PROYECTO DE INGENIERIA INGENIERIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS PLANTA DE ABALON LAS CRUCES SRC SEAFOOD
Revisión 1
René Panozo Barría Ingeniero Civil Industrial Diplomado en Contaminación Ambiental
1.
DESCRIPCION GENERAL DEL SISTEMA Esta presentación se refiere al Proyecto de Ingeniería del Sistema de Tratamiento de las aguas servidas generadas en la planta de SRC ubicada en la localidad de Las Cruces, V Región. Las aguas servidas producto de las actividades domésticas, generadas en cocinas y baños, serán recolectadas por un sistema de colectores enterrados y serán conducidas hasta la planta de tratamiento de Lodos Activados, Modalidad Aireación Extendida. Las aguas una vez tratadas deberán cumplir las exigencias solicitadas por el Servicio de Salud del Ambiente basadas en la “NORMA PARA LA REGULACION DE CONTAMINANTES ASOCIADOS A LAS DESCARGAS DE RESIDUOS LIQUIDOS A AGUAS SUPERFICIALES”, en lo que se refiere a la calidad de las aguas residuales descargadas directamente al mar dentro de la zona de protección litoral (ZPL). Los parámetros de interés a tener en cuenta para su cumplimiento por el sistema se detallan en la siguiente tabla:
* En áreas aptas para la acuicultura y áreas de manejo y explotación de recursos bentónicos, no se deben sobrepasar los 70 NMP/100 ml. 2. MEMORIA DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
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2.1
INTRODUCCION El objetivo es efectuar el tratamiento de las aguas servidas generadas en los baños y cocinas, de forma que el agua tratada pueda ser vertida sin provocar un impacto nocivo sobre las características del cuerpo de agua receptor. Para estos efectos, se deberá remover en gran medida la materia orgánica suspendida y disuelta, los sólidos suspendidos, y los coliformes fecales. Se proyecta una planta de tratamiento de aguas servidas del tipo Lodo Activados, Modalidad Aireación Extendida. Este tipo de plantas posee las siguientes características que las hacen especialmente atractivas para esta aplicación: -
Abaten sólidos disueltos lo que implica una alta eficiencia de eliminación de la materia orgánica. Son plantas de funcionamiento aeróbico y por lo tanto no generan malos olores. Son plantas de tamaño reducido. Generan un volumen reducido de lodos.
2.2 DESCRIPCION DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS El objetivo último del sistema de lodos activados es hacer más eficiente el proceso natural de degradación biológica de la materia orgánica. Esto se logra a través de las siguientes etapas:
Etapa 1: Aireación El agua servida cruda (Afluente Planta) llega a la planta gravitacionalmente, pasando por una cámara de rejas ubicada sobre el estanque de espesamiento de lodos. La masa de agua en este estanque es agitada y aireada para evitar la sedimentación de sólidos y mantener su condición aeróbica. El agua servida ingresa al estanque de aireación donde se mezcla con lodo proveniente de la etapa 2. Lo resultante es conocido como licor de mezcla , el cual es aireado dentro del mismo estanque. En la etapa 1 las bacterias que naturalmente se encuentran en el agua servida, se nutren de la materia orgánica que se encuentra en suspensión y en disolución, generándose un aumento de la población microbiana y un consumo de oxígeno. Como subproductos del metabolismo celular se liberan anhídrido carbónico y agua. Todo este proceso, junto a una agitación de la masa de agua, y la exudación de polímeros naturales por parte de algunas bacterias, genera un aumento de tamaño y peso de las partículas (proceso conocido como floculación).
Etapa 2: Sedimentación y Recirculación de Lodos
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Una vez que se ha logrado metabolizar la materia orgánica y flocular las partículas, se hace pasar la mezcla a un estanque de sedimentación de flujo laminar donde se separan los sólidos por decantación, los que se acumulan en su fondo, obteniéndose en la zona superior agua clarificada (efluente). Por el hecho que estos lodos contienen gran cantidad de microorganismos y en menor medida materia orgánica, ellos son retornados a la etapa 1, de modo de mantener una cantidad constante de biomasa activa en aireación (encargada de la degradación de materia orgánica).
Etapa 3: Retiro de Lodos en Exceso A medida que transcurre la operación de una planta de este tipo, se produce un aumento del lodo y de la flora bacteriana en el estanque de aireación, en el de sedimentación, y en la recirculación, hasta llegar a un momento en que se requiere retirar parte de él, para evitar problemas de saturación y asegurar un adecuado balance entre la materia orgánica y los microorganismos en la etapa de aireación. Debido a esto, la planta de tratamiento cuenta con una unidad llamada Espesador de Lodos aireado que recibe los lodos en exceso provenientes de la etapa 2. En ella ocurre el mismo proceso de la etapa 1, pero sin aporte adicional de carga a degradar (afluente). Al mantener la biomasa descartada por largos períodos, se logra un lodo prácticamente libre de materia orgánica, rico en nutrientes.
