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ESTUDIO DE CASO # 1: INDUSTRIA FAENADORA DE AVES

     Una industria faenadora de aves procesa del orden de 8000 pollos/h en dos turnos de 8 horas cada uno, promediando una producción de 128000 aves/día.   La operación incluye faena propiamente dicha y rendering.  El tren de pretratamiento incluye celda de flotación previa y laguna anaeróbica deseándose dimensionar un sistema de lagunas o celdas aireadas en serie de acuerdo a las siguientes especificaciones preliminares/simplificadas:

Caudal de líquido a tratar:     2500 m3/día (25°C en invierno)

DBO5  = 2,000 mg/L siendo deseable una descarga de ca. 50 mg/L

ESQUEMA PRELIMINAR:  Sea en régimen de mezcla completa o mezcla parcial,  podemos proponer evaluar el funcionamiento de una celda o laguna aireada individual mediante la tradicional fórmula:

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) 

siendo

     k = k20 * theta^(T-20°C) (básicamente clásica corrección por temperatura/Arrhenius)

     t = tiempo de residencia hidráulica (días)

      De tratarse de una celda o laguna aireada en régimen de mezcla parcial, i.e. simple dispersión de oxígeno admitiéndose significativa decantación de sólidos suspendidos en el reactor, empleando densidades de potencia del orden de 20-30 HP/mg, podríamos modelar preliminarmente el funcionamiento con k20 = 0.276 y theta = 1.035.

      De tratarse de una celda o laguna aireada en régimen de mezcla completa, i.e. vigorosa agitación/contacto no admitiéndose significativa decantación de sólidos suspendidos en el reactor, empleando densidades de potencia del orden de 100 HP/mg (o más), podríamos modelar preliminarmente el funcionamiento con k20 = 2.5 y theta = 1.085.

     La virtud de estas sencillas fórmulas se alejará en la medida que la aplicación se aleje de un contexto de, por ejemplo efluentes municipales con tiempos de residencia no menores a diez (10) días. 

     Dado que en nuestro caso específico el objetivo es simplemente el iliustrar el empleo de la fórmula por simplicidad adimitiremos llevar adelante el desarrollo con una aritmética  correspondiente a un cuerpo de agua "arbitrario", de dimensiones 88m * 47m * 3m, pendiente 2h:1v, al cual corresponde un volumen útil de aproximadamente 10122 m3 (2.67 mg) y poco más de cuatro (4) días de tiempo de detención hidráulica total en el sistema.

     Los resultados correspondientes a DBO5 = 2000 mg/L y 4.05 días de detención hidráulica total, correspondiendo a 25°C, en la hipóresis de un único recipiente serían los siguientes:

En un régimen de mezcla parcial en una única celda::

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 2000 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(25-20) * 4.05) = ca. 866 mg/L

En un régimen de mezcla completa en una única celda::

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 2000 mg/L / ( 1 + 2.5*1.085^(25-20) * 4.05) = ca. 125 mg/L

     Comparemos estos resultados con una configuración "híbrida" en el cual se propone particionar el reactor en cuatro (4) celdas o zonas "iguales", cada una con un (1) día de detención hidráulica, trabajando las dos (2) primeras celdas en régimen de mezcla completa y las dos (2) subsiguientes en mezcla parcial.  Se obtendrían entonces los siguientes resultados:

* Salida/descarga de la primera celda (régimen CM 1 día de detención)

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 2000 mg/L / ( 1 + 2.5*1.085^(25-20) * 1) = ca. 421 mg/L

* Salida/descarga de la segunda celda (régimen CM 1 día de detención)

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 421 mg/L / ( 1 + 2.5*1.085^(25-20) * 1) = ca. 89 mg/L

* Salida/descarga de la tercera celda (régimen PM 1 día de detención)

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 89 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(25-20) * 1) = ca. 67 mg/L

* Salida/descarga de la cuarta celda (régimen PM 1 día de detención)

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 67 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(25-20) * 1) = ca. 50 mg/L

Típicamente (ley de retornos o beneficios decrecientes), puede verse que no mejora mucho aumentar más la cantidad de subceldas.  En realidad los coeficientes de cada subcelda serían decrecientes para cada etapa dado que el material remanente luego de cada paso denuncia características recalcitrantes versus el material asimilado en las primeras subceldas.     

