Modulo3 Final PTA 12

MDULO 3 Ingeniera Civil - Departamento de Obras Civiles

Marcelo Bravo Fortune

MDULO 3

INTRODUCCIN

OPERACIONES UNITARIAS

Qu tipo de procesos o mtodos permiten eliminar los contaminantes del agua? Procesos Qumicos Procesos Fsicos Procesos Biolgicos

Cmo se suelen clasificar estos mtodos individuales? Operaciones Fsicas Unitarias Procesos Qumicos Unitarios Procesos Biolgicos Unitarios

INTRODUCCIN

En qu consisten estos mtodos?

Operaciones Fsicas Unitarias Predomina la accin de fuerzas fsicas

Procesos Qumicos Unitarios Adicin de productos qumicos Desarrollo de reacciones qumicas

Procesos Biolgicos Unitarios Actividad Biolgica

INTRODUCCIN

Operaciones Fsicas Unitarias

INTRODUCCIN

Pretratamiento / Primario

INTRODUCCIN

Operaciones Fsicas Unitarias

Procesos Qumicos Unitarios

Procesos Biolgicos Unitarios

Desbaste Precipitacin Procesos Aerobios

Mezclado Adsorcin Procesos Anaerobios

Floculacin Desinfeccin Procesos Anxicos

Sedimentacin Procesos Combinados

Flotacin Procesos de Lagunaje

Transferencia de Gases

Filtrado

NT

Tratamiento de aguas

INTRODUCCIN

Procesos Biolgicos Unitarios

Procesos Qumicos Unitarios

Operaciones Fsicas

Unitarias

CC

NT CC

NT CC

INTRODUCCIN

Esquema de potabilizacin o purificacin

INTRODUCCIN

Agua Cruda

Cribado Decantacin Simple

Filtracin Lenta

Desinfeccin

Consumo

aforo

INTRODUCCIN

Esquema de Planta de Tratamiento de aguas

INTRODUCCIN

Planta de Tratamiento la Farfana

INTRODUCCIN

Esquema de Planta de Tratamiento de aguas residuales

INTRODUCCIN

MDULO 3

INTRODUCCIN

OPERACIONES UNITARIAS

Qu entendemos o en qu consiste el desbaste o cribado? Pasar el agua a travs de rejas o tamices,

generalmente de tamao uniforme, las cuales retienen los slidos de tamao mayor.

Desbaste

Tamices

Rejas

Descripcin Constituye la 1ra operacin unitaria Elementos separadores

Aberturas rectangulares o circulares Manual o automtica

Desbaste

Barras Varillas Mallas metlicas Placas perforadas

Desbaste

Prdidas de carga Rejas

Desbaste

= 2

2

=1

0.72 2

2

V = Velocidad media del agua, m/s; K = Coeficiente descarga 0.54

V = Velocidad de circulacin entre las barras de la reja, m/s; v = Velocidad de aproximacin a la rejas, m/s

Prdidas de carga Rejas

Desbaste

=

43

2

2

V = Velocidad media de aproximacin a la reja, m/s; = ngulo que forman las barras con la horizontal; W = Ancho mximo de las barras frente al flujo, m; D = ancho mnimo de aberturas entre rejas, m; = Coeficiente de clculo depende de la forma de las barras

Prdidas de carga Tamices de malla fina

Desbaste

=1

2

2

C = Coeficiente adimensional de descarga del tamiz; Q = Caudal que atraviesa el tamiz, m3/s; A = superficie efectiva sumergida del tamiz, m2;

Desbaste

Qu es o en qu consiste? Amortiguar variaciones de caudal

Porqu se utiliza? Superar problemas de explotacin que estas

variaciones provocan en las instalaciones; Mejorar la efectividad de los tratamientos aguas

abajo.

Homogeneizacin de Caudales

Q = cte Q cte

En qu situaciones se aplica? Caudales en tiempo seco Caudales procedentes de redes de alcantarillado

separativas en pocas lluviosas Caudales procedentes de redes de alcantarillado

unitarios

Qu sistemas de redes tenemos en Chile? Una mezcla, las redes ms antiguas unitarias. Las

nuevas por disposicin legal (SISS), separadas.



Diagrama de flujo de PTAR. Homogeneizacin en lnea

Fuente: Adaptado de Talmadge, W. P. Determining Thickener Unit Areas - Metcalf & Eddy


Diagrama de flujo de PTAR. Homogeneizacin en derivacin

Fuente: Adaptado de Talmadge, W. P. Determining Thickener Unit Areas - Metcalf & Eddy

Ventajas de la homogeneizacin Mejora el tratamiento biolgico Mejora la calidad del efluente y rendimiento de

tanques de sedimentacin Mejora rendimientos de filtros Mejora el control de la dosificacin de reactivos



Variaciones de caudal y concentracin

4AM


Qu volumen se requiere?

Volumen terico v/s Volumen real Funcionamiento continuo de equipos de aireacin y

mezclado Imprevistos y cambio no previsibles en los caudales

diarios

Volumen real = volumen terico * factor Factor 1.1 a 1.2


Aplicacin. Determinar: Volumen del tanque en lnea necesario para la

regulacin del caudal; Efecto de la regulacin sobre la carga de DBO


Perdo de

tiempo

Caudal

medio, m3/s

C media de

DBO, mg/l

0-1 0.275 150

1-2 0.220 115

2-3 0.165 75

3-4 0.130 50

4-5 0.105 45

5-6 0.100 60

6-7 0.120 90

7-8 0.205 130

8-9 0.355 175

9-10 0.410 200

10-11 0.425 215

11-12 0.430 220

Perdo de

tiempo

Caudal

medio, m3/s

C media de

DBO, mg/l

12-1 0.425 220

1-2 0.405 210

2-3 0.385 200

3-4 0.350 190

4-5 0.325 180

5-6 0.325 170

6-7 0.330 175

7-8 0.365 210

8-9 0.400 280

9-10 0.400 305

10-11 0.380 245

11-0 0.345 180

Determinacin del Volumen del tanque.


