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Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad PROCESOS DE TRATAMIENTO APLICADOS A LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS EN UNA EDAR Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA  ESQUEMA DEL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES...

Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad PROCESOS DE TRATAMIENTO APLICADOS A LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS EN UNA EDAR Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA  ESQUEMA DEL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS 4. TRAT. PRIMARIO 5 y 6. TRAT. Objetivo: Reducir los SS SECUNDARIO (rendimientos del orden de 55-70%) y DBO5 Objetivo: reducir la (rendimientos sobre el materia orgánica 25-40%) biodegradable tanto en forma coloidal como disuelta, mediante la acción de microorganismos en presencia de oxígeno. Se consiguen rendimientos de eliminación de materia orgánica en torno al 80-95%. 2 y 3. PRETRATAMIENTO Objetivo: Eliminar todas las materias gruesas y/o visibles que lleva el agua residual (residuos sólidos, arenas, grasas y aceites). El vertido de estas 2 materias al medio receptor produce un impacto fundamentalmente estético ESQUEMA DEL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS 3  SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍADE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Factores: Tipo de agua – espacio disponible – variaciones de caudal – capacidad económica y técnica - efecto de cambios estacionales – gestión del fango Procesos intensivos (Convencionales) y Procesos extensivos (o de bajo coste) 4  TECNOLOGÍAS DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES Línea de agua Línea de fango  Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad Tema 10 OBRA DE LLEGADA Y OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO- DESENGRADO  OBRA DE LLEGADA DEL AGUA A LA EDAR  Es una arqueta donde se conectan todos los colectores que transportan las Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y aguas a tratar. DESARENADO-DESENGRASADO  La obra de llegada deberá disponer de un aliviadero para evacuar el excedente de caudal respecto al calculado como máximo. Cálculo del caudal de agua aliviada, Qv: Qv = Qmax – Cd·Qmed Qv = 1.9 L·Hmin 3/2 L: longitud del umbral de vertido Hmin: altura sobre el vertedero (inferior a 0.25 m a caudal medio)  CONDUCTO DE ENTRADA El cálculo de tuberías se basan en el cálculo de la velocidad de circulación Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y del agua en un conducto. Hay que tener en cuenta el régimen de circulación del agua en la conducción DESARENADO-DESENGRASADO (Lámina libre o a presión).  Para conducciones en las que el agua circule en lámina libre Fórmula de Maning v = (1/n) R2/3.I1/2 Material n n = coeficiente de rugosidad de Manning (adimensional) Hormigón 0.013-0.017 I = pendiente de la línea de carga en Ladrillo 0.013 conducciones a presión y de la solera del conducto en las conducciones de Piedra 0.014 lámina libre (m/m). PVC 0.009 Acero 0.008-0.011 Valores del coeficiente de rugosidad de Manning  DESBASTE El objetivo del desbaste es separar los cuerpos voluminosos flotantes y en Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y suspensión. Se consigue:  Evitar posteriores depósitos DESARENADO-DESENGRASADO  Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general  Interceptar materias que podrían dificultar el funcionamiento de unidades posteriores  Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores Se puede llevar a cabo mediante rejas o tamices. Las rejas pueden ser, según diferentes criterios:  Fijas o móviles  Verticales, inclinadas y curvas  Finas (10-12 mm), medias (15-50 mm) y gruesas (50-100 mm)  De limpieza manual y automática El tamizado consiste en una filtración sobre soporte mucho más delgado que unas rejas. Según las dimensiones de los orificios de paso, se distinguen.  Macrotamizado  sobre chapa perforada o enrejado metálico. Paso entre 0,3 mm y 10 mm.  Microtamizado  sobre tela metálica o plástica. Paso inferior a 0,1 mm.  DESBASTE MEDIANTE REJAS REJAS GRUESAS REJAS DE ESCALERA Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO-DESENGRASADO REJAS FINAS  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Parámetros de diseño Para el diseño de rejas se debe determinar: Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y  Anchura del canal (en la zona en la que irán ubicadas las rejas)  W DESARENADO-DESENGRASADO  Altura de la lámina de agua aguas arriba de la reja  h  Pérdida de carga  Δh  Materias retenidas por las rejas  Velocidad de aproximación del agua en el canal de la reja, antes de la misma. Valores:  Entre 0,3 - 0,6 m/s en limpieza manual  Entre 0,6 - 0,9 m/s en limpieza automática.  Velocidad de paso a través de las rejas  Vpaso (Q medio) > 0,6 m/s  Vpaso (Q máx.) < 1 m/s (con limpieza a favor de la corriente)  Vpaso (Q máx.) < 1,2 m/s (con limpieza en contra corriente)  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y Parámetros de diseño Anchura del canal (W) en la zona de rejas DESARENADO-DESENGRASADO vpaso·h vpaso h Altura de la lámina de agua aguas arriba de la reja (m)  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Parámetros de diseño Altura de la lámina de agua aguas arriba de la reja (h) Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO-DESENGRASADO Para determinar el valor de h deben conocerse las características hidráulicas del canal de entrada. En el caso de que esto no fuera posible o bien para un primer tanteo, puede emplearse la siguiente fórmula: Esta fórmula es válida para una velocidad de aproximación del agua en el canal de 1 m/s y en ella Q se expresa en m3/s. Condición para el cumplimiento de la ecuación anterior: Siendo A la anchura del canal.  