diseño planta de tratamiento
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Diseño completo planta de tratamiento de aguas residualesTRANSCRIPT
INDICE
INTRODUCCIÓN
Tratamiento de Aguas Residuales
Potenciales Impactos Ambientales
Tecnología Apropiada5
Justificación del Proyecto 6
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO7
Pretratamiento 7
Canal de Cribado 7
Canal Desarenador 7
Vertedor Proporcional 7
Sedimentador Primario y Secundario 7
Sedimentación Primaria 8
Filtro Percolador 11
Marco Físico 2
PARÁMETROS DE DISEÑO13
DISEÑO DEL PROYECTO15
Gastos de servicio: 5
Dimensionamiento de Unidades 26
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO28
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES32
BIBLIOGRAFÍA33
I.- INTRODUCCIÓN
Tratamiento de aguas residuales
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y
biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes
en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o
efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado
biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reuso. Es muy común llamarlo depuración de
aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.
Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e
industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo:
tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante
una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal. Los
esfuerzos para colectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente
sujetas a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A
menudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren
procesos de tratamiento especializado.
Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de
sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un sistema
de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo especial;
posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la
arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos
suspendidos existentes en el agua residual. A continuación sigue la conversión progresiva de la
materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas,
generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida
(proceso llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos
adicionales (tratmiento terciario) como desinfección, filtración, etc. Este efluente final puede ser
descargado o reintroducidos de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro
ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc). Los sólidos biológicos segregados experimentan un
tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada.
Potenciales impactos ambientales
Los contaminantes de las aguas servidas municipales, o aguas servidas domésticas, son los
sólidos suspendidos y disueltos que consisten en: materias orgánicas e inorgánicas, nutrientes,
aceites y grasas, sustancias tóxicas, y microorganismos patógenos. Los desechos humanos sin un
tratamiento apropiado, eliminados en su punto de origen o recolectados y transportados,
presentan un peligro de infección parasitaria (mediante el contacto directo con la materia fecal),
hepatitis y varias enfermedades gastrointestinales, incluyendo el cólera y tifoidea (mediante la
contaminación de la fuente de agua y la comida). Cabe mencionar que el agua de lluvia urbana
puede contener los mismos contaminantes, a veces en concentraciones sorprendentemente altas.
Cuando las aguas servidas son recolectadas pero no tratadas correctamente antes de su
eliminación o reutilización, existen los mismos peligros para la salud pública en las proximidades
del punto de descarga. Si dicha descarga es en aguas receptoras, se presentarán peligrosos efectos
adicionales (p.ej. el hábitat para la vida acuática y marina es afectada por la acumulación de los
sólidos; el oxígeno es disminuido por la descomposición de la materia orgánica; y los organismos
acuáticos y marinos pueden ser perjudicados aún más por las sustancias tóxicas, que pueden
extenderse hasta los organismos superiores por la bio-acumulación en las cadenas alimenticias). Si
la descarga entra en aguas confinadas, como un lago o una bahía, su contenido de nutrientes
puede ocasionar la eutrofización, con molesta vegetación que puede afectar a las pesquerías y
áreas recreativas. Los desechos sólidos generados en el tratamiento de las aguas servidas (grava,
cerniduras, y fangos primarios y secundarios) pueden contaminar el suelo y las aguas si no son
manejados correctamente.
Los proyectos de aguas servidas son ejecutados a fin de evitar o aliviar los efectos de los
contaminantes descritos anteriormente en cuanto al ambiente humano y natural. Cuando son
ejecutados correctamente, su impacto total sobre el ambiente es positivo.
Los impactos directos incluyen la disminución de molestias y peligros para la salud pública
en el área de servicio, mejoramientos en la calidad de las aguas receptoras, y aumentos en los
usos beneficiosos de las aguas receptoras. Adicionalmente, la instalación de un sistema de
recolección y tratamiento de las aguas servidas posibilita un control más efectivo de las aguas
servidas industriales mediante su tratamiento previo y conexión con el alcantarillado público, y
ofrece el potencial para la reutilización beneficiosa del efluente tratado y de los fangos.
Los impactos indirectos del tratamiento de las aguas residuales incluyen la provisión de
sitios de servicio para el desarrollo, mayor productividad y rentas de las pesquerías, mayores
actividades y rentas turísticas y recreativas, mayor productividad agrícola y forestal o menores
requerimientos para los fertilizantes químicos, en caso de ser reutilizado el efluente y los fangos, y
menores demandas sobre otras fuentes de agua como resultado de la reutilización del efluente.
