Diseño de plantas de tratamiento de Lodos Activos IV.pdf

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

[email protected]


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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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