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Parámetros de diseño Pérdida de carga (Δh) Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO-DESENGRASADO Referencia: Hernández Muñoz, 2001: Δh: Pérdida de carga, m v: velocidad de aproximación del agua en el canal, m/s g: aceleración de la gravedad, m/s2 Referencia: Metcalf & Eddy, 2015: Solo aplicable en el caso de que las rejas estén limpias. Δh: Pérdida de carga, m vpaso: velocidad de paso en rejillas, m/s v: velocidad de aproximación del agua en el canal, m/s g: aceleración de la gravedad, m/s2 C: coeficiente empírico que incluye los efectos de la turbulencia y las pérdidas por formación de remolinos. Toma un 0.7 cuando la reja está limpia  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Parámetros de diseño Pérdida de carga (Δh) Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y Valores de K1 (Atascamiento) DESARENADO-DESENGRASADO C: porcentaje de reja limpia que subsiste en el atascamiento máximo tolerado. Máximo atascamiento permitido: 30 % (C=70%) Para reja limpia, K1 = 1 Valores de K2 (forma de la sección horizontal de barrotes)  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Parámetros de diseño Pérdida de carga (Δh) Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y Valores de K3 (sección de paso entre barrotes) DESARENADO-DESENGRASADO  DESBASTE MEDIANTE REJAS: Parámetros de diseño Materias retenidas en las rejas Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO-DESENGRASADO El volumen de material retenido en las rejas depende del tipo de reja: Para separación entre barras > 40 mm: 2-3 litros/hab.año Para separación entre barras entre 20 y 40 mm: 5-10 litros/hab.año Para separación entre barras inferior a 20 mm: 15-25 litros/hab.año Otros datos: Densidad aproximada: 800 kg/m3 Contenido en humedad: 75 -80 % Contenido en sólidos volátiles: del orden del 80%  DESBASTE MEDIANTE TAMICES El uso de tamices en depuradoras está especialmente indicado cuando: Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y  Las aguas residuales brutas llevan cantidades excepcionales de SS, flotantes o residuos. DESARENADO-DESENGRASADO  Existen vertidos industriales importantes fundamentalmente del sector alimentario (residuos vegetales, semillas, residuos de matadero, etc.)  Tamices rotatorios: Las materias recogidas en la reja se recuperan por medio de un rascador fijo y se evacuan  Tamices Estáticos: El agua se distribuye en la parte superior de la reja cuya inclinación sobre la horizontal disminuye de arriba a abajo, entre 65-45º aproximadamente.  OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA EN EL DESBASTE Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y Las inspecciones necesarias en la etapa de desbaste son las siguientes: DESARENADO-DESENGRASADO Rejas y cintas transportadoras: - Inspección electro-mecánica - Inspección de la colmatación - Comprobación de la retirada de sólidos adecuada - Inspección de la limpieza de cintas - Detección de olores - Avisar a los servicios de retirada de contenedores - Cumplimentar el parte de explotación  DESARENADO - DESENGRASADO Su función es separar, conjuntamente, los elementos pesados en suspensión Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y (arenas, arcillas, limos), de tamaño superior a 200 micras, y las grasas que lleva el AR y que perjudican el tratamiento posterior. DESARENADO-DESENGRASADO Problemas causados por las arenas: - Sobrecargas en fangos - Depósitos en las tuberías y canales - Abrasión en rodetes de bombas y equipos - Disminución de la capacidad hidráulica Problemas causados por las grasas en la depuración de aguas:  Aumento de la DQO (entre un 20 a un 30%)  En rejillas finas causando obstrucciones que aumentan los gastos de conservación  En los decantadores formando una capa superficial que dificulta la sedimentación, al atraer hacia la superficie pequeñas partículas de materia orgánica  En los tratamientos aerobios dificultando la correcta aireación, al disminuir el coeficiente de transferencia al 55-70% al subir el contenido en grasas de 0 a 70 mg/L. Participan, además, en la producción del fenómeno conocido como “bulking”.  Perturbación de los procesos de digestión de lodos  DESARENADO - DESENGRASADO Desarenadores aireados Desarenador helicoidal Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO-DESENGRASADO Referencia: Metcalf & Eddy, 2015  DESARENADO - DESENGRASADO Desarenadores aireados Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y DESARENADO-DESENGRASADO Referencia: Metcalf & Eddy, 2015  OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA EN EL DESARENADO- DESENGRASADO Las inspecciones necesarias en la etapa de desarenado-desengrasado, así Tema 10. OPERACIONES DE DESBASTE Y como en el equipo de lavado de arenas son las siguientes: DESARENADO-DESENGRASADO - Inspección electro-mecánica del funcionamiento de la bomba de extracción de arenas - Inspección electro-mecánica del funcionamiento del equipo de lavado de arenas - Detección de olores - Inspección de la acumulación de arenas - Cuidado de la limpieza y aspecto exterior - Dar cuenta del estado de llenado de los contenedores y avisar a los servicio de retirada de contenedores - Vigilar el estado de llenado de la arqueta de grasas y avisar cuando sea necesaria su retirada. - Cumplimentar el parte de explotación  Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad Tema 11 TRATAMIENTO PRIMARIO: DECANTADORES PRIMARIOS  SEDIMENTACIÓN PRIMARIA Tanques de sedimentación continuos  Sedimentadores de flujo radial Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: Más utilizados en el tratamiento de aguas residuales urbanas DECANTADORES PRIMARIOS  SEDIMENTACIÓN PRIMARIA Tanques de sedimentación continuos Factores que afectan a la sedimentación primaria: Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: – Densidad y tamaño de particulas, DECANTADORES PRIMARIOS – Densidad del líquido, – Variación en la temperatura del líquido, – Velocidad de paso del líquido Diseño empírico de tanques de flujo radial y horizontal  Calcular el área del tanque para el flujo máximo usando una carga superficial fijada.  Calcular la profundidad aproximada del tanque para un tiempo de retención a caudal máximo.  Comprobar que la carga máxima sobre vertedero no exceda los límites recomendados  El tanque nunca debe tener una profundidad inferior a 2 m y para tanques de flujo radial normalmente entre 1/6 - 1/10 del diámetro del tanque.  SEDIMENTACIÓN PRIMARIA Tanques de sedimentación continuos Producción de fangos: F1 = Q(m3/d) x kg SS/m3 x Rdto. Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: DECANTADORES PRIMARIOS Este cálculo nos indica los sólidos sedimentados. Para calcular el volumen de fango hay que tener en cuenta la concentración del fango (C). Pueden tomarse los valores (expresados en %): Vfango = (F1 kg sólidos/d)·(100 kg fango/C kg sólidos)·(1 m3 fango/1000 kg fango) Poceta de fangos: No obstante, lo más habitual es que las purgas de fangos se realicen continuamente o mediante temporizaciones cortas.  