DISEÑO DE UN SISTEMA DE AIREACIÓN PARA UNA PLANAT DE LODOS ACTIVADOS EN ZOFRANCA MAMONAL.
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Lodos Activados
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TABLA DE CONTENIDO
LODOS ACTIVADOS
Introducción .................................................................................................................................. 1
1. Criterios de Diseño ............................................................................................................... 1
2. Planos Relacionados ........................................................................................................... 1
3. Tecnología Seleccionada ..................................................................................................... 2
3.1. Obra Civil .......................................................................................................................... 2
3.2. Sopladores ....................................................................................................................... 6
3.2.1. Sopladores Centrífugos de Múltiples Etapas ............................................................. 6
3.2.2. Sopladores Centrífugos de una Etapa con Caja de Cambios Integrada ................... 7
3.2.3. Requerimientos del Proceso de Aireación y Criterios de Capacidad de los
Sopladores ........................................................................................................................... 8
3.2.4. Comparación de Alternativas ..................................................................................... 9
3.2.5. Descripción de la Alternativa Seleccionada ............................................................. 13
3.3. Difusores de Aire ............................................................................................................ 15
3.4. Tuberías para Distribución de Aire ................................................................................ 18
3.4.1. Tubería de Transporte (Distribution Header) ........................................................... 18
3.4.2. Tuberías de Distribución (Headers) ......................................................................... 19
3.4.3. Tuberías Bajantes (Drop Legs) ................................................................................ 19
3.5. Recirculación y Desecho de Lodos Activados ............................................................... 20
4. Estrategias de Operación ................................................................................................... 21
Referencias Bibliográficas.......................................................................................................... 22
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LISTA DE TABLAS
Tabla No. 1 Concentraciones y Cargas en el Efluente Primario ..................................................... 1
Tabla No. 2 Planos Relacionados con el Proceso de Lodos Activados .......................................... 2
Tabla No. 3 Criterios de Diseño de los Tanques de Lodos Activados ............................................ 5
Tabla No. 4 Dimensiones Finales de los Tanques de Lodos Activados Diseñados ....................... 6
Tabla No. 5 Requerimientos para el Proceso de Aireación ............................................................. 8
Tabla No. 6 Requerimientos de Presión para los Sopladores ......................................................... 9
Tabla No. 7 Criterios de Diseño y Costos Propuestos para los Sopladores ................................. 10
Tabla No. 8 Comparación de Costos a Capital ............................................................................. 11
Tabla No. 9 Demanda Promedio Anual de Energía para Aireación por Caudal Promedio Anual
Tratado .................................................................................................................................... 12
Tabla No. 10 Comparación de Costos en Valor Presente Neto .................................................... 13
Tabla No. 11 Criterios de Diseño Sistema de Difusores ............................................................... 16
Tabla No. 12 Geometría y Distribución de los Difusores dentro de las Grillas de Aireación ........ 17
Tabla No. 13 Oxígeno Estándar Requerido por Grilla de Aireación .............................................. 17
Tabla No. 14 Requerimiento de Difusores ..................................................................................... 18
Tabla No. 15 Características de las Bombas de Recirculación de Lodos Activados (RAS) ......... 20
Tabla No. 16 Características de las Bombas de Lodos Activados de Desecho (WAS) ................ 20
Tabla No. 17 Parámetros de Bombeo de WAS para la Condición Máxima Diaria ........................ 21
Tabla No. 18 Parámetros de Bombeo de WAS para la Condición Máxima Mensual ................... 21
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LISTA DE FIGURAS
Figura No. 1 Lodos Activados Convencionales con Alimentación Escalonada para Caudales Pico
– Esquema 1 (vista en planta) .................................................................................................. 3
Figura No. 2 Lodos Activados Convencionales con Alimentación Escalonada para Caudales Pico
– Esquema 2 (vista lateral) ....................................................................................................... 4
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Introducción
El conjunto de tanques de lodos activados constituye el elemento más importante del
sistema de tratamiento secundario, en dichos tanques tiene lugar el crecimiento y retención
de una suspensión de microorganismos que transforman los constituyentes orgánicos
biodegradables, así como ciertos componentes inorgánicos del agua residual, en nuevas
células y productos intermedios.
Los tanques de lodos activados están compuestos principalmente por la obra civil (tanques
en concreto reforzado), los sopladores y difusores de aire, y las tuberías para distribución
de aire.
1. Criterios de Diseño
La Tabla No.1 muestra los criterios iniciales utilizados para el cálculo de los parámetros
asociados al sistema de lodos activados, dichos criterios corresponden a las condiciones
estimadas para el efluente primario. El sistema de lodos activados fue modelado usando el
software Biowin, los resultados de dicha modelación se encuentran en el Anexo No. 1.
Tabla No. 1
Concentraciones y Cargas en el Efluente Primario
Parámetro Promedio
Anual
Valor de
Diseño
Máximo
Mensual
Máximo
Semanal
Máximo
Diario
DBO5 (mg/L) 196 235 236 237 238
DBO5 (Ton/día) 122 147 185 214 295
SST (mg/L) 97 139 139 138 138
SST (Ton/día) 61 87 108 125 170
DQO (mg/L) 396 456 456 457 458
DQO (Ton/día) 231 285 356 413 567
Los valores de la Tabla No.1 corresponden a criterios generales aplicables a todo el
sistema de lodos activados, sin embargo existen otros criterios de diseño que son
específicos de cada componente de dicho sistema (sopladores, difusores, etc.). Tales
criterios serán enumerados en las secciones que describen cada componente del sistema
por separado.
2. Planos Relacionados
La Tabla No. 2 muestra los planos de diseño referencial relacionados con el sistema de
lodos activados, para la etapa de ampliación de la PTAR El Salitre:
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Tabla No. 2
Planos Relacionados con el Proceso de Lodos Activados
Número Título
M-04 Diagrama de Flujo del Proceso – Sistema RAS
M-04A Diagrama de Flujo del Proceso – Sistema RAS – Alternativa
M-42 Tanques de Aireación – Planta de Localización
M-43 Tanques de Aireación – Planta Inferior
M-44 Tanques de Aireación – Planta Superior
M-45 Tanques de Aireación – Secciones
M-46 Tanques de Aireación – Detalles – Hoja 1
M-47 Tanques de Aireación – Detalles – Hoja 2
M-48 Tanques de Aireación – Detalles – Hoja 3
M-49 Edificio de Sopladores de los Tanques de Aireación - Planta
M-50 Edificio de Sopladores de los Tanques de Aireación - Sección
M-61 Diagrama de Proceso WAS – Ruta y Criterio de Diseño – Diagrama de Proceso de
Espumas/Natas
M-62 Estación de Bombeo WAS/RAS – Planta Inferior
M-63 Estación de Bombeo WAS/RAS – Planta Superior
M-64 Estación de Bombeo WAS/RAS – Sección
M-65 Cámara de Distribución de Lodos de Recirculación (RAS) - Detalles
3. Tecnología Seleccionada
3.1. Obra Civil
El efluente de todos los clarificadores primarios (en condiciones normales de operación, ver
Anexo No. 2 – Estructuras de Entrada), tantos nuevos como existentes, será descargado a
través de una tubería común que lo conducirá hacia los tanques de lodos activados. El
diseño comprende dos (2) baterías independientes de lodos activados, cada una con seis
(6) líneas de tratamiento. En el sistema de conducción se instalarán dos (2) estructuras
hidráulicas para distribuir el caudal hacia las dos baterías de reactores.
Cada línea de tratamiento está compuesta de una zona de selección anaerobia seguida de
un tanque de aireación. La zona de selección anaerobia a la entrada de cada biorreactor
abarca aproximadamente el 15% del volumen total de este, y consiste en dos (2) celdas en
serie con sistema de mezcla, denominadas Selector 1 y Selector 2. Los selectores
anaerobios tienen por objetivo inhibir el crecimiento de bacterias filamentosas,
microorganismos responsables del desarrollo de condiciones de bulking (hinchamiento) de
los lodos secundarios. El tanque de aireación corresponde a una unidad rectangular
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provista de difusores de aire dispuestos en el fondo, con el fin de proveer aireación y
mezcla del compendio formado por las aguas residuales y el floc biológico.
La edad del lodo (o tiempo de residencia celular) para el sistema será de 2 y 2,5 días
operando bajo condiciones de carga Máxima Mensual (MM) y Promedio Anual (PA),
respectivamente.
La concentración de sólidos suspendidos en el licor mixto (SSLM), se encuentra en un
rango entre 2.600 mg/L y 2.800 mg/L. Durante eventos pico en temporada de lluvias, el
sistema diseñado tiene la capacidad de alimentar el caudal de exceso (que puede llegar a
ser igual al caudal de diseño) en forma escalonada en dos puntos (en ½ y ¾ de la longitud
del reactor). Las Figuras No. 1 y No. 2, muestran esquemas de funcionamiento de la planta
en condiciones pico.
Figura No. 1
Lodos Activados Convencionales con Alimentación Escalonada para Caudales Pico –
Esquema 1 (vista en planta)
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Figura No. 2
Lodos Activados Convencionales con Alimentación Escalonada para Caudales Pico –
Esquema 2 (vista lateral)
La configuración de los difusores dentro de los tanques de aireación, corresponde a una
aireación graduada con la mayor densidad de difusores después de los selectores
anaerobios. La edad del lodo, así como la concentración de SSLM y el Tiempo de
Retención Hidráulica (TRH), constituyen algunos de los parámetros de entrada que
permiten la simulación del proceso mediante el modelo Biowin (ver Producto No. 6 – Anexo
No. 1, y Producto No. 5 – Anexo A), obteniéndose una configuración geométrica y operativa
óptima. La Tabla No. 3 resume los criterios mínimos de diseño de los tanques de lodos
activados.
