sistema de lodos activados de flujo secuencial

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE ING. AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES

ASIGNATURA : DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO

DOCENTE : ING. MÁXIMO BACA NEGLIA

INTEGRANTES CODIGO

Aldoradín Arellano, Elisa 039010H

Gonzales Bustamante, Orlando 071070B

Jiménez Chávez, María Jesús 074047A

Pérez Suarez, Karina 071080H

Sumari Vilchez, Yesenia 074044B

Tellez Honores, Ericka 001152J

BELLAVISTA - CALLAO

REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE

LODOS ACTIVADOS DE FLUJO SECUENCIAL (SBR)


“Reparación y Mantenimiento del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial”

Diseño de Plantas de Tratamiento

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 4

2. PROBLEMÁTICA ........................................................................................................................... 4

3. JUSTIFICACIÓN............................................................................................................................. 5

4. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 5

4.1 Objetivo General .................................................................................................................. 5

4.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................... 5

5. MARCO NORMATIVO .................................................................................................................. 6

5.1 Ley Nº 28611 - Ley General Del Ambiente .......................................................................... 6

5.2 Ley Nº 29338 - Ley De Recursos Hídricos ............................................................................ 6

5.3 Decreto Supremo Nº 002–2008 MINAM Estándares De Calidad Ambiental Para Agua ... 7

6. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................................... 8

6.1 Tratamiento Biológico de las Aguas Residuales................................................................... 8

6.2 Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial o Reactor de Secuencia tipo Batch (SBR) 8

6.3 Procesos del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial ................................................. 8

6.5 Componentes del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial ..................................... 10

6.4 Procesos Biológicos de Eliminación de Nitrógeno y Fósforo ............................................. 11

6.5 Ventajas ............................................................................................................................. 14

6.6 Desventajas ........................................................................................................................ 14

7 ACCIONES DE MEJORA .............................................................................................................. 15

8 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES .............................................................................................. 18

8.1 Diagrama de Gantt .................................................................................................................. 18

9 MATERIALES Y COSTOS ............................................................................................................. 19

10 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO, PROCESO Y FUNCIÓN DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS

SECUENCIALES ................................................................................................................................... 22

10.1 Tanque Alimentador ............................................................................................................ 22

10.2 Compresora ....................................................................................................................... 23

10.3 Tanques Recepcionadores (3 del mismo modelo) ............................................................. 25

10.3 Sistema De Automatización De Planta De Lodos Activados De Fluido Secuencial .............. 26




3

10.4 Ciclo Operacional del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial .............................. 27

11. DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL TABLERO DE CONTROL ..................................... 29

11.1 Diagrama De Bloques ............................................................................................................ 29

11.2 Etapa De Alimentación ......................................................................................................... 29

11.3 Etapa De Control .................................................................................................................. 31

11.4 Etapa De Potencia ................................................................................................................ 32

12. DISEÑO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS DE FLUJO SECUENCIAL .................................. 33

12.1 Características del agua residual ....................................................................................... 33

12.2 Criterio de diseño y condiciones ........................................................................................ 34

12.3 Desarrollo del diseño ......................................................................................................... 34

13. PARÁMETROS MEDIDOS EN LA ETAPA DE ALIMENTACIÓN EN EL SISTEMA DE LODOS

ACTIVADOS DE FLUJO SECUENCIAL ................................................................................................... 37

13.1 Temperatura ...................................................................................................................... 37

13.2 PH ....................................................................................................................................... 38

14. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 39

15. RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 40

16. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 41




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1. INTRODUCCIÓN

Los procesos industriales generan una gran variedad de aguas residuales con orígenes

muy diferentes.

El desarrollo de una política de medio ambiente no sólo asegura el futuro del propio

proceso productivo, sino que elimina componentes contaminantes, molestos o nocivos

para el medio ambiente.

Para conseguir éstas mejoras se diseñan diferentes tratamientos que ajusten la calidad del

agua vertida a las especificaciones legales. Esta mejora de la calidad se ve reflejado en el

interés por el tratamiento de aguas residuales en discontinuo y es precisamente éste

hecho lo que motiva este proyecto tal y como puede verse por el creciente interés en las

patentes en SBR (Sequencing Batch Reactor) a lo largo de estos últimos 30 años.

Es por esto que el presente informe proporciona datos teóricos y experimentales respecto

al funcionamiento de este sistema de lodos activados secuenciales para el tratamiento de

aguas residuales.

2. PROBLEMÁTICA

Las aguas residuales son residuos líquidos provenientes de tocadores, baños, regaderas o

duchas, cocinas, etc; que son desechados a las alcantarillas o cloacas. En muchas áreas, las

aguas residuales también incluyen algunas aguas sucias provenientes de industrias y

comercios. La división del agua casera drenada en aguas grises y aguas negras es más

común en el mundo desarrollado, el agua negra es la que procede de inodoros y orinales y

el agua gris, procedente de piletas y bañeras, puede ser usada en riego de plantas y

reciclada en el uso de inodoros, donde se transforma en agua negra.

La práctica de construcción de sistemas de alcantarillas combinadas es actualmente

menos común. Algunas jurisdicciones requieren que el agua de lluvia reciba algunos

niveles de tratamiento antes de ser descargada al ambiente. Ejemplos de procesos de

tratamientos para el agua de lluvia incluyen tanques de sedimentación, humedales y

separadores de vórtice (para remover sólidos gruesos).




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3. JUSTIFICACIÓN

En la actualidad, una de las tecnologías más apropiadas para la eliminación biológica de

materia orgánica y nitrógeno la constituyen los sistemas de lodos activados de flujo

secuencial (Sequencing Batch Reactor o SBR). Debido a su alto nivel de automatización y

control, que permite modificar las condiciones de operación en función de las

características del agua residual afluente al sistema de tratamiento, los sistemas de lodos

activados en discontinuo (SBR) se constituyen en una alternativa para la eliminación

biológica de materia orgánica y nutrientes de las aguas residuales, tanto domésticas como

industriales.