SEDIMENTACIÓN PRIMARIA Tanques de sedimentación continuos Criterios de diseño Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: DECANTADORES PRIMARIOS Intervalo Valor típico Velocidad ascensional a caudal medio (m3/m2·h) Decantadores circulares 1.00-2.00 1.5 Decantadores rectangulares 0.80-1.80 1.30 Velocidad ascensional a caudal máximo (m3/m2·h) Decantadores circulares 2.00-3.00 2.50 Decantadores rectangulares 1.80-2.60 2.20 Tiempos de retención (h) Decantadores circulares 1.5-3.0 2.0 Decantadores rectangulares 1.0-2.0 1.5  SEDIMENTACIÓN PRIMARIA Tanques de sedimentación continuos Criterios de diseño Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: DECANTADORES PRIMARIOS Intervalo Valor típico Dimensiones (m) Decantadores circulares Profundidad, h 3.0-4.5 3.6 Diámetro, Ø 3-60 12-45 Ø1/ Ø 0.05-0.2 0.1 h1/h 0.25-0.65 0.4 Pendiente de solera, mm/m 6.25-16 8 Velocidad de los rascadores, r/min 0.02-0.05 0.03 Decantadores rectangulares Profundidad, h 3.0-4.5 3.6 Longitud, L 15-90 25-40 Anchura, b 3-25 5-10 L/h 5-40 15 L/b 1.5-7.5 4.5 Velocidad de los rascadores, m/min 0.9-1.2 0.9  SEDIMENTACIÓN PRIMARIA Tanques de sedimentación continuos Criterios de diseño Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: DECANTADORES PRIMARIOS Intervalo Valor típico Cargas sobre vertedero (m3/m·h) Decantadores circulares 5-18 9.5 Decantadores rectangulares 5-26 10 Concentración de fangos primarios (%) Decantadores circulares 1-2 1.5 Decantadores rectangulares 3-6 5 Tiempo de retención en pocetas (h) Decantadores circulares Sin rasquetas 0.5-5 2 Con rasquetas 4-8 6 Decantadores rectangulares 4-24 10  OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA Las inspecciones necesarias en la decantación primaria son las siguientes: Tema 11. TRATAMIENTO PRIMARIO: Decantación primaria DECANTADORES PRIMARIOS - Inspección electro-mecánica - Observar la existencia de flotantes - Detectar olores - Observar la presencia de burbujas - Inspección de la limpieza de canaleta de recogida de agua - Inspección del funcionamiento de los sistemas de arrastre de fangos y flotantes, y tolva. - Observar el escape de fangos por el vertedero - Comprobar la acción eficaz de la placa deflectora - Comprobar el funcionamiento correcto de vertedero - Comprobar y en su caso cambiar los tiempos de accionamiento de las purgas - Cumplimentar el parte de explotación  Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad Tema 12 TRATAMIENTO SECUNDARIO: TRATAMIENTO BIOLÓGICO Y DECANTACIÓN SECUNDARIA  1. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: FUNDAMENTOS  Consiste en la eliminación o disminución de la materia orgánica coloidal y Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO disuelta.  Se basa en la creación de una biomasa de microrganismos en un reactor, aportando nutrientes y en unas condiciones adecuadas de pH y temperatura. Materia orgánica + O2 → CO2 + H2O + biomasa  Principales tipos de bacterias que intervienen en el proceso: bacterias aerobias heterótrofas.  Factores que intervienen en el proceso:  Características del Sustrato (biodegradabilidad)  Nutrientes (fundamentales para la síntesis)  Oxígeno. (mínimo necesario)  Temperatura (influye en la velocidad de reacción)  pH (6,5-8,5)  Salinidad (tolerables 3-4 g/l) (intrusión marina)  Tóxicos e Inhibidores. (metales pesados, etc)  1. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: FUNDAMENTOS  Tipos de sistemas: Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO - Cultivo en suspensión: Los microorganismos se encuentran en suspensión en el seno del agua por lo que es necesario separarlos del efluente del reactor y devolverlos al reactor para mantener una determinada concentración de biomasa. El proceso típico de cultivo en suspensión es el proceso de fangos activos. - Procesos de media carga:  FANGOS ACTIVOS(a) (a)  Reactores de flujo pistón  Alimentación escalonada - Aireación prolongada (b): - Canal de oxidación (c): (c)  1. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: FUNDAMENTOS  Tipos de sistemas: Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO - Cultivo fijado a soportes: Los microorganismos se fijan o adhieren a diferentes materiales o soportes quedando retenidos en el reactor a pesar del paso del agua a través del mismo, no siendo arrastrados con ella. A estos procesos también se les denomina procesos de película fija o de biopelícula. Filtro percolador Biodiscos  2.1. Fangos Activos: PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN Tiempo de residencia hidráulico (TRH ó θ) Se define el tiempo medio de retención hidráulico θ como el tiempo Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO promedio de contacto entre el lodo y el agua residual. Matemáticamente el tiempo medio de retención hidráulica del reactor, θ, se expresa como: Vtanque de aireación (m 3 ) TRH = Qagua residual (m 3 / d ) Periodo de aireación Vtanque de aireación (m 3 ) Periodo de aireación = Qagua residual (m3 / d ) + Qrecirculación del fango (m 3 / d ) Tiempo medio de retención celular (θc) El tiempo medio de retención celular θc se define Vr. X como la masa de microorganismos del reactor θc = dividida por la masa diaria de microorganismos Qw X r + Qe X e purgados del sistema.  2.1. Fangos Activos: PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN Velocidad de crecimiento de microorganismos y tiempo medio de Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO retención celular El crecimiento de la población microbiana se determina mediante el tiempo medio de permanencia en el sistema, lo que se denomina: Tiempo medio de retención celular (θc o TRS), también denominado “edad del fango”. 1 θ c (o TRS ) = Velocidad de crecimiento específico ( µ ) Una elevada velocidad de crecimiento  alta actividad  alto rendimiento Una baja velocidad de crecimiento  baja actividad  bajo rendimiento Cuanto mayor sea la edad del fango, mayor será la masa microbiana necesaria para eliminar una determinada cantidad de sustrato (fango “más viejo” y por tanto, “menos activo”). La edad del fango es un buen parámetro de control operacional de la planta de fangos activos.  