LAGUNAS AIREADAS MECANICAMENTE

LAGUNAS AIREADAS MECÁNICAMENTE GENERALIDADES Y TIPOS DE AIREADORES Las lagunas aireadas mecánicamente son semejantes a las lagunas de estabilización, con una única diferencia, son dotadas de equipos de aireación cuya principal finalidad es introducir oxígeno a la masa liquida. Su profundidad varía de 2 a 5 metros. Las aguas residuales crudas son lanzadas directamente en la laguna después de pasar por un tratamiento preliminar (rejillas y desordenación), Funcionan como un tanque de aireación en el cual la aireación artificial, substituye el oxígeno natural a través de las algas en las laguna s de estabilización. Su área es menor que las lagunas de estabilización debido a su mayor profundidad y a la menor tiempo de retención para la estabilización de la materia orgánica. Se necesita energía eléctrica en las cercanías del área donde son construidas las lagunas aireadas mecánicamente debido al uso de los aireadores. Las lagunas aireadas mecánicamente se pueden clasificar en tres tipos:   

Aerobia con mezcla completa Facultativa Con aireación extendida

Las más usadas son las dos primeras. La tercera tiene un costo más elevado que las anteriores y su operación es más sofisticada, con mayor consumo de energía eléctrica. En las lagunas aireadas aerobias con mezcla completa, todos los sólidos sedimentables se mantienen en suspensión. Este tipo de laguna provee una relación potencia/volumen alta. La edad de lodos es igual al tiempo de retención hidráulico y es frecuentemente la primera de una serie de lagunas aireadas. La remoción de DBO5 varía de 50 a 60% con la gran desventaja de transportar muchos solidos ene el efluente. Funcionan básicamente como un sistema de lodos activados sin reciclaje de lodo. En las lagunas aireadas facultativas no hay control de sólidos. Parte de los sólidos sedimentables salen con el efluente, y el resto es sedimentado en su parte inferior. Su potencia es limitada y la edad del lodo es mayor que el tiempo de retención hidráulico. La remoción de DBO5varia de 70 a 90%. En este sistema, que también se basa en el principio del proceso de lodos activados, no hay reciclaje del lodo. Las lagunas aireadas con aireación extendida son también llamadas de lagunas aireadas con mezcla completa con reciclaje de sólidos. Se puede clasificar en cuatro tipos:  

Con sedimentación independiente Con compartimiento de sedimentación en la propia laguna

 

Del tipo intermitente Del tipo aireación/sedimentación en la misma laguna

En las lagunas de aireación extendida existe un total control de sólidos. Su relación potencia/volumen es idéntica a las lagunas aireadas aerobias con mezcla completa. Su diseño es semejante a la zanja de oxidación tipo PASVEER, Mendonca (1979). La edad el lodo es mayor que el tiempo de retención hidráulico y la remoción de DBO5 es bastante elevada, variando 95 y 98%.

Figura: Laguna aireada aerobia con mezcla completa

Figura: Laguna aireada facultativa

Serán discutidas aquí las lagunas aireadas aerobias con mezcla completa, las lagunas aireadas facultativas, y las lagunas de sedimentación. Las principales ventajas de las lagunas aireadas aerobias con mezcla completa en relación a las lagunas aireadas facultativas son: 

Mayor eficiencia en relación a un mismo período de aireación

 

Ausencia de algas, una vez que el oxígeno necesario para la estabilización de la materia orgánica es proporcionado exclusivamente por los equipos de aireación Menor área ocupada

Las principales desventajas son:  

Mayor concentración de solidos biológicos en el efluente Mayor consumo de energía eléctrica

Las lagunas aireadas han sido empleadas con éxito hace mucho tiempo, en el tratamiento de aguas residuales domesticas de ciudades pequeñas y medianas y de desechos orgánicos de origen industrial. Las lagunas aireadas han sido utilizadas ampliamente por las industrias de papel, de procesamiento de alimentos, petroquímicas y otros tipos de industrias con desechos de origen orgánico. Su eficiencia es elevada y su costo de construcción es considerado un poco mayor que las lagunas de estabilización. En cuanto a su operación y mantenimiento, el costo es muy elevado debido al mantenimiento de los equipos electromecánicos y a la energía eléctrica. Entre tanto, después de agotar la posibilidad del uso de lagunas de estabilización, las lagunas aireadas mecánicamente son una opción inmediata bastante viable.

