Practica 5 Simulador de una planta EDAR PDF

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informepractica 5 de la simulacion de una planta de depuración proceso, ejercicios e informe...

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Practica 5 Simulador de aguas residuales.

David García Dopazo M11 53818599-W

En esta practica realizaremos varias simulaciones, variando algunos aspectos de una planta depuradora EDAR, y estudiando como afectan estas al proceso de nitrificación-desnitrificación, el cual se usa para depurar las aguas residuales tanto urbanas como industriales. El proceso de nitrificación es un proceso microbiológico que consiste en la oxidación del amoniaco a nitrato, en dos etapas:𝑁𝐻4 + → 𝑁𝑂2− → 𝑁𝑂3− . La primera consiste en oxidar el amoniaco a nitrito y la segunda en oxidar este a nitrato. Después, en la zona anóxica, tiene lugar la desnitrificación. Este proceso utiliza la masa microbiológica para convertir los nitratos a nitrógeno gas, el cual se puede liberar a la atmosfera. Así, se elimina de manera eficaz el amonio de las aguas residuales, que resulta fatal para los ecosistemas marinos, y se convierte en nitrógeno gas que es inocuo en la atmosfera.

Ejercicio 1: iniciación del simulador. Este ejercicio consiste en realizar una primera simulación para familiarizarse con el programa y para conocer la forma de tomar los datos. Estableceremos los valores que nos da el enunciado: exceso de fango 4𝑚3 /ℎ, cantidad de influente 250𝑚3 /ℎ y el exceso de oxígeno 2𝑚𝑔/𝐿. Los resultados obtenidos son los siguientes: • • •

Amonio en el efluente: 6,45 𝑚𝑔/𝐿 Nitrato en el efluente: 8,92 𝑚𝑔/𝐿 Nitrato en la última zona anóxica: 0𝑚𝑔/𝐿

Como todos los valores coincidieron con los de mi compañero seguimos con la práctica. Ejercicio 2: Estudio del efecto de la cantidad de materia orgánica entrante en el efluente.

Para realizar este ejercicio, seleccionamos la configuración de la planta post-denit, lo que significa que el agua residual pasara primero por el proceso de nitrificación (zona aireada) y después por el proceso de desnitrificación (zona anóxica). En este ejercicio estudiaremos como afecta la cantidad de materia orgánica fácilmente biodegradable en el influente a las propiedades del efluente. Materia orgánica (𝑚𝑔/𝐿) 80

Total de N (𝑚𝑔/𝐿)

SNH (𝑚𝑔/𝐿)

SON (𝑚𝑔/𝐿)

19,3

5,91

11,6

60 40 20

20,8 22,4 23,9

5,9 5,95 5,08

13,2 14,7 16,1

Como podemos observar, cuanto menor sea la cantidad de materia orgánica del influente, menor eficacia tendrá el proceso general, pero en especial, el proceso que mas se resiente debido a la baja cantidad de materia orgánica es el proceso de desnitrificación. Esto es debido a que las bacterias encargadas de este proceso utilizan el carbono orgánico (presente en la materia orgánica) como fuente de energía y catalizador, así pues, al haber falta de carbono, estas bacterias no pueden llevar a cabo el proceso de desnitrificación y por ende no se cumplen los objetivos de la depuración de la planta. Esta situación suele darse en días de lluvia. Para solucionar este problema es añadir artificialmente el carbono orgánico, añadiendo por ejemplo metanol. Este lo añadiremos en la primera zona anóxica, ya que será en esa donde comienza el proceso de desnitrificación. En la siguiente tabla reflejaremos, en una situación de baja cantidad de materia orgánica, como varían las propiedades del efluente y la población microbiológica presente en el mismo, en función de la cantidad de carbono orgánico que añadamos artificialmente. C-org (𝐿/ℎ) 0 5 10 15

Total N (𝑚𝑔/𝐿) 23,9 19,8 15,6 11,3

SNH (𝑚𝑔/𝐿) 6,08 5,9 5,46 4,92

SNO (𝑚𝑔/𝐿) 16,1 12,2 8,37 4,63

Xbh (𝑚𝑔/𝐿) 4,43 5,06 5,61 6,11

Xba (𝑚𝑔/𝐿) 0,39 0,35 0,33 0,31

Como esperábamos, al añadir carbono artificialmente, la eficiencia del proceso aumenta. Reducimos la cantidad de nitrógeno amonio y nitrato del efluente, así que es una solución eficaz.

