Relación Carbono-Nitrogeno-Fósforo
4.3. Resumen de diferencias entre tecnologías
5.2.5. Desnitrificación Datos de entrada
Memoria de cálculo Ingeniería Ambiental CYT-6774 Tabla 59. Valores de entrada para verificar la desnitrificación.
Parámetro Símbolo Unidad Valor
Nitrógeno total en ingreso NTK mg/l 2000
Nitrógeno amoniacal en ingreso (N-NH4) N NH4 0 mg/l 1600 Nitrógeno amoniacal en la salida (N-NH4) N NH4 mg/l 60
Nitrato en el ingreso (N-NO3) NO30 mg/l 0
Carga orgánica en el ingreso (DBO5) S0 mg/l 5600
Carga orgánica en la salida (DBO5) S mg/l 160
Biomasa reactor aerobio Xv mg/l 3500
Temperatura T ºC 12
Relación DBO/N DBO/N mg/mg 2,8
Tasa de crecimiento celular μ’N d-1 0,92
Fracción de biomasa nitrificante f N - 0,06
Tiempo de residencia hidráulica para nitrificación TRHN d 8,7
Tasa de recirculación reactor aireado RL - 0,64
Parámetros de diseño
Los parámetros de diseño empleados para la verificación de la desnitrificación se presentan a continuación.
Tabla 60. Parámetros de diseño para verificar la desnitrificación. Fuentes: [88].
Parámetro Símbolo Unidad Rango de diseño Valor típico
Tasa de desnitrificación μDN kgNO3-N /kgSSV/d 0,03-0,11 0,3 Fracción de nitrógeno a desnitrificar f - 0,5-0,9 0,75
Oxígeno disuelto OD mg/l <1 0,3
Vol. de reactor anóxico sobre vol. total Vanox/Vtot % 10-40 30
Potencia de mezcla requerida PeA1 W/m3 5-10 7,5
La potencia requerida para mantener los sólidos en suspensión se tomó como referencia la indicada por Grundfos en su catálogo de mezcladores, cuyo gráfico se encuentra en la Figura 45 (Sección 3.1.2 - Ecualización). Se seleccionó la curva de la aplicación 1 correspondiente a reactores de lodos activados, selectores, reactores anóxicos y anaeróbicos.
Cálculos
En este caso se debe calcular la masa de DQO (donantes de electrones) que es requerida para desnitrificar una masa conocida de nitrato (aceptor de electrones). Si la cantidad de donantes de electrones (DQO) disponibles no es suficiente, entonces no se puede lograr una desnitrificación completa. El cálculo de la remoción de nitrógeno se enfoca esencialmente en lograr o alcanzar un balance entre los aceptores de electrones y los donantes (DQO) tomando en consideración (i) la cinética y biología de la desnitrificación y (ii) los parámetros de operación del sistema (como son las relaciones de recirculación y el tamaño de los reactores anóxicos) bajo los cuales se lleva a cabo el proceso de desnitrificación [102].
De acuerdo con la metodología de [88], primero es necesario calcular la tasa de desnitrificación. Para ello se emplea la siguiente ecuación:
Memoria de cálculo Ingeniería Ambiental CYT-6774
VB
EC = VEC× 1,09(!0.8) [1 − W-]
(Ec. 35) Donde:
μ’DN es la tasa de desnitrificación en las condiciones de temperatura (T, ºC) y oxígeno disuelto (DO, mg/l).
μDN es la tasa de desnitrificación específica, g NO3-N/g SSV/día
Según [94], el tiempo de detención hidráulico anóxico para que se produzca la desnitrificación (THRDN) se determina con la expresión:
6*7EC = 6*7C V B C∙ XC∙ X VB EC(1 − XC) (Ec. 36) Donde:
THRN es el tiempo de residencia hidráulico requerido en la nitrificación (d)
μ’DN es la tasa de desnitrificación para el sistema,
μ’N es la tasa de nitrificación para el sistema,
fN fracción de bacterias nitrificantes,
f fracción de nitrógeno a desnitrificar.