Figura: Lagunas del tipo aireación extendida

TEORÍA DE AIREACIÓN Y EQUIPOS UTILIZADOS La transferencia de gas es un fenómeno físico, en el cual las moléculas del gas se intercambian entre el líquido y el gas a través de la interface existente entre esos elementos. Este cambio resulta del aumento de la concentración del gas o de los gases en la fase liquida hasta la saturación del líquido sobre determinadas condiciones de presión, temperatura, etc. Podrá también ocurrir lo contrario, es decir, un decrecimiento cuando la fase liquida esta supersaturada. En el caso de las aguas residuales, la fase gaseosa es representada por el aire atmosférico y el líquido, por el agua y sus constituyentes. La transferencia de oxigeno se obtiene introduciendo oxigeno artificialmente en las aguas residuales con equipos de aireación La introducción de oxígeno en las masa liquida tiene principal finalidad de abastecer una cantidad necesaria y suficiente para que haya una autodepuración de las aguas residuales por medio de la oxidación biológica de la materia orgánica. El oxígeno se puede transferir al líquido de las siguientes maneras:   

De las burbujas hacia el agua De la atmosfera hacia las gotas de agua De la atmosfera hacia el agua mediante una interface, cuyo movimiento puede variar de laminar a turbulento

En el proceso de transferencia de oxígeno al agua, es muy importante observar que:    

La mezcla es esencial para optimizar la transferencia de oxigeno Los dispositivos de aireación tienen un potencial para transferir la masa de oxigeno cuya eficiencia dependerá de la aplicación del dispositivo correcto Los parámetros utilizados para asegurar la transferencia de oxigeno deben ser compatibles con el sistema de estudio La DBO removida no es una medida de oxigeno transferido.

EQUIPOS DE AIREACIÓN La introducción de oxígeno en las lagunas aireadas mecánicamente es efectuada por:   

Aire difuso Turbina de aireación Aireación superficial

Aireación por aire difuso: El proceso de transferencia de oxigeno por aire difuso se lleva a cabo mediante aspersores especiales, discos cerámicos porosos que reciben aire inyectado por medio de tuberías a presión, asentadas en el fondo de las lagunas aireadas mecánicamente. Los aireadores por aire difuso se usan en grandes platas de tratamiento de aguas residuales que utilizan el proceso de lodos activados.

Figura: Esquemas de equipos de aireación (Eckenfelder, Jr. 1980) Otro sistema de aireación por aire difuso es llamado aireación estática. Consiste en tubos cilíndricos verticales asentados en el fondo de las lagunas y conectados por tuberías que inyectan aire en tres medidores tipo “VENTUTI” instalados en serie en el interior de eso cilindros mediante comprensores de baja presión o sopladores. Los “VENTURI” hacen que la mezcla aire-liquido cambie de dirección en tres etapas al pasar a través de las tres turbinas que son impulsadas libremente por el flujo de la mezcla. Cada turbina gira en sentido contrario a la anterior. El efecto

combinado del Venturi-turbina, reduce las burbujas a tamaños micrométricos, causando así una mezcla más efectiva del líquido con el aire, impidiendo que la burbuja de aire escape libremente hacia la atmosfera. Es un sistema muy viable para ser utilizado en las lagunas aireadas aerobias con mezcla completa.

Figura: Aireador tubular estático Aireación por turbina de aireación La aireación por turbina de aireación se realiza mediante la introducción de aire en tubos difusores instalado en el fondo de las lagunas, y debajo de los dispositivos de rotación de dos rotores de láminas, el más profundo de ellos instalado al lado de los difusores de aire y el segundo un poco más debajo de la superficie de masa liquida sometida a aireación. Es un sistema que tiene poca aceptación.