Perdo de

tiempo

Caudal

medio, m3/s

0-1 0.275

1-2 0.220

2-3 0.165

3-4 0.130

4-5 0.105

5-6 0.100

6-7 0.120

7-8 0.205

8-9 0.355

9-10 0.410

10-11 0.425

11-12 0.430

Caudal medio m3/s

Volumen m3

Desarrollar la curva de caudales acumulados de agua residual

3 =

3 3600


Volumen acumulado al final del perodo

Perdo de

tiempo

Vol. en el

perodo, m3

0-1 990

1-2 792

2-3 594

3-4 468

4-5 378

5-6 360

6-7 432

7-8 738

8-9 1,278

9-10 1,476

10-11 1,530

11-12 1,548

= + Vol. acumulado

al final del

perodo, m3

990

1,782

2,376

2,844

3,222

3,582

4,014

4,752

6,030

7,506

9,036

10,584

10-11 1,368

11-0 1,242

25,308

26,550


Perdo de

tiempo

Caudal

medio, m3/s

0-1 0.275

1-2 0.220

2-3 0.165

3-4 0.130

4-5 0.105

5-6 0.100

6-7 0.120

7-8 0.205

8-9 0.355

9-10 0.410

10-11 0.425

11-12 0.430

Determinar el caudal medio del da

3 =

3 3600

10-11 0.380

11-0 0.345

=


V = 4,098 m3


Vol. acumulado

al final del

perodo, m3

990

1,782

2,376

2,844

3,222

3,582

4,014

4,752

6,030

7,506

9,036

10,584

calculo de

diferencias de

volumen

116

431

943

1,581

2,309

3,056

3,730

4,098

3,926

3,557

3,133

2,691

25,308

26,550

25,444

26,550

Caudal medio,

m3

1,106

2,213

3,319

4,425

5,531

6,638

7,744

8,850

9,956

11,063

12,169

13,275

136

0

Efecto sobre la carga DBO


1,106 m3/h Caudal medio regulado para el perodo de una hora

= + Determinar el volumen almacenado


perodoVolumen

aportado, m3

8-9 1,278

9-10 1,476

10-11 1,530

11-12 1,548

12-1 1,530

1-2 1,458

Volumen

almacenado, m3

172

542

966

1,408

1,832

2,184

0-1 990

1-2 792

6-7 432

7-8 738

374

0

3,986

3,672


Determinar la concentracin de DBO homogeneizada en mg/l

= + +

perodoVolumen

aportado, m3

Volumen

almacenado, m3

C media DBO,

mg/l

8-9 1,278 172 175

9-10 1,476 542 200

10-11 1,530 966 215

11-12 1,548 1,408 220

12-1 1,530 1,832 220

C homogeneizada

DBO, mg/l

175

197

210

216

218


Determinar la Carga de DBO homogeneizada, kg/h

= 3600

1000

C homogeneizada

DBO, mg/l

175

197

210

216

218

Carga DBO

homogeneizada,

kg/h

194

218

233

239

241


perodoVolumen

aportado, m3

Volumen

almacenado, m3

C media DBO,

mg/l

C homogeneizada

DBO, mg/l

Carga DBO

homogeneizada,

kg/h

8-9 1,278 172 175 175 194

9-10 1,476 542 200 197 218

10-11 1,530 966 215 210 233

11-12 1,548 1,408 220 216 239

12-1 1,530 1,832 220 218 241

1-2 1,458 2,184 210 215 237

2-3 1,386 2,464 200 209 231

3-4 1,260 2,618 190 203 224

4-5 1,170 2,682 180 196 216

5-6 1,170 2,746 170 188 208

6-7 1,188 2,828 175 184 203

7-8 1,314 3,036 210 192 213

8-9 1,440 3,370 280 220 244

9-10 1,440 3,704 305 246 272

10-11 1,368 3,966 245 246 272

11-0 1,242 4,102 180 230 254

0-1 990 3,986 150 214 237

1-2 792 3,672 115 198 219

2-3 594 3,160 75 181 200

3-4 468 2,522 50 164 181

4-5 378 1,794 45 148 164

5-6 360 1,048 60 134 148

6-7 432 374 90 121 134

7-8 738 0 130 127 140


Relacin

Carga de DBO

No homogeneizada Homogeneizada

Punta/Media 2.06 1.27

Mnima/Media 0.08 0.63

Punta/Mnima 25.82 2.03

Qu es?

Mezclado

Revolver Combinar Incorporar

AP AR

AP AR

Producto Qumico

Revolver Combinar Incorporar

Existen dos grandes tipos de mezcla Mezcla rpida

Homogeneizar la concentracin de un reactivo con el agua, en forma rpida.

Mezcla lenta

Favorecer reacciones en el interior, en procesos prolongados.

Mezclado

Mezclado

Fuente: Imagen cortesa FMC Corporation

Los procesos de mezcla se pueden desarrollar por medio de:

Resaltos hidrulicos

Mezcladores estticos

Mezcladores mecnicos

Mezcladores neumticos

Mezclado

Mezclado

Agitadores de hlice

v2

v1

Mezclado

Mezclador de turbina en lnea

Fuente: Imagen cortesa Mixing Equipment Company

Mezclado

Fuente: ITT Water & Wastewater

Impulsores mecnicos:

Paletas - flechas verticales u horizontales; - paletas estacionarias; - velocidades bajas o moderadas de 2 a 15 rpm; - mezcla lenta;

Turbinas - hojas planas o curvas - velocidades de 10 a 150 rpm - mezcla lenta;

Mezclado

Impulsores mecnicos:

Hlices - flechas verticales o inclinadas; - velocidades altas de 150 a 1,500 rpm; - mezcla instantnea;

Mezclado

Mezclado

Fuente: Imagen cortesa Envirex de la Rexnord Company

Mezclado

Mezclado

Fuente: AIM Water

Mezclado

Fuente: AIM Water Fuente: ITT Water & Wastewater

Mezclado

Fuente: ITT Water & Wastewater

Fuente: ABS

Energa disipada en el mezclado

Mezclado

Turbulencia Mezclado Energa

=

G = Gradiente de velocidad medio, 1/s; P = Potencia necesaria, W; = viscosidad dinmica, Ns/m2; V = Volumen del tanque, m3;

Camp y Stein

Considerando el tiempo de detencin terico

Mezclado

=

= 1

td = tiempo de detencin, s; Q = caudal, m3;

=

Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores de hlice y de turbina

Mezclado

P = k 2 3

P = energa necesaria, W; k = Constante = viscosidad dinmica del fluido, Ns/m2; = densidad del fluido, kg/m3; D = dimetro del impulsor, m n = revoluciones por segundo, rev/s;

P = k 3 5

Rushton

Laminar; Re < 10

Turbulento; Re > 10,000

Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores de hlice y de turbina

Mezclado

Fuente: Metcalf & Eddy

Mezcladores de hlice y de turbina Consideraciones

Mezclado

Mezcladores de hlice y de turbina Consideraciones:

Mezclado

Deflectores Posicin de los impulsores

Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Agitadores de paleta

Mezclado

P =

P = energa necesaria, W; FD = fuerza de resistencia del fluido sobre las paletas, N; CD = coeficiente de resistencia al avance de las paletas; = densidad del fluido, kg/m3; vp = velocidad relativa de las paletas respecto del fluido, m/s;

P =

3

2

=

2

2

Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores estticos

Mezclado

P =

P = energa disipada, kW; = peso especfico del agua, kN/m3; Q = caudal, m3/s; h = prdida de carga, m;

Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores neumticos

Mezclado

P =

P = energa disipada, kW; pa = presin atmosfrica, kN/m

2; Va = volumen de aire introducido a presin atmosfrica, m

3/s; pc = presin del aire en el punto de descarga, kN/m

2

Ejemplo Mezclador esttico

Rango de velocidad zigzag 15.2 cm/s a 45.5 cm/s 19 mamparas Tiempo de desplazamiento de 30 minutos Temperatura de 10C Q = 0.28 m3/s Dimensiones del tanque:

Ancho = 0.76 m; Profundidad = 2,43 m; Longitud = 13.7 m;

Mezclado

Ejemplo Determinar

Prdida de carga Potencia disipada G Gtd

Mezclado

Ejemplos Prdida de Carga

Mezclado

12

2 + 1 2

2

2

Donde n = el nmero de canales

h = 21.6 cm

Ejemplos Potencia disipada

Mezclado

P = 0.59 kW P =

Donde = 9.804 kN/m3

Ejemplos G y Gtd

Mezclado

G 29.9 1/s

Donde = 0.001307 Ns/m2

=

Determinacin del V = t x Q = 504 m3

=

Gtd = 53,820

Ejemplo Agitador de paletas

G = 50 1/s Volumen del tanque 3,000 m3 Coeficiente de arrastre 1.8 Velocidad relativa es de 0.75 vpunta Velocidad de la punta (vpunta) = 0.6 m/s Temperatura de 15C Palas rectangulares

Mezclado

Determinar

Energa necesaria

rea de la pala

Mezclado

P = 8,543 W

Donde = 1.139 kNs/m2

=

P =

3

2 A = 104.3 m2

= 999.1 kg/m3

Qu es la sedimentacin? Es la eliminacin de slidos suspendidos en el agua

por asentamiento gravitacional. Partculas en suspensin ms pesadas que el agua.

Sedimentacin

Sedimentacin Decantacin

Sedimentacin

S > L

S < L

sedimentacin flotacin

Sedimentacin

Purificacin del agua

Tratamiento de Aguas residuales

Sedimentos que se asientan con facilidad

Impurezas coaguladas

Impurezas precipitadas

Eliminacin de arenas

Impurezas en suspensin; flculos qumicos

Sustancias convertidas en slidos sedimentables; flculos biolgicos

Sedimentacin

Clarificacin Espesamiento

Sedimentacin

partculas discretas partculas aglomerables

Densidad

Tamao

Forma

Adhieren/aglutinan

Tamao

Forma

Peso especfico

Primera clasificacin de sedimentacin

Segunda clasificacin de sedimentacin

Sedimentacin

Concentracin

Interaccin partculas

1. Discreta 2. Floculenta 3. Retardada 4. Compresin

Fase Simultneos

Sedimentacin

Tipos de sedimentacin

Tipo 1 Partculas discretas

concentracin de slidos Entidades individuales No hay interaccin

Sedimentacin


Tipo 2 Floculenta

Suspensin diluida partculas agregan / floculan

Unin masa Mayor velocidad

Sedimentacin


Tipo 3 Retardada (zonal)

Concentracin intermedia Fuerzas de interaccin Partculas posiciones fijas Masa de partculas Interfase slido-lquido

Interfase

Sedimentacin


Tipo 4 Compresin

Concentracin estructura Compresin de la estructura

Sedimentacin

Etapas del asentamiento de partculas

Sedimentacin

Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1

Partcula de

volumen

V

FB

FG

=

= densidad del fluido; s = densidad de la partcula; g = aceleracin de gravedad; V = volumen de la partcula;

Sedimentacin


Partcula de

volumen

V

FB

FG

=

2

2

CD = Coeficiente de arrastre; vp = velocidad de la partcula; A = rea transversal de la partcula;

FR

Sedimentacin


=2

=

Velocidad terminal de sedimentacin

Sedimentacin


=4

3

Partculas esfricas

Sedimentacin


=24

+3

+ 0.34

Cmo se determina el coeficiente de arrastre, CD? Varia en funcin del tipo de flujo Nmero de Reynolds

=

Sedimentacin

Fuente: T.R. Camps, Trans Am. Soc. Civil Engrs., 103, 897 (1946)

Sedimentacin

Fuente: Metcalf & Eddy

Sedimentacin


=24

Para NR < 0.5

=

2

18

Para NR > 103

= 0.4 = 3.3

Sedimentacin

Proyectos de tanques de sedimentacin Seleccionar una partcula con velocidad crtica Disear tanque a modo de eliminar partculas con

v vertical > v crtica (lmite)

Sedimentacin

Tanque rectangular

Sedimentacin

Entonces la produccin de agua clarificada est determinada por:

= A = rea de la superficie del tanque de sedimentacin;

=

Definimos un parmetro de diseo:

Carga de superficie

Sedimentacin

Relaciones

=Profundidad

Tiempo de detencin

Consideraciones: Sedimentacin ideal; Turbulencia en entrada y salida del tanque; Cortocircuitos; Acumulaciones de lodo; Gradientes de velocidad;

Sedimentacin

Tiempo de retencin Distribucin uniforme de partculas en la profundidad Partculas con velocidad vertical inferior a la lmite

=

Xr = Fraccin de partculas con velocidad vp que se eliminan;

= 1 +

0

Fraccin de todas las partculas removidas

Sedimentacin

Velocidad de sedimentacin

Frac

ci

n d

e p

art

cula

s co

n v

elo

cid

ad d

e

sed

imen

taci

n

infe

rio

r a

un

val

or

det

erm

inad

o

Sedimentacin

Tanque circular

Vista en planta

Sedimentacin

Tanque circular

Sedimentacin

Determinacin de la velocidad de forma anloga al tanque rectangular:

=

20

vd = velocidad horizontal de la partcula (figura anterior);

=

=

02

2=

Integrando

A = rea de la superficie del tanque de sedimentacin;

Sedimentacin

Ejemplo

Carga de superficie de 32.6 m/da;

Determine La remocin total (%);

Velocidad Fraccin SS

mm/s %

1.08 10

0.689 15

0.527 40

0.387 70

0.172 93

0.043 99

0.011 100

Sedimentacin

=

Carga de

superficie

= 32.6 m/da

= 0.377 mm/s

Velocidad Fraccin SS

mm/s %

1.08 10

0.689 15

0.527 40

0.387 70

0.172 93

0.043 99

0.011 100

% partculas

vel. Inferior

90

85

60

30

7

1

0

Sedimentacin

0.377

27

Sedimentacin

Sedimentacin

Fraccin de partculas removidas con velocidad menor

x Vel. Sed. vx

mm/s

0.04 0.06 0.0024

0.04 0.16 0.0064

0.04 0.22 0.0088

0.04 0.26 0.0104

0.04 0.3 0.012

0.04 0.34 0.0136

0.027 0.37 0.00999

Total vx 0.06359

Sedimentacin

= 1 +

0

Fraccin de todas las partculas removidas

= 1 0.27 + 1

= 1 0.27 + 1

0.3770.06369

= 89.6%

Sedimentacin

Sedimentacin floculenta Tipo 2

Contacto de partculas; masa de partculas velocidad;