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Tabla No. 3
Criterios de Diseño de los Tanques de Lodos Activados
Parámetro Valor
Configuración Paso único, Flujo Pistón
Número de biorreactores 12
Relación Longitud/Ancho mínima 7
Volumen mínimo para cada tanque (m3) 12.303
Volumen mínimo de Zona de Selección (todo el sistema) (m3) 22.712
Volumen mínimo de Zona de Aireación (todo el sistema) (m3) 124.919
Volumen mínimo total (m3) 147.631
Profundidad mínima del agua a nivel de pared (m) 6
Tiempo de retención hidráulica (td) total (horas) 5,9
Tipo de selector anaerobio 2 celdas en serie
td mínimo en selector anaerobio (minutos) 54
Tipo de mezcladores en el selector Mezclador vertical de álabes
o del tipo hiperbólico
Potencia de entrada mínima en el mezclador del selector
(kW/1.000 m3)
2,63
Opción de alimentación escalonada en temporada de lluvias 0 a 1Q, ½ y ¾ de la longitud
del reactor
Concentración de diseño SSLM (mg/L) 2.800
Tiempo de residencia celular (θc) bajo carga MM (días) 2
Tiempo de residencia celular (θc) bajo carga PA (días) 2,5
Temperatura ambiente mínima mensual (oC) 17
Como se mencionó anteriormente, varios de los parámetros mostrados en la Tabla No. 3,
tales como el volumen mínimo para cada tanque, el volumen mínimo de la zona de
selección, y relación longitud/ancho mínima, entre otros, resultan de la simulación en
Biowin. Sin embargo, una revisión de la bibliografía (WEF, 2010. Design of Municipal
Wastewater Treatment Plants) (Metcalf and Eddy Inc, 2003. Wastewater Engineering),
permite comprobar que dichas condiciones, así como la carga hidráulica superficial, el TRH
(tanto en la zona de aireación como en la zona de selección), etc., cumplen con las
prácticas cotidianas para el tipo de sistema diseñado.
Cabe resaltar que el número y distribución para las unidades propuestas de lodos
activados, permite cumplir con la relación longitud/ancho mínima determinada por el
modelo. Según la experiencia del Consultor en el diseño de tratamientos similares, dicha
relación permite un buen desarrollo del flujo a pistón y una buena distribución del flujo. De
acuerdo a lo estipulado en la bibliografía pertinente (WEF, 2010. Design of Municipal
Wastewater Treatment Plants. Pág 14-234), dicha relación debe encontrarse entre 5 y 15.
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En los Planos M-43 a M-45 se muestra en detalle la configuración de los tanques de lodos
activados para la ampliación de la PTAR El Salitre. De igual manera, la Tabla No. 4
muestra las principales dimensiones finales de los tanques de lodos activados diseñados,
como se puede comprobar, dichas dimensiones cumplen con los requerimientos mínimos.
Tabla No. 4
Dimensiones Finales de los Tanques de Lodos Activados Diseñados
Dimensión Tanque de Lodos Activados
Zona de Selección Zona de Aireación Total
Ancho (m) 16,8 16,8 16,8
Largo (m) 9,5 (x2) 104,25 123,25
Relación Longitud/Ancho 7,33
Profundidad útil (m) 6,1 6,1 6,1
Volumen por Unidad (m3) 1.947,12 10.683,54 12.630,66
Volumen Total (12 unidades) (m3) 23.365,44 128.202,48 151.567,92
Cabe resaltar cada batería de tanques de lodos activados comprende tanto un canal de
entrada que distribuye el caudal a los tanques de aireación, como un canal de salida que
recibe el caudal efluente de dichos tanques. Así mismo, tanto el canal de entrada como el
de salida, están provistos de difusores tipo tubo para proveer mezcla y homogeneización
del flujo. Este tipo de sistema de distribución de caudal ha sido utilizado amplia y
exitosamente por El Consultor, en distintas PTARs. En el Anexo No. 7.2, se presentan
distintos ejemplos de PTARs utilizando canales de distribución, ya sean aireados o con
sistema de mezcla, así como una justificación del uso de dicho sistema.
3.2. Sopladores
Son compresores radiales dinámicos que al acelerar el aire atmosférico mediante un
conjunto de impulsores, acumulan presión que luego será disipada al inyectar dicho aire
mediante difusores de alta eficiencia. Para la etapa de ampliación de la PTAR El Salitre se
han considerado dos clases de sopladores, para llevar a cabo una comparación en
aspectos de tipo funcional, operativo, económico, etc.
3.2.1. Sopladores Centrífugos de Múltiples Etapas
Los sopladores centrífugos de múltiples etapas, por lo general son operados por medio de
la regulación de la válvula de entrada, donde un operador mecánico motorizado ajusta
dicha válvula para disminuir o aumentar la entrada de aire al soplador. En una configuración
con múltiples sopladores, generalmente estos son operados cerca al punto de diseño, con
filtros dispuestos para depurar el aire suministrado para el proceso. Esto ayuda a maximizar
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la eficiencia de energía, ya que cuando los sopladores trabajan cerca a su punto de diseño,
su eficiencia es la máxima.
Aunque los sopladores centrífugos de múltiples etapas pueden operar con una eficiencia
similar a la de las tecnologías de una sola etapa, bajo un rango limitado de condiciones de
caudal y carga; la operación prolongada fuera de este rango, generalmente causa caídas
en la eficiencia de aireación. La regulación continua para controlar el caudal de aire,
frecuentemente resulta en una operación menos eficiente debido a que se introduce una
pérdida de presión adicional.
Los sopladores de múltiples etapas incorporan rodamientos anti-fricción, que generalmente
se lubrican mediante un sistema simple de lubricación por aspersión. Cada rodamiento
tiene integrado, un depósito con nivel constante de aceite, localizado en la caja de este. Un
sello deflector de aceite montado en el eje del soplador, esparce aceite sobre el rodamiento
durante la operación. El mantenimiento periódico de sopladores de múltiples etapas incluye
el reemplazo de los filtros de entrada, y el monitoreo y cambio del aceite para el lubricado
por aspersión de los rodamientos. Las reparaciones importantes incluyen el reemplazo de
rodamientos e impulsores.
3.2.2. Sopladores Centrífugos de una Etapa con Caja de Cambios Integrada
Los sopladores centrífugos de una etapa con caja de cambios integrada, utilizan veletas
ajustables y/o difusores variables para controlar la entrada de aire. Las veletas y/o difusores
variables, permiten a los sopladores de una etapa operar cerca a su punto máximo de
eficiencia. Las veletas son controladas mecánicamente por medio de un actuador, el ajuste
de estas permite cambiar las características de presión, volumen y energía del soplador.
Los difusores modifican el caudal de aire en el compresor y permiten reducir el consumo de
energía a un 45%, con bajas disminuciones en la eficiencia.
Los sistemas con caja de cambios integrada, dependen a su vez de un sistema de
lubricación por presión, que va integrado en la base del soplador. El sistema de lubricación
es relativamente complejo, y la instrumentación y controles asociados a este tipo de
sopladores, tienen una operación más complicada que la de otras tecnologías.
El mantenimiento preventivo de sopladores con caja de cambios integrada, incluye la
limpieza/reemplazo de los filtros de aire y de aceite. Los cambios de aceite son
relativamente costosos e intensivos, debido al gran tamaño del depósito. La frecuencia de
los cambios de aceite varía de acuerdo a la instalación, con instalaciones que reportan
cambios de aceite cada tres meses, mientras que en otras transcurren varios años entre un
cambio y otro. Un intervalo típico para cambio de aceite es de un año, aunque en muchos
casos se utiliza un análisis del aceite en lugar de establecer cronogramas para cambios.
Entre los aspectos adicionales de mantenimiento, se encuentran las reparaciones del
sistema de control y de los sensores; las reparaciones mayores para este tipo de
sopladores, generalmente son mínimas. La mayoría de las instalaciones, tienen un contrato
de mantenimiento preventivo con el fabricante.
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3.2.3. Requerimientos del Proceso de Aireación y Criterios de Capacidad de los Sopladores
Los requerimientos para el proceso de aireación fueron calculados tanto para el valor de
diseño, como para las condiciones máxima mensual, máxima semanal y máxima diaria,
estimadas para el año 2040 (ver Tabla No. 5). Para calcular los valores de eficiencia de
transferencia de oxígeno en condiciones estándar (SOTE, del inglés Standard Oxygen
Transfer Efficiency) y caudal requerido de aire, se asumió una sumergencia para los
difusores de 5,8 m. Los valores de SOTE se basan en datos de eficiencia para discos
difusores de membrana de 9 pulgadas. El Anexo No. 7.1, sirve como guía para revisar el
proceso de cálculo de estos, y otros parámetros para los equipos de aireación.
Para la carga de diseño y para la carga máxima mensual estimada, se asumió una
concentración de oxígeno disuelto (OD) de 2,0 mg/L. Para las condiciones máxima mensual
y máxima diaria, se asumieron concentraciones de OD de 1,5 mg/L y 0,5 mg/L
respectivamente, con el fin de evitar un sobredimensionamiento de los equipos de aireación
ya que estas condiciones no son frecuentes.