Dada su flexibilidad de operación, es posible introducir las condiciones requeridas para la

eliminación de materia orgánica y nitrógeno, que implican la secuencia de fases aerobias y

aerobias durante el ciclo de operación, y que generan las condiciones necesarias para la

ocurrencia de procesos como la nitrificación y la desnitrificación.

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo General

4.1.1 Mantener y mejorar el sistema de tratamiento de aguas residuales por lodos

activados de flujo secuencial ubicado en el Jardín posterior de la Facultad de

Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Callao.

4.2 Objetivos Específicos

4.2.1 Definir el sistema de tratamiento biológico de aguas residuales tanto a nivel

urbano como industrial y descripción operacional.

4.2.2 Evaluar de los datos experimentales de la eficacia del sistema.




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5. MARCO NORMATIVO

5.1 Ley Nº 28611 - Ley General Del Ambiente

TITULO III: Integración de la legislación ambiental

Capítulo 3: Calidad ambiental

Artículo 120º.- De la protección de la calidad de las aguas

101.2 El estado promueve el tratamiento de las aguas residuales con fines de

reutilización, considerando como premisa la obtención de la calidad necesaria para su

reuso, sin afectar la salud humana, el ambiente o las actividades en las que se

reutilizarán.

5.2 Ley Nº 29338 - Ley De Recursos Hídricos

TITULO V: Protección del agua

Artículo 76.- Vigilancia y fiscalización del agua

La Autoridad Nacional en coordinación con el Consejo de Cuenca, en el lugar y el

estado físico en que se encuentre el agua, sea en sus cauces naturales o artificiales,

controla, supervisa, fiscaliza el cumplimiento de las normas de calidad ambiental

del agua sobre la base de los Estándares de Calidad Ambiental del Agua (ECA-Agua)

y las disposiciones y programas para su implementación establecidos por autoridad

del ambiente. También establece medidas para prevenir, controlar y remediar la

contaminación del agua y los bienes asociados a esta. Asimismo, implementa

actividades de vigilancia y monitoreo, sobre todo en las cuencas donde existan

actividades que pongan en riesgo la calidad o cantidad del recurso.

TITULO V: Protección del agua

Artículo 79º.- Vertimiento de agua residual

La Autoridad Nacional autoriza el vertimiento del agua residual tratada a un cuerpo

natural de agua continental o marina, previa opinión técnica favorable de las

Autoridades Ambiental y de Salud sobre el cumplimiento de los Estándares de

Calidad Ambiental del Agua (ECA-Agua) y Límites Máximos Permisibles (LMP).




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Queda prohibido el vertimiento directo o indirecto de agua residual sin dicha

autorización.

En caso de que el vertimiento del agua residual tratada pueda afectar la calidad del

cuerpo receptor, la vida acuática asociada a este o sus bienes asociados, según los

estándares de calidad establecidos o estudios específicos realizados y sustentados

científicamente, la Autoridad Nacional debe disponer las medidas adicionales que

hagan desaparecer o disminuyan el riesgo de la calidad del agua, que puedan

incluir tecnologías superiores, pudiendo inclusive suspender las autorizaciones que

se hubieran otorgado al efecto. En caso de que el vertimiento afecte la salud o

modo de vida de la población local, la Autoridad Nacional suspende

inmediatamente las autorizaciones otorgadas.

Corresponde a la autoridad sectorial competente la autorización y el control de las

descargas de agua residual a los sistemas de drenaje urbano o alcantarillado.

5.3 Decreto Supremo Nº 002–2008 MINAM Estándares De Calidad Ambiental

Para Agua




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6. MARCO TEÓRICO

6.1 Tratamiento Biológico de las Aguas Residuales

El tratamiento biológico, también llamado tratamiento secundario, es un proceso de

oxidación (a excepción de algunos procesos anaerobios como las lagunas de

estabilización), en donde la materia orgánica biodegradable es descompuesta con ayuda

de biomasa en un medio controlado aeróbico, dando como resultado compuestos

estables de composición más sencilla.

Los complejos orgánicos, en especial prótidos y glúcidos normalmente presentes en aguas

residuales, son transformados en dióxido de carbono, agua y compuestos simples

nitrogenados (NH3 y NOX).

6.2 Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial o Reactor de Secuencia tipo

Batch (SBR)

El sistema de lodos activados de flujo secuencial es un sistema de tratamiento biológico

aeróbico que ha sido usado con éxito para el tratamiento de aguas residuales municipales

e industriales, fue diseñado en USA como una innovación tecnológica alternativa. Los

sistemas SBR han sido utilizados extensamente alrededor del mundo durante varias

décadas. Estos funcionan al recolectar aguas residuales no tratadas y decantar el agua

después de remover contaminantes como DBO, DCO, SST, nitrógeno y fósforo. Esto se

lleva a cabo en un proceso en lote que consta de un llenado (ingreso de aguas residuales),

aireación (para respiración bacteriana), sedimentación (separación de sólidos) y

decantación (evacuación del efluente final).

Este es un proceso en lote de alimentación interrumpida en el que un flujo continuo de

agua es acomodado al alternar un llenado y evacuado mediante la alimentación de dos o

más reactores. Para una operación de flujo continuo es necesario al menos dos reactores

funcionando de forma alternante.

6.3 Procesos del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial

En la siguiente figura, se muestra un esquema del funcionamiento cíclico de un Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial con las diferentes fases de que consta cada ciclo, que en ocasiones se pueden superponer en el tiempo según las necesidades del proceso.




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El proceso de lodos activados de flujo secuencial es una operación en cinco etapas la cual

se lleva a cabo en la siguiente secuencia en un ciclo típico de 6 horas.