2.1. Fangos Activos: PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN Carga másica (relación F/M) Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO F = alimento (materia orgánica, “Food”); M = Microorganismos F Qagua residual (m 3 / d ). S 0 (kg DBO5 / m 3 ) S0 = 3 3 = M Vtanque de aireación (m ). X (kg SSVLM / m ) TRH. X Los lodos activos funcionan bien cuando la concentración de sólidos supendidos en el licor mezcla (SSVLM) se mantiene en torno a 3 kg/m3 Carga volúmica Es un parámetro menos útil que la carga másica Qagua residual (m 3 / d ). S 0 (kg DBO5 / m3 ) C arg a volúmica = Vtanque de aireación (m 3 ) Tasa de utilización de sustrato específica (U) S 0 − S Q. (S 0 − S )  kg DBO5 e lim inados  U= =   θ.X Vr. X  kg SSVLM. s   2.1. Fangos Activos: PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN Coeficiente de producción de biomasa Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Es la relación entre la cantidad de biomasa producida y la DBO aplicada. kg biomasa Y= kg DBO5 Para recordar: Los sistemas de alta carga producen mucha más biomasa que los sistemas baja carga (aireación prolongada). Ecuación de Laurence y McCarty 1 rsu Q. (S 0 − S ) (S − S) = −Y. − kd rsu = − =− 0 θc X Vr θ rsu = velocidad de utilización del substrato por los microorganismos (kg/m3.s) 1 Q (S o − S ) (S o − S ) = −Y − kd = − Y − kd θc VX θX  2.1. Fangos Activos: PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN Relación de recirculación Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Balance de materia al reactor en el caso de que el crecimiento de la biomasa sea despreciable. 0 = X r.Qr − X. (Q + Qr ) Qr = Q. X Xr − X Qr X 1 r= = = Q Xr − X Xr −1 X Producción de lodos PX = Y. Q. (S 0 − S ) − k d. X.V r ≈ Y obs. Q. (S 0 − S ) Y Vr. X Yobs = Px = Px = Qw. X r 1 + k d.θ c θc  2.1. Fangos Activos: PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN  Necesidad de oxígeno Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Se puede calcular a partir de la DBO5 del sistema. Si toda la DBO se convirtiese en productos finales la cantidad total de oxígeno necesaria se calcularía convirtiendo la DBO5 a DBO0 utilizando el factor de conversión adecuado. Parte de la materia orgánica que se consume se convierte en material celular nuevo que posteriormente se purga del sistema, por lo tanto si la DBO de las células purgadas se resta del total se obtiene la cantidad de oxígeno que debe suministrarse al sistema kg O2 Q. (S0 − S ) = − 1,42. Px día f Valores de f entre 0.65 y 0.70 kg O2 Q. (S0 − S ) = − 1,42. Px + 4,57.Q. ( N 0 − N ) día f Diferentes tipos Aireación por difusores  burbuja gruesa o fina Aireadores de paletas Aireadores de turbina Chorro de líquido Sistemas por oxígeno puro  2.2. SISTEMAS DE AIREACIÓN Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Difusores de burbuja fina Aireadores de paleta Aireadores de turbina Bombas de chorro de líquido  2.2. SISTEMAS DE AIREACIÓN Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Características de diferentes difusores de aire en agua limpia Ref. Metcalf & Eddy, 1995  2.3. CONFIGURACIONES DEL PROCESO DE FANGOS ACTIVOS Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Aireación prolongada >20 16-24 0,05-0,15 0,16-0,35 3.000-6.000  2.4. OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO - Inspección electro-mecánica de los sistemas de aireación - Regulación del sistema de aporte de oxígeno - Observación sobre homogeneización de corrientes y aireación - Observación de costras y flotantes - Presencia de olores - Cuidado de la limpieza y aspecto exterior - Vibraciones y temperaturas al tacto de los aireadores - Observar la presencia de burbujas - Cumplimentar el parte de explotación  3. FILTROS BIOLÓGICOS Se conocen por diferentes nombres: Filtros biológicos, filtros percoladores Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO o lechos bacterianos. Pueden se forma circular o rectangular.  3.1. FILTROS BIOLÓGICOS: Características y funcionamiento  MEDIO FILTRANTE: Tamaño y volumen de poro Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Selección del tamaño de partícula del medio filtrante  Los filtros tradicionales usan relleno de materiales naturales o de materiales residuales: material pétreo, escorias de alto horno, carbón, material plástico sintético.  Compromiso entre área superficial y volumen de poros Para material pétreo  tamaños medios de partícula de 50 mm que dan un área superficial de alrededor de 100 m2/m3 y una porosidad del 50%. Para material plástico  200-300 m2/m3 con una porosidad de 90-95%.  3.1. FILTROS BIOLÓGICOS: Características y funcionamiento  DISTRIBUCIÓN DE LA POBLACIÓN BACTERIANA Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  El filtro tiende a estratificarse teniendo lugar la oxidación de la materia orgánica carbonosa en las zonas superiores y la nitrificación en las zonas inferiores donde hay menos demanda de oxígeno (ya se ha consumido gran parte de la materia orgánica).  La densidad de la biopelícula a través del lecho no es uniforme.  Hay una tendencia a que la biomasa se desarrolle más rápido en las capas superficiales donde hay más alimento disponible.  Es muy difícil de estimar la cantidad total de biomasa por unidad de volumen.  3.2. FILTROS BIOLÓGICOS: Configuraciones y diseño  Configuración más empleada: Filtro con recirculación Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Bi − Be 1 = 0.5 Bi  W  1 + 0.44   V × F  Donde: Bi = DBO del influente (mg/L) Be = DBO del efluente (mg/L) En procesos en dos etapas: W = carga de DBO (kg/día) 1 W’: Carga de DBO5 aplicada al segundo filtro E2 = 0.5 (kg/día) 0.44  W  ' V = Volumen del medio filtrante (m3) 1+   F = factor de recirculación 1 − E1  V × F  1+ R F = ( 1 + 0. 1 R )2 R = relación de recirculación (QR / Q) E2: Rendimiento de eliminación de la DBO5 en el segundo filtro E1: Rendimiento de eliminación de la DBO5 en el primer filtro  3.2. FILTROS BIOLÓGICOS: Configuraciones y diseño Efectos de la recirculación: Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  Disminuye la carga de la alimentación al reactor forzando la distribución de los nutrientes a través del lecho, favoreciendo una distribución más homogénea.  Aumenta la carga hidráulica superficial ejerciendo mayores esfuerzos cortantes sobre la biopelícula, produciendo un mejor arrastre o “lavado” de la biomasa hacia el tanque de sedimentación secundario.  