  

ESTUDIO DE CASO # 2: PEQUEÑA PLANTA PARA 1000 HABITANTES

     Se desea dimensionar en forma preliminar un sistema de tratamiento basado en lagunas aireadas para atender el saneamiento de una pequeña comunidad de 1000 habitantes, estimándose un caudal de 150 m3/día y una DBO5 de 300 mg/L.  En principio se maneja un proceso sin necesariamente el auxilio de retorno de lodos/biomasa.

ESQUEMA TENTATIVO:

Sobre la base de un sistema de tratamiento empleando dos lagunas aireadas en serie, cada una con diez (10) días de tiempo de detención hidráulica y un régimen de mezcla parcial podemos adelantar los siguientos estimativos.

Comportamiento durante período invernal (10°C)

* Salida/descarga de la primera celda (régimen PM)  y 10°C

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 300 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(10-20) * 10) = ca. 102 mg/L

* Salida/descarga de la segunda celda (régimen PM) y 10°C

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 102 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(10-20) * 1) = ca. 35 mg/L

 

Comportamiento durante período estival (24°C)

* Salida/descarga de la primera celda (régimen PM)  y 24°C

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 300 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(10-20) * 10) = ca. 72 mg/L

* Salida/descarga de la segunda celda (régimen PM) y 24°C

     DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 72 mg/L / ( 1 + 0.276*1.035^(10-20) * 1) = ca. 18 mg/L

     Fácilmente puede pensarse en una geometría de celdas de 28m * 28m * 3.1m cada una con un volumen útil del orden de 1512 m3 (0.4 mg), correspondiendo a diez (10) días de tiempo de detención hidráulica en cada etapa.

 

ESTUDIO DE CASO # 3: INDUSTRIA DE CELULOSA Y PAPEL

     Una industria de celulosa y papel desea evaluar alternativas de aireación mecánica a efectos de construir una planta de tratamiento de efluentes estimándose un caudal del orden de 1500 m3/h.  Las recomedaciones de un estudio preliminar indican dimensionar sobre la base de un valor de DBO5 = 800 mg/L y construir una única laguna o pileta artificial con las siguientes dimensiones

 Largo:              630 m

Ancho:                   210 m

Profundidad:         4 m

     El estudio preliminar también especifica que podrá lograrse una reducción de más del 95% de DBO5 con la instalación de un sistema de veintiún (21) aireadores mecánicos de superficie, empleando motores eléctricos de 100 HP, directamente acoplados.

     Realmente, a primera vista parecería que ya está todo resuelto y resta por tanto simplemente poner manos a la obra.  Con los siguientes razonamientos, y si se quiere una simple calculadora, lápiz y papel, procuraremos llevar adelante el capacity planning, ie. estimativo de carga y capacidad asociada requerida de la instalación empleando pautas y standards bastante compartidos, en cierta manera de dominio público y más allá de los intereses de una determinada casa matriz en cuestión, sea fabricante, firma consultora o proveedor de algún bien o servicio.  Idealmente para un proyecto de este porte debería asegurarse el concurso de un profesional especializado.  De todas maneras, a los efectos de desbastar la aplicación es posible analizar el caso e ilustrar conceptos fundamentales sin apelar a modelos o desarrollos numéricos  muy elaborados. 

