Diseño de pozos filtrantes 

 

  • Limitación recomendada de uso:
    • Vertidos de vivienda familiar
  • Problemas en el sistema:
    • Limitación del subálveo
    • Extracción de sólidos y eliminación
    • Olores
  • El número de pozos (N), su diámetro (D) y altura se relejan en función de los habitantes equivalentes servidos, con una dotación < 250 l/he.d. El pozo filtrante se ve precedido de una cámara de grasas, un pozo de registro, una fosa séptica y una arqueta de reparto.

Población (he) Características de los Pozos filtrantes
N D (m) H (m)
4 a 5 1 1.50 1.50
6 a 10 1 1.80 1.80
11 a 15 1 2.40 1.80
16 a 20 2 1.80 1.80
21 a 25 2 2.10 1.80
26 a 30 2 2.40 1.80
31 a 40 2 2.70 2.40
41 a 50 2 3.00 2.40
51 a 60 3 3.00 2.40
61 a 70 4 3.00 2.40
71 a 80 4 3.00 2.40
81 a 90 4 3.00 2.70
91 a 100 4 3.00 2.70

 

 


 

 

Diseño de zanjas filtrantes

 

  • Cargas hidráulicas correspondientes a cada tiempo de infiltración, a partir de la definición del tiempo preciso para un descenso de la lámina de agua en los ensayos de infiltración de 2.5 cm. La distancia mínima entre las paredes verticales de dos zanjas será de un metro.

Tiempo descenso lámina de agua en 2.5 cm Carga hidráulica (l/m2 y día) Anchura recomendada en la zanja (m)
< 1 minuto 160 - 210 0.45
< 2 minutos 130 - 160 0.45
<3 minutos 100 - 130 0.60
< 5 minuto 90 - 100  0.60
< 10 minutos 70 - 90 1.00
< 30 minutos 30 - 40 1.25

 

  • Si no se realiza un ensayo de infiltración, se utilizarán los valores de la EPA.

Textura suelo

Tasa infiltración (min/cm) Tasa aplicación (m3/m2.d)
Arena gruesa - grava < 0.4 no utilizable
Arena media - gruesa 0.4 - 2 0.048
Arena fina - margosa 2 - 6 0.030
Marga arenosa - marga  6 - 12 0.024
Marga - marga porosa 12 - 24 0.018
Marga arcillosa 24 - 48 0.008
Terreno impermeable > 48 no utilizable

 

  • Dimensiones y separaciones mínimas requeridas para las zanjas de infiltración. Su longitud no debe ser superior a 30 m. 

Anchura de la zanja en el fondo (cm) Profundidad de la zanja (cm) Zona de absorción (m2/m) Separación de las tuberías (m)
45 50 a 100 1.5 1.90
60 50 a 100 2.0 1.90
100 50 a 125 2.5 2.30
125 60 a 125 3.0 2.80

 

  • Procedimiento:
    • Se excavan las zanjas con las dimensiones necesarias
    • Se extiende sobre el fondo una capa de 15 m como mínimo de material filtrante
    • Se tienden las tuberías con la pendiente deseada
    • Se recubren las tuberías con material filtrante hasta formar una capa de 5 cm, al menos, por encima de la parte superior de la tubería
    • El resto de la zanja se rellena de arena
    • Como material filtrante, se puede utilizar grava lavada, piedra machacada, escoria metálica o escoria de hulla limpia de 1.2 a 6 cm de tamaño
  • Es necesario:
    • Desviar las aguas superficiales del terreno de evacuación a fin de evitar que éste se inunde, especialmente durante lluvias intensas
    • Construir uno o varios pozos de infiltración al final de las zanjas para recoger el exceso de efluente y para facilitar la ventilación de las zanjas
 

 


 

 

Diseño de tanques de decantación - digestión 

 

  • Limitación recomendada de uso:
    • < 1000 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Extracción de sólidos y eliminación
    • Colmatado
  • Características                                 
    Velocidad ascensional a caudal máximo < 1.50 m3/m2.h
    Velocidad ascensional a caudal medio < 1.30 m3/m2.h
    Velocidad horizontal máxima < 0.30 m/min
    Tiempo retención a caudal medio > 2.5 horas
    Tiempo retención a caudal máximo > 1.0 horas
    Tiempo de retención en digestión > 4 meses