Secuencia de Llenado y Aireación

Durante esta secuencia, el agua residual no tratada es introducida en el reactor adonde es

mezclada y aireada para cumplir con la demanda de oxígeno de diseño. Para incrementar

el rendimiento biológico y eliminar las condiciones que promueven el crecimiento de

bacteria filamentosa, se diseña la entrada del reactor con un selector. Este consiste en un

arreglo de deflectores, el cual está conectado hidráulicamente a los reactores principales.

Durante esta secuencia se elimina DBO y se lleva a cabo la nitrificación.

Secuencia de Sedimentación

Después del proceso de aireación, se apaga la entrada del aire. Se crea entonces, una

condición tranquila en la zona principal de aireación para una sedimentación eficiente del

lodo. Durante este periodo se crean condiciones aerobias para la desnitrificación y la

eliminación biológica del fósforo.

Decantación

Después de la sedimentación, el agua clarificada es decantada como efluente final. Un

decantador oscilante o de telescopio es utilizado para remover el clarificado del tanque.

Secuencia de Llenado/Parado

En cargas reducidas se puede introducir y agregar una secuencia de parado al ciclo de

tratamiento. Cuando el sistema está diseñado para eliminación de nutrientes, el tiempo




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de parado puede ser utilizado durante la secuencia de aireación para crear una condición

aerobia para la desnitrificación y eliminación biológica de fósforo.

Una vez finalizada la fase de reacción, los fangos biológicos decantan en el mismo reactor. Basta con parar los mecanismos de agitación y aireación para que los fangos biológicos floculados se depositen en el fondo del reactor y el agua residual tratada quede en la parte superior. La purga de fangos también se puede realizar de forma alternativa durante esta fase. La siguiente fase es la de vaciado, durante la cual se procede a la extracción del agua residual depurada. El agua restante en el reactor después de la fase de vaciado pasa a ser el volumen inicial de agua del ciclo siguiente. En algunas ocasiones puede transcurrir un cierto periodo de tiempo desde el vaciado hasta el inicio de un nuevo ciclo. A este periodo de espera se le denomina fase de inactividad. La aplicación práctica de este proceso secuencial requiere normalmente disponer como mínimo de dos RBS, conectados en paralelo, ya que el flujo de agua residual afluente es normalmente continuo. Los ciclos operativos de estos Sistema se programan desfasados en el tiempo, de manera que cuando finaliza la fase de llenado en uno de los reactores se inicia la fase de llenado del siguiente reactor, continuando así de forma indefinida.

6.5 Componentes del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial

Reactor

La estructura del tanque puede ser de acero o concreto armado dependiendo del tamaño

de la planta.

Equipo de Aireación y Mezclado

Para optimizar la eficiencia de transferencia de oxígeno y el mezclado se utiliza un sistema

de aireación con membrana de burbuja fina.

Decantador

El decantador es el componente principal en el diseño del SBR. Esté deberá remover el

efluente tratado debajo de la superficie y sin interrumpir el lodo sedimentado en

suspensión de manera que no se atasque en la nata, espuma o el lodo sedimentado.

Sopladores de Aire o Compresora

Se utilizan sopladores centrífugos de aire o de desplazamiento positivo en el SBR para

suplir la demanda de oxígeno del proceso.




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Nutrientes

Para aguas residuales industriales es muchas veces necesario agregar nutrientes como

nitrógeno y fósforo en forma de urea y fosfato de di-amonio para optimizar la actividad de

los microbios. Normalmente las aguas residuales municipales vienen enriquecidas de

nitrógeno y fósforo y no será necesario agregar nutrientes adicionales.

Sistema de Bombeo para Exceso de Lodo

Con el fin de mantener una concentración adecuada de biomasa en el SBR, el exceso de

biosólidos deberá ser eliminado del reactor utilizando bombas sumergibles las cuales

están programadas para operar automáticamente de acuerdo a los requerimientos del

proceso.

Digestor Aerobio para Lodo

En muchas aplicaciones es necesario proporcionar digestores aeróbicos para

almacenamiento y estabilización del lodo. Un sistema de aireación con difusores de

burbuja fina es utilizado en el digestor con el fin de mantener condiciones aerobias.

Sistema de Control

Un controlador lógico programable es utilizado para controlar todas las funciones del

proceso. Un sistema de Control SCADA en una PC puede ser proporcionado en caso de ser

requerido.

6.4 Procesos Biológicos de Eliminación de Nitrógeno y Fósforo

Eliminación de Nitrógeno

El nitrógeno presente en un agua residual urbana se encuentra mayoritariamente en forma de nitrógeno amoniacal; su transformación y eliminación biológicas incluyen generalmente una primera fase de nitrificación, en la que el nitrógeno amoniacal es oxidado a nitratos, seguida de una segunda fase de desnitrificación, en la que los nitratos son reducidos a nitrógeno gas. El proceso de nitrificación consta a su vez de una primera etapa en la que el nitrógeno amoniacal es oxidado a nitritos, seguida de otra etapa en que éstos son oxidados a nitratos. Estos procesos los llevan a cabo principalmente dos grupos de bacterias autótrofas aerobias llamadas, respectivamente, Nitrosomonas y Nitrobacter. Teniendo en cuenta los procesos de nitrificación y de síntesis celular, la reacción global de nitrificación se puede escribir como sigue:




