Bases Teóricas Comportamiento Hidráulico del Sistema Para determinar los cálculos necesarios para un sistema de recolección es necesario determinar o conocer una serie de elementos que contribuirán con el buen funcionamiento del mismo. Cantidad Estimada de Aguas Negras o caudal de Consumo.
Para diseñar un alcantarillado deben estudiarse previamente algunos aspectos de la comunidad o población. La estimación del caudal de aguas negras comprende la determinación de varios aportes de la manera más exacta posible para lograr un diseño ajustado a las condiciones reales. La cantidad de aguas negras está referida a la cantidad y que se va a utilizar, cuyo flujo debe estar estimado con visiones futuras, también se puede ver afectada por el aumento acelerado de la población, densidad, demanda, entre otros aspectos que deben ser tomados en cuenta. Las aguas negras dependen de la cantidad de agua que se consume o usa, que generalmente es menor, ya que muchas de las aguas de abastecimiento son empleadas solo para el consumo humano en sus diferentes actividades. La cantidad de aguas negras provenientes del consumo humano constituye el primer aporte a considerar, representa la mayor cantidad de agua que reciben los colectores cloacales. Además de esto. Se debe tomar en cuenta las horas picos u horarios máximos debido a que en estos períodos el abastecimiento de agua es mayor, por lo tanto el caudal que se incorpora a la red aumenta. Es importante considerar este factor para el cálculo del caudal de consumo, así como también el número de habitantes y el área de la zona en estudio. La fórmula para el cálculo del caudal de consumo es: Qmax Qmed x Kx R = AP ( ARD)
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Donde: Qmed = Gasto medio diario del sistema de abastecimiento de agua del desarrollo urbanístico. K = Coeficiente de población (variable según a servir. R = Coeficiente de gasto de reingreso (0.80) ARD = Gasto de agua residual domiciliaria. AP = Gasto de agua potable De esta fórmula se podrá obtener el caudal de consumo como uno de los aportes para posteriormente obtener el caudal unitario del proyecto.
Aguas que Infiltran al Colector. Las aguas de infiltración son aquellas que pueden penetrar en el colector bien sea aguas que se encuentran en el subsuelo, juntas defectuosas tubos agrietados, entre otros, los cuales influyen en el caudal para el diseño debido a que estas afectan directamente a todos los componentes del sistema perturbando así su optimo funcionamiento, por lo que su consideración al momento del diseño es de vital importancia sobre todo en terrenos muy húmedos. Menitt (1.984) coincide que: Las alcantarillas situadas en terrenos húmedos con un alto nivel del manto freático cerca del lecho de una corriente tienen más infiltraciones que las alcantarillas en otros lugares. Como la infiltración aumenta la carga de las aguas negras, resulta indeseable (p .22-7) En todos aquellos lugares con alto nivel freático, es necesario considerar la infiltración de agua, por lo tanto hay que hacer las consideraciones necesarias para la escogencia de la tubería, de esta forma se evitaría la penetración del agua a los conductores y como lo refleja el autor, la adición o el incremento de aguas a la tubería resultaría desventajoso.
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Tanto las condiciones del subsuelo como las características de las tuberías (juntas o uniones) son los factores que hacen posible la infiltración. Menitt (Ob, Cit) agrega: “El diseño de la alcantarilla debe especificar juntas que permitan poca o ninguna infiltración y se deben construir las juntas cuidadosamente en el campo” (p. 22-7) Los planteamientos anteriores permiten destacar que es importante al realizar el montaje de tuberías, tener cuidado de que las juntas se coloquen bien, de tal manera que no se produzcan infiltraciones que de una u otra forma incida en el aumento de la cantidad de agua que se encuentra en la tubería. El cálculo del caudal por aporte de la infiltración constituye otro elemento que permitirá obtener el caudal unitario de proyecto y que por las razones antes expuestas deben ser tomadas en consideración.
