EDICION PARA

1. Descripcin de las unidades del sistema de tratamiento1.1. CRCAMO DE BOMBEO

1.2. TANQUES DE AIREACIN

1.3. SEDIMENTADOR SECUNDARIO

1.4. CLORACIN (DESINFECCIN)1.5. DIGESTOR AEROBIO

1.6. LECHOS DE SECADO

1.7. DIAGRAMA DE FLUJO

2. Calculos de las unidades del proceso de tratamiento propuesto

2.1. CRCAMO DE BOMBEO DE AGUAS NEGRAS

2.2. TANQUES DE AIREACIN

2.3. SEDIMENTADOR SECUNDARIO

2.4. CLORACIN (DESINFECCIN)2.5. DIGESTOR AEROBIO

2.6. LECHOS DE SECADO

3. conclusiones y recomendaciones

4. bibliografa

5. planos

6. Descripcin de las unidades del sistema de tratamiento

La siguiente memoria corresponde a los clculos correspondientes al dimensionamiento de las unidades que componen la planta de tratamiento. El clculo estar basado en la literatura tcnica especializada nacional e internacional, que se considera cumple con los requerimientos del presente proyecto.

El sistema de tratamiento requerido es un proceso de tipo biolgico a nivel secundario aerobio. Enseguida se describen las principales unidades que componen el sistema en orden del flujo de las aguas residuales.

6.1. CRCAMO DE BOMBEO

El crcamo de bombeo tendr la funcin de almacenar temporalmente las aguas residuales que llegan del drenaje sanitario que operar por gravedad.

Las aguas se bombearn a la unidad de tratamiento elevado, para que a partir de esta estructura el agua fluya por gravedad en las dems unidades con el fin de minimizar el consumo de energa elctrica. El crcamo estar equipado con un sistema de bombeo capaz de operar con el rango de gastos de diseo. Las bombas sern de tipo sumergible e inatascables; se tendrn tiempos de retencin menores de una hora para evitar septicidad y malos olores.

6.2. TANQUES DE AIREACIN.

El agua cruda, tras el desbaste, entrara en un compartimento de aireacin en el que se mantendr una concentracin suficiente de lodos activados.

Un sistema de agitacin asegurar la difusin del aire y su mezcla con la masa lquida. El aire aportar el oxgeno necesario para las necesidades de las bacterias aerobias. De este modo se realizar la agitacin del lodo creando una corriente de rotacin del conjunto, renovndose constantemente la superficie lquida en contacto con el aire y evitando todo sedimento.

6.3. SEDIMENTADOR SECUNDARIO (CLARIFICADOR)

El efluente del tanque de aireacin se enviar a un tanque sedimentador o clarificador secundario, que tendr como funcin separar por gravedad los slidos sedimentables, principalmente orgnicos, del licor mezclado proveniente del tanque de aireacin. El sedimentador deber operar a gravedad y no contar con ningn mecanismo de rastras para concentrar los lodos; stos se deslizarn, a travs de las paredes inclinadas que forman una tolva donde se acumulan los slidos sedimentados los cuales se retirarn en forma peridica; parte de estos lodos se recircularn al tanque de aireacin para mantener la concentracin de slidos suspendidos voltiles requeridos en el proceso de lodos activados.

6.4. CLORACIN (DESINFECCIN)

Para reducir los riesgos de afectacin a la salud humana debido a posibles infecciones originadas por las bacterias patgenas presentes en el agua residual cruda, y an en la tratada, el efluente clarificado se someter a un proceso de desinfeccin aplicando una solucin de cloro. El proceso se efectuar en un tanque denominado de "contacto" donde el cloro libre actuar sobre los microorganismos eliminando la gran mayora de ellos llegando a tener un nmero que no representa riesgo de infeccin. El tanque se disear para que se efecte ptimamente el proceso de desinfeccin con tiempo de contacto mnimo de 20 minutos para el gasto mximo extraordinario. El patrn de flujo ser de tipo "pistn" y la relacin largo: ancho que se tiene en el tanque rectangular ser de 3 a 1.