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Las bacterias nitrificantes consumen oxígeno disuelto durante este proceso y producen a la vez una disminución de la alcalinidad del agua residual de 7,07 mg CaCO3/mg NH4 +-N oxidado. El rendimiento del proceso de nitrificación depende de la velocidad específica de nitrificación, que viene determinada por los siguientes parámetros: 1) la temperatura, 2) el oxígeno disuelto, 3) el pH, 4) la relación materia orgánica/nitrógeno y 5) la presencia de determinadas sustancias inhibidoras y tóxicas. La desnitrificación es un proceso por el cual el nitrógeno en forma de nitratos es reducido a nitrógeno gas (N2), que se libera a la atmósfera. Los organismos responsables de este proceso de reducción son principalmente bacterias heterótrofas aerobias facultativas que en condiciones anóxicas son capaces de utilizar los nitratos como aceptores de electrones, en lugar del oxígeno disuelto. Para llevar a cabo el proceso de desnitrificación, los microorganismos necesitan una fuente de carbono orgánico. Se pueden diferenciar básicamente tres tipos de fuentes de carbono: 1) la materia orgánica contenida en el agua residual (fuente utilizada en el presente estudio), 2) una fuente de carbono externa que se añade al líquido de mezcla (metanol, generalmente) y 3) una fuente de carbono endógena. Las velocidades de desnitrificación alcanzadas cuando se utiliza una fuente de carbono externa son más elevadas que las obtenidas con la materia orgánica presente en el agua residual, debido a que las substancias añadidas normalmente (por ejemplo, metanol) son más fácilmente biodegradables que los compuestos orgánicos contenidos en el agua residual. La reducción de nitratos mediante la utilización de una fuente de carbono endógena es un proceso mucho más lento. La reacción global de oxidación y síntesis, basada en una fuente de carbono orgánica genérica, puede escribirse como sigue: El proceso de desnitrificación aporta alcalinidad al agua en una proporción próxima a 3,57 mg CaCO3/mg NO3 --N reducido, lo que permite compensar en parte el consumo experimentado durante la nitrificación. El proceso de desnitrificación depende de diversos factores: 1) la presencia de oxígeno disuelto, 2) la fuente de carbono orgánico utilizada, 3) la concentración de nitratos, 4) la temperatura, 5) el potencial de oxidación-reducción, 6)




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el pH y 7) la presencia de substancias inhibidoras y tóxicas. Eliminación del Fósforo La eliminación biológica de fósforo, en cantidades superiores a las observadas en condiciones normales de depuración, es debida a la actividad de ciertos microorganismos que asimilan un exceso de fósforo en condiciones aeróbicas y lo almacenan en forma de gránulos de polifosfatos. El proceso de eliminación biológica de fósforo consta de dos fases. La primera fase requiere la existencia de un medio en condiciones anaeróbicas, es decir, en ausencia de oxígeno disuelto y de oxígeno combinado en forma de nitritos y nitratos que puedan actuar como aceptores de electrones. Estas condiciones se consiguen promoviendo al máximo la eliminación de nitratos al final de un ciclo de tratamiento, de forma que su concentración al inicio del siguiente ciclo sea baja y no inhiba el proceso. Esta primera fase requiere además la disponibilidad de compuestos orgánicos de bajo peso molecular, como los ácidos grasos volátiles de cadena corta. Los organismos acumuladores de fósforo absorben y almacenan esta materia orgánica en forma de poli-hidroxibutirato (PHB). Estos microorganismos obtienen la energía necesaria para la síntesis del PHB a partir de los polifosfatos acumulados en la fase aeróbica del ciclo anterior. La segunda fase tiene lugar en un medio en condiciones aeróbicas, y consiste en la asimilación de los compuestos orgánicos almacenados en la fase anterior. Una parte de la energía obtenida de este proceso es utilizada por los microorganismos para la asimilación y acumulación, en forma de polifosfatos, de los ortofosfatos disponibles en el líquido de mezcla, de forma que el efluente obtenido de este proceso contiene una concentración de fósforo menor que la del agua residual afluente. La purga de fangos permite extraer el fósforo acumulado en las células contenidas en el líquido de mezcla. Los factores determinantes del proceso de eliminación biológica de fósforo son: 1) la naturaleza y la disponibilidad de materia orgánica, 2) la presencia de oxígeno disuelto en las diferentes etapas del proceso, 3) la presencia de nitratos durante la fase anaeróbica, 4) el pH, 5) la temperatura y 6) la presencia de substancias inhibidoras y tóxicas.




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6.5 Ventajas

Estabilidad y flexibilidad: se adaptan a condiciones fluctuantes y toleran

variaciones en la carga orgánica.

Eliminación eficiente de: DBO5, nutrientes (N, P) y compuestos refractarios.

Mayor retención de Biomasa en comparación a otras tecnologías como lodos

activados.

Fácil control de la operación

Menores costos de inversión ya que no requiere una bomba para el retorno de

lodos.

Diseño compacto, requiere menos espacio que los sistemas convencionales como

lodos activados.

Generación de lodos secundarios “estabilizados” que al igual que los sistemas

obtención de biogás, entre otras.

Sin impacto visual, pueden ser instalados bajo tierra.

6.6 Desventajas

Requiere capacitación técnica del o los usuarios.

Requiere mayor sofisticación y mantenimiento.

Riesgo de taponamiento de los dispositivos de aireación durante ciclos operativos

específicos.

No es aplicable a todo tipo de efluente orgánico, la presencia de compuestos

tóxicos puede afectar negativamente el desempeño de este tratamiento.

En algunas ocasiones se requiere agregar nutrientes tanto al SBR como al efluente

final.




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7 ACCIONES DE MEJORA

7.1 Se cambiara completamente la placa en el tablero de control de tal manera que esta

pueda tener una mayor vida útil y para evitar los problemas que se tenía con la

anterior placa.

7.2 Se mejoró la seguridad del panel de control, así como la manipulación del mismo.

ANTES AHORA

ANTES AHORA




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7.3 Se realizó mantenimiento de los tanques, así como renovación de los materiales.

ANTES ANTES

AHORA AHORA




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7.4 Se medirán parámetros básicos, para determinar las condiciones del efluente antes de

ingresar al sistema.




