F - Filtros biologicos F

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Prof. Dr. Francisco Arteaga Núñez 
 
TRATAMIENTO DE AGUAS 
RESIDUALES 
FILTROS BIOLOGICOS 
AEROBIOS 
Prof.Dr.Francisco Arteaga Núñez 2 
BIOQUÍMICA E 
MICROBIOLOGIA 
(CH2O)X + O2 
(CH2O)X CH4 + CO2 + H2O + 
(CH2O)Y + H2 + H3C-COOH 
+  
CO2 + H2O + (CH2O)Y 
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Equación Fundamental 
Sh / So = 10
-k.h.(A/Q)^n Donde: 
Sh e So : Concentración de substrato (DBO) a 
profundidad h y a la entrada del filtro, mg/L 
k : Constante de velocidad de remoción del substrato, d-1 
h : Profundidad del lecho, m 
A : Area del filtro, m2 
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Cont
. 
k : varía entre 0,12 e 0,2 d-1 para agua residual 
urbana a 20oC. Para otras temperaturas se corrige 
el valor de k a través de: 
kToC = k20oC * 1,08
(T – 20) 
n : Característica del material de relleno, n = 0,44 
para piedras y 0,67 para rellenos plásticos. 
Q : Caudal afluente al filtro, m3/d 
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ESTUDIOS EN LABORATORIO 
So / Sh = 10
k.h.(A/Q)^n 
Por tanto, graficando en papel semilogarítmico 
log (So / Sh) contra h x (A/Q)
n se tiene una línea 
recta cuyo coeficiente angular corresponde al 
valor de k. 
log (So / Sh) = k.h.(A/Q)
n 
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Ecuación de Eckenfelder 
Sh / So = 10
-K.h.(Sa^m).(A/Q)^n, Donde: 
K: Constante de velocidad de reación, m/d 
h: profundidad del lecho, m 
Q: Caudal, m3/d 
A: Área superficial del filtro, m2 
Sa : Área superficial específica del material de relleno, m
2/m3 
m e n : Características del material de relleno. Metcalf & 
Eddy recomiendan usar m = n = 1, en caso no se tengan 
datos más específicos. 
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Fórmula del NRC – National 
Research Council 
Válida para AR domésticas llenado con piedras, a 20oC: 
a) Sin recirculación de AR tratada a la entrada 
del filtro: 
EDBO (%) = 100 / [1 + 0,433 * (W/V)
1/2], 
Donde: 
V = Volúmen del filtro, en m3 
EDBO (%) = Eficiencia en la remoción de DBO, en porcentaje 
W = Carga de DBO aplicada al filtro, en kg/dia 
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b) Con recirculación: 
EDBO (%) = 100 / [1 + 0,433 * (W / V*F)
1/2], Donde: 
F = ( 1 + r ) / ( 1 + 0,1*r2 ) donde r = Qr / Q 
EDBO (%) = Eficiencia en la remoción de DBO, en porcentaje 
W = Carga de DBO aplicada al filtro, en kg/dia 
V = Volume del filtro, en m3 
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CLASIFICACION DE FILTROS 
BIOLOGICOS AEROBIOS 
Característica Tasa Baja 
Tasa 
Interme- 
dia 
Alta Tasa 
Torre 
Biológica 
Tasa de Aplic. 
Hidráulica 
(m 
3 
/m 
2 
/dia) 
1 - 4 4 - 10 10 - 40 40 – 200 
Tasa de Aplic. 
