Calculadora de TRH - Temps de Retenció Hidràulica per a Sistemes de Tractament

Què és el temps de retenció hidràulica?

El temps de retenció hidràulica (HRT) és el temps mitjà que un fluid roman dins d’un tanc, una bassa o un reactor abans de sortir-ne. Els enginyers l’utilitzen per dimensionar i comprovar sistemes de tractament com ara decantadors per a aigües residuals, tancs d’aeració i tancs de sedimentació per a aigua potable. L’HRT també s’anomena temps de detenció o temps de residència.

Un tanc amb un HRT curt es buida ràpidament. Un tanc amb un HRT llarg reté l’aigua durant molt de temps. La majoria dels processos de tractament, com ara la sedimentació, la desinfecció o la degradació biològica dels residus, necessiten un temps mínim per funcionar. L’HRT indica a l’enginyer si un tanc proporciona prou temps al procés.

Fórmula del temps de retenció hidràulica

L’HRT és igual al volum del tanc dividit pel cabal que hi circula.

$\text{HRT} = \frac{V}{Q}$

• HRT és el temps de retenció hidràulica, normalment expressat en hores.
• V és el volum del tanc o reactor, normalment en metres cúbics (m³).
• Q és el cabal que circula pel tanc, normalment en metres cúbics per hora (m³/h).

La fórmula suposa un cabal estacionari i un volum de tanc fix. Proporciona una mitjana teòrica. No té en compte el flux desigual dins del tanc, que s’explica més avall.

Unitats

Aquesta calculadora utilitza metres cúbics (m³) per al volum, metres cúbics per hora (m³/h) per al cabal i hores per al resultat. A la pràctica també són habituals altres unitats:

Com calcular el temps de retenció hidràulica

1. Determineu el volum del tanc en metres cúbics. Utilitzeu el volum que realment conté aigua entre l’entrada i la sortida, no el volum fins a la vora.
2. Determineu el cabal que circula pel tanc en metres cúbics per hora. Utilitzeu el cabal mitjà o el cabal de disseny.
3. Dividiu el volum pel cabal. El resultat és el temps de retenció hidràulica en hores.

Tots dos nombres han de ser superiors a zero. Un tanc sense volum o un sistema sense cabal no té un temps de retenció significatiu.

Exemple resolt

Un tanc conté 100 m³ d’aigua. L’aigua hi circula a 10 m³ per hora.

$\text{HRT} = \frac{100 \text{ m}^3}{10 \text{ m}^3/\text{h}} = 10 \text{ hores}$

L’aigua roman al tanc una mitjana de 10 hores abans de sortir-ne.

Segon exemple: un decantador primari conté 200 m³ i rep un cabal de 100 m³/h.

$\text{HRT} = \frac{200 \text{ m}^3}{100 \text{ m}^3/\text{h}} = 2 \text{ hores}$

Dues hores es troben dins de l’interval de 1,5 a 2,5 hores que els manuals de disseny indiquen per a un decantador primari.

Intervals típics d’HRT en sistemes de tractament

Els manuals de disseny indiquen intervals aproximats per als processos habituals. Els valors reals depenen de les aigües residuals o de la font d’aigua concreta, de la normativa local i de l’equipament.

Un HRT curt pot deixar un procés inacabat, com ara sòlids que no s’han sedimentat o bacteris que no han degradat els residus. Un HRT llarg no sempre és millor. Requereix un tanc més gran i més car i, en alguns processos biològics, pot privar d’aliment els microorganismes que necessiten un subministrament constant de residus per alimentar-se.

Per què el temps de retenció real difereix del valor calculat

La fórmula HRT = V/Q proporciona una mitjana teòrica, suposant que l’aigua es mou uniformement pel tanc. Els tancs reals poques vegades funcionen així. Normalment, dos efectes fan que el temps de retenció real s’allunyi del calculat.

El curtcircuit hidràulic es produeix quan una part de l’aigua troba un camí directe des de l’entrada fins a la sortida i en surt molt més ràpidament que la mitjana. La causa habitual és una ubicació inadequada de l’entrada i la sortida.

Les zones mortes són racons o àrees de poc cabal on l’aigua queda atrapada i gairebé no es mou. Aquesta aigua compta en el volum del tanc, però fa poca feina útil.

En conjunt, aquests efectes fan que el temps de retenció mitjà real d’un tanc mal dissenyat pugui ser molt inferior a l’HRT calculat. Els enginyers ho corregeixen amb pantalles que obliguen l’aigua a seguir un camí més llarg, o mesuren el temps de retenció real amb un estudi amb traçador: s’afegeix a l’entrada un traçador, com ara un colorant o una sal, i se’n mesura la concentració a la sortida al llarg del temps per determinar quant de temps roman realment l’aigua.

Preguntes més freqüents

Què és el temps de retenció hidràulica en termes senzills? És el temps mitjà que l’aigua o les aigües residuals passen dins d’un tanc abans de sortir-ne, calculat com el volum del tanc dividit pel cabal.

Quina diferència hi ha entre l’HRT i l’SRT? L’HRT mesura quant de temps roman el líquid dins d’un tanc. El temps de retenció dels sòlids (SRT), també anomenat edat dels fangs, mesura quant de temps romanen els sòlids o els microorganismes en el sistema. En una planta de fangs activats, els dos valors poden ser molt diferents, perquè sovint els sòlids es recirculen cap al tanc mentre el líquid hi continua circulant.

Què passa si l’HRT és massa curt? El procés que té lloc dins del tanc pot no acabar-se. En un decantador, els sòlids poden no sedimentar abans que l’aigua en surti. En un tanc biològic, els microorganismes poden no tenir prou temps per degradar els residus, i els bacteris de creixement lent poden ser arrossegats més ràpidament del que es reprodueixen.

El temps de retenció hidràulica pot ser massa llarg? Sí. Un tanc molt més gran del necessari costa més de construir i, en els sistemes aerats, també consumeix més energia. En alguns processos biològics, un HRT molt llarg també pot reduir el rendiment quan els organismes es queden sense aliment.

La temperatura modifica el temps de retenció hidràulica? La temperatura no modifica l’HRT calculat, ja que aquest depèn únicament del volum i del cabal. Sí que modifica el que s’aconsegueix durant un temps de retenció determinat, perquè les reaccions biològiques i químiques generalment s’alenteixen en aigua freda.

Com es mesura el temps de retenció real en un tanc existent? Els enginyers fan un estudi amb traçador. S’afegeix una quantitat coneguda de traçador, com ara un colorant o una sal, a l’entrada i se’n segueix la concentració a la sortida al llarg del temps. La corba resultant mostra com es distribueix realment el temps de retenció entre l’aigua que passa pel tanc i pot revelar fenòmens de curtcircuitació hidràulica o zones mortes que no detecta la fórmula simple.

Referències

• Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5th ed. McGraw-Hill Education, 2014.
• U.S. Environmental Protection Agency. Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems, EPA 832-R-04-001, 2004.
• Crittenden, J. C., et al. MWH's Water Treatment: Principles and Design, 3rd ed. John Wiley & Sons, 2012.