dimensionamientoS basadoS en DBO5 vs DQO

     La primera “gran” observación que se plantea, especialmente en el contexto de una planta de tratamiento de efluentes de planta de celulosa y papel es el empleo de DBO5 como criterio de dimensionamiento y evaluación de performance.  Lamentablemente es un hábito que lamentablemente se repite en un número de otros sectores, ignorando por ejemplo el impacto ambiental provocado por presencia de nitrógeno y fósforo, y que en ciertas industrias puede mayorar la demanda de oxígeno asociada a la DBO5, e.g. notablemente establecimientos de crianza confinada, pero presente, por distintos motives, en un sin fín de industrias, e.g. láctea, cervercería.  Dicho de otra manera, la DBO5 puede no ser realmente representativa de la cuantificación de material orgánica realmente presente en el líquido.  Por tanto, independientemente de la tecnología de tratamiento seleccionada, habrá un subdimensionamiento [probablemente involuntario] de los equipos y “nadie sabe lo que está pasando o por qué.”  A los efectos de tener una mejor definición del problema a resolver es esencial contar con una caracterización del líquido a tratar, incluyendo por ejemplo presencia de nitrógeno, fósforo y la demanda química de oxígeno DQO.   Cuando decimos esto en realidad no estamos pensando necesariamente en ser más complacientes de lo que requiere la legislación ambiental o las autoridades sino fundamentalmente en tener el control del proceso.  Recordemos que tratamiento de efluentes residuales es esencialmente una especialidad biológica, e.g. vs. potabilización y su gama de procesos físicoquímicos.  Por ejemplo, puede ocurrirnos tener bajos tenores de remoción de DBO5 por deficit de nutrientes y no debido a equipamiento insuficiente   Puede ocurrirnos estar teniendo una excelente remoción de DBO5 en la planta pero descargando niveles monstruosos de nutrientes que simplemente vuelven absurda toda la operación de la planta. 

     En tren de aportar una pauta orientativa en el encaminamiento de soluciones apra este tipo de efluente podemos comentar lo siguente.  En aguas residuales de industria de papel en particular a menudo el cociente DQO/DBO5 es muy alto de tal manera que el valor de DBO5 medido a menudo subestima significativamente la carga orgánica.  Si el cociente DQO/DBO5 es menor a 3 no debería haber inconvenientes en dimensionar el sistema de aireación en base al valor suministrado de DBO5.  Si dicho cociente es mayor, (y hemos visto instancias de 10!!), el dimensionamiento del sistema basado en valores simplemente de DBO5 puede ser demasiado precario.  Nuevamente el objetivo es disponer de “modelo”  o plataforma más o menos confiable de lo que debe o deberás estar ocurriendo.  Ya bastante incertidumbres tiene la actividad industrial para qué agregar más, especialmente cuando puede más o menos tener un idea de “como funcionanr las cosas”?  Dimensionar este sistema basándose en el valor de DBO5 es esencialmente “comenzar con el pie izquierdo”.  Por otra parte podemos anticipar que podríamos desembocar en situaciones como la siguiente, i.e.: poder cumplir con los niveles de descarga de DBO5 pero estar en infracción con los niveles de descarga de DQO.  No sería un resultado sorprendente – la pauta de DQO como parámetro y/o criterio es legendaria en la industria de celulosa y papel y altamente recomendable en todas las otras industrias, haya procesos anaeróbicos o no.  En cierta industria avícola la relación DQO/DBO5 del orden de 10:1 iluminó una gran irregularidad en el funcionamiento interno de la planta de producción, capaz de faenar con un promedio de simplemente nueve litros por ave, cuando “todo el mundo” no podia de bajar digamos entre 16 y 23 litros per cápita.

