ponencia - fangos activos (1)
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Tema
Fangos activos
2.- Descripción del proceso
Se tiene 2 fases: oxidación biológica (reactor) separación sólido – líquido (decantador)
Fango decantado: recirculación al reactor y purga del exceso
Actividad de los microorganismos en fangos activos
Los microorganismos activos más importantes serán bacterias. Hongos,
protozoos y metazoos tienen una importancia secundaria.
Las bacterias más frecuentes son las heterótrofas: oxidación de
materia orgánica.
Otros géneros de bacterias se encuentran en pequeñas cantidades, con
menor frecuencia y solo bajo ciertas condiciones específicas:
nitrificantes: Nitrosomonas y Nitrobacter
bacterias del azufre: Beggiatoa y Thiothrix
bacterias filamentosas: Sphaerotilus, Haliscomenobacter, Microthrix y
Nostocoida.
Acumulación y almacenamiento (absorción)
Acumulación es proceso rápido de eliminación de orgánicos
simples (mono y di-sacáridos, ácidos grasos de bajo peso molecular,
alcoholes, amino ácidos, ...): acumulación más rápida que
consumo.
Debido al bajo peso molecular y elevada presión osmótica de estos
compuestos, no se pueden acumular grandes cantidades. Se
necesitaría mucha energía para conservarlos dentro de la célula.
La acumulación es un almacenamiento temporal corto empleado
bajo condiciones ricas de nutrientes (procesos de alta carga).
Almacenamiento: lento proceso de modificación química y de re-
estructuración de compuestos simples hacia unos cuantos tipos de
grandes moléculas, que constituyen materiales de
almacenamiento con baja presión osmótica.
Compuestos típicos: polisacáridos, lípidos, polifosfatos, .. Estos
compuestos pueden ser almacenados durante largo tiempo con
consumo energético poco significativo.
Acumulación y almacenamiento se consideraban globalmente
como absorción.
Adsorción y atrapamiento (enmeshment)
Los coloides se adsorben en la superficie de los flóculos de
fangos activos.
Las partículas en suspensión más grandes se atrapan en los
intersticios de los flóculos.
Así, coloides y SS se localizan sobre, o entre, los flóculos
bacterianos, siendo accesibles a las enzimas hidrolizantes, y
después pueden ser consumidos como nutriente y/o sustrato
soluble.
Eliminación de DBO de las ARD es un caso especial. La mayor parte
(>75 %) de la DBO está presente en forma coloidal y en
suspensión. En reactores de fangos activos estos componentes
orgánicos son rápidamente eliminados mediante adsorción y
atrapamiento en el flóculo bacteriano. Este es el motivo por el cual
en tiempos muy cortos, 15 minutos, se consiguen rendimientos de
eliminación de DBO hasta de un 80 %.
Por lo tanto, la eliminación de DBO de las ARD mediante fangos
activos puede considerarse en dos fases: una inicial muy rápida de
eliminación de DBO coloidal y en suspensión, y otra lenta de
eliminación de la DBO soluble.
Hidrólisis
En ARU sólo de 15 a 30 mg/L de los sólidos filtrables o disueltos se
encuentran en el rango de 0.1 a 1 m. La mayoría de los sólidos son
coloidales o en suspensión.
La cinética del sustrato adsorbido es muy diferente a la del soluble.
«La adsorción y el atrapamiento son más rápidos que la hidrólisis».
El sustrato hidrolizable se utiliza lentamente a lo largo del
tiempo de retención celular.
Crecimiento celular
La síntesis de nueva biomasa se estima mediante el incremento
de materiales como el ATP. El incremento de peso no es la
mejor medida del crecimiento ya que también incluye la producción
de materiales de almacenamiento. Podría haber un incremento de
peso sin crecimiento real.
En la práctica, el crecimiento real y el aumento de peso no se
distinguen.
La concentración se expresa como SSLM o SSVLM, lo cual no es
buena práctica, y produce muchas incertidumbres.
3.- TEORÍA Y DISEÑO DE PROCESOS 3.1.- Eliminación de sustrato (sólo en el reactor)
Q = caudal afluente de agua residual (L3 T-1)
S0 = conc. aluente sustrato (M L-3)
X = conc. de biomasa en el reactor (M L-3)
Qr = caudal de recirculación (L3 T-1)
Sf = conc. sustrato efluente (M L-3)
a) Reactor de mezcla completa.
b) Estado estacionario: los parámetros no varían con el tiempo. La
concentración de X y de Sf es constante.
c) Recircula agua con Sf similar a la del efluente. No hay
degradación en el decantador secundario.
