2008-05-24T11:10:00.000-07:00

PROBLEMÁTICA EN EL DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
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Es importante que el operador conozca este tema, sin su conocimiento le será difícil optimizar y mantener el sistema de tratamiento biológico.

COMENTARIO:

Diseñar un sistema de tratamiento biológico que cumplan con las exigencias en las ecuaciones de diseño, no es nada fácil, pues garantizar y conocer con pocas ecuaciones el crecimiento bacterial que incluyan todos los factores que lo afectan, involucran un calculo complejo por los números de términos y constantes que se deben incluir en las ecuaciones que definen el diseño.

¿ Que hace el Ingeniero que diseña el sistema de tratamiento biológico?, simplemente simplifica las ecuaciones y hace suposiciones para minimizar las expresiones matemáticas.

Una de las principales suposiciones del diseño es la del ESTADO ESTACIONARIO, la cual establece que en el tratamiento NO HAY ACUMULACIÓN DE MASA MICROBIANA EN TODO EL SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLOGICO.

Como es sabido, las ecuaciones de diseño son obtenidas de balance de masa ( y del sustrato ) ya sea en el reactor biológico solo o incluyendo también el sedimentador secundario.

ACUMULACIÓN= ENTRADA - SALIDA + PRODUCCIÓN

El termino ACUMULACIÓN es una derivada cuya resolución es una integral que implica dos constantes adicionales que son necesarias conocerlas.

El ingeniero hace este término ACUMULACIÓN = 0 y elimina este miembro de la ecuación simplificándola significativamente la ecuación de diseño:

CERO = ENTRADA + SALIDA + PRODUCCIÓN

EJEMPLO:

Mediante un balance de masa en el reactor biológico se llega a la conocida expresión que permite calcular el volumen del reactor biológico de un sistema de Lodos Activados tipo mezcla completa.

Q . Qc . Y ( So - Se )
V = ----------------------------------- ( A )
X . ( 1 + Kd . Oc )

Donde:
Q = CAUDAL A TRATAR
Oc = TIEMPO DE RETENCIÓN CELULAR
Y = CONSTANTE DE PROPORCIONALIDAD (CRCIMIENTO BACTERIAL )
X = MASA MICROBIANA EN EL REACTOR BIOLÓGICO
Kd = DECAIMIENTO BACTERIAL, día-1
So – Se = DIFERENCIA ( DBOENTRADA – DBOSALIDA )

Pero cuando el Ingeniero hace esta suposición, OBLIGA al operador a OPERAR el sistema de tratamiento en estado estacionario; es decir, debe MANTENER la masa microbiana en el reactor biológico constante, lo cual no es nada fácil, pues debe encontrar un parámetro que le permita cuantificar realmente esta masa microbiana. Generalmente el operador usa algunos de los siguientes métodos para determinar la masa microbiana:

Parámetro Usualmente Usado	Comentario
X: SS en el reactor biológico	Practico pero no representa la masa microbiana, existen solidos suspendidos que NO SON microorganismos.
Xv: Solidos Suspendidos Volátiles	Existen solidos suspendidos volátiles que no son microorganismos, además el método es algo laborioso.
Sólidos Sedimentables 1/2 hora	Muy practico, pero poco representativo, pues depende de la densidad que tenga el lodo en el momento de la medida y de la naturaleza floculante o no del floc-biológico.
Vr/Vx: Relación volumen del lodo recirculado al volumen de X.	Es muy práctico pero requiere de centrífuga.
Otros métodos: nitrógeno proteico, ADN, etc.	Costoso

NOTA: Usualmente el operador utiliza X para su control biológico para mantener la masa microbiana constante en el reactor biológico.

Pero además, quedan otros problemas en simplificación del diseño ¿ Cuanto valen las constantes cinéticas Y e Kd ?.

Usualmente el Ing toma los valores de estas constante de la literatura extrajera que en casi todos los casos NO corresponden a la realidad nacional.