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8 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

8.1 Diagrama de Gantt

TAREA ABRIL MAYO JUNIO JULIO TOTAL

Presentación del compromiso de trabajo 20 20

Revisión de la información 50 50

Revisión del Funcionamiento del Sistema 40 40

Mantenimiento del tablero de control 58.125 1.875 60

Mantenimiento de las compresoras 60 60

Medición de parámetros (alimentación) 650 650

Elaboración del Informe Final 45 45

Peso 168.125 1.875 755 0 925

Peso Acumulado 168.125 170 925 925

Porcentaje 18.1756757 0.2027027 81.6216216 0 100

Porcentaje Acumulado 18.1756757 18.3783784 100 100




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9 MATERIALES Y COSTOS

LISTA DE COMPONENTES UTILIZADOS COMPONENTE CANTIDAD MONTO

1 LLAVE TERMICA 1 45

2 METROS DE MALLA RASHELL 1 18

3 CANDADO, ARMELLA Y PERNOS 1 c/u 13

4 PINTURA ESMALTE 3 51

5 Fibra de vidrio 20x20 DOBLE CARA 1 35

TOTAL 162

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

16/04/2013 06/05/2013 26/05/2013 15/06/2013 05/07/2013

PO

RC

ENTA

JE (

%)

FECHA




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TABLERO: ETAPA DE CONTROL

6 ATMEGA16 1 35

7 BASE-40PINES 1 6

8 CRISTAL 16MhZ 1 5

9 POTENCIOMETRO 1 5

10 BORNERAS 2PINES 10 5

11 BORNERAS 3PINES 1 1

12 PULSADOR 1 0.5

13 CONDENSADOR 22 pF SMD 2 8

14 CONDENSADOR

1 15 100 nf SMD

15 ESPADINES 1 3

*** LCD 1 Se extrajo de la placa anterior.

*** TECLADO MATRICIAL 4X4 1 Se extrajo de la placa anterior.

TOTAL 118.5

ETAPA DE POTENCIA

16 OPTOTRIAC MOC3021 8 28

17 BASE-6PINES 8 20

18 TRIAC BTA10 8 36.5

19 LEDS 3mm 8 4.8

20 RESISTENCIAS 10K ½ W 8 1.6

21 RESISTENCIAS 1K ½ W 8 1.6

22 CONDENSADOR 0.1 uF A 400V 8 4

23 RESISTENCIAS 220 SMD 8 5

*** RESISTENCIA 0.1k 1 W 8 Se extrajo de la placa anterior.

TOTAL 101.5

ETAPA DE ALIMENTACION

24 BOBINA 331 SMD 1 18

25 DIODO SCHOTTKY 1 0.2

26 PUENTE DE DIODOS 1 3

27 RESISTENCIA 10K 1W 1 0.4

28 FUSIBLE 1 0.2

29 PORTAFUSIBLE 1 0.5

30 LM2575 1 3.5




21

31 CONDENSADOR 0.001uF a 400v 1 12

32 CONDENSADOR DE 3300uF a 50V 1 34

33 CONDENSADOR DE 100uF a 25V 1 20

34 CONDENSADOR DE 10uf a 25V 1 12

TOTAL 103.8

IMPLEMENTACION

35 METROS DE CABLE MELLIZO 3 15

36 TERMINALES 21 25

37 GASTOS POR LOS MATERIALES UTILIZADOS

DURANTE LA REALIZACION DE LA PLACA IMPRESA E IMPLEMENTACION

- 34

38 METROS DE TUBO CORRUGADO 1 15

39 ABRAZADERAS 2 2

40 CLAVOS 4 2

TOTAL 93

41 MOLEX 1 3

42 LITROS DE PEROXIDO DE HIDROGENO 1 18

43 SOQUETE COLGANTE 1 5

44 IMPRESIÓN LASER 1 5

45 FIBRA DE VIDRIO 20X20 1CARA 1 20

TOTAL 51

46 VÁLVULA LINEAL 1 35

47 MANGUERA 6 metros 30

48 MANTENIMIENTO DE LA COMPRESORA - 75

49 FABRICACIÓN DE LA PLACA DEL TABLERO DE

CONTROL - 190

50 BANNER INFORMATIVO - 25

TOTAL 385

TOTAL GENERAL 1014.8




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10 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO, PROCESO Y FUNCIÓN DEL SISTEMA DE

LODOS ACTIVADOS SECUENCIALES La planta de lodos activados de tipo SBR se opera con un sistema de tanques. El sistema de aireación consistirá en tres tanques biológicos. El sistema de descarga consiste en un par de boyas a las cuales se les ha implementado un sensor a cada una, de esta manera se ha generado un sistema que cumple la función de sensor de nivel, estos emiten señales al tablero de control el cual enciende o apaga la bomba (0.25 hp) según la señal recibida, cuando el volumen de agua en el tanque llegue a una altura máxima la bomba se enciende para poder descargar el contenido y cuando el volumen de agua en el tanque llegue a una altura mínima la bomba se apagará, las funciones de estos sensores están controladas por el tablero de control que a su vez controlará tres electroválvulas, válvula de llenado, válvula de aireación y válvula de vaciado.

10.1 Tanque Alimentador

Las aguas residuales llenan al tanque de almacenamiento por medio de una bomba de

0.25 HP de potencia, la cual la bombea hacia un tanque que se encuentra a una altura de

2.93 m. y cuyo nivel es controlado por un sistema de sensor de nivel de agua por bollas

(radar), hasta ese punto, se evitan la presencia de sólidos suspendidos por acción de una

pequeña rejilla metálica que protege al pie de check en el punto fijo de la toma de agua.




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Este tanque de almacenamiento hace las veces de tanque de homogenización puesto que

las aguas que llegan ahí proceden a sedimentar todas las partículas sólidas y llegando a los

tanques de aireación con una menor carga de estas, adicionalmente el tanque tiene una

salida de emergencia regulada por medio de válvulas manuales, en su desagüe.

DATOS

Volumen 126.1 L

Caudal de ingreso 170.34 L/min

Tiempo de vaciado 44.42 min

10.2 Compresora

Una compresora es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y

desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.

Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el

trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en




24

energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de

trabajo deseado y lo acumulan en depósitos. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan

desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la

energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora o

del depósito y llega a las instalaciones a través de tuberías.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las

primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo

es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de

temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos

compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable

ESPECIFICACIONES

MODELO/CAPACIDAD ZB-0.12.8 / 25 LITROS DESPLAZAMIENTO DEL AIRE

120 L/min

POTENCIA 2.5 HP PRESIÓN 0.8 MPa

VELOCIDAD 3340 R.P.M VOLTAJE 220V /60 Hz




25

10.3 Tanques Recepcionadores (3 del mismo modelo)

Luego las aguas discurrirán por gravedad hacia los tanques de aireación por medio de una

tubería de distribución (diámetro 11/2 pulgada) es controlada por medio de una válvula

de dos tiempos (diámetro ½ pulg.) para casos de emergencia o de mantenimiento de la

planta.

Las aguas son llevadas al sistema de tanques tipo lineal (tanques de aireación), en donde

el material orgánico se descompone en el tratamiento biológico, produciéndose una

importante remoción de nitrógeno mediante una desnitrificación simultánea. Después del

tratamiento biológico, tiene lugar la separación final del agua tratada y los lodos activados

en uno de los tanques de función doble del sistema tipo lineal.

DATOS

Volumen de cada tanque 121.1 L

Caudal de ingreso 1.79 L/min

Caudal de salida 0.8 L/min




26

10.3 Sistema De Automatización De Planta De Lodos Activados De Fluido Secuencial




27

10.4 Ciclo Operacional del Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial

Ciclo “A”- Ciclo de 6 horas (1/2 Ciclo=180 min)

Las fases de F7 a F12 reflejan las fases de F1 a F6

FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 FASE 5 FASE 6 FASE 7 FASE 8 FASE 9 FASE 10 FASE 11 FASE 12

Tanque 1

N Entrada

DN Entrada

N N S S S Salida

S Salida

S Salida

S Salida

DN Entrada

N Entrada

Tanque 2

N N DN Entrada

DN Entrada

N N N N DN Entrada

N Entrada

N

N

Tanque 3

S Salida

S Salida

S Salida

S Salida

DN Entrada

N Entrada

N Entrada

DN Entrada

N N S S

Equivalencia de Fases en las Válvulas (Válvulas que trabajan en cada fase)

Donde V1: Válvula 1; V2: Válvula 2; …….

N: NITRIFICACIÓN (Aireación)

S: SEDIMENTACIÓN

DN: DESNITRIFICACIÓN

FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 FASE 5 FASE 6 FASE 7 FASE 8 FASE 9 FASE 10 FASE 11 FASE 12

Tanque 1

V1 V2

V1 V2 V2 0 (No Trabaja Válvula)

0 (No Trabaja Válvula)

V7 V7 V7 V7 V1 V1 V2

Tanque 2

V4 V4 V3 V4 V3

V4 V4 V4 V4 V3 V4 V3

V4 V4

Tanque 3

V8 V8 V8 V8 V5 V5 V6

V5 V6

V5 V6 V6 0 (No Trabaja Válvula)

0 (No Trabaja Válvula)




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29

11. DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL TABLERO DE

CONTROL

Se diseñó una placa de control que permita ingresar tiempos en minutos a través de un teclado matricial y mostrarlos en un lcd dichos tiempos son el intervalo de la activación de una secuencia de encendido y apagado de 8 válvulas, se ingresaran en total 12 tiempos para la activacion de 12 secuencias, dichos tiempos serán ingresados después de presionar la tecla ENTER.

11.1 Diagrama De Bloques

11.2 Etapa De Alimentación

Dado que el MICROCONTROLADOR se alimentará con 5 voltios DC es necesarios de un transformador para reducir el voltaje de 220 AC a +12 0 -12 AC, pero aun necesitamos convertirlos a DC para ellos hacemos uso de un puente de diodos y un condensador ahora que tenemos un voltaje en DC debemos reducirlo para ello usamos un BUCK CONVERTER (Convertidor Reductor)con esto aseguramos que el Voltaje se mantenga constante a 5voltios el diseño de esta conversión de AC a DC haciendo uso de un conmutador se le




30

denomina FUENTE SWITCHING, un tipo de fuente mejor a las fuente lineales debido a su mayor eficiencia. CONN_3 es la bornera de 3 terminales a la cual se le ingresa el voltaje AC, Fuse es el fusible de protección en caso se exceda la corriente de puente de diodos (P5) se usa para convertir el voltaje AC a voltaje DC pulsante , el condensador de 2200uf(C5) se usa para linealizar el voltaje DC pulsante, devolviéndole energía cuando la tensión en el empiece a caer,C6 LM2575 D10 L1 y C7 son los valores necesarios para que la fuente se mantenga a 5 voltios, esto se especifica en la hoja de datos del componente LM2575

HOJA DE DATOS DEL LM2575

DIAGRAMA DE LA ETAPA DE ALIMENTACIÓN




31

11.3 Etapa De Control

Para la etapa de control se hace uso de un MICROCONTROLADOR ATMEGA16 de ATMEL dichos UC nos permite captar los datos ingresados a través del teclado matricial, muestra los datos en un LCD además también se usa como salida para activar los OPTOTRIAC MOC3021 y encender las válvulas. SW_PUSH(button1) es el botón de reset,C1 y C2 para la estabilidad del cristal de 16Mhz, el condensador de 100nf(C3) es usado para devolver energía de forma rápida cuando la tensión sufra leves caídas de tensión, el potenciómetro 5k(RV1) permita cambiar el contraste del LCD, la resistencia 330(R2) enciende la pantalla del LCD, el LCD RS,RW,E son los pines de control y D4, D5,D6,D7 son los pines de datos.