     

  • Para tamaños muy pequeños:
    • Volumen para el tanque de decantación equivalente a 40 l/he
    • Capacidad (volumen) del compartimento de digestión de lodos

     

Tipo de vertido y población vertiente Sistema de alcantarillado
Separativo Unitario (con cámara de eliminación de grasas)
Pequeñas plantas para población menor de 5000 hab. 68 100
Planta con vertidos industriales 34 50
Plantas que reciben grandes cantidades de sólidos sedimentables industriales 50 75

 

                    Imhoff propone los siguientes volúmenes:

Volumen del Digestor (l/he) Tanques Emscher o Imhoff Digestor Deparado
Caliente 25 - 30 ºC Sin Calefacción ni agitación (*)
Decantación Primaria 50 30 120
Lechos bacterianos de baja y alta carga 75 y 100 45 y 60 160 y 220
Fangos activos 150 60 - 90  330

(*) Para climas continentales de inviernos rigurosos, se debe multiplicar los valores anteriores por 1.5 en digestores de depuradoras para una población equivalente menor de 5000 hab.

 

  • Para poblaciones mayores
    • El dimensionado del digestor anaerobio se fija para un tiempo de retención en función de la temperatura
    Temperatura (ºC) Periodo  de digestión (días) Volumen de gas por Kg de materia orgánica seca de fango fresco
    10 90 440
    15 60 510
    20 44 600
    25 32 695
    30 27 750


    • Igualmente, el factor de carga es también clave para el dimensionado del digestor
    Digestión en una etapa Carga en kg SSV/m3.d
    Digestión de una etapa, sin calefacción < 0.4
    Digestión de una etapa, con calefacción < 1.0
    Digestión en dos etapas Carga en kg SSV/m3.d
    Digestor primario con calefacción y agitación < 2.0
    Digestor sin calefacción y agitación < 0.5


     

 

 

 

Diseño de lechos bacterianos (de baja y media carga) 

 

  • Limitación recomendada de uso:
    • < 2000 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Pérdida de carga
    • Olores por inversiones térmicas
    • Consumo energético por recirculación
    • Mosquitos e insectos
  • Rendimientos:
    • 80-90 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Necesario un desbaste. Rejillas o Tamices
    • Necesario desengrasado y desarenado de alto rendimiento
    • Recomendable de forma complementaria la instalación de una decantación física
    • Instalación de suministro energético en  los de media y alta carga
    • Decantación secundaria
    • Prever ventilación forzada para garantizar eliminación de olores en lechos
  • Parámetros de diseño recomendados

    Características Baja carga  Alta carga 
    Piedra Piedra Plástico
    Carga hidráulica (m3/m2.d) 0.5 - 3.0 8 - 30 10 - 50 
    Carga orgánica (kg DBO5/m3.d) 0.1 - 0.4  0.4 - 1.8 0.5 - 3.0
    Coeficiente de recirculación  0 1 - 4 1 - 4
    Aplicación del líquido Intermitente  En continuo En continuo
    Superficie específica (m2/m3) 40 - 70 40 - 70 80 - 100
    Profundidad útil (m) 1 - 3 1 - 3 3 - 12

 

  • Considerando un relleno natural de piedra machacada, los valores más adecuados para pequeñas depuradoras son                         

                 
    Carga volúmica  0.4 kg DBO5/m3.d
    Carga volúmica en caso de homogeneización del caudal de entrada durante 24 horas   0.4 kg DBO5/m3.d
    Carga superficial con recirculación 0.5 - 1.0 m/h
    Recirculación 1:1

 

  • Para nitrificar, los parámetros son                                             

    Carga volúmica 0.2 kg DBO5/m3.d
    Carga superficial con recirculación  0.4 - 0.8 m/h
    Recirculación 1:1

     

  • Para poblaciones de diseño inferiores a 500 he

    Carga volúmica 0.2 kg DBO5/m3.d

 

  • Rendimientos exigibles al decantador primario en cuanto al agua que debe introducirse en el lecho para un funcionamiento correcto
    • Sin nitrificación                                           < 150 mg DBO5/l
    • Con nitrificación                                        < 100 mg/l DBO5/l