6.5. DIGESTOR AEROBIO

El digestor aerobio servir para destruir los componentes orgnicos degradables (principalmente slidos voltiles) por mecanismo biolgicos aerobios, as como reducir los olores que se pueden presentar en la operacin y mejorar las caractersticas de desaguado de los lodos.

6.6. LECHOS DE SECADO.

Los lechos de secado se usarn para la deshidratacin de los lodos digeridos. El lecho consistir en 10 a 23 cm de arena sobre una capa de grava o piedra de 20 a 45 cm de espesor. La arena tendr un tamao efectivo de 0.3 a 1.2 mm y la grava se graduar de 1/8 a 1 pulg. El lodo seco es removido debe cumplir con las normas aplicables para usarse como fertilizante o disponerse por el municipio.

6.7. DIAGRAMA DE FLUJO DF-001

7. Calculos PRELIMINARES de las unidades del proceso de tratamiento propuesto

De acuerdo a los resultados de los estudios previos, el sistema de tratamiento en la CPTG Atasta estar formada por un mdulo, como se ilustra en el plano D-849-077-A-001

7.1. CRCAMO DE BOMBEO DE AGUAS NEGRAS

7.1.1. Diseo de la unidad

El tamao del crcamo de bombeo se determina con base al flujo de entrada (0.75 l/s), con respecto al gasto mximo extraordinario. (Q max ext = 4.14 lts/s)

Gastos de diseoNo. BombaEq. EmpleadosGasto bombeo (l/s)

Qmn=1.50 l/s111.00

Qmed= 0.75 l/s10.75

Qmx inst = 2.76 l/s223.00

Qmx ext = 4.14 l/s1 y 24.00

Proponiendo un tiempo entre el arranque y la parada de la bomba de 20 minutos, se tiene una capacidad del crcamo igual a:

Volumen requerido del crcamo

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3Donde:

v: volumen mnimo requerido, m3

: Tiempo mnimo de un ciclo de bombeo, mn.

q: gasto de bombeo, m3/min.

q = 0.75 l/s. (0.045 m3/min)

considerando un tirante til de 1.5 m, el rea es de

Esta rea se ajustar considerando un volumen de acumulacin debido al gasto mximo extraordinario. Considerando un tiempo de duracin del gasto mximo extraordinario de 10 minutos, intervalo suficiente para el arranque de las bombas No. 1 y 2, se tiene lo siguiente:

Por lo que considerando el mismo tirante til, el rea requerida es

Utilizando una geometra cuadrada se tienen las siguientes dimensiones:

Considerando que se debe tener acceso para dar mantenimiento al crcamo de aguas residuales, se dan 40 cm adicionales a la unidad en un sentido a para tal efecto

Revisin por septicidad

Considerando la operacin de una sola bomba con un gasto de 0.75 l/seg.

Por lo que en caso de llegar a la profundidad de 1 m, se tendrn problemas de olores desagradables debido a septicidad, siendo la altura mxima de 0.9 metrosDimensiones finales

Ancho

1.50 mLargo

1.90 mTirante til

1.50 m

Borde libre mnimo

0.50 m

Material de construccin

Concreto

Ver figura 17.2. TANQUE DE AIREACIN

Datos

Gasto:

0.75 l/seg = 64.8 m3/da

Numero de tanque:

1

DBO5 INFL.

190 mg/l

DBO5 EFL.

30 mg/l

Criterios de diseoLos establecidos por Metcalf & Eddy en: Wastewater Engineering; Treatment, and Reuse, Fourth Edition; Mc Graw Hill; 2003.

Figura 1. Crcamo de bombeo

Consideraciones de diseo

Tipo de proceso: Lodos activados

Constantes cinticas

Y= 0.6

Kd= 0.10

De

(Ecuacin 1 )

Sustituyendo

De

Considerando un tirante til de 2.2 m

Para un tanque rectangular y con una relacin de 2:1, se tiene las siguientes dimensiones:

a = 2.00 metros

b = 4.00 metros

y

Se determinaran los siguientes parmetros de control del proceso correspondiente a los gastos calculados.

Relacin

F= QSo Donde:

F= Carga orgnica, Kg DBO5/da.