De éstos, varios potenciales impactos positivos se prestan para la medición, por lo que
pueden ser incorporados cuantitativamente en el análisis de los costos y beneficios de varias
alternativas al planificar proyectos para las aguas servidas. Los beneficios para la salud humana
pueden ser medidos, por ejemplo, mediante el cálculo de los costos evitados, en forma de los
gastos médicos y días de trabajo perdidos que resultarían de un saneamiento defectuoso. Los
menores costos del tratamiento de agua potable e industrial y mayores rentas de la pesca, el
turismo y la recreación, pueden servir como mediciones parciales de los beneficios obtenidos del
mejoramiento de la calidad de las aguas receptoras. En una región donde es grande la demanda
de viviendas, los beneficios provenientes de proporcionar lotes con servicios pueden ser reflejados
en parte por la diferencia en costos entre la instalación de la infraestructura por adelantado o la
adecuación posterior de comunidades no planificadas.
A menos que sean correctamente planificados, ubicados, diseñados, construidos,
operados y mantenidos, es probable que los proyectos de aguas servidas tengan un impacto total
negativo y no produzcan todos los beneficios para los cuales se hizo la inversión, afectando
además en forma negativa a otros aspectos del medio ambiente.
Tecnología apropiada
El concepto de la tecnología apropiada en los sistemas de agua servida, abarca
dimensiones técnicas, institucionales, sociales y económicas. Desde un punto de vista técnico e
institucional, la selección de tecnologías no apropiadas, ha sido identificada como una de las
principales causas de fallas en el sistema. El ambiente de las aguas servidas es hostil para el equipo
electrónico, eléctrico y mecánico. Su mantenimiento es un proceso sin fin, y requiere de apoyo
(repuestos, laboratorios, técnicos capacitados, asistencia técnica especializada, y presupuestos
adecuados). Aun en los países desarrollados, son los sistemas más sencillos, elegidos y diseñados
con vista al mantenimiento, los que brindan un servicio más confiable. En los países en desarrollo,
donde es posible que falten algunos ingredientes para un programa exitoso de mantenimiento,
ésta debe ser la primera consideración al elegir tecnologías para las plantas de tratamiento y
estaciones de bombeo.
En comunidades pequeñas y ambientes rurales, las opciones técnicas suelen ser más
sencillas, pero las consideraciones institucionales se combinan con las sociales y siguen siendo
extremadamente importantes. Las instituciones locales deben ser capaces de manejar los
programas o sistemas de saneamiento; la participación comunitaria puede ser un elemento clave
en su éxito. Son importantes las acostumbradas preferencias sociales y prácticas; algunas pueden
ser modificadas mediante programas educativos, pero otras pueden estar arraigadas en los
valores culturales y no estar sujetas al cambio.
La economía forma parte de la decisión de dos maneras. No es sorprendente que las
tecnologías más sencillas, seleccionadas por su facilidad de operación y mantenimiento, suelen ser
las menos costosas para construir y operar. Sin embargo, aun cuando no lo sean, como puede ser
el caso cuando gran cantidad de tierra debe ser adquirida para los estanques de estabilización, un
sistema menos costoso que fracasa, finalmente sería más costoso que otro más caro que opera de
manera confiable.
Justificación del Proyecto
Con este proyecto se pretende la elaboración de una planta de tratamiento primario mediante
el uso de un tanque de sedimentación primaria y otro del tipo secundario, para las viviendas
cercanas a las zonas que se marcan en los mapas siguientes, ubicando el sistema de tratamiento
en la parte noreste de San Luis de la Paz.
Por el momento la planta estará diseñada para el tratamiento de aguas residuales
domésticas asignándole un tratamiento primario y secundario.
El agua tratada estará destinada para cultivos no destinados al consumo humano. Es por
eso que es indispensable un tratamiento primario solamente, tener una ausencia de partículas
sólidas gruesas y ninguna sustancia química que provoque la aparición de residuos nocivos en
plantas y peces.
II.-DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
Pretratamiento.
Su finalidad es la de eliminar sólidos de gran tamaño y basuras flotantes. El elemento de control
será un vertedor proporcional doble suministro. A su vez el pretratamiento contempla las
siguientes operaciones.
Canal de cribado
Tiene como objeto principal remover o reducir el contenido de sólidos y basuras que
pueden interferir en el buen funcionamiento de los equipos de la planta corriente abajo, como
válvulas, etc. La rejilla de cribado será del tipo “cribado de barras” (Bar Screens) por su sencilla
construcción, la limpieza será de tipo manual. La criba consistirá de barras de acero, inclinadas a
45º con respecto a la horizontal, las cuales estarán espaciadas a intervalos iguales e irán soldadas a
un marco del mismo material. Esta criba de barras será colocada en la sección transversal del canal
de cribado para retener los sólidos y basuras flotantes presentes en el agua residual que sirve de
alimentación a la planta.