DIAGRAMA DE LA ETAPA DE CONTROL




32

11.4 Etapa De Potencia

Dado que las válvulas a controlar se alimentan con AC y nuestro MICROCONTROLADOR funciona con DC hacemos uso del OPTOTRIAC MOC3021, este dispositivo internamente tiene un LED y TRIAC que se activa a través de la luz que irradia el LED es decir no hay un contacto eléctrico entre ellos permitiendo con esto un alta inmunidad al ruido, pero dado que el OPTOTRIAC no trabaja con corrientes altas solo lo usaremos para activar otro TRIAC de mayor potencia en este caso el BTA10 el cual soporta 10A,PIN1 es la conexión al MICROCONTROLADOR , el LED1(D1) indica que la válvula ha sido activada la resistencia 220(R1) es para dar la corriente necesario al LED, la resistencia de 10k(R16) se usa para no sobrepasar la corriente de trabajo del OPTOTRIAC(U3), 1k(R10) y la RED SNUBER RC 0.1k(R26) y 0.1uF(C4) se usa como protección del TRIAC para evitar falsos disparos que conlleven a la activación del TRIAC cuando no ha sido solicitada su activación,VALV1(P1) son las borneras para conectar la valvula1 y ALTERNA(P14) es la conexión a 220AC.

DIAGRAMA DE LA ETAPA DE POTENCIA




33

LISTADO DE LOS COMPONENTES

12. DISEÑO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS DE FLUJO

SECUENCIAL

12.1 Características del agua residual

a. Caudal del afluente = 7.655m3/día

b. Sólidos suspendidos del afluente = 0.8mg/L

c. Sólidos suspendidos volátiles del afluente = 0.6mg/L

d. Temperatura del agua residual = 20ºC

e. DBO5 del afluente = 120 mg/L




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12.2 Criterio de diseño y condiciones

a. Tiempo de detención hidráulica = 1 día

b. F/M de proyecto = 0.1 Kg DBO aplicada/Kg SSVLM.d

c. Relación SSVLM/SSLM producida por la conversión de la materia orgánica del afluente

= 0.8

d. Coeficiente cinético : Y = 0.65 g/g, Kd = 0.05 d-1

e. Concentración media del fango sedimentado = 8 mg/L

f. Peso específico del fango = 1.02

g. Suponer que cada día se vacía el 60% del volumen del reactor

h. Profundidad = 1 m

i. Purga de fangos semanales

j. Se estima que el efluente contiene 20 mg/L de sólidos biológicos, de los que el 65%

son biodegradables.

k. DBO5 = 0.68 DBOL

l. DBOL de las células = 1.42 veces la concentración de células.

m. El agua residual contiene cantidades de nitrógeno, fosforo y otros nutrientes de trazas

adecuadas para el crecimiento biológico.

12.3 Desarrollo del diseño

1. Estimamos la concentración de DBO5 soluble del efluente utilizando la siguiente relación:

a. Determinar la DBO5 de los sólidos suspendidos del efluente

La fracción biodegradable de los sólidos biológicos del efluente

(0.65)x(20mg/L) = 13mg/L

DBOL ultima de los sólidos biodegradables del efluente

13mg/L x1.42 = 18.5mg/L

DBO5 de efluente = DBO5 soluble del efluente que escapa del tratamiento +

DBO5 de los sólidos suspendidos del efluente.




35

DBO5 de los sólidos suspendidos del efluente

18.5mg/Lx0.68 = 12.6 mg/L

b. Despejar el valor de la DBO soluble del afluente que escapa al tratamiento

20mg/L = S + 12.6 mg/L

S = 7.4 mg/L

2. Calculamos la concentración de sólidos suspendidos totales y volátiles en el líquido

mezcla y la masa de SSV en el reactor.

Los SSV se pueden estimar utilizando la siguiente ecuación:

X = Q.S0/V(F/M)

Dado que el tiempo de retención hidráulica es de 1 día y que el 60% del volumen total del reactor

se vacía cada día, el volumen el volumen del tanque necesario será:

V = Q.Tr/%

V = 7.655m3/día x(1 día)/0.6 = 12.758 m3

Utilizando el volumen de tanque calculado la concentración de SSVLM será :

X = (7.555m3/día)x(120 mg/L)/ 12.758 m3 (0.1 Kg DBO aplicada/Kg SSVLM.d)

X = 720mg/L

La concentración total de sólidos suspendidos en el reactor se puede estimar de la siguiente

forma:

SST = concentración media de SS inertes del afluente + SSV/0.8

SST = (0.8 – 0.6) mg/L + (720mg/L)/0.8 = 900.2mg/L

La masa de SSV en el reactor es :

Masa de SSV = (12.758 m3).(720mg/L).(1/1000Kg/mg/L)/m3 = 9.186 Kg

La masa total de SS en el reactor es :

Masa total de SS = (12.758 m3).( 900.2mg/L).(1/1000Kg/mg/L)/m3 = 11.485 Kg




36

3. Estimamos el volumen ocupado por el fango sedimentado al final del ciclo de 7 días

antes de que se realice la purga del fango del reactor

Determinamos la masa de SS contenida en el reactor al final del ciclo de cada día

utilizando la siguiente relación:

Xn = X0 + ∑ [(Pxn)/0.8 + SSin)]

Donde

X0 = SS inicial después del vacio

Pxn = sólidos generados durante el n- esimo día debido a la conversión de la

materia orgánica contenida en el agua residual.