Q= Gasto, l/seg.

So= DBO5 del influente, mg/l.

M = Vx Donde:V= Volumen del tanque en m3x= SSVLM, mg/l

Sustituyendo

El rango recomendado para el proceso es 0.2 F/M 0.6.

Carga Volumtrica C. Vol.

C.Vol.= kFx

Donde:

C.Vol.= Carga orgnica, Kg/m3.da

F= Carga orgnica, Kg DBO5/da

k= Factor de conversin

El rango recomendado para el proceso es 0.3 CV 1.60

Tiempo de retencin hidrulico tr

Donde:

tr= Tiempo de retencin hidrulico, h

V= Volumen del tanque, m3Q= Gasto, m3/h

El rango recomendado para el proceso es 3 tr 5, Ver referencia 4Dimensiones finales:

Ancho mnimo

2.00 metros

Largo mnimo

4.00 metros

Tirante

2.20 metros

Bordo Libre:

0.80 metros

Material de construccin

Concreto

Clculo de la cantidad de oxgeno

Para determinar la cantidad de oxgeno requerido para biodegradar la materia orgnica contenida en las aguas residuales, se utilizar la siguiente expresin:

Donde:

Q= gasto, m3/d

So= DBO5 del influente, mg/l

Se= DBO5 del efluente, mg/l

F= Factor de Conversin de la DBO5 a DBOL (ltima)

Px= Cantidad de lodos producidos por da en el proceso de lodos activados, Kg/da

As mismo

y

Sustituyendo valores

Clculo del nmero y potencia de los aireadores superficiales

Para este proyecto se consideraron equipos de aireacin 1.59 Kg/hp.h con una tasa de transferencia de oxgeno de 3.5 lb/hp.h en condiciones estndar.

Para determinar la tasa de transferencia en condiciones reales o de campo, se utiliza la siguiente expresin.

donde:

N= Tasa de transferencia de O2 en condiciones de campo, kg/hp.h.

No= Tasa de transferencia de O2 en condiciones estndar, kg/hp.hora

CWALT= Concentracin de O2 disuelto saturado en agua limpia a una altura y temperatura de campo, mg/l.

C520= Concentracin de O2 saturado en agua limpia a 20C y a nivel mar

CL= Concentracin de O2 de operacin en el tanque de aireacin, mg/l.

T= Temperatura, C

= Factor de correccin de transferencia de O2 para aguas residuales, adimensional

= Factor de correccin de tensin superficial salina, adicional.

Clculo de N

De referencia (1) y con T= 24.7

Se tiene que

De Metcalf & Eddy, pgina 429

Sustituyendo valores

La potencia requerida para suministrar el oxigeno requerido es:

Revisin de la potencia requerida para mezclado.

De referencia, para aireadores mecnicos superficiales, se recomienda un rango de 20 a 40 Kw/10 3 m3

El tanque tiene un volumen de 17.6 m3, por lo que

que se encuentra dentro del rango recomendado. Por lo que se tomar dos unidades de 0.5 Hp como motor comercial.

En caso de utilizar equipo de difusin, se requerir un soplador de 2.5 HP para garantizar el suministro de aire requerido.7.3. SEDIMENTADOR SECUNDARIO O CLARIFICADOR

Consideraciones de diseo:

Nmero de unidades:

1

Qmed

64.80 m3/d

Qmax ext

357.70 m3/d

Carga superficial

22 m3/m 2d Tipo:

Circular

Altura Propuesta

2.2 m

Clculo del rea superficial terica

si se considera la unidad cuadrada, las dimensiones son

Se propone una dimensin de 2 m y se recalcula el rea superficial

El volumen del sedimentador secundario ser:

Se verifica el tiempo de retencin hidrulico (TRH)

El rango de valores es de 1.5 a 2.5 horas, por lo que el TRH es aceptado.

Entonces el valor de la carga sobre el vertedor ser:

El valor es aceptable puesto que el rango es de 125 y 500 m3/m.d

Calculando la carga de slidos:

Se revisa el diseo para el gasto mximo extraordinario.

