Proceso de Tratamiento Biológico de Aguas Residuales: Interpretación de la Capacidad y Equipos de Aireación
Por: Kate Nana
Fecha de publicación: 21 de marzo de 2025
Etiquetas de la publicación: Tratamiento biológico de aguas residuales: interpretación de la capacidad y el equipo de aireación
Proceso de Tratamiento Biológico de Aguas Residuales: Interpretación de la Capacidad y Equipos de Aireación
1. El papel de la aireación
La aireación tiene dos funciones principales. Una es mezclar y remover para acelerar la homogeneización de las aguas residuales (el tanque de ecualización solo tiene la función de homogeneización, mientras que el tanque de aireación, además de la homogeneización, previene la sedimentación de lodos); la otra es alimentar a los microorganismos aeróbicos. El oxígeno participa en las actividades metabólicas de estos microorganismos. Las funciones específicas son las siguientes:
Suministro de oxígeno
Mezclar y remover
A través del flujo de aire generado por aireación o agitación mecánica, las aguas residuales y los lodos activados se mezclan completamente para garantizar un contacto uniforme entre microorganismos y contaminantes y mejorar la eficiencia del tratamiento.
Prevenir la sedimentación de lodos
Eliminación de sustancias volátiles
2. Método de cálculo de la aireación
Los métodos de cálculo se dividen principalmente en fórmulas empíricas y fórmulas teóricas. Las fórmulas empíricas son parámetros empíricos obtenidos a partir de múltiples casos reales, que pueden utilizarse como verificación de datos o como métodos de cálculo para personal no profesional. Se caracterizan por su facilidad de aprendizaje y rapidez de cálculo, pero presentan una gran desviación numérica. Las fórmulas teóricas son dos fórmulas de uso común en los libros de texto sobre tratamiento de aguas. Sin mencionar a los profanos, incluso a los expertos les resultará difícil comprenderlas. Son relativamente complejas e involucran más parámetros (como la temperatura del agua, la saturación de oxígeno, la altitud, la corrección de la calidad del agua, etc.). La ventaja es su relativa precisión. Por supuesto, la precisión también puede ser una desventaja. Los indicadores reales de calidad del agua de una planta de tratamiento de aguas residuales presentan un cierto rango de fluctuación, y los valores calculados inicialmente no son necesariamente precisos. El objetivo principal del cálculo del volumen de aireación es obtener un rango aproximado de suministro de oxígeno y luego ajustarlo y corregirlo en función del índice de OD monitoreado en tiempo real en el sitio.
Datos de referencia: La planta depuradora trata 200m³/d de agua, la DQO se calcula en 500mg/L y la DBO se calcula en 300mg/L, que son similares a las aguas residuales domésticas.
2.1 Calculado por la relación gas-agua
La relación aire-agua, es decir, la relación entre el volumen de aireación y el volumen de aguas residuales, para una industria o categoría de aguas residuales determinada, se mantendrá dentro de un rango relativamente definido. La siguiente relación se basa en aguas residuales domésticas como referencia.
En los tanques de aireación bioquímica, la elección del proceso (oxidación por contacto, lodos activados, etc.) prácticamente no afecta al suministro de gas. Este solo está relacionado con la concentración de DQO (se recomienda calcular el suministro de gas basándose en la DQO en lugar de la DBO, ya que la DQO final debe eliminarse bioquímicamente).
Para los tanques de aireación, el suministro de aire:
El volumen de aguas residuales es de 10 a 15:1, y se puede tomar un valor medio de 12,5:1. Además, para las piscinas bioquímicas que utilizan el proceso MBR, la relación gas-agua debe ser de 30 a 40:1; de lo contrario, la membrana de fibra hueca se obstruirá fácilmente.
Para el tanque de ecualización, el volumen de suministro de aire:
Volumen de aguas residuales = 2-5:1, y se puede tomar el valor medio de 3:1. No es necesario airear el tanque de ecualización.
El volumen de suministro de gas es: (12,5+3)*200=3100m³/d=2,58m³/min
Sin considerar el tanque regulador, es 12,5*200=2500m³/d=2,1m³/min
Por supuesto, este volumen de aireación considera la tasa de utilización de oxígeno del dispositivo. El cálculo es muy sencillo y puede ser realizado por un profano. Sin embargo, este método no se recomienda para la industria, pero puede utilizarse para calcular la precisión del volumen de aireación.