  • Parámetros de diseño de decantación secundaria

    < 50 hab. 50 - 500 hab. < 500 hab.
    Q med Qmed Qmed Qmax
    Tiempo de retención (h)  3.5 3.0 2.5 1.5
    Carga superficial (m/h) 0.4 0.4 - 0.6 1.0 1.5

                 

  • Esquema de funcionamiento de un lecho bacteriano con recirculación

 

 


 

 

DISEÑO DE FILTROS PERCOLADORES

 

  • Tanque normalmente cilíndrico relleno de un material inerte sobre el que se rocía el agua a tratar. Se efectúa una ventilación por tiro natural o forzada para favorecer el aporte del oxígeno necesario para mantener la microflora en un medio aerobio. Sobre el material inerte se forma una película bacteriana o zooglea, que según el espesor puede desarrollar bajo la capa aerobia una capa anaerobia.

  • Rellenos

    • Tradicionales

      • Puzolana

      • Coque metalúrgico

      • Piedras silíceas trituradas

    • Modernos

      • Plástico

  • Según la carga volumínica empleada, existen lechos de alta carga y de baja carga, cuyas características residuales urbanas son:

  Pequeña Carga
DBO Dg/m3 d (aguas urbanas) 0.08 - 0.15 0.7 - 0.8
Carga hidráulica m3/m2 < 0.4 > 0.7

 

  • Los rendimientos de depuración se ven mejorados por la recirculación, además de obtener las siguientes ventajas añadidas:

    • Realiza una autolimpieza de filtro

    • Siembra las aguas decantadas

    • Diluye las aguas con fuerte carga orgánica

  • En caso de lechos de fuerte carga

    • Recirculación necesaria

    • Carga hidráulica tal que con ella se produce la homogeneización de la flora bacteriana en los distintos niveles

    • Autolimpieza del material, subsistiendo sobre el mismo una película activa

    • No se produce degradación de la materia celular formada

    • No se produce mineralización (estabilización), precisando así un clarificador para recoger las materias depositadas y enviarlas al tratamiento de fangos.

  • En caso de lechos de baja carga

    • No existe autolavado

    • Fango tiende a acumularse en el seno de la masa del lecho

    • Limitación del engrosamiento excesivo de la película  por acción de los organismos predadores y respiración endógena bacteriana

    • Mineralización (estabilización) de fangos

    • Posible vertido al emisario sin clarificación final, siempre que se admitan vertidos periódicos de fangos estabilizados, o bien se pasan por el clarificador para posteriormente ser desecados

  • Relleno

    • Los mayores tamaños disminuyen el rendimiento, aunque también el riesgo de obstrucciones

    • En casos de lechos con relleno tradicional, la granulometría debe ser de 40 a 80 mm

    • El material debe ser  resistente, sobre todo si hay heladas

    • No se debe emplear piedra caliza sin someterla a ensayo de solidez con sulfato sódico

    • Los filtros con relleno plástico son adecuados para alta carga. No suelen necesitar recirculación, como los de relleno tradicional y la estabilización suele ser buena aunque normalmente no es completa, por lo que se debe terminar de estabilizar los fangos producidos

  • Consideraciones teóricas

    • La DBO que se elimina en un lecho bacteriano depende de 

      • Origen y naturaleza del agua a depurar

      • Carga hidráulica 

      • Temperatura

      • Material de relleno

    • En un lecho bacteriano se considera que los microorganismos se encuentran en fase de crecimiento lento, por lo que se define:

      Lf / Lo = e -K1t

      Lf: DBO del agua de salida del lecho
      Lo: DBO del agua de alimentación del lecho
      t: Tiempo de retención medio
      K1: Constante que depende de la temperatura, relleno, etc.

