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DISEÑO DE PLANTAS

DISEDISEÑÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTOO DE PLANTAS DE TRATAMIENTODE AGUA Y DESAGDE AGUA Y DESAGÜÜEE

FACULTAD: INGENIERFACULTAD: INGENIERÍÍA AMBIENTALA AMBIENTAL

Ing. OMAR E. OLIVOS LARAIng. OMAR E. OLIVOS LARAee--mail: [email protected]: [email protected]

20102010

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL

DISEDISEÑÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAY DESAGY DESAGÜÜEE

Contenido de la Asignatura:

UNIDAD I: INTRODUCCION1.1 Objetivos del curso1.2 Procesos de autodepuración en ríos1.3 Procesos de eutroficación en lagos1.4 Procesos aerobios y anaerobiosUNIDAD II: NORMATIVIDAD DISEÑO PLANTAS DE TRATAMIENTO2.1 Ley General de Recursos Hídricos2.2 Reglamento General de Recursos Hídricos2.3 Estándares de Calidad Ambiental para AGUA2.4 Límites máximos Permisibles (LMP)2.5 Límites máximos admisibles (LMA)



DISEÑO DE PLANTAS



UNIDAD III: PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES3.1 Tratamiento Preliminar Avanzado: Emisor Submarino3.2 Sistemas de tratamiento: Lagunas de estabilización

- Lagunas facultativas y maduración- Lagunas aireadas- Lagunas anaerobias

3.3 Sistema de tratamiento: Lodos activados3.4 Sistema de tratamiento: Filtros Percoladores3.5 Sistema de tratamiento: UASB3.6 Sistema de tratamiento de lodos3.7 Sistemas tratamiento aguas residuales industriales





UNIDAD IV: PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE4.1 Sistemas de Captación y Conducción

- Captación de agua superficial- Captación de aguas subterráneas

4.2 Sistemas de Filtración Lenta- Pretratamiento, Sedimentadores, Prefiltros de Grava

de flujo horizontal, de flujo vertical, Filtros lentos de arena4.3 Sistemas de Filtración Rápida

- Coagulantes y sustancias químicas; Mezcla Rápida;Floculación; Decantación; Desinfección



DISEÑO DE PLANTAS

SESIÓN 1.1:

OBJETIVOS DEL CURSO

SISTEMA DE EVALUACIÓN

Ing. Omar E. Olivos Lara

UNIDAD I:UNIDAD I:INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN



1.1 Objetivos del curso

La asignatura pretende proporcionar al alumno lasdiferentes técnicas y metodologías aplicadas al diseñode plantas de tratamiento de agua para consumohumano y plantas de tratamiento de aguas residualesdomésticas e industriales, haciendo énfasis en elestudio de instalaciones de tratamiento en sus aspectostécnico, económico y ambiental.

DISEÑO DE PLANTAS

1.1 Evaluación

La evaluación es permanente e integral en función a losobjetivos planteados. La evaluación del alumno seguirá elsiguiente esquema:

- Examen parcial (EP) : 25%- Examen Final (EF) : 25%- Trabajo Final (TF): 25%- Promedio de prácticas (PP) : 25%

Nota final (NF) :NF= (2.5EP + 2.5EF + 2.5TF+ 2.5PP) / 10

- La Nota aprobatoria de la asignatura: 11 (once)

SESIÓN 1.2:

PROCESOS DE AUTODEPURACIÓN EN RÍOS

Ing. Omar E. Olivos Lara

UNIDAD I:UNIDAD I:INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN



DISEÑO DE PLANTAS

Universidad Alas PeruanasFacultad de Ingeniería Ambiental

Universidad Alas PeruanasFacultad de Ingeniería Ambiental

Procesos deProcesos de autodepuraciautodepuracióónn en ren rííosos

Profesor:Ing. Omar Eduardo Olivos Lara

Lima – Perú2010

Diseño de Plantas de Tratamientode Agua y Desagües

Diseño de Plantas de Tratamientode Agua y Desagües

OBJETIVOSOBJETIVOS

El presente trabajo tiene como objetivo introducir a los participantes en eltema de evacuación de efluentes en el medio ambiente acuático,específicamente en ríos. Asimismo mostrar los modelos matemáticos de lacalidad del agua en ríos, haciendo un énfasis en modelo de análisisunidimensional simplificado, necesario para la evaluación rápida preliminar deun ecosistema lótico (ríos), teniendo en cuenta, los tipos de fuentes mediantesu caracterización, la naturaleza del cuerpo hídrico y los criterios yestándares de calidad del agua en el cuerpo receptor.

