Respuesta rápida: Dimensione el equipo hidráulico según el caudal máximo horario y el volumen biológico según la carga orgánica diaria (kg de DQO/día). Son dos cifras diferentes y usar una para ambos es el error de dimensionamiento más común. Añada igualación para convertir una descarga con picos en una alimentación constante: es la fiabilidad más barata que puede comprar.
Las dos cifras que dimensionan una planta
Casi todos los errores de dimensionamiento provienen de reducir dos requisitos separados a una sola cifra. Son:
- Caudal máximo horario — dimensiona rejillas, bombas, tuberías, clarificadores, unidades de flotación y todos los componentes hidráulicos
- Carga orgánica diaria, en kilogramos de DQO o DBO por día — dimensiona el volumen del reactor biológico, la capacidad de aireación y la producción de lodos
Una fábrica que descarga 480 m³/día de forma constante y otra que descarga los mismos 480 m³ en tres picos al final de turno necesitan equipos hidráulicos muy diferentes y un volumen biológico idéntico. Dimensione la primera planta para 20 m³/h y la segunda para 20 m³/h, y la segunda se desbordará.
Paso 1: Elaborar un perfil de caudal real
No acepte “unos 500 metros cúbicos al día”. Solicite, o mida, el caudal en bloques horarios a lo largo de un día normal de producción y a lo largo del peor día de la semana. Lo que necesita obtener de esto:
- Total diario (m³/día)
- Caudal máximo horario (m³/h)
- Factor de pico = caudal máximo horario ÷ caudal medio horario
- Si la producción es continua, en dos turnos o por lotes
Un factor de pico de 1,5 es cómodo. Un factor de pico de 4 o más —habitual donde los tanques se vacían al final del turno— significa que la igualación no es opcional.
Paso 2: Dimensionar el tanque de igualación
La equalización convierte una descarga con picos en una alimentación constante, y cumple dos funciones a la vez: protege a la biología del arrastre hidráulico y amortigua los choques de pH y concentración que de otro modo inhibirían la biomasa. Como enfoque práctico, dimensiónelo para contener el volumen descargado durante el período pico, de modo que la planta aguas abajo pueda alimentarse a una tasa cercana al promedio diario.
Necesita mezclado. Un tanque de equalización sin agitación se estratifica y sedimenta los sólidos, y luego los libera como un pulso cuando se vacía — que es exactamente el choque que fue construido para prevenir.
Paso 3: Dimensione la etapa biológica según la carga
Convierta la concentración y el caudal en carga antes que nada:
Carga de DQO (kg/día) = DQO (mg/L) × caudal (m³/día) ÷ 1000
Así, 500 m³/día a 2.000 mg/L de DQO son 1.000 kg de DQO/día. Ese número, no el 500, determina el volumen del reactor, la demanda de oxígeno y la producción de lodos. De él se derivan dos decisiones más:
- Si necesita una etapa anaerobia. Los efluentes de alta carga normalmente se tratan primero de forma anaerobia, porque airear esa cantidad de carga es costoso y produce una gran cantidad de lodos excedentes. El tratamiento anaerobio elimina la mayor parte de la carga con un costo energético mucho menor y produce muchos menos lodos; el tratamiento aerobio luego pule lo que queda.
- Si es necesario añadir nutrientes. El tratamiento biológico necesita nitrógeno y fósforo en una proporción aproximada al carbono. Algunos efluentes industriales —azúcar, almidón, algunas corrientes químicas— son ricos en carbono y pobres en nutrientes, y el sistema biológico no funcionará hasta que se dosifiquen nutrientes.
Si en este punto está eligiendo entre tipos de proceso, consulte nuestra comparación de sistemas completos de tratamiento de aguas residuales y las cinco etapas del proceso.
Paso 4: Verifique el parámetro limitante, no solo la DQO
La DQO generalmente determina el dimensionamiento de la planta, pero no siempre. Verifique cada uno de estos frente al límite de vertido y dimensione para el que sea más difícil de cumplir:
| Parámetro | Dimensionado por | A menudo la verdadera restricción cuando |
|---|---|---|
| COD / BOD | Volumen biológico y aireación | Efluentes de alimentos, cervecería, química, aceite de palma |
| Nitrógeno amoniacal | Volumen de nitrificación y edad del lodo | Los límites son estrictos; la nitrificación requiere una edad del lodo prolongada y es sensible a la temperatura |
| Sólidos suspendidos | Zona de clarificador o flotación | Sólidos finos o de sedimentación lenta, flóculo pobre |
| Aceite y grasa | Dimensionamiento de DAF | Matadero, lácteos, refinería, aceite de palma |
| Fósforo | Dosificación química y producción de lodos | Vertido a aguas sensibles |
| Metales pesados | Precipitación y filtración | Galvanoplastia, acabado de superficies, minería |
El amoníaco es el parámetro que con más frecuencia sorprende a la gente. Las bacterias nitrificantes crecen lentamente y son sensibles a la temperatura y a la toxicidad, por lo que una planta dimensionada cómodamente en DQO puede aún así incumplir su límite de amoníaco en invierno.