Capacidad de Asimilación de Presencias de Formas de Nitrógeno y/o Fósforo

            También en el contexto de industria de celulosa y papel podríamos tener que enfrentarnos a requerimientos de descarga de fósforo del orden de 1 mg/L.  La asimilación de fósforo en la remoción de DBO5 mediante las heterótrofas es estimativamente apenas un 1%.  Ie.g. en este caso 800 * .01 = 8 mg/L.  Algo similar con presencia de formas de nitrógeno incluídos en la expresión de Kjeldahl TKN, i.e. en solución acuosa como ión amonio o amoníaco gas más  formas orgánicas, i.e. en este caso 800 * .05 = 40 mg/L.  El sistema preliminarmente propuesto, de funcionar correctamente, asimilaría en regimen del orden de 8 mg/L de P y  40 mg/L de TKN.  Si hay exceso seguirá de largo, si hay deficit no se cumplirá el abatimiento de DBO5 deseado por lo que deberá [necesariamente] suplementarse con, por ejemplo, hidróxido de amonio y/o ácido fosfórico según corresponda.  Esto es un aspecto a veces conocido por algunos encargados de operación.  La prescripción clásica para el tratamiento de superávits de nutrientes es mediante el empleo de celdas o zonas anaeróbicas (para P) y celdas o zonas anóxicas (para TKN).  Preveríamos clásicamente la remoción de DBO5 y nitrificación intencional en las celdas o zonas óxicas, dimensionado el sistema de aireación en forma acorde, e.g. 1.5 lb o kg O2 por cada lb o kg DBO5 y . 4.6 lb o kg de O2 por cada lb o kg de TKN.  Fundamentalmente se trataría de sistemas o procesos de tasa baja, e.g. cociente material orgánico sobre inventario de biomasa (f/m) del orden de 0.1 o 0.05 para el caso de una configuración tipo aireación extendida.

     En realidad lo que procuraremos es poder conciliar, sincronizar y/o compatibilizar las especificaciones de proceso, equipamiento y geometría  manera que la inversión que el posible cliente tenga el mayor retorno de beneficios, fundamentalmente en lo que respecta a la capacidad neta de tratamiento ya en el funcionamiento.

 Interpretación/Análisis o Reconocimiento de las Bases de Diseño del Estudio Preliminar

     Como hemos mencionado el objetivo perseguido es  conciliar y/o compatibilizar las especificaciones de manera que la inversión que el posible cliente tenga el mayor retorno de beneficios, fundamentalmente en lo que respecta a la capacidad neta de tratamiento ya en el funcionamiento.

      Antes de hacer anotaciones o comentarios hagamos un poco de simple aritmética del sistema propuesto prestando atención a ciertas proporciones o relaciones visando reconocer el tipo de proceso visualizado en el estudio preliminar.  Sin mucha ciencia podemos ir haciendo algunos cálculos:

     caudal Q = 1500 m3/h = 1500 m3/h * 24 h/d = 36000 m3/d

magnitud que también nos convendrá expresar para facilitar los comparativas más adelante en otras unidades, e.g. millón de galones por día, a saber:

     caudal Q = 36000 m3/día = 36000 * 10^3 L / ( 3.785 * 10^6) = 9.51 mgd

     Más allá que naturalmente la laguna artificial tendrá sus pendientes, podemos estimar su volumen V:

volumen V = 630m * 210m * 4m = 529200 m3

magnitud que al igual que el caudal  también nos convendrá expresar para facilitar los comparativos más adelante en otras unidades, e.g. millón de galones, o miles de pies cúbicos, a saber:

V = 630m * 210m * 4m = 529200 m3 = 529200 * 35.3145 cu.ft. / m3 = 18688 * 10^3 cu.ft.

V = 529200 m3 = 529200 * 10^3 L / ( 3.785 * 10^6) =  139.8 mg = ca. 140 mg

     Derivamos inmediatamente el tiempo de detención o residencia hidráulico, naturalmente independientemente del sistema de unidades a emplear, a saber

      T = V / Q = 529200 m3 / 36000 m3/d = 14.7 días

     Empleando las fórmulas clásicas, la carga orgánica que recibirá diariamente la planta será, expresada en lbDBO5/día:

     Q mgd * 8.33 * BOD5 mg/L =  9.51 mgd * 8.33 * 800 mg/L = 63374 lbBOD/day

Dividiendo por 2.2046 para convertir  a kgDBO/día obtenemos 

     28747 kgDBO/día

 verificación: 36000 m3/día * 800 mg/L =

     36000 * 10^3 L/día * 800 mg/L / 10^6 mg/kg = 28800 kgDBO/día

     En las especificaciones no se ha mencionado un nivel objetivo del inventario de biomasa por lo que “técnicamente” no podríamos calcular el cociente carga orgánica sobre inventario de biomasa.  De todas maneras podemos sí calcular el cociente carga orgánica volumétrica que nos resultará conveniente expresar en distintos sistemas de unidades:

      lbBOD/day per 1,000 cu.ft.

