I INTRODUCCION

II RESUMEN

III OBJETIVOS

IV. MARCO TEÓRICO

4.1 AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad se vio afectada

negativamente por influencia antropogénica. Las aguas residuales incluyen las

aguas usadas domésticas y urbanas, y los residuos líquidos industriales o

mineros eliminados, o las aguas que se mezclaron con las anteriores (aguas

pluviales o naturales). Su importancia es tal que requiere sistemas de

canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera

graves problemas de contaminación.

Las llamadas aguas negras son las aguas residuales que están contaminadas

con heces u orina:

Aguas residuales en una residuales. Agua que no tiene valor inmediato para el

fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su

calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ella. No obstante, las

aguas residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario

en otro lugar. Las aguas de refrigeración no se consideran aguas residuales.

Las aguas residuales urbanas son generalmente conducidas por sistemas de

alcantarillado y tratadas en una planta de tratamiento de aguas para su

depuración antes de su vertido, aunque no siempre es así en todos los países.

Las aguas residuales generadas en áreas o viviendas sin acceso a un sistema

de alcantarillado centralizado se tratan en el mismo lugar, generalmente

en fosas sépticas, y más raramente en campos de drenaje séptico, y a veces

con biofiltros.

4.2. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

Las aguas residuales presentan características físicas, químicas y

biológicas especiales sobre las demás aguas así que es necesario

comprender para optimizar su manejo: recolección, transporte, tratamiento y

disposición final.

4.2.1. Características fisicas:

En la caracterizacion de aguas residuales es importante conocer la

temperatura, la concentracion y la clase de solidos principales, el color, el

olor y el sabor no son significativas en la caracterización de desechos

liquidos.

a. Temperatura:

El aumento de temperatura acelera la descomposición de la materia

orgánica, aumenta el consumo de oxígeno para la oxidación y disminuye

la solubilidad del oxígeno y otros gases.

La densidad, viscosidad y tensión superficial disminuyen al aumentar la

temperatura, o al contrario cuando esta disminuye, estos cambios

modifican la velocidad de sedimentación de partículas en suspensión y la

transferencia de oxígeno en procesos biológicos de tratamiento.

4.2.2. Características químicas:

Las aguas residuales han recibido sales inorgánicas y materia orgánica de

la preparación de alimentos y el metabolismo humano principalmente y todo

clase de materiales que se descartan por los desagüe.

4.2.3. Compuestos inorgánicos:

Agregados a las aguas durante su uso son principalmente son: Sales,

Nutrientes (nitrógeno, fosforo y detergente), trazas de elementos (Fe, Ca,

Cu, K, Na, Mg, Mn,…) y tóxicos (Pb, Cr, Zn, Hg, cianuro, ácidos, bases

fuerte, derivados del petróleo y Fe)

4.2.4. Gases:

Son productos de la descomposición biológica de la materia orgánica y de

la transferencia desde la atmósfera. Los gases en aguas residuales son:

oxígeno disuelto, dióxido de carbono, metano, amoniaco y ácido sulfhídrico.

4.2.5. Compuestos orgánicos:

La materia orgánica en aguas residuales está representada por hidratos de

carbono, proteínas, grasa, celulosa, lignina, orgánicos sintéticos, etc.

4.3. CONSIDERACIONES GENERALES

4.4. Pre-tratamiento

Las partículas que se encuentran en el agua pueden ser perjudiciales en los

sistemas o procesos de tratamiento ya que elevadas turbiedades inhiben los

procesos biológicos y se depositan en el medio filtrante causando elevadas

pérdidas de carga y deterioro de la calidad del agua efluente de los filtros.

Los procedimientos de separación de material muy grueso (rejillas: gruesas y

finas) se realizan o están relacionados a las captaciones. Se considera como

pre-tratamientos y acondicionamientos previos en la planta, a unidades de

filtro.