Aireación por aireadores superficiales En los sistemas de aireación superficial, la aireación mecánica se obtiene por dispositivos rotativos, levemente sumergidos en el agua que, de esta forma, esparcen o difunden el agua por encima de la superficie. La transferencia de oxígeno para el desecho se basa en el aumento de la superficie de contacto entre el líquido y el aire. Esta sección induce al mismo tiempo un flujo en forma de espiral dentro del tanque, en una trayectoria que depende de la geometría del tanque y del dispositivo de aireación. La acción mecánica de los aireadores efectúa la transferencia del oxígeno por medio de los siguientes mecanismos:    

Movimiento de la superficie del agua, debido a la existencia de ondas en el tanque de aireación Burbujas de aire arrastradas por el agua Difusión del agua en gotas Mezcla aire-liquido en las proximidades del aireador, donde el aire es extraído por el agua

La transferencia de oxigeno es máxima en el área aireada donde existe la mayor turbulencia. La cantidad de oxigeno introducida en el agua depende de las fuerzas creadas que son función del diámetro, la rotación, la inmersión, el tipo y el número de hélices del aireados. En comparación con los sistemas de aire comprimido, la turbulencia es muy intensa y la vida de las burbujas de aire muy corta, de tal suerte que la influencia de los detergentes en el oxígeno consumido es mínima. Además de la función de oxigenar, el aireador deberá producir corrientes de circulación en el tanque, para evitar la sedimentación del lodo biológico. La forma, las dimensiones y el volumen, deben tener relación con el aireador, d manera que cuando el aireador este suministrando oxigeno necesario, la mezcla sea suficiente. Cuando esto no ocurre, hay que agregar más energía para la mezcla. Los aireadores superficiales se pueden clasificar en:   

Aireadores con eje horizontal Aireadores lentos tipo cono Aireadores rápidos tipo turbina

Los rotores de aireación con eje horizontal son indicados para instalarlos en tanques poco profundos, donde se evitan dificultades debidas a la capa freática muy elevada, o en suelos con

baja carga admisible. Los sistemas que utilizan este tipo de aireación son las zanjas de oxidación del tipo PASVEER. Los aireadores de eje horizontal deben alcanzar dos objetivos:  

Máxima distribución del agua desplazada con la finalidad de aumentar las interfaces Maximización de la admisión de aire al agua, aguas arriba del aireador donde las láminas entran en el agua

Los aireadores lentos tipo cono son recomendados para las pequeñas y medianas potencias instaladas. Son instalados en tanques de sección cuadrada circular. El funcionamiento de esos aireadores induce dos tipos de movimientos espirales, sobreponiéndose uno a otro, en una trayectoria completa de flujo. Por intermedio de ese sistema se obtiene la dispersión y el bombeo del líquido. El movimiento espiral vertical controla la tasa de transferencia de oxígeno, mientras que un aumento del flujo espiral horizontal disminuye la diferencia entre las velocidades de agua y del rotor, reduciendo por ello l capacidad de oxigenación y la eficiencia. Por eso, frecuentemente el tanque está dotado de mamparas, con la finalidad de minimizar el flujo espiralado horizontal. Los aireadores rápidos tipos turbina son utilizados para grandes y medianas potencias instaladas. También son instalados en tanques de sección cuadrada o circular. Usan como medio de introducción de oxígeno en el líquido simplemente su capacidad de bombero. En esos equipos la turbina tiene un diámetro pequeño y trabaja en alta rotación, para que aumente el volumen bombeado al máximo. La transferencia de oxigeno se hace solamente por la difusión del agua en la atmosfera. TRANSFERENCIA DE OXIGENO La transferencia de oxígeno, para cada equipo dado, funcionando a una velocidad e inmersión determinadas, depende de:   

La potencia específica, W/m3 La forma del tanque de aireación La relación entre diámetro y el lado del cuadrado y la altura, K.