Velocidad Uno de los aspectos de la dinámica de fluidos es el comportamiento de los flujos de fluidos, es decir, el movimiento de estos últimos. La conservación de la masa de fluido a través de dos secciones, la velocidad media del fluido en una sección dada, las pérdidas que se originan por dicha velocidad o comportamiento del fluido conforman el conjunto de aspectos que no solo se pueden estudiar sino que también determinar y así se puede establecer el material, diámetro, accesorios y otros elementos que conformen el sistema de abastecimiento y disposición de aguas para un urbanismo. La velocidad es un factor muy importante y necesario de determinar; depende del flujo, del diámetro o características de la tubería. Arocha (1983) señala que:“Esta velocidad reviste especial importancia toda vez que debe producir el arrastre o acarreo de los sólidos, es decir, no debe producirse la sedimentación de sólido a lo largo de los colectores” (p.53) Para estimar la presión satisfactoria se emplea la formula de Manning:
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Donde: n = Coeficiente que depende de la rugosidad de la superficie del conducto. D = Diámetro de la tubería en metros S = Pendiente del conductor Generalmente n es de 0,013 para tuberías de concreto. Con esta fórmula se podrá determinar velocidades estimadas, siempre y cuando se conozcan las pendientes y el diámetro de las tuberías. Pendiente de los Colectores La pendiente es un factor que está íntimamente ligado a la topografía del terreno y a las velocidades mínimas permitidas. La topografía del terreno permite obtener la colocación de los conductos de tal manera que estos permitan el desplazamiento de las aguas. Arocha (Ídem) expresa:
“ La pendiente de los colectores cloaca les es
principalmente en función de la topografía de la zona a desarrollar procurando el menor costo de la excavación" (p. 56) Ahora bien, lo antes mencionado indica la importancia del estudio del terreno, en donde se colocaran los colectores cloacales a fin de adaptarlos al terreno en estudio. Las excavaciones dependerán de las condiciones topográficas del terreno pero se debe procurar que las mismas no sean muy profundas para evitar gastos mayores. La velocidad está íntimamente ligada a las pendiente por lo tanto estas deberán ser de tal manera que produzcan la velocidad establecida dentro de los parámetros previamente acordados en las normas. Principio de Bernoulli
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El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Expresa que un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos términos:
Donde: V = velocidad del fluido en la sección considerada. g = aceleración gravitatoria z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia. P = presión a lo largo de la línea de corriente. ρ = densidad del fluido. Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.
Caudal constante
Flujo incompresible, donde ρ es constante.
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional.
Utilización de Agua para Procesos Industriales
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En zonas industriales el consumo de agua varía mucho según el tipo de industria que se trate y por lo general el ingeniero proyectista no tiene información de las industrias que se van a establecer en el lugar, por lo tanto no conoce sus correspondientes dotaciones. Al respecto se han realizado estudios a zonas industriales, tales como Acueducto de Ciudad Guayana, de Ciudad Losada, diversos sectores privados, etc., y como resultado de ellos, es un valor aceptado que el consumo medio de una parcela industrial es el orden de 1 lps/ha bruta. Las normas indican que la dotación para parcelas industriales deberá estar comprendida entre los valores de 0.80 y 1.20 lps/ha, pero este coeficiente no se puede aplicar a industrias que sean grandes consumidoras de agua; tales como: cervecerías, embotelladoras, entre otras. En estos casos es necesario averiguar el consumo específico de estas industrias.
Componentes Físico-Químicos de las Aguas Residuales
Las aguas residuales pueden estar contaminadas por desechos urbanos o bien proceder
de
los
variados
procesos
industriales.
La
composición
y
su tratamiento pueden diferir mucho de un caso a otro, por lo que en los residuos industriales es preferible la depuración en el origen del vertido que su depuración posterior.
Contaminantes Químicos
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Estos componen tanto productos químicos orgánicos como inorgánicos. El aspecto fundamental de la contaminación de productos orgánicos es la disminución del oxigeno como resultante de la utilización del existente en el proceso de degradación biológica, llevando con ello a un desajuste y a serias perturbaciones en el medio ambiente. En el caso de compuestos inorgánicos el resultado más importante es su posible efecto tóxico, más que una disminución de oxigeno. Sin embargo, hay casos en los cuales los compuestos inorgánicos presentan una demanda de oxigeno, contribuyendo a la disminución del mismo.
Contaminantes Físicos:
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Cambios térmicos, la temperatura es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas, velocidades de reacción y en la aplicabilidad del agua a usos útiles, como el caso de las aguas provenientes de las plantas industriales, relativamente calientes después de ser usadas en intercambiadores.
-
El color el cual determina cualitativamente el tiempo de las aguas residuales, es por ello que si el agua es reciente esta suele ser gris; sin embargo como quiera los compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias, él oxigeno disuelto en el agua residual se reduce a cero y el color cambia a negro.
-
La turbidez originada por los sólidos en suspensión.
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-
Espumas, detergentes y la radioactividad.
Contaminantes Biológicos Estos son los responsables de las transmisiones de las enfermedades como el cólera y la tifoidea. Los contaminantes de las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni practico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas servidas. Es por esto que las aguas residuales dependiendo de la cantidad de estos componentes se clasifican en fuerte, medio y débil. Debido a que la concentración como la composición va variando con el transcurso de tiempo, con los datos siguientes solo se pretende dar una orientación para la clasificación de las aguas servidas.