Ejercicio 3: estudio del efecto de la recirculación de los lodos. Como ya hemos comentado antes, este proceso de depuración se fundamenta en la digestión de amonio y nitratos por parte de la masa microbacteriana. Por ello, la cantidad de biomasa del reactor es un factor de vital importancia que hay que tener controlado. Para regularlo, se utiliza la recirculación de lodos sedimentados, estos, se añaden al principio del proceso de depuración. En la siguiente tabla estudiaremos como varían las propiedades del efluente en función de la cantidad de lodos sedimentados que retiremos, es decir, que eliminemos del proceso. Exceso de lodos (𝐿/ℎ) 4 5 6

N total (𝑚𝑔/𝐿) 19,3 20,0 28,1

SNH (𝑚𝑔/𝐿) 5,91 13,9 27,0

SNO (𝑚𝑔/𝐿) 11,6 4,44 0,0

7 8

27,9 27,7

26,7 26,5

0,0 0,0

Podemos observar que cuanto más lodo retiremos peor será el proceso de depuración, llegando incluso a ni siquiera comenzar con la fase de desnitrificación, esto se debe a que llega un momento en el cual, la cantidad de lodos retirados supera a la de lodos sedimentados, o lo que es lo mismo, no hay recirculación de lodos. Esto provoca que la población microbacteriana sea pequeña y por ello, la deficiencia del proceso. Ahora, realizaremos el proceso contrario, reduciremos la cantidad de exceso de lodo y estudiaremos los resultados. Exceso de lodos (𝐿/ℎ) 4 3 2 1 0,5

N total (𝑚𝑔/𝐿)

SNH (𝑚𝑔/𝐿)

SNO (𝑚𝑔/𝐿)

19,3 19,0 18,8 18,7 20,3

5,91 3,32 3,37 2,01 2,00

11,6 13,9 14,6 14,6 14,6

EDAD DEL LODO (𝐷𝐼𝐴𝑆) 5,14 6,64 9,51 17,1 17,9

Al reducir la cantidad de lodos en exceso observamos que al contrario que antes, ahora se reduce levemente la cantidad de N y amonio, pero no la cantidad de nitrato que aumenta. Esto se debe a que se reestablece la normal recirculación de lodos y con ello vuelve la cantidad de población microbacteriana y el normal funcionamiento del proceso de depuración. El problema ahora, es la edad del lodo que recircula, ya que la cantidad que recircula es la misma, pero pasa más tiempo en el tanque de sedimentación. como el lodo sedimenta en un tanque de sedimentación aireado, el proceso de nitrificación continua, y se reduce la cantidad de NH la cual oxida a nitratos. El problema viene en la zona anóxica, allí, la gran cantidad de nitrato provoca que la biomasa no sea capaz de desnitrificar todo el nitrato. También observamos que al establecer el exceso de lodos a 0,5 𝐿/ℎ el tanque de sedimentación comienza a llenarse.

Ejercicio 4 libre. En este ejercicio, trate de buscar la manera de reducir al máximo las cantidades de nitrato amonio y nitrógeno del efluente. También, intente buscar los parámetros de la panta en los que consiguiera mi objetivo con el menor coste. Es decir, con la cantidad mínima de Carbono orgánico añadido. Mis resultados, tras varias simulaciones fueron los siguientes: • • • • •

Carbón añadido: 14.8 𝐿/ℎ Recirculación interna: 20 𝑚3 /ℎ Retorno de lodos: 250 𝑚 3 /ℎ Exceso de lodo: 3,8 𝑚3 /ℎ Materia fácilmente biodegradable: 80 𝑚𝑔/𝐿

Con estos valores, las propiedades del efluente eran las que mejores números de cantidad de nitratos (2,53 𝑚𝑔/𝐿), amonios (2,17 𝑚𝑔/𝐿) y nitrógeno (6,55 𝑚𝑔/𝐿) tenían. Para conseguir estos resultados me base en las experiencias de los ejercicios

anteriores. Para reducir el amonio, reduje el exceso de lodo, primero a valores mas bajos que el de 3,8 𝑚3 /ℎ, pero el nivel de nitrato ascendía mucho, por ello, comencé a añadir carbono orgánico en el tanque 6 hasta encontrar la cantidad optima que resulto ser la de 14.8 𝑚3 /ℎ. Por último, deduje que si hacia recircular el lodo, haciendo que volviera a pasar por todo el proceso de nuevo, el proceso seria mas efectivo, y llegue a un valor de recirculación interna de 20𝑚3 /ℎ....