1 Modelación e Investigaciones en un Proceso de Lodos Activados a Escala Piloto para la Futura PTAR Canoas (Bogotá) Andrés Baquero Jaime Andrés Lara Borrero

2 Niveles de Tratamiento de Aguas ResidualesPre Tto. (Actual PTAR Salitre) Primario (Actual PTAR Salitre) Secundario (Futuras PTAR Bogotá) Terciario (No Previsto) % R e m o c i ó n

3 Planteamiento del modelo o metodologíaModelación Sistemas de Tratamiento Aguas Residuales Planteamiento del modelo o metodología Modelo Sistema Tratamiento Transferencia Oxigeno Condiciones operación planta Fraccionamiento DQO Cal y Cant agua afluente Hidráulica del Sistema

4 Modelación Sistemas de Lodos ActivadosASM - Activated Sludge Models ASM1 (Ox M. Orgánica, Nitrificación, Desnitrificación) ASM2 (Caracterización Agua y Lodo, rem fosforo biol) ASM3 (Mejoras a limitaciones, fracciones N, consumo O2) Familia ASM Como se ve el modelo? Información requerida Referencia: Henze, Mogens, Mark C. M. van Loosdrecht, y George A. Ekama. Biological Wastewater Treatment: Principles, Modeling, and Design. Intl Water Assn, 2008.

5 Modelación Sistemas de Lodos ActivadosRepresentación Matricial Representación Matricial Henze, Mogens, Mark C. M. van Loosdrecht, y George A. Ekama. Biological Wastewater Treatment: Principles, Modeling, and Design. Intl Water Assn, 2008.

6 Transferencia de Oxigeno en Lodos ActivadosFactores que afectan transferencia Surfactantes. Configuración del tren tto. Edad de Lodo. Concentración de sólidos R.A. Variabilidad de la calidad del agua. Difusores. Geometría del tanque. Condiciones ambientales. Nuevo Usado

7 Transferencia de Oxigeno en Lodos ActivadosRosso 2008

8 Transferencia de Oxigeno en Lodos ActivadosRosso 2006

9 Transferencia de Oxigeno en Lodos ActivadosModelo básico transferencia de oxígeno (gas-líquido) Tasa de transferencia de masa por unidad de volumen de líquido = Coeficiente volumétrico de transferencia de masa ∗ Fuerza motriz w= kl∗a ∗ ( C ∗ −C) 𝑚 𝑙 3 𝑡 =( 𝑙 𝑡 ∗ 𝑙 2 𝑙 3 )∗( 𝑚 𝑙 3 − 𝑚 𝑙 3 ) 𝑤: Tasa de trasferencia de oxígeno por unidad de volumen liquido (ml-3t-1) 𝑘𝑙: Coeficiente de trasferencia de masa en fase liquida (lt-1) a: Superficie especifica (l2l-3) 𝐶 ∗ : Concentración de OD correspondiente a una presión parcial y temperatura del agua (ml-3) 𝐶: Concentración de oxígeno disuelto (m/l-3)

10 Estimación ParámetrosComo se hacen las pruebas? Transferencia de Oxígeno en Agua de proceso Transferencia de Oxigeno en Lodos Activados Aire Off H2O2 Estimación Parámetros Q. Aire (L/min)

11 Estimación ParámetrosTransferencia de Oxigeno en Lodos Activados α = kLapw/kLacw Β = x 10^-6 x TDS mg/L Estimación Parámetros Resultados Parciales ASCE ‘Measurement of Oxygen Transfer in Clean Water’ (ASCE/EWRI 2-06)

12 Transferencia de Oxigeno en Lodos ActivadosOXYGEN TRANSFER IN WASTEWATER TREATMENT PROCESSES: RESEARCH PERSPECTIVES IN THE 21ST CENTURY Rosso, ENGRCEE 265 – F11

13 Caracterización Agua ResidualFracciones DQO DQO Total DQO Biodegradable DQO NO Biodegradable Rápidamente Biodegradable Lentamente Biodegradable Soluble No Biodegradable Particulada No Biodegradable Referencia Libro

14 Fraccionamiento DQO Caracterización Agua Residual DQO Rápidamente Bio.(Melcer 2003) DQO Rápidamente Bio. Nitrificación DQO Lentamente Bio. Respiración Endógena

15 Bogotá Tratamiento de Aguas Residuales en Bogotá 2,640 msnm (8,660 ft)0,75 Atm. 8’000,000 Hab. 17oC (Temp ARD) Fucha Tunjuelo Salitre R. Bogotá PTAR Salitre (E) PTAR Canoas (F) Actual: 4 m3/s - T.P.Q.A. Futuro: 8 m3/s – L.A. Actual: - Futuro: 12 m3/s – L.A.

