diseño de plantas de tratamiento de lodos activos iv.pdf
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7/25/2019 Diseo de plantas de tratamiento de Lodos Activos IV.pdf
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DISEO DEPLANTAS DE
TRATAMIENTO DELODOS ACTIVOS IV
EDUARDO NORAMBUENA
EDUARDO.NORAMBUENA@USACH.CL
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EJEMPLOLos parmetros operacionales, en rgimen estacionario, parauna planta de lodos activos de alta carga son los siguientes:
QF=0,088 m3
/s SF= 300 mg/l
XV,F= 6000 mg /l
r= 0,15
Se=15 mg/l XV,e=0,0 mg/l
Los parmetros biocinticos siguientes fueron determinadospara el agua residual:
max= 0,4 h-1
Ks= 75 mg/lh
Y= 0,6 kg biomasa/kg DBO5
kd= 0,01 h-1
k= 0,001 1/dmg
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Calcular:
1. Yny la produccin de biomasa por consumo de sustrato
en kg/d
2. Concentracion de biomasa, XV,a, para la operacin delreactor biolgico en rgimen estacionario en mg/l
3. Tiempo de retencin t, en horas, para el reactor biolgico
y su volumen en m3
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RESOLUCIN1.- a) Produccion neta de biomasa
Reemplazando Y, kd, y
=
0,6
1 0,01/0,4 0,58
b) Produccin de biomasa por dia
Para aplicar la ecuacin falta conocer S0y Q0, valoresque se pueden obtener a partir de las siguientes ecuaciones:
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( 1 )
y
0 (1 )
por lo tanto:
+
+, 273,91
y
0 0,088 1 0,15 0,1012
Reemplazando en la ecuacin de produccin de
BM/d, y considerando los factores de conversin se obtiene:
0,6
273,91
0,1012
1000
1
10
86400
1437
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2.- Concentracin XV,a:
A partir de la relacin ,, , se obtiene el valor
de XV,a:
,
75
0,01 7500
3.- a) tiempo de retencin
,
Despejando t, se obtiene:
, , , ,
3.- Volumen reactor
, , ,
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MODELOS DEREACTORES CONTINUOS
Reactor de Flujo Pistn (FP):
Particulas de fluido atraviesan el reactor sin mezclarse
Si se inyecta un trazador de concentracin C0en continuo
en t=0, la concentracin en el afluente no vara hasta que
aparece el trazador en un tiempo th.
Si el trazador se inyecta por cargas, la primera aparecer
en el efluente una vez que haya transcurrido un tiempo th,
mientras que la siguiente aparecera en un tiempo th +h,
dondeh corresponder a la diferencia de tiempo entre
cargas.
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Reactor de flujo continuo con tanque agitado (RFCTA)
Las particulas se dispersan inmediatamente al entrar al
reactor
Para un trazador continuo, la concentracin en el efluentese determina a partir de un balance de masa:
Realizando las sustituciones pertinentes para dejar la
ecuacion en funcion de th, e integrando, se llega a: 1
( )
Ecuacion que representa la concentracin de trazador en
el efluente del reactor. Una vez que se alcanza el equilibrio la
ecuacin es C=C0.
Para analizar el caso de inyeccin por cargas, basta conhacer C0=0 en el balance de materia, reagrupando e
integrando se llega a C=C0e-t/th
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Reactor de Flujo arbitrario
Intermedio entre FP y RFCTA
Modelo matematico considerablemente mas complejo que
los otros dos tipos
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RENDIMIENTO YCONSUMO DE DBO
La comparacin se realiza comparando los tiempos de
residencia para cada modelo
RFTCA
RFP
Considerar el siguiente esquema de un RFP
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El balance para un elemento diferencial de longitud dx,
atravesada por un por el fluido en un tiempo dt, en la que
el sustrato se reduce en un ds(ds
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Como AL=V y V/Q0=th:
1
ln
Que corresponde al tiempo de residencia de un reactor deflujo pistn.
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A partir del grfico anterior se deduce que el reactor de flujopistn es mas eficiente que el RFCTA
Para una reduccin de un 85% de la DBO que ingresa un
RFCTA requerir un volumen 3 veces mayor que un RFP
(relacin 2,987) y para una reduccin del 95 %, se requiere
un volumen mas de veces mayor de un RFCTA vs un RFP
(relacin 6,342)
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PORQU UN RFCTA??
1. Para efectos de clculo, debido a la turbulencia generada
en la aireacin, se produce una dispersin considerable,
lo que hace que el modelo RFCTA sea ms prximo a la
realidad que el RFP
2. Los sistemas de mezcla completa soportan los cambios
bruscos de la DBO en el afluente mejor que los RFP.Dichas fluctuaciones se amortiguan en el efluente de un
sistema de mezcla completa.
3. Variables A/M se ven desfavorecidas en RFP.
4. RFCTA presentan un mejor balance entre suministro y
consumo de oxgeno.
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RFCTA EN SERIE
1. Para el reactor 1 se tiene:
2. Mientras que para el segundo reactor, la ecuacin ser:
3. Si multiplicamos estas ecuaciones, eliminamos el
termino de concentracin intermedia (Se), la ecuacinqueda como sigue:
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Consideraremos un valor K intermedio, K1=K2, =K,
trasnformando la ecuacin a:
El rendimiento ptimo del sistema corresponde cuando
th,1=th,2, para esto, se hace necesario que V1=V2.
Lo que se busca determinar es la relacin ptima entre
th,1 y th,2para un tiempo de residencia total Th=th,1+th,2,que minimice la relacin (Se/S0), esto conducir a un
consumo mximo de la DBO que ingresa.
Matematicamente, esto es buscar un valor mximo del
denominador del segundo miembro de la ecuacin, al que
llamaremos D
D=(1+Kth,1)(1+Kth,2)
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Reemplazando el trmino de tiempo de residencia total
(th,2=Th-th,1) y simplificando se llega a:
Para llegar al valor mximo, se debe derivar la ecuacin
respecto a th,1e igualar a 0.
Despejando th,1se obtiene:
,
Reemplazando el valor de Thse confirma que
th,1=th,2=Th/2 Con esto, al ser el flujo de alimentacin constante, se
cumple tambien que V1=V2
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Se pueden establecer las siguientes ecuaciones para
determinar la razn Se/S0, tho Thal operar con n
reactores:
+
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