BÁRBARA (1981) definió para las turbinas de sus aireadores superficiales la transferencia de oxígeno en función de su velocidad nominal e inmersión nominal para las condiciones de funcionamiento, los siguientes parámetros:   

Para una potencia especifica de 40 w/m3 Para un tanque de aireación cuadrado de paredes verticales Para una relación K = lado/altura = 3.5

La siguiente figura presenta un gráfico de BÁRBARA (1981) que permite determinar los factores de corrección de transferencia nominal teórica, a fin de obtener la transferencia efectiva en las condiciones reales de utilización.

Figura: Grafica para la corrección de transferencia de oxigeno nominal teórica (BÁRBARA, 1981)

Esquemas de instalación En la figura se presenta detalles de las dimensiones, la potencia, la capacidad nominal de oxigenación y el número de hélices de aireadores superficiales tipo cono y turbina.

Modelo tipo de Accionamiento Horario SA-0101 SA-0102 SA-0103 SA-0104 SA-0105 SA-0106 SA-0107 SA-0108 SA-0109 SA-0110 SA-0201 SA-0202 SA-0203 SA-0204 SA-0205

AntiHorario SA-01-11

Diámetr o Externo

A

B

C*

mm

mm

mm

800

660

Potencia

Capacidad Nominal Oxigenación

de

No. de Hélices

Absorbida

Motor

mm

KW

CV

CV

kgO2/h

Cantidad

660

680

2

2.7

3.0

4.0

6

SA-01-12

900

1080

900

680

4

5.4

6.0

8.0

6

SA-01-13

900

1080

900

680

5

6.8

7.5

10.0

9

SA-01-14

1140

1380

1140

680

6

8.2

10.0

12.0

6

SA-01-15

1140

1380

1140

680

8

11.0

12.5

16.0

9

SA-01-16

1140

1380

1140

680

10

13.6 1

15.0

20.0

12

SA-01-17

1420

1680

1420

680

13

18.0

20.0

26.0

9

SA-01-18

1420

1680

1420

680

16

22.0

25.0

32.0

12

SA-01-19

1650

1980

1650

860

22

30.0

40.0

44.0

9

SA-01-20

1650

1980

1650

860

27

36.7

50.0

54.0

12

SA-02-06

1800

1800

800

860

22

30.0

40.0

50.6

9

SA-02-07

2000

2000

1000

860

31

42.0

50.0

71.3

12

SA-02-08

2200

2200

1200

1060

37

50.0

60.0

85.1

14

SA-02-09

2300

2300

1300

1060

49

67.0

75.0

112.7

16

SA-02-10

2500

2500

1500

1260

64

87.0

100.0

147.2

18

* Valor para turbina fija. Para turbina flotante aumentar 200 mm. Figura: Detalles de aireadores superficiales tipo cono y turbina. Los aireadores que son instalados en las lagunas aireadas mecánicamente deben girar en sentidos opuestos, con la finalidad de obtener concordancia de rotación de los volúmenes aireados.

Tipos de montaje de los aireadores Existen dos tipos de montaje de aireadores superficiales:  

Fija Flotante

Los aireadores fijos, son instalados en una estructura fija elaborada en concreto armado o en perfiles metálicos. Las estructuras fijas de concreto armado son muy dispendiosas debido al gran volumen de concreto utilizado desde sus fundaciones. Las estructuras metálicas aunque son relativamente más baratas, tienen la desventaja de oxidarse fácilmente, disminuyendo su vida útil con rapidez. La gran desventaja de las instalaciones fijas es que son definitivas, eliminando la posibilidad de aumentar o disminuir las cantidades de aireadores en etapas futuras, como también cambiarlos por potencias distintas. Cuando la variación del nivel de las aguas residuales es muy grande o los tanques de aireación son de grandes dimensiones, los aireadores preferiblemente deben instalarse sobre flotantes con tres flotadores. La regulación de la inmersión de los aireadores se efectúa utilizando lastres por encima de los flotadores. El anclaje de los aireadores flotantes se puede realizar de tres maneras:   

En bordes En postes En bloques de concreto instalados en el fondo de la laguna

Los aireadores flotantes tienen la ventaja de facilitar la operación y se pueden utilizar posteriormente en otros sistemas cuando se vuelven obsoletos en sus sistemas de origen.