Dar a conocer los programas que existen en la actualidad para la evaluaciónde la calidad del agua en ríos.

DISEÑO DE PLANTAS

VERTIDO DE ELFUENTESVERTIDO DE ELFUENTES

Las aguas residuales, una vez tratadas, se pueden reutilizar, o bien se puedenreintroducir en el ciclo hidrológico por evacuación al medio ambiente. Por lo tanto, laevacuación de las aguas residuales se puede considerar como el primer paso de unproceso de reutilización a la largo plazo, gracias a la capacidad de asimilación y dilucióndel cuerpo receptor.Los métodos de evacuación más comunes: vertido y dilución en aguas del medio ambiente(ríos, estuarios, lagos, lagunas, mares). Otro medio de evacuación es la aplicación alterreno en la que el agua residual percola en el terreno y recarga los acuíferossubyancentes. Parte del agua residual destinada a la infiltración se evapora.El impacto ambiental asociado es un elemento fundamental de la evacuación del aguaresidual. En nuestro medio existe normatividad vigente que controla la calidad del aguadel cuerpo receptor en el punto de uso, más existen poca exigencia para elestablecimiento de Límites Máximos Permisibles para el control del vertimiento del aguaresidual a los ecosistemas acuáticos.Este hecho hace que el vertimiento y la evacuación de las aguas residuales sean dosdisciplinas ligadas entre sí que no se pueden tratar por separado. Por ejemplo, para laevacuación de un agua residual se pueden presentar alternativas de de mejorar eltratamiento o aumentar la dilución del efluente situando el punto de descarga más lejosde la costa.

VERTIDO DE ELFUENTES (cont.)VERTIDO DE ELFUENTES (cont.)

En nuestro país hasta el día de hoy, las evaluaciones sobrelos posibles impactos ambientales de los vertidos de lasaguas residuales tratadas se centran en la presencia deoxígeno disuelto. El punto clave es ver la capacidad deasimilación de las aguas receptoras, que representa lacantidad de DBO5, que se puede asimilar sin poner en peligrola presencia de niveles adecuados de oxígeno disuelto. Estaatención a los niveles de oxígeno disuelto nos conduce por logeneral a someter a las aguas residuales a procesos detratamiento secundario.

Sin embargo, en la normativa internacional se ha ampliado elnúmero de constituyentes que hay que controlar, entre losque se ha incluido entre otros, los nutrientes, compuestostóxicos, y gran variedad de compuestos orgánicos. Losimpactos ambientales de estos constituyentes son diversos,y con frecuencia complejos. Sin embargo, el primer elementoen la evaluación de dichos impactos es la determinación de ladistribución de estos constituyentes en la columna de agua yen el sedimento del fondo.

DISEÑO DE PLANTAS

ParParáámetros y criterios de calidad del aguametros y criterios de calidad del agua

Los parámetros de calidad del agua residual que tienen importancia en los vertidos de aguasresiduales son el oxígeno disuelto (OD), sólidos suspendidos, bacterias, nutrientes, pH ycompuestos químicos tóxicos, entre los que se encuentran los compuestos orgánicosvolátiles, los neutralizadores ácidos/básicos, metales, pesticidas y bifenilos policlorados(PCBs).

La importancia del OD para la vida acuática se debe a que, en los casos en que el nivel de ODse sitúa por debajo de 4 mg/l, se pueden producir efectos nocivos en determinadasespecies. Los sólidos suspendidos afectan a la turbiedad del agua y acaban por sedimentaren el fondo, lo cual puede dar lugar a un enriquecimiento béntico, toxicidad y demanda deoxígeno de los sedimentos. La presencia de bacterias coliformes se adopta como indicadorde la presencia de otros organismos patógenos de origen fecal, y se utiliza como indicadorpara determinar la seguridad de utilización de un agua para usos recreativos, deabastecimiento, etc. Los nutrientes pueden provocar eutrofización y descenso del nivel deOD. La acidez del agua, medida por el pH, afecta el equilibrio químico y ecológico de losecosistemas acuáticos. Los compuestos químicos tóxicos incluyen una variedad decompuestos que, a diferentes concentraciones , provocan efectos ambientales nocivos parala vida acuática y el hombre.

ParParáámetros y criterios de calidad del aguametros y criterios de calidad del aguaLey General de Recursos HLey General de Recursos Híídricos ydricos y ECAsECAs

Los parámetros de calidad del agua residual que tienen importancia en los vertidos de aguasresiduales son el oxígeno disuelto (OD), sólidos suspendidos, bacterias, nutrientes, pH ycompuestos químicos tóxicos, entre los que se encuentran los compuestos orgánicosvolátiles, los neutralizadores ácidos/básicos, metales, pesticidas y bifenilos policlorados(PCBs).