Carga superficial:

No cumple, rediseando con el valor mximo recomendado para sedimentadores secundarios despus de tratamiento de lodos activados en la modalidad de completamente mezclados, que es de 64 m3/m2-d. Por lo cual se requiere de un rea 5.91 m2, con lo cual se obtiene una dimensin de 2.43 m, que convertido a una medida estndar nos dar un valor de 2.5 metros.

Con lo cual, tiempo de retencin hidrulico

Carga volumtrica:

Calculando la carga de slidos:

Los valores encontrados se encuentran dentro de los rangos recomendados, por lo que se aceptan las dimensiones.

Dimensiones finales

Dimetro

2.736 m

Tirante hidrulico

2.200 m

Bordo libre

0.800 m

Material de construccin

Concreto

7.4. TANQUE DE CONTACTO DE CLORO

Consideraciones de diseo:

Nmero de unidades:

1

Qmed

0.045 m3/min

Tiempo de retencin

15 a 30 min

Dosis empleada:

10 mg/l

Altura Propuesta

1.0 m

Clculo del volumen terico

Con la altura propuesta se determina el rea

Considerando una relacin de 2:1, se tiene largo de 2 metros y ancho de 1.5 metros para el tanque.

Se verifica el tiempo de contacto para Qmax ext.

Dimensiones finales (mnimas)

Tirante hidrulico

1.00 m.

Bordo libre

0.50 m

Largo

2.00 m

Ancho

1.50 m

Material de construccin

Concreto

Consumo de reactivos

Considerando que la desinfeccin del agua clarificada se llevar a cabo con Hipoclorito de Calcio al 65% con una dosis de 10 mg/l.

donde:

Ct : cantidad de reactivo, Kg/d.

Qm : gasto medio, l/s.

Cs : cantidad de cloro, mg/l.

C : porcentaje de concentracin de cloro.

Cisterna de almacenamiento de agua tratada

Considerando un tiempo de almacenamiento del agua de una hora y sin riego como situacin ms desfavorable se requiere de un volumen

Considerando un tirante hidrulico similar al tanque de contacto de cloro de 1 m, se requiere un rea de 2.7 m3 y proponiendo una relacin de 2:1.5. Tenemos un largo de 1.89 m y ancho de 1.42 m.

Dimensiones finales (mnimos)

Tirante hidrulico

1.00 m.

Bordo libre

0.50 m

Largo

2.00 m

Ancho

1.50 m

Material de construccin

Concreto

7.5. DIGESTOR DE LODOSConsiderando los siguientes datos:

Total de lodos =22.91lb/d

DBO5=190.00mg/l

SS=300.00mg/l

Y=0.06

Tverano=37.8C

Tinvierno=16.6C

Reduccin de SVverano=40%

Concentracin de lodos =2%

Gravedad especifica =1.03

Conc. de lodos digestor =70%

Kd15=0.06d-1Fraccin de SS=0.8

Tiempo de ret=12d

Volumen de lodo por da es Q = 17.82 ft3/d = 0.50 m3/d

De acuerdo a las condiciones de temperatura y de la Fig. 14-31 del Metcalf, se tiene

Requerido=28.61d

Verano=1081.63d

Fig. 14-31 del MetcalfReduccin de lodos =44 %

Los SST son:

VSS= 18.32 lb/d

Verano= 7.33 lb VSS/d

Invierno= 8.06 lb VSS/d

Determinacin del oxigeno requerido, de la tabla 14-34 del Metclaf, se obtiene un valor de 2.3, que al ajustarlo se tienen los siguientes valores

Verano= 16.86 lb O2/d

Invierno= 18.54 lb O2/d

El volumen de aire requerido para condiciones estndar es de 0.075lb/ft3, ajustndolo a las condiciones del rea

Verano= 968.88 ft3/d = 27.46 m3/d

Invierno= 1,065.77 ft3/d = 30.20 m3/d

Considerando una eficiencia del oxigeno de transferencia del 10 %

Verano = 6.73 ft3/min = 0.19 m3/min

Invierno = 7.40 ft3/min = 0.21 m3/min

Determinacin del volumen del digestor aerobio

V = 193.83 ft3 = 5.49 m3

Considerando un tirante til de 2.2 y una seccin rectangular se tiene un ancho de 1.5 m y largo de 3.00 metros