Canal desarenador
Esta unidad, es la segunda etapa del tratamiento preliminar de las aguas residuales. El
desarenado tiene por objeto extraer del agua residual la arena y partículas más o menos finas, con
el fin de evitar que se produzcan sedimentaciones en los canales y conducciones para evitar
sobrecargas en las unidades de tratamiento. El desarenado se refiere normalmente a las partículas
superiores a 250 micras.
Vertedor proporcional
Permite mantener la velocidad constante del agua a través del canal independientemente
de las variaciones de caudal, condición que es indispensable para impedir el arrastre de la arena.
Sedimentador Primario y Secundario
El objetivo de la sedimentación es remover los residuos sólidos sedimentables y material
flotante para disminuir la concentración de sólidos suspendidos. Los sedimentadores primarios
empleados como pretratamiento del agua residual, remueven entre el 50% y el 70% de sólidos
suspendidos y entre el 25% y 40% de la DBO5.
La sedimentación se clasifica en cuatro tipos a saber: Discreta, floculenta, de zona y de
compresión. La primera, conocida también como sedimentación tipo I, se caracteriza por que la
sedimentación se realiza en forma individual y sin interferir entre ellas. La teoría que rige este tipo
de sedimentación es la Ley de Stokes, aunque la aproximación a través de la relación Q/As es la
más utilizada para aguas residuales.
La sedimentación floculenta o tipo II, se caracteriza por ser una sedimentación de partículas poco
concentradas con tendencia a la floculación, por lo tanto; la velocidad de sedimentación de las
partículas aumenta con el proceso de sedimentación. Es propio en sedimentadores primarios.
La sedimentación zonal o tipo III, ocurre en concentraciones intermedias de partículas, cuando
estas forman al final del proceso de la sedimentación la interfase sólido – líquido totalmente
definida. Es propio de la sedimentación secundaria. Los parámetros que gobiernan el diseño de
este tipo de sedimentación son la carga de sólidos, el caudal, tiempo de detención superficial y la
relación (QX/As).
La sedimentación de compresión ocurre cuando las partículas están sedimentadas y tienen una
estructura de partículas ya formadas. Por lo tanto, puede suceder la sedimentación por
compresión. Ocurre en los espesadores y en el fondo de los sedimentadores secundarios siendo su
parámetro de diseño el caudal.
Sedimentación primaria
Siempre que un líquido que contenga sólidos es suspensión se encuentre en estado de relativo
reposo, los sólidos de peso específico superior al del líquido tenderán a depositarse en el fondo, y
los de menor peso específico a ascender. Este es el principio de funcionamiento de los tanques de
sedimentación primaria, los cuales dimensionados y operados de manera eficiente pueden
eliminar entre el 50 y 70%.
La sedimentación primaria puede llevarse a cabo en tanques rectangulares alargados o en tanques
circulares. En los tanques rectangulares, como el mostrado en la Figura 11.1, la espuma se retira
utilizando unas rastras de lodo que, de manera alternada, después de recorrer el tanque por el
fondo, regresan a su punto de partida recorriendo la superficie del agua, lo que se aprovecha,
como se dijo, para remover la espuma. El material flotante se desplaza de esta manera hasta un
sitio donde se colecta, ubicado a cierta distancia hacia atrás del vertedor del efluente, y allí es
retirado al pasar sobre un vertedor de espuma o por medio de una rastra transversal.
Cuadro 11.1 Tipos de sedimentación
Figura 11.1. Tanque rectangular alargado con rastra para lodo.
Por su parte, los tanques circulares cuentan con un brazo des-natador que está unido a la rastra de
lodos, como se muestra en las Figuras 11.2 a 11.4.
Figura 11.4. Sedimentador circular, alimentación central con rastras para recolección de lodos.
Tanto en los tanques rectangulares como en los circulares se requiere la construcción de
una mampara entre el dispositivo de remoción de espuma y el vertedor del efluente. Los
acondicionamientos necesarios para la remoción de espuma se muestran en la Figura 11.6.
Figura 11.6. Dispositivo de remoción de espumas de un tanque sedimentador primario de tipo
circular.
La espuma así separada se dispone junto con el material retenido en el cribado, la arena y el lodo
digerido.
Filtro Percolador
El sistema de tratamiento de aguas residuales a través de los filtros rociadores es un proceso
biológico utilizado para mejorar la calidad del agua mediante la descomposición de los
contaminantes por medio de microorganismos. El funcionamiento de este sistema consiste en
reproducir las condiciones naturales que el caudal contaminado sufriría a través de su paso por un
río.
El agua contaminada estaría sujeta a una depuración a cargo de los múltiples microorganismos
que se originan adheridos a las rocas y al contactar los nutrientes que aportan las aguas residuales
dan origen a un proceso de biodegradación y por consiguiente descontaminación.
