Tabla 1 Caracterización del agua residual

DISEÑO DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓNEste capitulo se divide en dos partes. La primera, describe las bases bajo las cuales se hará el diseño de un sistema lagunar para el tratamiento del agua residual, mientras que la segunda presenta el empleo de los datos de la primera parte, las ecuaciones de diseño vistas en el Capitulo 3 y los requermientos constructivos analizados en el Capitulo 4.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Se requiere diseñar un sistema de tratamiento para Trigomil mpio. de Xalisco Nayarit. El número de habitantes y los gastos de diseño ya fueron calculados, para un horizonte de proyecto de 20 años.El efluente debe cumplir con las normas de descarga a un cuerpo receptor que se usa para riego. Con estos datos definiremos lo siguiente: a) Información requerida (datos de diseño y restricciones). b) Diseño del tratamiento considerando al menos 3 opciones de sistemas lagunares. c) Comparación del diseño para la remoción de coliformes fecales obtenido al emplear los métodos de Yánez. d) Comparación de los resultados obtenidos con las tres opciones de sistemas. e) Elaboración de planos base.

INFORMACIÓN REQUERIDA 1.- Datos de diseño 1.1 Número de habitantes Con el objeto de que la planta cumpla con la vida útil establecida, se calculó el crecimiento de la población para los próximos 20 años. Para ello se emplearon 4 métodos para la proyección de la población1.2 Cálculo del agua por tratar Tomando en cuenta que la dotación de agua para lapoblación y que de ello se capta el 80 %, que es una estimación alta, el gasto por tratar para la población proyectada ya se calculo con anterioridad.Para establecer el gasto máximo de diseño, se emplea un factor pico de 2.45 sobre el gasto medio de aportación de asguas residuales.1.3 Calidad del agua. En la Tabla 1 se muestra la calidad típica del agua residual doméstica. En comparación con ella el agua de Trigomil suponemos resulta similar con una concentración de sólidos sedimentables inferior. Adicionalmente, se pudo comprobar que la concentración de metales es tal que no habrá inhibición del proceso biológico y que la relación DQO:N:P de 100:5:1 necesaria para procesos biológicos se cumple. Se puede observar, además, que la relación entre la DQO y la DBO es del orden de 1.5, lo que indica que se trata de un agua tipicamente doméstica y biodegradable.

1.4 Información climatológica A partir de datos del INEGI o CONAGUA, se obtiene la siguiente información para la población en estudio, de la estación metereológica de Trigomil.

* valores que exceden la norma

Tabla 2 Comparación entre el agua residual por tratar y la norma para disposición mediante riego

A partir de datos del INEGI o CONAGUA, se obtiene la siguiente información para la población en estudio, de la estación metereológica de Trigomil.

- Evaporación total anual 1,899.4 mm - Precipitación total anual 1,327 mm - Temperatura del mes más frío 16 °C

1.5 Factibilidad técnica Se dispone de terreno suficiente; sin embargo, éste tiene un valor productivo alto como área agricola por lo que es necesario analizar varias opciones de sistemas.1.6 Legislación La calidad del agua que se debe obtener es función de la liegislación vigente, para ello se aplica la NOM-CCA-032-ECOL/1993 y laNOM-CCA-033-ECOL/1993 por lo que se hará una comparación con ellas. Además, debido a que está por entrar en vigor la NOM-001-ECOL/1996, resulta conveniente introducir también la evaluación de ésta. ¬NOM-CCA-032-ECOL/1993.-Esta norma establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las aguas residuales de origen urbano o municipal para su, disposición mediante riego agricola. La Tabla 2 muestra dichos parámetros y los compara con los de este diseño.

Para cumplir esta norma sólo se requiere eliminar la DBO en 52 % y los SST en 42 %. La presencia de metales no implica ningún problema de inhibición del sistema biológico ya que seencuentra entre los limites establecidos por la normatividad.

NOM-CCA-033-ECOL/1993. Con respecto a esta norma se elige la situación más drástica con el objeto de encontrar las condiciones bacteriológicas para emplear elagua residual tratada para riego de hortalizas y productos hortofruticolas, que son los de mayor rendimiento económico. La Tabla 3 muestra esta comparación.

Tabla 3 Agua tipo 2 para control de riego agricola

Tabla 4 Parametros considerados para la descarga en riego agricola

Tabla 5 Datos de diseño para los sistemas lagunares

condiciones bacteriológicas para emplear elagua residual tratada para riego de hortalizas y productos hortofruticolas, que son los de mayor rendimiento económico. La Tabla 3 muestra esta comparación.

De esta Tabla se infiere que las eficiencias requeridas son de 99.995 % para coliformes fecales y de 99.83 % para huevos de helmintos.