Figura: Aireadores instalados en estructura fija

Figura: Esquema de aireación flotante

Figura: Tipos de anclaje de aireadores flotantes

CALCULOS 1) Calculo caudal total

l s l  3600 s  24 h  1 m 3   Caudal  400    s  1 h  1 d  1000 l  Caudal  400

Caudal  34 560

m3 d

2) Calculo DBO5

Datos : mg L mg  350 L o  20 C

DBO AFLUENTE  550 DBO 5 To



 0.23 d -1  5 dias  2.718282

Dias e

DBO t  DBOU 1 - e -k.t 

350  DBOU 1 - 2.718282-0.23*5   mg  DBOU  512    L 



DBO 1  DBOU 1 - e -k.t





DBO 1  512 1 - 2.718282-0.235  mg  DBO 1  105   L 



3) Calculo

Corrección de la tasa de remoción del substrato, k, para T°= 13° C k T  K 20 θ T -20 PROCESOS

L 1.0413 - 20 mg.día L k 13  0.023 mg.día L k  0.023 mg.día k 13  0.0.3

Fangos activados Lagunas aireadas Filtros percoladores

Valor θ intervalo 1.00-1.08 1.04-1.10 1.02-1.08

Valor típico 1.04 1.08 1.035

Corrección de la tasa de remoción del substrato, kd, para T°= 13° C

K T  K 20 θ T -20

k

K 13  0.23d -1 1.047

13 - 20

K 13  0.18 d -1 K d  0.18 d -1

kd

Tasa constante de primer orden de remoción del substrato. Varía de 0.015 a 0.040 L/mg.dia, para desechos domésticos, Mendonca (1981), los valores comúnmente adoptados para los desechos domésticos a 20°C varias de 0.01 a 0.03 L/mg.dia, Arcievala (1981). Tasa constante relativa a la respiración endógena, en día, -1 para los desechos domésticos a 20°C, kd=0.20 dia , Rich (1980)

4) Laguna aireada aerobia con mezcla completa La DBO5 del efluente de la laguna aireada aerobia con mezcla completa y del afluente de la laguna aireada facultativa (adoptaremos Se=20mg/L, Xv,a = 50mg/L)

k X S  S1  d   v,a e  Yk  Y 

0,5

0.18d -1  50 * 20  S1    0.50 * 0.023  0.50  mg S1  60.4 L

Sl 0,5

Y Se Xv,a

Concentración de materia biodegradable en el efluente de la laguna aireada aerobia con mezcla completa y en efluente de la laguna aireada facultativa, en mg/L. Coeficiente de producción de lodos. Varia de 0.5 a 0.8 kg DBO5 para los desechos domésticos, Mendonca (1981). Valor comúnmente adoptado para las aguas residuales domesticas a 20°C, Y=0.50, Rich (1980). Concentración de materia biodegradable (DBO5,DQO,COT) en el efluente, en mg/L. para efectos de calculo se adopta valor de Se entre 20 a 30 mg/L Concentración de sólidos suspendidos volátiles (SSVTA) en la masa liquida de la laguna facultativa, en mg/L. varia de 50 a 100 mg/L, Eckenfelder, Jr (1967).

