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Curso Gestin y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios Lima Septiembre 2014
DISEO DE REACTORES UASB
Fernando Fdz-Polanco
Grupo de Tecnologa Ambiental
Dpto Ingeniera Qumica y Tecnologa del Medio Ambiente
Universidad de Valladolid (Espaa)
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
Curso Gestin y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios
Lima 11 14 Septiembre 2014
Curso Gestin y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios Lima Septiembre 2014
ETAPAS DEL PROCESO
1. DEFINICIN DEL PROBLEMA
2. DISEO CONCEPTUAL
3. INGENIERIA BSICA
4. INGENIERIA DE DETALLE
5. CONSTRUCCIN
ARRANQUE Y OPERACION
Curso Gestin y Tratamiento de Efuentes y Residuos Agroindustriales y Pecuarios Lima Septiembre 2014
1. DEFINICION
DATOS DE PARTIDA
ORIGEN DEL EFLUENTE. UBICACIN PLANTA
CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE
CAUDAL (F) y COMPOSICIN (S)
C y F = f (t), variavilidad horaria y estacional
DATOS FINALES
NORMATIVA LEGAL
NIV
EL
MN
IMO
DE
TR
ATA
MIE
NT
O
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1. DEFINICION DEL PROBLEMA.
ORIGEN
- TIPO DE ACTIVIDAD. Forma de trabajar.
- VALORES TPICOS DEL SECTOR
(m3 efluente/ t producto; kg DQO / t producto)
- UBICACIN PLANTA
Topografa. Datos climatolgicos
Segregacin pluviales, servicios e industrial
Superficie disponible
Bibliografa previa
Visita sitio, entrevistas personales
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1. DEFINICION DEL PROBLEMA.
CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE
CAMPAA DE MUESTREO (Periodicidad y duracin)
PARAMETROS A ANALIZAR
TOMA Y CONSERVACIN DE LAS MUESTRAS
VARIACIN EN EL TIEMPO
(turnos, das, fines de semana, poca del ao)
VALORES PROMEDIO REPRESENTATIVOS
(Caudal Y Cargas)
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E = eficacia de eliminacin (%)
Cinf = concentracin de contaminante en influente (mg/L)
Cefl = concentracin de contaminante en el efluente (mg/L)
CLCULOS BSICOS. Eficacia de eliminacin
100
inf
inf
C
CCE efl
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THR = (h)
V = volumen (m3)
Q = caudal (m3/h)
Q
VHRT
(THR o HRT)
CLCULOS BSICOS. Tiempo Hidrulico de Residencia
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CLCULOS BSICOS. Tiempo de Retencin CelularEdad del fango
DQOr- .Y SSVC . V
C
V = Volumen reactor (m3)
CSSV = CONCENTRACIN SSV (kg SSV/ m3)
Y = Tasa de crecimento celular ( kg SSV/kg DQOELIM)
rDQO = velocidad eliminacin DQ= ( kg DQOElim / d)
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us= velocidad ascensional (m/h)
A = rea del reactor (m2)
h = altura del reactor (m)
Velocidad ascensional (Vup)
CLCULOS BSICOS. Velocidad superficial (us)
Q = us.A
Q = V/THR
V = A . h
Us = h / THR
A
Qus
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B = carga orgnica (kgDQO/d)
BV = carga orgnica volumtrica (kgDQO/m3react .d)
C = concentracin (kgDQO/m3)
BX = carga orgnica del lodo (kgDQO/kgSSV.d)
X = lodo activo en el reactor (kgSSV/m3)
L = carga hidrulica especfica (m3influente/m3reactor.d)
HRT
C
V
CQBV
XV
CQBX
HRTV
QL
1
CQB
CLCULOS BSICOS. Carga orgnica
V
B
V
CQBV
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CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H20
16 g CH4 + 64 g O21 g CH4 4 g O2
1 g de metano = 4 g DQO
CLCULOS BSICOS. DQO de CH4
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64 g (1mol) AcH 16 g CH4 (1 mol) 22.4 L CH4 (STP)1 g COD-AcH 0.350 L (STP)
CH3COOH CH4 + CO2
1 kg de DQO eliminada = 350 L de metano en CNPT
CLCULOS BSICOS. Produccin de biogs
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CLCULOS BSICOS. Conversin condiciones P y T
P.V = n.R.T
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2. DISEO CONCEPTUAL
DATOS DE PARTIDA
ALTERNATIVAS
SELECCIN DE ALTERNATIVAS
DIAGRAMA DE BLOQUES
DIAGRAMA DE FLUJO
3. INGENIERIA BSICA
BALANCES DE MATERIA
DIMENSIONAMIENTO
ESPECIFICACIN EQUIPOS
PRE-EVALUACIN ECONOMICA
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CASO PRCTICO CERVECERA.