La NOM-001-ECOL-1996, Establece los limites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales para la protección de su calidad y posibilitar sus usos. La Tabla 4 muestra los

En conclusión de esta futura norma, el agua debe ser tratada con fines de desinfección (remoción de coliformes fecales y de huevos de helmintos) físicamente ya que no hay interferencia por metales, materia orgánica ó sólidos. 3. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA. Se decide comparar tres trenes de proceso, todos ellos cuentan con un sistema de, pretratamiento consistente en rejillas y desarenador. Los trenes son: Opción 1 Laguna facultativa + lagunas de pulimento Opción 2 Tanque Imhoff + laguna facultativa + lagunas de pulimento Opción 3 Laguna anaerobia + laguna facultativa + lagunas de pulimento

Debido a lo pequeño de la población de Trigomil, se decide utilizar como tren de diseño la opción 1, a base de una laguna facultativa y una laguna de pulimento.

4.- Datos físicos para el diseño de lagunas La Tabla 5 resume los datos de diseño establecidos en las secciones anteriores para facilitar su manejo ya que se emplearán en el cálculo de, las tres opciones de tratamiento aplicando el método de Yánez para la remoción de coliformes fecales.

312.768 m3/día

5.20 mm/día

Opción 1 Laguna facultativa + laguna de pulimento

1.1.- Laguna facultativa

1.1.1.- Cálculo de la carga de diseño.

La carga de diseño está dada por, la ecuación 54

C s = 250 x = 180.39 kg DBO/ha/día

C s = 180.39 kg DBO/ha/día

1.1.2.- Cálculo de la carga removida.

Para estimar la carga removida de la laguna se emplean las, correlaciones para lagunas

facultativas primarias (ecuación 58)

C sr = 0.8063 x 180.39 + 7.67 = 153.12 kg DBO/ha/día

C sr = 153.12 kg DBO/ha/día

1.1.3.- Cálculo del área de la laguna

El área de la laguna se obtiene con la ecuación 55

A = ( 254 x 312.77 )/( 180.39 x 1000 ) = 0.44 ha.

A = 0.44 ha.

A = M2

1.1.3.- Cálculo del volumen de la laguna

Si se considera una profundidad de 2 m. (h), el volumen de la laguna es:

V = 4400 x 2 = m3

V = m3

1.1.3.- Cálculo del largo y ancho de la laguna

Con una relación largo/ancho de 5, se tiene X = 5 Adimencional

1Número de módulos

VALORES PARAMETROS UNIDADES

Módulos

l.p.s.

mm.

208

3.62

254

600

mg/l ó g/ m3

mg/l ó g/ m3

NMP/ 100ml 18200000

H/l

mm/año1899.4

1327

8,800.00

Gasto del módulo, (Qmax inst.) (Q)

Concentración de DBO (Si)

Coiicentración de SST (Xv)

Coliformes fecales (Cfi)

Huevos de helmintos

Precipitación anual

Temperatura del mes más frio (T)

(1.085)T-20

°C

Evaporación anual (e)

16

4,400.00

8,800.00

W = Raiz( / 5 ) = 30.00 m.

L = 30.00 x 5 = 150.00 m.

W = 30.0 m.

L = 150.0 m.

Rectificando el área definitiva ya redondeando valores:

A = 30 x 150 = 4,500.00 m2

Área ok por arriba del valor calculado

A = 4,500.0 m2

1.1.4.- Cálculo del tiempo de retención de la laguna

El tiempo de retención, (τ), se calcula a partir de la tasa de evaporacion neta, (e), de: 5.20 mm/d

τ = ( 2 x 4,500 x 2 ) / ( 2 x 312.77 ) - (0.001 x 4,500 x 5.20 ) =

τ = 30 días

τ = 30 días

1.1.5.- Cálculo de la remoción de coliformes fecales de la laguna

El método de Yánez torna en cuenta la formade la laguna. Como en este caso las lagunas son alargadas,

el diseño resulta en lagunas más pequeñas. La constante de remoción de coliformes fecales, kCF,

se calcula con ayuda de la ecuación 33.

kCF = 0.84 x ( 1.07 ) T-20 = 0.64 días -1

kCF = 0.64 días -1

La concentración de coliformes fecales a la salida de la laguna facultativa, está dada por la ecuación (34),

considerando la relación (35) para la determinación del coeficiente de dispersión (Yánez, 1993):

d = ( 5 )/( -0.3 + 0.2539 x ( 5 ) + 1.0146 x ( 25 ) = 0.19

d = 0.19

Este valor se sustituye en la ecuación 36 para obtener (a)

4,400.00

a = raiz ( 1 ( 4 x 0.64 x 30 x 0.19 )) = 3.94

a = 3.94

y, con la ecuación 34 se tiene

(1-a/2d) = -7.761

CFe = 2E+07 x 4 x 3.94 x ( 5.20 (-7.76) ) = 791.72

( 1 - 3.94 )28.66

CFe = 91.43 NMP/100 mL

1.1.6.- La Tabla 5.10 muestra el resurnen de los parámetros calculados para el diseño de la laguna facultativa.