Paso 5: Dimensionar la etapa de lodos — y hacerlo con honestidad
La producción de lodos se deriva de la carga, no del caudal. Tanto la etapa biológica como cualquier dosificación química producen sólidos, y el lodo químico procedente de la coagulación puede superar fácilmente al lodo biológico en una planta físico-química.
Lo que hay que fijar en la etapa de diseño:
- Sólidos secos estimados producidos por día
- Si el lodo se espesa antes del deshidratado — casi siempre debería hacerse, porque deshidratar lodo diluido desperdicia capacidad
- Sequedad objetivo de la torta, determinada por cómo se cobra la disposición
- Si el deshidratado funciona de forma continua o por lotes, lo que decide entre una prensa de tornillo y una prensa de filtro
Para la etapa de deshidratado específicamente, nuestro guía de cálculo del dimensionamiento de la prensa de filtro trabaja mediante el cálculo de volumen por ciclo, y prensa de filtro vs prensa de tornillo cubre la decisión entre continuo y por lotes.
Errores comunes de dimensionamiento
- Dimensionar todo según el promedio diario. La planta funciona en papel y se desmorona al final del turno.
- Omitir o dimensionar deficientemente la equalización. El tanque más barato de la planta protege la etapa más costosa de la planta.
- Dimensionar la biología por caudal en lugar de por carga. Produce una planta que es hidráulicamente generosa y biológicamente carente de volumen.
- Ignorar la temperatura. Las tasas biológicas disminuyen con la temperatura, y la nitrificación disminuye más rápido. Una planta dimensionada para verano puede fallar en invierno.
- Diseñar solo para la producción actual. Si se planifica aumentar la producción, reserve ahora la huella y el perfil hidráulico; adaptar una planta en funcionamiento es mucho más costoso.
- Dejar los lodos para el final. Es la etapa por la que pagas cada mes.
Preguntas frecuentes
¿Debo dimensionar una planta de aguas residuales por caudal o por carga de DQO?
Ambos, para partes diferentes. Los equipos hidráulicos —rejas, bombas, tuberías, clarificadores, flotación— se dimensionan por caudal máximo horario. El volumen del reactor biológico, la capacidad de aireación y la producción de lodos se dimensionan por carga orgánica diaria en kilogramos de DQO por día. Usar un solo número para ambos es el error de dimensionamiento más común.
¿Cómo calculo la carga de DQO?
La carga de DQO en kg/día es igual a la concentración de DQO en mg/L multiplicada por el caudal en m³/día, dividida por 1000. Por ejemplo, 500 m³/día a 2.000 mg/L de DQO son 1.000 kg de DQO por día. Esa cifra de carga, no la de caudal, determina el tamaño de la etapa biológica.
¿Qué tamaño debe tener el tanque de homogeneización?
Lo suficientemente grande para contener el volumen descargado durante el periodo punta, de modo que la planta aguas abajo pueda alimentarse a un ritmo cercano al promedio diario. Cuando la producción es por lotes o por turnos con un factor punta de cuatro o más, la homogeneización no es opcional. El tanque debe estar agitado, o se estratifica y libera un pico de sólidos sedimentados cuando se vacía.
¿Por qué mi planta cumple el límite de DQO pero falla en amoníaco?
Las bacterias nitrificantes crecen lentamente, necesitan una edad de lodo prolongada y son sensibles a la temperatura y a la toxicidad. Una planta dimensionada cómodamente en DQO puede seguir careciendo del volumen de reactor y de la edad de lodo que requiere la nitrificación, y el rendimiento cae aún más en clima frío. El amoníaco debe dimensionarse explícitamente, no asumirse que se deriva de la eliminación de DQO.
¿Necesito una etapa anaerobia?
Depende de la carga. Los efluentes de alta carga —procesamiento de alimentos, cervecería, aceite de palma, algunas corrientes químicas— normalmente se tratan primero de forma anaerobia, porque airear esa carga tan alta cuesta mucha energía y produce un gran volumen de lodo excedente. El tratamiento anaerobio elimina la mayor parte de la carga con un costo energético mucho menor, y luego el tratamiento aerobio pule lo que queda.
¿Cuánto lodo producirá la planta?
Se deriva de la carga orgánica y de cualquier dosificación química, no del caudal. En las plantas físico-químicas, el lodo químico procedente de la coagulación con frecuencia supera al lodo biológico. Estímelo en la etapa de diseño, porque dimensiona los equipos de espesamiento y deshidratación y determina su costo mensual de disposición durante toda la vida útil de la planta.
Envíe su perfil de caudal, análisis de agua y límite de vertido y dimensionaremos la planta etapa por etapa: solicite una propuesta de dimensionamiento.