      63374 lbBOD/day / 18688 = 3.39 lbBOD/day per 1,000 cu.ft.

      kgDBO per m3

     28747 kg/day / 529200 m3 = 0.054 kg/día por m3

      Es muy importante expresar la densidad de potencia propuesta por el estudio preliminar en cualquiera de los sistemas de unidades.  Para facilitar las comparaciones con la literatura y las curvas de densidad de potencia disponibles derivamos las siguientes relaciones:

densidad de potencia en HP por megagalón de tanque, i.e. HP/mg tank:

            21 aireadores * 100 HP /  volumen de tanque V =

            21 * 100 HP /             139.8 mg = 15 HP/mg

densidad de potencia en HP por 10^ 3 cu.ft. , i.e. HP per 1,000 cu.ft. tank

            21 aireadores * 100 HP /  cada k de volumen de tanque V  =

            21 * 100 HP /             18688 k cu.ft. = 0.112 HP /  kcu.ft.

densidad de potencia en kW por m3. , i.e. kW/m3

            21 aireadores * 100 HP /  (  1.34 * 529200 m3 ) =  0.296 kW/m3

     A partir de la información del estudio preliminar, podemos tener una idea del diámetro de la zona de influencia o alcance prevista para cada unidad, más allá de la conformación o ubicación exacta de cada unidad.  De acuerdo entonces a dichos datos a cada aireador le correspondería “atender individualmente” la siguiente área:

            630m * 210m / 21 aireadores =  6300 m2 = ca. 79.4m * 79.4m = ca. 80m * 80m

     Sin mucha complejidad podemos recalcular el caballaje propuesto por el estudio preliminar visualizando un contexto bastante standard, i.e. estimar el impacto o deficit de oxígeno en el transcurso de más días, clásicamente empleando un multiplicador de 1.5 y  en ausencia de mejor caracterización un valor de 0.7 como factor de de-rating para compensar la pérdida de transferencia de oxígeno en condiciones standard al colocar los equipos en el campo.

A partir de lo ya obtenido más arriba

     Q mgd * 8.33 * BOD5 mg/L =  9.51 mgd * 8.33 * 800 mg/L = 63374 lbBOD/day

Luego los requerimientos de oxígeno en condiciones de campo resultan:

      AOR = 63374 lbBOD/día * 1.5 lbO2/lbBOD / 24 = 3960 lbO2/hr

Siendo que supusimos AOR / SOR = 0.7 la capacidad de oxigenación expresada en condiciones standard resulta:

     SOR = AOR / 0.7 = 3960 / 0.7 = 5659 lbO2/hr

Si estamos pensando en unidades flotantes con acople directo podemos pensar un valor razonablemente compartido de no más de 2.5 lbO2/hr per HP.  Luego para cumplir con el servicio deseado deberemos instalar según resulta

     5659 lbO2/hr / 2.5 lbO2/hr per HP = 2264 HP para oxígeno de proceso

donde nos da una discrepancia de apenas 163 HP o prácticamente un 8% con respecto a los 2100 HP del estudio preliminar.  Nótese que estamos trabajando sobre la base de un equipo con rendimientos documentados y valores compartidos entre distintos fabricantes de equipamiento, si se quiere en el rango 2.3 – 2.5 lbO2/h per HP en la tecnología indicada preliminarmente, i.e.aireación mecánica, flotante/superficial, con acople directo.  Al igual que cualquier otro proceso o cálculo industrial, típicamente se asociaría un márgen de seguridad, sea 1.2, 1.3 .. 1,5, a discreción/criterio de cada proyectista.

