Tomando la expresin de la tasa de crecimiento bacteriano

Supuestos

X despreciable en el efluente; dX/dt = 0 (condiciones estacionarias);

= 0

+

=

+


Tiempo medio de retencin celular c

1

=

+

1

= =

+

Tiempo de detencin hidrulica = V/Q


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


Contacto Aireacin

Clarificacin

Recirculacin

Disposicin

Proceso flexible


Tamao de la unidad

Modelo de Flujo

Convencional Alta capacidad Contacto

estabilizacin Aireacin

prolongada

Mezcla completa Flujo Pistn

Lodos activados convencional


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


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


1 2

Tanque de aireacin

1 2



Perodos de contacto y estabilizacin

Propiedades del desecho Lodo activado

Variar el volumen del estanque de aireacin

Tamao relativo de las2 etapas



Tiempo de reaireacin

Mantener remocin de substrato

Lodos activados a Mezcla Completa


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


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


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


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


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


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


a Unidad de contacto

b Unidad de estabilizacin de slidos

c NKT/SSVLM


Ecuaciones predictivas exactas

1) Eckenfelder; 2) McKinney; 3) Lawrence & McCarty; 4) Gaudy.

Procesos Biolgicos

comportamiento

Modelos Bsicos


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


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


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);


Hiptesis


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)


=

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


Sustituyendo la ecuacin de ;

Suponiendo que las clulas en el afluente es nula; Condiciones estacionarias (dX/dt=0);

=

+ = Y

+

= Y


+

= 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 +


=

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:


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 +


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);


Se define como:

=

= 0

=0

Tasa de utilizacin especfica de substrato (U);


Se define como:

=

1

= Y

1

= Y

Relacin alimento microorganismos (F/M)


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)


Se define como:

=0

0 100

=0

Carga Volumtrica (C)

Se define como:

Ejemplo


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


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


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)


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)


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


Procesos con alta edad del lodo Simplicidad

=

+

Xe Muy baja

Se desprecia

=

=

Consideraciones c:


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:


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


Con recirculacin v/s

Sin recirculacin

Variacin exceso de lodo

independiente

ventaja

Sistema

No es completa

Limitaciones Prcticas


Valor bajo

independiente

LMITE REACTOR

Sedimentacin masa microbiana

Efectiva


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


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;


Tiempo medio de retencin celular mnimo

1

= +

= Y

=

+

=

1

= Y

0 + 0

Eliminacin por arrastre de las clulas

0 =

Tratamiento de AR


0

1

Y

Valores tpicos de coeficientes cinticos para el proceso de lodos activados en el caso de ARD

=

Factor de Seguridad

Gould


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


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


> 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)


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)


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

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

modulo5 pta 12

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