16 Objetivos del ProyectoConstruir y operar una planta piloto en la estación elevadora de Gibraltar con tratamiento secundario convencional (L.A.) Establecer la tratabilidad mediante L.A. del agua residual afluente al tratamiento secundario de la futura PTAR Canoas. Determinar la transferencia real de oxígeno para los aireadores de última tecnología a la altura de Bogotá. Determinar los coeficientes de aeración y degradación biológica con el nivel apropiado que permita aplicarlos a los escenarios reales.

17 Estación ExperimentalCaudal Afluente: Variable Usuarios: 85% Domestico Caudal R.A.: 0.5 L/s Diseño: Salitre, Canoas Operación: 10 meses, 24x7 Reactor A:6,9 m x 0,5m x 3,8 m. Sedimentador Sec: H=4,3 , d=1,71 m Soplador Kaeser 7.5 Hp 7 Difusores Sanitair 9”

18 Estación Experimental

19 Condiciones Operación / Pruebas Adelantadas(T, Q, Energía) Calidad del agua (Afluente, efluente, Lodo) Fraccionamiento DQO Transferencia Oxígeno (Agua Limpia y Proceso) Alpha, Kla 5 Edades de lodo y recirculaciónes diferentes Calibración y Validación modelo en BioWin

20 Resultados Obtenidos – Caracterización Afluente

21 Resultados Obtenidos – Caracterización AfluenteRelaciones

22 Oxígeno Disuelto (mg/L)Resultados Obtenidos – Reactor Aeróbico Oxígeno Disuelto (mg/L) pH ORP (mV) TSS (mg/L)

23 Resultados Obtenidos – Reactor Aeróbicow= kl∗a ∗ ( C ∗ −C) Ahorro Potencial

24 Resultados Obtenidos – Efluente

25 Pruebas en agua de proceso (desorción)Resultados Obtenidos – Aireación Pruebas en agua de proceso (desorción) E. Lodo Kla SOTR SOTE SAE D (h-1) (kg/h) % (kg/kWh) 2 4,30 0,40 14,57 0,61 2,5 4,45 0,46 18,69 0,79 3 5,15 0,53 18,89 5 6,25 0,59 21,51 0,90

26 Resultados Obtenidos - ModelaciónSST (R.A.) Medido Vs Simulado SST (Efluente)

27 Resultados Obtenidos - ModelaciónNTK (Efluente) Medido Vs Simulado P (Efluente)

28 Evaluación de la influencia del selectorResultados Obtenidos - Modelación Evaluación de la influencia del selector Parámetro Afluente Edad de lodo 2 3 4 5 6 7 DQO (Con) 560,16 135,9 136,62 137,64 137,97 137,21 137,52 NTK (Con) 55,84 42,53 43,66 43,15 34,95 12,54 8,21 Fósforo (Con) 9,17 5,24 1,43 1,32 1,4 1,64 1,77 SST (Con) 136 18,2 20,16 21,37 22,29 23,3 23,7 DQO (Sin) 135,89 136,58 137,12 137,69 138,07 138,39 NTK (Sin) 43,31 43,21 36,24 13,54 9,61 Fósforo (Sin) 5,6 5,99 6,26 6,4 6,57 6,71 SST (Sin) 18,91 13,98 21,69 22,58 23,29 23,9 * Todos los valores son presentados como unidades de concentración (mg/L)

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30 Agradecimientos Estudiantes y Profesores Doctorado En IngenieríaMaestría Hidrodistemas Pregrado Ingenieria Civil Pregrado Ingenieria Electrónica Operarios y transporte Lab. Calidad de Aguas Dto Ing Civil. Expertos Internacionales: Daniel Nolasco y Diego Rosso.

31 Jaime Andrés Lara BorreroAndrés Baquero Jaime Andrés Lara Borrero