Tabla No. 5
Requerimientos para el Proceso de Aireación
Criterio Valor de
Diseño
Condición
Máxima
Mensual
Condición
Máxima
Semanal
Condición
Máxima Diaria
Caudal Efluente Primario
(m3/s)
7,0 8,76 10,12 14,00
DBO del Efluente Primario
(Kg/día)
146.782 184.056 214.074 294.028
Oxígeno Efectivo
Requerido (AOR) (Kg
O2/día)1
123.422 150.683 172.048 223.757
Factor Alpha 0,40 0,40 0,40 0,40
Oxígeno Disuelto (mg/L) 2,0 2,0 1,5 0,5
AOR / SOR 0,21 0,21 0,22 0,26
Oxígeno Estándar
Requerido (SOR) (Kg
O2/día)
597.381 729.377 768.839 866.361
Eficiencia de Transferencia
de Oxígeno Estándar (%)
34,8 34,3 34,1 34,0
Caudal de Aire (m3/h, a
condiciones estándar)
256.211 318.055 336.914 381.258
1 Tomando una relación de 0,8 Kg O2 / Kg DBO5 oxidada (Grady L., et al (1999). Biological Wastewater
Treatment)
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Los requerimientos pico estimados para la presión de los sopladores se resumen en la
Tabla No. 6. Al igual que para los requerimientos de aireación, se asumió una sumergencia
de los difusores de 5,8 m.
Tabla No. 6
Requerimientos de Presión para los Sopladores
Parámetro Valor
Presión estática (psig) 8,23
Máxima pérdida en la salida de los difusores (psig) 1,08
Máxima pérdida en la tubería de descarga (psig) 0,50
Presión Total de Descarga (psig) 9,81
Máxima pérdida en los filtros de entrada (psig) 0,30
Presión Diferencial Total (psig) 10,11
La capacidad de aireación pico requerida es de 381.258 m3/h (224.400 scfm) con una
presión diferencial total de 10,11 psig. Para asegurar que se provea una suficiente masa de
oxígeno bajo las condiciones locales, deben calcularse tanto el requerimiento de aire en la
entrada, como la presión equivalente de aire (EAP, del inglés Equivalent Air Pressure), para
permitir la selección apropiada del equipo de aireación a partir de las curvas de desempeño
del fabricante (ver Anexo No. 7.1). El equipo requerido bajo condiciones locales con 10,7
psia de presión atmosférica y 20oC de temperatura ambiente, así como con un pérdida de
presión a la entrada de 0,3 psig, corresponde a uno de aproximadamente 538.926 m3/h
(317.200 scfm) de caudal en la entrada, con una EAP de 14,3 psig. Cabe resaltar que los
cálculos de dimensionamiento y transferencia de oxígeno efectuados, comprenden los
ajustes pertinentes asociados a la altitud en la zona de la PTAR (aproximadamente 2.500
m.s.n.m.). Con el fin de alcanzar los requerimientos de aireación se han considerado tres
alternativas:
■ A. 10 sopladores centrífugos de múltiples etapas con 53.893 m3/h de entrada, cada uno.
■ B. 18 sopladores centrífugos de múltiples etapas con 29.940 m3/h de entrada, cada uno.
■ C. 5 sopladores centrífugos de una etapa con caja de cambios integrada con 107.717
m3/h de entrada, cada uno.
3.2.4. Comparación de Alternativas
Los datos para los dos tipos de sopladores evaluados fueron suministrados por diferentes
proveedores con amplia experiencia en el mercado. La Tabla No. 7 resume los criterios de
diseño para los sopladores, así como los costos de presupuesto para cada alternativa.
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Tabla No. 7
Criterios de Diseño y Costos Propuestos para los Sopladores
Criterio
Sopladores de
Múltiples
Etapas
Opción A
Sopladores de
Múltiples
Etapas
Opción B
Sopladores de
Una Etapa con
Caja de
Cambios
Opción C
Número de sopladores 10 18 5
Caudal de Diseño (m3/h, a la entrada) 53.893 29.940 107.717
Presión de Descarga (EAP) (psig) 14,29 14,29 14,29
Cobertura desde el punto de diseño (%) 34 55 55
Costo del Equipo (U$)
3.800.000 6.210.000
6.250.000
Los costos a capital para las diferentes alternativas, están resumidos en la Tabla No. 8. El
Índice de Costos de Construcción utilizado fue 8,865 (Engineering News Record, Julio de
2010). Para calcular los costos a capital se asumió lo siguiente:
■ Factor de instalación de equipos = 1,3
■ Costos estructurales/arquitectónicos de las instalaciones = U$ 300/m2
■ Sistemas auxiliares de las instalaciones = 50% de los costos
estructurales/arquitectónicos
■ Costos mecánicos y de tuberías = U$50.000 por soplador de múltiples etapas,
U$80.000 por soplador de una etapa
■ Costos electricos y de instrumentación = 20% del costos de instalación por soplador
■ Imprevistos = 20% del costo de instalación
■ Gastos y utilidad del contratista = 20%
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Tabla No. 8
Comparación de Costos a Capital
Item
Sopladores de
Múltiples
Etapas
Opción A
Sopladores de
Múltiples
Etapas
Opción B
Sopladores de
Una Etapa
con Caja de
Cambios
Opción C
Estrcturales/Arquitectónicos U$390.000 U$702.000 U$324.000
Sistemas auxiliares U$195.000 U$351.000 U$162.000
Sopladores U$4.940.000 U$8.073.000 U$9.100.000
Tuberias y elementos
mecánicos
U$500.000 U$900.000 U$400.000
Electricos U$988.000 U$1.614.600 U$1.820.000
Subtotal U$7.013.000 U$11.640.600 U$11.806.000
Imprevistos (20%) U$1.403.000 U$2.328.000 U$2.361.000
Subtotal U$8.416.000 U$13.968.600 U$14.167.000
Gastos y utilidad del
contratista (20%)
U$1.683.000 U$2.794.000 U$2.833.000
Costo Total a Capital (2010) U$10.099.000 U$16.762.600 U$17.000.000
Los costos anuales de energía incluidos (calculados con base en requerimientos para 20
años, desde el 2.013 hasta el 2.032), fueron estimados de manera que permitieran una
comparación de valores presentes netos. Los requerimientos de aireación para cada día
durante un periodo de 20 años, se estimaron aplicando las variaciones diarias históricas en
las cargas afluentes, a las condiciones futuras de caudal. Los requerimientos de potencia
para los sopladores en cada 5º percentil (cada 1% desde el 95º al 99º percentil) de la
demanda de aireación, fueron calculados mediante las curvas de los sopladores
suministradas por los fabricantes. Para cada opción de sopladores, se estimó una potencia
promedio anual por caudal tratado promedio anual (hp/m3/s) (ver Tabla No. 9). La demanda
promedio anual de aireación se calculó aplicando la potencia de aireación anual por m3/s
tratado, a los caudales promedio anuales proyectados hasta el 2.032.
Para las demandas de energía estimadas, se asumió un sistema automático de control de
oxígeno disuelto operando en buenas condiciones.
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Tabla No. 9
Demanda Promedio Anual de Energía para Aireación por Caudal Promedio
Anual Tratado
Parámetro
Sopladores
de Múltiples
Etapas
Opción A
Sopladores
de Múltiples
Etapas
Opción B
Sopladores
de Una Etapa
con Caja de
Cambios
Opción C
Tasa estándar de
transferencia de oxígeno (Kg
O2 / hp – hr)
2,4 2,63 2,86
Tasa efectiva de transferencia
de oxígeno (Kg O2 / hp – hr)
0,49 0,54 0,59
Demanda Promedio de
Energía (hp/m3/s)
1.089,04 984,01 906,39
Los sopladores centrífugos de una etapa proveen aproximadamente un 17% de ahorro de
energía sobre la Opción A con los de múltiples etapas, y un 8% de ahorro sobre la Opción
B con los mismos sopladores. La opción B incorpora una selección más eficiente de
impulsores para el soplador, lo que resulta en un ahorro de energía de aproximadamente
un 10% sobre la opción A.
Los requerimientos anuales de mantenimiento para los sopladores de múltiples etapas,
incluyen el reemplazo de los filtros de entrada, y el monitoreo y cambio del aceite para los
rodamientos lubricados por aspersión. La mayoría de las instalaciones con caja de cambios
integrada, tienen un contrato de servicio con el fabricante para el mantenimiento preventivo
de los sopladores, que va más allá de los cambios rutinarios de aceite y filtros. Se asumió
que los costos anuales de mantenimiento para cada alternativa son similares, debido a
esto, no se incluyó una comparación de este tipo de costos en la evaluación de valor
presente neto. Evaluaciones llevadas a cabo en otras instalaciones, indican que el consumo
de energía representa aproximadamente el 90% de los costos operativos; razón por la cual
se considera que las diferencias en costos anuales de mantenimiento, no impactan
significativamente la evaluación, del valor presente neto para las diferentes alternativas.
En la Tabla No. 10, se presentan los costos en valor presente neto con base en una tasa
de interés del 10% y en un periodo de 20 años (2.013 – 2.032). Se asume que después de
20 años de operación, algunos componentes mecánicos habrán cumplido con su vida útil y
deberán ser reemplazados. Los costos de energía eléctrica tienen como base una tarifa
para el 2.010 de U$ 0,12/kWh.
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
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Tabla No. 10
Comparación de Costos en Valor Presente Neto
Parámetro
Sopladores de
Múltiples
Etapas
Opción A
Sopladores de
Múltiples
Etapas
Opción B
Sopladores de
Una Etapa con
Caja de
Cambios
Costo a capital U$10.099.000 U$16.762.000 U$17.000.000
Costo electrico en Valor
Presente Neto
U$46.077.000 U$41.633.000 U$38.349.000
Valor Total Presente Neto
(2010)
U$56.176.000 U$58.395.000 U$55.349.000
El valor presente neto estimado para las diferentes opciones es muy similar (con diferencias
de aproximadamente un 2,5%). La Opción A es menos eficiente en términos de energía que
las otras dos, sin embargo presenta un costo a capital significativamente más bajo. A pesar
de que la opción con sopladores de una etapa es más eficiente en términos de energía, su
alto costo inicial reduce el impacto de esta eficiencia energética.