5) Tiempo de retención

tl 

1 YkS l  k d

tl 

1 0.50 * 0.023 * 60.4 - 0.18

t l  1.9 dias

tl Y k

Sl kd

Tiempo de retención de la laguna aireada aerobia con mezcla completa, días Coeficiente de producción de lodos. Varia de 0.5 a 0.8 kg DBO5 para los desechos domésticos, Mendonca (1981). Valor comúnmente adoptado para las aguas residuales domesticas a 20°C, Y=0.50, Rich (1980). Tasa constante de primer orden de remoción del substrato. Varía de 0.015 a 0.040 L/mg.día, para desechos domésticos, Mendonca (1981), los valores comúnmente adoptados para los desechos domésticos a 20°C varias de 0.01 a 0.03 L/mg.día, Arcievala (1981). Para Huancayo k= 0.023 L/mg.día Concentración de materia biodegradable en el efluente de la laguna aireada aerobia con mezcla completa y en efluente de la laguna aireada facultativa, en mg/L. para Huancayo Sl = 60.4 mg/L. Tasa constante relativa a la respiración endógena, en día, -1 para los desechos domésticos a 20°C, kd=0.20 dia , Rich -1 (1980), (Para Huancayo 13°C, k = 0.18 d )

6) Tiempo de retención mínimo

t l (m in)  t l (m in) 

1 0.33YkS o 1 0.33 * 0.50 * 0.023 * 320

tl(min) Y k

t l (m in)  0.8 dias t l  t l (m in) ó 1.9 dias  0,.8 dias

So

Tiempo de retención mínimo en días Coeficiente de producción de lodos. Varia de 0.5 a 0.8 kg DBO5 para los desechos domésticos, Mendonca (1981). Valor comúnmente adoptado para las aguas residuales domesticas a 20°C, Y=0.50, Rich (1980). Tasa constante de primer orden de remoción del substrato. Varía de 0.015 a 0.040 L/mg.dia, para desechos domésticos, Mendonca (1981), los valores comúnmente adoptados para los desechos domésticos a 20°C varias de 0.01 a 0.03 L/mg.dia, Arcievala (1981). Para Huancayo k= 0.023 L/mg.dia Concentración de materia biodegradable (DBO5,DQO,COT) en el efluente, en mg/L. para el calculo se adopta valor de So 320 mg/L

7) Concentración de sólidos suspendidos volátiles (SSVTA) en la masa líquida.

X v,a 

YSo  Sl  1  k d tl

0.50320  60.4 1  0.18 * 1.9 mg  96.72 L

Xv,a

X v,a 

Y

X v,a

So Sl

Concentración de sólidos suspendidos volátiles (SSVTA) en la masa liquida de la laguna facultativa, en mg/L. varia de 50 a 100 mg/L, Eckenfelder, Jr (1967). Coeficiente de producción de lodos. Valor comúnmente adoptado para las aguas residuales domesticas a 20°C, Y=0.50, Rich (1980). Concentración de materia biodegradable (DBO5,DQO,COT) en el efluente, en mg/L. para el calculo se adopta valor de So 320 mg/L Concentración de materia biodegradable en el efluente de la laguna aireada aerobia con mezcla completa y en efluente de la laguna aireada facultativa, en mg/L. para Huancayo Sl = 60.4 mg/L.

kd tl

Tasa constante relativa a la respiración endógena, en día, -1 para los desechos domésticos a 20°C, kd=0.20 dia , Rich -1 (1980), (Para Huancayo 13°C, k = 0.18 d ) Tiempo de retención de la laguna aireada aerobia con mezcla completa, días. Para Huancayo 1.9 días

8) Volumen

V  Q * tl V  34560 * 1.9 V  65664 m 3

Q tl

3

Caudal, 400L/s = 34560 m /dia Tiempo de retención de la laguna aireada aerobia con mezcla completa, días. Para Huancayo 1.9 días