Etapa 4: Desinfección El agua clarificada que abandona el sedimentador, a nivel de superficie (por rebalse), es conducida a un pequeño estanque donde se efectúa su desinfección mediante cloración por hipoclorito de sodio. Se persigue reducir la cantidad de microorganismos patógenos, para eliminar la posibilidad de provocar contagio de personas y otros seres vivos producto del contacto con el curso de agua receptora. Luego de esta etapa se obtiene el Efluente Planta final, que será apto para disponer en un cuerpo de agua superficial.
CONSIDERACIONES DEL DISEÑO ENTREGADO. Los valores y factores de diseño (condiciones de borde) señalados en el presente documento, se ajustan a lo estipulado en la literatura especializada, entre los cuales destacan:
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Metcalf & Eddy, 1998 Wastewater Engineering: Treatment, disposal and Reuse. McGraw-Hill, 2da Ed.
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•
MOP 8, Manual of Practice Nº 8, Water Enviromental Federation (WEF), 1998.
Adicionalmente, dichos valores fueron adaptados de manera conservadora considerando la experiencia en sistemas de tratamientos similares que operan en Chile.
2.3 ESPECIFICACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS 2.3.1 Datos Disponibles Ubicación : Población aportante máxima : Dotación de agua potable : Factor de recuperación : Caudal medio aguas servidas : Caudal máximo horario de diseño : Materia orgánica entrante : Temperatura mínima del agua servida : Altitud geográfica :
Localidad de Las Cruces, V Región. 90 habitantes 200,0 L/hab./día 0,8 18,0 m3/día 1,5 m3/h 4,5 Kg DBO5/día 15 ºC > 100 m.s.n.m.
2.3.1 Desbaste Se considera una reja de limpieza manual con paso de luz de 10 mm, de acero inoxidable ANSI 304, incluyendo bandeja de estruje para drenaje de residuos sólidos. (Ver detalle en plano).
2.3.2 Estanque de aireación Se define la relación Alimento/Microorganismos (A/M) a través de la siguiente expresión: A/M = [DBO5 / (SSVLM*V)] * 1.000 donde: A/M DBO5 SSVLM V
: Alimento/Microorganismos (KgDBO5/Kg SSVML*día) : Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día (Kg/día) : Sólidos Suspendidos Volátiles en el licor de mezcla de la etapa 1 (mg/L) : Volumen etapa 1 (m3) 5
Se debe seleccionar un valor de A/M de forma que el proceso sea de Aireación Extendida. El rango de A/M para Aireación Extendida es entre 0,05 y 0,15 Kg DBO5/Kg SSVLM*día (1). Se escoge un valor igual a 0,1 de forma de operar en un punto conservador. Además se selecciona un valor de SSVLM de 3.000 mg/L, de modo de hacer manejable operativamente la masa de lodo en cada etapa del sistema. De este modo el volumen de la etapa Nº 1 será: V = [4,5 / (3.000 * 0,1)] * 1.000 = 15 m3 Por lo tanto, la etapa de aireación estará conformada por un estanque rectangular de fondo plano, con las siguientes dimensiones: -
Largo útil Ancho útil Alto útil Revancha Alto total
: : : : :
3,7 1,5 2,7 0,20 3,1
m m m m m
Las medidas anteriores corresponden a la etapa de aireación de la planta de tratamiento de aguas servidas. Esta dispone de un volumen útil en el estanque de aireación (V) de 15 m3. Con los datos anteriores se puede verificar la razón A/M: A/M = [4,5/ (3.000* 15)] * 1.000 = 0,1
y calcular la Edad del Lodo (EL), la que se puede obtener a través de la siguiente expresión: EL = (SSVLM * V/1.000)/[Y * DBO5 – (SSVLM * V * b/1.000)]
(2)
,donde: EL Y b
: : :
Edad del Lodo (días) Coeficiente de producción de lodo (g SSVLM / g DBO5) Coeficiente de decaimiento (1/día)
considerando: Y b
= 0,64 g SSV / g DBO5 = 0,04 1/día
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se obtiene: EL
=
(3,0 * 15/[0,64 * 4,5 – (3,0 * 15 * 0,04)]
EL
=
40 días
Valor conservador en un proceso de Lodos Activados en Aireación Extendida.