4.4.1. Variables que afectan la filtración

a) Corrientes de densidad: Son las corrientes que se producen dentro

del tanque por efecto de las diferencias de densidad en la masa de

agua y son ocasionadas por un cambio de temperatura (térmica) y/o

por diferencias en la concentración de las partículas suspendidas en

las distintas masas de agua (de concentración).

b) Corrientes cinéticas: Pueden ser debido al diseño impropio de la

zona de entrada o de salida (velocidad de flujo excesiva, zonas

muertas, turbulencias) o por obstrucciones en la zona de

sedimentación.

4.5. DISEÑO Y SELECCIÓN DE MATERIALES

4.5.1. PRE-TRATAMIENTO (FILTRACIÓN)

4.5.1.1. Componentes de diseño

a) Zona de entrada

El agua residual entra al módulo de filtración por medio de una tubería

de PVC, cuya función es distribuir el caudal por debajo de la zona de

filtración, para garantizar un flujo ascendente uniforme.

b) Zona de filtrado

c) Zona de salida

4.5.1.2. Criterios de selección

Los criterios para seleccionar del filtrante son la granulometría, la

porosidad, la permeabilidad y la resistencia física contra el desgaste

provocado por las aguas residuales. Los materiales utilizados son

grava, piedra triturada. La acumulación de sólidos mineralizados

provocará la disminución del volumen de los poros en del filtrante y

eventualmente será necesario remover la parte inicial del material.

4.5.2. BIOREACTOR

Área donde se lleva a cabo un tratamiento biológico, el agua residual urbana

entra en contacto con una comunidad de bacterias y después se somete a

aireación durante un periodo de tiempo con el objetivo de descomponer la

materia orgánica presente en el agua residual, formándose a la vez un lodo

activo.

4.5.2.1. Diseño de un Biorreactor de Tanque Agitado

Componentes de Diseño de un Biorreactor de Tanque Agitado para lograr el

cumplimiento de objetivos descritos, un biorreactor de tipo tanque agitado o

CSTR (ver figura), debe contar con los siguientes componentes básicos en

su diseño:

a. Cuerpo del Biorreactor: recipiente o contenedor que alberga al cultivo o

microorganismo. El contenedor es la frontera física entre el ambiente

externo contaminado y el ambiente interno controlado. Un tanque

contenedor o cuerpo del biorreactor se debe construir en acero inoxidable

austenítico, por sus características químicas y físicas superiores;

usualmente se prefiere los aceros de las series 316.

b. Sistema de Agitación: tiene la función de generar la potencia necesaria

para producir una mezcla perfecta para el sistema de cultivo y producir un

régimen de agitación adecuado que, maximice la difusión de gases en el

líquido y minimice la producción de esfuerzos cortantes y la presión

hidrodinámica local y global, para optimizar los fenómenos de transferencia

de momentum, calor y masa.

Un sistema de agitación consta de cuatro partes mecánicas:

c. Motor Impulsor: suministra la potencia al eje de potencia; debe ser de

corriente alterna (a.c), preferiblemente de inducción y su potencia debe

calcularse para manejar el doble (200%) de la potencia teórica requerida

para agitar el fluido y el cultivo a Re≥3000. Motor de Inducción (A.C): dado

que un biorreactor debe operar de forma continua durante todo el proceso

de cultivo; se requiere un motor capaz de resistir largos periodos de

operación continua y trabajo duro; por eso, el motor debe ser de inducción

de corriente alterna (a.c) y debe ser acorazado, preferiblemente en acero

inoxidable.

d. Eje trasmisor de la potencia: es una barra cilíndrica de acero inoxidable

316L y por lo general se diseña en diámetros estándar: ¾”, ½”, etcétera

para mayor facilidad de ajuste a los estándares de motores a.c. Su longitud

depende de la profundidad del contenedor (tanque).

e. Acople del Eje Transmisor: ajusta y fija al motor, el eje transmisor de

potencia. Existen dos tipos de acople:

f. Acople-ajustador de tipo tornillo-rosca el puerto de entrada se “enrosca”

o se fija firmemente al eje del motor. El puerto de salida es un dispositivo

que “abraza” el eje transmisor de potencia por un mecanismo de tornillo-

rosca.