Un filtro percolador es una cama de grava o un medio plástico sobre el cual se rocían las aguas
negras pretratadas. En este sistema de filtro percolador, los microorganismos se apegan al medio
del lecho y forman una capa biológica sobre éste. A medida que las aguas negras se percolan por
el medio, los microorganismos digieren y eliminan los contaminantes del agua.
Ventajas Desventajas
Se puede operar en varios índices de carga
orgánica e hidráulica
Se requiere una pequeña área en comparación
con los Humedales artificiales.
Alto costo.
Requiere diseño y construcción expertos.
Requiere fuente constante de energía y flujo
constante de aguas residuales.
El olor puede llegar a ser un problema.
Pretratamiento obligatorio.
II.1 Marco Físico
La parte noreste de San Luis de la Paz, con una altitud de 2038 msnm, posee gran parte
semi-urbanizada y es por ello que requiere de una planta para darle tratamiento a las aguas
residuales que este sector genera, pues es una parte de la ciudad que se encuentra en constante
crecimiento poblacional y genera un gasto constante de aguas grises y negras.
En donde se marca en el mapa será el sitio de construcción.
La planta tratadora estará ubicada entre las calles Emeterio Pérez y Ojo de Agua, su área
exacta (4508 m2) es la que se señala en el recuadro verde que se muestra a continuación, teniendo
un acceso relativamente fácil y el terreno muestra una topografía plana con pocas irregularidades.
N
III.- PARÁMETROS DE DISEÑO.
Población 10 000 (8% de la cabecera municipal)
Periodo de Diseño 20 años
Dotación 250 lt/hab/dia
Terreno (98 x 46) 4508 m2
CANAL DESARENADOR:
Velocidad de agua en el desarenador de 0.28 a 0.32 m/seg, recomendado de 0.3m/seg.
Control de velocidad: vertedor proporcional.
Sección: rectangular.
Ancho del canal igual o mayor de 0.30 m y menor de 1.5 m
Tamaño de partículas a remover: igual o mayor a 0.2mm
Gravedad especifica de partículas: 2.65
Velocidad de sedimentación de estas partículas: 2.18 cm/seg.
Dependiendo de la carga hidráulica disponible se fijará el tirante aceptable para el gasto máximo.
Se recomienda para operación y limpieza contar con dos unidades, cada una diseñada para el
gasto máximo.
Ancho del canal se hace por tanteos entre 0.3 y 1.5 m.
VERTEDOR PROPORCIONAL:
Vertedor de sección variable, la curva está calculada para mantener una velocidad de 0.3 m/seg
SEDIMENTADOR PRIMARIO.
Carga hidráulica superficial 28-38 m3/m2/día, se recomienda un valor de 33 m3/m2/día.
Tiempo de retención: de 1.8 a 3.0 horas, se recomienda un valor de 2.25 horas
Altura mínima en la pared mojada: 2.1 m
Altura normal en el centro 3.5 m
Inclinación en el fondo: 8%
Bordo libre: 30 cm
Sedimentadores circulares con equipo de tracción periférica.
Producción de lodos: 77 gr/hab/día
Eficiencia esperada en remoción de sólidos: 55%
Humedad en la mezcla agua-lodos: 95%
Peso específico de la mezcla: 1.02
IV.- DISEÑO DEL PROYECTO.
Gastos de Diseño
Gasto medio
Qmed=Población∗Dotación∗Aportación
86400
Qmed=10000∗250∗0.75
86400
Qmed=21.70≈ 22<¿ s
Coeficiente de Harmon (F)
Coeficiente de Harmon=1+ 14
4+√Pob . enmiles
F=1+ 144+√10
F=2.95
Gasto máximo
Qmax=Qmed∗F=22<¿ s∗2.95
Qmax=64.9<¿ s
Gasto mínimo
Qmin=Qmed
F=22<¿ s
2.95
Qmin=7.46<¿ s
Canal desarenador
Ancho de canal (propuesto) = 0.5 m
Velocidad (recomendada) = 0.3 m/seg
Tirante
T=Q( m3
seg)
Velocidad∗ancho
T med=0.022m3/s
0.3m / s∗0.5m=14.67cm
T max=0.0649m3/s
0.3m / s∗0.5m=43.27cm ≈ 0.45m
T min=0.0076m3/s
0.3m / s∗0.5m=5.067cm≈ 5cm
Largo del canal desarenador:
L=25∗T max=25∗0.45m=11.25m
Cantidad de arena:
0.05m 3 por cada 1000 m 3 de agua residual
Cantidad de arena/dia=Qmed∗0.05∗86400 /1000
Cantidad de arena /dia=0.022∗0.05∗86400/1000=0.095m3/día
En 8dias=0.095∗8=0.76m3
Alturadel canal=Volumendearena en8díaslargo∗ancho
= 0.76m3
11.25m∗0.5m
Alturadel canal=0.135m ≈ 0.15m
Altura del desarenador:
Alturatotal=Tmax+alturade arena+bordo
Alturatotal=0.45m+0.15m+0.07m=0.67m
Se construirán dos desarenadores ya que así podremos dale mantenimiento a uno mientras se
desactiva el otro.