Algunas personas podrían preguntarse, si no se trata de aguas residuales domésticas, sino de otros tipos de aguas residuales industriales, cuál puede ser el valor de esta relación. Se puede determinar mediante la relación DQO. Si la DQO es inferior a 500, se puede usar el valor de las aguas residuales domésticas como referencia. Si supera 500, se puede calcular la relación de este tipo de aguas residuales a 500 y, a continuación, multiplicar este valor por la relación gas-agua de las aguas residuales domésticas.
Por ejemplo, si la DQO de un agua residual industrial es 3000 mg/L, entonces su relación gas-agua es 3000/500*10:1=60:1.
2.2 Cálculo por COD
Este método puede utilizarse como un algoritmo simple con una precisión razonable. Ignora la demanda de oxígeno para la nitrificación del nitrógeno amoniacal y solo considera la demanda de oxígeno para la degradación de contaminantes orgánicos (DQO). En términos generales, la DQO es nominalmente la demanda de oxígeno (puede consultar la DQO).
Definición), se debe reservar un cierto margen; la relación entre el suministro de gas y la DQO puede ser de 1,05:1. Si se considera la nitrificación del nitrógeno amoniacal, la relación entre la demanda de oxígeno por nitrificación del nitrógeno amoniacal y el nitrógeno amoniacal es de 4,57:1.
La eliminación diaria de DQO es de 0,5 kg/m³ × 200 m³/d = 100 kg DQO/d
El oxígeno requerido es 100×1,05=105kgO2/d
En condiciones estándar, el peso del oxígeno en cada metro cúbico de aire es de 0,28 kgO2/m3.
El volumen de aire requerido es 105/0,28=375m3/d
Los estanques bioquímicos generalmente utilizan cabezales de aireación microporosos y su tasa de utilización de oxígeno es de alrededor del 15-20%, con un valor del 17,5%.
La capacidad requerida del ventilador es: 375/17,5%=2143m³/d=1,8m³/min
Compruebe la relación gas-agua: 2143/200=10,7:1, que corresponde básicamente a 2,1.
2.3 Cálculo de la intensidad de aireación por unidad de superficie de la piscina
¡No es recomendable, el error es enorme!
Las razones se analizan de la siguiente manera:
① El volumen del depósito bioquímico variará según el proceso. La carga volumétrica de los distintos procesos es muy variable. El área del depósito bioquímico variará según la profundidad del mismo.
②El principal factor que influye en la aireación es la DQO en las aguas residuales. Por ejemplo, si la concentración de DQO es de 500 o 3000, la intensidad de la aireación no se mantendrá dentro del mismo rango. Para una mezcla y agitación sencillas, consulte la intensidad de la aireación del tanque de ecualización.
Según la información de referencia disponible en internet, la intensidad de aireación suele ser de 10 a 20 m³/m²h. Si tomamos el valor medio, la intensidad de aireación es de 15 m³/m²h. Dado que es necesario calcular la capacidad del estanque bioquímico, no se calculará aquí el suministro de oxígeno.
También existe un método en internet que calcula el suministro de aire según el número de placas de aireación, lo cual tampoco se recomienda. Este método es, en sí mismo, empezar la casa por los bueyes. El orden normal debería ser calcular primero el suministro de aire, luego el número de placas de aireación según el suministro de aire de cada placa, y finalmente la disposición de las placas.
2.4 Cálculo basado en fórmula teórica (Sección 7.9 de la norma de diseño de drenaje exterior)
Esta fórmula se divide en 4 pasos:
Cuando las sustancias que contienen carbono se miden como DBO5, el equivalente de oxígeno del carbono es 1,47. (Es más preciso usar DQO como el equivalente de oxígeno del carbono 1,05).
Datos de referencia: caudal de entrada de la planta depuradora 200 m³/d, DQO de entrada 500 mg/L, DBO 300 mg/L, DBO efluente 30 mg/L, concentración de lodos residuales MLVSS=2500 g/m3, nitrógeno Kjeldahl de entrada 50 mg/L, nitrógeno Kjeldahl efluente 20 mg/L, nitrógeno total de entrada 55 mg/L, nitrógeno nítrico efluente 10 mg/L.
