CAPÍTULO III. DESARROLLO DEL CASO DE ESTUDIO 58
3.4 Escenario Nº 4 123
3.4.4 Diseño de la E.D.A.R 129
La E.D.A.R. propuesta está compuesta por una obra de entrada, pretratamiento, tanque homogeneizador regulador de caudales, tratamiento biológico basado en un reactor biológico de membrana (MBR), recirculación y purga de fangos.
a) Cálculos
TAMIZADO
Parámetros de diseño
Tipo de Tamiz:…...………... Rotativo Evacuación de residuos:... Contenedor Producción residuos,(l/hab.año):... 15.00 Densidad de residuos (Kg/m3):... 800.00
Tiempo de evacuación de residuos,(d):... 7.00 Paso tamiz,(mm):... 0.50
Dimensiones resultantes
Largo,(mm):... 840 Ancho,(mm):... 1375
Diámetro tambor (mm):………630 Longitud cilindro (mm):………...300 Pérdida de carga,(mm):... 760 Potencia instalada (kW):………..0,55
Producción y evacuación de residuos
Volumen diario de residuos,(m3/d):... 0.01
Peso diario de residuos, (Kg/d):... 3.00 Volumen de contenedor,(m3):... 1.00
Tiempo real entre dos evacuaciones,(d):... 202.00
TANQUE HOMOGENEIZADOR (REGULADOR DE CAUDALES)
Caudal medio (m3/h):………..……1.25 Autonomía:……….…0.4·Qd Volumen adoptado (m3):……….12 Agitación...por aire Necesidades aireación:...0,5 Nm3/m3 Caudal de aire...….6 Nm3/h
REACTOR MBR Parámetros de diseño: Reactor de fangos activos:
Tª media mensual ambiente en invierno,(ºC):... 10.00 Tª media mensual ambiente en verano,(ºC):... 20.00 Carga másica, (KgDBO5/KgMLSS.d):... 0.09 Concentración MLSS reactor, (mg/l) :... 12000 Tiempo de retención mínimo, (h):... 10.00 Tiempo de retención máximo, (h):... 5.00 Tasa de recirculación, (%):... ...2400
Constantes biocinéticas de producción de fangos:
Coeficiente de crecimiento:... 1.30 Coeficiente de mortandad:………... 0.05
Constantes biocinéticas de consumo de O2:
Tasa consumo de O2 síntesis, (KgO2/KgDBO5):... 0.62 Coeficiente respiración endógena, (KgO2/ KgDBO5):... 0.77 Tasa consumo de O2 para nitrificar/desnitrificar (kgO2/kg DBO5):…..………... 0.61
Consumo de oxígeno:
Sistema de aireación:... Difusores Tipo de difusor:... Domo Pérdida de carga difusor; (Kg/cm2):... 0.04 Número de soplantes funcionando, (uds):... 1 Caudal de aire unitario difusor, (m3/h):... 7,07 Eficiencia difusor agua limpia; (%):... 30.00 Concentración de saturación en agua limpia Tamb Patm (mg/l):…... 10.15 Concentración de O2, licor mezcla, (mg/l):... 0.50 Régimen de funcionamiento:... Mezcla Completa Resguardo sobre superficie reactor, (m):... 0.30
Membranas MBR:
Material de los módulos:……….Acero inoxidable Material de las membranas:………..TiO2-hidrofílico Configuración:…...………..Multitubular (7/19 canales) Paso de microfiltración (μm):………....0.1 Diámetro/longitud (mm):………...25/1200
Flujo máximo de agua pura a 25ºC (L/m2/bar):………1500-1700
Concentración SSLM (g/l):………...……...2 – 20 Presión de trabajo nominal (bar):……….1.0 – 2.5 Presión máxima de operación (bar):……….8 Rango pH:………0-14 Temperatura máxima (ºC):………120 Periodicidad de limpiezas químicas:………..…4-6/año
Energía de filtración requerida (kWh/m3):……….……2.5-5.0
Dimensiones resultantes: Reactor Biológico:
Altura útil del Reactor, (m):... 2.00 Profundidad total del Reactor, (m):... 2.30 Longitud del reactor, (m):... 1.50 Ancho del reactor, (m):... 1.50 Volumen útil de Reactor, (m3):... 6.00
Superficie del Reactor, (m2):... 3.00
Paso de microfiltración (μm):………....0.1
Superficie filtrante unitaria (m2):………...4.7
Parámetros resultantes: Reactor Biológico:
Tiempo de retención a Caudal medio, (h):... 5.00 Edad del fango, (d):... 111 Carga másica, (Kg DBO5/Kg MLSS.d):... 0.05 Carga Volúmica, (Kg DBO5/m3.d):... 0.56
Tasa unitaria consumo de O2,(Kg O2/Kg DBO5 elim.):……… 2.55 Tasa unitaria punta consumo O2, (KgO2/Kg DBO5 elim):….…….…………...2.55
Caudal aire/m3 reactor resultante; (m3/m3.min.):………... 1.18
Membranas (MBR): Aireación:
Oxígeno consumido en síntesis celular
a = coeficiente estequiométrico (Kg O2/Kg DBO5 elim.)………..…1,61 Coeficiente estequiométrico "a" corregido (Kg O2/Kg DBO5 elim.)……….0,62
