EJEMPLO DIM LODOS ACT CONV

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Ejemplo de Dimensionamento – Proceso de Lodos Activados Convencional
1) Dados: La población, caudal y carga de DBO:
	
	Población Atendida (hab.)
	Caudal medio AR
	Carga de DBO
(kg/dia)
	
	
	m3/d
	L/s
	
	1ª ETAPA
	224.933
	53.482
	619
	14.752
	2ª ETAPA
	233.877
	57.000
	660
	17.017
2) Volúmen necesario de tanques de aireación:
Se considera la instalación de decantadores primarios com uma eficiência estimada del 30% en la remoción de la carga de de DBO, por tanto la carga afluente a los tanques de aireación será (2ª etapa):
Carga DBO = 0,7 x 17.017 = 11.912 kg/d
Nota: En el presente ejercicio no se consideran los incrementos de caudales y cargas provenientes de las recirculaciones de la línea de tratamiento de lodos.
Se considera um factor de carga de f = 0,22 kgDBO/kgSS.dia, correspondiente a uma relación (A/M) = 0,28 kgDBO / kgSSV.d y una concentración de 3,2 kg SS / m3 en el tanque de aireación, correspondente a una concentración de SSV de 2,56 kg/m3, con ello se tiene El volúmen necesario de lós tanques de aireación:
VTA = 11.912 / (3,2 x 0,22) = 16.920 m3
Se considera el uso de cuatro tanques de aireación, que tiene como objetivo una modulación en la implementación del sistema. Cada tanque tendrá 16.920 / 4 = 4.230 m3.
3) Sistema de aireación:
· Necessidad de oxígeno
Considerando una demanda de oxígeno igual a 2,0 kgO2 / kgDBOapl., la necesidad de oxígeno será:
NECO2 = (2,0 x 11.912) / 24 = 993 kgO2/hora
· Utilización de aireadores superficiales de baja rotación:
Se considera una capacidad de transferencia de oxígenio de 0,9 kgO2/Cvxhora, em condiciones de campo.
Potencia necesaria:
PNEC = 993 / 0,9 = 1.103 CV ó 1.103 /4 = 276 CV por tanque
Dimensiones de los tanques de aireación:
Será considerado el uso de 06 (seis) aireadores de 50 CV por tanque de aireación, dispuestos en série. Dimensiones de los tanques: 
L/A= 6 Vol= 4230 Area= 4230 L*B=4230 6B2 = 4230 B=13.28 escojo B=13.5 m
Largo: 81,0 m 
Ancho: 13,5 m
Profundidad útil: 4,0 m
Profundidad total: 5,0 m
Volúmen útil resultante:
Vu = 4,0 x 13,5 x 81,0 = 4.374 m3 por tanque ó 4.274 x 4 = 17.496 m3 (total)
Factor de carga resultante:
f = 11.912 / (17.496 x 3,2) = 0,21 kgDBO/kgSSxdia
Densidad de potencia resultante:
dp = (300 x 735) / 4.374 = 50 w / m3
Tiempo de retención hidráulico resultante:
td = 17.496 / (57.000 /24) = 7,4 horas
Alternativa para el sistema de aireación
Caso se utilice sistema de aireación difusa, considerando a masa específica de aires igual a 1,2 kg/m3, y un porcentaje de O2 en el aire de 23,2 % y un rendimiento del soplador de 8%, El caudal necesario de aire será:
QAR = 993 / (1,2 x 0,232 x 0,08 x 60) = 743 m3 aire / minuto
El soplador deberá poseer una presión suficiente para vencer la carga corresponiente a La profundidad útil del tanque más aproximademente 0.5 m de pérdida de carga en la línea de aire.
4) Verificación de las condiciones de funcionamiento con apenas tres tanques en la primera etapa.