Eficacia del proceso  3.2. FILTROS BIOLÓGICOS: Configuraciones y diseño Medio filtrante Área superficial Porcentaje de del medio huecos (%) Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Gravas de río Pequeñas 55-69 40-50 Grandes 39-164 50-60 Escorias de altos hornos Pequeñas 55-69 40-50 Grandes 46-59 50-60 Plástico Convencional 79-98 94-97 Con alta superficie específica 98-196 94-97 Baja Media Alta carga carga Carga Piedra Piedra Piedra Plástico Carga hidráulica, 0.02-0.13 0.04-0.41 0.35-1.55 0.42-2.5 m3/m2·h Carga volúmica, kg 0.08-0.4 0.3-0.7 0.4-1.8 0.4-5.0 DBO5/m3·día Profundidad 1.5-2.5 0.9-2.4 3.0-12.0 Una etapa (m) 1.8-3.0 0.75-1.2 0.5-1.2 1.5-5.0 Varias etapas (m)  3.3. OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO - Inspección del giro de los brazos de distribución - Observación de la película de biomasa sobre el material soporte - Observación sobre posibles encharcamientos - Observación sobre distribución homogénea de las aguas - Observación sobre existencia de sólidos sobre el lecho - Observación sobre presencia de grasas - Presencia de olores - Cuidado de la limpieza y aspecto exterior - Aparición de insectos - Cumplimentar el parte de explotación  3.2. FILTROS BIOLÓGICOS: Ejercicio tipo Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Ejercicio 1 Dimensionar un filtro biológico de material pétreo compuestos por dos lechos en doble etapa con recirculación, siendo la relación de recirculación de la primera etapa de 1.5 (alta carga) y en la segunda de 0.5 (media carga). El agua residual a tratar presenta las características que se indican a continuación, siendo la DBO5 del agua a la salida del tratamiento de 20 mg/L. Caudales: Caudal medio (m3/h): 256 Caudal punta (m3/h): 448 Caudal máximo (m3/h): 461 Cargas: kg DBO5/d: 946.08 Considerar una eficacia de eliminación en la primera etapa del 70%  4. CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATORIOS: BIODISCOS (RBCs) Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Ref. Metcalf & Eddy, 1995  4.1. BIODISCOS (RBCs): Características y funcionamiento  El soporte de la biomasa se mueve a través del agua a tratar seguido de un periodo de exposición a la atmósfera (aireación). Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  Esto se consigue montando una serie de discos, que pueden tener hasta 3 m de diámetro, sobre un eje horizontal rotatorio.  La biopelícula que se desarrolla en los discos está expuesta sucesivamente a los nutrientes del agua residual y al aire.  Los discos están construidos normalmente de material plástico, poliestireno, o metal expandido para reducir el peso sobre el eje y sus rodamientos.  Los discos (hasta un número total de 50) se montan en un eje, que gira a velocidades entre 1 y 7 r.p.m.  Sobre el 40% de la superficie de los discos se sumergen el el agua residual, que fluye perpendicularmente al sentido de desplazamiento de los discos.  Sobre la superficie de los discos se puede acumular una biomasa con mayor densidad que la que se acumula en un filtro biológico convencional. Se ha estimado que pueden alcanzarse hasta 200 g/m2 de biomasa activa  Esto permite unidades más compactas, con reducción de espacio.  4.2. BIODISCOS (RBCs): Configuraciones y diseño Ref. Metcalf & Eddy, 1995 Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  En plantas pequeñas, los ejes de accionamiento de los biodiscos se orientan paralelos al flujo.  En plantas grandes, los ejes se disponen perpendiculares al flujo, con las diferentes etapas conectadas en serie (ejemplo en el esquema).  Longitud total del eje < 8.23 m (7.62 m útiles).  Biodiscos (medio soporte): fabricados en polietileno de alta densidad corrugados para aumentar la superficie disponible.  Tipos de medios: clasificados en función del la superficie del medio por eje. Para un eje de 8.23 m: Baja densidad: 9290 m2/eje Media o alta densidad: entre 11150 y 16750 m2/eje  El diseño del proceso se basa generalmente en la carga de DBO disuelta  4.2. BIODISCOS (RBCs): Configuraciones y diseño Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Ref. Metcalf & Eddy, 1995 Volumen del tanque: 0.0049 m3/m2 de medio Profundidad habitual: 1.5 m  4.3. OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO - Inspección del giro de los biodiscos - Observación de la película de biomasa sobre los discos - Observación sobre posibles encharcamientos - Observación sobre presencia de grasas - Presencia de olores - Cuidado de la limpieza y aspecto exterior - Aparición de insectos - Cumplimentar el parte de explotación  4.2. BIODISCOS (RBCs): Ejercicio tipo Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Ejercicio 2 Un agua residual urbana con una DBO soluble y total de 150 y 250 mg/l, respectivamente, se desea tratar mediante un sistema de RCBs. La DBO5 de efluente debe ser igual o inferior a 25 mg/l. El caudal medio de diseño es de 2850 m3/día, con un coeficiente punta de 3.5, tanto para la carga hidráulica como para la carga orgánica. Determinar las dimensiones de la unidad de RCBs: a) Superficie total del medio b) nº de ejes c) Volumen y dimensiones del tanque  4. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA  La función del decantador en el proceso de fangos activos es doble:  Conseguir un efluente clarificado. Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  Conseguir un fango concentrado para la recirculación de bio-sólidos al tanque de aireación.  Debe limitarse la concentración de sólidos en el tanque de sedimentación puesto que a mayor concentración de sólidos en el tanque, menor velocidad de sedimentación y por tanto, mayor será la probabilidad de que los sólidos sean barridos hacia arriba con el flujo ascenente del agua en el tanque. Curvas de sedimentación para lodos activos con diferentes concentraciones de MLSS (obtenidas por dilución del fango con el efluente final, ensayos en una columna de 0. 5 m de altura).  4.1. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA: CONSIDERACIONES DE DISEÑO  La velocidad ascensional o carga superficial es un parámetro de diseño muy importante. Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  La determinación de la superficie necesaria para la sedimentación se puede realizar también a partir de metodos experimentales: Método de Talmadge and Fitch y Análisis del flujo de sólidos ANÁLISIS DEL FLUJO DE SÓLIDOS  En un tanque de sedimentación funcionando en estado estacionario existe un flujo constante de sólidos en sentido descendente.  Dicho flujo se produce por gravedad y por el transporte de masa debido al caudal de fangos extraído del fondo del sedimentador.  