    • El tiempo de retención, es función de la altura del lecho y de la carga, según

      t = K2 (H / Qn)

      H: Altura del lecho en m
      Q: Carga en m3/m2

    • K2 y n: Constantes

      Lf / Lo = e exp (-K1 K2 HQ-n)

      K1K2 = KtSsm
      Kt: Coeficiente dependiente de la temperatura y del material de relleno
      Ss: Superficie específica del material en m2/m3
      m: Exponente 0 < m < 1, que se determina experimentalmente

      Lf / Lo = e exp (-Kt Ssm HQ-n)

  • Filtros bacterianos con relleno tradicional

    • Para aguas domésticas, y con una carga máxima de 1,13 m-3/m2h, se establece

      En una sola etapa
      Lf = (Lo V) / (2r + 3) 

      En dos etapas
      Lf1 = 0,5 Lo
      Lf2 = Lf1 / (2r + 2) 

  • Construcción de filtros

    • Lecho de filtros entre 1,50 y 3 metros de altura

    • Una altura menor a 1,5 m provoca el peligro de uqe el líquido residual crudo atraviese la capa sin depurarse

    • Los filtros suelen ser de forma circular

    • Los filtros de baja carga se suelen construir para poder ser inundados por partes o totalmente con funciones de limpieza.

    • Los filtros están normalmente a la interperie. El funcionamiento del filtro depende del tiro natural que se deje desde la parte inferior de la salida a la parte superior y no es necesario, normalmente, el tiro forzado.  

  • Distribución del caudal

    • Depende de la construcción del filtro y de las boquillas que se utilicen

    • Generalmente se usan filtros circulares con brazos giratorios (entre 2 y 4)

    • El giro de los brazos se efectúa gracias a la carga hidráulica del agua a filtrar y la pérdida de carga puede oscilar de 45 a 75 cm

    • En los filtros rectangulares suelen utilizarse canales desplazables longitudinalmente para la distribución

    • Las salidas de líquido suelen estar entre 15 y 20 cm sobre el lecho filtrante

  • Esquema de un filtro percolador




  • Esquema de la base del distribuidor rotativo

 

 

Diseño de biodiscos o biocilindros 

 

  • Parámetros normales de diseño

    Carga hidráulica < 0.2 m3/m2.d
    Carga orgánica 0.03 - 0.15 kg DBO5/m2.d 
    Tiempo de retención > 0.5 horas por etapa (1.5 - 3.0 total)
    Diámetro máximo con biodiscos < 3.60 m
    Longitud útil biodisco < 8.0 m
    Submergencia 40 % del diámetro del biodisco
    Superficie útil 90 - 95 %
    Velocidad máxima tangencial < 0.12 m/s
    Producción de fangos 0.3 - 0.7 kg SS/kg DBO
    Velocidad ascensional en el decantador secundario < 1.35 m3/m2.d

 

  • Empleo de SDBO o DBO soluble (DBO no eliminable por filtración) como base de la formación de la película biológica en biodiscos o biocilindros. La DBO no soluble se elimina en el decantador primario, y en los flóculos formados en el reactor biológico y eliminados en la decantación secundaria. Sus valores de las aguas de entrada son del orden del 35 - 40 % de la DBO para aguas urbanas, y un 50 - 55 % de la DBO para las aguas decantadas

  • Eliminación de nitrógeno: Se precisa una reducción de la DBO a valores inferiores a 30 mg/l, precisando igualmente 7.14 mg de alcalinidad por cada mg de Nitrógeno amoniacal eliminado. 

  • Tratamiento para la eliminación de DBO
    • A partir de la ecuación de conservación del sustrato:

      Q x S = (Q x So - Rc) x A

      Q: caudal del proyecto (m3/d)
      So: concentración del substrato en entrada (mg/l)
      S: concentración del substrato en salida (mg/l)
      Rc: substrato específico consumido (g/m2.d)
      A: superficie de los rotores (m2)
    • El área de superficie de los rotores (A) (m2) es finalmente:

      A = (Q (So - S) x Tc x P) / Rc

      So: (SDBO5) en entrada
      S: (SDBO5) en salida
      Tc incorpora la repercusión de la temperatura
      P incluye el estado de aireación de las aguas residuales
    • El substrato específico consumido (Rc) (g/m2.d) de (SDBO5) eliminado, en el caso de aguas urbanas domésticas o similares, atiende a la ecuación de MONOD siguiente. Para otro tipo de aguas, será necesario hallar la cinética de la reacción mediante pruebas de laboratorio

      Rc = (19.4 x S) / (15.1 + S)

      S: SDBO5 
    • El factor Tc describe la repercusión de la temperatura, y atiende a la ecuación siguiente. Es válida para temperaturas inferiores de 12.7 ºC. Si la temperatura es igual o superior, el valor de Tc es la unidad, siendo T la temperatura en ºC.