· f = (0,7 x 14.752) / (3,2 x 3,0 x 4.374) = 0,25 kgSS/kgDBO.d, correspondiente a A/M = 0,31 kgDBO/kg SSV.d
· Nec O2 = (2,0 x 10.326) / 24 = 860 kg O2 / hora
· PNEC = 860 / 0,9 = 956 CV
· td = (3 x 4.237) / (53.482 /24) = 5,9 horas
5) Caudal del lodo de retorno 
El caudal de retorno Del lodo será estimado considerando que el lodo estará sedimentado en El fondo del decantador secundario con una concentración de 8,0 kg/m3 (dado típico). Haciendo um balance masa de sólidos en suspensión en el decantador secundário y despreciando La perdida em el efluente final se tiene:
( Q + Qr ) . X = Qr . Xr
Dividiendo por Q y haciendo r = Qr / Q, se tiene:
( 1 + r ) . X = r . Xr
Para X = 3,2 kg/m3 e Xr = 8,0 kg/m3, se obtiene r = 0,67e Qr = 0,67x 660 = 440 L/s ó 110 L/s por módulo, en la segunda etapa.
6) Producción de exceso de lodo biológico:
X = 0,65 kg SS / Kg DBO 
X = 0,65 x 11.912 = 7.743 kg SS / dia
Para un lodo con 8,0 kgSS/m3 y masa específica 1010 kg/m3, El caudal de exceso de lodo será:
 7.743
Qlodo = = 958 m3/d
 0,008 x 1010 
Edad del lodo resultante:
c = V.X / X = (17.496 x 3,2) / 7.743 = 7,2 dias
7) Decantadores secundarios:
· Área superficial de decantadores secundarios
Adpotando una tasa de aplicación de sólidos GA = 4,0 kg SS / m2 . h, se tiene la siguiente área superficial necesaria para los decantadores secundarios:
 ( Q + Qr ) . X
GA = 
 As
 ( Q + Qr ) . X
As = 
 GA
 1, 67x57000x3,2
As = = 3.173 m2 ó 3.173 / 4 = 793 m2 por decantador.
 4,0 x 24
Utilizando-se quatro decantadores secundários com 32 m de diâmetro, tem-se a área superficial de 804,25 m2 por decantador e área total de 3.217 m2.
A taxa de aplicação de sólidos resultantes será:
 1, 67x57000x3,2
GA = = 3,95 kg SS / m2 x hora
 3.217 x 24
A taxa de escoamento superficial resultante será:
 Q
qA = = 57.000 / 3.217 = 17,7 m3/m2.d
 As 
· Volume útil dos decantadores secundários:
Para a profundidade útil Hu = 3,5 m, tem-se:
Vu = 3,5 x 804,25 = 2.815 m3 por decantador (volume total de 11.260 m3)
Tempo de detenção hidráulico resultante:
td = (11.260 x 24) / 57.000 = 4,7 horas
· Taxa de escoamento nos vertedores de saída:
qL = 57.000 / (4 x x 32) = 142 m3/m2/d
· Verificação das condições de funcionamento com apenas três decantadores na primeira etapa:
Taxa de aplicação de sólidos:
 1, 67x53482x3,2
GA = = 4,9 kg SS / m2 x hora
 3 x 804,25 x 24
Taxa de escoamento superficial:
 Q
qA = = 53482 / 3 x 804,25 = 22,2 m3/m2.d
 As 
Tempo de detenção hidráulico:
td = (3 x 2815 x 24) / 53482 = 3,8 horas
Exercício de Dimensionamento –Processo de Lodos Ativados com Aeração Prolongada de Fluxo Contínuo
Dados:
População atendida: 68352 habitantes
Vazão média de esgotos: 126,6 L/s
Carga de DBO: 3691 kg/d
1) Volume necessário de tanques de aeração:
Carga DBO = 3691 kg/d
Considerando-se o fator de carga f = 0, 08 kgDBO / kgSS.d e a concentração de 4,0 kg SS / m3 TA, tem-se o seguinte volume necessário de tanques de aeração:
 3.691
VTA = = 11.534 m3
 0,08 x 4,0
 