SSin = sólidos inertes añadidos cada día

Donde el valor de Pxn basado en los SSV se calcula utilizando la siguiente expresión

Pxn = Y(S0 – S)Q((1/1000 L/m3 .Kg/mg) – k1. Xn-1

La masa neta de SSV producida durante el primer día vale

Px1 = (0.65)(120-7.4)(7.655m3)(1/1000 L/m3 .Kg/mg) – (0.05).( 9.186 Kg)

Px1 = 0.102Kg

Los sólidos suspendidos inertes añadidos al primer día valen:

SSi1 = 0.2,( (7.655)(1/1000)= 1.531 mg

La masa de SS contenida en el reactor al final del primer día es:

X1 = 11.485 + 0.102/0.8 + 1.531 x 10-3 = 13.4Kg

Análogamente, la masa neta de SSV producida durante el segundo día será:

Px12 = (0.65)(120-7.4)(7.655m3)(1/1000 L/m3 .Kg/mg)-(0.05).(9.186 Kg + 0.102 Kg)

Px2 = 0.0966 Kg

La masa de SS contenida en el reactor al final del segundo día :

X2 = 13.4Kg + 0.0966 Kg/0.8 + 1.531 x 10-3 = 13.522Kg




37

Día DBO (mg/L) Px ( Kg/d)

SSi

( Kg/d) SST ( Kg)

1 120 0.1020 1.531 x 10-3 13.4

2 120 0.0966 1.531 x 10-3 13.522

3 120 0.0530 1.531 x 10-3 13.589

4 120 0.0552 1.531 x 10-3 13.593

5 120 0.0553 1.531 x 10-3 13.593

6 120 0.0551 1.531 x 10-3 13.592

7 120 0.0551 1.531 x 10-3 13.592

4. Determinar el volumen necesario para el almacenamiento del fango:

Vf = 13.592 Kg/ 1.02(1000Kg/m3. 2000/106) = 6.663 m3

El volumen disponible es de 12.758 m3, como se quiere que el volumen necesario para almacenar

el fango sea inferior al volumen disponible, el sistema de vacío funcionara adecuadamente.

13. PARÁMETROS MEDIDOS EN LA ETAPA DE ALIMENTACIÓN EN

EL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS DE FLUJO SECUENCIAL

13.1 Temperatura

Fecha Temperatura (C°)

06. jun 19.8

13. jun 19

20. jun 18.5




38

13.2 PH

17,5

18

18,5

19

19,5

20

06. jun 13. jun 20. jun

Temperatura (C°)

Temperatura (C°)

6,2

6,3

6,4

6,5

6,6

6,7

6,8

06. jun 13. jun 20. jun

PH

PH

Fecha PH

06. jun 6.4

13. jun 6.6

20. jun 6.8




39

14. CONCLUSIONES

14.1 Se logró poner en funcionamiento el Sistema de Lodos Activados Secuenciales

considerándose por ello un método eficiente para la reducción de la DBO y la remoción

parcial del nitrógeno.

14.2 Para mantener las condiciones en la etapa anaerobia, ésta deberá carecer de

concentraciones de oxígeno disuelto (OD) y deberá existir una alcalinidad para asegurar

que el pH del sistema no descienda por debajo de 6,0 ya que algunas bacterias

anaeróbicas no actúan por debajo de dicho punto.

14.3 Este trabajo experimental ha permitido corroborar que el Sistema de Lodos

Activados de Flujo Secuencial o Reactor Discontinuo Secuencial (SBR) ofrece una gran

flexibilidad del proceso de tratamiento, permitiendo adecuar las distintas fases del ciclo

en función de la calidad del efluente deseada; esto es aplicable a la eliminación de

nitratos.

14.4 El sistema de aireación prolongada es un factor importante en el proceso de

tratamiento con lodos activados debido a que proporciona oxígeno a los microorganismos

presentes en estos, que son los causantes de la degradación del agua residual,

permitiendo en este tratamiento la remoción de la carga orgánica y el nitrógeno de las

aguas residuales, como consecuencia disminución del mal olor de estas.

14.5 El Sistema de Lodos Activados de Flujo Secuencial o Reactor Discontinuo

Secuencial (SBR), tiene como ventaja que todas las etapas del proceso funcionan en el

mismo tanque, poseen un fácil control en cada una de las etapa por medio un controlador

lógico programable (PLC), en este caso el tablero de control, además disminuye los costos

de instalación de obras civiles y eléctricas.




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15. RECOMENDACIONES

15.1 Controlar continuamente los parámetros de operación de la planta de

tratamiento.

15.2 Para evitar la formación de flóculos, ya que puede proliferar el bulking viscoso, en

el efluente del tanque sedimentador se deberá proporcionar más oxígeno.

15.3 Para el control de los malos olores se debe controlar el sistema de aireación.

15.4 Para controlar el contenido excesivo de sólidos suspendidos en el efluente del

tanque de aireación durante la sedimentación se deberá extraer el contenido de lodo

formado.

15.5 Se recomienda que los estudiantes de la universidad realicen vistas a la planta con

el fin de evaluar su funcionamiento y proponer alternativas de optimización, igualmente

que se continúe con las labores mencionadas en esta investigación.




41

16. BIBLIOGRAFÍA

16.1 METCALF Y EDDY. Ingeniería de las Aguas Residuales. McGraw-Hill.

España,1995. Vol.1 y 2. 16.2 U.S. ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY: Secuencing Batch Reactors,

EPA/625/8 86/011, Cincinnati, OH, Octubre 1986. 16.3 RIVAS MIJARES, G. Tratamiento de Aguas Residuales. Ediciones Vega. 2da

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Ascenso. Universidad de Carabobo. Valencia, 1983. Pp 107 – 180 16.5 WINKLER, Michael A. Tratamiento Biológico de Aguas de Desecho. Editorial

LIMUSA. México, 1986. Pp 87 – 98. 16.6 RONZANO, Eduardo y José L. Dapena. Tratamiento Biológico de Aguas de

Residuales. PIDESA. España, 1995. Pp 89– 134. 16.7 Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater:“Demanda Bioquímica de Oxígeno”. 15 th ed.1980. 16.8 FAIR G, y otros. Ingeniería Sanitaria de Aguas Residuales.Editorial LIMUSA;

volumen 1 y 2, primera edición. México, 1971. 16.9 FEBBUT. THY. Fundamentos del Control de Calidad del Agua. Primera

edición. Editorial LIMUSA. México, 1990. 16.10 HHILLEBUE, Hernán. Manual de Tratamiento de Aguas Negras.

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16.11 MAYER. Eliminación Biológica de Nitrógeno y Fósforo en Aguas. Residuales. Rev. Ing. Química, # 280. Año XXV, Julio 1992.

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sistema de lodos activados de flujo secuencial

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