Los sopladores centrífugos de una etapa con caja de cambios integrada, son
significativamente más complejos que los de múltiples etapas, y muchas de las
instalaciones de tratamiento en Norteamérica establecen un contrato con el fabricante, para
el servicio y reparación de los sopladores. Los sopladores de múltiples etapas
generalmente reciben mantenimiento y reparación por parte del personal de la planta,
debido a su relativamente simple diseño. Muchos vendedores pueden proveer partes para
determinados sopladores de múltiples etapas, reduciendo la dependencia del fabricante
después de la venta. La baja complejidad de los sopladores de múltiples etapas, hace de
estos una buena selección para casos en que no se cuenta con experiencia en equipos
complejos y/o, en los que no se quiere incurrir en acuerdos comerciales a largo plazo con el
fabricante para labores de servicio y reparación.
La alternativa seleccionada para el diseño corresponde a la de sopladores centrífugos de
múltiples etapas, debido a su reducida complejidad y bajo costo a capital. La base del
diseño incorpora la Opción A, con una menor instalación de equipos y por consiguiente en
un menor requerimiento de área y costo de capital.
3.2.5. Descripción de la Alternativa Seleccionada
Cada sistema soplador centrífugo de múltiples etapas debe ser estandarizado para trabajo
pesado, con los siguientes componentes:
■ Cabezales de entrada y salida en hierro fundido (ASTM A-48)
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
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■ Secciones intermedias en hierro fundido (ASTM A-48)
■ Impulsores en aluminio fundido (ASTM 356-T6)
■ Eje en aleación de acero para trabajo pesado
■ Anillos deflectores de acero blindado
■ Sellos tipo laberinto para el eje
■ Rodamientos anti-fricción con detectores de temperatura resistivos y sondas de
vibración
■ Lubricación con aceite
■ Capacidad de almacenamiento a largo plazo para efectos de transporte
■ Placa base para el soplador y el motor
■ Unidad de acoplamiento tipo spacer de 12”, suministrado por Thomas (Serie 71) o un
fabricante similar
■ Guarda de acoplamiento
■ Motor de máximo 1.750 HP, 3.600 rpm, 3/60/4.160 Volt, encapsulamiento WP-II, factor
de servicio 1,15, adecuado para operación a 2.500 m.s.n.m.
■ Filtro/silenciador en la entrada de aire tipo panel, para 59.465 m3/h (35.000 cfm)
■ Junta de expansión para el filtro
■ Válvula reguladora de mariposa en la entrada
■ Junta de expansión para la entrada
■ Junta de expansión para la descarga
■ Válvula de cheque
Así mismo, el sistema de control se hará mediante un controlador lógico programable
(PLC), con su respectivo panel de control, que debe incluir:
■ Encapsulamiento NEMA 12
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-15 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
■ Protección para fluctuaciones y sobrecargas
■ Sistema de protección para el soplador asociado a vibraciones
■ Sistema de protección para el soplador asociado a temperatura de los rodamientos
■ Control de la válvula de entrada
■ Sistema de protección para el motor asociado a temperatura de los rodamientos
■ Sistema de protección para el motor asociado a temperatura del embobinado
■ Sistema de protección para el motor asociado a vibraciones
■ Sensor de falla por vibración
■ Control de encendido y apagado del soplador
■ Control de las válvulas de entrada y descarga del soplador
■ Control de presión para el soplador
■ Monitoreo y control de oxígeno disuelto para los 12 tanques de aireación
■ Protocolo de comunicaciones Ethernet/IP
■ Monitoreo del caudal de aire en cada tanque de aireación y control de las válvulas de
mariposa en dichos tanques, para ajustar este caudal y distribuirlo adecuadamente, y
así optimizar la eficiencia de los sopladores
En los Planos M-49 y M-50 se muestra en detalle la configuración del sistema de
sopladores diseñado para la etapa de ampliación de la PTAR El Salitre. Tal sistema
comprende diez (10) sopladores centrífugos de múltiples etapas en operación normal, un
(1) soplador de iguales características en stand-by, y espacio para un soplador futuro.
3.3. Difusores de Aire
El sistema de aireación comprenderá difusores de membrana de burbuja fina. Los criterios
de diseño para el sistema de difusión de aire se pueden encontrar en la Tabla No. 11. El
esquema de distribución de los difusores se basará en un diseño de aireación graduada, el
cual tendrá una mayor cantidad de difusores a la entrada, justo después de los selectores
anaeróbicos. Un control automático de OD será proporcionado mediante una válvula de
motor modulada y una sonda de OD, por biorreactor. Los sopladores serán controlados
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-16 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
automáticamente en función de la presión del sistema. El diseño contempla válvulas
manuales de control de flujo de aire para cada zona ubicadas en cada conducto bajante. Se
instalará un mínimo de cuatro bajantes (o cuatro zonas de difusores por cada biorreactor).
Según la experiencia del Consultor en proyectos de este tipo, para sistemas de aireación
graduada se recomienda dividir los tanques en 3 o 4 grillas de aireación, por motivos de
economía y facilidad operativa (la utilización de 5 grillas en adelante incrementa los costos
y aumenta los requisitos operativos). De acuerdo a la longitud de los tanques de aireación
diseñados para el presente proyecto, estos se dividieron en 4 grillas de aireación.
Tabla No. 11
Criterios de Diseño Sistema de Difusores
Parámetro Valor
Tipo Membranas de burbuja
fina
Número mínimo de grillas (zonas) de difusores por reactor 4
Esquema de diseño de los difusores Aireación Graduada
Base de diseño del flujo de aire, kg O2/kg DBO5 0,8
Flujo de aire mínimo de mezcla, m3/hr/m
2 de área del reactor 2,19
Flujo de aire mínimo, m3/hr/difusor 0,85
Factor AlfaF, promedio 0,40
Factor Beta 0,95
Elevación, m 2.590
Temperatura máxima del aire1, oC 23
Concentración de OD bajo condiciones MM, mg/L > 2,0
Concentración de OD bajo condiciones MS, mg/L > 1,5
Concentración de OD bajo condiciones MD, mg/L > 0,5 1Nota: El valor de la temperatura máxima del aire para la Ciudad de Bogotá corresponde al valor
recomendado de temperatura máxima por la American Society of Heating, Refrigeration, and Air-conditioning
Engineers (1993 ASHRAE Fundamentals Handbook), el cual está en 72 °F (22,22 ºC). Este valor fue verificado
con los datos presentados en el “Informe Anual de Calidad del Aire de Bogotá, Año 2009” Red de Monitoreo de
Calidad del Aire de Bogotá (RMCAB) de la Secretaria Distrital de Ambiente de Bogotá (SDA), que muestra para
la Estación de Las Ferias una temperatura máxima para el año 2009 de 22,8 ºC. Por consiguiente el valor que
se toma para el diseño es de 23 ºC. Ver Anexos.
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-17 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
La Tabla No. 12 muestra la distribución porcentual de los difusores dentro de los tanques
de aireación de acuerdo a cada una de las 4 grillas (dicha distribución obedece tanto al
criterio del Consultor, como a las recomendaciones de distintos fabricantes de sistemas
difusores, para aplicaciones de aireación graduada), adicionalmente se muestran aspectos
geométricos de dichas grillas.
Tabla No. 12
Geometría y Distribución de los Difusores dentro de
las Grillas de Aireación
Grilla Longitud (m)
Ancho
(m)
Profundidad
(m)
Volumen
(m3)
% De
Difusores
1 25,9 16,8 6,1 2.654,2 36%
2 25,9 16,8 6,1 2.654,2 24%
3 25,9 16,8 6,1 2.654,2 21%
4 25,9 16,8 6,1 2.654,2 19%
De acuerdo a los requerimientos de oxígeno estándar calculados para las especificaciones
de los sopladores, la Tabla No. 13 muestra los requerimientos de oxígeno para cada grilla
de aireación en concordancia con el porcentaje de difusores por grilla.
Tabla No. 13
Oxígeno Estándar Requerido por Grilla de Aireación Parámetro Valor de
Diseño
Condición
Máxima
Mensual
Condición
Máxima
Semanal
Condición
Máxima Diaria
SOR Grilla 1
(Kg O2/día)
17.921,43 21.881,30 23.065,16 25.990,83
SOR Grilla 2
(Kg O2/día)
11.947,62 14.587,53 15.376,77 17.327,22
SOR Grilla 3
(Kg O2/día)
10.454,16 12.764,09 13.454,68 15.161,31
SOR Grilla 4
(Kg O2/día)
9.458,53 11.548,46 12.173,28 13.717,38
SOR por
Tanque (Kg
O2/día)
49.781,75 60.781,41 64.069,91 72.196,75
SOR Total (Kg
O2/día)
597.381 729.377 768.839 866.361
De acuerdo con los requerimientos de aireación calculados, con la geometría de los
tanques, y las características técnicas de discos difusores de 9 pulgadas; se determinó el
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
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número total de difusores requeridos para el sistema, asumiendo un caudal de aire por
difusor tanto de 5,1 m3/h, como de 4,4 m3/h. En consecuencia con lo expuesto
anteriormente, la Tabla No. 14 muestra el número de difusores necesarios por grilla de
aireación para cada tanque.
Tabla No. 14
Requerimiento de Difusores
Elemento
Número de Difusores Asumiendo
Caudal por Difusor de 5,1 m3/h
por difusor
Número de Difusores Asumiendo
Caudal por Difusor de 4,8 m3/h
por difusor
Grilla 1 2.232 2.400
Grilla 2 1.488 1.600
Grilla 3 1.302 1.400
Grilla 4 1.178 1.300
Total por Tanque 6.200 6.700
Total para el Sistema 74.400 80.400
Nota: La Grilla 1 es adyacente a los selectores anaerobios y la Grilla 4 es adyacente al canal de descarga.