Balance de materia (sustrato reactor) en estado estacionario: Monod:
Con sustrato biodegradable Sf << KS : Eckenfelder (1980; citado por Rittmann y McCarty, 2001) demostró que: Reemplazando en el modelo de orden 1 (Monod modificado) queda:
dt
dSVSQQSQSQ
f
frfr 00
fs
ff
SK
SXk
dt
dS
f
fSX
S
K
dt
dS
0
1
0
1
S
K
K
k
S
s
ff
K
SXk
dt
dS
Operando el balance de materia: Reordenando (*):
XSS
KVSSQ ff
0
10
0
1
00
· S
Sk
TRHX
SS
XV
SSQ fff
dt
dSVSQQSQSQ
f
frfr 0 f
fSX
S
K
dt
dS
0
1
XV
SSQCM
f
E
)( 0
CONSUMO ESPECÍFICO DE SUSTRATO O CARGA MÁSICA ELIMINADA (kg DBO/kg SSLM/d)
(*)
0
1
0
· S
Sk
TRHX
SS ff
0
400
800
1200
1600
2000
0 10 20 30 40 50 60
S0
(S0
-S
e)/
(X·T
RH
) (m
g/L
/d)
DBO soluble efluente, Se (mg/L)
pendiente = k1
Fig. Obtención de K1
f
fSk
TRHX
SSS 1
0
0·
Operando y re-ordenando términos (*): En la expresión anterior: El rendimiento se puede expresar de la siguiente forma:
Para un determinado valor de S0 si aumenta la CM también
aumentará Sf,: el rendimiento será menor.
Finalmente:
CM
K
S
SQ
XVK
SS f
1
0
0
1
0
11
TRHX
S
XV
SQCM 00
CM
KS
SR
f
10 1
111
Carga másica introducida
CMRCME ·
0
10
20
30
40
50
0 200 400 600 800 1000 1200
DB
O e
flu
en
te (m
g/L
)
DBO afluente (mg/L)
CM = 0,2 1/d CM = 0,4 1/d
Efecto del incremento de la carga másica (S0 = constante), con K1 = 8 d-1 para la fracción soluble del ARD
En ARU, de composición estable, K1 es constante.
En ARI, aún de un mismo foco, la composición puede variar
en corto lapso y K1 debería considerarse como variable
estadística.
La CM sirve de base para la clasificación general del proceso
de fangos activos:
• Alta carga: > 0.5 – 1 d-1
• Media carga (convencional): 0.2 – 0.5 d-1
• Baja carga (aireación prolongada): < 0.1 – 0.2 d-1
Agua residual k1 (d-1) Temp. (ºC)
Industria de la papa 36.0 20
Peptona 4.03 22
Fibra de poliéster 14.0 21
Acetato de celulosa 2.6 20
Materia orgánica con mucho
nitrógeno
22.2 22
Fracción soluble de ARU 8.0 20
Coeficiente cinético de aguas residuales biodegradables (Datos de Eckenfelder, 1980)
SSfSL ff
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0.2 0.4 0.6 0.8
TR
C (
día
s)
f' (mg DBO/mg SS)
Fig.- Contenido en DBO del fango biológico (Re-dibujada de Eckenfelder, 1980)
3.2.- Control del crecimiento de la biomasa Se considera el sistema global: biomasa afluente X0, efluente Xe, de recirculación Xr ; y de eliminación del exceso de biomasa (purga de fangos) bien del reactor, Q´ y X; o desde el decantador Qw y Xr. Balance de materia:
rwe0 XQdt
dX'V
dt
dXVXQXQ
IÓNRECIRCULACDECANTADORREACTOR
La producción de fangos neta, Pf, resulta: Según el modelo de crecimiento neto de biomasa: dX/dt = velocidad de crecimiento neto de biomasa (MX L
-3 T-1) dS/dt = velocidad de eliminación de sustrato (MS L
-3 T-1) Y = coeficiente de producción celular (MX/MS) X = concentración de biomasa presente (M L-3) kd = coeficiente de respiración endógena (T-1) Sustituyendo se obtiene:
frw PXQdt
dXV
Xkdt
dSY
dt
dXd
f
Xk
dt
dSYVXQP d
f
rwf
Por el balance de materia de sustrato: Así, la producción de fangos por crecimiento microbiano: Producción específica de lodos: También puede expresarse como:
Al aumentar la carga másica aumenta la producción de fangos.