Tratamiento de Aguas Residuales
Tratamientos Preliminares
Es la fase de homogenización del efluente, en el cual se recibe en una fosa de bombeo o tranquilla de distribución, con una permanencia de 15 a 20 minutos. Antes de entrar al receptáculo, se coloca un tamiz o rejilla que contiene objetos indeseables
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(plásticos, papeles), permitiendo adicionalmente, la fragmentación de la materia orgánica, al igual que tiene con finalidad eliminar materiales que perjudican y están constituidas generalmente por rejas cribos de barros y desarenados.
Tratamientos Primarios
Según Gustavo R. Mejias: Su finalidad es la remoción de sólidos suspendidos y esto puede ser por medio de la sedimentación, filtración, flotación, floculación y precipitación. Las principales unidades para esta fase son las fosas sépticas, el tanque Imhoff, sedimentadores primarios, reactores anaeróbicos de flujo accedente, coagulación y precipitación” (p. 14)
Estanques sedimentadores, clasificadores y densificadores
Consiste en la remoción por sedimentos de sólidos suspendidos sediméntales de naturaleza floculantes y de densidades mayores que el agua pero menores que la arena.
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Estanques desnatadores
Consiste en la remoción de partículas solidas o liquidas de densidades menores a las del los líquidos que las contiene o en otras palabras, la aplicación del conocimiento de las leyes de asentamiento o flotación de partículas discretas en suspensiones diluidas.
Estanques de doble cámara o Imhoff
El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los tanques Imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y la digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se les llama tanques de doble cámara. Los tanques Imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena para posteriormente cumplir su función de tratamiento mediante la temperatura adecuada para la digestión de lodos, en el caso de países templados el calentamiento del tanque es inducido. Según Tchobanoglous: Con el peso de los años muchos fabricantes han desarrollado versiones mecanizadas del tanque Imhoff. Aunque estas versiones modernas sean eficientes, la simplicidad mecánica del tanque Imhoff sin calentamiento
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se pierde. Tratamientos de Aguas Residuales en Pequeñas Poblaciones (p. 328). El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimentos: - Cámara de sedimentación. - Cámara de digestión de lodos. - Área de ventilación y acumulación de natas. Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. Según el Artículo 74 de la Ley de Residuos sólidos señala que: Los lodos producidos por las plantas de tratamiento de aguas o tratamientos residuales no tóxicos o peligrosos podrán ser dispuestos en los sitios de disposición final. La aceptación de lodos en los sitios de disposición final estará supeditada a una caracterización previa de los mismos, realizada por un laboratorio registrado en los organismos competentes en la materia. El tanque Imohoff tiene como ventajas que: -
Contribuye a la digestión de lodo, mejor que en un tanque séptico,
-
produciendo un líquido residual de mejores características. No descargan lodo en el líquido efluente, salvo en casos excepcionales. El lodo se seca y se evacúa con más facilidad que el procedente de los tanques
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-
sépticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad. Las aguas servidas que se introducen en los tanques Imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de
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las arenillas. El tiempo de retención de estas unidades es menor en comparación con las
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lagunas. Tiene un bajo costo de construcción y operación. Para su construcción se necesita poco terreno en comparación con las lagunas
-
de estabilización. Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminación de las corrientes.
También poseen desventajas como: -
Son estructuras profundas (>6m). Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda
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flotar o ser desplazado cuando esté vació. El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica. En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto. Conocidas las ventajas y desventajas del tanque Imhoff, quedará a criterio del
ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la localidad donde se desea tratar las aguas residuales de uso doméstico, como un complemento para el tratamiento de estas. Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con grandes áreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como es el caso de las lagunas de estabilización, además de que el tanque Imhoff deberá está instalado alejado de la población, debido a que produce malos olores. El tanque Imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce la DBO 12
de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secados. Debido a esta baja remoción de la DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente. El tanque Imhoff representado en la figura 1 es de tipo convencional de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: a) Cámara de sedimentación. b) Cámara de digestión de lodos. c) Área de ventilación y cámara de natas. Además de estos compartimientos se tendrá que diseñar el lecho de secados de lodos.
Figura 1: Tanque Imhoff típico según Alcantarillado y Tratamiento de Aguas Negras (1961). Tomado de: Harold E. Babbitt.
Para retirar los lodos es común utilizar métodos manuales con maquinaria que permita excavar dentro del tanque, es esta la razón del por qué se recomienda que la
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profundidad del tanque no sobrepase los 5 metros, sin embargo en la figura 1, se muestra un novedoso sistema de presión para retirar los lodos por bombeo.
Coagulación y precipitación
Indica una capacidad para remover entre un 60 y un 85 por ciento de los sólidos suspendidos trayendo como consecuencia reducciones para la demanda bioquímica de oxigeno de orden de un 40 al 70 por ciento, dependiendo de la apreciable variedad de los líquidos residuales.