Para el diseño, el Consultor procedió con el número de difusores calculado con 4,8 m3/h de caudal por difusor, debido a los problemas de transferencia de oxígeno que puedan derivarse de la altitud del sitio de la planta. Debe tenerse en cuenta, que al número total de difusores calculado, debe sumarse un suministro adicional del 5% de difusores de repuesto, para un total de 84.420 difusores de burbuja fina por membrana de 9 pulgadas de diámetro.
3.4. Tuberías para Distribución de Aire
El aire necesario para el sistema de lodos activados es transportado desde los sopladores
hasta los difusores por medio de tuberías de acero inoxidable. A continuación se procederá
a describir la distribución de las tuberías, sin embargo, los Planos M-43 a M-47 muestran
en detalle esta distribución.
Los diámetros para las tuberías se establecieron con base en las velocidades
recomendadas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (U.S. EPA,
1989), en el Manual de Diseño Fine Pore Aeration Systems (Apéndice C, Tabla C-3). El
cálculo de los diámetros para las tuberías contempla aumentos de carga futuros que
incrementarían la necesidad de aire suministrado.
3.4.1. Tubería de Transporte (Distribution Header)
Corresponde a la tubería de mayor tamaño y se desarrolla desde el sistema de sopladores
hacia la parte inicial de los tanques de lodos activados (antes de los selectores anaerobios),
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-19 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
al llegar a dichos tanques, su disposición discurre de manera paralela al ancho de estos.
Para el cálculo de los diámetros se asume un caudal de aire por tanque de aireación de
44.910,5 m3/h (a condiciones estándar), partiendo de un caudal necesario en la entrada de
538.926 m3/h.
Existe una tubería de transporte para cada batería de 6 tanques de aireación. A medida que
la tubería de transporte va liberando aire para alimentar los distintos tanques de aireación,
su diámetro va disminuyendo mediante reducciones en acero inoxidable. De esta manera,
dicha tubería tiene un diámetro de 72” (con una velocidad de 28,45 m/s y un caudal de
269.463 m3/h) hasta entregar el aire para los dos primeros tanques de aireación de cada
batería, continúa con un diámetro de 66” (con velocidad de 22,51 m/s y caudal de 179.642
m3/h) hasta entregar el airea para el tercer y cuarto tanque, y termina con un diámetro de
48” (con velocidad de 21,34 m/s y caudal de 89.821 m3/h) para conducir el aire hasta los
dos últimos tanques.
3.4.2. Tuberías de Distribución (Headers)
Corresponden a ramificaciones que se desprenden de la tubería de transporte y que se
desarrollan paralelamente a los tanques de aireación. Para el cálculo del diámetro de
dichas tuberías, se asumió una condición de operación con un tanque de aireación fuera de
servicio, hecho que resultaría en un caudal por tanque de 48.993,3 m3/h (partiendo del
mismo caudal de entrada de aire utilizado para las tuberías de transporte).
Existen dos configuraciones posibles para las tuberías colectoras:
■ Tres pares de tuberías de 36” (con una velocidad de 20,93 m/s y un caudal de 48.993,3
m3/h, por tubería), de esta manera cada tanque de aireación contaría con su propia
tubería.
■ Tres tuberías de 48” (con una velocidad de 23,46 m/s y un caudal de 97.986,6 m3/h, por
tubería), de esta manera cada tubería suministraría el aire para alimentar dos tanques
de aireación.
3.4.3. Tuberías Bajantes (Drop Legs)
Estas tuberías de reciben el aire de las tuberías de distribución y se desprenden como
ramificaciones de estas hasta el fondo de las grillas de aireación (de manera perpendicular
al fondo de los tanques), para servir de alimentación a los tubos múltiples (manifolds).
A los tubos múltiples se conectan los tramos finales de tubería, que corresponden a varios
tubos perpendiculares a un múltiple y paralelos entre si, en donde se encuentran anclados
los difusores de aire.
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-20 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
3.5. Recirculación y Desecho de Lodos Activados
El caudal de recirculación de lodos activados (RAS, del inglés Return Activated Sludge) se
debe monitorear y ajustar de acuerdo a lo requerido para mantener la concentración de
SSLM dentro del rango óptimo. Para ampliar la información sobre este aspecto, se
recomienda revisar el Anexo No. 8 – Clarificadores Secundarios. La Tabla No. 15 resume
las características de las bombas propuestas para el RAS.
Tabla No. 15
Características de las Bombas de Recirculación de Lodos Activados (RAS)
Parámetros Características
Q Max RAS 7,0m3/s
Tipo de bomba Centrífuga
Número total de bombas 8
Bombas en operación a caudal máximo 6
Unidades en stand by 2
Q/Bomba 1.170L/s ( 18.500 gpm)
TDH 8,0 m
Fuerza del motor 200 HP(1)
Controles de mando VDF
El Cliente puede seleccionar un bombeo más eficiente y reducir la potencia instalada por motor a 150 HP.
Así mismo, las Tablas No. 16 a No. 18 muestran las principales características del sistema
de bombeo propuesto para los lodos activados de desecho (WAS, del inglés Waste
Activated Sludge).
Tabla No. 16
Características de las Bombas de Lodos Activados de Desecho (WAS)
Parámetros Características
Tipo de bomba Centrífuga
Número total de bombas 4
Número Total de tubería 2
Diámetro de la tubería 500mm (20 pulgadas)
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-21 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
Tabla No. 17
Parámetros de Bombeo de WAS para la Condición Máxima Diaria
Parámetros Características
Q MAX 400 L/s (1)
Número de bombas en operación 3
Número de tuberías en operación 2
Q/ Bomba 133 L/s
TDH 13,4 m (1)
La condición máxima diaria es de 255,5 Ton/d de WAS con 0,75% de concentración de sólidos
Tabla No. 18
Parámetros de Bombeo de WAS para la Condición Máxima Mensual
Parámetros Características
Q MAX 276 L/s (1)
Número de bombas en operación 2
Número de tuberías en operación 1
Q/ Bomba 138 L/s
TDH 14,0 m
Fuerza del motor instalada
Controles de mando
40 HP
VDF
(1)
La condición máxima diaria es de 255,5 Ton/d de WAS con 0,75% de concentración de sólidos
Los Planos M-04, M-04A y M-61 a M-65 muestran en detalle el sistema de bombeo
RAS/WAS.
4. Estrategias de Operación
En condiciones normales de operación, el caudal máximo de 14 m3/s será distribuido
equitativamente hacia los doce tanques de lodos activados. Para eventos pico en
temporada de lluvias, se deben abrir las compuertas deslizantes de 0,5 m x 0,5 m que se
encuentran en los canales laterales de de cada tanque de aireación, destinadas para
alimentación escalonada a ½ y ¾ de la longitud del tanque. Una vez finalice el evento de
lluvia y el caudal descienda nuevamente hasta 14 m3/s, tales compuertas deben cerrarse.
En caso de que se requiera poner fuera de servicio algún tanque de aireación, se
recomienda minimizar en la mayor medida posible la exposición directa del equipo de
difusión a la luz solar. Para ello es necesarios mantener siempre que sea posible, una
lámina de agua que cubra los difusores por encima del tope de estos.
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7
CAR Página 7-22 LODOS ACTIVADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
Subidas de presión abruptas y pronunciadas en el sistema de aireación, pueden ser
producto de obstrucciones u otros problemas operativos en el sistema de difusores. En
caso de que se presente este tipo de inconvenientes, debe hacerse una inspección visual
en búsqueda de zonas con discontinuidad y falta de uniformidad en la aireación. Una vez
identificada la zona con problemas operativos, se debe poner fuera de servicio para realizar
las correcciones pertinentes. Se deben monitorear constantemente los tanques de lodos
activados para constatar que haya una distribución uniforme del aire y ausencia de zonas
muertas.
El caudal de recirculación de lodos activados se debe ajustar constantemente de manera
que se conserven siempre concentraciones de SSLM dentro de los tanques de aireación,
de entre 2.600 mg/l y 2.800 mg/L.
Para una mejor relación entre efectividad y gasto energético, los sopladores deben
operarse siempre cerca al punto de diseño.
Después de ocurrido un evento pico en temporada de lluvias, el sistema debe dejar
estabilizar por 24 horas. Durante este tiempo se debe poner especial atención en la tasa de
recirculación de lodos, de manera que la concentración de SSLM se mantenga dentro del
rango óptimo.
Referencias Bibliográficas
1. Water Environment Federation and the American Society of Civil
Engineers/Environmental and Water Resources Institute (2010). “Design of
Municipal Wastewater Treatment Plants”, WEF Manual of Practice No. 8 (MOP 8),
ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice No. 76” Fifth Edition.
2. Ministerio de Desarrollo Económico. (2000). Titulo E: Tratamiento de Aguas
Residuales. En Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento
Básico RAS - 2000.
3. U.S. E.P.A. (1989). Design Manual – Fine Pore Aeration Systems. Appendix C.
4. Metcalf and Eddy Inc. (2003). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse.
5. McGraw-Hill Companies (2010). Engineering News Record. Consultado en Julio de
2010. Consultar en: http://enr.construction.com/Default.asp
6. Grady L., et. al. (1999). Biological Wastewater Treatment
CAR HOJAS DE CALCULO PARA EL SISTEMA DE AIREACION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
Producto Final – Anexo 7.1
Hojas de Cálculo para el Sistema de Aireación
Producto Final Julio 2011 Anexo No. 7.1
CAR Página 7.1-1 HOJAS DE CALCULO PARA EL SISTEMA DE AIREACION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
El presente Anexo muestra impresiones de las hojas de cálculo en Excel utilizadas para
la determinación de diferentes aspectos del sistema de aireación de los tanques de
lodos activados diseñados para la PTAR El Salitre.