La extracción continua de fangos del fondo del sedimentador induce un flujo másico de sólidos entre el tanque de aireación y el tanque de sedimentación.  Es necesario fijar correctamente el caudal de recirculación para no producir “lavado” de microorganismos en el reactor (QR demasiado bajo) o acumulación de sólidos (QR demasiado alto).  4.1. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA: CONSIDERACIONES DE DISEÑO ANÁLISIS DEL FLUJO DE SÓLIDOS Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  En cualquier punto del tanque de sedimentación, el flujo de masa de sólidos originado por gravedad (zonal) tiene el siguiente valor: SFg (kg / m 2 ·h) = Ci (kg / m 3 ) · v (m / h) Siendo v, la velocidad de sedimentación de los sólidos a la concentración Ci  4.1. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA: CONSIDERACIONES DE DISEÑO ANÁLISIS DEL FLUJO DE SÓLIDOS Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  4.1. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA: CONSIDERACIONES DE DISEÑO ANÁLISIS DEL FLUJO DE SÓLIDOS Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  El flujo de sólidos debido a la succión en el fondo del sedimentador tiene el siguiente valor: SFu ( kg / m 2 ·h) = C i ( kg / m 3 ) ·U b ( m / h) Siendo U, la velocidad descendente de la masa. Gráficamente, este flujo de sólidos se representa mediante una línea recta cuya pendiente es Ub.  El flujo total de sólidos es la suma de las dos cantidades anteriores y tiene el siguiente valor: SFt ( kg / m 2 ·h) = C i ·vi + C i U b  La superficie necesaria para el espesado se determina mediante la ecuación: (Q+Qu) caudal volumétrico total que entra en el tanque de sedimentación, m3/día (Q + Qu ) C o A= Co concentración de sólidos en el caudal de entrada al SFL tanque de sedimentación, kg/m3 SFL Flujo de sólidos límite, kg/m2·dia (Gráficamente)  4.1. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA: CONSIDERACIONES DE DISEÑO ANÁLISIS DEL FLUJO DE SÓLIDOS Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Cu: Concentración máxima de sólidos en el caudal de extracción del sedimentador  4.1. SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA. CONSIDERACIONES DE DISEÑO. Problema tipo Para la curva de flujo de sólidos obtenida para la sedimentación de un fango biológico Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO de un proceso de fangos activos con oxígeno puro, calcular la concentración recomendada de biomasa en el reactor biológico para una relación de recirculación igual a 0.4 y un contenido de SSV en el lodo del 85%. ¿Cuál sería la concentración máxima de sólidos que debe permitirse en la corriente de recirculación que entra al reactor biológico? Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO  4.2. PARÁMETROS DE DISEÑO EN LA SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA DE FANGOS ACTIVOS Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO ·h Fuente: Metcalf & Eddy  OPERACIONES DE SEGUIMIENTO EN PLANTA Las inspecciones necesarias en la decantación primaria son las siguientes: Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO Decantación secundaria Igual que lo indicado para la decantación primaria y además: - Detectar la presencia de fangos en flotación - Detectar la recogida adecuada de los flotantes - Comprobar el funcionamiento correcto de chapas deflectoras y vertedero  4.2. DISEÑO EN LA SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA DE FANGOS ACTIVOS: Ejercicio tipo Ejercicio 1 Proponer el diseño de un sedimentador secundario para un proceso de fangos Tema 12. TRATAMIENTO SECUNDARIO activos para tratar un caudal medio de aguas residuales de 256 m3/h, siendo la concentración de biomasa en el reactor aerobio de 2.9 kg/m3. Considerar que del análisis de flujo de sólidos realizado sobre el fango biológico del proceso de fangos activos se ha obtenido la siguiente representación gráfica: 7 6 5 Flujo total FS (kg/m 2·h) 4 Flujo 3 extracción inferior 2 1 Flujo por gravedad 0 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 C (kg/m3) Considerar que el lodo en el reactor biológico y el sedimentado contienen un 80% de SSV. Adoptar las siguientes condiciones: Carga de sólidos ≤ 6 kg/m2·h, Carga sobre vertedero ≤ 10.5 m3/m·h, Velocidad ascensional ≤ 1 m3/m2·h, TRH ≤ 5 h.  Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad Tema 13 ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Y FÓSFORO Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA  1.2. ELIMINACIÓN BIOLÓGICA: PROCESOS DE NITRIFICACIÓN- DESNITRIFICACIÓN Nitrificación Tema 13. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Y Proceso por el cual el nitrógeno en forma de ión amonio se convierte en nitrato mediante bacterias nitrificantes autótrofas, pertenecientes a dos géneros de bacterias: Nitrosomonas, que oxidan el amoniaco a nitrito, y Nitrobacter, que transforman el nitrito en nitrato FÓSFORO NH 4+ + 3 O2 → NO2− + H 2 O + 2 H + NO2− + 1 O2 → NO3− 2 2  Las bacterias nitrificantes son de crecimiento lento. Para que sean retenidas en el sistema se requiere operar a largos tiempos de retención cellular (de 10 a 15 días)  Las bacterias nitrificantes no compiten bien con otras bacterias por el oxígeno disponible en el sistema, por lo que se debe mantener un nivel de oxígeno disuelto en el reactor ≥ 2 mg L-1 kg O2 Q. (S 0 − S ) = − 1,42. Px + 4,57. Q. ( N 0 − N ) día f  Las bacterias autótrofas nitrificantes son más sensibles a la presencia de tóxicos que las bacterias heterótrofas que degradan la materia orgánica.  1.2. ELIMINACIÓN BIOLÓGICA: PROCESOS DE NITRIFICACIÓN- DESNITRIFICACIÓN Desnitrificación Tema 13. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Y Muchas bacterias aerobias pueden utilizar nitratos en lugar de oxígeno como aceptor final de electrones si las condiciones son de anaerobiosis. Como consecuencia el nitrato se reduce. Los microorganismos que participan en el proceso son generalmente heterótrofos facultativos. Al ser necesaria una fuente de electrones y tratarse de microorganismos FÓSFORO heterótrofos, esta será la materia orgánica que además se emplea por los microorganismos como fuente de energía para el crecimiento bacteriano 5 (Corgánico) + 2H 2 O + 4NO -3 → 2N 2 ↑ + 4OH - + 5CO 2  1.2.2. CONFIGURACIONES DEL PROCESO DE NITRIFICACIÓN- DESNITRIFICACIÓN Posible configuración (02-A) Tema 13. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Y FÓSFORO El carbono puede añadirse con parte del agua residual de la alimentación.  