Oxígeno consumido en respiración endógena:
b = coeficiente cinético (Kg O2/Kg DBO5 elim.)………...0,77 Ore = Oxígeno consumido en resp. Endógena (Kg O2/día)………3,69
Oxígeno necesario teórico:
O.N. (Kg O2/día)……….6,67
Carga de Nitrógeno a Nitrificar:
N(inlet) (KgNTK/d)……….0,96 N orgánico (Kg/d)………0,12 N amoniacal (Kg/día)………...1,56 NTK salida (mg/l)………1,00 N orgánico a salida (Kg/d)………...0,03 N fangos en exceso (% DBO5) (Kg/d)………..………..0,24 Carga Nitrógeno a nitrificar (Kg/d)……….0,69
Capacidad de desnitrificación:
N-NO3 requerido a la salida (mg/L)………..……20,00 N-NO3 requerido a la salida (Kg/d)………0,60
Capacidad de desnitrificación (Kg N-NO3/Kg DBO5)………...0,02
Eliminación media de Nitrógeno:
Nitrógeno desnitrificado diariamente (Kg/d)………...0,09 Nitratos en salida (Kg/d)………..0,60 Oxígeno necesario para nitrificar/desnitrificar:
O.N.N (Kg O2/Kg DBO5)………...0,61
Necesidades totales teóricas de oxígeno:
O2 teórico total (Kg O2/Kg DBO5)……….2,00 O.N. teóricas totales (Kg O2/d)………...9,32
Necesidades punta:
Punta de contaminación……….200% Punta de oxigenación……….145% Necesidades de síntesis (Kg O2/Kg DBO5)………0,90 Necesidades de endogénesis (Kg O2/Kg DBO5)………0,77 Necesiddes de nitrificación (Kg O2/Kg DBO5)………..0,88 Necesidad total en punta (Kg O2/Kg DBO5)………..2,55
Necesidades reales de oxígeno:
Temperatura del agua en el tanque de aireación (ºC)………...…………..15 Concentración media de oxígeno en el tanque de aireación (Cx) (mg/L)………...0,50 Concentración saturación en agua clara a Tamb y Patm (Cs) (mg/L)…………...10,15 Parámetro Betta (Para salinidad < 3 mg/L)……….…0,98 Altitud (m.s.n.m.)………...600 Parámetro Cp (tiene en cuenta la altitud)………...0,933 Parámetro Ca (altura del agua en el tanque)………1 Cs' (corrección Cs)………...9,28 Kt1………0,87 Kt2………1,13 Kt3 (para difusores estáticos)………...…0,80 Kt………..0,78 Oxígeno real (Kg O2/d)……….11,96 Oxígeno real en condiciones punta (Kg O2/d)………..15,27
Potencia a instalar:
Eficiencia de los difusores………...………30% Kox (Kg O2/m3 reactor)………..0,30
Coeficiente seguridad………..30% Profundidad de la cuba (m)………...2 Perdidas en difusores (m)………..0,5 Pérdidas en conducciones (m)………..3 Potencia necesaria soplante biológico (kW)………0,49 Número de difusores/reactor, (uds):...7 Separación entre difusores, (m):...0.250
Producción y evacuación de fangos: Extracción de fangos en exceso:
Producción de fangos volátiles diarios (Kg SSV/d)………...0,65 Producción de fangos totales (KG SST/d)………...0,93 Purga de fangos (Kg/d)………0,48
Concentración de fangos (Kg/m3)………...………....30
Caudal de extracción de fangos en exceso (m3/d)………..……….0,02
Recirculación de fangos:
Potencia unitaria recirculación de fangos, (kW):... 1.50 Concentración de biomasa en reactor, (mg/l):... 12000 Concentración de biomasa recirculación,(mg/l):... 12500
Almacenamiento de fangos:
Producción diaria fangos biológicos, (KgSS/d):………... 0.93 Concentración de fangos espesados y digeridos:……….….3%
Volumen de fangos diarios (m3):……….0,02
Tiempo entre vaciados (días):………...…365
Volumen almacenamiento de fangos (m3):………5.8
CONTAMINACION EFLUENTE A SALIDA DEL TRATAMIENTO SECUNDARIO:
Concentración DBO5 efluente,(mg/l):... 3.00 Aportación DBO5 efluente,(Kg/d):... 0.09 Concentración DQO efluente,(mg/l):... ..4.00 Aportación DQO efluente,(Kg/d):... 0.11 Concentración SS efluente,(mg/l):... 2.4 Aportación SS efluente,(Kg/d):... 0.07
Aportación NTK efluente,(Kg/d):... 0.01 Concentración Pt efluente,(mg/l):... 0.12 Aportación PT efluente,(Kg/d):... 0.004 Aceites y Grasas efluente,(mg/l):... 0.00 pH efluente:... 8.07
b) Memoria
Según los cálculos efectuados en el apartado anterior la EDAR resultante estará formada por la línea de proceso que a continuación se describe.
b.1) Pretratamiento
El pretratamiento está formado por un pozo de gruesos, una reja de desbaste de sólidos y un tamiz dinámico rotativo.