La importancia del OD para la vida acuática se debe a que, en los casos en que el nivel de ODse sitúa por debajo de 4 mg/l, se pueden producir efectos nocivos en determinadasespecies. Los sólidos suspendidos afectan a la turbiedad del agua y acaban por sedimentaren el fondo, lo cual puede dar lugar a un enriquecimiento béntico, toxicidad y demanda deoxígeno de los sedimentos. La presencia de bacterias coliformes se adopta como indicadorde la presencia de otros organismos patógenos de origen fecal, y se utiliza como indicadorpara determinar la seguridad de utilización de un agua para usos recreativos, deabastecimiento, etc. Los nutrientes pueden provocar eutrofización y descenso del nivel deOD. La acidez del agua, medida por el pH, afecta el equilibrio químico y ecológico de losecosistemas acuáticos. Los compuestos químicos tóxicos incluyen una variedad decompuestos que, a diferentes concentraciones , provocan efectos ambientales nocivos parala vida acuática y el hombre.

DISEÑO DE PLANTAS

PROCESOS ACTUANTESPROCESOS ACTUANTESProcesos de Transporte (AdvecciProcesos de Transporte (Adveccióón y Difusin y Difusióónn

Los procesos básicos de transporte son dos: Advección, o transporte de unconstituyente como consecuencia del flujo del agua en el que el constituyente estádisuelto y suspendido, y Difusión, o transporte debido a la turbulencia de las aguas.

Advección

dydzdxxUUdx

xCCCUdydzdxdydz

tC ))((

dzdyUC ... dzdydUUdCC .))((

dyx

yz2dx

xU

xC

xUC

xCU

tC

ZWC

zCW

yVC

yCV

xUC

xCU

tC

0

ZW

yV

xUdcontinuidaporqueSabemos

Procesos de Transporte: DifusiProcesos de Transporte: Difusióónn

DifusiónSe puede describir como el fenómeno de transporte de mezclado localizado debido a la presencia deturbulencias, provocado por las variaciones de velocidad y gradientes de concentración que se producenen las mismas. La velocidad de transporte de masa es proporcional al gradiente de concentración ( ovelociada de variación longitudinal de la concentración).

zCE

zyCE

yxCE

xtC

xxx

dzdydCEx ... dzdydCddCdExEx .))()((

dyx

yz dydzxCExmasadeentradadevelocidad

xCE

xtC

x

dydzdxxCEx

xxCExmasadesalidadevelocidad

,zentes en ylos componAñadiendo

DISEÑO DE PLANTAS

ANALISIS UNIDIMENSIONALANALISIS UNIDIMENSIONALBalance de masasBalance de masas

En esta sección se analiza la evacuaciónde aguas residuales a ríos y estuarios.Los ríos y los estuarios suelen tener unadimensión preponderante, constituyendocuerpos de agua muchos más largos queanchos.Las descargas de efluentes domésticos eindustriales, se mezclan rápidamente en lasección transversal, lo cual justifica laadopción de modelos unidimensionales.En este tipo de modelos, sólo se pretendecalcular las variaciones longitudinales delas concentraciones medias de losconstituyentes, tomando como punto departida los valores medios en cada sección

rr CQ .

dd CQ .

mezcladr CQQ .

)(.. droddrr QQCCQCQ

)(..

dr

ddrro QQ

CQCQC

rQ

rC )( dro QQC

x

d

d

CQ

Balance de masas (cont.)Balance de masas (cont.)

En la realidad ocurre lo siguiente :

Cuando la descarga se produce al pie de la ribera del río la longitud demezcla necesaria para obtener Co es Lm; sin embargo si la descarga seproduciera muy cerca del centro de la sección del río, para obtener laconcretaciòn de mezcla se necesitaría una longitud igual a Lm/2aproximadamente.

mL

d

d

CQ

2mL

d

d

CQ

B

H

HBULm

26.2

)(

)(

)/(

)(.

piesdprofundidaH

piesríodelAnchoB

spiesVelocidadU

piesmezclalongLm

DISEÑO DE PLANTAS

Ejemplo 1Ejemplo 1

El tramo de un río en evaluación tiene uncaudal promedio mínimo de 7 dìas que sereipite cada 10 años de (7Q10) de 8 m3/s,con una DBO5 de 2 mg/l, CF= 10 NMP/100ml.Actualmente existe una descarga de aguasresiduales domésticas a través de uncolector con un caudal de 300 l/s, DBO5=250 mg/l, CF=108 NMP/100ml y OD=2 mg/lSi aguas abajo el río es utilizado comofuente de abastecimiento de una planta detratamiento de agua potable.¿Cuál será la eficiencia en el tratamientode las aguas residuales de la descarga paracumplir con la calidad del agua del río parael abastecimiento de agua para consumohumano?