Carga de superficie Profundidad del tanque Gradiente de velocidad del sistema Concentracin de partculas Tamaos de las partculas

Ensayos de sedimentacin

Sedimentacin


Columnas de sedimentacin Altura igual al tanque de sedimentacin Mltiples orificios Distribucin uniforme en toda la profundidad Temperatura uniforme Toma de muestras a intervalos regulares

Sedimentacin

Remocin =

++1

2

Sedimentacin


Consideraciones La carga de superficie real es menor a la terica

Carga sup. Real = Carga sup. terico * factor Factor 0.65 a 0.85

Tiempos de retencin reales mayores a los tericos

Tiempo Real = Tiempo terico * factor

Factor 1.25 a 1.5

Sedimentacin

Ejemplo

Altura de columna 2.5 m; Tiempo de detencin 20 min;

10 20 30 40 50

tiempo

Determine La remocin total (%); Tasa de sedimentacin

superficial;

Sedimentacin

10 20 30 40 50

tiempo

1 0.5

2 0.275

3 0.375

4 1.35

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

pro

fun

did

ad

Para t = 20 minutos

Remocin (%) =

++1

2

R = 1

100+80

2 + 2

80+70

2+ 3

70+60

2 + 4

60+50

2 = 65.7%

Sedimentacin

Tasa de sedimentacin superficial (TSS) o Carga de Superficie

=

=

Profundidad

Tiempo de detencin

=2.5

20m min = 180 m da

El valor real es:

=2.5

201.5m min = 120 m da

El valor terico es:

Sedimentacin

Concentracin

Sedimentacin

Sedimentacin Zonal Tipo 3

Sedimentacin simple

Ensayos de columnas de sedimentacin rea instalaciones Espesamiento de lodos

Mtodo de flujo de slidos

Sedimentacin

Sedimentacin Simple Superficie para clarificacin Superficie para espesado Tasa de extraccin de lodos

Mayor superficie

Talmadge y Fitch

t2

Sedimentacin

Sedimentacin Simple

Velocidad constante f(floculacin; concentracin) Concentracin Velocidad (progresiva) Zona de compresin

Sedimentacin

= 0

=0 0

=

Ae = superficie para espesado; Ac = superficie para clarificacin; tu = tiempo para concentracin de lodos deseada; H0 = altura inicial de la interfase en la columna; C0 = concentracin inicial; Cu = concentracin de lodos deseada; Q = caudal entrante al estanque; Qc = caudal sobrenadante; v = velocidad de subsidencia;

Sedimentacin

t2 t2

Sedimentacin

Ejemplo

Dimensionamiento de un tanque de lodos activados Concentracin inicial, C0 4,000 mg/l; Altura inicial de la interfase, 60 cm; Caudal entrante 400 m3/d; Concentracin de lodo, Cu = 12,000 mg/l;

Determine La superficie del tanque; Carga de slidos en kg/m2 da; Carga de superficie m3/m2 da;

Sedimentacin

Sedimentacin

Resultados

Dimensionamiento de un tanque de lodos activados Superficie del tanque = 16.89 m2 ; Carga de slidos = 94.7 kg/m2 da; Carga de superficie = 23.68 m3/m2 da;

Sedimentacin

Mtodo de flujo de slidos Ensayos de columnas de sedimentacin

Sedimentacin por gravedad Transporte de masa

Sedimentacin

Sedimentacin

El flujo de slidos se determina por:

=

=

= +

= +

SFg = flujo de slidos por gravedad, kg/m

2h; SFu = flujo de slidos por extraccin lodos, kg/m

2h; Ci = concentracin de slidos, mg/l; Cu = concentracin mxima de slidos, mg/l; Ub = velocidad descendente de la masa, m/h; Vi = velocidad sedimentacin slidos a Ci, m/h; k = factor de conversin de unidades, 1/1,000;

Sedimentacin

Velocidad de sedimentacin zonal a distintas Ci

Ci elevadas Vi 0

SFg bajo

Ci bajas SFg bajo

Vi ind. de Ci

Vi cte. Ci SFg

Sedimentacin

Sedimentacin

El rea transversal del sedimentador se determina por:

= + 0

SFL = flujo de slidos lmite, kg/m

2da; C0 = concentracin en el caudal de entrada, g/m

3; (Q+Qu)= caudal volumtrico total que entre al estanque, m3/da; A = rea transversal, m2; = Qu/Q; k = factor de conversin de unidades, 1/1,000;

= 1+ 0

Sedimentacin

Sedimentacin

Ejemplo

Q+Qr = 24 m3/m2 da; Qr = 40% de Q; Qw 0

Q = 8,000 m3/da

Determine El rea del sedimentador

Sedimentacin

1. Determinar el flujo de slidos por gravedad

SSLM, mg/lVel. Sed.,

m/h

2,000 4.27

3,000 3.51

4,000 2.77

5,000 2.13

6,000 1.28

7,000 0.91

8,000 0.67

9,000 0.49

10,000 0.37

15,000 0.15

20,000 0.07

30,000 0.027

=

Flujo de slidos

gravedad, kg/m2 h

8.54

10.53

11.08

10.65

7.68

6.37

5.36

4.41

3.7

2.25

1.4

0.81

Sedimentacin

Sedimentacin

2. Determinar el flujo de slidos de lodos

=

Carga Sup. =

= Carga Sup.

= 0.29 /

Sedimentacin

2. Determinar el flujo de slidos de lodos

SSLM, mg/lVel. Sed.,

m/h

2,000 4.27

3,000 3.51

4,000 2.77

5,000 2.13

6,000 1.28

7,000 0.91

8,000 0.67

9,000 0.49

10,000 0.37

15,000 0.15

20,000 0.07

30,000 0.027

Flujo de slidos

lodo, kg/m2 h

0.58

0.87

1.16

1.45

1.74

2.03

2.32

2.61

2.9

4.35

5.8

8.7

=

= 0.29 /

Sedimentacin

Sedimentacin

3. Determinar el flujo de slidos totales, SFL y Cu

6.5

22,414

Sedimentacin

4. Determinar concentracin de slidos en el reactor

0 + = +

= 6,404 /

Balance de masa del sistema

Supuestos No existe crecimiento

celular en el reactor; X0

Sedimentacin

5. Determinar el rea del sedimentador

= 460 2 = 1+ 0

Carga Sup. =

= 466 2

Qu proceso determina el rea del sedimentador?

El rea mayor. En este caso clarificador.