Las primeras dos páginas, muestran el procedimiento de cálculo para el volumen
requerido de aire a la entrada de los sopladores, bajo dos condiciones distintas de
humedad relativa. Las siguientes páginas muestran el procedimiento de cálculo para el
caudal requerido de aire dentro de los tanques de aireación, bajo diferentes condiciones
de concentración y caudal.
Equivalent Air Pressure
Jobsite Conditions Standard ConditionsPressure Pressure
P0 (Barometric Pressure) (psia) 10.7 P(std) (psia) 14.7
PL (Inlet Pressure Losses) (psia) 0.3
P1 (Pressure at Blower Inlet Flange) (psia) 10.4 Temperature
P2 (Discharge Pressure) (psig) 9.81 7.37 T(std) (Inlet Temperature) (deg-F) 68 Term 1 Term 2 Term 3
P2 (Discharge Pressure) (psia) 20.51 T(std) (Inlet Temperature) (deg-C) 20
T(std) (Inlet Temperature) (K) 293
Temperature T(std) (Inlet Temperature) (deg-R) 528
T1 (Inlet Temperature) (deg-F) 68 Table 1
T1 (Inlet Temperature) (deg-C) 20 Relative Humidity Gas Constants
T1 (Inlet Temperature) (K) 293 RH(std) Relative Humidity at Std Cond. 0.36 R (T1, RH1) (J/kg-K) 296.4
T1 (Inlet Temperature) (deg-R) 528 R(100-deg F, 80%RH) (J/kg-K) 293.3
Saturated Vapor Pressure of Water R(100-deg F, 90%RH) (J/kg-K) 294.1
Relative Humidity PV(Std) (at standard temperature) (psia) 0.33 R(100-deg F, 100%RH) (J/kg-K) 295.0
RH(1) Relative Humidity at Inlet Conditions 0.6 R(105-deg F, 80%RH) (J/kg-K) 294.4
Gas Constants R(105-deg F, 90%RH) (J/kg-K) 295.4
Saturated Vapor Pressure of Water R (standard conditions) (J/kg-K) 287.9 By Turblex def'n, R varies with T and RH (see Table) R(105-deg F, 100%RH) (J/kg-K) 296.4
PV0 (at atmospheric temperature) (psia) 0.33 R(80-deg F, 80%RH) (J/kg-K) 290.2
Other Constants R(80-deg F, 90%RH) (J/kg-K) 290.6
Gas Constants k (isentropic constant for air) 1.4 R(80-deg F, 100%RH) (J/kg-K) 291.1
R (T1, RH1) (J/kg-K) 288.6 296.4 (k-1)/k = 0.285714 See Worksheet "Gas Constants"
k/(k-1) = 3.5
EAP (psia) = 29.034
EAP (psig) = 18.334
Term 1 2.160598
Term 2 0.214133 Table 2
Term 3 2.155357 Saturated Vapor Pressure of Water Temp PV
PV (80 deg-F) 0.52 80 0.52
PV (160 deg-F) 4.5 100 0.96
PV (100 deg-F) 0.96 105 1.1
160 4.5
Flow Rate Calculations
ACFM – Volumetric air flow at atmospheric conditions measured in front of the inlet filter. PV0 = Saturated vapor pressure of water at atmospheric temperature
PVStd = Saturated vapor pressure of water at standard conditions = 0.33 psia
ICFM = Volumetric air flow at the blower inlet flange
SCFM (ft^3/min) 224400
ACFM (ft^3/min) 311562
ICFM (ft^3/min) 320549
53.3
283.0
283.0
,,0
,2
,
,1,
283.0
11
Std
MaxLMin
Max
StdRHStdTStd
MaxRHMaxTMaxStdP
PP
P
TR
TRPEAP
0PpsiaEAPpsigEAP
0
00
000 P
P
T
T
PVRHP
PVRHPSCFMACFM
Std
StdStdStd
1
01
110 P
P
T
T
PVRHP
PVRHPSCFMICFM
Std
StdStdStd
C:\Documents and Settings\jbaron\My Documents\aparte\Adicional\Aeration\Bogota ICFM-SCFM EAP ICFM ACFM - 68 F, 60% RH
Equivalent Air Pressure
Jobsite Conditions Standard ConditionsPressure Pressure
P0 (Barometric Pressure) (psia) 10.7 P(std) (psia) 14.7
PL (Inlet Pressure Losses) (psia) 0.3
P1 (Pressure at Blower Inlet Flange) (psia) 10.4 Temperature
P2 (Discharge Pressure) (psig) 9.81 7.37 T(std) (Inlet Temperature) (deg-F) 68 Term 1 Term 2 Term 3
P2 (Discharge Pressure) (psia) 20.51 T(std) (Inlet Temperature) (deg-C) 20
T(std) (Inlet Temperature) (K) 293
Temperature T(std) (Inlet Temperature) (deg-R) 528
T1 (Inlet Temperature) (deg-F) 68 Table 1
T1 (Inlet Temperature) (deg-C) 20 Relative Humidity Gas Constants
T1 (Inlet Temperature) (K) 293 RH(std) Relative Humidity at Std Cond. 0.36 R (T1, RH1) (J/kg-K) 296.4
T1 (Inlet Temperature) (deg-R) 528 R(100-deg F, 80%RH) (J/kg-K) 293.3
Saturated Vapor Pressure of Water R(100-deg F, 90%RH) (J/kg-K) 294.1
Relative Humidity PV(Std) (at standard temperature) (psia) 0.33 R(100-deg F, 100%RH) (J/kg-K) 295.0
RH(1) Relative Humidity at Inlet Conditions 0.36 R(105-deg F, 80%RH) (J/kg-K) 294.4
Gas Constants R(105-deg F, 90%RH) (J/kg-K) 295.4
Saturated Vapor Pressure of Water R (standard conditions) (J/kg-K) 287.9 By Turblex def'n, R varies with T and RH (see Table) R(105-deg F, 100%RH) (J/kg-K) 296.4
PV0 (at atmospheric temperature) (psia) 0.33 R(80-deg F, 80%RH) (J/kg-K) 290.2
Other Constants R(80-deg F, 90%RH) (J/kg-K) 290.6
Gas Constants k (isentropic constant for air) 1.4 R(80-deg F, 100%RH) (J/kg-K) 291.1
R (T1, RH1) (J/kg-K) 287.9 296.4 (k-1)/k = 0.285714 See Worksheet "Gas Constants"
k/(k-1) = 3.5
EAP (psia) = 28.99
EAP (psig) = 18.29
Term 1 2.155357
Term 2 0.214133 Table 2
Term 3 2.155357 Saturated Vapor Pressure of Water Temp PV
PV (80 deg-F) 0.52 80 0.52
PV (160 deg-F) 4.5 100 0.96
PV (100 deg-F) 0.96 105 1.1
160 4.5
Flow Rate Calculations
ACFM – Volumetric air flow at atmospheric conditions measured in front of the inlet filter. PV0 = Saturated vapor pressure of water at atmospheric temperature
PVStd = Saturated vapor pressure of water at standard conditions = 0.33 psia
ICFM = Volumetric air flow at the blower inlet flange
SCFM (ft^3/min) 224400
ACFM (ft^3/min) 309230
ICFM (ft^3/min) 318150
53.3
283.0
283.0
,,0
,2
,
,1,
283.0
11
Std
MaxLMin
Max
StdRHStdTStd
MaxRHMaxTMaxStdP
PP
P
TR
TRPEAP
0PpsiaEAPpsigEAP
0
00
000 P
P
T
T
PVRHP
PVRHPSCFMACFM
Std
StdStdStd
1
01
110 P
P
T
T
PVRHP
PVRHPSCFMICFM
Std
StdStdStd
C:\Documents and Settings\jbaron\My Documents\aparte\Adicional\Aeration\Bogota ICFM-SCFM EAP ICFM ACFM - 68 F, 36% RH
Introduction
1. Site Parameters
2. Inputs
This diffused aeration workbook is designed to be used as a tool during preliminary engineering to determine
approximate air flows required under several design condtions. The workbook is broken down into several
sheets; this instruction sheet, the air demand calculation sheet, a global parameter sheet and supporting data
for the calculation of Tau and the diffuser SOTE. All user inputs to the model are on the Air Demand
Calculations sheet and are highlighted in yellow. A blue "Calculate Diffuser Flow Rate" button initiates a
macro to determine the flow per diffuser used in calculating the overall air requirements. The global
parameter spreadsheet includes constants used in the air demand calculations, and should not typically be
modified. It also contains parameters for the SOTE curve, which only apply to Sanitaire 9" Silver Series II
Membrane Disc Diffusers. The following sections decribe in detail the inputs to, calculations and outputs
provided by the Air Demand Calculations spreadsheet.
The user inputs the general characteristics of the aeration basins in this section. The area of the aerated
portion of the aeration basin and number of diffusers per basin in the aerated area is entered here, along with
the basin side water depth and diffuser submergence. The site elevation (in feet above mean sea level) and
average site air temperature are also entered in this section to adjust the barometric pressure. The type of
diffuser is also entered under this tab. NOTE: Modification of any of these parameters (with the
exception of aeration basin area and number of diffusers per basin) will impact the global parameters
spreadsheet. Therefore a new spreadsheet should be created when modifying these variables.
The user inputs the design conditions for multiple scenarios in this section. The spreadsheet has been setup
to calculate aeration requirements for six different conditions. Conditions typically evaluated in the design of
aeration facilities for the activated sludge process are noted on the spreadsheet and include; minimum day,
annual average, maximum month, maximum week, maximum day and peak hour design conditions.