f
fSSQ
dt
dSV 0
VXkSSQYXQP dfrwf 0
f
fa
fSSQ
PP
0
E
da
fCM
kYP
EDAD DEL FANGO ó TIEMPO DE RETENCIÓN CELULAR:
Flujo másico = purga de lodos
rw
CXQ
VX
dkgmásicoflujo
kgmasaTRC
)/(
)(
''
ww
CQ
V
XQ
VX
rw
CXQ
VXTRC
El TRC es una forma de controlar el sistema desde el punto de vista de la biología celular. Habrá un TRC mínimo (TRCM) por debajo del cual el proceso será inviable, es decir, no se producirá el crecimiento celular y por ende no se eliminará el sustrato.
d
fS
f
d
fS
f
d
f
C
kSK
SkYk
SK
SXk
XYk
dt
dS
XY
111
Xk
dt
dSYVXQP d
f
rwf
C
f
XV
P
1
Cuando TRC <= TRCM, entonces Sf = S0. Como S0 >>> KS, resulta:
dMkkY
TRC
1
Coeficiente Unidades Rango Típico
k d-1 2 – 10 5
KS mg/L DBO5
mg/L DQO
25 – 100
15 – 70
60
40
Y mg SSV/mg DBO5 0.4 – 0.8 0.6
kd d-1 0.025 – 0.075 0.06
díasTRCM 34.0)06.056.0/(1
Tabla.- Coeficientes cinéticos ARD, biomasa heterótrofa
Md TRCTRCFS /
Los valores típicos del TRC diseño para los sistemas de media
carga o convencionales son de 4 a 10 días
Los valores de TRC diseño tienen una base empírica. Se tiene
en cuenta que, además del sustrato sin eliminar, la DBO
efluente incluye la demanda de oxígeno de las células que
escapan y de los PMS formados. Si no se tiene una buena
clarificación del agua, la respiración de las células efluentes
puede ser más importante que la demanda debido al sustrato
remanente y los PMS. Si el rendimiento exigido es elevado la
eficacia del decantador final es primordial tanto espesando
como clarificando.
La relación entre SS y DBO en el efluente es la base para
diseñar con TRC entre 4 y 10 días. A valores de TRC
inferiores los flóculos tienden a dispersarse y los SS efluente
son elevados.
Con TRC elevados también se dispersan los flóculos, pero en
este caso por degradación endógena. Esto puede estar
relacionado con la escasa concentración de biomasa activa,
que mediante la excreción de polisacáridos tiende a
mantener el flóculo unido, o con la presencia de predadores
como protozoos, rotíferos y nematodos.
Otra razón para evitar TRC mayores de 10 días, es la aparición de
microorganismos de crecimiento lento, por ejemplo bacterias nitrificantes.
La presencia de nitrificantes implica:
(1) La oxidación de amonio, que incrementa drásticamente la demanda de
oxígeno.
(2) Las nitrificantes liberan una cantidad importante de PMS que aumentan
la DBO del efluente.
(3) Generan una cantidad importante de ácido (H+) que puede suponer un
problema en aguas de baja alcalinidad.
Otros organismos indeseables de lento crecimiento son las bacterias
filamentosas que ocasionan el apelmazamiento del fango (“bulking”).
El TRC y la CM constituyen dos de las principales variables de
diseño y funcionamiento (rendimiento).
El control del TRC es más simple porque las variables que se
requiere para su estimación o cálculo se pueden medir de
forma más realista.