Tratamiento Secundario
El tratamiento secundario es designado para substancialmente degradar el contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de la basura humana, basura de comida, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales e industriales trata el licor de las aguas residuales usando procesos biológicos aeróbicos. Para que sea efectivo el proceso biótico, requiere oxígeno y un substrato en el cual vivir. Hay un número de maneras en la cual esto está hecho. En todos estos métodos, las bacterias y los protozoarios consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo: azúcares, grasas, moléculas de carbón orgánico, etc.) y unen muchas de las pocas fracciones solubles en partículas de flóculo. Los sistemas
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de tratamiento secundario son clasificados como película fija o crecimiento suspendido. En los sistemas fijos de película –como los filtros de roca- la biomasa crece en el medio y el agua residual pasa a través de él. En el sistema de crecimiento suspendido –como fangos activos- la biomasa está bien combinada con las aguas residuales. Típicamente, los sistemas fijos de película requieren superficies más pequeñas que para un sistema suspendido equivalente del crecimiento, sin embargo, los sistemas de crecimiento suspendido son más capaces ante choques en el cargamento biológico y provee cantidades más altas del retiro para el DBO y los sólidos suspendidos que sistemas fijados de película.
Filtros de desbaste
Los filtros de desbaste son utilizados para tratar particularmente cargas orgánicas fuertes o variables, típicamente industriales, para permitirles ser tratados por procesos de tratamiento secundario. Son filtros típicamente altos, filtros circulares llenados con un filtro abierto sintético en el cual las aguas residuales son aplicadas en una cantidad relativamente alta. El diseño de los filtros permite una alta descarga hidráulica y un alto flujo de aire. En instalaciones más grandes, el aire es forzado a través del medio usando sopladores. El líquido resultante está usualmente con el rango normal para los procesos convencionales de tratamiento. Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en última instancia a gas nitrógeno.
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Se utiliza la capa filtrante de goteo utilizando plantas más viejas y plantas receptoras de cargas más variables, las camas filtrantes son utilizadas donde el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coke (carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos). Tales medios deben tener altas superficies para soportar los biofilms que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central. El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacteria, protozoarios y hongos se forman en la superficie media y se comen o reducen los contenidos orgánicos. Este biofilm es alimentado a menudo por insectos y gusanos. En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biotico que proporciona el substrato requerido. El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son: 1) Mantener una alta densidad de población de biomasa 2) Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS) 3) Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS). Filtros aireados biológicos
Los filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión 16
o apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. La reducción del carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en un sólo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica. BAF es también operado en flujo alto o flujo bajo dependiendo del diseño especificado por el fabricante.
Biopercoladores
Los biopercoladores son unidades de tratamientos biológicos que dentro del sistema global de tratamiento de aguas residuales tienen la labor de renovar la materia orgánica mediante la metabolización de esta a cargo de una población bacteriana (Zooglea), adherida a un medio de soporte, traduciéndose esto a un efluente con una concentración menor de DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno). Este efluente continuará con la cadena de tratamiento, hasta cumplir con las especificaciones técnicas para su descarga final. En el caso de las aguas residuales, ricas en materia orgánica, y el oxigeno necesario para la síntesis celular (crecimiento bacteriano), la biopelícula de microorganismos aeróbicos (Zooglea) inicia el desdoblamiento de la materia orgánica obteniéndose, al igual que los demás procesos aeróbicos de tratamiento de aguas residuales, la remoción de la materia orgánica mediante su conversión a masa celular, CO2 y H2O, que se traduce en una purificación de las aguas residuales que conforma el nuevo efluente que ya sea el caso necesitará tratamientos posteriores si las especificaciones técnicas lo demanden. El producto de crecimiento bacteriano en el medio de soporte, hará que la Zooglea aumente su espesor hasta llegará a un límite en que las bacterias interiores no
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recibirán el oxigeno requerido, ni los nutrientes necesarios para su supervivencia por lo que morirán y terminaran de desprender a la bio-película del medio. Este hecho hace necesario un proceso de sedimentación que se haga cargo del material desprendido. Algunas generalidades de los Biopercoladores: -
Este tipo de tratamiento de aguas residuales es utilizado en poblaciones hasta
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30.000 habitantes. Los costos de inversión inicial son bajos, comparados con otros tratamientos
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aeróbicos. El tipo de medio filtrante a utilizar determinará las tasas orgánicas e hidráulicas a aplicar, influyendo esto en la eficiencia del proceso de remoción
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de DBO. La eficiencia del sistema puede variar entre un 65 y 95% de efectividad dependiendo de las características de las aguas residuales y de las cargas
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hidráulicas y orgánicas que se apliquen. No requiere del personal altamente calificado para controlar su operación, ya que es bastante simple cuando se compara con otros tratamientos de agua físico-químicos o biológicos.