lmgmezclaDBO /96.103.08

2503.028)(5

Uso II Límites máx permisiblesDBO5= 5mg/lCF= 4000 NMP/100ml

3.083.0285 5

)(5

máx

mezclaDBOLMPDBO

85mg/lefluenteelen5 máxDBO%66

25085250

remociónEficiencia

smQ /8 3107

IIUso

xIIUsoPTA

lmgDBO /25 mlNMPCFr 100/10

mlNMPCF

lmgDBOslQd

100/10

/2505/300

8

Ejemplo 1 (cont.)Ejemplo 1 (cont.)

LMPmlNMPmezclaCF

100/106.3

3.08103.0108)( 8

8

3.083.0284000)(

máxCFLMPmezclaCF

mlNMPmezclaCF 100/101.1)( 5

smQ /8 3107

IIUso

x

mlNMPCFlmgDBO

slQd

100/10/2505

/300

8

IIUsoPTA

lmgDBO /25 mlNMPCF 100/10

%9.9910

101.1108

58

CFremociónEficiencia

PTAR

lmgDBOmlNMPCF

/250100/10

5

8

lmgDBOmlNMPCF

/85100/101

5

5

DISEÑO DE PLANTAS

Balance de masas segBalance de masas segúún tipo de contaminanten tipo de contaminante

Los contaminantes pueden ser clasificados de acuerdo con sugrado de dispersión, degradabilidad o dilución dentro de loscuerpos de aguas superficiales. Así tenemos:

Contaminantes Conservativos : Son las sustancias cuyascondiciones de concentración no varía en el tiempo y espacio.Dentro de ellos tenemos a los Solidos disueltos totales (SDT),Sólidos Suspendidos (SS).

Contaminantes Singulares: los cuales tienen particularidades ycaracterísticas propias. Dentro de ellos tenemos a loscontaminantes biológicos: Bacterias, Virus.

Contaminantes Consecutivos: Son los contaminantes que susvariaciones de concentración en el cuerpo receptor sufrencambios debido a la influencia de otro contaminante. Dentro deellos tenemos a: la DBO, el OD, Nutrientes.

Contaminantes o Sustancias Tóxicas: Son las que generan unimpacto en la biodiversidad del ecosistema. Dentro de ellastenemos a los metales pesados, compuestos orgánicos sintéticos.

rQ

rC

x

d

d

CQ

U

voConservatianteConta min

x

L

0L

UxK

eCoC.

.

Ux

eCCKSi.0

0.0

CoC

Balance de masas segBalance de masas segúún tipo de contaminante (non tipo de contaminante (noconservativos)conservativos)

rQ

rC

x

d

d

CQ

U

voConservatinoanteConta

min

x

C

0C

UxK

eCoC.

.

UxK

eCCKSi.

0.0

UxK

eCoC.

.

x

C'

0C

1K

2K

3K

"0C

'"0C

123 KKK

Cuando K es mayor, la naturaleza responde mejor a lacontaminación

DISEÑO DE PLANTAS

Balance de masas (cont.)Balance de masas (cont.)

x

C1

1

CQ

2

2

CQ

3

3

CQ

n

n

CQ

'0C "0C nC00Q

0C

x

10

1100 ..'QQ

CQCQC o

10020

2200 ':'

.''." QQQperoQQ

CQCQC o

)(

...).("

210

2210

110010

QQQ

CQQQ

CQCQQQC o

210

221100 ..."QQQ

CQCQCQC o

n

nnno QQQQ

CQCQCQCQC

...............

210

221100

n

ii

n

iii

no

Q

CQC

0

0.

x

C C0’ C0”

x

C

C0n

C0n

C0”C0’

C0

K=0

K>0

C0

CINCINÉÉTICA DE REACCITICA DE REACCIÓÓNNDemanda BioquDemanda Bioquíímica de Oxmica de Oxíígeno (DBOgeno (DBO55))

El parámetro de contaminación orgánica más ampliamenteempleado, aplicable tanto a aguas residuales como aaguas superficiales, es la DBO a 5 días (DBO5).La determinación del mismo está relacionada con lamedición del oxígeno disuelto que necesitan losmicroorganismos en el proceso de oxidación bioquímica dela materia orgánica.Se utiliza para:

1. Determinar la cantidad aprox. de oxígeno que se requerirábiológicamente para estabilizar la materia orgánica.

2. Dimensionar las PTAR.3. Medir la eficiencia de los procesos de tratamiento.4. Controlar el cumplimiento de los vertimientos de acuerdo

con la normatividad vigente.La oxidación bioquímica es un proceso lento, cuya duraciónen teoría es infinita. En un periodo de 20 días se completala oxidación del 95 al 99% de la materia carbonosa, y en los5 días que dura el ensayo de la DBO se llega a oxidar entreel 60 y 70%. Se asumen la temperatura de 20°C como unvalor medio representativo de temperatura que se da en loscursos de agua.La cinética de reacción de la DBO se formula de acuerdocon una reacción de primer orden

kCdtdC

kLdtdL

t

o

t

LkdtdL .