Puede también usarse una fuente externa de carbono (como el metanol).  La desnitrificación suele requerir carbono en exceso y por tanto, también una aireación adicional para eliminar el carbono no usado.  1.2.2. CONFIGURACIONES DEL PROCESO DE NITRIFICACIÓN- DESNITRIFICACIÓN Posible configuración (A - 02): Desnitrificación en cabecera Tema 13. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Y FÓSFORO  Ventaja: la desnitrificación anóxica se produce en una etapa en la que existe carbono en exceso y la elevada demanda de oxígeno ejercida asegura las condiciones de anoxia.  Desventaja: la mayor parte del nitrógeno en el influente está presente en forma reducida (NH4+) y el único nitrógeno oxidado (NO3- ) es el que se introduce con la recirculación del efluente.  Si la relación de recirculación es 1 : 1, solo se producirá un 50% de eliminación de nitrato. Mayores relaciones de recirculación conducen a mejores rendimientos (p.e. relaciones 5 : 1 producirán un 85% de eliminación). Sin embargo, esto implica costes adicionales de bombeo.  2.2. ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE FÓSFORO  ELIMINACIÓN AUMENTADA DE FÓSFORO: Tema 13. ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Y Bajo determinadas circunstancias las bacterias pueden incrementar su consumo de fósforo. El exceso de fósforo se almacena en las células en forma de polifosfato. FÓSFORO Para que se produzca este almacenamiento deben cumplirse las siguientes condiciones: – Muy bajos niveles de nitrato. – Condiciones de anoxia: El periodo de anoxia debe ser corto para evitar que el fósforo pase de nuevo a la fase acuosa Una ves acumulado, es eliminado del sistema en la purga del fango.  Tratamiento de Aguas 4º Curso Grado en Ingeniería Química Industrial Mención en Ingeniería Ambiental y Sostenibilidad Tema 15 PROCESOS DE TRATAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA  PROCEDENCIA DE LOS FANGOS DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA  Decantación primaria  FANGOS PRIMARIOS: En plantas de Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y tratamiento urbanas, la concentración de estos fangos varía entre un 1,5 y un 3% (15-30 kg/m3), estando constituidos en una parte importante de su composición por materia orgánica biodegradable (valores elevados de DBO).  Decantación secundaria FANGOS SECUNDARIOS: Estos fangos son consecuencia del tratamiento biológico realizado en la EDAR (purga del exceso de biomasa generada en el reactor aerobio). La concentración de estos fangos es muy baja (0,5% - 1%). Tienen un mayor contenido en materia biodegradable que los fangos primarios al estar formados principalmente por la biomasa formada en dichos procesos. OTROS FANGOS (Dependiendo del tipo de EDAR):  Decantación posterior a un proceso de coagulación-floculación  Se pueden alcanzar concentraciones de sólidos mayores, del orden de 4- 6%. Además de los sólidos en suspensión se eliminan también los hidróxidos de los reactivos empleados.  Procesos de flotación  La concentración de estos fangos está comprendida entre un 3 y 3,5%. Vienen acompañados de cantidades variables de grasas y aceites, así como de los reactivos o sus derivados utilizados en la coagulación previa generalmente utilizada.  Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA PROCEDENCIA DE LOS FANGOS DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA  OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO DE FANGOS VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Los fangos generados en una EDARU (suma de fango primario y secundario) Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y contienen una cantidad elevada de materia orgánica, de forma que no es posible su disposición sin un tratamiento previo. También contienen N, P, K (valor agronómico), pero pueden contener metales pesados. El objetivo de los procesos de tratamiento de fangos es la obtención de un sólido estable, fácilmente evacuable de la planta depuradora. Esto se consigue mediante:  Reducción de volumen para evitar el manejo de grandes cantidades de fango.  Estabilización de los mismos para evitar problemas de fermentación y otros riesgos.  Consecución de una textura adecuada para que resulte manejable y fácilmente transportable. Las operaciones más habituales para el tratamiento de los fangos son: - Espesamiento (por gravedad o por flotación) - Estabilización (aerobia, anaerobia, química) - Deshidratación (mediante filtros prensa, banda o centrífugos) - Valorización final  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA La digestión anaerobia está caracterizada Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y por la existencia de varias fases consecutivas diferenciadas en el proceso de degradación del substrato, interviniendo poblaciones diferentes de microorganismos. Estas poblaciones se caracterizan por presentar diferentes velocidades de crecimiento y diferente sensibilidad a cada compuesto intermedio como inhibidor (por ejemplo, H2, ácido acético o amoníaco producido de la acidogénesis de aminoácidos). Esto implica que el desarrollo estable del proceso global requerirá de un equilibrio que evite la acumulación de compuestos intermedios inhibidores o la acumulación de ácidos grasos volátiles (AGV), que podría producir una bajada del pH. HIDRÓLISIS – ACIDOGÉNESIS – ACETOGÉNESIS - METANOGÉNESIS  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Grupos principales de bacterias: Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y  Bacterias fermentadoras productoras de ácidos, de crecimiento relativamente rápido.  Bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno, también de crecimiento relativamente rápido, pero son muy sensibles a las condiciones ambientales.  Bacterias metanogénicas, de crecimiento muy lento. Velocidad de crecimiento de los microorganismos:  Es un aspecto muy importante en el funcionamiento de los digestores. Un digestor anaeróbico convencional opera SIN RECIRCULACIÓN de biomasa.  Si el tiempo de retención es inferior a la velocidad específica de crecimiento (µmax) de un grupo de microorganismos, serán eliminados (“lavados”) del reactor a mayor velocidad que la de crecimiento.  Velocidad de crecimiento de las bacterias metanógenicas: μmax : 6-10 días  Lo habitual es operar con un tiempo mínimo de retención de 12 días (factor de seguridad).  