Análisis teórico Práctica real
XV
SQCM 0
XV
LQCM 0
f
fa
fSSQ
PP
0 f
fa
fLLQ
PP
0
V
SQCV 0
V
LQCV 0
3.3.- Necesidades de oxígeno Hipótesis: a) OD afluente y efluente= 0 El balance que se plantea es el siguiente: La cinética del consumo de oxígeno deducida fue: dOD/dt= velocidad de consumo de oxígeno por la biomasa (M L-3 T-1) dS/dt = velocidad de eliminación del substrato (M L-3 T-1) X = concentración de biomasa presente (MX L
-3 T-1) a = coeficiente de utilización de oxígeno para síntesis (MOX/MS) b = coeficiente de respiración de la biomasa (T-1
dt
dOVNcOx
Xbdt
dSa
dt
dO
Sustituyendo se obtiene: Las necesidades específicas de oxígeno:
NcOxa : kg de oxígeno necesarios/ kg de DBO5 eliminado.
Cuanto mayor es la CM menor es la necesidad específica de oxígeno. En los sistemas convencionales para el cálculo de las necesidades de oxígeno hay que tener en cuenta las puntas de contaminación y de caudal. Se suele adoptar un coeficiente punta para DBO5 de 1.5. Por otro lado, hay que considerar un factor de reducción de puntas debido a la síntesis celular, al amortiguamiento de la punta por la mezcla y dilución en el reactor. Como factor de reducción de punta se suele adoptar 0.7.
XVbSSQaNcOx
Xbdt
dSaVNcOx
f0
E
a
f
a
CM
baNcOx
SSQ
XVbaNcOx
0
3.4.- Ratio de recirculación de fangos
Se puede plantear la siguiente igualdad para el reactor (transporte):
rrr QQXXQXQ 0
X0 se puede considerar despreciable, con lo que finalmente:
XX
XQQ
r
r
La selección de SSLM depende de varios factores:
sedimentabilidad del fango, caudal de recirculación de fangos
y diseño del decantador secundario.
Sería preferible utilizar un elevado SSLM porque supondría un
reactor de menor volumen, pero:
1) sería necesario aumentar la superficie del decantador
secundario por la mayor carga de sólidos;
2) una mayor concentración de SSLM aumentaría el coste de
explotación por la mayor demanda de oxígeno y
3) un aumento de SSLM requiere un mayor caudal de
recirculación de fangos.
Debido a las características de sedimentación del fango y a los
aspectos prácticos del funcionamiento, el fango retornado
tiene un límite superior de concentración Xr. La experiencia
señala que la máxima concentración se sitúa entre 10.000 y
14.000 mg/L para un fango bien sedimentado.
Con fangos que compacten excepcionalmente bien, este valor
puede alcanzar los 20.000 ppm. Sin embargo, con fangos que
se apelmazan este valor puede reducirse a 3.000 - 6.000 ppm
Xr puede estimarse mediante ensayos del Índice Volumétrico de Fango, IVF. Para el ensayo se sedimenta licor mezcla en una probeta con un volumen V de 1 a 2 litros durante 30 min. Hay que medir la concentración original de SSLM (mg/L), y el volumen de fango después de los 30 min, V30, (mL) . El IVF se calcula mediante: Una primera aproximación a la máxima concentración Xr es: Un buen valor de IVF es de 100 mL/g al cual le corresponde una Xr, máx de 10.000 mg/L. Un fango apelmazado tendrá un IVF de 200 o mayor, que corresponde a Xr,máx de 5.000 ppm o menos. Un lodo bien sedimentado y compacto tendrá un IVF >= 50.
g
mg
VSSLM
VgmLIVF
100030
)·()/(
IVFLmgX R
610)/(max,
Efecto de la recirculación R sobre X para diversos valores de Xr.
0
4.000
8.000
12.000
16.000
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
X
R
Xr = 5.000
Xr = 10.000
Xr = 15.000
Xr = 20.000
Muestra la necesidad de que el operario pueda variar R si cambian las características de compactación del fango. Sin control sobre R no se puede garantizar un TRC adecuado
3.5.- Problemas en la sedimentación de los fangos activos
Entre las propiedades de sedimentación de los fangos activos:
• Sedimentan rápidamente, con velocidades de 1 m/h o mayores
• No ocupan un volumen excesivo después de sedimentar
• Dejan un sobrenadante claro después de sedimentar
• No flotan hasta después de 2 a 3 horas de haber sedimentado
Crecimiento disperso
En ciertas circunstancias, las bacterias no forman flóculos y crecen como
células individuales o en pequeños “cluster”. Una de las causas
comunes es un TRC muy bajo (< 1 día). Así, las bacterias no son
forzadas a producir glucocalix, que sirve para crear una matriz polimérica
que da firmeza a los flóculos. Otra causa conocida es la presencia de
tóxicos. El crecimiento disperso es muy raro que se de en la práctica.