Vertedor proporcional
Constante “a”= 0.03 m
Tmax = h+a = 0.33 m
h = 0.42 m
h + 2/3 a = 0.44 m
Constante “b”
b=Qmax
2√2ag(h+ 2a3 )
=0.0649
m3
s2√2∗0.03m∗9.81 (0.44m )
=0.096m
2b=0.192≈ 0.20m
Verificar valores de h
h= Q
2b∗√2ag−2a
3
hmed=0.022
m3
s2 (0.1 )∗√2∗0.03m∗9.81
−2∗0.03m3
hmed=0.123m
hmax=0.0649
m3
s2 (0.1 )∗√2∗0.03m∗9.8 1
−2∗0.03m3
hmax=0.403m
hmin=0.00746
m3
s2 (0.1 )∗√2∗0.03m∗9.81
−2∗0.03m3
hmin=0.0286 m
Verificar velocidad
V desarenador=Qmax
(hmax+a )∗ancho
V desarenador=0.0649m3/s
(0.4m+0.03m )∗0.5m=0.302m / s
La velocidad se encuentra dentro de los límites de 0.25 y 0.53 por lo tanto se aceptan los valores
de a=0.03m b=0.10m
Curvas del vertedor.
x=b [1−( 2π ) tan−1 √ y
a ]Q=2b √2ag∗(h+2a
3)
Q1=43
b√2g∗¿
Donde:
a y b = constantes a = 0.03m y b =0.10 m
y = altura del líquido.
x = ancho del vertedor en la superficie del líquido.
Q= gasto total a través del vertedor.
Q1= gasto a través de la sección rectangular del vertedor.
Canal de rejas
Velocidad =0.6m/s
y(m) x(m) 2x (m) Q (lps)
0.03 0.05 0.10 0.01
0.05 0.04 0.08 0.01
0.1 0.03 0.06 0.02
0.15 0.03 0.05 0.03
0.2 0.02 0.05 0.03
0.25 0.02 0.04 0.04
0.3 0.02 0.04 0.05
0.35 0.02 0.04 0.06
Espesor de barras ¼” = 0.635 cm
Área útil
Au=Qmax
Velocidad=0.0649m3/s
0.6ms
=0.108m2
Ancho libre
Wl= AuTirante
=0.108m2
0.4m=0.27m
Numero de barras
No .b= WlSeparación
−1=0.27 m0.02m
−1=12.5≈13barras
Ancho total
Wt=Wl+No .b∗espesor=27cm+13∗0.635cm=35.26 cm
Las pérdidas de carga hidráulica se calculan con la ecuación:
hf =
V 2−v2
2 g∗1
0.7
Donde:
hf= Perdida de carga en m
V= velocidad a través de las barras 0.6 m/seg
v= Velocidad aguas arriba de la rejilla = gasto total/tirante*ancho total
g= Aceleración de la gravedad = 9.8m/seg
vel. aguas arriba= QTirante∗Ancho total
= 0.0649m3/s0.45m∗0.35m
=0.41m /s
hf =
0.62−0.412
2∗9.81∗1
0.7=0.014m
Sedimentador
Carga hidráulica superficial = 33 m3/m2/día
Tiempo de retención = 2.25 hr
Eficiencia 55%
Pendiente 8%
Superficie
Superficie=Q( m3
día)
Carga. =0.022m3∗8640033m3/m2/día
=57.6m2
Volumen
Vol .=Q (lps )∗tiempo ret .∗3.6=22∗2.25∗3.6=178.2m3
Producción de lodos
∏ .lodos=Población∗77(gr /hab /día)∗eficiencia%
1.02 (0.05 )(106)
W∏ .lodos=1000hab∗77 (gr /hab/día)∗0.55
1.02 (0.05 )(106)=8.3 m3/día
Diámetro del tanque sedimentador.
D (m )=( 4∗Superficieπ )
1/2
=( 4∗57.6π )
1 /2
=8.5m
Diámetro de la tubería del influente.
D (m )=( 4∗Gastoπ )
1/2
=( 4∗0.022m3/ sπ )
1 /2
=0.167m≈ 6.5 ≈ 7
Tirante medio.
T med=volumen (m3)superficie(m2)
=178.2m3
57.6m2 =3.10m
Tirante al centro máximo.