En ambos casos, el diámetro del puerto de entrada del acople que es la

unión de éste con el eje del motor debe ser de diámetro interno igual al

diámetro externo del eje del motor y el diámetro del puerto de salida que es

dispositivo sujetador del eje transmisor de potencia debe ser el mismo que

el diámetro externo del respectivo eje.

g. Puerto de Entrada del Biorreactor: se denomina puerto a la superficie

física sobre el cual se instala un dispositivo de entrada o salida al

biorreactor, un anclaje o un aparato mecánico o de medición; el puerto es el

medio por el cual, se ajusta o fija, tal dispositivo o artefacto a la pared o

superficie del tanque o del biorreactor. Como se observa en la fotografía, el

puerto de entrada es la tapa o cara superior del tanque biorreactor y en

donde se anclan o sujetan todos los dispositivos y periféricos que se

requieren para su operación. Cada dispositivo de anclaje o sujetador

también un puerto menor cuyo diámetro externo es la superficie externa

total y cuyo diámetro interno es el diámetro externo del dispositivo que

sujeta. Algunos puertos tienen dos diámetros internos, cuando el dispositivo

que sujetan tiene diámetro externo y diámetro interno; por ejemplo, los

sensores o probetas medidores y el sello mecánico del eje del agitador.

h. Sello Mecánico: su función es triple: evitar la contaminación, mantener

hermético el sistema, servir de amortiguador de fricción. El sello mecánico

también debe permitir la esterilización in situ del biorreactor, mediante una

línea de vapor sobrecalentado. Un sello mecánico, generalmente se diseña

en una de dos configuraciones:

i. Cartucho rígido: que permite el rodamiento del eje de potencia a través de

soporte de cuerpo rígido que sella y aísla el paso de cualquier materia al

interior del depósito.

j. Cartucho flexible: que permite el rodamiento del eje de potencia a través

de un soporte fijo al exterior pero flexible en el interior y que también sella y

aísla el paso de contaminantes al interior del depósito.

En ambos caso el sello mecánico se especifica de acuerdo al diámetro

eterno del eje transmisor de potencia; el cual es el diámetro interno del

puerto del sello mecánico. Dentro de lo posible se recomienda el uso de

sellos flexibles ya que amortiguan mejor las vibraciones mecánicas del eje

transmisor de potencia; la desventaja es que esa flexibilidad obliga a

cambiarlos más frecuente, pues el desgaste es mayor.

k. Eje Transmisor de Potencia: transmite la potencia del motor al impulsor, a

través de, las hojas de agitación. Existen ejes en los cuales ya vienen

incorporadas hojas o aspas de agitación, se diseñan para operar en uno de

dos sistemas de flujo, según sea, la orientación espacial de las hojas o

aletas:

l. Flujo axial: suministran mayor efectividad de mezclado (distribución) y

reducen la potencia de mezclado requerida, al distribuir mejor la mezcla;

sus hojas u aspas son planas.

m. Flujo radial: generan mayor potencia de mezclado (turbulencia) y pueden

causar daño celular; sus hojas o aspas son del tipo hélice.

n. Impulsores: son los dispositivos que impulsan el fluido y el movimiento,

mediante hojas o aspas unidas al eje transmisor de potencia; pueden ser

del tipo mecánico (agitador) o hidráulico (turbina).

o. Agitadores: es un impulsor formado por hojas o aspas de agitación

conectadas al eje transmisor de potencia; pueden tener una distribución de

flujo axial o radial.

Los propulsores de flujo radial pueden tener gran variedad de formas y

diseños; dentro de éstos, las hélices son las que más se utilizan.

q. Hélices: existen en tres diseños básicos que dependen de la orientación

espacial:

(a) – Plano XY, (b) – Plano ZX, (c) – Plano ZY

Cada orientación (plano) describe una superficie curva que es

determinada por dos (2) de tres (3) ángulos de diseño:

(a) Plano XY, determina el ángulo de inclinación (α), este varía 15’ ≤ α ≤

45’; (b) Plano ZX, determina el ángulo de torsión (β), este varía 16’ ≤

β ≤ 32’; (c) Plano ZY, determina el ángulo de tensión (γ), este varía

15’ ≤ γ ≤ 45’.