Flóculos “punta de alfiler” (muy pequeños pero fuertes)
Los flóculos de mayor tamaño sedimentan rápidamente, pero los
más pequeños (< 100 m), aunque compactos, permanecen
sobrenadando. Estos flóculos “punta de alfiler” provocan la
turbidez del efluente. Resultan de la desintegración de flóculos
inicialmente grandes debido a:
• producción insuficiente de glucocalix, o su consumo
bacteriano debido a una baja carga másica (TRC elevado).
• ausencia absoluta de filamentosos, que constituyen la
estructura de los flóculos.
• desintegración por esfuerzos cortantes, por ejemplo debido
a una inadecuada aireación mecánica.
Fango flotante
Los fangos flotan si su densidad es menor que la del agua. Las
razones posibles son:
• adsorción de aceites y grasas
• oclusión de gases (p.e: desnitrificación)
En los decantadores secundarios se puede producir
desnitrificación si se tiene una elevada concentración de nitrato y
de bacterias desnitrificantes. El gas nitrógeno puede ocluirse
parcialmente en los flóculos haciéndolos más ligeros que el agua.
Bulking no-filamentoso
Es un fenómeno asociado a la producción en exceso de
polímeros extracelulares viscosos por bacterias tipo Zoogloea sp.,
Acinetobacter sp. (también se lo llama bulking zoogloeal). En estos
casos el fango presenta elevados IVF y pierde capacidad para
fluir.
También, pueden proliferar microorganismos zoogloea alargados
lo cual causará más problemas de sedimentación.
Bulking filamentoso y formación de espumas
Los microorganismos filamentosos son propios de la biocenosis de
los fangos activos. Se consideran la columna vertebral de los
fangos, los que dan la estructura.
Pero, si su número y longitud en los flóculos exceden unos
determinados niveles, su presencia lleva a la producción de
bulking y/o de espumas.
4.- PARÁMETROS DE DISEÑO
PARÁMETROS
CONVENCIONAL
MEDIA CARGA
AIREACIÓN
PROLONGADA
BAJA CARGA
R % - Rendimiento
(% DBO5)
85-95 % 75-95 %
(mala decantación)
CM - Carga másica
(Kg DBO5 introduc/día.Kg.MLSS)
0.2 - 0.5 < 0.1
CV - Carga volúmica
(Kg DBO5 introduc./día.m3)
0.3 - 0.6 0.1 - 0.35
X - Sólidos Suspensión Licor Mezcla MLSS
(mg/L)
3500 < 3500
c - Tiempo Retención Celular
(días)
5 - 15 20 - 30
Pfa - Producción Específica de Fango
(Kg SS/ Kg DBO5 eliminado)
0.9 0.5
NcOx/B' - Consumo Específico Oxígeno
(Kg O2/ Kg DBO5 eliminado)
> 0.85 > 2
R - Recirculación
(% Qm)
> 100 % > 150 %
Xr - Concentración SS fango recirculación
(mg/l)
< 8000 (rasq.)
< 6000 (succión)
< 8000
TRH - Tiempo Retención Hidráulica
Aireación (horas)
> 2 (Qp)
> 4 (Qm)
24 (Qm)
Energía de mezcla: Turbinas 20 W/m3 20 W/m3
Difusores 2 m3/h.m3 reactor 2 m3/h.m3 reactor
5.- SISTEMAS DE AIREACIÓN Los sistemas de aireación deben cumplir varios objetivos: que en el licor mezcla siempre exista oxígeno disponible para los procesos de síntesis y que la biomasa esté agitada para evitar sedimentación en el fondo del reactor y homogeneizar el licor mezcla. Se considera que la biomasa está oxigenada cuando existen concentraciones por encima de 0.5 mg/L de OD. Es bueno mantener dichas concentraciones por encima de 2 ppm. 5.1.- Tipología Hay dos sistemas básicos de aireación: mecánica y por inyección de aire. Los sistemas mecánicos agitan el agua en superficie y permiten la incorporación de oxígeno atmosférico al licor mezcla. Los sistemas de inyección liberan aire mediante burbujeo en el seno del licor mezcla. Los aireadores mecánicos se subdividen en tres tipologías: aireadores en superficie de eje vertical, aireadores sumergidos de eje vertical y de eje horizontal.