El volumen del reactor anóxico se determina, según: ' = 6*7EC∙ 9
(Ec. 37) El tiempo de residencia hidráulico total para el sistema de nitrificación-desnitrificación y remoción biológica de nutrientes y carbono es:
6*7!"# = 6*7C+ 6*7EC
(Ec. 38) El nitrógeno a desnitrificar (mg/l) se estima según:
)EC= 6*7EC∙ VB
EC∙ M9∙ (1 − XC)
(Ec. 39) El nitrato de salida corresponde a
)-/,4 = )-8 − )EC
(Ec. 40) La DBO removida en la desnitrificación, asumiendo 3 mgDBO/mgN, se estima según:
EEC= )EC∙ 3 3R W]-3R )
(Ec. 41) La DBO a remover en el reactor aireado es:
E=1 = E8− E − EEC
Memoria de cálculo Ingeniería Ambiental CYT-6774
Si se supone que la desnitrificación del nitrato recirculado a la etapa anóxica es completa, considerando la eficiencia adoptada (f ), la tasa de recirculación necesaria (licor mezcla + recirculación de lodos) viene dada por:
7H = 1
1 − X− 1
(Ec. 43) A su vez, la recirculación interna se define como:
7%2# = 7H− 7< =9=,%2#9
(Ec. 44) Donde:
RL es la tasa de recirculación de lodos (Qr/Q)
Asimismo, en el reactor anóxico se deberá asegurar una mezcla completa del efluente afín de favorecer el contacto entre las corrientes de ingreso (efluente de la laguna anaeróbica + efluente nitrificado recirculado). Para la estimación de la potencia de mezcla requerida se utilizó la siguiente ecuación:
:(;<) =:=1* 8 ' 1000
(Ec. 45) Donde:
PeA1 = Potencia específica para la aplicación 1 (W/m3) V = volumen útil del reactor anóxico (m3)
Resultados
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 61, Tabla 62 y la Tabla 63. El tiempo de residencia hidráulico estimado para la desnitrificación corresponde a un tercio del total, lo cual se encuentra dentro de los rangos típicos para sistemas de nitrificación-desnitrificación y remoción biológica de nutrientes.
Tabla 61. Resultados de la verificación de la desnitrificación.
Parámetro Símbolo Unidad Valor adoptado
Tasa de desnitrificación real μ’DN d-1 0,11
Tiempo de residencia hidráulica para desnitrificar TRHDN d 3,5 Tiempo de residencia hidráulica total TRHTot d 12,2
Volumen anóxico/Volumen total Vano/Vtot % 29
Nitrógeno (nitrato) a desnitrificar NDN mg/l 1216
Materia orgánica removida en la DN SDN mg/l 3648
Materia orgánica a remover en etapa aireada SRA mg/l 1792
Memoria de cálculo Ingeniería Ambiental CYT-6774 Tabla 62. Dimensiones obtenidas del reactor anóxico de desnitrificación.
Parámetro Símbolo Unidad Resultado
Volumen útil V m3 160
Altura h m 4,00
Altura de revancha hrev m 0,5
Área A m2 40
Ancho An m 7,5
Largo L m 5,33
Volumen total V tot m3 180
Tabla 63. Variables operativas para el funcionamiento óptimo del reactor anóxico.
Parámetro Símbolo Unidad Resultado
Tasa de recirculación global Rg - 3
Tasa de recirculación interna Rint - 2,4
Caudal de recirculación interna Qint m3/d 106,4 Potencia requerida de mezclador P kW HP 1,2 1,6
Las especificaciones técnicas del mezclador seleccionado se presentan en la Tabla 64.
Tabla 64. Especificaciones técnicas del equipo mezclador seleccionado.
Parámetro Unidad Valor
Marca - Tsurumi
Modelo - MR33NF1.5
Potencia de motor kW 1,5
Potencia de mezcla unitaria kW 1,2
Polos u 6
Frecuencia Hz 50
Velocidad de rotación de propela rpm 910
Unidades a instalar u 2
Modalidad de operación - Alternada 1+1
Material de carcasa - Hierro de fundición
Caudal de mezcla m3/min 9,8
5.2.6. Verificación de consumo y producción de alcalinidad