0

UxK

eLoL.

.

rQ

rC

x

d

d

CQ

UxK

eLo.

.

x

L

0L

DISEÑO DE PLANTAS

DBODBO55 (cont.)(cont.)

En la tasa de remoción de la DBO, sepueden distinguir 2 zonas:

Zona I: correspondiente a una zona dedonde ocurren procesos de oxidación ysedimentación. Determinada por laconstante de reducción (Kr).

Zona II: luego de ocurrido los procesosde sedimentación, prosigue la oxidacióncomo proceso único de degradación dela materia orgánica. Esta zona estádeterminada por la constante dedesoxigenación (Kd)

entaciónSeyOxidación

dim

x

dK

0L

dK

rK

IZona IIZona

Oxidación

Ejemplo 2Ejemplo 2

El caudal de un río es de 1 m3/s, en épocade estiaje, con una DBO5= 2 mg/l. Unadescarga de un colector de agua residualdoméstica vierte un caudal promedio conuna continuidad de 24 horas diarias de 350l/s, con una DBO5 de 200 mg/l. El río tienecomo constantes cinéticas a Kr=Kd= 0.15día-1, siendo la velociada promedio del río de20 km/día. A 15 km aguas abajo el parte delcaudal es utilizado y tomado por un canalpara riego de vegetales de tallo corto.Determinar la eficiencia del tratamiento delas aguas residuales domésticas, paracumplir con la calidad del agua en el puntode uso. (Uso III -> DBO5< 15 mg/l y CF<1000 NMP/100 ml. El coeficiente para laDBO última f=1.2

).(5 fLLoSi mezcla

smQ /1 3107

díakmUIIIUso

/15

km15

mlNMPCF

lmgDBOslQd

100/10

/2005/350

8

RiegodeCanal

lmgDBO /25 mlNMPCF 100/10

Uso III Límites máx permisiblesDBO5= 15mg/lCF= 1000 NMP/100ml

lmgLo /642.1x3.53

UxK

eLoxL.

.)(

50

.15.0

.64)(x

exL

lmgekmxL /18.61.64)15( 5015.15.0

LMPmg/l99.502.1/18.61)15(5 kmxDBO

DISEÑO DE PLANTAS


18.61

182.115 x

'0L

50.15.0

.64x

e

x

L

640 L

5015.15.0

0'./18

eLlmglmg.L /8318'0

mg/l69.152.1/83.18)(5 mezclaDBO

35.013.021/69.15 5

dDBOlmg

lmgdDBO /8.545

200

8.54200remociónEficiencia

Procesos de TransformaciónOxidación de la DBO

La oxidación de la DBO consume oxígeno y,por lo tanto, representa un sumidero deoxígeno de las aguas del entorno. En primerlugar se oxida la DBO carbonosa, proceso alque sigue ente los 8 y 12 días después, laoxidación de la DBO nitrogenada. Tanto laDBO carbonosa como la DBO nitrogenadason procesos de primer orden, siendo lavelocidad oxidación proporcional a la DBOpresente:

LC = concentración de DBO carbonosaLN = concentración de DBO nitrogernada.KC = constante de reacción de la oxidación de

la DBO carbonosa (T-1).KN = constante de reacción de la oxidación de

la DBO nitrogenada (T-1).

NNNCCC LKryLKr ..

rC = velocidad de reducción de la DBOcarbonosa, por unidad de tiempo ypor unidad de volumen de agua(M/TL3).

rN = velocidad de reducción de la DBOnitrogenada, por unidad de tiempo ypor unidad de volumen de agua(M/TL3).

En los análisis de OD, la oxidación de laDBO representa un pérdida de oxígeno quese produce a la misma velocidad que lareducción de la DBO. La suma de lascomponentes asociadas a la DBO carbonosay a la DBO nitrogenada da lugar a

NCO rrr

rO = pérdida de oxígeno por unidad detiempo y de volumen debida a laoxidación de la DBO (M/TL3).