9) Oxigeno requerido

O 2  a S o  S l Q  bX v,a V

O 2  0.3320  60.4* 34560  0.05* 96.72* 65664 O 2  3 009 083

gO 2 dia

O2 a So Sl Q b Xv,a V

Oxigeno necesario Fracción del substrato removido, Varia de 0.30 a 0.63, para desechos domésticos Mendonca (1981) Concentración de materia biodegradable (DBO5,DQO,COT) en el efluente, en mg/L. para el calculo se adopta valor de So 320 mg/L Concentración de materia biodegradable en el efluente de la laguna aireada aerobia con mezcla completa y en efluente de la laguna aireada facultativa, en mg/L. para Huancayo Sl = 60.4 mg/L. 3 Caudal promedio día = 34560 m /día Oxigeno necesario para la respiración endógena, en kg.O2/kg SSVTA.día, en la masa liquida de la laguna. Varia de 0.05 a 0.28 para los desechos domésticos, Mendonca (1981) Concentración de sólidos suspendidos volátiles (SSVTA) en la masa liquida de la laguna facultativa, en mg/L. varia de 50 a 100 mg/L, Eckenfelder, Jr (1967). Para Huancayo = 96.72 mg/L 3 Volumen de la laguna = 65664 m

10) Tasa de transferencia total de oxigeno para aireadores superficiales La corrección del valor de saturación de oxigeno en el agua pura, Csw a una determinada temperatura se debe hacer en función de la altitud.

 P P  C sw  C sw  A   760  P   P P  C sw  9.2 A   760  P   520  18   C sw  9.2  760  18   C sw  6.22

PA P Csw

Presión barométrica, en mm Hg (en la tabla 8.1 Huancayo esta ) Presión de vapor de agua saturada a temperatura de las aguas residuales, mm Hg Valor de saturación de oxigeno en el agua pura a una temperatura dada, en mg/L (en la tabla 8.2 con una 20°C=9.2

 C sw  C L   N  N o  x 1.024T  20  C si  

N No α

 0.9 * 6.22  1.5  N  0.7 x 1.02413 20  9.17  

β

N  0.27No

Csw CL Csi

Tasa de transferencia de oxigeno en el campo, KgO2/KW.h Tasa de transferencia de oxigeno mediante prueba en condiciones estándares, Varia de 1,5 a 2,0 KgO2/KW.h Tasa de transferencia de O2 en aguas residuales/ Tasa de transferencia de O2 en agua pura, según Mara (1976), α=0.7 para aguas residuales domesticas Saturación de la concentración de O2 en aguas residuales/ Saturación de concentración de O2 en agua pura, según Mara (1976), β=0.9 para aguas residuales domesticas Valor de saturación de oxigeno en el agua pura a una temperatura dada, en mg/L Concentración de oxigeno disuelto en las lagunas, en mg/L. según Arceivala (1973) y Mara (1976) varia de 0.5 a 2.0 mg/L. Valor de saturación de oxigeno en el agua pura en condiciones estándares usado en la prueba de rotores, a 20°C, al nivel del mar. Es igual a 9.17 mg/L.

Adoptándose para la tasa de transferencia de oxigeno bajo prueba en condiciones estándares, N0=1.5kgO2/kw.h

N  0.27*1.5  0.41kgO 2 / kw.h  17.3kgO 2 / kw.h

Potencia requerida:

P1 

O2 *10 -3 24 N

P1 

3 009 083 *10 -3 24 * 0.41

P1  306kw

Potencia unitaria de aireación

Pu 

P1 * 10 3 V

Pu 

306 * 10 3 65664

Pu  4.66w / m 3

Este valor no será suficiente para mantener todos los solidos suspendidos. Adoptándose potencia unitaria de 6w/m3, tendremos: Potencia real:

P1  6 * 65664*10 3 P1  393,9kw

Cantidad de aireadores Cada aireador tiene capacidad máxima de oxigenar un tanque de dimensiones cuadradas de volumen igual de 3000 m3. Para una sección cuadrada, existen varias posibilidades: 1 aireador

a2

4 aireadores

4a2

9 aireadores

9a2

16 aireadores

16a2

Adoptándose tres trenes con área cuadrada, para funcionar en paralelo, podemos utilizar cuatro aireadores por tren, es decir.