El medio filtrante para un biopercolador puede variar, en la figura 2 se observa un biopercolador con un medio filtrante de polietileno, sin embargo es mas usado en Latinoamérica un medio filtrante de rocas y grava gruesa.
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Figura 2: Vista de la Parte Superior de un Biopercolador. (Tratamiento de Aguas Residuales en Pequeñas Poblaciones, p. 434)
Según Tchobanoglous (p. 435), para el diseño del proceso del Biopercolador se deben tomar algunas consideraciones:
Tasa de Carga Hidráulica
La Tasa de carga hidráulica es un parámetro de diseño y operación empírico que se relaciona con el flujo, la tasa de cizallamiento superficial y el tiempo de retención hidráulica. En general la tasa de carga hidráulica se reporta en unidades de volumen en aguas residuales incluyendo la recirculación, por unidad de área de la sección Horizontal por día. Dado que la mayoría de los biopercoladores de medio rocoso están entre 1 y 2 m de profundidad, la tasa de carga volumétrica que se utiliza en algunos países se puede convertir fácilmente a flujo por unidad de área-tiempo. Tasa de Carga Orgánica La carga de material de desecho de los biopercoladores, se caracteriza por la tasa
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de carga orgánica en términos de kilogramos de DBO por metro cúbico-día (Kg DBO/m3.d). No hay parámetros para la carga de sólidos, y la remoción de sólidos en los biopercoladores no se ha caracterizado en forma predictiva alguna.
Transferencia de Oxígeno En general el aire se suministra a los biopercoladores a través de corrientes naturales de aire, que resultan de las diferencias de temperaturas entre el ambiente y el aire interior. Los biopercoladores con medio plástico requieren con frecuencia del uso de aire comprimido que suministra una corriente de aire forzada. La tasa de transferencia máxima en los biopercoladores con corrientes naturales de aire es de cerca de 28 g/m2.día, lo que corresponde a la tasa de absorción por concentraciones de DBOU aplicadas de cerca de 400 mg/L. Muchos desechos industriales son considerablemente más fuertes que 400 mg/L DBOU, y pueden ocurrir condiciones anóxicas dentro de los biopercoladores originando así olores desagradables. Los problemas de olores han llevado a que se cubran los percoladores y el olor se conduzca hacia filtros de olor de tiempo o hacia otras instalaciones para el control de olores a base de turba o carbón activado.
Recirculación La recirculación de efluente en sistemas de carga alta, incluyendo en aquellos con medio de filtrados plásticos, puede ser desde un punto anterior o posterior al tanque de sedimentación. La recirculación antes de la sedimentación ofrece la ventaja de que la células desprendidas se mezclan con el agua residual que entra, mejorando la velocidad de reacción, pero también tiene la desventaja de aumentar la posibilidad de taponar la unidad. La recirculación luego de la sedimentación aumenta la carga del tanque de sedimentación y tiende a diluir el agua residual sin añadir un reactivo, pero no tiene el potencial de taponamiento de la recirculación antes de la sedimentación.
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Ambas configuraciones ofrecen un flujo homogéneo.
Velocidad de Dosificación La velocidad de dosificación se puede ajustar para obtener un crecimiento continuo y uniforme de la biomasa y un desprendimiento del exceso de la misma como función de la taza de carga orgánica. Es posible aproximar la velocidad de paso multiplicando la tasa de carga orgánica expresada como DBO/103pie3 por un factor de 0.1 a 0.12.
La Temperatura La temperatura del agua residual es más importante que la temperatura del aire. El efecto de la temperatura en el desempeño de los biopercoladores se explica ajustando el coeficiente de la tasa de remoción con un valor de θ de 1.035.
Problemas Operacionales Los problemas operacionales incluyen el crecimiento excesivo de algas, llevando así a la obstrucción de filtros, el desarrollo de malos olores debido a la falta de transferencia de oxígenos, la reproducción de moscas y la infestación de caracoles e insectos coleópteros.
Instalaciones de Sedimentación Secundaria Todo el lodo proveniente de los sedimentadores secundarios de biopercoladores se lleva hacia las instalaciones de procesamiento de lodos. El diseño de estos tanques es similar a los tanques de sedimentación primaria, excepto por la tasa de carga
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superficial que se basa en el flujo de la planta mas el flujo de recirculación menos el flujo inferior (con frecuencia ignorado). Las cargas superficiales sugeridas y las tasas de cargas de sólidos para los tanques de sedimentación que siguen a los biopercoladores oscilan entre 1 y 4 m3/m2.d y 0.08 a 0,4 Kg DBO5/m3.d, respectivamente para biopercoladores de tasa baja y de 10 a 40 m 3/m2.d y 0.4 a 0.80 Kg DBO5/m3.d para biopercoladores de tasa alta.