DISEÑO DE PLANTAS

OxOxíígeno Disuelto (en los rgeno Disuelto (en los rííos o cuerpos de agua)os o cuerpos de agua)Análisis del agotamiento del oxígeno disuelto.

En el análisis de una descarga continua de aguaresidual a un río, se puede emplear la fórmulaaplicable a la DBO, que está sujeta a un procesode decaimiento de primer orden.

Esta aproximación es válida tanto para la DBOcarbonosa como para la DBO nitrogenada,siempre y cuando el valor de x se adopte conreferencia al punto en el que se inicie lareducción de la DBO nitrogenada.

En el caso del oxígeno disuelto, la ecuación de lamasa se puede deducir a partir de la ecuación:

ICK

xCEE

xxCU

tC

LX .

I

HkrrCCsKLK

dxdCU s

Rpp)(.0 2

Para un vertimiento continuo en el punto,x=0, la solución de esta ecuación es:

I

Hkrre.Dee

KKL.KD s

RppU

x.K

0U

x.KU

x.K

ra

odaar

Si la demanda de oxígeno para lafotosíntesis, la respiración, y la demanda deoxígeno de los sedimentos no sonimportantes, el útimo término de la ecuaciónresulta despreciable y se puede eliminar.

Como el vertimiento es continuo y deconcentración constante, dc/dt=0, y el términode dispersión se hace despreciable paravertimientos continuos

Agotamiento y/o recuperaciAgotamiento y/o recuperacióón del oxn del oxíígeno disueltogeno disuelto

Aguas debajo de la descarga o vertimiento,la reducción de la DBO provoca un descensodel oxígeno disuelto se recupera debido a lareaireación superficial a una velocidadproporcional al déficit de OD. Adeterminada distancia del punto de vertido,las aportaciones debida a la reaireaciónigualan al consumo de la DBO, y se alacanzael máximo valor del déficit de OD. Aguasdebajo de este punto, las aportaciones sonsuperiores al consumo de oxígeno, lo cualhace que se reduzca el déficit de OD.El punto correspondiente al máximo dedéficit de OD se obtiene derivando laecuación anterior e igualando a cero.

0

0

..1ln.

LKKKD

KK

KKUx

d

ra

r

a

rac

CCsD 0OD

OD

x

Cs0D

C

cD

cx

minODLMP

DISEÑO DE PLANTAS

ReaireaciReaireacióónn y Tasa dey Tasa de ReaireaciReaireacióónn (Ka)(Ka)

Reaireación Superficial

En los casos en los que la concentración deoxígeno disuelto en un cuerpo de agua conuna superficie expuesta a la atmósfera sehalla por debajo de la concentración desaturación, se produce un flujo neto deoxígeno entre la atmósfera y el agua. Esteflujo (masa por unidad de tiempo y desuperficie de contacto agua – atmósfera), eproporcional a la diferencia entre laconcentración de OD presente y laconcentración de saturación.

Por lo tanto, para un volumen de control conuna superficie libre de contacto, lavelocidad de aumento de la cantidad de ODdebido a la reaireación se puede escribircomo:

rR = ganancia de oxígeno por unidad de tiempo y devolumen de agua debida a la reaireaciónsuperficial (ML/T3)

kR = velocidad del flujo de reaireación (L/T).A = superficie de contacto con la atmósfera del

volumen de control (L2).V = volumen del volumen de control (L3).CS = concentración de saturación del oxígeno

disuelto (M/L3).C = concentración de oxígeno disuelto (M/L3).H = profundidad del volumen de control (L).Ka = Tasa de reaireación (1/T).

)()()(. CCsKCCHkCC

VAkr aS

RSRR

Tasa de reaireación

Una de las fórmulas comúnmente utilizadaspara la tasa de reaireación es la de O’Connory Dobbins:

2/3

2/195.3

HUKa

)20(20 024.1 TCaaT KK

SaturaciSaturacióón deln del O.DO.D..

LZ

SC

C

Z

Superficie

C

fCC STS

3

2

000077774.0007991.041022.0652.14

TTTCS

PvPvPf

760

8005.760E

eP

2000246.007174.052673.1 TTePv CS = Concentración de saturación (mg/l)CST = Concentración saturación teórica (mg/l)f = factor de la concentración de saturación.E= Elevación sobre el nivel del mar (m)Pv= Presión de Vapor del agua (mmHg)P = Presión atmosférica (mmHg)

)20(20

)20(20

)20(20

)20(20

070.1

047.1

047.1

024.1

TCbbT

TCddT

TCrrT

TCaaT

KK

KK

KK

KK

DISEÑO DE PLANTAS

Condiciones AnaerCondiciones Anaeróóbicasbicas

LMP

minOD

CCsD 0OD

OD

x

Cs0D

C

D

ix fxsanaeróbicasCondicione

Las condiciones anaeróbicas ocurren cuandola demanda supera el proceso deautodepuración, es decir cuando el Déficitde oxígeno es mayor que la concentraciónde saturación.