Desbaste de sólidos y tamizado
Previo a la entrada de la EDAR irá colocado un sistema de rejas y tamiz cuyo objetivo es eliminar del agua los sólidos de mayor tamaño, ya que de no ser eliminados, ocasionarían atascos en los equipos de depuración.
Se propone una reja desbaste sobre solera de hormigón con una luz de paso de 50 mm en acero inoxidable, cuyos barrotes están suficientemente separados para retener únicamente los sólidos de grandes dimensiones. Los sólidos han de ser evacuados por la parte frontal con ayuda de un rastrillo. Estos sólidos se depositan en un pequeño cestón desmontable, colocado en la zona del depósito final.
A continuación se propone un tamiz rotativo de 0.5 mm de luz de paso. El tamiz rotativo es un filtro de alta capacidad con tamaño sustancialmente más pequeño que otros tamices utilizados para la separación sólido – líquido. Comparándolo con un tamiz estático, a una misma anchura, proporciona cinco veces más capacidad de filtrado, siendo prácticamente nulos los atascos por su efecto de limpieza. Este tamiz
fija el tambor, rasqueta limpiadora, grupo de accionamiento con motorreductor, depósito receptor del líquido filtrado y tubo de lavado provisto de toberas que proyectan agua a presión sobre la cara interior del cilindro efectuado una limpieza periódica.
By – Pass general de planta
Se procederá a la instalación de un by – pass general de planta dotado de válvula de compuerta para permitir el mantenimiento en la línea de depuración y para el alivio de crecidas. Estará ejecutado en tubo de PVC SN – 4 ó 6 de 315 mm de diámetro.
Tanque homogeneizador de caudales
En las estaciones depuradoras de escasa capacidad y para evitar “lavados” y puntas de cargas en el reactor biológico, es muy recomendable disponer de un tanque regulador de caudal y cargas que permita tener una relación biomasa, concentración de oxígeno y nutrientes aportados constante. Se adoptará un tanque de homogeneización del 40% del volumen medio diario considerado. En el tanque se necesita cierta agitación, se propone aireación por difusores como en el tratamiento
biológico con un flujo de aire necesario de 0,5 Nm3/m3. El volumen del tanque
necesario sería de 12 m3 con una aportación de 6 Nm3 de aire.
Este modo de operación permite el dimensionamiento del tratamiento secundario a caudal medio ahorrando costes de sobredimensionamientos en volúmenes y equipos.
Reactor biológico
El reactor biológico está constituido por un tanque rectangular dotado de aireadores tipo Domo, con una concentración de sólidos en suspensión en el licor de mezcla de 12 g/L y una Edad del Fango de 111 días.
El volumen útil del reactor biológico necesario es de 6 m3, con una profundidad total
de 2,30 m y un tiempo de retención hidráulica de 5 horas.
Membranas (MBR)
Tras el reactor biológico se instalará un equipo de membranas formado por 2 cartuchos de filtración dotados de membranas cerámicas con 0,1 μm de luz de paso,
4, 7 m2 de superficie filtrante unitaria, módulo en hacer inoxidable.
b.3) Elementos auxiliares
Serán necesarios como elementos auxiliares los siguientes: Soplante de canal lateral de 2 kW y 300 mbar de presión
Bombas de alimentación centrífuga para un caudal de 5 m3/h
Bomba de recirculación centrífuga para un caudal de 30 m3/h
Bomba para purga de fangos de 1 CV de potencia. Sistema de limpieza CIP (Clean in Place) formada por:
o Depósito de acero inoxidable de 300 litros.
o Termorresistencia de calentamiento de 6 kW
o Medidor de nivel por varillas
o Sensor de temperatura
previo a sistema MBR. Rotámetros de permeado (2) Sensor de presión
Manómetros de medida de presión (4) Válvula de regulación (1)
Válvula de desaireación (2) Bastidor de acero inoxidable
Bomba para alimentación al reactor biológico desde el tanque homogeneizador.
Elementos difusores de membrana elástica y burbuja fina para tanque homogeneizador y reactor biológico.
Caseta para alojamiento de soplantes, cuadro eléctrico de fuerza y mando, sistema MBR.