Sedimentacin

Sedimentacin por Compresin Tipo 4

= 2 2

Ht = altura del lodo en un tiempo t; H = altura del lodo tras un prolongado perodo de tiempo; H2 = altura del lodo en un tiempo t2; i = constante para una suspensin dada;

Sedimentacin

vTS h

Sedimentadores de flujo horizontal Eficiencia depende principalmente de la velocidad y

en consecuencia del rea

Sedimentacin

Sedimentadores laminares Ventaja Aumento de la eficiencia Desventaja Problema prctico la limpieza del sistema

Sedimentacin

Sedimentadores laminares Se utilizaron por cerca de 60 aos

Sedimentacin

Sedimentacin

Cules son sus caractersticas? Serie de tubos o laminas paralelas Inclinadas Flujo laminar

Sedimentacin

Cules son sus caractersticas? Trayectoria ascensional (existen de flujo descendente) Se mueven a contracorriente por accin de la fuerza

de gravedad

Sedimentacin

Sedimentador laminar ascendente Fuente: Neptune Microfloc

Sedimentacin

Sedimentadores de laminares Fuente: Parkson Corporation

Sedimentacin

Aplicaciones prcticas Aumentar flujo en sedimentadores sobrecargados sin

perder eficiencia

Disminuir el rea de sedimentacin inversin

Pueden trabajar con flujo ascendente o descendente

Sedimentacin

Qu permiti esta nueva configuracin? Cargas superficiales mayores (4 a 10 veces) Menor perodo de sedimentacin Flujo ms estable

Carga Sup. =

Sedimentadores de flujo horizontal

Sedimentacin

Puede ser extendido a otros sistemas de sedimentacin? En lo particular para sedimentadores de alta velocidad

=0 sin + cos

S = constante segn tipo de sedimentador; v0 = velocidad promedio del flujo a travs del sedimentador; vS= velocidad de cada de la partcula suspendida; L = l/e longitud relativa; = ngulo de inclinacin del sedimentador;

Sedimentacin

e

Sedimentacin

Considerando un valor crtico de S Sc

= 0

sin + cos

Sc = constante crtica segn tipo de sedimentador; vTS= velocidad terminal de sedimentacin;

Sedimentacin

Por lo tanto la carga de superficie equivalente sera:

f = factor de rea, sen + Lcos; A0= rea perpendicular a las placas; A = rea de sedimentador (convencional)

Carga Sup. =

=

0

Sedimentacin

Existen varios factores que afectan el proceso: Relacin ancho longitud Flujo laminar Inclinacin de celdas Carga superficial

Sedimentacin

Relacin: Ancho(e) Longitud(l)

L= l/e

120

cm

60

6 cm

L= 120/6 = 20 e; l;

L= 240/6 = 40

Duplicamos l

Qu significa en trminos de eficiencia?

Sedimentacin Eficiencia terica sedimentador para distintas longitudes

L= l/e

Sedimentacin

Flujo laminar

Turbulencia a la entrada de las celdas?

= 0

NR = nmero de Reynolds; v0= velocidad promedio del flujo a travs del sedimentador; = viscosidad cinemtica

0 =

= 0.0580

LT = L + L

Sedimentacin

Inclinacin de las celdas

= 0 = 0

sin + cos

0=

vTS / v0 bajas L

Eficiencia mxima

Eficiencia = 1 0

Sedimentacin

Inclinacin de las celdas

= 90 = 0

sin + cos

0=1

Sedimentacin Relacin eficiencia vs ngulo de inclinacin

Sedimentacin

Influencia del ngulo de inclinacin en la eficiencia

Sedimentacin

Carga superficial

Carga Superficial

Eficiencia

Sedimentacin

Fuente: Comparaciones realizadas por Yao

Sedimentacin

Respecto de su uso en Aguas residuales: Presentan problemas de olores; Acumulacin de aceites y grasas Obturacin;

Para su control: Limpieza peridica (mangueras a presin)

Sedimentacin

Sedimentacin

Ejemplo

En una planta de tratamiento con un sedimentador horizontal: Dimensiones de 24.4 m de longitud, 18.3 m de ancho y

3.7 m de profundidad; Caudal 50,000 m3/d;

Se instalarn mdulos tubulares. Determine Carga superficial actual; Carga superficial equivalente; Verificacin de NR;

Sedimentacin

Resultados

Carga superficial actual 112 m3/ m2 d; Carga superficial equivalente 45 m3/ m2 d; NR 116 Flujo Laminar,

Sedimentacin

Teora versus prctica

Corrientes de densidad

Trmicas

Concentracin

Corrientes debido al viento

Condiciones hidrulicas

Zona de entrada

Zona de sedimentacin

Zona de salida

Sedimentacin

Corrientes de densidad Por temperatura

TA TS

TA < TS

Ton/m3

4C, = 1.00000; 8C, = 0.99988;

16C, = 0 .99897; 18C, = 0.99862; 20C, = 0.99823;

TS

TA

Sedimentacin


Corrientes trmicas debidas al agua fra

Sedimentacin


TB TS

TB > TS

Ton/m3

4C, = 1.00000; 8C, = 0.99988;

16C, = 0 .99897; 18C, = 0.99862; 20C, = 0.99823;

TS

TB

Sedimentacin


Corrientes trmicas debidas al agua caliente

Sedimentacin

Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la temperatura

Cul es la masa de agua a 4C?

TS = 4C; V = 100,000 m3 4C, = 1 Ton/m3

M = 100,000 Ton

Sedimentacin

Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la temperatura

Cul es la masa de agua a 8C?

TS = 8C; V = 100,000 m3 8C, = 0.99988 Ton/m3

M = 99,988 Ton

M = 12 Ton 120 g/m3

Sedimentacin

Corrientes de densidad Por concentracin

Caoln, mg/l

, Ton/m3

0 1.0027

20 1.0056

40 1.0100

60 1.0162

80 1.0225

Sedimentacin

Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la concentracin

Cul es la masa de agua a C = 20 mg/l?

C = 20 mg/l; V = 100,000 m3 20 mg/l, = 1.0056 Ton/m3

M = 100,560 Ton

Sedimentacin

Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la concentracin

Cul es la masa de agua a C = 80 mg/l?

C = 80 mg/l; V = 100,000 m3 80 mg/l, = 1.0225 Ton/m3

M = 102,250 Ton

M = 1,690 Ton 16.9 kg/m3

Sedimentacin

Corrientes debidas al viento

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de entrada

Floculador

GA GB

Sedimentador

Qu puede generar esto?

GA > GB

Turbulencias

sedimentacin

Sedimentacin


Floculador

GA GB

Sedimentador

Qu efecto se podra generar?

Rompimiento de los floculos

Disipador de energa

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de entrada Objetivo Distribucin uniforme de flujo hacia la zona de

sedimentacin (rea transversal)

Cmo se consigue?