T max=T med+diametro
4∗pendiente (%)
T max=3.1m+ 8.5m4
∗0.08=3.27 m
Tirante en la periferia del mismo.
T min=Tmed−diametro
4∗pendiente (% )
T min=3.10−8.5m4
∗0.08=2.93m
Volumen de la tolva.
Se calcula el volumen acumulado en 8 horas, considerando extracciones tres veces en 24 horas.
Vol .tolva ( m3 )=Produccionde lodos( m3
día)3
=8.33
=2.77 m3
Altura de tolva.
Diámetro de tolva = 2m
htolva=volumen
π r2 =2.77m3
π ¿¿
Canal colector.
Ancho = 0.2m
Velocidad = 0.3 m/s
Tirante=Qmed(m
3/ s)ancho (m )∗velcidad (m / s)
= 0.022m3/s0.2m∗0.3m /s
=0.37m
Vertedor del sedimentador.
Perímetro.
P=πD=π∗8.5=26.7m
Considerando 5 vertedores por metro
N .V .=5∗26.7=133.51≈ 134vertedores
Caudal por vertedor.
C .V .= QN .V .
=0.022m3 /s134
=0.000164m3/s /vertedores
Empleando vertedores triangulares de 90º
Q=1.38 H 5 /2
H=( Q1.38 )
2 /5
=( 0.000164m3/s1.38 )
2 /5
=0.027m
Tratamiento de Lodos
Lechos de secado
Parámetro de diseño= 0.09 m2/hab
Área superficial= 0.09 m2/hab x 10 000 hab = 900 m2
Recomendable lechos de secado de 120 m2 = 6 x 20 m
Numero de Lechos de Secado = 900 / 120 = 7.5 ≈8 Lechos (suponiendo 15 x 7.5 m)
Tanque de Cloración
Qmed=22 lt/seg
tr=20 min
Volumen del tanque= Q x tr = (22 lt/seg)(20 min)(60 seg / 1 min ) = 26 400 lt = 26.4 m3
Area= Vol. Tanque / h = 26.4 / 2 = 13.2 ≈ 14 m2
Largo= 1.3 Ancho
1.3 ancho x ancho = 14 m2
Ancho=√14 /1.3 = 3.28 ≈ 3.5 m
Filtro Percolador
Eficiencia S.P. DBO: 30%
Qmed= 22 lts/s
DBO influente = 293 mg/l
DBO efluente = 40 mg/l
Profundidad del filtro = 3.3 m (16 ft.)
Fórmula Eckenflender
(SE=40 mg/l)
se
si
= 1
1+2.5( 10.930.67
QL0.5 )
242 (Q )+40 (Q )=2 (Q ) ( si )si=141mg / l
40122.5
= 1
1+2.5 (10.930.67
QL0.5 )
∴QL=[ 2.5∗10.930.67
122.540
−1 ]2
=36.21m∗acre∗día
Q=0.022 (22.82 )=0.5mgd
1acre=4047m2
Área= QQL
= 0.536.21
=0.012acres× 4047=56.1m2
A=π∗D2
4∴D=√ (56.1m2) 4
π=8.45m ≈ 8.5
Área de drenaje
Se propone una pendiente en el filtro de 8% y un tubo de 10” en el mecho de este para desalojar.
Área de ventilación
Ventilación: por lo menos un 10% del área total.
ÁreadeVentilación=56.1m2(0.1)=5.61m2
Proponiendo 16 celdas en la parte inferior para mejorar ventilación de 1m x 0.4 m.
1m× 0.4m=0.4 m2
0.4 m2 (16 )=6.4m2
Verificando
56.1m2→100 %
6.4 m2 →11.4 %>10 %∴OK
Separación
P=π (8.45m )=26.55m
26.55m16
=1.66m
Notas:
Las especificaciones de diseño se muestran en el plano anexo.
El filtro calculado para éste proyecto es de altura considerable (5 m), esto debido al bajo
peso de la membrana filtrante a emplear.
DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES
Pretratamiento.
Canal de rejas
Ancho: 35 cm
Alto: 50 cm
13 barras de ¼” @ 2 cm
Canal desarenador
2 canales desarenadores.
Ancho: 0.5 m
Largo: 11.25 m
Alto: 0.70m
Vertedor proporcional
Constante a = 3 cm
Constante b = 10 cm
Sedimentador.
Altura máxima del tanque al centro: 3.27 m
Altura mínima del tanque en periferia: 2.93 m
Diámetro de tubería de influencia: 7”
Diámetro de tolva: 2.00 m
Altura de tolva: 0.88 m
Ancho del canal recolector: 20 cm
Vertedor triangular de 90º
134 vertedores
Lechos de secado
Área superficial = 900 m2
Recomendable lechos de secado de 120 m2 = 6 x 20 m
Numero de Lechos de Secado = 8 Lechos (suponiendo 15 x 7.5 m)
Tanque de Cloración
Volumen del tanque= 26.4 m3
Área= 14 m2
Ancho= 3.5 m
Largo= 4 .55 m
Filtro percolador
Ancho = 8.5 m
Alto = 3.3 m
Pendiente de drenaje = 8%
Área de ventilación = 6.4 m2
Separación de celdas de ventilación = 1.66 m
V.- OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.