Finalmente una idea de la velocidad de canal sería:

velocidad de canal = caudal Q / área sección = 1500 m3/h / (  210m * 4m ) =  1.79 m/h =

            que consideramos conveniente expresar en pie/sec (fps)

1.79 * 3.28 / (60 * 60) = 0.0016 fps

     nota: la velocidad de canal de diseño en una zanja de oxidación puede oscilar entre digamos 1 y 2 fps; en las piletas o bateas de torres de enfriamiento se procura mantener típicamente valores similares de manera de intencionalmente provocar o colectar sedimentos en dicha zona, a efectos de evitar la deposición en puntos más perjudiciales del circuito de agua de enfriamiento.

     Si bien todos reconocemos las enormes dificultades en asociar un grado de predictibilidad a un tal sistema, el propio porte de la planta e inversión involucrada recomienda una revisión lo más cuidadosa posible del diseño esbozado en  el estudio preliminar así como explorar y/o cuantificar alternativas.  A posteriori naturalmente se procederá como se quiera o como se pueda, por ponerlo de alguna manera, e.g etapas/fases.

     Un poco de acuerdo a los valores resultantes en el ya realizado reconocimiento de las bases de diseño del estudio preliminar, la interpretación más sencilla del modelo de proceso o tratamiento propuesto en forma preliminar correspondería a una única gran celda o laguna con niveles de mezcla parcial.  Históricamente los sistemas de lagunas aireadas de mezcla parcial se dimensionaban simplemente calculando el caballaje requerido para transferencia de oxígeno, tal como lo recalculamos, sin pretender o procurar evitar decantación de biomasa u otros sólidos suspendidos.  Por esta razón el dimensionamiento de las celdas o lagunas artificales se planifica suficientemente generoso de manera de minimizar necesidades de purga, drenaje o limpieza/ mantenimiento, en algunos casos lapsos de varios meses, e.g. 7 meses, hasta incluso varios años, e.g. 12 años o más.

     Desde que fueron introducidos en 1963, los aireadores superficiales del tipo mecánico en consideración, su empleo en sistemas de lagunas como las mencionadas ha sido extremadamente popular y gradualmente se han ido incorporando recomendaciones de empleo y diseño.  Por otro lado, las propios sistemas de lagunas de mezcla parcial han sido objeto de estudios exhaustivos fundamentalmente visando modelar de alguna manera su performance.  Afortunadamente existe bastante consenso en cuanto a estos dos aspectos, i.e. el empleo de aireadores como los considerados y el empleo de lagunas o sucesión de lagunas en régimen de mezcla parcial.  Esto nos permitirá adjuntar o proponer un modelo relativamente sencilo asociado a cada escenario o contexto de datos.

LINEAMIENTOS NUMERICOS PARA UNA SITUACION MODELADA 

     Aún cuando el estudio preliminar inesperadamente no hace mención al modo en que se supone  evolucionará el sistema, es prácticamente unánime el empleo de alguna forma numérica o fórmula para explicar o describir el andamiento del proceso y recién entonces elaborar alternativas y compararlas.  Más allá de la precariedad de todos los días, muestreos recientes ausentes, imperfecciones en la caracterización y/o métodos analíticos, no es bueno comenzar un proyecto sin una hoja de ruta o plan tentativo.  Nadie dice necesariamente que se vaya a cumplir pero siempre estaremos más cerca de resolver la situación con un marco por más tentativo que sea.  

     Sea en régimen de mezcla completa o mezcla parcial,  podemos proponer evaluar el funcionamiento de una celda o laguna aireada individual mediante la siguiente expresión:

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) 

siendo

     k = k20 * theta^(T-20°C) (básicamente clásica corrección por temperatura/Arrhenius)

     t = tiempo de residencia hidráulica (días)

      De tratarse de una celda o laguna aireada en régimen de mezcla parcial, i.e. simple dispersión de oxígeno admitiéndose significativa decantación de sólidos suspendidos en el reactor, empleando densidades de potencia del orden de 20-30 HP/mg, podríamos modelar preliminarmente el funcionamiento con k20 = 0.276 y theta = 1.035.