¿ Explique como haría usted para determinar estas constantes cinéticas? Además todavía quedan otros problemas en la ecuación simplificada, el Ingeniero supone.

Otras suposiciones:

.- La ecuación de la remoción del sustrato es de primer orden; es decir:

dS/dT = K Sn ; y el valor del exponente n igual a 1 ¿ Pero es realmente 1?

dS/S = K dT, Fácil resolver, porque la solución es un neperiano.

¿ Quien es en realidad Kd ?

Kd es por así decirlo, una constante de proporcionalidad que permite cuantificar todas aquella masa microbiana que no participa en el crecimiento bacterial dX/dt = Y dS/dT - Kd . X

Kd incluye:
.-Microorganismos no viables
.- Microorganismos que abandonan el sistema de tratamiento
.- Microorganismos superiores que utilizan como sustrato a los microorganismos que si participan en el crecimiento bacterial (ejm: protozoarios o rotíferos ) Para simplificar estos términos se utiliza la expresión:

Kd = K1, K2, K3 + ..... Kn . Se tiene: = K1 = K2 = k3 = Kn = Kd

Pero realmente K1 = K2 = K3 ? por supuesto que NO

Otras suposiciones son:

.- La masa microbiana en el reactor biológico es mucho mayor que la existente en el sedimentador secundario. Esto en ocasiones no es verdad, en especial cuando el operador no recircula adecuadamente (por déficit ) el caudal del lodo recirculado.

.- La actividad biológica en el sedimentador secundario es NULA:

¿ Usted no ha visto emerger gases proveniente del fondo del sedimentador?
¿ descomposición anaeróbica, desnitrificación?. Usted puede medir la concentración
de oxigeno disuelto en el sedimentador secundario y podría observar que su valor disminuye. ¿ Porque?, ¿Quién lo consumió?.
Todo lo indicado anteriormente, obliga al operador conocer estas aproximaciones
y suposiciones porque cuando no se cumplan, el sistema de tratamiento no puede obtener lo que se le exige ( es decir, la eficiencia deseada). Es por ello que la responsabilidad del operador es fundamental

Pregunta:
Existen manuales de operación en la cuenca del lago de Valencia que definen las condiciones operacionales al operador en el sistema de tratamiento biológico

Haga un comentario al respecto.

Problema:
Considérese los siguientes valores (exactos ) para el diseño de un sistema de lodos activados.
Y = 0,5 grx/ / grs
Kd = 0,2 día-1

Para el diseño se toman los valores de:

O = 1000m3/día
Oc = 20 días
X = 3000mg/l
So y Se 400 y 60 mg/l respectivamente

Si el Ingeniero diseñó el sistema con valores de la literatura de Y = 0,7 grX/grS y Kd= 0,1 día-1 ¿ En cuanto se estima aumenta el costo del tratamiento por m3 de tan que, si el valor de este es de 500Bs/litro ?.

Resp: Utilizando la expresión ( A ) resulta:
Volumen del tanque correcto = 226m3
Volumen del tanque incorrecto, con los valores de las constante de la literatura es: V = 528m3

Volumen en exceso ( SOBRE DIMENSIONADO ) = 302m3
Costo de este volumen en exceso unos Bs 150 millones ( aprox. ). Para principio
del 2008.

NOTA: HAY CASOS DONDE SE DISEÑA EN CONDICIONES NO ESTACIONARIA; TAL ES EL CASO DE LOS SISTEMAS SBR (SECUENCIA REACTOR BIOLÓGICO) DONDE EL DISEÑO ES EN FASE NO ESTACIONARIA; ESTOS SISTEMAS SE DISEÑAN EN FORMA EMPÍRICA Y SIN EXPERIENCIA EN EL PAÍS. EXISTEN EN EL PAÍS (UNOS CINCO SBR) SON UNOS DESASTRES OPERACIONALES INCLUYENDO UNO POR EL ORIENTE QUE TRATA SIMPLE AGUAS NEGRAS.

Diseño de Sistemas de Tratamiento Biológico