Pretratamiento
Como ya se mencionó anteriormente, éste consta de tres unidades: el canal de rejas, el
desarenador, y el vertedor proporcional para el control y medición de flujo.
Siendo este el punto a la entrada de tratamiento, es aquí donde se tomarán las muestras y harán
las mediciones necesarias para caracterizar las aguas residuales que entran a la planta.
No cuenta con equipos o elementos mecánicos y su operación se refiere básicamente a retirar los
materiales retenidos tanto en las rejillas como en el desarenador y a llevar un registro del gasto
influente a la planta.
Es necesario retirar con la mayor frecuencia posible el material retenido en las rejillas, se plantea
como mínimo una frecuencia de cada tres horas durante el día. Este material se depositará en
contenedores para posteriormente enterrarlo o transportarlo al relleno sanitario de la localidad.
El desarenador está diseñado para almacenar arenas por un tiempo de una semana. Por
operación, el diseño contempla dos unidades, cada una de ellas para manejar el gasto total, de
manera que mientras uno esté en operación la otra esté en limpieza y así sucesivamente. Aun
cuando las arenas depositadas son material inerte, será necesario destinar un sitio aledaño para su
disposición.
Sedimentador
En un sistema similar al anterior, en caso si se requiere de equipo mecánico para mover la unidad
de rastras que concentra los lodos en el centro del tanque (en una tolva), de donde serán
extraídos. Este mecanismo también colecta las grasas y material flotante, depositándolos en una
charola de donde serán removidos.
Una diferencia importante entre estos y los tanques Imhoff es que los sedimentadores el lodo es
crudo (no está digerido) y por consiguiente es susceptible de putrefacción con malos olores y de
consistencia totalmente líquida. Su transportación necesariamente con pipas y el lugar de
disposición deberá ser cuidadosamente elegida para evitar contaminación. Esta transportación de
lodos es quizá el concepto mayor en los costos de operación y mantenimiento de este sistema.
Los principales conceptos de operación y mantenimiento del sistema son:
Los correspondientes a pretratamineto
La revisión diaria del sistema motor – reductor; medición de amperajes,
sobrecalentamiento, ruidos, engrasado en su caso del sistema de transmisión (esto de
acuerdo con lo especificado por el proveedor del equipo).
Remoción diaria de grasas y aceites acumulados por la charola de natas.
Transportación diaria de los sólidos removidos.
Cambio de aceite de transmisión según lo especificado por el proveedor entre 6 y 12
meses.
Este sistema aun cuando cuenta con partes mecánicas, éstas significan una cantidad de HP
instalados relativamente baja. Independientemente del sistema de transporte de lodos, se estima
que requiere una persona para su operación y mantenimiento por cada 10, 000 habitantes, éste
en un turno de 8 horas, en este caso si deberá ser los 365 días al año.
Lechos de secado
Este sistema tiene como finalidad la remoción de sólidos suspendidos y su digestión. La
sedimentación se lleva a cabo en canales colocados en la parte superior del tanque y la digestión
en un compartimiento inferior. La disposición de los lodos diferidos se hace con extracción por
tubería y conducción a lechos de secado, de donde serán retirados en forma sólida.
Los principales conceptos de operación y mantenimiento del sistema son:
Remoción diaria de grasas, espumas y sólidos flotantes del compartimiento de
sedimentación.
Raspar semanalmente las paredes inclinadas de la cámara de sedimentación para remover
sólidos adheridos que puedan descomponerse.
Limpieza semanal de la ranura que comunica a la cámara de sedimentación con la de
digestión.
Control de espumas en la cámara o compartimento de espumas, de ser posible mediante
du rompimiento con agua a presión o en caso dado removerlos cuando su acumulación
sea entre 0.6 y 0.9 m.
La remoción de lodos de la cámara de digestión, deberá hacerse cuando el nivel de lodos
llegue a una altura de 0.5 m, por debajo de la ranura del compartimento de
sedimentación.
Después de cada extracción de lodos digeridos, se deberá tener cuidado de lavar la tubería
con aguas residuales para evitar que quede con lodos y estos ocasionen su taponamiento.
La extracción de los lodos debe suspenderse cuando se empiecen a notar cambios en su
color, esto es, cuando comiencen a presentarse estrías de color gris o café, lo que ya indica
que los lodos no han alcanzado su completa maduración.