Sedimentacin


Floculador Sedimentador

Estructura

Sedimentacin


Est controlado el problema? Alteraciones del flujo: Velocidad excesiva del flujo a la entrada; Orificios de ingreso muy grandes;

Distribucin desigual del flujo: Orificios de distintos dimetros; Orificios parcialmente obstruidos; Tabiques parciales;

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de entrada Disipacin de chorros sumergidos

Resultados experimentales 10 v; 40%; 100 v; 94%;

v

10 100

v1=0.6v

v2=0.06v

Ejemplo: Velocidad de 30 cm/s; = 10 cm

10 v = 18 cm/s 100 v = 1.8 cm/s

Sedimentacin

Esquemas de zonas de entrada

Sedimentacin

Corto circuitos

Sedimentacin

Corrientes de densidad Zona de entrada

Corto circuitos y espacios muertos

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de entrada Tabiques difusores

Basados en literatura (Azevedo Netto, Figura a): Nmero de orificios pequeos Forma ideal circular por sobre cuadrada; Orificios inferiores a h/4 o h/5 sobre el fondo (sin

remocin mecnica de lodos); Orificios superiores a h/5 o h/6 de la superficie Tabique difusor a distancia suficiente pared

sedimentador para limpieza (0.8 m);

Sedimentacin

Gradiente de velocidad para distintos dimetros de orificios

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de entrada Ejemplo: Calcular N de orificios para un tabique difusor de un tanque sedimentador que tiene 4.8 m de profundidad por 5 m de ancho y un Q = 130 l/s. El gradiente de velocidad de la ltima cmara de floculacin es G = 20 1/s y T = 4C.

Sedimentacin

Gradiente de velocidad para distintos dimetros de orificios

G=20

=8

v=14

q=0.75

Sedimentacin


Dimetro cm

Caudal por orificio

l/s Velocidad

cm/s No. Orificios

8 0.75 14 173

10 1.15 16 113

12 1.8 17 72

15 3.3 18 39

Velocidad para = 10 cm 100 v = 0.96 cm/s

Sedimentacin


Floculador Sedimentador

1 2 10

1

2

11

40 cm

30 cm

70 cm

80 cm

100 cm

h/6 = 80 cm

h/5 = 96 cm

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de salida

Objetivo Recoleccin uniforme de agua a una velocidad tal que

evite arrastrar flculos en el efluente;

Problemas Canaletas de pequea longitud, mal ubicadas, mal

niveladas o impropiamente diseadas Cortocircuitos hidrulicos y zonas muertas

Sedimentacin


Red de lneas de flujo

Sedimentacin


Efecto del vertedero de salida en lneas de flujo

Sedimentacin


Estructuras de salida

Sedimentacin


Tipos de estructuras Vertederos de rebose

Canaletas de rebose

Orificios

Lisos Dentados

Lisas Dentadas Con orificios

Circulares Cuadrados

Sedimentacin

Vertederos de rebose

Sedimentacin

Canaletas de rebose

Sedimentacin

Canaletas de rebose Fuente: Aqua Colombia Ltda.

Sedimentacin

Canaletas de rebose

Sedimentacin

Canaletas para el agua decantada

Sedimentacin

Orificios de salida

Q = C A 2

A = rea del orificio, m2; C = Coeficiente 0.6 0.8; h = Prdida de carga en el orificio;

Sedimentacin

Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin

Sedimentacin


Remocin de lodos En forma continua En forma intermitente

Sedimentacin

Sedimentacin


Barre lodos tanque rectangular

Sedimentacin

Sedimentador circular

Sedimentacin


Barre lodos tanque circular

Sedimentacin

Qu es la filtracin? La remocin de partculas suspendidas y coloides; Presentes en un medio acuoso; Pasan por un medio granular;

Filtracin

Giardia Criptosporidium Bacterias Virus.

Un poco de historia.

Filtracin

Filtros Lentos

Un poco de historia.

Filtracin

1804

Ascendente Descendente

Instalacin de sistema de filtracin para toda una poblacin

Construy la 1ra planta de Filtros

Filtros Lentos - Descendentes

Filtracin

Limpieza Parte superior

Filtros Lentos - Ascendentes

Filtracin

Limpieza Cambio en el

Flujo

Filtros Rpidos - Descendentes

Filtracin

Limpieza Auto lavado

1855

Filtracin

Fuente: Arboleda

Existen variaciones de los valores de acuerdo a la

literatura

Filtracin

Fuente: Arboleda

Filtros lentos de arena

Fuente: Fair & Geyer

Filtros rpidos de arena

Profundidad del lecho

Tamao de la arena

Tamao del lecho

Velocidad de filtracin

Filtracin


Filtros lentos de arena Filtros rpidos de arena

Distribucin del tamao de granos de arena en el filtro

Sistema de drenaje inferior

Prdida de carga

Duracin del ciclo entre limpiezas

Penetracin de la materia suspendida

Filtracin


Filtros lentos de arena Filtros rpidos de arena

Filtracin


Diferentes tamaos

Partculas con distinta carga

Retenido en el lecho filtrante

Resistencia al esfuerzo de corte

Mecanismos de Filtracin

Filtracin

Mecanismos de Filtracin

Filtracin

F1

F2

F2 > F1

F1

F2

F2 < F1

Mecanismos de Filtracin (OMelia y Stumm)

Filtracin

Cernido; Sedimentacin; Intercepcin; Difusin; Impacto inercial;

Fuerzas de Van der Waals; Fuerzas electroqumicas; Puente qumico;

Accin hidrodinmica; Mecanismos de transporte

combinados;

Transporte de las partculas dentro de los poros

Adherencia a los granos del medio

Filtracin

Fuente: Arboleda

Mecanismos de Filtracin Transporte - Cernido

Filtracin

Partculas tamao mayor que los poros del lecho filtrante;

Capas ms superficiales del lecho;

Partculas resisten los esfuerzos cortantes;

=

32

Pr = probabilidad de remocin por cernido; = dimetro de la partcula; Dc = dimetro del medio filtrante;

Hall

Mecanismos de Filtracin Transporte - Sedimentacin

Filtracin

Granos del medio como unidad de sedimentacin;

1 m3 8,000 m2;

SS Grandes y densos VTS alta y Carga hidrulica baja;

Mecanismos de Filtracin Transporte - Intercepcin

Filtracin

Intercepcin

Partcula (A) Lneas de flujo Vel. bajas

Contacto (B) Entre partculas Medio filtrante

Mecanismos de Filtracin Transporte Impacto inercial

Filtracin

Mecanismos de Filtracin Transporte - Difusin

Filtracin

Partculas de 1m o menos; Comportamiento errtico

(Browniano); Las partculas de arcilla

presentan difusin;

energa termodinmica;

Viscosidad del H2O;