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2.3.3 Estanque de sedimentación Para asegurar la claridad del efluente, las tasas de sedimentación y cargas de sólidos en los sedimentadores no deben superar ciertos valores máximos. Se deberá verificar si es necesario instalar sistemas de control de flujos, que se complementen con los sedimentadores secundarios normalmente usados. Por esto se procederá a verificar las tasas y cargas de sólidos en los sedimentadores de la planta diseñada.
a) Tasa de sedimentación para el caudal medio diario (TSQMED) Se requiere que la tasa de sedimentación sea menor a 16 m3/m2*día, considerando el caudal medio diario. La planta propuesta tiene un estanque sedimentador de una tolva, la que totaliza un área superficial de 2,52 m2, por lo que la tasa de sedimentación para el caudal medio diario será: TSQMED = 18 (m3/día) / 2,52 (m2) = 7,1 m3/m2*día valor menor que 16.
b) Tasa de sedimentación para el caudal máximo (TSQMAX) Se requiere que la tasa de sedimentación sea menor a 32 m3/m2*día, considerando el caudal máximo. El caudal máximo horario para el sistema es igual a 1,5 m3/h que equivale a 36 m3/día, por lo que la tasa de sedimentación para el caudal máximo será: TSQMAX = 36 (m3/día) / 2,52 (m2) = 14,28 m3/m2*día valor menor que 32.
c) Carga de sólidos para el caudal medio diario (CSQMED) Se requiere que la carga de sólidos sea menor a 5,0 KgSST/m2*h (SST: Sólidos Suspendidos Totales), considerando el caudal medio diario.
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Suponiendo que SSVLM / SST = 0,8, se tendrá que la carga de sólidos, para el caudal medio diario, será: CSQMED =
18 (m3/día) * 3,0 (KgSSVLM/m3) 24 (h/día) * 0,8 (SSVLM/SST) * 2,52 (m2)
CSQMED = 1,12 KgSST/m2*h valor menor que 5,0.
d) Carga de Sólidos para el caudal máximo (CSQMAX) Se requiere que la carga de sólidos sea menor a 7,0 KgSST/m2*h (SST: Sólidos Suspendidos Totales), considerando el caudal máximo. Suponiendo que SSVLM / SST = 0,8 y considerando el caudal máximo admisible por la planta (1,5 m3/h), se tendrá que la carga de sólidos, para el caudal máximo, será: CSQMAX = 1,5 (m3/h) * 3,0 (KgSSVLM/m3) 0,8 (SSVLM/SST) * 2,52 (m2) CSQMAX = 2,23 KgSST/m2*h valor menor que 7,0.
2.3.4 Caudales y equipo de impulsión de Aire Se requiere aire en las siguientes zonas del sistema de tratamiento: -
Estanques de Aireación Estanques de Sedimentación Estanques de Espesamiento y Digestión
El aire se entregará a través de un grupo motobomba de desplazamiento positivo, con otra unidad en reserva, (constituidos por un motor eléctrico, un soplador de lóbulos, tipo Roots, y el correspondiente sistema de acople y transmisión). El aire se distribuye por una cañería de PVC clase 10 de diámetro nominal 50 mm o por una cañería de acero ASTM A53 grado B de diámetro nominal 1 ½”, que recorre la planta por uno de sus lados, a todo lo largo de ella, y que permite entregar aire a los compartimentos de aireación, sedimentación y digestión de lodos. A continuación se calculará sólo el consumo de aire total para la planta: Considerando que la experiencia empírica señala un consumo de 100 m3 de aire por Kg. de DBO removida, se tendrá la siguiente cantidad de aire a generar:
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Cantidad de Airea Suministrar: 100 m3 Aire * 4,0 Kg DBOremovida / Día = 400 m3 Aire / día = 16,7 m3 Aire / hora Se consideran difusores marca Supratec tipo Oxyflex, cuyo caudal unitario es de 4Nm3/h/difusor. Nº Difusores Supratec: 16,7 m3 aire/hora = 5 difusores 4Nm3/h/difusor Por otro lado se debe considerar que es necesario generar mezcla completa en el estanque de aeración. De acuerdo a lo establecido en el MOP 8, se requiere entregar 0,03 m³/min de aire por cada m³ de estanque, y considerando el volumen útil del reactor se necesitan 7 unidades. Entonces se adopta 8 difusores para aireación del reactor, lo cual es suficiente como para vencer la columna de agua y compensar las perdidas de carga en toda la línea de distribución. Se instalarán dos grupos motobomba de aire (uno en reserva) compuestos cada uno de ellos por un soplador marca Dresser Roots, modelo URAI-36, un motor Marathon Electric de 4,0 Hp y un sistema de acople y transmisión compuesto por poleas y correas. La línea de aire deberá tener 50 mm. con reducción opcional a 20 mm. Se continúa en 20 mm hasta el Soplador