Se recomienda, que en operación normal, no se extraiga más de la mitad de los lodos.
Si la línea de lodos se tapa, debe desprenderse el tapón que se haya formado, por medio
de una fisga o garrocha, que se introduce por la ranura ascendente “T”.
No deben vaciarse lodos húmedos sobre lodos secos o parcialmente secos. Antes de
recibir los lodos, deben limpiarse los lechos para eliminar los residuos de lodos secos, las
basuras y restos de vegetación que se hayan acumulado.
Se observa que los lodos digeridos que han perdido suficiente humedad, se enjutan y se
agrietan, pudiendo entonces manejarse con pala para retirarse del lecho. Por lo general
bastan unas dos semanas de secado.
Los lodos digeridos secos constituyen un buen abono y debe estimularse su empleo, bien
sea utilizándose en los prados o jardines municipales, o permitiendo que el público
disponga libremente de los mismos, aunque advirtiendo que no se apliquen para el cultivo
de legumbres que se consuman crudas.
En general y debido a que estos sistemas no requieren de dispositivos mecánicos sencillos.
Se estima que se requiere de una persona en turno de 8 horas laborando de lunes a
viernes y 4 horas los sábados.
En la tabla siguiente se presentan los parámetros de medición y frecuencia que deberán realizarse
para determinar la eficiencia y operación del sistema.
Parámetros de medición recomendados y su frecuencia
Parámetro Frecuencia de medición (mínimo/ideal)
Medición de flujo
Influente
Efluente
1 día/continuo
Semanal
PH
Influente
En el sistema
1 semana
1semana
Temperatura
Ambiente
Del agua
1 semana/ 1 día
1 semana/ 1 día
DBO o DQO
Influente
Efluente
1 mes/ 1 semana
1 mes/ 1 semana
Sólidos suspendidos
Influente
Efluente
1 semana
1 semana
Nivel de lodos 1 semana
Producción de lodos
1 semana
Condiciones ambientales Diario
Filtro percolador
Sólo se puede usar esta tecnología después de una clarificación ya que una alta carga de sólidos
puede provocar que el filtro se tape.
Se requiere un operador capacitado para monitorear y reparar el filtro y la bomba en caso de
problemas. Se puede diseñar un sistema de rociado de baja energía (por gravedad), pero en
general se requiere una fuente continua de energía y de aguas residuales.
Comparada con otras tecnologías, los filtros de escurrimiento son compactos, aunque aún son los
más adecuados para asentamientos periurbanos o rurales grandes.
Se pueden construir los Filtros de Escurrimiento en casi cualquier condición ambiental, aunque se
requieren adaptaciones especiales para climas fríos.
Los problemas de olores y moscas requieren que se construya el filtro lejos de casas y negocios. Se
deben tomar las medidas necesarias para el pretratamiento, la descarga de efluente y el
tratamiento de sólidos, que aún pueden representar riesgos para la salud.
Para evitar las obstrucciones, se deben eliminar periódicamente los lodos acumulados en el filtro.
Se pueden usar altos índices de carga hidráulica para purgar el filtro.
El material se debe mantener húmedo. Esto puede representar un problema durante la noche
cuando el flujo de agua se reduce o cuando hay cortes de electricidad.
VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Hemos propuesto el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales integral con fines
didácticos, tratando de emular algunos aspectos fundamentales en el cálculo y dimensionamiento
de estas, se recomienda trabajar más con los requisitos de las normativas para el tratamiento de
las aguas residuales, de esta manera adecuar el proyecto a las necesidades de la zona, siempre
tratando de reducir el impacto ambiental que las aguas residuales generan, de la misma manera
realizar estudios exhaustivos de la zona y proponer la planta adecuada, consideramos que la
nuestra, diseñada completamente, llevándola al campo profesional puede cumplir eficientemente
en cierto tipos de casos, una planta cuyo componente principal es un filtro percolador, esperamos
cumplir con el objetivo principal de aprendizaje para en un futuro llevarlo al campo laboral.
BIBLIOGRAFÍA
Diplomado en proyectos, construcción y operación de obras hidráulicas
Ing. Ubaldo Gutiérrez Báez.
METCALF-EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, Vertido y
Reutilización. Barcelona, Editorial Mc GRAW-HILL, 1998
CRITES, TCHOBANOGLOUS. Tratamiento de Aguas Residuales en Pequeñas
Poblaciones. Colombia, Editorial Mc GRAW-HILL
NOYOLA ROBLES ADALBERTO Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales.
IMTA, 200.
ERNEST F. GLOYNA Estanques de estabilización de aguas residuales. Organización
mundial de la salud. Ginebra.
WPCF Wastewater Treatment Plant Desing: a manual of practice MOP/8 Water
Pollution Control Federation.