Sedimentación secundaria
Los objetivos de los sedimentadores secundarios para lodos activados son: producir un efluente suficientemente clarificado y concentrar los sólidos biológicos para minimizar la cantidad de lodos que se habrán de manejar. Los sedimentadores secundarios deben diseñarse como parte integral del sistema de lodos activados. Los sólidos biológicos en los lodos activados son de naturaleza floculenta y a concentraciones menores a 1000 mg/l aproximadamente tienen una sedimentación floculenta. Sin embargo, la mayoría de los reactores biológicos operan a concentraciones que exceden de 1000 mg/l y el espesamiento en el sedimentador secundario produce incluso concentraciones mayores. Los tanques de sedimentación secundaria se caracterizan por tener una sedimentación de suspensiones concentradas. Se define una
suspensión concentrada como aquella en la cual los campos de
velocidad de las partículas se traslapan con los de sus vecinas y ocurre un desplazamiento significativo del agua hacia arriba conforme las partículas se sedimentan; esta circunstancia, junto con otros factores, actúa evitando la sedimentación independiente. Las partículas sedimentan por grupos, a la misma tasa, sin importar las diferencias en tamaño de las partículas individuales. La velocidad colectiva de las partículas depende de varios factores; de éstos el más obvio es la concentración de la
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suspensión, ya que la velocidad es inversamente proporcional a la concentración. En los sedimentadores secundarios la concentración de sólidos debe incrementarse de la cantidad X que se tiene en el reactor a la cantidad Xu que se presenta en el flujo inferior del sedimentador; en este tránsito las velocidades de sedimentación cambian, presentándose zonas con diferentes características, fenómeno conocido como zonas de sedimentación. La figura 3, consiste en el corte longitudinal del sedimentador secundario que y se observa la forma semi cóncava en la base que permite el deslizamiento de los lodos para su posterior remoción.
Figura 3: Vista de la sección longitudinal (www.engineeringfundamentals.net)
de
un
Sedimentador
Secundario
Tratamiento Terciario
El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.
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Filtración
La filtración de arena remueve gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbón activado sobrante de la filtración remueve las toxinas residuales. El tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y fomenta la mejora biológica de almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de los procesos de autodepuración que somete un río o un lago al agua residual de forma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y la colonización por los macrophytes nativos, especialmente cañas, se dan a menudo. Los invertebrados de alimentación del filtro pequeño tales como Daphnia y especies de Rotifera asisten grandemente al tratamiento removiendo partículas finas. El sistema de lagunaje es barato y fácil de mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz para depurar las aguas de grandes núcleos.
Remoción de nutrientes
Las aguas residuales poseen nutrientes pueden también contener altos niveles de nutrientes (nitrógeno y fósforo) que eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o eso puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o crecimiento de algas). Las malas hierbas y las algas pueden parecer ser una edición
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estética, pero las algas pueden producir las toxinas, y su muerte y consumo por las bacterias (decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar los peces y a otra vida acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo muchos peces sensibles a la contaminación en el agua. La retirada del nitrógeno o del fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o biológica. La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como Nitrobacter y Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato es convertido al gas nitrógeno (desnitrificación), que se lanza a la atmósfera. Estas conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la formación adecuada de comunidades biológicas. Los filtros de arena, las lagunas y las camas de lámina se pueden utilizar para reducir el nitrógeno. Algunas veces, la conversión del amoníaco tóxico al nitrato solamente se refiere a veces como tratamiento terciario. La retirada del fósforo se puede efectuar biológicamente en un proceso llamado retiro biológico realzado del fósforo. En este proceso específicamente bacteriano, llamadas Polyphosphate que acumula organismos, se enriquecen y acumulan selectivamente grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Cuando la biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, los biosólidos bacterianos tienen un alto valor del fertilizante. La retirada del fósforo se puede alcanzar también, generalmente por la precipitación química con las sales del hierro (por ejemplo: cloruro férrico) o del aluminio (por ejemplo: alumbre). El fango químico que resulta, sin embargo, es difícil de operar, y el uso de productos químicos en el proceso del tratamiento es costoso. Aunque esto hace la operación difícil y a menudo
sucia, la
eliminación química
del fósforo requiere una huella
significativamente más pequeña del equipo que la de retiro biológico y es más fácil de operar. 25
Desinfección
La desinfección del agua es necesaria como uno de los últimos pasos en la planta de tratamiento de, para prevenir que esta sea dañina para nuestra salud. Muchas
veces,
tratándose
de
agua
de manantiales naturales
o
de pozo,
la desinfección es el único tratamiento que se le da al agua para obtener un agua menos contaminada.
