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FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE

El próximo ejercicio académico se basó en su mayor parte al Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento; Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales: Filtros Anaerobios de Flujo Ascendente, y tomando algunos criterios de diseño de la Resolución 0330 RAS del 2017. Para el ejercicio académico diseñamos como pre-tratamiento para las aguas residuales de nuestra población necesitada, un filtro anaerobio de flujo ascendente. Suponemos que se logrará beneficiar una población de 3500 habitantes (población final) para un periodo de diseño de 25 años, el cual se piensa construir en dos etapas. Primera etapa correspondiente a los primeros 15 años, Segunda etapa para los últimos 10 años. DATOS: La situación presentada en nuestra población es:       

Temperatura 25°C Demanda Biológica de Oxigeno (DBO):40 ml/L Sólidos en Suspensión (SS): 50 mg/L = 0,05 Kg/m3 Nitrógeno Total (NKT): 8 Exponente base 10 de los aportes coliformes totales del afluente (ACF): 11 Remoción mínima de DBO5: 85% Exponente base 10 de la presencia de CF en el efluente menor que (CFE): 3

Tomando como referencia un área pertinente al departamento de Sucre y basándonos en la tabla 34 de la Resolución 0330 RAS de 2017, tomamos una Dotación de 140 Litros/Hab*Día. Buscamos nuestro Caudal de Diseño de agua potable 𝑄𝑚𝑑 = 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ∗ 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 3500𝐻𝑎𝑏 ∗

140𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 = 490𝑚3 /𝐷í𝑎 𝐻𝑎𝑏 ∗ 𝐷í𝑎

Al ser una población rural pequeña suponemos que no hay industrias ni edificios públicos que entregan sus aguas residuales al FAFA. Calculamos el Caudal de Agua Residuales producido de la población 490𝑚3 𝑄𝑚𝑟 = 𝑄𝑚𝑑 ∗ 80% = ∗ 80% 𝐷í𝑎 𝑄𝑚𝑟 = 392𝑚3 /𝐷í𝑎

Multiplicamos nuestro caudal hallado con por el factor de Harmon 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 = 𝑄𝑚𝑑 ∗

18 + √𝑃 4 + √𝑃

𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 = 392𝑚3 /𝐷í𝑎 ∗

18 + √3500 4 + √3500

𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 = 479 𝑚3 /𝐷í𝑎 Calculamos el volumen necesario del medio filtrante 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂 𝑚3 𝑄 ∗ 𝑆𝑜 479 𝐷í𝑎 ∗ 0,05 𝑚3 𝑉= = 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂 𝐶𝑂𝑉 0,3 3 𝑚 𝐷í𝑎 𝑉 = 79,83𝑚3 Chernicharo de Lemos (2007) menciona que en estudios realizados en filtros anaerobios empacados con piedras, para el pulimento de efluentes de tanques sépticos y de reactores anaerobios de flujo ascendente, las cargas hidráulicas utilizadas fueron de entre 6 y 15 m3/(m2 d). Suponemos un TRH de 10 m3/(m2 d) y calculamos el área superficial del área empaquetado. 𝐴=

𝑄 𝑇𝑅𝐻

CHS = carga hidráulica superficial, en m3/(m2 d) Q = gasto, en m3/d A = área superficial del medio empacado, en m2 𝑚3 𝐷𝑖á = 36,84𝑚2 𝐴= 𝑚3 13 2 𝑚 𝐷í𝑎 479

Se planea realizar un filtro de sección circular 𝐷=√

4∗𝐴 4 ∗ 36,84 =√ = 6,85𝑚 𝜋 𝜋

Se decide colocar un Diámetro de 6,5 m con el fin de que el agua residual tenga que atravesar más volumen del filtro logrando una mejor remoción de DBO. Calculamos la altura del lecho filtrante ℎ𝑚 =