      Tc = 1.0537 (12.7 - T)
    • El factor P tiene en cuenta el estado de aireación de las aguas residuales. Sus valores son:

      P = 1 para aguas no tratadas previamente o pretratadas aeróbicamente
      P = 1.5 para aguas tratadas anaeróbicamente (fosas sépticas)

  • Tratamiento de la DBO y nitrógeno amoniacal
    • A partir de la ecuación de conservación del sustrato:

      Q x S = (Q x So - Rn) x An

      Q: caudal del proyecto (m3/d)
      So: concentración del (NH4+)e
      S: concentración del (NH4+)s
      Rn: substrato específico consumido (g/m2.d)
      An: superficie de los rotores (m2)
    • El área de superficie de los rotores (A) (m2) es finalmente:

      An = (Q (So - S) x Tn) / Rn
    • El substrato específico consumido (Rn) (g/m2.d) de NH4+ eliminado es calculado a partir de una fórmula que tiene en cuenta la cinética que depende de (NH4+)e y (NH4+)s

      Rn = ((NH4+)e x (NH4+)s) / ((NH4+)e + (NH4+)s + 0.05 (NH4+)e x (NH4+)s)
    • El factor Tn describe la repercusión de la temperatura, y atiende a la ecuación siguiente. Es válida para temperaturas inferiores de 12.7 ºC. Si la temperatura es igual o superior, el valor de Tn es la unidad, siendo T la temperatura en ºC.

      Tn = (0.7 x T) / (T - 4.13)
    • La superficie An así determinada, es complementaria de la superficie necesaria para reducir la (SDBO5) a un valor inferior a 15 mg/l. La superficie total necesaria para la eliminación de DBO y del nitrógeno amoniacal será:

      Atot = A + An

      En el tratamiento del nitrógeno es interesante subdividir Atot en etapas, con un mínimo de cuatro

  • Esquema de funcionamiento de una planta con biodiscos


 

 

Diseño de fangos activos (de baja o media carga en canal continuo)

 

  • Limitación recomendada de uso:
    • > 1500 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Consumo energético
  • Rendimientos:
    • 85-92 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Necesario desbaste. Rejillas o Tamices
    • Digestión separada de lodos
    • Secado y eliminación de lodos
    • Instalación de suministro energético
  • Parámetros de diseño de fangos activos

    Características Aireación prolongada baja carga Fangos activos convencional Fangos activos alta carga
    C.M. (carga másica) < 0.10 0.15 - 0.40 0.40 - 1.0
    C.V. (carga volúmica) < 0.50 0.50 - 1.40 1.5 - 2.0
    Tr (tiempo de retención) (h) 16 - 24 5 - 8  3 - 6
    MLSSV 1800 - 5000 1400 - 3500 2300 - 4500

 

  • Esquema de funcionamiento de fangos activos

 

 


 

 

Diseño de oxidación prolongada

 

  • Valores recomendados del dimensionado del reactor para  pequeños  núcleos

    MLSS < 4 kg/m3
    Carga másica < 0.05 kg DBO5 / kg MLSS x día
    Carga volúmica < 0.2 kg DBO5 / m3 x día
    Producción fangos en exceso = 0.55 kg MLSS / kg DBO
    Aporte necesario de oxígeno ß·ON siendo ß = 0.6 - 0.8  > 2.5 kg 02 / kg DBO5

  • Parámetros de diseño de decantación secundaria en oxidación prolongada

      si Qmed < 1000 m3/d 600 < Qmed< 1000 Qmed < 600 m3/d
    Velocidad ascensional (m/h) < 1.02 0.8 0.6
    Tiempo retención (h) 3 3.5 4
    Carga sobre vertedero (m3/ml·h) 2 3 4


    Se recomiendan superficies menores de 12 metros de diámetro (120 m2) y tronco piramidal o tronco cónico de pendiente mayor de 1.6:1.

    También es posible superficies de diámetro mayor de 16 m (200 m2) y decantadores de solera plana con sistemas mecánicos de barrido de fango

 
 
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