PROBLEMA. 2. El caudal en un periodo del año será 60 m3/h y la temperatura del efluente 15 C cuál será la eficiencia teórica?

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1 PROBLEMA Un biofiltro existente de diámetro 24 metros utiliza relleno estructurado de altura 6 m. La eficiencia de remoción de DBO5 soluble es 68%, la DBO5 de ingreso total es 4000 mg/l, la DBO5 soluble de ingreso es mg/l, el caudal es de 100 m3/h, el coeficiente n de la ecuación de Germain modificada es 0.5, la temperatura es 20 C. Calcular: 1. El coeficiente k20 de este proceso 2. El caudal en un periodo del año será 60 m3/h y la temperatura del efluente 15 C cuál será la eficiencia teórica? 3. Verificar el caudal de recirculación por área y por concentración en cada caso 4. Cuál sería la DBO5total de salida en 1a condición y en 2a condición 5. Dibujar el esquema del equipo con un balance hidráulico en cada caso. 6. Calcular la carga volumétrica en cada caso (kdbo5 sol/m3rell.d)

2 1. El coeficiente k20 de este proceso. SOLUCION Para hallar el K20 del proceso o constante de tratabilidad correspondiente a la profundidad del filtro a una temperatura de 20 C. Se pude utilizar la formula germain: Lo: DBO5 del efluente crudo; mg/l Le: DBO5 del efluente tratado; mg/l D: Profundidad del filtro; ft q: Tasa de alimentación de efluente crudo (sin reciclo); gpm/sq.ft t: Temperatura C n: Exponente característico del medio Para este caso se posee los datos de DBO5 del efluente crudo (3500mg/lt), Profundidad del filtro (6 metros o 19.8 ft) y temperatura (20 C), los restantes datos se deben calcular: q (tasa de alimentación o tasa hidráulica del efluente crudo). Este valor se halla en función del caudal de entrada y del área superficial del filtro, entonces:

3 Le (DBO5 del efluente tratado) Sabiendo que la eficiencia de remoción de DBO5 soluble es 68%, se pude hallar de manera sencilla la DBO5 del efluente tratado, en función de la DBO5 del efluente crudo: % DBO5 soluble NO removida = 100% - 68% % DBO5 soluble NO removida = 32% Una vez calculados Le y q, se puede proceder a hallar k20; Datos; Lo: DBO5 del efluente crudo = 3500 mg/l Le: DBO5 del efluente tratado = 1120 mg/l D: Profundidad del filtro = 19,8 ft q: Tasa de alimentación de efluente crudo (sin reciclo) = gpm/sq.ft t: Temperatura = 20 C

4 2. El caudal en un periodo del año será 60 m3/h y la temperatura del efluente 15 C cuál será la eficiencia teórica? Se consideran las condiciones previstas, pues la DBO5 de salida está directamente afectada por estos parámetros distintos a los iniciales y pueden corresponder a condiciones diferentes a la del diseño inicial. Para calcular la eficiencia con estos dos parámetros se debe hallar como primera medida la DBO5 final o de salida del proceso que se realiza mediante la ecuación o modelo de Germain, que se describe a continuación: * + Donde: Lo: DBO5 del efluente crudo; mg/l Le: DBO5 del efluente tratado; mg/l K: Coeficiente de tratabilidad; gpm 0.5 /sqft a 20 C D: Profundidad del filtro; ft q: Tasa de alimentación de efluente crudo (sin recilco); gpm/sq.ft n: Exponente característico del medio t: Temperatura C Se procede a calcular DBO5 del efluente tratado con los siguientes datos; Lo: 3500 mg/l K20: gpm 0.5 /sqft D: 6 metros = 19.8 ft q: gpm/sq.ft n: 0.5 t: 15 C

5 * mg/lt Una vez determinado La DBO5 del efluente tratado se procede a calcular la eficiencia: Lo = 3500 mg/lt BIOFILTRO Le = mg/lt La eficiencia hallada representa la teórica, pues es difícil lograr eficiencias tan altas en condiciones reales. Es posible alcanzar eficiencias de más del 90%, pero en condiciones óptimas y especificas, esto incluye tanto temperatura como recirculación adecuada y demás factores que puedan influir directamente en la eficiencia, aunque desde el punto de vista del balance técnico económico el sistema no es el óptimo, las eficiencias típicas son entre 50% y 70%. (Guías Clase) 3. Verificar el caudal de recirculación por área y por concentración en cada caso. La recirculación es el proceso de redireccionar una porción del efluente de vuelta a través del filtro. La relación entre el caudal de reciclo Qr y el caudal influente Q se denomina relación de recirculación R (Qreciclo / Qefluente). La relación habitual es 0,5 a 3,0. Normalmente en efluentes industriales se utiliza una regla práctica para hallar el factor de reciclo R donde este debe ser mayor que:

6 En nomenclatura llevada en el desarrollo: Se procede a calcular factor de reciclo (R) para el problema: Calculo de Reciclo por CONCENTRACIÓN Con la relación o factor de reciclo se puede determinar el caudal de reciclo (Qr). Debe tenerse en cuenta que será un valor proveniente de una regla practica por ende puede decirse que es el caudal de reciclo mínimo, pues además debe sumarse a todo lo anterior la importancia que tiene la recirculación en los sistemas de biofiltros. También debe tenerse en cuenta que en general el caudal de reciclo es mayor que el caudal del efluente crudo. Donde; Qr: Caudal de reciclo Qo: Caudal de efluente crudo R: Factor o relación de reciclo