Vol. de DBO 
(kgDBO/m 
3 
/dia) 
0,08 – 0,32 0,24 – 0,48 0,32 – 1,0 0,8 – 6,0 
Profundidad 
del 
Lecho (m) 
1,5 – 3,0 1,25 – 2,25 1,0 – 3,0 4,5 – 12,0 
Material de 
relleno 
piedra piedra piedra/plás plástico 
Factor de Recirclo 
( r = Q r / Q) 
0 0 - 1 1 - 3 1 - 4 
Consumo de 
Energia (W/m 
3 
) 
2 – 4 2 - 8 6 - 10 10 - 20 
Problemas con 
Moscas 
grande pequeño raro ninguno 
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CARACTERÍSTICAS DEL 
MATERIAL DE RELLENO DE LOS 
FILTROS 
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Característica/ 
Material 
Area superficial 
específica 
(m 
2 
/m 
3 
) 
Masa 
específica 
(kg/m 
3 
) 
Porosidad 
Piedras 50 - 70 800 - 1450 40 - 60 
Plástico 100 - 200 30 - 100 94 - 97 
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RECIRCULACION DE AR TRATADA 
A LA ENTRADA DE LOS FILTROS 
BIOLOGICOS 
Balance de masa en la entrada al filtro: 
Q * So + Qr * Se = ( Q + Qr ) * Si,, Donde: 
So = DBO AR afluente al filtro, antes de la mezcla con la recirc. 
Se = DBO del efluente final, después del decantador secundario 
Si = DBO del AR afluente al filtro, después de la mezcla con la recirc. 
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Dividiéndose por el caudal medio de AR (Q): 
Cont. 
So + r * Se = Si * ( 1 + r ) 
Si = ( So + r * Se ) / ( 1 + r ) 
Q = Caudal medio de AR sanitaria 
Qr = Caudal de recirculación de AR tratada 
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EJERCICIO DE DIMENSIONAMIENTO – 
FILTRO BIOLÓGICO AERÓBIO DE 
ALTA TASA 
Caudal medio de AR: 101,7 L/s = 366m3/h = 8789 
m3/dia: 
Datos: 
Carga de DBO del AR: 2.100 kg/dia 
Población atendida: 38.900 hab. Carga de DBO de 
las AR: 2.100 kg/dia 
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a) Determinación del caudal de recirculación 
Se admite una DBO a la entrada de los filtros, después de la 
mezcla con flujo de recirculación, Si = 100 mg/L y una DBO 
del efluente final, Se = 20 mg/L, se tiene: 
Si = ( So + r * Se ) / ( 1 + r ) 100 = ( So + r * 20 ) / ( 1 + r ) 
Eficiencia de los decantadores primarios en la remoción de 
DBO: 30% 
DBO de las AR a la entrada de los filtros: So = 0,7 x 239 = 167 
mg/L 
Portanto: r = 0,84  Qr = 85,2L/s = 307 m 
3/h = 7.361 
m3/dia 
DBO del AR cruda: 2.100 / 8789 = 0,239 kg/m3 = 239 mg/L 
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b) Determinación de la carga de DBO afluente a los filtros: 
Carga DBO = ( Q + Qr ) * Si = ( 8789 + 7361 ) * 
0,1 kg/m3 = 1617 kg/dia 
c) Determinación del volúmen útil 
Considerando relleno de material plástico, será usada una 
tasa de aplicación volumétrica de DBO de 1,2 kg/m3/d. El 
volúmen útil de filtros necesario será: 
VF.B. = 1617 / 1,2 = 1348 m
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Selecionando una profundidad útil de 2,70 m, el área necesaria 
será: 
AF.B. = 1348 / 2,70 = 500 m
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Deberán ser utilizados dos filtros de 18 m de diámetro, dando 
un área de 254,5 m2 y un volúmen de 687 m3 por filtro. 
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d) Verificación de la tasa de escurrimiento superficial, 
con base al caudal medio de AR: 
Qméd. / As = (8789 + 7361) / 509 = 31,8 
m3/m2/d 
e) Area necesaria de aberturas para ventilación: 
Aabert = 0,01 * AF.B. = 0,01 * 254,5 = 2,55 m
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f) Area de drenaje de las AR a la salida del filtro: 
Adren = 0,15 * AF.B. = 0,15 * 254,5 = 38,2m
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Muchas gracias 
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