Design flow, design temperature, influent BOD5 and TKN concentrations and effluent BOD5, TKN and NO3 -N
concentrations are entered here. It is recommended that minimum design temperatures be used for the
minimum air requirements (this should provide for the minimum air requirement), while average through peak
day and hour demands should be based the applicable maximum design temperature. In addition, the
dissolved oxygen concentration in the aeration basin is to be entered in the input section. It is recommended
that a dissolved oxygen concentration of 2.0 mg/L be used under all conditions with the exception of
maximum day and peak hour conditions, where a design dissolved oxygen concentration of 0.5 mg/L may be
permissible.
The user selects whether an oxygen credit for denitrification will be assigned to each condition. If the process
being evaluated includes denitrification, it is recommended that the denitrification credit be applied (by
inputting Y in the appropriate cell) for minimum day through maximum week conditions. It is recommended
that this credit not be applied (by inputting N) to compute peak day and peak hour airflow conditions.
3. Actual (Process) Oxygen Requirement (AOR) Calculations
BOD5 Oxidized = (BOD5-INF - BOD5-EFF) * Flow * 8.34
TKN Oxidized = (TKNINF - TKNEFF - TKNAssimilated) * Flow * 8.34
TKNAssimilated = 0.033 * BOD5 Oxidized
BOD5 Oxygen Demand = 1.2 * BOD5 Oxidized
TKN Oxygen Demand = 4.57 * TKN Oxidized
Denitrification Credit (if selected) = (-) 2.86 * (TKN Oxidized - (Effluent Nitrate * Flow * 8.34))
Actual Oxygen Requirement = BOD5 Oxygen Demand + TKN Oxygen Demand + Denitrification Credit
4. Standard Oxygen Demand (SOR) Calculations
AOR/SOR = αF * ΘT-20
* (t*β*Ω*Csat 20 - C) / (Csat 20)
Θ = Temperature Correction Factor for Oxygen Transfer = 1.024 (Global Parameter)
T = Design Temperature, °C (User Input)
t = Temperature Correction Factor for Oxygen Saturation (Tau) = 0.000408 * T2 - 0.0382 * T + 1.6
This section calculates the oxygen required by the process for each of the design conditions. The following
equations are used for each calculation:
The design alpha (αF) factor should be input for each condition. The alpha (α) factor is the oxygen transfer
rate in wastewater divided by the oxygen transfer rate in tap water for a given wastewater and aeration device
(KLa wastewater / KLa tap water). A fouling factor (F) is applied to the alpha value to account for losses in efficiency
due to following of the aeration device. Alpha factor is dependent on the wastewater being treated and the
aeration device used. An alpha value of 0.64 has been used in recent Hazen and Sawyer projects that
include nitrification/denitrification and use fine bubble membrane diffusers for aeration. Projects that
incorporate BOD removal only and/or operate at shorter solids retention times than typical BNR facilities or
those not utilizing fine bubble diffusers will require the use of a different alpha value, and this value should be
adjusted accordingly.
αF = Wastewater Correction Factor for Oxygen Transfer = (KLa wastewater / KLa tap water) * Fouling factor (User
Input)
This section calculates the standard oxygen requirement (SOR). The SOR is the amount of oxygen that
The user selects whether to use the average standard oxygen transfer efficiency (SOTE) curve or minimum
SOTE curve to each condition. It is recommended that the average SOTE curve be applied (by inputting A in
the appropriate cell) for minimum day through maximum week conditions. It is recommended that the
minimum SOTE curve be applied (by inputting M) under peak day and peak hour conditions.
β = Wastewater Correction Factor for Oxygen Saturation = 0.95 - 1.00 (Global Parameter - 0.95 Default)
Ω = Pressure Correction Factor for Oxygen Saturation (Global Calculation Based on Site Elevation)
C = Design dissolved oxygen concentration, mg O2/L (User Input)
The standard oxygen requirement (SOR) is calculated as follows:
SOR = AOR / (AOR/SOR)
5. Aeration Demand Calculations
Total Number of Diffusers = Number of Basins in Service * Number of Diffusers per Basin
Diffuser Flow Macro Input = Value Input when the "Calculate Diffuser Flow Rate" Macro is Run
Diffuser Flow Calculated = Air Required at Design Transfer Efficiency / Total Number of Diffusers
Difference = Diffuser Flow Macro Input - Diffuser Flow Calculated
Correct? = Returns "Yes" if Difference = 0; Returns "No" if Difference ≠ 0
Air Required at 100% Transfer Efficiency = SOR / Mass Fraction of Oxygen in Air (0.2315) / Specific Weight
SOTE at Design Submergence and Diffuser Flow = ax4+bx
3+cx
2+dx+e; where x = the SOTE in % per foot
diffuser submergence and a,b,c,d and e are coefficients for a fourth order polynomial defining the SOTE curve
for a given diffuser device. This calculation references the average and minimum SOTE curves based upon
the User Input designating which situation to use.
Air Required at Design Efficiency = Air required at 100% Transfer Efficiency / SOTE at Design Submergence
and Diffuser Flow
The spreadsheet calculates the diffuser flow rate, and therefore SOTE, through the Microsoft Goal Seek
function. The Goal Seek function "guesses" an initial value for the diffuser flow rate and iteratively solves for
the SOTE until the Goal Seek value for the diffuser flow rate matches the calculated flow rate from the total air
flow rate (function of SOTE) divided by the total number of diffusers. A Microsoft Excel Macro controls the
Goal Seek function for each of the design conditions. The Macro is activated by clicking on the blue rectangle
labeled "Calculate Diffuser Flow Rate".
Csat 20 = Clean Water Oxygen Saturation Concentration at Diffuser Depth and 20 °C, mg O2/L (Global
Calculation Based on Diffuser Submergence)
This section calculates the air demand (in scfm) required for each of the design conditions. The required air
demand is based upon the SOTE of the aeration diffusers. The SOTE is a function of the diffuser type,
diffuser submergence and air flow rate per diffuser. The SOTE may also be influenced by the diffuser density
(Total diffuser area per tank area); however, this influence is omitted from the calculation and the appropriate
diffuser quantity, layout, flow rate and transfer efficiency must be coordinated with the diffuser manufacturer
during detailed design.
6. Checks
Minimum Mixing Airflow Requirement (scfm) = Area under Aeration per Basin * Number of Basins in Service *
Minimum Mixing requirements (0.12 scfm/ft2 - Global Parameter)
Minimum Mixing Requirement Met? = Returns "Yes" if Air Required at Design Efficiency is greater or equal to
Minimum Mixing Airflow Requirement; retuns "No" if not.
Is Diffuser Flow Within Range? = Returns "Yes" if Diffuser Flow is greater than or equal to the Minimum Flow
per Diffuser or less than or equal to the Maximum Flow per Diffuser (Defined in Global Parameters); retuns
"No" if not.
This section provides for a check to maintain minimum mixing requirements are met and determines whether
the diffuser flow rate is the recommended operational range.