Mecanismos de Filtracin Transporte Accin hidrodinmica

Filtracin

Remocin de partculas grandes (10 m);

Gradiente de corte; Movimiento y rotacin de la

partcula;

Mecanismos de Filtracin Transporte Mecanismos combinados

Filtracin

Cernido; Sedimentacin; Intercepcin; Difusin; Impacto inercial; Accin

hidrodinmica;

Filtracin

Intercepcin

Cernido

Difusin

Importancia Caractersticas de la

suspensin; Medio Filtrante;

Filtracin

Fuente: Arboleda

Eficiencia de remocin de partculas en un filtro

Difusin partculas de tamao pequeo (menores a 1). Intercepcin y sedimentacin tamao partculas

Mecanismos de Filtracin Adherencia

Filtracin

Caractersticas de la Superficie

Granos del lecho

Adherencia

Granos del lecho

Partculas transportadas

Partculas retenidas

Adherencia

Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. Van der Waals

Filtracin

12 2

Fr = fuerza de adherencia; = dimetro de la partcula; = cte. atraccin de Van der Waals; r = distancia entre las partculas y el grano

d

Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. electroqumicas

Filtracin


A

trac

ci

n

Rep

uls

in

En

erg

a


Filtracin

Granos del Lecho

Floc

Neg Pos Adhesin + Atraccin

Neg Neutro Adhesin

Neg Neg Repulsin


Filtracin

Granos del Lecho

Floc


Neg Neutro Adhesin

Neg Neg Repulsin

N


Filtracin

Granos del Lecho

Floc


Neg Neutro Adhesin

Neg Neg Repulsin

Mecanismos de Filtracin Adherencia Puente qumico

Filtracin

Fuente: Arboleda

Reaccin qumica Superficie del grano

Modelos matemticos Existen un nmero extenso de modelos; Iwasaki & Ives Mintz & Krishtul Deb Camp OMelia & Stumm Resultan prcticos para la comprensin del

fenmeno;

Determinacin de parmetros experimentalmente;

Filtracin

Modelos matemticos Iwasaki

Filtracin

Agua de calidad variable

Efluente de calidad variable

Retencin de partculas

Remocin material suspendido proporcional a la cantidad presente en el agua;

Remocin depende de:

Las fuerzas gravitacionales generan la remocin;

superficie granos disponibles; velocidad intersticial; recorrido del flujo dentro de los

poros;

Modelos matemticos Iwasaki (1937)

Filtracin

=

= cantidad de material depositado en la superficie y unidad de tiempo a una profundidad z del medio filtrante; = mdulo de impedimento o eficiencia de la respectiva capa del filtro, 1/L; = profundidad del medio filtrante;

Modelos matemticos Ives (1960-1965)

Filtracin

=

= concentracin volumtrica de partculas en el agua; = mdulo de impedimento o eficiencia de la respectiva capa del filtro, 1/L; = profundidad de la capa del lecho filtrante;


Filtracin

=

=

1 21


Filtracin

= depsito especfico Volumen depositado por unidad de volumen del medio filtrante

Volumen removido =

Volumen depositado =


Filtracin

= ()

= + superficie

Vel. Intersticial = cte

eficiencia superficie

eficiencia

material


Filtracin

= coeficiente emprico; 0 = porosidad inicial del lecho filtrante;

= + 2

0

2

0 Disminucin de =


Filtracin

2

0


Filtracin

RESUMEN

Eficiencia Capa i

Adherencia

Penetran capa inferior

Partculas (floc)

Capa i+1 Se repite el proceso

0 1 1 4

4 10 10 19 19 24

Alta


Limitaciones No se tiene en cuenta la variacin del tamao del

medio filtrante, ni el cambio local en la concentracin del floc depositado;

Se parte del principio de que el volumen del material que queda entre los poros, es igual al volumen del material removido de la suspensin, lo que no se ajusta a datos experimentales;

Filtracin

Filtracin

Ensayos de Fox y Cleasby

Modelos matemticos Ives (1969)

Filtracin

Modelos Matemticos - Clsicos

=

= + 2

0

=

= 1 +

0

1

0

1

Ives 1960/65-69 Iwasaki 1937

RESUMEN

Otros Modelos Matemticos

Filtracin

Modelos Matemticos que relacionan con

Filtracin

Prdida de carga en lechos filtrantes

Filtracin

h(t) h0

Caudal

Friccin

Poros del lecho

Prdida de Carga


Filtracin

h(t) h0

Operacin del filtro

Incremento poros

rea de flujo

Prdida de Carga


Filtracin

h(t) h0

Inicial h0 Colmatacin h(t)

= 0 +

Prdida de Carga

Prdida de carga inicial, h0

Filtracin

0 =

1 0

2

03

2

= cte. experimental = 5; 0 = porosidad inicial del lecho filtrante;

Kozeny

Para su aplicacin se consideran los siguientes casos: Granos esfricos y de dimetro uniforme; Granos no esfricos pero dimetro uniforme; Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho no

estratificado); Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho

estratificado);

Prdida de carga inicial, h0 Granos esfricos y de dimetro uniforme

Filtracin

0 =

1 0

2

03

2

Relacin rea / Volumen de esfera 6

0 =

1 0

2

03

6

2

Prdida de carga inicial, h0 Granos esfricos y de dimetro uniforme

Filtracin

0 =

1 0

2

03

6

2

Reordenando y reemplazando ciertos valores:

0 = 180

1 0

2

03

1

2

Ejemplo: Un lecho filtrante tiene las siguientes caractersticas: bolitas esferoidales; Dimetro = 0.0005 m; P0 = 0.40; L = 60 cm; Temperatura del agua = 20C; Velocidad de filtracin = 0.00135 m/s; Viscosidad cinemtica = 1.01E-6 m2/s;

Cul es la prdida de carga inicial? h0 = 33.8 cm;

Filtracin

Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos pero dimetro uniforme

Filtracin

Relacin rea / Volumen de esfera 6

Coeficiente de esfericidad 6

0 = 180

1 0

2

03

1

2

Granos no esfricos pero dimetro uniforme Coeficientes de esfericidad

Filtracin

Prdida de carga inicial, h0 Relacin entre los granos esfricos y no esfricos

Filtracin

Partculas esfricas

0 =0

2

Ce = 1 0 = 0

Otras Partculas Ce < 1 0 = 0

Mientras ms esfrica y uniforme la partcula

Menor la prdida de carga

Cmo se relaciona la forma con la prdida de carga?

Cul es la relacin?

Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho no estratificado); Qu tipo de filtro tiene un lecho no estratificado? El filtro lento

Filtracin

El aporte total de cada fraccin

Se establece una fraccin xi de tamao di para la dispersin de las partculas

6

Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho no estratificado);

Filtracin

0 = 180

1 0

2

03

1

2

Ejemplo: Un filtro lento tiene las siguientes caractersticas: Granos casi esfricos; P0 = 0.394; L = 75 cm; Temperatura del agua = 4C; Velocidad de filtracin = 0.0108 cm/s; Viscosidad cinemtica = 1.57E-6 m2/s;

Cul es la prdida de carga inicial?

