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Capítulo 3:

 Biofiltros. Ejemplos numéricos de diseño base (1/2)

Calcular un biofiltro, para tratar un caudal medio de 350 l/s con 220 mg/l de DBO soluble, 44 mg/l de nitrógeno total, 27.5 mg/l de nitrógeno amoniacal, 16.5 mg/l de nitrógeno orgánico, 19 mg/ de fosfatos totales, 11.4 mg/l de ortofosfatos y 7.6 mg/l de polifosfatos. 

El agua tratada debe alcanzar un promedio diario de 77 mg/l de DBO.

No existen valores máximos permisibles para las concentraciones de fósforo y nitrógeno en el agua tratada. 

La temperatura promedio del aire en verano es de 29.8 ºC y la temperatura promedio del aire invierno es de 21.9 ºC.

La temperatura promedio del agua residual en verano es de 26.9 ºC y la temperatura promedio del agua residual en invierno es de 22.9 ºC.

El medio plástico tiene 88m2/m3 de empaque.

La película biológica tiene un espesor es de 6 milímetros, el peso específico de la biopelícula es de 1.1 ton/m3.

Determinar:

Diámetro del biofiltro

Recirculación de agua tratada

Altura empacada

Producción de Sólidos Suspendidos Volátiles SSV

Remoción de fósforo y nitrógeno del agua cruda

Peso del medio plástico con biopelícula

Requerimientos de ventilación, 

En los cuadros 1, 2, 3 y 4 se presentan los cálculos típicos del diseño funcional base.

Los cuadros corresponden a una hoja de cálculo de Excel, en el cual se aplican las ecuaciones y criterios de diseño mencionadas en el inciso 2.

Cuadro 1. Diseño funcional base parte 1 de 4

DISEÑO FUNCIONAL BASE DEL BIOFILTRO
Empacado con medio plástico
Cálculos y resultados típicos
 
 
PLANTA:Ejemplo Numérico
CLIMA:Cálido – Húmedo
PARA:Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ciencias
REFERENCIA:FEMISCA
 
DATOS DE DISEÑOUnidadValor
Caudal de agua cruda, Qil/s       350.00
DBO en el agua cruda, Limg/l       220.00
Remoción de DBO en el agua cruda%           0.65
DBO en el efluente del biofiltro. Lemg/l         77.00
Temperatura promedio del aire en invierno. T1ºC         21.90
Temperatura promedio del aire en verano.   T2ºC         29.80
Temperatura promedio del agua en invierno, T1'ºC         22.90
Temperatura promedio del agua en verano,   T2'ºC         26.90
Recirculación, tanto por unoAdim.           0.50
 
1. CALCULO DEL DIÁMETRO DEL TANQUEUnidadValor
   
Caudal de recirculación, Qrl/s       175.00
Caudal total de entrada al biofiltro, Qol/s       525.00
Alimentación por unidad,  Qom3/hr    1,890.00
Carga superficial específica. q(1,5 a 2 m/hr)m3/hr           1.75
Área transversal,  A.m2    1,080.00
Diámetro calculado del tanque.m         37.08
Diámetro seleccionado del tanque.m         37.00
Área transversal,  A.m2    1,075.21
Carga hidráulica superficial resultante.  q m3/m2/hr           1.76

Cuadro 2. Diseño funcional base, parte 2 de 4

DISEÑO FUNCIONAL BASE DEL BIOFILTRO
Empacado con medio plástico
Cálculos y resultados típicos
PLANTA:Ejemplo Numérico
CLIMA:Cálido – Húmedo
PARA:Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ciencias
REFERENCIA:FEMISCA
2. CALCULO DE PROFUNDIDAD DEL EMPAQUE.
Ecuación de GermaínUnidadValor
DBO entrada al biofiltro con recirculación, Lomg/l         172.33
Carga superficial,  q  en:gpm/ft2     0.716158
Constante especifica del empaque, nAdim.             0.50
Constante k a 20 ºCGpm0.5/ft2             0.08
Temperatura del aire, dentro de biofiltro en invierno. Tinv  
Tinv = (T1' -T1) / LN (T1'/T1), º CºC           22.40
Constante k a la temperatura T1'  
k = k20 * 1.035 ^ (T1-20)día -1             0.09
Profundidad calculada del empaque, D  
D = (ln(Lo/Le)*q^n)/kft             7.85
D = En metrosm2.39
Método de carga orgánica vs eficiencia de remociónUnidadValor
Carga de DBO actuando en el biofiltro, Cbi  
Cbi  =  Li * Qig/d    6,652,800
Carga de DBO actuando en el biofiltro, CbiKg/d           6,653
Carga orgánica específica, Cbi a 20ºC  
De Figura 2, gráfica HexacellKg/d/m3             2.48
Temperatura del aire, dentro de biofiltro en invierno. Tinv  
Tinv = (T1' –T1) / LN (T1'/T1), º CºC           22.40
Carga orgánica especifica a temp. Media invierno  
CbiT = Cbi20ºC*1.035^(Tinv-20)Kg/d/m3             2.70
Cálculo del volumen de empaque requerido, m3m3           2,468
Altura del biofiltro en mm             2.29
Altura seleccionada. De los 2 métodos:  la mayorm             2.39
Altura del paquete de empaqueFt             2.00
Altura de paquete de empaquem             0.61
Número de camas de empaqueAdim             4.00
Altura seleccionada en múltiplos del empaquem             2.44
Volumen de empaque resultantem3           2,622
Volumen de empaque resultanteft         92,587
Carga de DBO con recirculación. CboKg/d           7,817
Carga de DBO específica con recirculación. CboeKg/d/m3             2.98

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