- DATOS DE PARTIDA
Produccin anual 4 M hl / ao (unidades cada sector)
4 Meses doble de produccin que el resto
Meses bajos: 200 m3/d, DQO = 6500 mg/L
Meses altos: 400 m3/d, DQO = 5900 mg/L
- COMPARAR CON VALORES ESTNDAR DEL SECTOR
(4 L agua residual/L cerveza; DQO = 4000 mg/l)
FUERA DE LIMITES ESTANDAR
- PROPUESTA DE MEDIDAS INTERNAS DE AHORRO
- PROPUESTA DE MUESTREO (COSTE)
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DATOS DE PARTIDA
CAUDAL MEDIO TEMPORADA ALTA
TANQUE HOMOGENEIZACIN
PARMETROS MEDIOS
SST, SSV (Pretratamiento)
DQO (aerobio /anaerobio)
Biodegradabilidad (DBO5/DQO) BMP
N y P (eliminar o aadir)
Micronutrientes
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ALTERNATIVAS
1. LINEA DE AGUA
- TANQUE DE DESASTRES
- PRETRATAMIENTO
Tamices fijos o rotatorios
Sedimentacin
Filtracin
- HOMOGENEIZACIN
Con o sin aeracin
- ADECUACIN
Control de Ph
Aditivos
- TRATAMIENTO
Fsico-qumico
Biolgico
Aerobio
Anaerobio
Combinado
- POST-TRATAMIENTO.
Eliminar
SST, DQO, N, P
Color
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ALTERNATIVAS
2. LINEA DE SOLIDOS
- OPERACIN
Pretratamiento
Biolgico
- MANTENIMIENTO
TANQUES
ANAEROBIO
3. LINEA DE GAS
- BIOGAS
SEGURIDAD (Antorcha)
APROVECHAMIENTO
Motor
Otras /Tratamiento
- OLORES
Lavado qumico
Biofiltros
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SELECCIN DE ALTERNATIVAS
PROCESO BIOLGICO
CONSUMO DE ENERGIA
PRODUCCIN DE FANGOS
(Caso prctico)
DIAGRAMA DE BLOQUES
DIAGRAMA DE FLUJO
BALANCES DE MATERIA
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INGENIERIA BSICA
- DIMENSIONAMIENTO TANQUE DE HOMOGENEIZACIN
Valores tpicos THR. 12 < THR < 24 h
- DISEO UASB
-Tamao (V), Forma (rectangular, circular)
Dimensiones (base, altura)
- Velocidad ascensional/Recirculacin
- Separador trifsico
- Evacuacin efluente
- Sistema de alimentacin- Salida biogs
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DISEO UASB
CRITERIOS CLCULO DEL TAMAO
CARGA VOLUMETRICA Bv (Kg DQO/m3.d)
( 2 < Bv < 12 )
TIEMPO HIDRAULICO THR (h)
( 4 < h <
CUMPLIR AMBOS SIMULTANEAMENTE
ADOPTAR EL MAS RESTRICTIVO (BV, THR)
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Q = 1000 m3/d, DQO = 0,5 kg/m3 Carga (C) = (1000) (0,5) = 500 kg DQO/d
Suponiendo Bv = 10 kg DQO/ m3. d
Bv = C/VR VR = 500/10 = 50 m3
THR = Vr/Q = 50/1000 = 0,05d = 1,2 h < valor mnimo RECALCULAR
Suponiendo THR = 6 h = 0,25 d
VR = (1000) (0,25) = 250m3
Bv = 500/250 = 2 kg DQO/ m3. d ADECUADO
VALORES DE DISEO
VR = 250m3 ; THR = 6 h ; Bv = 2 kg DQO/ m
3. D
EJEMPLO AGUA DILUIDA
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Q = 1000 m3/d, DQO = 50 kg/m3 Carga (C) = (1000) (50) = 50000 kg DQO/d
Suponiendo Bv = 10 kg DQO/ m3. d
Bv = C/VR VR = 50000/10 = 5000 m3
THR = Vr/Q = 5000/1000 = 5 d (Valor elevado, pero Bv es suficientemente alta)
VALORES DE DISEO
VR = 5000 m3 ; THR = 5 d ; Bv = 10 kg DQO/ m
3. d
EJEMPLO AGUA CONCENTRADA
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VELOCIDAD ASCENSIONAL Y RECIRCULACIN
Caso 1.