En el intervalo <x1 – x2> la curva de oxígenodisuelto no se cumple.

Sa CKdtdL . dx

UCKdL Sa .

x

xi

SaL

Li

dxU

CKdL .

)(.i

Sa xxU

CKLiL

fi xxx

aeróbicasscondicionelasdeinicioRe

En el reinicio de las condiciones aeróbicas:

Reinicio de las condiciones AerReinicio de las condiciones Aeróóbicasbicas

fdSa LKCK .. )(.if

Saif xx

UCKLL

Si CDxhallarPara

UxK

i

ir

eLLiLhallarPara.

0 .

)(..if

Sai

d

Saff xx

UCKL

KCKLxhallarPara

Sa

Sadif CK

CKLiKKdUxx

...

DISEÑO DE PLANTAS

Demanda de oxDemanda de oxíígeno de los Sedimentos o Demandageno de los Sedimentos o DemandaBentalBentalParte de los sólidos descargados con el aguaresidual son sólidos orgánicos. Una vez quesedimentan en el fondo se descomponen,dependiendo de las condiciones, medianteprocesos aerobios y anaerobios. El oxígenoconsumo en el proceso de descomposiciónaerobia representa otro sumidero de oxígenodisuelto del cuerpo de agua. En el caso de unvolumen de control en contacto con el fondodel cuerpo del agua, la tasa de reducción deloxígeno disuelto debida a la demanda deoxígeno de los sedimentos viene dada por laecuación.

Los factores que influyen en el valor de kS.

• El contenido de oxígeno disuelto en lossedimentos,• Temperatura.• Concentración de oxígeno disuelto en lainterfase sedimentos – agua.• El crecimiento de comunidades biológicas.• La velocidad de la corriente.

Valores de kS:

Hkr S

S

rS = consumo de oxígeno debido a la DOSpor unidad de tiempo y de volumen deagua (M/TL3).

U = velocidad de la corriente (L/T)

0.05 – 0.1Fondos minerales

0.2 - 1Fondos arenosos

1-2Zonas aguas abajo del vertido deA.R. y fango natural de estuarios

2 -10Zonas próximas a puntos de vertidoA.R. domésticas

kS(g/m2.d)

Descripción

FotosFotosííntesis y respiracintesis y respiracióónn

Los niveles de Od en el entorno se puedenver afectados por el crecimiento de algas(fitoplancton, algas de productividadprimaria), y hierbas (macrofitas) que sealimentan a base de amoníaco y nitratos.Estos compuestos de nitrógeno actúancomo nutrientes. Durante las horas de sol,las algas y las hierbas constituyen unafuente de oxígeno debido a los procesos defotosíntesis, a la vez que representan unsumidero de oxígeno a toda hora del díacomo consecuencia de la respiración.

A presencias moderadas de nutrientes, lafotosíntesis y la respiración tienden acompensarse de modo que el impacto globales reducido. A mayor riqueza de nutrientesse pueden alcanzar altos niveles deproductividad (eutrofización) conpotenciales efectos sobre la concentraciónde OD.

Durante las horas de sol, se pueden producirvariaciones que conduzcan a condiciones desaturación de OD debido a la fotosíntesis,mientras que durante la noche, los niveles deOd pueden llegar a ser muy bajos comoconsecuencia de la respiración.

En la mayoría de los casos de ríos, se puedesuponer que la fotosíntesis y la respiraciónquedan compensadas, lo cual permiteconsiderar que su influencia en estos sistemasacuáticos es despreciable.

DISEÑO DE PLANTAS

Ejemplo 3Ejemplo 3

Datos: CST(20°C)= 9.02 mg/lP = 687.72 mmHgPv = 17.52 mgHgT = 20°C, Altitud = 800 m.sn.m.Ka = 1.2 día -1

Kr = Kd = 0.25 día -1.f DBO5 = 1.46

smQ /8 3107

IIUso

x

lmgODlmgDBO

slQ

d

d

/2/2005

/500

IIUsoPTA

lmgDBO /25 lmgODr /7

El tramo de un río en evaluación tiene uncaudal promedio mínimo de 7 dìas que sereipite cada 10 años de (7Q10) de 8 m3/s, conuna DBO5 de 2 mg/l, CF= 10 NMP/100 ml yO.D. =7mg/l, Velocidad=25 km/díaActualmente existe una descarga de aguasresiduales domésticas a través de un colectorcon un caudal de 500 l/s, DBO5= 200 mg/l,CF=108 NMP/100ml y OD=2 mg/lSi 15 km aguas abajo el río es utilizado comofuente de abastecimiento de una planta detratamiento de agua potable.Hallar el Déficit crítico y a qué distancia seproduce y si la calidad del agua cumple con loestablecido por la norma para USO II