Carga orgánica superficial, (Cs) kg DBO/ha.d

Carga removida en la laguna, (Csr) kg DBO/ha.d

Tiempo de retención, (t) días

Área de la laguna m2

Profundidad media, (h) m.

Volumen de la laguna, (V) m3.

Ancho, (W) m.

Largo, (L) m.

Relación largo/ancho, (X) Adimencional

Carga superficial del efluente (Cse = Cs-Csr)

Coliformes fecales, CFe NMP/100 mL

2.- Cálculo de la laguna de pulimento

Para la laguna de pulimento se considera un tiernpo de retención hidráulica de t = 9.5 días

y una profundidad de: h = 1.5 m.

De esta forma, se calcula el área de la laguna con la ecuación (4)

2.1.- Cálculo del área de la laguna de pulimento:

Am = 312.77 x 9.5 / 1.5 = m2

Am = m2

Considerando una relación largo/ancho igual a 2, se calcula la longitud de la laguna tomando como base

el ancho de la laguna facultativa, para formar un muro común y abatir los costos de obra

2.2.- Cálculo de el ancho y alto.

X = 2 Wm= 30.0 m.

L = 30.0 x 2 = 60.0 m. Lm = 60.0 m.

2.3.- Cálculo de la carga.

Se revisa la carga sobre la laguna de pulimento para evitar una sobrecarga

Tabla 5.10 Diseño de la laguna facultativa con el método de Yánez

2

30.00

150.00

5

27.27

PARAMETROS VALORES CALCULADOS

1980.864

1980.864

91.43

8800.00

180.39

153.12

30

4500.00

Cs = x 312.77 / 1800.000 = 4.7388kg DBO/ha.d

Cs = 4.7388kg DBO/ha.d

Valor que resulta menor en un 75 % a la carga de la primer laguna, por lo que se asegura una buena operación.

2.4.- Recálculo del área

Recalculando en área de la laguna de maduración.

Am = W x L

Am = 1800 m2

Am = 1800 m2

2.5.- Remoción de coliformes fecales

Siguiendo el procedimiento empleado en el cálculo de remoción de coliformes fecales en la

laguna facultativa se tiene:

Constante de remoción de coliformes fecales, (kCF) 0.64 días -1

Coeficiente del dispersión hidraulica, (d) 0.19

Coeficiente (a) 3.94

Concentración de coliformes fecales, (Cfe) 91.43 NMP/100 mI

Condiciones del efluente

La calidad del efluente para esta laguna es de:

Csr = 0.77 x 27.27 - 0.8 = 20.06 kg DBO/ha.d

Csr = 20.06kg DBO/ha.d

2.6.- Remoción de huevos de helmintos

Para la remoción de huevos de helmintos, el cálculo la basa en la ecuación de Yánez (30) y se calcula

para el efluente de la: laguna facultativa y de pulimento

2.7.- Resultado de parámetros calculados del sistema de tratamiento.

La Tabla 5.10 muestra un resumen de los parámetros calculados para el diseño del sistema de tratamiento

27.27

Huevos de helmintos, H/L

TOTAL POR MÓDULO

2

30.00

210.00

0.64

11500.00

39.39

111.49

0.000.00 0.00 0.00

Coliformes fecales efluente,

NMP/100 ml 91.43 20.06 111.49

Volumen, m3 8,800.00 2700.00 11500.00

Tiempo de retención, d 29.89 9.5 39.39

Profundidad, m 2 1.5

Area neta, ha 0.44 0.20 0.64

Ancho, m 30.00 30.00 30.00

Largo, m 150.00 60.00 210.00

Tabla 5.12 Concentración de huevos de helmintos para las lagunas

Tabla 5.10 Diseño de la laguna facultativa con el método de Yánez

PULIMENTO CONCEPTO TOTAL DE LA PLANTA

Número 1 1 2

No. DE HUEVOS EN EL

EFLUENTE H/L

Influente

Facultativa

Maduración

29.89

9.5

100

99

600

0

0

FACULTATIVA

TIEMPO DE RETENCIÓN

dLAGUNA PORCENTAJE DE REMOCIÓN %