Volumen de cada tren:

VTREN 

VTOTAL 3

VTREN 

65664 3

VTREN  21888m 3 Número de aireadores:

N AIREADORES 

N AIREADORES 

VTREN 3000m3 21888 3000m3

N AIREADORES  7.3  9 aireadores Área de cada tren:

A TREN 

VTREN h

A TREN 

21888 2

A TREN  6254m

Dimensiones de cada tren:

A  9a 2  a 

A 9

A  9a 2  a 

6254  26.36m 9

Largo de cada tren:

L  3a L  3 * 26.36  79.08m

Área real del nivel medio de cada tren:

A  79.08m * 79.08m A  6254m 3

Potencia unitaria de los aireadores: La cantidad total de O2 a ser proveído por los aireadores por cada tren, por día será.

O2 

393.9kw * 17.3kgO2 / kw.dia 3

O2  2271.5kgO2 / dia O2  94.6kgO2 / hora Oxigeno requerido por aireador:

O2 

94.6 9

O2  10.5kgO2 / hora El aireador fabricado por BARBARA (1981) puede proveer 12kgO2/h con potencia de motor de 10 CV. Corrigiendo este valor en la grafica para la corrección de transferencia de oxigeno, tendremos:

K

34 .9 3.5

K  9.97

Potencia unitaria real de aireación

PU 

9.97 * 24 *10 3 17.3 * 26.36 * 26.36 * 3.7

PU  6.7 w / m 3 Esquema de ubicación de los aireadores:

26.36m

26.36m

26.36m

26.36m

26.36m

26.36m

DISEÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO Gráfico: Relación DBOt frente al DBOr

600.0

500.0

DBO (mg/L)

400.0

DBOt

300.0

DBOr

200.0

100.0

0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

DIAS

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIETNOS Gráfico: DBOt frente a los DIAS 600.0

500.0 447.5

460.8

471.4

507.0 508.1 508.9 509.6 510.1 510.5 499.3 501.9 504.0 505.7 491.7 495.9 486.4 479.8

430.8 409.8 383.3

400.0 DBOt (mg/L)

350.0 308.1

300.0

DBOt 255.3

188.8

200.0

105.2

100.0

0.0

0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

DIAS

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

600.0

DISEÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO Gráfico: DBOr frente a los Dias

550.0

500.0 444.8

400.0 DBOr (mg/L)

361.2

294.7

300.0

DBOr

241.9 200.0

200.0

166.7 140.2 119.2 102.5 89.2

100.0

78.6

70.2

63.6 58.3 54.1 50.7 48.1 46.0 44.3 43.0 41.9 41.1 40.4 39.9 39.5

0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 DIAS

TEMPERATURA MÍNIMA, MÁXIMA Y PROMEDIO ANUAL, DEPARTAMENTO JUNIN, 2000-2010 2001 2002 2003 2004 2005 TEMPERATURAS 19.5 19.7 20.0 20.0 20.6 T° MÁXIMA 4.7 5.2 4.6 4.7 4.2 T° MÍMIMA 12.0 12.3 12.2 12.2 12.4 T° PROMEDIO Fuente: Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).

2006

2007

2008

2009

2010

19.7

20.2

19.9

20.0

21.0

4.5

4.7

4.2

4.9

4.5

12.0

12.4

12.1

12.4

12.7

TEMPERATURAS, DEPARTAMENTO JUNIN TEMPERATURA °C

25.0 20.0 15.0

T° MÁXIMA

10.0

T° MÍMIMA T° PROMEDIO

5.0 0.0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 AÑO

SEPARACIÓN DE GRASAS

CRIBADO

CANALETA PARSHALL

DESARENADO

VISTA DESDE ARRIBA

VISTA LATERAL

LAGUNA AIREADA MECÁNICAMENTE

LAGUNA FACULTATIVA

VISTA DESDE ARRIBA

VISTA LATERAL

LAGUNA DE MADURACIÓN

VISTA DESDE ARRIBA CRIBADO

LAGUNA AIREADA MECÁNICAMENTE

SEPARACIÓN DE GRASAS

DESARENADO

CANALETA PARSHALL

LAGUNA FACULTATIVA

LAGUNA DE MADURACIÓN