Como se observa en la figura:

(a) – Hélices de superficie curva en el Plano XY están determinadas por

los ángulos α, β; (b) – Hélices de superficie curva en el Plano ZX

están determinadas por los ángulos α, γ; (c) – Hélices de superficie

curva en el Plano ZY están determinadas por los ángulos γ, β.

Por su gran potencia y la turbulencia que generan, las hélices no se

recomiendan para cultivos de células sensibles; solo deben utilizarse

para cultivos bacteriales o micóticos y a bajas velocidades de

rotación.

s. Turbinas: es un impulsor de flujo axial el cual opera como una centrífuga

que distribuye el flujo de líquido a través de hojas planas, a todo el volumen de

fluido.

El impulso axial ha demostrado ser la forma más eficiente de diseño para

reducir esfuerzos cortantes e hidrodinámicos y disminuir la turbulencia y la

potencia requerida para homogenizar el mezclado; objetivo que se persigue en

una mezcla perfecta. Por eso se recomienda impulsores de flujo axial para

cultivar células sensibles o de membrana plasmática. Dentro de éstas, la

turbina Rushton (b) es el impulsor de flujo axial más recomendado y más

eficiente para generar una mezcla perfecta de alto perfil hidrodinámico, bajo

en esfuerzos cortantes y alto en distribución.

t. Y una de control:

Control de Velocidad del Motor: los motores de inducción de corriente

alterna (a.c) tienen velocidades nominales de rotación de 1800rpm o

3600rpm. Estas velocidades son muy altas para los sistemas biológicos

causando la destrucción de las células y microorganismos en cultivo. La

velocidad de rotación del motor debe entonces reducirse a un máximo

de 600rpm (revoluciones por minuto) para que no cause daño celular.

Usualmente se acopla a la salida de eje del rotor una caja de reducción

de 1/3 o 1/6 para bajar la velocidad de rotación a 600rpm.

Adicionalmente se coloca un control de velocidad que puede ser

analógico o digital al motor para un control más fino y preciso de la

velocidad de rotación.

Agitación y Mezclado

Relaciones de Potencia y Mezclado: conforme el diámetro de la hoja

o aspa (Dd) aumenta, también lo hace, la potencia (Pt) requerida para

realizar el trabajo de mezclado; la potencia de mezclado (Pm) es mayor

porque el torque (τ) se acrecienta, recuerde que el torque es la relación

entre la fuerza (F) y el brazo de palanca (r) y que, el brazo de palanca

es el diámetro del aspa u hoja cuyo momentum (mv) aumenta al

aumentar la velocidad de rotación (ω). Así entonces, cuando Dd es muy

grande, debe disminuirse ω para reducir Pt; pero esto ocasiona que Pm

también se contraiga; así como la turbulencia excesiva. Caso contrario

ocurre cuando Dd es muy pequeño, debe aumentarse ω para mejorar

Pm y extender la turbulencia, ya que, en estos casos, es localizada (se

acumula alrededor de las aspas y hojas). Este fenómeno local que se

conoce como potencia fluida (Pf) provoca que el volumen de líquido que

es afectado por la turbulencia local (Rex) no sea suficiente para

oxigenar los tejidos y células en cultivo pues el Kla disminuye. Para que

la Pf se transmita a todo el volumen de operación del fluido, es

necesario que, se alcance el estado estacionario (EE) en dicha

operación, y esto toma mucho tiempo lo que implica, un alto costo. La

mejor forma de combinar positivamente estos efectos hidrodinámicos

que se contraponen; es decir: bajar Pm y aumentar Pf es optimizar Dd.

A esto se le conoce como potencia óptima de mezclado (Pe) y se logra

de dos maneras:

Colocar varias hojas o paletas (2-3) en diámetros (Dd) descendentes y

distribuidas a alturas equidistantes a lo largo de la altura de la columna

de fluido (H);

Colocar varias hojas o paletas (2-3) de igual diámetro (Dd) a alturas

equidistantes a lo largo de la altura de la columna de fluido (H). La

primera alternativa minimiza la potencia de mezclado requerida y

maximiza la potencia fluida al aprovechar mejor el gradiente de mezcla.