S = VR/h = 250/6 = 41,6 m2
us = Q/S = (1000/24) / 41,6 = 1 m h-1 (Razonable)
Caso 2.
S = VR/h = 5000/6 = 833 m2
us = Q/S = (1000/24) / 833 = 0,05 mh-1
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Sedimentacin
Manto de lodo
Lecho de lodo
Extraccin
de lodo
Agua residual
Caja de distribucin
Agua tratadaCanaleta
de efluenteBiogs
Colector
de gasApertura
Biogs
Deflector
Baffle
Inyeccin
(zona de
aquietamiento)
(concentracin;
TRS mnimo)
(concentracin;
TRS mnimo)
(tasa de crecimiento lodo)
(concentracin; Vup)
(nmero)
(carga de gas)
(ngulo)(velocidad)
(densidad) (ngulo;
superposicin)
(ngulo)
SEPARADOR TRIFASICO
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SEPARADOR TRIFASICO
CRITERIOS BSICOS
Toda la seccin cubierta
Velocidad de paso en estrechamientos < 4 us (4 SPASO < SREACT)
Seccin rectangular mas sencillo
Angulos > 45 (resbalar lodo)
Superposicin campana placa deflectora > 0,15 m
Altura total < 2 m
Anchura 1,5
Separacin = Anchura
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Chernicharo
Diseo de reactores UASB
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Separador Gas-Lquido-Slido (GLS)
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Placas de concreto. Pueden perder gas
Caja de
distribucin
Deflector
Colector de
biogs
Canaletas de
efluente
Separador Gas-Lquido-Slido (GLS)
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30
Egipto
Diseo de reactores UASB
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Biogas
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Caja de distribucin Canaleta de efluente
Corrosin
Primeros sistemas
Sistema de distribucin de influente
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SALIDA EFLUENTE
CAMPANA
CANALETA
EFLUENTE
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Gua para AR solubles: 2-3 m2 por punto de inyeccin
Sistema de distribucin de influente
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Sistema de distribucin de influente
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Sistema de distribucin de influente
Caja de distribucin rectangular
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Caja de distribucin de fibra de vidrio
MantenimientoTubo tapado
Sin corrosin
Sistema de distribucin de influente
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Sistema de distribucin de influente
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Sistema de distribucin de influente
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SISTEMA DISTRIBUCION INFLUENTE
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Descarga de lodos
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Biogs
Sistema de purificacin y quema
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Biogs
Antorchas
Brasil
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Caudal influente y efluente
Temperatura y pH (partes bajas del reactor)
Caudalimetro de biogs
Composicin del biogs (CO2, H2S)
Aditivos
Equipos auxiliares
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Sobre el agua el oxgeno oxida el H2S a sulfato baja el pH a nivel local afecta concreto y acero
Bajo agua CaO del concreto se disuelve en presencia de H2CO3 (CO2 disuelto)
Usar materiales adecuados
Acero inoxidable
Plsticos
Coberturas epoxi
Concreto recubierto mejor que acero recubierto
Otros materiales nuevos
Corrosin
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DISEO DE REACTORES UASB
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Lima 11 14 Septiembre 2014