La desinfección puede hacerse por medios químicos o físicos:
Los compuestos químicos más utilizados para la desinfección del agua son:
Hipoclorito
de
sodio (NaClO), Ácido
hipocloroso (HClO), Clorito
de
sodio (NaClO2). El cloro es uno de los elementos más comunes para la desinfección del agua. El cloro se puede aplicar para la desactivación de la actividad de la gran mayoría de los microorganismos, y es relativamente barato.
Dióxido de cloro (ClO2)
Ozono (O3)
Halógenos: Yodo
Metales: cobre (Cu2+), plata (Ag+)
Permanganato (KMnO4)
Jabones y detergentes
Sales de amonio
Peróxido de hidrógeno Medios Físicos 26
Los procesos físicos más utilizados para la desinfección del agua son:
Generación de ácido hipocloroso mediante proceso de hidrólisis (sin aditivos).
Luz ultravioleta
Fotocatálisis
Radiación electrónica
Rayos gamma
Sonido
Calor
Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben además tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos en el agua después de la desinfección para prevenir el crecimiento de los microorganismos en las tuberías provocando la re-contaminación del agua. El cloro es un desinfectante que tiene ciertos limitantes en términos de salubridad y seguridad, pero al mismo tiempo tiene un largo historial como un desinfectante efectivo. Antes de decidir si el cloro reúne las condiciones para su uso por parte de una municipalidad es necesario entender las ventajas y desventajas de este producto. Cloración
Para su desempeño óptimo, un sistema de desinfección con cloro debe operar con flujo en pistón y ser muy turbulento para lograr una mezcla inicial en menos de un segundo. El objetivo de un mezclado apropiado es el fomentar la desinfección al iniciar una reacción entre el cloro libre en la corriente de solución de cloro con el nitrógeno amoniacal. Esto previene que concentraciones elevadas de cloro persistan y formen otros compuestos clorinados. Otro proceso importante que contribuye a una desinfección óptima es el contacto. La cámara de contacto debe ser diseñada con vértices redondeados para prevenir áreas sin circulación y deflectores que minimicen el flujo en corto circuito. Este
27
diseño proporciona un tiempo de contacto adecuado entre los microorganismos y el cloro a una concentración mínima durante un periodo de tiempo específico. El grado de desinfección requerido de cualquier sistema de desinfección por cloración puede ser obtenido mediante la variación de la dosis y el tiempo de contacto. La dosis de cloro varía con base en la demanda de cloro, las características del agua residual y los requisitos de descarga del efluente. La dosis generalmente tiene un rango de 5 a 20 miligramos por litro (mg/L). La Tabla 2 describe algunas de las características del agua residual y su impacto en la cloración. Hay otros factores que aseguran condiciones óptimas de desinfección; estos incluyen la temperatura, la alcalinidad y el contenido de nitrógeno.
Descloración Luego de la desinfección el cloro residual puede persistir por muchas horas en el efluente. La mayoría de los gobiernos estatales no permiten el uso del cloro cuando se hacen descargas a aguas receptoras en estado natural debido a sus efectos en las especies acuáticas, a menos que se minimicen estos efectos, para lo cual debe hacerse la descloración del agua residual. La descloración es el proceso de remoción de los residuos libres y combinados de cloro para reducir la toxicidad residual luego de la cloración y antes de su descarga. El dióxido de sulfuro, el bisulfito de sodio, y el metabisulfito de sodio son los compuestos comúnmente usados como químicos de descloración. El carbón activado también ha sido utilizado. El total del cloro residual puede ser normalmente reducido a un nivel no tóxico a la vida acuática. Los sistemas de cloración/descloración son más complejos de operar y mantener que los sistemas de cloración.
Tratamiento con Ozono
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Además de las infecciones debidas a contaminantes orgánicos o bióticos, existen numerosos compuestos inorgánicos (físicos, químicos o radiactivos), transportados por las aguas de los abastecimientos, que provocan diversas enfermedades, constituyendo un problema de Salud Pública. Así pues, el agua que utilizamos para el consumo humano ha de pasar previamente por un proceso de potabilización que elimine los agentes perjudiciales para la salud. Las técnicas de ozonización, por su gran eficacia desinfectante y escasa residualidad, son utilizadas en el tratamiento de aguas potables desde hace décadas, tanto en Europa como en América. De hecho, las ETAP de los embalses de Valmayor y Santillana, del Canal de Isabel II de Madrid, utilizan la ozonización en una de sus etapas de potabilización. Algunas ventajas de la utilización de este sistema son: -
Eliminación de Bacterias, Virus, Hongos, Protozoos y Parásitos.