La segunda aumenta la potencia de mezclado y la potencia fluida pero

también, la potencia requerida y desaprovecha el gradiente de mezcla y

difusión.

Utilización de Bafles: son una mejora muy utilizada ya que pueden

instalarse fácilmente en los sistemas de agitación, disminuyen

(deflectan) la turbulencia ocasionada por las hojas o aspas del impulsor,

rompen (disgregan) los cúmulos celulares y micelios que se forman en

los respectivos cultivos y mejoran la eficiencia de mezclado. La relación

óptima del diámetro del bafle (Db o J) al diámetro de tanque (Dt) es:

Db/Dt = 1/10–1/12. El número indicado de bafles es 4 para sistemas

moderadamente agitados y 6 para sistemas turbulentos.

4.5.2.2. Componentes de diseño

a) Zona de entrada

El agua residual entra al bioreactor por medio de una tubería de

PVC.

b) Zona agitación y aeración

Este proceso se lleva a cabo en un tanque donde ingresa el aire y es

uniformizado por un agitador.

c) Zona de salida

4.5.2.3. Criterios de selección

El bioreactor está constituido por un tanque, debido a la alta carga de

microorganismos presente la oxidación de los materiales es más

frecuente, para estos experimentos utilizamos el aluminio debido a su

bajo costo económico y mediana resistencia al a corrosión.

4.5.3. SEDIMENTADOR

La decantación es un método físico para separar componentes de distinta

densidad situándose el más denso en el fondo del decantador por gravedad

y quedando el agua clarificada en la superficie. La adición de coagulantes y

floculantes favorece el proceso de decantación.

En el tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales el decantador

es un elemento fundamental ya que mediante el mismo podemos separar y

concentrar los fangos así como los sólidos presentes en el agua residual

mediante un proceso de decantación física.

Por lo general un decantador suele incluir una campana tranquilizadora

interior para favorecer la decantación. El dimensionado de un decantador se

realiza a partir del caudal de agua a tratar y las características siendo los

parámetros fundamentales el tiempo de residencia, el diámetro del

decantador, altura total del decantador, altura del cono, diámetro interior del

cono y ángulo del cono.

Finalmente, un es pesador de fangos nos permite disminuir los costes de

explotación de la propia depuradora.

También es posible tanto para agua potable como para agua residual el uso

de decantadores las melares. El empleo de lamelas con una inclinación

adecuada facilita la separación de los sólidos en una menor superficie de

instalación.

El objetivo de la decantación es la reducción de los SS de las A.R. bajo la

exclusiva acción de la gravedad. Por tanto sólo se puede pretender la

eliminación de los sólidos sedimentables y las materias flotantes. 

El proceso de decantación ayuda a proteger los procesos posteriores, sobre

todo los procesos de oxidación biológica donde la presencia de inertes

disminuiría el rendimiento del proceso. También ayuda a disminuir la DBO

(entorno al 30-35%) asociada a los sólidos en suspensión sedimentables de

carácter orgánico. Esto conlleva una reducción del tamaño de los procesos

biológicos y una reducción del consumo energético.

4.5.3.1. Componentes de diseño

Se compone por cuatro zonas.

a) Zona de entrada

Tubería metálica, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del

sedimentador.

b) Zona de sedimentación

Consta de un cilindro con volumen, longitud y condiciones de flujo

adecuados para que sedimenten las partículas. La velocidad es la misma

en todos los puntos, flujo pistón.

c) Zona de salida

Constituida por una perforación en el sedimentador que tienen la finalidad

depositar en le siguiente tanque por rebose el efluente sin perturbar la

sedimentación de las partículas depositadas.

d) Zona de recolección de lodos

Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos

sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica.

4.5.3.2. Criterios de diseño

La profundidad del sedimentador será entre 1,5 – 2,5 m.