Aireadores en superficie de eje vertical: Turbinas fabricadas en acero, fundición, aleaciones anticorrosivas, o en plásticos reforzados. Hay turbinas de baja y alta velocidad. Los aireadores de baja velocidad (20 -100 rpm) son los que se instalan generalmente en fangos activos. La turbina gira por medio de un motor eléctrico acoplado a un reductor. El motor y el reductor se montan sobre una plataforma o viga de hormigón. Cuando la profundidad del depósito es elevada (4-5 m), o cuando la relación lado/altura es baja (<1.6) es usual colocar un conducto de aspiración debajo de los impulsores para evitar sedimentación en el fondo.
Aireadores de eje vertical sumergido: Pueden ser de flujo ascendente o descendente. Basan su eficacia en la agitación violenta del agua y el arrastre de aire. Aspiran el aire atmosférico mediante una tubería vertical y lo difunden mediante impulsores en el seno del licor mezcla en forma de burbujas finas o gruesas.
Aireadores de eje horizontal: Son de tipo superficial, constituidos por una estructura cilíndrica en la que se fijan los elementos de agitación: peines, discos, etc. Son de velocidad lenta, se apoyan sobre cojinetes en los extremos y están movidos por un grupo motorreductor. El movimiento de giro del rotor produce agitación de la superficie del líquido del reactor y le desplaza horizontalmente (>0.3 m/s) evitando sedimentaciones. Normalmente se instalan en canales de profundidad limitada (<3 m) y de formas en planta curva (circulares, ovalados, etc.), en circuito cerrado.
Los aireadores por inyección de aire Los difusores se pueden clasificar según el tamaño de las burbujas: - De burbuja gruesa: > 6 mm - De burbuja media: > entre 4 y 6 mm - De burbuja fina: < 4 mm
El tamaño de la burbuja depende del difusor empleado y del caudal de aire. Hay dos tipologías diferenciadas de difusores: porosos (cerámico o sintético), que producen burbujas finas no porosos, que producen burbuja media o gruesa: - Difusores porosos: Domos Discos Tubos - Difusores no porosos: De orificios fijos Válvulas Tubos estáticos verticales Mangueras perforadas Disco con membrana de goma
Los difusores porosos pueden obstruirse, tanto desde el lado de llegada del aire como del lado del agua. Las causas más comunes son: - Polvo en el aire debido a una filtración inadecuada - Aceite en el aire por pérdidas en los compresores - Productos de corrosión en los sistemas de distribución de aire - Entrada de agua y sólidos en el sistema de distribución por rotura de los difusores - Aceite en el agua residual - Depósitos de sales de hierro - Crecimiento de biopelícula en el difusor El uso de estas técnicas en la aireación implica un completo programa de mantenimiento. Los sistemas con burbuja gruesa son más fáciles de mantener, por lo que pueden ser más adecuados en plantas pequeñas.
5.2.- Cálculo de la potencia o caudal de aire Potencia de turbinas: a) Se calcula las necesidades punta de O2 (NcOx punta). b) Se adopta un coeficiente de transferencia de O2 (60 %) y se calcula la capacidad de oxigenación de la turbina. c) Se calcula la potencia necesaria (en kW) en el eje del motor, adoptando como aportación específica 2 kg O2/kWh. d) Se calcula la potencia real adoptando un rendimiento del motor (90 %). Se expresa esta potencia en CV (1 CV = 0.735 kW). Caudal de aire:
airemOkg
OtransfrendhOkgenpuntaNcOxhmaireQ
32
223
/286.0
..%)/()/(
6.- INGENIERÍA DEL PROCESO En el reactor se debe mantener el nivel prácticamente constante, haciendo la salida con un vertedero a todo lo ancho del depósito. Las variaciones de nivel afectarían a los sistemas de aireación, sobre todo a los de turbina. 6.1.- Forma de los depósitos La forma de los depósitos es prismática. En el caso de turbinas la planta debe ser cuadrada, para optimizar la zona de influencia de cada agitador. Podrá ser un depósito rectangular integrado por celdas cuadradas. Se considera buena relación lado/calado entre 2.5 y 5 (3) para que la influencia de la turbina sea óptima. Las plantas circulares no son adecuadas ya que no favorecen la mezcla en el reactor. Las esquinas del fondo se suelen matar o achaflanar en los depósitos paralelepípedos. El calado máximo es de 5 metros. En los sistemas mediante difusores esta distancia favorece el contacto burbuja / licor mezcla, aumentando el rendimiento de transferencia.