2) Necessidade de oxigênio
Considerando-se a necessidade de oxigênio igual a 2,5 kgO2 / kgDBOapl., a necessidade de oxigênio será:
NEC O2 = 2,5 x 3.691 = 9.228 kg O2
Considerando-se que o sistema de aeração deverá funcionar 24 horas por dia, tem-se:
NEC. O2 = 9.228 /24 = 385 kgO2/h
Considerando-se o emprego de aeradores superficiais de baixa rotação, com capacidade de transferência de oxigênio de 0,9 kg O2 / CV x hora, já nas condições de campo, tem-se a seguinte potência total a ser instalada nos tanques:
PNEC = 385 / 0,9 = 427 CV ou 427 / 4 = 107 CV por tanque (foram considerados quatro tanques de aeração)
Dimensões dos tanques de aeração:
Será considerado o emprego de 04 (quatro) aeradores de 30 CV por tanque de aeração, dispostos em série. Dimensões dos tanques: 
Comprimento: 54,0 m
Largura: 13,5 m
Profundidade útil: 4,0 m
Profundidade total: 5,0 m
Volume útil resultante:
Vu = 4,0 x 13,5 x 54,0 = 2.916 m3 por tanque ou 2.916 x 4 = 11.664 m3 (total)
Fator de carga resultante:
f = 3.691 / (11.664 x 4,0) = 0,079 kgDBO/kgSSxdia
Densidade de potência resultante:
dp = (120x 735) / 2.916 = 30 w / m3
Tempo de detenção hidráulico resultante:
td = 11.664 / (126,6 x 3,6) = 25,6 horas
3) Vazão de retorno de lodo
A vazão de retorno de lodo será estimada considerando-se que o lodo estará sedimentado no fundo do decantador secundário a uma concentração de 8,0 kg/m3 (dado típico). Fazendo-se um balanço de massa de sólidos em suspensão no decantador secundário, desprezando-se a perda com o efluente final, tem-se:
 
( Q + Qr ) . X = Qr . Xr
Dividindo-se por Q e fazendo-se r = Qr / Q, tem-se:( 1 + r ) . X = r . Xr
Para X = 4,0 kg/m3 e Xr = 8,0 kg/m3, tem-se r = 1 e Qr = 126,6 L/s
(31,65 L/s por módulo)
5) Decantadores secundários
· Área superficial:
Adotando-se a taxa de aplicação de sólidos GA = 4,0 kg SS / m2 . h, tem-se a seguinte área superficial necessária de decantadores secundários:
 ( Q + Qr ) . X
GA = 
 As
 ( Q + Qr ) . X
As = 
 GA
 2x126,6x3,6x4,0
As = = 911,5 m2
 4,0
Deverão ser usados 04 (quatro) decantadores com 17 m de diâmetro.
A taxa de escoamento superficial resultante será:
 Q
qA = = 126,6 x 3,6 / 911,5 = 12 m3/m2.d
 As 
· Volume útil dos decantadores:
Adotando-se a profundidade útil, Hu = 3,5 m tem-se:
Vu = 911,5 x 3,5 = 3.189 m3
Tempo de detenção hidráulico resultante:
td = 3.189 / (126,6 x 3,6) = 7,0 horas
6) Produção de excesso de lodo biológico:
Admitindo-se o coeficiente de produção de lodo X = 0,6 kgSS / Kg DBO, tem-se:
X = 0,6 x 3.691 = 2215 kg SS / dia
Para lodo com 8,0 kgSS/m3 e massa específica 1010 kg/m3, a vazão de excesso de lodo será:
 2.215
Qlodo = = 274 m3/d
 0,008 x 1010 
Idade do lodo resultante:
c = V.X / X = (11.664 x 4,0) / 2.215 = 21dias