Mientras que el aire requerido por 1000 ft3 de digestin, es de 38.18 ft3/103 ft3-min

7.6. LECHO DE SECADO DE LODOSSe espera que los lodos tengan una concentracin del 2.5% y de acuerdo al proceso se puede esperar la cantidad de 3.11 kg/da, por lo que se tendran 0.12 m3/d. Por la cantidad manejada no es conveniente implementar un sistema mecnico de deshidratacin de lodos, en cambio es recomendable instalar un sistema de lecho de secado de lodos.

Lechos de Secado

Para calcular el tiempo requerido para el secado de lodos se utiliza la siguiente frmula emprica:

Donde:

H = Tirante de agua aplicado, pulg.

So = Concentracin de slidos, %

a = Factor adimensional

E = Evaporacin en el lecho de secado, pulg/mes

b = Fraccin de lluvia absorbida, adimensional

R = Precipitacin en el mes ms lluvioso, pulg/mes

S1 = Contenido de Slidos despus de td das

S2 = Contenido final de slidos %

td = Tiempo en el que el drenaje es significativo, das

Para el diseo se consideran los siguientes valores:

H = 6 pulg. (15 cm).

So = 2.5 %

a = 0.75

E = 4.95 pulg./mes (4.154 mm/da)

b = 0.57

R = 6.08 pulg/mes (7.18 mm/da)

S1 = 25 %

S2 = 30 %

td = 15 das

Sustituyendo

para diseo se tomar 23 das.

Clculo del rea requerida

Para el rea requerida de los lechos de aplicar la siguiente frmula emprica:

Donde:

Q = Gasto de lodos a aplicar, gal/da

T = Tiempo requerido de secado, das

H = Tirante inicial de lodos, pulg.

SA = rea requerida, ft2Sustituyendo valores

Se proponen lechos de 1.5 m x 1.5 m por lo que el nmero de lechos requeridos es:

Dimensiones finales

Tirante hidrulico

0.15 m.

Bordo libre

0.85 m

Largo

1.50 m

Ancho

1.50 m

Material de construccin

Concreto

8. conclusiones y recomendaciones

Las dimensiones de las unidades de la planta de tratamiento pueden cambiar de acuerdo al fabricante / proveedor, pero en ningn caso las dimensiones podrn ser menores a las marcadas en esta memoria y mayores a las presentadas en el plano D-849-077-A-001.

9. bibliografa

Unidad del Servicio Metereolgico Nacional, 2005. Ciudad del Carmen. Memorias Climatolgicas.

CNA, 2002. Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Punto 3.2.33. Espesador de Lodos.

Metcalf & Eddy, 2003. Wastewater Engineering; Treatment, and Reuse, Fourth Edition; Mc Graw Hill. NRF-104-PEMEX-2005. Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales en Instalaciones de PEMEX Exploracin y Produccin.

NORMA Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, Que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.

NORMA Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996, Que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal.

10. PLaNOS

D-849-077-A-001Localizacin general y arreglo de la planta de tratamiento de aguas residuales

Tabla 7-9 de Medtcalf & Eddy, pagina 585

Estas dimensiones son las consideradas mnimas de diseo para obtener una aireacin eficiente.

Metcalf&Eddy. Tabla 8-16, Pag 747

Metcalf&Eddy. Tabla 8-16, Pag 747

Metcalf & Eddy; Apndice D, pgina 1745

Metcalf & Eddy; pagina 448

Metcalf & Eddy. Tabl 8-7. Pgina 687.

CNA, 2002. Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Punto 3.2.33. Espesador de Lodos

Unidad del Servicio Metereolgico Nacional. Ciudad del Carmen. Memorias Climatolgicas

MEMORIA DE CALCULO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PROCESO FECHAAPROBOHOJA

12-JUL-06DOR 18 de 18

NUMEROREV

MC-849-077-A-011

MC-849-077-A-01. REV1

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