903.052.17760

52.1772.687

f

lmgfCCS CST /15.8903.002.920


2005.028)(5

lmgLofDBO /92.1946.165.1346.15

lmgmezclaOD /71.65.08

25.078)(


X Déficit O.D(km) (mg/l) (mg/l)

0 1.44 6.711 1.57 6.582 1.68 6.473 1.79 6.364 1.90 6.255 2.00 6.15

10 2.39 5.7615 2.66 5.4920 2.84 5.3130 2.98 5.1731 2.99 5.1640 2.96 5.1960 2.66 5.4980 2.27 5.88

100 1.90 6.25

TABLA : OXIGENO DISUELTO

UxK

UxK

UxK

ra

odaar

eDeeKKLKD

.

0

..

..

Ux

Ux

Ux

eeeD.20.1.20.1.25.0

).71.615.8(25.020.192.1925.0

25.20.1

25.20.1

25.25.0

.44.12421.5xxx

eeeD

CURVA DE OXÍGENO DISUELTO

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

DISTANCIA X (km)

O.D

. (m

g/l)

O.D (mg/l)

ODmin=5.16 mg/l

CURVA DE DÉFICIT DE OXÍGENO DISUELTO

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

3.5000

4.0000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

DISTANCIA X (km)

O.D

. (m

g/l)

Déficit (mg/l)

Dc=2.99 mg/l

DISEÑO DE PLANTAS

Ejemplo 3 (cont. 2)Ejemplo 3 (cont. 2)

Cálculo DBO a 15 km

smQ /8 3107

IIUso

x

lmgODlmgDBO

slQ

d

d

/2/2005

/500

IIUsoPTA

lmgDBO /25 lmgODr /7


2005.028)(5

lmgLofDBO /92.1946.165.1346.15

UxK

eLoxL.

.)(

25.25.0

.92.19)(x

exL

lmgekmxL /15.17.92.19)15( 2515.25.0

5mg/lLMPmg/l74.1146.1/15.17)15(5 kmxDBO

15.1730.746.15 x

'0L

25.25.0

.92.19x

e

x

L

92.190 L

251525.0

0'./30.7x

eLlmg

lmgL /48.8'0

mg/l81.546.1/48.8)(5 mezclaDBO

50.085.028/.815 5

dDBOlmg

lmgdDBO /77.665

200

77.66200remociónEficiencia

Ejemplo 4Ejemplo 4

mg/l34.1246.1/02.18)10(5 kmxDBO

lmgekmxLx

/02.18.92.19)10( 251025.0

Qr

km10

1arg aDesc

IIUsoPTA

lmgLo /92.19lmgOD /71.61

A 10 km de la descarga 1 del ejemplo anteriorexiste una fábrica que vierte agua residual sintratamiento con las siguientes características:Q= 200 lpsDBO5= 300 mg/lOD= 1 mg/l

lmgmezclaDBO /95.182.05.8

3002.034.125.8)2(5

lmgLofDBO /67.2746.195.18246.15

lmgLo /02.182 lmgOD /71.61

lmgxDBOlmgkmxLo /03.18)15(5/32.26)15(

2argaDesc

2arg aDesc

km5

25)10.(25.0

.67.27

x

e

1desc 2desc

67.27

92.19 25.25.0

.92.19x

e

Lo

x

kmx 10

32.26

DISEÑO DE PLANTAS


2arg aDesc

mg/l2.66)10( kmxD

lmgODd /12

Qr

km10

1arg aDesc

IIUsoPTA

lmgLo /92.19lmgOD /71.61

lmgLo /02.182 lmgOD /49.52

slQd /2002 lmgDBO /3005

mg/l5.492.66-8.15)10( kmxOD

lmgmezclaOD /39.52.05.8

12.049.55.8)2(

lmgOD /4min

CCsD 0OD

OD

x

Cs0D

C

20.42 CD

10 15

15.8

39.5

lmgeeeDxxx

/37.3).39.515.8(25.020.167.2725.0 25

)10.(20.125

)10.(20.125

)10.(25.0

78.4

74.28

49.5

kmxxXc 74.28

67.2725.0)25.02.1()39.515.8(1

25.020.1ln

25.020.125

lmgDc /20.4

Gracias

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