La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los

valores de 3 - 6.

La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los

valores de 5 - 20.

El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar

el deslizamiento del sedimento.

La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear

perturbaciones dentro de la zona de sedimentación.

4.5.4. ALMACENAMIENTO

El agua finalmente purificada es almacenada en un tanque de un material anticorrosivo, de densidad relativamente grande y que soporta las características físico-químicas del agua purificada el aluminio.

4.6. DIMENSIONAMIENTO

4.6.1. FILTRACION

4.6.2. BIOREACTOR

a. Dimensionamiento del Cuerpo del Biorreactor: el primer paso en el

diseño de cualquier biorreactor es dimensionar el “tamaño” del tanque

o del cuerpo del biorreactor; la práctica común es, hacerlo a través de

variables adimensionales: variables que representan una razón entre

dos parámetros con las mismas dimensiones. De esta forma, es

posible escalar; es decir cambiar de dimensión o tamaño, el

biorreactor y adaptarlo a otra escala de proceso. Las principales

relaciones adimensionales que se utilizan en tanques agitados son: la

razón de la altura de trabajo (H) al diámetro del tanque (Dt): 3 ≤ H/Dt ≥

1 en reactores tubulares (largos) esta relación es de 4 - 6; la razón del

diámetro del tanque (Dt) al diámetro de las hojas o aspas (Da): ½ ≤

Da/dt ≥ ¼ cuando el régimen de agitación es laminar y las

revoluciones del motor menores a 150 rpm, la relación aumenta ¾; la

razón entre el diámetro de la hoja (Da) y el diámetro del espacio libre

o hueco entre el rotor y el cuerpo de la hoja (Dd): 2 ≤ Da/Dd ≥ 1 en

turbinas axiales y hojas planas esta relación aumenta de 2 – 4; la

razón entre el ancho de la hoja o aspa (L) y el espesor o grosor de

esta (W): 4 ≤ L/W ≥ 1 en turbinas axiales y hojas planas esta relación

se invierte ¼ ≤ L/W ≥ 1/16. En la figura aparece como “gap” – (G) es

el espacio libre que se deja cuando se utilizan baffles o dispositivos

amortiguadores de la turbulencia; normalmente el valor de G es: 1/12

– 1/16 del valor de J donde J es el ancho del baffle o amortiguador; J

por su parte se diseña de acuerdo al diámetro del tanque (Dt) pero

valor de diseño es el mismo que el del espacio libre: 1/12Dt ≤ J ≥

1/16Dt. (Hs), no aparece en la figura, es la altura de techo o espacio

libre que se deja entre la superficie libre del líquido (H) y el techo o

tapa del biorreactor, para facilitar la operación del sistema; el valor

mínimo de la luz (Hs) es 10% de la altura total del tanque (Ht) y el

valor máximo es 50% Ht que representa el valor mínimo de volumen

de operación . Finalmente, C es la altura de piso del agitador – altura

desde el fondo del tanque hasta el punto más bajo de las aspas u

hojas; C se dispone en base a la altura de la columna de fluido (H),

normalmente: ¼ ≥ C/H ≤ ½.

4.6.3. DIMENSIONAMIENTO DEL DECANTADOR

a. Cálculo del Área del Sedimentador

Para determinar el área superficial del sedimentador se obtiene

utilizando la siguiente expresión según Metcalf-Eddy

Carga=QA

Despejando de la ecuación anterior tenemos el área para el

sedimentador:

A= QCarga

Donde:

A = área (m2)

Q= caudal (m3/h)

Carga = carga superficial (m3/m2dia)

La carga superficial que se utilizará para realizar los cálculos

correspondientes se toma de la tabla siguiente valor se utiliza para

aguas residuales sin tratamiento, para esta investigación se toma el

valor de 10 (m3/m2dia) igual a 1.16×10−3 mL

cm2. s

Tabla 1Parámetros de diseño de sedimentadores

Los tanques de sedimentación secundaria son generalmente circulares

pero se han construido en forma rectangular, cuadrados, hexagonales y

octagonales; sin embargo esto no parece tener influencia sobre la

calidad del efluente. El mecanismo de remoción más usado es el tipo de

cadena y paletas metálicas, hoy preferiblemente de plástico el cual

permite una remoción continua de sólidos.

b. Volumen

El volumen es la magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo

en sus tres dimensiones largo, ancho y altura.