7 Teniendo en cuenta que el caudal de reciclo se puede calcular la carga superficial o superficie especifica que es definida como los metros cuadrados m 2 de superficie en contacto o de relleno por metro cubico m 3 de volumen total (Ramalho). Como el caudal de reciclo es el caudal mínimo, la carga superficial que proceda de este valor será por ende la carga superficial mínima. Debido a que es un filtro existente y que esta dimensionado, y sabiendo que su diámetro es un dato (24 metros), el área superficial se haya geométricamente como se muestra en el punto 2 del problema. Entonces la carga superficial mínima será; Calculo del reciclo por ÁREA La carga superficial calculada en el paso anterior es la mínima, por ende se debe adoptar una carga superficial apta que sea superior a la mínima calculada anteriormente y se debe proceder a calcular el caudal de reciclo. Carga superficial adoptada = 2.5 m 3 /hm 2 Teniendo la carga superficial procedemos a calcular el caudal de reciclo que esta dado por:

8 4. Cuál sería la DBO5total de salida en 1a condición y en 2a condición (Tomando como primera 1ª condición los datos del ejercicio y 2ª condición los datos del 2 punto) Las cargas en el sistema están en sus disposiciones totales y solubles, destacando que la soluble es la de mayor importancia pues en la práctica es la que ve el sistema (Guías Clase). Es decir la DBO5 soluble es la determinante del sistema. La DBO5total es la sumatoria de la DBO5 soluble y la DBO5 suspendida. Debe tenerse en cuenta que la materia orgánica particulada o suspendida prácticamente sale como entra, pues no existen mecanismos de retención de estas partículas que sean apropiados para este proceso (Orozco). Condiciones de ENTRADA BO5total = 4000 mg/lt DBO5soluble = 3500 mg/lt Condiciones de SALIDA

9 1ª CONDICIÓN: Eficiencia de remoción de DBO5 soluble es del 68% por lo cual se tiene que; es decir que la DBO5 soluble que no pudo ser removida equivale al 32% pues; % DBO5 soluble NO removida = 100% - 68% % DBO5 soluble NO removida = 32% Se asume con base en la información bibliográfica que la remoción de DBO5 suspendida es nula por ende; Por lo cual la DBO5 total para la primera condición será; 2ª CONDICIÓN: La DBO5 soluble fue calculada como Le con la formula de Germain en el punto 2 del problema. De igual manera asumimos que la DBO5 suspendida no se remueve;

10 Por lo cual la DBO5 total para la segunda condición será; 5. Dibujar el esquema del equipo con un balance hidráulico en cada caso. Recirculación por concentración Qo = 100 m 3 /h BIOFILTRO Qr= 875 m 3 /h Recirculación por area Qr= 100 m 3 /h Qo = 100 m 3 /h BIOFILTRO Qr= 1130,97 m 3 /h Qr= 100 m 3 /h 6. Calcular la carga volumétrica en cada caso (kdbo5 sol/m3rell.d) La carga volumétrica expresa la carga orgánica por unidad de volumen que recibe diariamente la totalidad el sistema. La carga volumétrica o VLR se utiliza generalmente en biofiltros y en aquellos reactores en los que no se pueden medir con precisión los SS (Orozco). Como se puede evidenciar es necesario calcular la carga orgánica para poder hallar la carga volumétrica. La carga orgánica (OL) es cantidad de materia orgánica, generalmente medida como DBO5, aplicada a un proceso de tratamiento dado; expresada como peso por unidad de tiempo, por unidad de superficie o por unidad de peso.

11 Donde; OL: Carga orgánica Lo: DBO5 soluble del efluente crudo Qo: Caudal del efluente crudo Una vez calculada la carga orgánica se procede a determinar la carga volumétrica, que también está en función del volumen, por lo cual es necesario hallarlo. Donde; V: Volumen A: Área D: Profundidad del filtro dicha como altura del relleno Con el volumen y la carga orgánica se calcula la volumétrica VLR; Donde; VLR: Carga volumétrica OL: Carga orgánica

12 V: Volumen

13 BIBLIOGRAFÍA APPLIED MATH FOR WASTEWATER PLANT OPERATORS. Joanne Kirkpatrick Price. Capitulo 10. INGENIERIA SANITARIA TRATAMIENTO, EVACUACION Y REUTILIZACION DE AGUAS RESIDUALES. Metcalf&Eddy. 2 Edición. p 585 p 600. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Ramalho Rubens. 1 Edición en Castellano. p 448, p 472 p 491. BIOINGENIERÍA DE AGUAS RESIDUALES. Orozco Álvaro, p 532. HANDBOOK OF WATER AND WASTEWATER TREATMENT PLANT OPERATIONS. Spellman Frank R, p 148 p 155. WASTEWATER TREATMENT PLANTS: PLANNING, DESIGN, AND OPERATION. Qasim Syed. WASTEWATER TREATMENT PLANT DESIGN: STUDENT WORKBOOK. Water Environment Federation.

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