Filtracin

Ejemplo:

Filtracin

0.1470

0.0090

Ejemplo: Cul es la prdida de carga inicial? xi/di = 28.07 h0 = 12.23 cm

Filtracin

Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho estratificado); Prdida de carga total Capa = el conjunto de partculas comprendidas entre dos tamices consecutivos.

Filtracin

0 =

suma de las prdidas de carga en cada capa

Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho estratificado); Supuesto: La porosidad no vara entre capas

Li = L xi ; Li = espesor de una capa

Filtracin

0 = 180

1 0

2

03

1

2

2

Ejemplo: Un filtro rpido de granulometra dada tiene las siguientes caractersticas: Granos casi esfricos; p0 = 0.41; L = 45 cm; Temperatura del agua = 10C; Velocidad de filtracin = 0. 204 cm/s; Viscosidad cinemtica = 1.31E-6 m2/s;

Cul es la prdida de carga inicial?

Filtracin

Ejemplo:

Filtracin

cm *10^2

Ejemplo: Cul es la prdida de carga inicial? xi/di

2= 789.2 h0 = 109.81 cm

Filtracin

Prdida de carga final, hf Bsicamente este trmino se relaciona con los modelos de colmatacin del filtro.

Filtracin

= 0 + dL

= coeficiente de prdida de carga en funcin del medio filtrante utilizado, tasa de filtracin, tipo de suspensin y viscosidad del agua; = depsito especfico;

Caso Ideal = cte.

() = L

= 0 + ()

Prdida de carga final, hf

Filtracin

Prdida de carga final, hf

Filtracin

= 180

1 0 +

2

0 31

+

2

Camp

Formacin de pelculas en los granos

Reduccin de la porosidad

0

= 180

1 0 +

2

0 31

2 3 1 0

+14

Filtracin

Filtro Rpido convencional Fuente: Arboleda

Hidrulica de Lavado de un filtro

Filtracin

Inyeccin de agua por el fondo: Qu sucede?


Filtracin

c va < vi

El lecho se expande; porosidad

va

va > vi

va

va >> vi Fluidizacin

El lecho no se expande


Filtracin

Fuente: Arboleda


Filtracin

= 1

Fair & Hatch

= prdida de carga para producir expansin del lecho; = porosidad del lecho expandido; = profundidad lecho expandido; = densidad del agua; = densidad del material granular;

=

1


Filtracin

Lecho estratificado

=

1

0 =

1 0

2

03

36

2

2

Expresin de prdida de carga de lecho expandido


Filtracin

Relaciones tiles para la estimacin de expansin del lecho y prdida de cargas

3

1 =

36

2

2

Filtracin

Valores de 1/(1-pe) correspondientes a valores de pe3/(1-pe)

variando de 0.1 a 9.9


3

1

Hidrulica de Lavado de un filtro Expansin del lecho,

Filtracin

= 1 = + 1 L

Volumen de arena del lecho

= 1 0 L = 1

= 01

Hidrulica de Lavado de un filtro Lecho expandido, Le

Filtracin

= + 1 L

= 1 0 1

Para varias capas y considerando constante la porosidad

= 1 0 1

=1

Hidrulica de Lavado de un filtro Prdida de carga del Lecho expandido

Filtracin

= + 1

=1

1

Hidrulica de Lavado de un filtro Relacin de velocidad de lavado y porosidad de lecho expandido

Filtracin

=

=

=

0.22

Si n = 4.5

= velocidad de lavado; = velocidad de sedimentacin frontal o hipottica, viscosa; = valor experimental 4.5 a 5;

Hidrulica de Lavado de un filtro Videos

Filtracin

Ejemplo: Lecho filtrante constituido por arena con cierta granulometra (tabla adjunta), debe ser lavado. Velocidad de lavado = 61 cm/min; p0 = 0.414; L = 60 cm; Temperatura del agua = 10C; s / = 2.65; Viscosidad cinemtica = 1.31E-6 m2/s;

Cul es la expansin del lecho filtrante?

Filtracin

Filtracin

[1] [2] [3] [4]

Cedazos d xi * 10^2 vs

N cm cm/s

8 - 10 0.218 0.5 30.7

10 - 14 0.154 2.3 23.7

14 - 20 0.1 9.3 15.9

20 - 28 0.07 24.8 11.1

28 - 32 0.054 20.6 8.36

32 - 35 0.046 16.4 6.69

35 - 42 0.038 12.1 5.58

42 - 48 0.032 14 4.18

100

Tabla con granulometra y velocidad

Respuesta

Filtracin

= 1 0 1

=1

= + 1

=1

1

Filtracin

Tabla con resultados [5] [6] [7] [8]

va/vs pe =(va/vs)^0.22 1-pe xi/(1-pe)

0.033 0.473 0.527 0.009

0.043 0.500 0.500 0.046

0.064 0.546 0.454 0.205

0.092 0.591 0.409 0.606

0.122 0.629 0.371 0.555

0.152 0.661 0.339 0.483

0.182 0.688 0.312 0.387

0.243 0.733 0.267 0.524

2.816

Filtracin

= 1 0 1

=1

= 1 0.414 60 2.816

99

Filtracin

Tabla con resultados [9] [10] [11] [12] [13]

(s/ -1)*(1-pe) li h le

cm cm cm

0.870 0.300 0.111 0.290 0.333

0.825 1.380 0.172 1.334 1.618

0.749 5.580 0.291 5.395 7.204

0.675 14.880 0.433 14.387 21.321

0.612 12.360 0.580 11.951 19.526

0.560 9.840 0.727 9.514 16.993

0.516 7.260 0.876 7.020 13.617

0.441 8.400 1.192 8.122 18.415

60 58.014 99.027

Prdida de carga 58 cm

Filtracin

Factores que influyen en la filtracin

Filtracin

Caracterstica de la suspensin

tipo de partculas suspendidas;

tamao de partculas suspendidas;

densidad de partculas suspendidas;

resistencia o dureza de las partculas suspendidas (flculos);

temperatura del agua por filtrar;

concentracin de partculas suspendidas en el afluente;

potencial zeta de la suspensin;

pH del afluente.

Caractersticas del medio filtrante

tipo del medio filtrante;

caractersticas granulomtricas del material filtrante;

peso especfico del material filtrante; y

espesor de la capa filtrante.

Caractersticas Hidrulicas

tasa de filtracin;

carga hidrulica disponible para la filtracin;

mtodo de control de los filtros;

calidad del efluente.

Modulo3 Final PTA 12

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