Project InformationProject Name - Bogota Conventional Activated SludgeLocation - Bogota, ColumbiaDate - 6/24/10Engineer - JWR
1. Site Parameters
Area under Aeration per Basin (ft2) 18400
Side water Depth (ft) 19.7
Diffuser Submergence (ft) 18.5
Number of Diffusers per Basin 6200
Site Elevation (ft above MSL) 8500
Average Site Temperature (°C) 14
Diffuser Type 1 1 - Fine bubble; 2 - Coarse Bubble; 3 - Jet Aeration
2. Inputs
Condition
Current
Average
Load
Annual
AverageMax Month Max Week Peak Day
Design
Value
Aeration Basin Influent Flow 98.1 160 200 232 320 160
Number of Basins in Service 12 12 12 12 12 12
Influent Flow per Basin 8.175 13.333333 16.666667 19.333333 26.666667 13.33333
Influent BOD5 244 187 189 192 199 235
Influent TKN 65.4 50.2 50.5 50.8 51.5 63.1
Effluent BOD5 5 5 5 10 20 5
Effluent TKN 52.4 40.3 40.5 40.9 41.8 50.6
Effluent Nitrate 0 0 0 0 0 0
Design Temperature (°C) 18 18 18 18 18 18
DO Concentration (mg/L) 2 2 2 1.5 0.5 2
Denitrification Credit? Y or N n n n n n n
Design Alpha Factor (αF) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Average or Minimum SOTE? A or M a a a a a a
Calculate Diffuser
3. Actual (Process) Oxygen Requirement (AOR) Calculations
BOD5 Oxidized (lb/day) 195539 242861 306912 352148 477715 306912
TKN Oxidized (lb N/day) 77 96 107 139 91 107
BOD5 Oxygen Demand (lb O2/day) 156431 194289 245530 281719 382172 245530
TKN Oxygen Demand (lb O2/day) 351 439 488 637 415 488
Denitrification Credit (lb O2/day) 0 0 0 0 0 0
Actual Oxygen Requirement (AOR) (lb O2/day) 156783 194728 246017 282355 382587 246017
Approximate BioWin Values (Check) 214400
4. Standard Oxygen Demand (SOR) Calculations
Oxygen Saturation Temp. Correction, (Τau) 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04
AOR/SOR 0.206571 0.2065708 0.2065708 0.2238044 0.2582716 0.206571
Standard Oxygen Requirement (lb O2/day) 758977 942668.06 1190959.4 1261615.8 1481335.3 1190959
5. Aeration Demand Calculations
Air required at 100% Transfer Efficiency, scfm 30275.92 37603.43 47507.878 50326.392 59091.097 47507.88
Total Number of Diffusers 74400 74400 74400 74400 74400 74400
SOTE at Design Submergence and Diffuser Flow 37.48% 35.96% 35.11% 34.95% 34.51% 35.11%
Diffuser Flow Macro Input, scfm/diffuser 1.0908 1.41 1.82 1.9392 2.31 1.82
Diffuser Flow Calculated, scfm/diffuser 1.09 1.41 1.82 1.94 2.31 1.82
Difference 0.0008 0.0000 0.0000 -0.0008 0.0000 0.0000
Correct? Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Air Required at Design Efficiency 80785.72 104573.97 135330.14 143990.42 171208.94 135330.1
6. Checks
Minimum Mixing Airflow Requirement (scfm) 26496 26496 26496 26496 26496 26496
Minimum Mixing Requirement Met? Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Is Diffuser Flow Within Range? Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Project InformationProject Name - Bogota Conventional Activated SludgeLocation - Bogota, ColumbiaDate - 6/24/10Engineer - JWR
1. Site Parameters
Area under Aeration per Basin (ft2) 18400
Side water Depth (ft) 19.7
Diffuser Submergence (ft) 18.5
Number of Diffusers per Basin 6200
Site Elevation (ft above MSL) 8500
Average Site Temperature (°C) 14
Diffuser Type 1 1 - Fine bubble; 2 - Coarse Bubble; 3 - Jet Aeration
2. Inputs
Condition
Current
Average
Load
Design
Average
Design
Max Month
Design
Max Week
Design
Peak Day
Design
Peak Day
Aeration Basin Influent Flow 98.1 160 200 232 320 320
Number of Basins in Service 12 12 12 12 12 12
Influent Flow per Basin 8.175 13.333333 16.666667 19.333333 26.666667 26.66667
Influent BOD5 244 235 238 241 251 251
Influent TKN 65.4 63.1 63.5 63.9 64.7 64.7
Effluent BOD5 5 5 5 10 20 20
Effluent TKN 52.4 50.6 50.9 51.4 52.2 52.2
Effluent Nitrate 0 0 0 0 0 0
Design Temperature (°C) 18 18 18 18 18 18
DO Concentration (mg/L) 2 2 2 1.5 0.5 0.5
Denitrification Credit? Y or N n n n n n n
Design Alpha Factor (αF) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Average or Minimum SOTE? A or M a a a a a a
Calculate Diffuser
3. Actual (Process) Oxygen Requirement (AOR) Calculations
BOD5 Oxidized (lb/day) 195539 306912 388644 446957 616493 616493
TKN Oxidized (lb N/day) 77 107 30 50 69 69
BOD5 Oxygen Demand (lb O2/day) 156431 245530 310915 357566 493194 493194
TKN Oxygen Demand (lb O2/day) 351 488 137 230 317 317
Denitrification Credit (lb O2/day) 0 0 0 0 0 0
Actual Oxygen Requirement (AOR) (lb O2/day) 156783 246017 311052 357796 493511 493511
Approximate BioWin Values (Check) 214400 256656 298752 399072 399072
4. Standard Oxygen Demand (SOR) Calculations
Oxygen Saturation Temp. Correction, (Τau) 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04
AOR/SOR 0.206571 0.2065708 0.2065708 0.2238044 0.2582716 0.258272
Standard Oxygen Requirement (lb O2/day) 758977 1190959.4 1505790.7 1598698.3 1910823.2 1910823
5. Aeration Demand Calculations
Air required at 100% Transfer Efficiency, scfm 30275.92 47507.878 60066.631 63772.756 76223.55 76223.55
Total Number of Diffusers 74400 74400 74400 74400 74400 74400
SOTE at Design Submergence and Diffuser Flow 37.48% 35.11% 34.47% 34.28% 33.97% 33.97%
Diffuser Flow Macro Input, scfm/diffuser 1.09 1.82 2.35 2.51 3.02 3.02
Diffuser Flow Calculated, scfm/diffuser 1.09 1.82 2.35 2.51 3.02 3.02
Difference 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
Correct? Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Air Required at Design Efficiency 80774.14 135330.14 174276.91 186055.02 224381.18 224381.2
6. Checks
Minimum Mixing Airflow Requirement (scfm) 26496 26496 26496 26496 26496 26496
Minimum Mixing Requirement Met? Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Is Diffuser Flow Within Range? Yes Yes Yes Yes No No
Global Parameters
BOD Oxygen Requirement (lb O2/lb BOD5) 0.8 *adjusted per Figure 9.8 in Biological Wastewater Treatment
TKN Oxygen Requirement (lb O2/lb N) 4.57 & BioWin Prediction (note BioWin predicts ~ 0.,65)
Denitrification Oxygen Credit Oxygen (lb O2/lb N) 2.86
TKN assimilation (lb TKN/lb BOD5 oxidized) 0.054 *adjusted per BioWin prediction
Standard Temperature (°C) 20
Standard Pressure (psi) 14.7
Oxygen Surface Saturation at Standard Temperature (mg O2/L) 9.09
Temperature Coefficient, Θ 1.024
Beta Factor, β 0.95
Specific Weight of Air at Standard Temperature, lb/ft3
0.0752
Mass Fraction of Oxygen in Air 0.2315
SOTE Calculation Parameters - Based on Sanitaire Silver Series II 9" Membrane Disc Diffusers
Constants for the following formula: ax4+bx
3+cx
2+dx+e
Average SOTE Calculation Coefficient "a" 0.0514
Average SOTE Calculation Coefficient "b" -0.4603
Average SOTE Calculation Coefficient "c" 1.5405
Average SOTE Calculation Coefficient "d" -2.3473
Average SOTE Calculation Coefficient "e" 3.2779
Minimum SOTE Calculation Coefficient "a" 0.0467
Minimum SOTE Calculation Coefficient "b" -0.4015
Minimum SOTE Calculation Coefficient "c" 1.2724
Minimum SOTE Calculation Coefficient "d" -1.7984
Minimum SOTE Calculation Coefficient "e" 2.7526
Minimum Mixing Requirements (scfm/ft2) 0.12
Minimum Flow per Diffuser (scfm) 0.5
Maximum Flow per Diffuser (scfm) 3.0
Calculated Global Parameters
Diffuser Submergence Depth Coefficient 1.22
(eq 2.35 - For Fine Pore and Jets Only , eq. 2.36 - For Coarse Bubble)
Oxygen Effective Depth Saturation Concentration at Std. Temp. (mg O2/L) 11.07 (eq 2.33)
Site Barometric Pressure, psi 10.70
Barometric Pressure Saturation Coefficient, Ω 0.73 (eq 2.37)
Air Average Minimum Average Minimum
Flow SOTE SOTE SOTE SOTE
(SCFM/Unit) (%) (%) (%/ft) (%/ft)
0.59 46.83 41.25 2.34 2.06
0.88 42.50 37.98 2.13 1.90
1.00 41.26 37.37 2.06 1.87
1.18 39.89 36.95 1.99 1.85
1.47 38.48 35.92 1.92 1.80
1.75 38.33 35.90 1.92 1.80
2.06 37.52 35.39 1.88 1.77
2.35 37.21 35.35 1.86 1.77
2.50 37.07 35.20 1.85 1.76
2.65 36.87 35.18 1.84 1.76
2.94 36.69 35.01 1.83 1.75
3.00 36.66 35.00 1.83 1.75
Air Average Minimum Average Minimum
Flow SOTE SOTE SOTE SOTE
(SCFM/Unit) (%) (%) (%/ft) (%/ft)
0.59 40.58 35.74 2.34 2.06
0.88 36.83 32.91 2.13 1.90
1.00 35.75 32.38 2.06 1.87
1.18 34.56 32.02 1.99 1.85
1.47 33.34 31.12 1.92 1.80
1.75 33.21 31.11 1.92 1.80
2.06 32.51 30.67 1.88 1.77
2.35 32.24 30.63 1.86 1.77
2.50 32.12 30.57 1.85 1.76
2.65 31.95 30.48 1.84 1.76
2.94 31.79 30.34 1.83 1.75
3.00 31.77 30.33 1.83 1.75
Submergence = 20.00-ft
Submergence = 17.33-ft
y = 0.0514x4 - 0.4603x3 + 1.5405x2 - 2.3473x + 3.2779R² = 0.9987
y = 0.0467x4 - 0.4015x3 + 1.2724x2 - 1.7984x + 2.7526R² = 0.9944
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
SO
TE
(%
/fo
ot
Su
bm
erg
en
ce)
Diffuser Air Flow (SCFM/Unit)
SOTE - 9" Diameter Membrane Diffusers(Based on Submergence Depths of 17.33 and 20.00 Feet)
Average
Minimum
Poly. (Average)
Poly. (Minimum)
y = 2.0895x-0.174
R² = 0.9536
y = 1.8968x-0.115
R² = 0.91661.50
1.75
2.00
2.25
2.50
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
SO
TE
(%
/fo
ot
Su
bm
erg
en
ce)
Diffuser Air Flow (SCFM/Unit)
SOTE - 9" Diameter Membrane Diffusers(Based on Submergence Depths of 17.33 and 20.00 Feet)
Average
Minimum
Power (Average)
Power (Minimum)
Dermination of Tau
Figure 2.10 & Sanitaire
Temp. Tau
0 1.6
5 1.4
10 1.24
15 1.12
20 1
25 0.91
30 0.83
35 0.77
40 0.71
y = 4.08E-04x2 - 3.82E-02x + 1.60E+00R² = 9.98E-01
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
0 10 20 30 40
Tau
(d
imen
sio
nle
ss)
Temperature (C)
Tau vs. Temperature
CAR JUSTIFICACIÓN DEL USO DE CANALES AIREADOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
Producto Final – Anexo 7.2
Justificación del Uso de Canales Aireados Para la
Distribución del Caudal Hacía los Tanques de
Aireación de Lodos Activados