V=Abase×hcono

3

Donde:

V = volumen del sedimentador (cm3)

hcono = Altura del cono (cm)

c. Tiempo de retención hidráulica

Por lo general los tanques de sedimentación se proyectan para

proporcionar un tiempo de retención amplio para el caudal medio del

agua residual. Los tanque que proporcionan tiempos de retención

menores (0,5 a 1 h) con menor eliminación de sólidos suspendidos se

usan en ocasiones como tratamiento primario previo a las unidades de

tratamiento biológico.

Tr=VQ

Donde:

Tr =Tiempo de retención (s)

V =Volumen (cm3)

Q = Caudal (cm3/s)

d. Remoción de DBO y Sólidos Suspendidos

La eficiencia de la remoción de la DBO y los SST, en tanques de

sedimentación primaria como función de la concentración del afluente y

el tiempo de retención mediante una modelación matemática se obtuvo

la siguiente expresión según Tchobonoglous.

R= ta+bt

Donde:

R = porcentaje remoción esperado %

t = tiempo nominal de retención h

a+b = constantes empíricas

Tabla 2 Valores de las constantes empíricas “a” “b”

DIMENCIONES DEL DECANTADOR

4.7. PARTE EXPERIEMENTAL

4.7.1. Materiales y equipos

Un balde de PVC de 6L. Tres recipientes de aluminio (filtrador, bio-reactor y almacenamiento

final) Un cono de aluminio (decantador) Cinco abrazaderas Manguera transparente Cinco soportes metálico Un soporte de madera Un motor Compresor de aire Transformador eléctrico de 220 V a 16 V Una paleta de metal Algodón Soda caustica Arena Grava Teflón Soldador, soldimix y estaño Cables de extensión eléctrica Cronometro Flexómetro Destornillador, lija

4.7.2. Procedimiento experimental

1. Procedimiento de construcción del sistema de tratamiento de aguas

residuales domesticas

1.1. Diseñar un bosquejo del sistema de tratamiento de aguas residuales.

1.2. Determinar las formas y el tamaño necesario de los recipientes.

1.3. Acondicionar a los recipientes según para que esté dispuesto

(horadar los recipientes y soldar los pequeños tubos metálicos según

correspondan finalmente de colocar las tuberías (manguera

transparente) con las abrazaderas).

1.4. Lijar, lavar con soda caustica y pintar los recipientes (filtrador,

decantador y almacén) y soportes que se utilizara.

1.5. Se acondicionara el motor y las paletas metálicas al bio-reactor y el

compresor de aire.

1.6. Al recipiente de filtrado se coloca dentro una capa de algodón arena

y la grava.

1.7. Fijador todo se comienza el experimento.

2. Procedimiento de del funcionamiento del sistema de tratamiento de

aguas residuales domesticas

2.1. En el primer recipiente se adiciona el agua residual doméstica.

2.2. El agua residual pasara al filtro por la tubería, el recipiente del filtrado

retendrá los sólidos más grandes del agua residual dejando pasar el

agua sin solidos de gran tamaño.

2.3. El agua residual salida del filtro pasa al bio-reactor en donde se

adiciona aire y el líquido se agita, el movimiento y el aire ayudara la

formación de flóculos (lodos).

2.4. El líquido formado para al decantador donde por la acción de la

gravedad se sedimentara los floculos (lodos) y el agua limpia pasara por

rebose al tanque de almacenamiento final.

4.8. CALCULOS REALIZADOS

4.8.1. CALCULOS REALIZADOS PARA EL FILTADOR

a. Balance de Materia En El Filtro De Arena

Como ecuación global de dicho balance tenemos:

E−S=A

E=18.06mlde aguacontaminada /segundo

S=7.3313mldeagua filtrada/ s

Por ende se tendría:

A=18.06−7.3313=7.7287mlde aguacontamianda

Teniendo las dimensiones para nuestro filtro de arena

El volumen del contenedor sería:

V=π r2 L

V=π∗( 15.12 )2

∗29.8=5336.5433ml

El tiempo de abrir y cerrar la llave de ingreso sería de:

t=VA

t=5336.5433ml7.7287ml

s

=497.4082=8min17.41 s

4.8.2. CALCULOS REALIZADON PARA EL REACTOR

4.8.3. CÁLCULOS PARA EL SEDIMENTADOR

BALANCE DE MATERIA

R = Agua residual después del bio-reactor L = Agua después de la

decantación

D = Desechos (lodos)

Entrada=Salida

R=L+D

a. Datos experimentales:hcono=17.6cm

Dcono=19cm

Qentrada=2.27mL/ s

Qsalida=1.49mL /s

b. Determinación del área del sedimentador

Para la determinación del área del sedimentador se usa la ecuación.

A=Q entrada

carga superficial

A= 2.27mL /s

1.16×10−3 mL

cm2 . s

A=1956.90cm2

c. Determinación del volumen del sedimentador:

El área superficial del sedimentador de forma cónica es:

Abase=π ×( Dcono

2 )2

Abase=283.53cm2

Determinar el volumen del cono:

V cono=Abase×hcono

3

V cono=283.53cm2×17.6 cm3

V cono=1663.38 cm3=1663.38mL

V cono=1.66 L

d. Tiempo de retención hidráulica

Para determinar el tiempo de retención en el sedimentador se utiliza la

ecuación.

Tr=VQ

Tr=1663.38mL2.27mL /s

Tr=732.77 s

Tr=0.2035h

e. Determinación de la Tasa de RemociónPara determinar la tasa de remoción de la DBO se utiliza la ecuación:

R= ta+bt

R= 0.200.0018+0.02×0.20R=34.48%

f. Determinación de la remoción de los SST

De igual manera para determinar la tasa de remoción de los SST se

utiliza la ecuación:

RSST=0.2

0.0075+0.014×0.2

RSST=19.42%

g. Determinación del volumen de los lodos:De determinará con la siguiente ecuación:

Qlodos=Q entrada×R

Qlodos=2.24mL /s×0.19

Qlodos=0.43mL/ s

V lodos=732.77 s×0.43mL/ s

V lodos=315.09mL

h. Carga sobre el vertederoLa carga sobre el vertedero se puede determinar mediante la ecuación:

Carga vertedero=Qsalida

π .∅

Carga vertedero=1.49cm3/s

π ×0.4 cm

Carga vertedero=1.19cm2/si. Calculando el volumen del agua limpia

H 2OResidual=H 2OLimpia+LODOS

1560ml=H 2OLimpia+315.09mL

H 2OLimpia=1244.91mL

V. DISCUSION DE RESULTADOS

VI. CONCLISIONES

VII RECOMENDACIONES

Si bien el decantador de la forma cónica ayuda que los sólidos se

precipiten, no es favorable su uso ya que los lodos se acumulan rápido

generando inconvenientes en el decantado, porque se tiene que remover

los lodos de forma más continua, se recomienda usa un decantador de

forma cilíndrica que termina en forma cónica.

VIII BIBLIOGRAFIA

BIBLIOGRAPHYCubillos, I. (2007). Parametros y caracteristicas de las aguas residuales. Lima : DTIAPA.

Organización Panamericana de la Salud. (2005). Guía para diseño de desarenadores y sedimentadores. Lima: CEPIS.

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Saínz Sastre, J. (2009). Estación Regeneradora de Aguas Residuales Urbanas con recuperación energética. EOI.

CEPIS, Cánepa de Vargas Lidia; “Programa regional para la promoción del

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OPS / CEPIS, Solsona, Felipe; “Filtración dinámica”; Lima, 2003.

CEPIS, Ing. Lidia Cánepa de Vargas; “Programa regional de mejoramiento

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