      De tratarse de una celda o laguna aireada en régimen de mezcla completa, i.e. vigorosa agitación/contacto no admitiéndose significativa decantación de sólidos suspendidos en el reactor, empleando densidades de potencia del orden de 100 HP/mg, podríamos modelar preliminarmente el funcionamiento con k20 = 2.5 y theta = 1.085.

     La virtud de estas sencillas fórmulas se alejará en la medida que la aplicación se aleje de un contexto de, por ejemplo efluentes municipales con tiempos de residencia no menores a diez (10) días.  

    En nuestro caso los resultados correspondientes a DBO5 = 800 mg/L y 14.7 días de detención hidráulica, correspondiendo a 20°C, serían los siguientes:

En un régimen de mezcla parcial (densidad de potencia 20 HP/mg):

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 800 mg/L / ( 1 + 0.276 * 14.7) = ca. 159 mg/L

alternativa/configuración a la cual deberá instalarse 140 mg * 20 HP/mg = ca. 2800 HP

 

En un régimen de mezcla completa (densidad de potencia ca. 100 HP/mg):

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 800 mg/L / ( 1 + 2.5  * 14.7) = ca. 22 mg/L

alternativa/configuración a la cual deberá instalarse 140 mg * 100 HP/mg = ca. 14000 HP

 

Decididamente estos números nos sugieren revisar un poco las recomendaciones del estudio preliminar y tal como comentáramos antes compatibilizar o balancear el equipamiento a instalar y las dimensiones físicas de los cuerpos de agua a construir.

Por un lado vemos que el caballaje de requerimiento de oxígeno rondaba 2264 HP para oxígeno de proceso.  Si anotábamos que para dispersión de oxígeno especificáramos una densidad de potencia del orden de 20 HP/mg, si instalásemos unicamente esa capacidad el volumen realmente oxigenado "teórico" correspondería a:

     2264 HP /  20 HP/mg = ca. 113.2 mg

siendo Q * T = V resultaría

     tiempo de detención hidráulica T = V / Q = 113.2 mg  / 9.51 mgd = ca. 12 días

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 800 mg/L / ( 1 + 0.276 * 12 ) = ca. 186 mg/L

Sea que optáramos por un caso u otro, e.g. 2264 HP con 12 días de detención o 2800 HP con 15 días de detención en cierta manera estamos proponiendo un marco bastante consistente sintetizado en algo de denominaríamos "la alternativa de laguna de mezcla parcial."  Es cierto que mediante del empleo de particiones o celdas, pueden mejorarse los resultados de la planta.  El mismo equipamiento de aireación tiene o puede tener diferente "productividad" de disponerse en una única celda o distribuído en tres particiones o subceldas de la misma, i.e. la suma de los AORs es mayor que el AOR de disponerlos en una laguna sin particionamiento.  Veamos esto modelando el funcionamiento en tres (3) celdas de mezcla parcial en serie, con sea 4 o 5 días de detención hidráulica cada una:

Para 12 días (3 * 4 días) y ca. 2264 HP:

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 800 mg/L / ( 1 + 0.276 * 4 ) = ca. 381 mg/L

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 381 mg/L / ( 1 + 0.276 * 4 ) = ca. 182 mg/L

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 182 mg/L / ( 1 + 0.276 * 4 ) = ca.  87 mg/L

   

Para 15 días (3 * 5 días) y ca. 2800 HP:

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 800 mg/L / ( 1 + 0.276 * 5 ) = ca. 337 mg/L

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 337 mg/L / ( 1 + 0.276 * 5 ) = ca. 142 mg/L