La utilización de difusores permite formas variadas en planta (rectangular, canal, circular,...). En función del sistema, los difusores se colocan en toda la solera del depósito o sólo en hileras laterales. Si sólo se tiene difusores en una línea lateral la relación calado/ancho del depósito debe ser 1. En el depósito hay que dejar resguardos. Es habitual considerar 0.3 metros cuando se utilizan difusores y 0.5 m cuando la agitación es en superficie. 6.2.- Recirculación En la recirculación hay que impulsar un fango con elevadas concentraciones de sólidos por lo que deben utilizarse bombas específicas que no presenten problemas de atascamiento. Se utilizan: de rodete abierto (centrífuga), bombas mamut y bombas de tornillo (desplazamiento positivo). Las bombas mamut (air-lift) son útiles si se desea introducir aire al fango. Hay problemas de rotura del flóculo cuando se utiliza mucha energía en la recirculación, sin embargo, el flóculo se regenera con cierta facilidad en el reactor.
7.- DECANTACIÓN SECUNDARIA El óptimo diseño de los decantadores secundarios es fundamental para el funcionamiento del proceso. Si los sólidos no son retenidos contribuirán a aumentar la DBO del efluente y modificarán el TRC en el reactor biológico. El decantador secundario, al mismo tiempo que clarifica el agua, debe conseguir un cierto espesamiento del fango, necesario para la operación de recirculación. Se tiene miles SSLM (<3500 mg/L). Las altas concentraciones determinan inicialmente una sedimentación zonal o frenada, y luego por compresión en el fondo del decantador. Se utilizan decantadores estáticos. El fango activo es floculado y ligero, muy diferente a un fango primario. Un IVF 100 es indicativo de una buena sedimentabilidad.
La recogida de fangos mediante rasquetas y poceta central puede sustituirse por sistemas de succión. Se consigue disminuir el tiempo de estancia (acumulación y transporte) del fango en el decantador (1 vuelta del puente). Se utiliza cuando el diámetro es muy grande (>30 m) o cuando la concentración de los fangos es muy elevada, como es el caso de los fangos activos. Los fondos de decantadores circulares con sistemas de succión son prácticamente planos. La succión de fangos se realiza aspirando con bomba de vacío o depresión hidráulica desde el centro del puente al canal. En el resto de los casos se suelen usar decantadores con rasquetas. En tales casos, la pendiente es del 4 al 10 %. El tiempo de permanencia de los fangos en la poceta es menor de 3 horas.
PARÁMETROS
FANGOS ACTIVOS
CONVENCIONAL
(Media carga)
AIREACIÓN
PROLONGADA
(Baja carga)
VELOCIDAD
ASCENSIONAL (m/h)
< 0.8 (Qm)
< 1.5 (Qp)
< 0.5(Qm)
< 0.9 (Qp)
CARGA DE SÓLIDOS
(Kg/m2/h)
< 2.5 (Qm)
< 4.5 (Qp)
< 1.8 (Qm)
< 3.2 (Qp)
TIEMPO RETENCIÓN
HIDRÁULICA (horas)
> 3 (Qm) 3 - 5 (Qm)
CARGA SOBRE
VERTEDERO
(m3/h/metro lineal)
< 12 (Qm)
< 20 (Qp)
< 12 (Qm)
< 20 (Qp)
CONCENTRACIÓN DEL
FANGO (%) (mg/L)
0.5 - 1.5
5000 - 15000
0.5 - 1.5
5000 - 15.000
CALADO BAJO
VERTEDERO (m)
> 3.0 > 3.0
Diseño de decantadores secundarios de fangos activos
Diámetro (m) Calado recomendado
(m)
Calado mínimo
(m)
< 12 3.30 3.00
21 3.60 3.30
30 3.90 3.60
42 4.20 3.90
> 42 4.50 4.20
La ratio r/hmínimo varía de 2 a 5, según los valores de la tabla.
WEF-ASCE (1992): calados en función del diámetro: