Balance de Masa y Energía en La Laguna Anaeróbica

Balance de masa y energía en la Laguna Anaeróbica

Laguna Anaeróbica: CH4

Laguna anaeróbica: (profundidad de 2-5 m

1. Volumen de la Laguna V  A

 Li Qm 



CVO A

Dónde: 3



V  A =

volumen de la laguna, m



Li  =

afluente DBO5, mg/L (= g/m3)

3



Qm =

caudal promedio, m /día



CVO A =

carga volumétrica orgánica de diseño, g DBO5/m3-día (CVO A ≈ 300-400 g BOD5/m3-día a 20 °C)

 ×  =   Tabla N° 2: Características Físicas y Químicas de la nuestra materia prima. PARAMETROS Temperatura Turbiedad Color  pH Acidez Total Alcalinidad Total Dureza Total Cloruros Sulfatos Fosfatos Solidos Totales Solidos Suspendidos Solidos Disueltos DBO DQO Coliformes Totales Coliformes Fecales

Agua Cruda 15 400 Amarillento obscuro 7.08 26.4 214.5 357 83.5 127 61 1362 422 508 300 560 9300000 9300000

UNIDADES °C NTU

mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L NMP/100 ml NMP/100 ml

Base de cálculo 20 L/seg

 = 300 /  = =300  × 1000 ×   1000 3 3600 24ℎ    = 20  × 1000 × 1ℎ × í = 1728 3/í Teniendo en cuenta que tiene una capacidad del 95% :

 : =400∗0.95=380  í

3 ×1728 3/í 300/   = 380 3  =1364.21 3

 í

2. Tiempo de Retención Hidráulico TRH 



V  A Qm

Dónde: TRH

tiempo de retención nominal, días

=

Nota: El TRH tiene que ser suficiente para que la bacteria metanogénica puede crecer en el sistema, y su tasa de crecimiento es más que 7 días a 25 °C. La única manera de tener las condiciones para su crecimiento es a través de lagunas anaeróbicas de flujo ascendente (LAFA).

3  1364. 2 1   =  = 1728 3/í = 0.7894 í× 241 íℎ = 18.9 ℎ ≅ 19 ℎ      1.5 í 3 1728  ∴  =1.5í× í ≅ 2500 3 3. Profundidad Con una profundidad de 4 metros para asegurar proceso anaeróbico.

4. Área de la laguna mediante la ecuación de la prismoide:

  = 5. Acumulación de Lodos en Lagunas Anaeróbicas y Tiempo para llenar 25% del Volumen.

Se puede estimar la acumulación con la siguiente ecuación:

V  L Dónde:

a





0,00156 Qmed  SST  





V L-a =

tasa de acumulación de lodos, m3/año



Qmed 

= caudal promedio, m3/día



SST =

concentración de sólidos suspendidos en el afluente, mg/L

 3 =1362  × 1000 × =1362 / 3  1000 3  − =0.00156× 1728 í × 1362 3 =3671.5 3/ñ El tiempo para llenar 25% del volumen de la laguna con lodos es t 25%

0.25 V  A 



V  L



a

Se debería remover los lodos cuando se ocupan 25% del volumen de la laguna.

3 0. 2 5×2500  % = 3671.5 3/ñ = 0.1702 ñ× 121 ñ = 2.04 ≅ 2  Por tanto es importante el diseño de remoción de lodo ya es parte integral y si no se realiza bien entonces el proyecto o esta laguna estaría destinado al fracaso.

5. Potencial de Producción de Metano Asumiendo que el 70% de la DBO L esta removida en la laguna:

 = 300 = 441.2 /  =  0.68 0.68    = 0.7 ×0.001× × =/í 3    = 0.7 ×0.001× 1728 í ×441.2 3 =533.7/í 3  0. 3 5     =    × 533.7í =186.8 3 í A. Remoción de DBO L Última y Producción de Metano

0.02C10 H19O3 N  0.10H 2 O  0.12CH4



0.05CO2

 0.018HCO3

-

 0.018NH4



 0.0026C5 H 7 O 2 NP0.1

Residuos Orgánicos

R. orgánicos (CHON) 0.02(201) 4.02 mg 8.0 mg DBOL equivalente 1.0 mg DBOL equivalente

Bacteria

CH4 0.12(16) 1.92mg CH4 7.68mg DBOL equivalente 0.24 mg CH4 0.96 DBOL equivalente

CHO 0.018(61) 1.10 mg 0.9 mg CaCO3 0.11mg CaCO3

Bacterias (CHONP) 0.0026(113) 0.29 mg 0.036mg N 0.008mgP 0.04 mg

Rendimiento de Biomasa, Y : Y 

0.29mg Biomasa 

8.0mg DBO L Removida

0.04 mg Biomasa 

mg DBO L Removida

0.04 kg Biomasa 

kg DBO L Removida

Rendimiento de Metano: A 12 °C y 1 atm:

..  ×273+12 1 ×0. 0 82   =  ; =  = = 23.37 / 1     = 0.24   (1 )( 23.37  ) = 0.35      3 16      0.35    =     A 12 °C y 0.675 atm (3600 m):

..  ×273+12 1 ×0. 0 82   =  ; =  = = 34.62 / 0.675 

   = 0.24   (1 )(34.62  ) = 0.519      3 16      519    =  0.   6. Valor Calorífico de Metano A 12 °C y 1 atm:

1.0 = 35.800  = 9.94 ℎ= 8.556  Metano para cocinar: Per-cápita requisitos: 0.2-0.3 m3/día

3  186. 8    ∴   = 0.25 í = 747.2  í Generación de Electricidad a 12 °C y 1 atm :

1.0 = 9.94 ℎ×0.35×0.9 = 3.2 ℎ ℎ   = 186.8 3 í × 2.2 ℎ =410 3 í 7. Diseño de Lechos de Secado de Lodos para Lagunas Anaeróbicas

A. Tiempo de Secado

Lechos al Aire Libre

    

 p o  1  t d  

ST o  

1   DS  

ST  f    

 K C  ET    P n 0

Dónde: 

t d 

=

tiempo de secado de lodos, meses



 po

=

profundidad inicial de lodos, m



ST o

=

concentración de sólidos totales inicial expresada como decimal



ST  f 

=

concentración de sólidos totales finales expresada como decimal



DS

=

fracción de agua removido por drenaje expresada como decimal

=

coeficiente de evapotranspiración de la superficie de los lodos (0.6—

(~0.5) 

K C 

1.0) 

ET 0

=

evapotranspiración de referencia, m/mes



P

=

precipitación, m/mes



( K C  ET 0  P ) n

=

evapotranspiración neta de los meses contiguos

considerados, n, m/mes

 = 0.14 , =1362  , =150  , =1,  = 0.100 / 0.1.31625 10.5 0. 1 4 1  = 0.100 / = 0.62 ≅ 19 í B. Profundidad del lodo después del secado:

 =   0 =0.141.0.31625  = 0.015  C. Número de Aplicaciones:

 =6.31  =  = 120 19  D. Volumen de lodos para el lecho de secado: Volumen total por año

V  L



a



0,00156 Qmed  SST  



3  − =0.00156× 1728 í × 1362 3 =3671.5 3/ñ Volumen por aplicación

3/ñ  3671. 5  − − =  = 6.31 =581.8 3/ E. Área de lecho de secado:

/  581. 8    − = = = 4155.7 



0.14 

F. Carga de lecho:

   0. 1 60×1728 ×1362 0. 1 60×  ×  = 90.6  í    =  − =  4155.7   ñ