𝑉 47,9𝑚3 = = 2,4𝑚 𝐴 𝜋 ∗ 6,52 4

Se toma un 𝒉𝒎 = 𝟐, 𝟓𝒎 Cálculo de la altura total del filtro 𝐻 = ℎ𝑚 + 𝑏 + 𝑑 H = altura total del filtro, en m b = altura del bordo libre, en m d = altura del bajo dren, en m 𝐻 = 2,5 + 0,5 + 1 𝐻 = 4𝑚 Calculo del volumen total del filtro 𝜋 ∗ 6,52 = 82,96𝑚2 4 Revisión de la Carga Orgánica Volumétrica al volumen total del filtro: 𝑉𝑡𝑓 = ℎ𝑚 ∗ 𝐴 = 2,5 ∗

𝐶𝑂𝑉 =

𝑄 ∗ 𝑆𝑜 = 𝑉

479

𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂 𝑚3 ∗ 0,05 𝐷í𝑎 𝑚3 2 82,96𝑚

𝐶𝑂𝑉 = 0,288

𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂 𝑚3 𝐷í𝑎

Calculamos el Tiempo de Residencia Hidráulica (TRH) 𝑇𝑅𝐻 =

𝑉 79,83𝑚3 = = 0,167𝐷í𝑎 𝑚3 𝑄 479 𝐷í𝑎 𝑇𝑅𝐻 = 4 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

Calculamos la eficiencia de nuestro filtro 𝐸 = 100(1 − 0,87 ∗ 𝑇𝑅𝐻 −0,5 ) E = eficiencia de un filtro anaerobio, en % TRH = tiempo de residencia hidráulica, en horas 0.87 = coeficiente empírico del sistema 0.50 = coeficiente empírico del medio filtrante 𝐸 = 100(1 − 0,87 ∗ 4−0,5 ) 𝐸 = 56,5% Para buscar la Concentración de DBO esperada en el efluente utilizamos: 𝐷𝐵𝑂𝑒𝑓 = 𝑆𝑜 −

𝐸 ∗ 𝑆𝑜 100

DBOef = concentración total de DBO en el efluente, en mg/L S0 = concentración total de DBO en el afluente, en mg/L E = remoción, en por ciento 𝐷𝐵𝑂𝑒𝑓 = 50 −

56,5 ∗ 50 100

𝐷𝐵𝑂𝑒𝑓 = 21,75

𝑚𝑔 𝐿

De esto podemos decir que nuestro pre-tratamiento mediante el uso de filtro anaerobio con flujo ascendente solo remueve un 56,5% de los coliformes totales, no cumpliendo con el requerimiento deseado (85%), por lo tanto es necesario utilizar otro método consecutivo al filtro que logre remover la remoción deseada, ya sea por lagunas estabilizadoras u otros métodos.

Realizamos el diseño para una trampa de grasa, el cual contara como proceso anterior a nuestro FAFA previniendo la dificultad que puede ocasionar la introducción de estos fluidos a nuestro pre-tretamiento (FAFA). Trampa de Grasa Se diseña para un tiempo de retención de 10min = 600seg el cual cumple con el mínimo dado por el RAS (𝑡 ≥ 2,5𝑚𝑖𝑛 𝑚3 1𝑑í𝑎 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 = 479 ∗ = 0,00554𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 𝑑í𝑎 86400𝑠𝑒𝑔 𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑡 = 0,00554 ∗ 600 𝑉 = 3,324𝑚3 Según el RAS la altura útil mínima que debe tener nuestra Trampa de Grasa es de 35cm La relación Ancho-Largo debe estar entre 1:1 y 3:1 Teniendo como referencia los parámetros propuestos por el RAS se decide tomar las siguientes dimensiones: Alto Útil: 1m

Se le agrega un BL: 0,3m

Ancho Útil: 2,5m Largo Útil: 1,4m Lo cual nos proporciona un volumen útil de: 𝑉 = 1𝑚 ∗ 2,5𝑚 ∗ 1,4𝑚 = 𝟑, 𝟓𝒎𝟑

Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente

Brandon Gómez Mercado Daniel Martínez Hernández Andrés Rhenals Barreto Luis guzmán Palencia

PTAR

Ing Guillermo Gutiérrez Ribon

Universidad de Sucre Ingeniería Civil Sincelejo-Sucre 11/04/18