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Parámetros de diseño habituales (recordatorio): Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y i) Tiempo de residencia del fango en el digestor (días) Volumen del digestor (m 3 ) Volumen de fango añadido al día (m 3 / d ) ii) Carga volúmica de sólidos (TS or VS) (kg m-3 d-1) Sólidos añadidos al día (kg / d ) Volumen del digestor ( m 3 ) iii) Carga másica de sólidos (TS or VS) (kg kg-1d-1) Sólidos añadidos al día (kg / d ) Volumen del digestor ( m 3 ) × Biomasa (kg / m 3 ) Recuérdese: La concentración de sólidos suele expresarse en % (g/100ml): 1% = 10000 mg / L = 10 g/L = 1 g / 100 mL  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA: Parámetros de diseño VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Parámetro Valor Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y Temperatura, ºC 35 (Mesofílico); 55 (Termofílico) Tiempo de residencia del fango, días Proceso en una etapa: Sin mezcla 25-50 Con mezcla completa 15-20 Proceso en dos etapas Reactor acidogénico 2-4 Reactor metanogénico 10-12 Concentración de sólidos, % 4-8 Carga de sólidos, kg SV/m3.día Proceso en una etapa: Sin mezcla 0.4-1.6 Con mezcla completa 1.6-5 Proceso en dos etapas Reactor acidogénico 25-35 Reactor metanogénico 2-3 Relación Acidez/Alcalinidad 0.05-0.2 pH 6.5-7.5 Producción de biogás, m3/kg SV eliminado 0.7-1.0  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Digestión anaerobia de fangos de depuradora: Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y La producción teórica máxima es: 0.35 Nm3 CH4/kg DQO eliminada, pero los lodos de depuradora, al igual que los residuos ganaderos, producen menores cantidades pues la relación C:N no es la óptima. Reacción de oxidación del metano: CH4 + 2O2  CO2 + H2O Un mol de metano (16 g) requiere dos moles de oxígeno (64 g) para oxidarse a CO2 y agua. Por tanto, cada gramo de metano producido corresponde a la eliminación de 4 gramos de DQO. 1 kg DQO  250 g de CH4 250 g de CH4 es equivalente a 250/16 = 15.62 moles 1 mol de gas en CN = 22.4 litros por tanto 15.62 x 22.4 = 349.8 litros = 0.35 m3 En condiciones normales de presión y temperatura se producirán 0.35 m3 de metano por cada kilogramo de DQO eliminada.  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Parámetros de diseño habituales: Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y  Mezclado del digestor Inyección de biogás  compresión del biogás generado e introducción por la parte inferior del digestor mediante una serie de lanzas) Agitación mecánica  mediante turbinas o agitadores de baja velocidad) Bombeo mecánico  recirculación del fango usando bombas de hélice o centrífugas)  Calefacción del digestor 1. Aumentar la temperatura del fango alimentado hasta alcanzar la temperatura mantenida en el interior del digestor 2. Compensar las pérdidas de calor que se producen a través de las paredes, fondo y cubierta del digestor 3. Compensar las pérdidas que se puedan producir en las conducciones que comunican la fuente de calor con el tanque de digestión  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Principales usos del biogás: Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y Biogas 60% CH4 Caldera Calor 85% 40% CO2 Pérdidas 15% Electricidad 35% Co- Biogas generación Calor 50% Pérdidas 15% Biometano Biogas Depuración CO2, H2S, H2O  ESTABILIZACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA: Ejercicio tipo VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y Ejercicio 1 Se pretende diseñar un proceso de digestión anaerobia en una sola etapa para llevar a cabo la estabilización de los fangos generados en una EDAR urbana. Si se generan 15000 kg SS/día, con un 80% de SSV. La concentración del fango entrante es del 6% y la carga de sólidos se establece en 2 kg SSV/m3·día, calcular: a) El volumen necesario para llevar a cabo la digestión anaerobia si se considera un TRH > 15 días b) Volumen diario de biogás generado si se estima una producción de 0.9 m3/kg SSV eliminado. c) Calor necesario para calentar el fango si la temperatura mínima en invierno es de 13ºC y el proceso es mesofílico (considerar que el calor específico del fango es igual l del agua: 1 kcal/kg·ºC) d) ¿Será suficiente la energía que se obtendrá con el biogás generado? Considerar: Capacidad calorífica del biogás: 5500 kcal/m3 Suponer unas pérdidas de calor en el digestor, tuberías, intercambiadores y caldera del 100%.  DESHIDRATACIÓN DE FANGOS: Filtros de banda VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA En la mayoría de los filtros banda, el fango acondicionado es introducido, en Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y primer lugar, en una zona de drenaje por gravedad donde se produce su espesado. En esta fase, la mayor parte del agua libre se elimina por gravedad. A continuación del drenaje por gravedad, el fango pasa a una zona de baja presión donde es comprimido entre dos telas porosas opuestas. En algunas unidades, esta zona de aplicación de presión baja va seguida de otra de alta presión, en la que el fango se somete a esfuerzos tangenciales a medida que las bandas pasan a través de una serie de rodillos. La torta de fango deshidratado se separa de las bandas mediante rascadores.  DESHIDRATACIÓN DE FANGOS: Filtros de banda VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Antes de la deshidratación suele requerirse un Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y acondicionamiento del fango con polímeros orgánicos cuando se utilizan filtros banda o centrífugas y con sales de hierro o cal cuando se emplean filtros prensa. Referencia: Hernández Muñoz, A. Depuración y desinfección de aguas residuales, 2001  DESHIDRATACIÓN DE FANGOS: Centrífugas VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Tema 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y El fango es alimentado al equipo a través de un tubo de alimentación (1) a la cámara de alimentación (2). El rotor cilindro-cónico (4) incorpora un sinfin (3) que gira en la misma dirección del rotor pero a una velocidad ligeramente diferente. El agua es impulsada hacia la cámara de filtración (7), de la que se descarga (6). El fango se concentra en la cámara de descarga de sólidos (8) y sale del equipo (5). Los sólidos se depositan en una capa contra la pared del rotor y el líquido forma un anillo interno.  DESHIDRATACIÓN DE FANGOS: Centrífugas VALORIZACIÓN DE FANGOS DE DEPURADORA Referencia: Hernández Muñoz, Tema 15. PRO