2.3.5 Volúmenes de Lodos Considerando una producción de lodos de 0,9 (KgLodoSeco/KgDBO5R), se tiene: MasaLodoSeco = 0,9 * 18 * (250 - 35)/1.000 = 3,5 KgLodoSeco Día
a) Volumen de lodo descartado (Vld) A continuación se definirá el volumen de lodo que se deberá retirar desde el estanque sedimentador al espesador de lodos. Suponiendo que el lodo que sale del sedimentador contiene un 0,6 % de sólido seco y que la densidad especifica de este es de 1,03, obtenemos: Volumen Lodo = 3,5 /(1,03 * 1.000 * 0,006) = 0,56 m3/día Descartado
b) Volumen de lodo evacuado desde el Espesador de Lodos (Vle) 10
En el espesador tendrá lugar espesamiento del lodo y además estará aireado (tres difusores marca Supratec, similares a los del Reactor). Después de este espesamiento se alcanzará un contenido de sólido seco de 1,0 %. Por lo tanto el lodo evacuado del acumulador digestor, asumiendo la misma densidad, será de: Volumen Lodo = 3,5/(1,03 * 1.000 * 0,01) = 0,35 m3/día Almacenado
Tamaño del Digestor - Espesador de Lodos De acuerdo a lo señalado por SRC, en relación a disminuir la frecuencia de retiro de lodos, consideramos pertinente incluir un digestor aeróbico, que además de asegurar la no generación de olores ofensivos al medio ambiente permita reducir a un más la producción final de lodos a disponer. Esto último, debido a que bajo digestión aeróbica ocurrirá un reducción de la fracción volátil del lodo total mayor a un 30 %
•
Diseño del digestor aeróbico:
Temp. Mín. Lodo (inv.) Reducción SV Rel. SV/ST Edad Lodos en Dig. Aireación para Red. Vol Aireación para Mezcla Vol. Digestor
15°C 40% 0,8 32 d 2,3 m³/h 7,9 m³/h (valor asumido; 2 dif.) 4,4 m³
Se debe destacar que SRC solicitó disminuir la frecuencia de extracción de lodos, y considerando la producción de lodos de 0,35 m3/día (considera máxima capacidad de la planta de tratamiento (90 personas/día)), se adopta un estanque de 12 m3 de capacidad, el cual permitirá un período de almacenamiento de 34 a 80 días según la regulación de descarte de lodos, por lo cual se recomienda el retiro mensual de lodos hacia vertedero autorizado. Adicionalmente, se consideran 4 difusores de burbuja fina para mantener aireado el lodo de descarte (evitar generación de olores), permitiendo asimismo generar mezcla completa en el estanque.
TIEMPO DE RETENCION EN ESPESADOR SEGÚN VOLUMEN EVACUADO Volumen de Lodos (m3/día) 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15
T. Retención. (días) 34 40 48 60 80
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2.3.6 Secado opcional de Lodos Si SRC así lo estima conveniente, se recomienda implementar un lecho de secado, de modo de aprovechar las condiciones ambientales de primavera y verano, reduciendo el volumen de lodos a disponer.
Para retirar el lodo del espesador se requiere una bomba sumergible de 40 mm de paso marca Flygt, modelo lowara domo 20. El operador deberá vigilar la condición del geotextil para el secado de lodo, retirando con una pala el lodo seco para su disposición final en relleno sanitario, con una humedad menor a 25 %. Las dimensiones de la cancha de secado de lodos se detallan en la siguiente tabla:
CANCHA DE SECADO DE LODOS Lados Septos Fondo
DIMENSIONES (METROS) Largo Ancho 3,3 1,5 1,5
0,6 0,6 0,6
A objeto de ilustrar el diseño adoptado, se presenta una fotografía del lecho de secado considerado.