DBOout = DBOin / ( 1 + k * t ) = 142 mg/L / ( 1 + 0.276 * 5 ) = ca.  60 mg/L

 

Más allá del preciosismo numérico es clara la conclusión "cualitativa", e.g. beneficio de segmentar el único reactor previsto mediante e.g. simples cortinas flotantes.  Asimismo, y si bien hemos hecho muchos razonamientos de tipo "volumétrico" (i.e. por unidad de volumen de cuerpo de agua) es muy importante que la función primordial de los sistemas de aireación de sufperficie es fundamentalmente correctamente mantener oxigenada la capa superior; estamos hablando de adecuada cobertura por parte de los aireadores a instalar de toda la superficie expuesta de la laguna - en realidad este es el verdadero "secreto" de un sistema de lagunas aireadas.

Para visualizar en forma más concreta los comentarios del párrafo anterior es útil recordar que cada aireador, groseramente según su potencia, dos diámetros de alcance o influencia asociados: 1. el denominado diámetro de dispersión de oxígeno y 2. el diámetro de mantenimiento de mezcla completa, siendo el primero, a igualdad de potencia,  típicamente tres o cuatro veces el segundo.

En el contexto [hipotético!] de mezcla completa mencionado, y suponiendo emplear unidades de 75 HP cada una precisaríamos del orden de 200 unidades para hacer frente a la cobertura de área deseada.  Para tener una idea del diámetro de influencia/mantenimiento de mezcla completa sería algo del estilo:

diámetro de mezcla completa = (área de laguna aireada / cantidad de centros de mezcla)^0.5  =

     [630m * 210m / ( 216 unidades)]^0.5 =  ca. 25 m

 

En el contexto [hipotético!] de mezcla parcial mencionado, y suponiendo emplear unidades de 25 -30 HP cada una, precisaríamos del orden de 108 unidades para hacer frente a la cobertura de área deseada implementando solamente dispersión de oxígeno.  Para tener una idea del diámetro de influencia/mantenimiento de mezcla parcial/dispersión de oxígeno sería algo del estilo:

diámetro de mezcla parcial = (área de laguna aireada / cantidad de centros de mezcla)^0.5  =

     [630m * 210m / ( 108 unidades)]^0.5 =  ca. 35 m

 

 

Sumariamente podría plantearse la  alternativa de una planta de lodos activados en modalidad aireación extendida (en algunas de sus formas, e.g. zanja de oxidación) básicamente dimensionada alrededor de un cociente carga orgánica sobre inventario de biomasa F/M = ca. 0.1, y tasa hidráulica del orden de 300 gpd/sq.ft. para el clarificador secundario, edad de lodos a determinar.

Suponeindo un valor de MLSS del orden de 3000 mg/L el volumen del reactor sería entonces

volumen tanque alternativa aireación extendida = 9.51 mgd * 800 mg/L / ( 3000 mg/L * 0.1) = ca. 25.4 mg  (megagalones de tanque) 

          nota: versus 140 mg del estudio preliminar, ca. 5.5 veces mayor para "hacer lo mismo"  

Tiempo de detención hidráulica = V / Q = 25.4 / 9.51 =  2.7 días.

Teniendo en cuenta el significativo control de proceso que se dispondría amén del mejoramiento en los standards de descarga de la planta parece un mejor contexto para el equipamiento a adquirir.  Nótese que el mantenimiento de mezcla completa indicaría instalar aprox. 25.4mg * 100 HP/mg = 2540 HP, perfectamente dentro de los rangos de caballaje que estábamos pensando instalar, incluso en la alternativa de sucesión de lagunas de mezcla parcial.  La ventaja de proponer una celda óxica con retorno de lodos tendría también el atractivo de poder incluir en la planificación controles de proceso adicionales a futuro.  No tiene por qué ser necesariamente el caso pero podría haber excedente de nutrientes o instancias de cloratos, resolubles mediante la inclusión de celdas anóxicas o anaeróbicas según corresponda. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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