Fórmula general:
Demanda de oxígeno de las aguas residuales = demanda de oxígeno para la oxidación del carbono - demanda de oxígeno para el metabolismo microbiano + demanda de oxígeno para la nitrificación del nitrógeno amoniaco - demanda de oxígeno para la desnitrificación
Desmontaje 1:
Demanda de oxígeno por oxidación de carbono = 0,001*1,47*volumen de agua tratada*(DBO5 influente-DBO5 efluente)
Demanda de oxígeno para la oxidación del carbono = 0,001*1,47*200*(300-30) = 50 kgO2/d
En referencia a la Sección 2.2, se observa una gran desviación de los datos. Calculada mediante DQO, suponiendo que la DQO del efluente es 50.
Demanda de oxígeno para la oxidación del carbono = 0,001*1,05*200*(500-50) = 94,5 kgO2/d
Desmontaje 2:
Demanda de oxígeno para el metabolismo microbiano = 1,42 * emisión diaria de microorganismos
La cantidad de microorganismos descargados diariamente = coeficiente de lodos 0,5 * concentración de DBO de aguas residuales 0,3 * volumen de aguas residuales 200 m3/d = 3 kg/d
Entonces la demanda de oxígeno del metabolismo propio de los microorganismos = 1,42*3 = 4,3 kgO2/d
Por lo tanto, algunos valores son relativamente pequeños y esta parte puede ignorarse en el cálculo real del volumen de aireación.
Desmontaje 3:
Demanda de oxígeno para la nitrificación del nitrógeno amoniacal = oxígeno necesario para oxidar cada kilogramo de nitrógeno amoniacal * [0,001 * volumen de agua tratada * (nitrógeno Kjeldahl del afluente - nitrógeno Kjeldahl del efluente) - contenido de nitrógeno MLVSS]
Si normalmente no hay datos de nitrógeno Kjeldahl, se pueden utilizar en su lugar datos de nitrógeno amoniaco.
Demanda de oxígeno por nitrificación de nitrógeno amoniacal = 4,57*[0,001*200*(50-20)-0,12*3]≈25,8 kgO2/d
Desmontaje 4:
Demanda de oxígeno para la desnitrificación = 0,62* oxígeno necesario para oxidar un kilogramo de nitrógeno amoniacal*[0,001* volumen de agua tratada*(nitrógeno total del afluente-nitrógeno Kjeldahl del efluente-nitrógeno nítrico del efluente)-contenido de nitrógeno MLVSS]
Si no hay datos de nitrógeno Kjeldahl, se pueden utilizar datos de nitrógeno total en lugar de nitrógeno nitrato.
Demanda de oxígeno para la desnitrificación = 0,62*4,57[0,001*200*(55-20-10)-0,12*3]≈13,2 kgO2/d
Fórmula general:
Demanda de oxígeno de las aguas residuales = demanda de oxígeno para la oxidación del carbono - demanda de oxígeno para el metabolismo microbiano + demanda de oxígeno para la nitrificación del nitrógeno amoniaco - demanda de oxígeno para la desnitrificación = 94,5-4,3 + 25,8-13,2 = 102,8 kgO2/d
En ingeniería real, esta fórmula también se puede utilizar para cálculos simples consultando la Sección 2.2, es decir, solo se calculan la demanda de oxígeno para la oxidación del carbono y la demanda de oxígeno para la nitrificación del nitrógeno amoniaco.
En condiciones estándar, el peso del oxígeno en cada metro cúbico de aire es de 0,28 kgO2/m3.
El volumen de aire requerido es 102,8/0,28=367m3/d
Los estanques bioquímicos generalmente utilizan cabezales de aireación microporosos y su tasa de utilización de oxígeno es de alrededor del 15-20%, con un valor del 17,5%.
La capacidad requerida del ventilador es: 367/17,5%=2097m³/d=1,75m³/min
Compruebe la relación gas-agua: 2097/200=10,5:1, que corresponde básicamente al apartado 2.1.
De esto se desprende que la demanda de oxígeno para el metabolismo microbiano puede ignorarse. Cuando la concentración de nitrógeno amoniacal no es alta, también puede ignorarse la demanda de oxígeno para la nitrificación y la desnitrificación del nitrógeno amoniacal.