Septos
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2.3.7 Desinfección y Acumulación para Riego Para prevenir contaminación bacteriológica durante la disposición del agua tratada, se incluye a continuación de la sedimentación una etapa de desinfección con Hipoclorito de Sodio @ 10% de producto activo. Para obtener un nivel de cloro libre deseado, se estima dosificar un valor medio de 8 mg/L (ppm) de materia activa; es decir, 80 mg/L de hipoclorito de sodio. Para asegurar una reacción completa del producto con los agentes biológicos, se dosificará al comienzo del estanque, llamado de Desinfección - Acumulación, que deberá asegurar media de hora de retención, considerando el caudal medio diario. Esto implica que este estanque deberá tener al menos el siguiente volumen útil mínimo: V útil = 18 /(24 * 2) = 0,38 m3
De acuerdo a lo anterior, y a objeto de acumular agua tratada para riego del cerco vivo perimetral, se define un estanque circular con las siguientes medidas: Diámetro Alto útil Alto total
: : :
1,77 1,32 1,60
m m m
V útil Estanque definido = 3,24 m3 Se deben considerar dos bafles de internit, los cuales deben permitir el contacto del cloro con el agua tratada. La bomba dosificadora de hipoclorito de sodio debe tener un caudal mínimo de 0,8 ml de hipoclorito/minuto @ 50 % de su capacidad. La presión de descarga es atmosférica. El control de la dosificación, se deberá ajustar a partir de análisis calorimétricos de cloro residual en el efluente final. Este sistema permite asegurar que los coliformes fecales a la salida de la planta sean menores a 1.000 NMP/100 ml., y un periodo de acumulación de 8,5 horas para disponer el agua a riego. Para la decloración, se considera un dispensador de tabletas decloradoras (sulfito de sodio), para lo cual se utilizará un cartridge tubular de PVC hidráulico ranurado, deslizado al interior de camisa y cámara de dilución del mismo material. La bomba para riego será de las características que defina SRC de acuerdo al sistema
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de riego y superficie, lo cual escapa al alcance del presente proyecto.
2.3.7 Superficie Requerida De acuerdo al diseño y considerando las componentes unitarias del sistema de tratamiento se requieren 45 m2 (9 m x 5 m ) de superficie para emplazar el sistema de tratamiento completo.
2.3.8 Otros sistemas La planta de tratamiento determinada se complementa con otras unidades que permiten asegurar un correcto funcionamiento y control de la operación de la planta. Estas son: - Tablero Eléctrico de Fuerza y Control.: IP 75, incorporado al equipo Permitirá proteger los equipos y establecer las lógico flexo de legrand para 1 automático, guarda motor e interruptor horario mecánico. - Artículos de operación. Se incluye equipos de limpieza (housekeeping) como: una pértiga telescópica de largo hasta 4,0 m con red plana y escobillón en su extremo (para limpieza de la planta).
3.- ESPECIFICACIONES DEL SUMINISTRO 3.1.- ITEM A
•
• •
Proyecto de Ingeniería que incluye: Know How, Planos de forma y piping sólo de la planta Puesta en marcha. Manual de operación y mantenimiento
3.2.- ITEM B
•
Construcción de Obras Civiles
Las obras civiles de la planta de tratamiento serán construidas por el cliente sobre la base de los planos de ingeniería.
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3.3.- EXCLUSIONES
La presente ingeniería no considera los siguientes ítems:
4.
Terreno para el emplazamiento de la planta. Cierro y urbanizaciones del recinto. Generador. Emisario afluente y efluente. Insumos durante la puesta en marcha (productos químicos, energía eléctrica). Acometida eléctrica hasta el recinto de la planta de tratamiento. Acometida agua potable (d= 1" o superior) hasta el recinto de la planta. Energía eléctrica y agua potable para la ejecución de la faena.
ANTECEDENTES DE CONSTRUCTIBILIDAD Es necesario aclarar que el proyecto no contemplo un estudio de mecánica de suelo por lo que las medidas y diseño estructural de la planta están sujetos a cambios según calidad del terreno en que esta será emplazada. Por lo observado en visita a terreno, el lugar donde se ubicara la planta será conformado mediante relleno de material, esto permitiría preparar en forma optima y asegurar una buena estabilización del terreno para las cargas demandantes del proyecto, permitiendo respetar las medidas sugeridas en la planimetría, de no ser así, se sugiere realizar una calicata en terreno para medir las condiciones del mismo frente a las eventuales solicitudes de cargas de un proyecto de esta envergadura.
5.
CONCLUSIONES Se ha diseñado un sistema de tratamiento que permitirá evacuar un caudal medio máximo de 18 m3/día de agua tratada con calidad suficiente para cumplir todas las legislaciones vigentes en el presente. Una vez que el sistema se construya, se debe operar haciendo un seguimiento a la calidad del agua final y deberán realizarse las mantenciones periódicas que corresponde a los equipos. El costo del sistema de tratamiento está en el orden de $ 9.800.000 (Nueve millones ochocientos mil de pesos) más IVA, lo cual es un valor razonable para la población 15
servida considerada y los resguardos de almacenamiento de lodos solicitados por SRC.
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