-
Diseñado para Higiene Alimentaria (APPCC).
-
Tratamientos integrales de Legionela.
-
Elimina olores y sabores.
-
Acción desinfectante del agua.
-
Eliminación del biofilm en tuberías, torres de refrigeración, balsas de humectación, etc.
-
Elimina la flora microbiana de productos frescos.
-
Lavado y eliminación de gases tóxicos, nocivos, peligrosos y mal olientes.
-
Desinfección de productos en industrias conserveras.
Como se muestra en la figura 4 al utilizar Ozono para el tratamiento de agua se requiere la previa filtración de la misma, es por esta razón que se emplea un filtro que
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permite que el agua pase al generador de ozono con la menor cantidad de sólidos y cloro.
30
Ozono Almacenamiento Filtro a Presión
31
Figura 4: Potabilización de Agua con Ozono. Fuente: Elaborado por el autor
El generador de Ozono tiene un alto consumo de electricidad debido a que es por el alto voltaje que es capaz de generar el proceso para la producción de O3. Tratamiento con Ósmosis Inversa y Luz Ultravioleta:
La Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. Su nombre proviene de "osmosis", el fenómeno natural por el cual se proveen de agua las células vegetales y animales para mantener la vida. En el caso de la Osmosis, el solvente (no el soluto) pasa espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semipermeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energía, originada en la diferencia de concentraciones. El solvente pasará en el sentido indicado hasta alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solución más concentrada, energía en forma de presión, el flujo de solvente se detendrá cuando la presión aplicada sea igual a la presión Osmótica Aparente entre las 2 soluciones. Esta presión Osmótica Aparente es una medida de la diferencia de energía potencial entre ambas soluciones. Si se aplica una presión mayor a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir en el sentido inverso. Se trata de la Osmosis Inversa. El flujo de solvente es una función de la presión aplicada, de la presión osmótica aparente y del área de la membrana presurizada. Los componentes básicos de una instalación típica de osmosis inversa consisten en un tubo de presión conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma continua el fluido a tratar a los tubos de presión, y, además, es la encargada en la práctica de suministrar la presión necesaria para producir el proceso. Una válvula reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma
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dentro de los elementos (se denominan así a las membranas convenientemente dispuestas). Hoy en día, hay 3 configuraciones posibles de la membrana: el elemento tubular, el elemento espiral y el elemento de fibras huecas. Más del 60% de los sistemas instalados en el mundo trabajan con elementos en espiral debido a 2 ventajas apreciables: - Buena relación área de membrana/volumen del elemento. - Diseño que le permite ser usado sin dificultades de operación en la mayoría de las aplicaciones, ya que admite un fluido con una turbiedad más de 3 veces mayor que los elementos de fibra hueca. Este elemento fue desarrollado a mediados de la década del 60, bajo contrato de la oficina de aguas salinas. En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y producción.
-
Hay razones para justificar esta creciente supremacía, ya que la osmosis inversa reúne características de excepción, como:
-
Permite remover la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%).
-
Remueve los materiales suspendidos y microorganismos.
-
Realiza el proceso de purificación en una sola etapa y en forma continua.
-
Es una tecnología extremadamente simple, que no requiere de mucho mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.
-
El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de energía.
-
Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad
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excepcional en cuanto al tamaño de las plantas: desde 1 m 3/día, a 1.000.000 m3/día. La osmosis inversa puede aplicarse en un campo muy vasto y entre sus diversos usos podemos mencionar: - Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones. - Tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminación y/o recuperación de compuestos valiosos reutilizables. - En la industria de la alimentación, para la concentración de alimentos (jugo de frutas, tomate, leche, etc.). - En la industria farmacéutica, para la separación de proteínas, eliminación de virus, etc. Luz Ultra Violeta La desinfección de agua por radiación ultravioleta UV es un procedimiento físico, que no altera la composición química, ni el sabor ni el olor del agua. La seguridad de la desinfección UV está probada científicamente y constituye una alternativa segura, eficaz, económica y ecológica frente a otros métodos de desinfección del agua, como por ejemplo la cloración. La radiación UV constituye una de las franjas del espectro electromagnético y posee mayor energía que la luz visible. La irradiación de los gérmenes presentes en el agua con rayos UV provoca una serie de daños en su molécula de ADN, que impiden la división celular y causan su muerte. La luz ultravioleta, a la onda germicida de 253.7 nanómetros, altera el material genético (DNA) en las células para que los microbios, virus, mojo, alga y otros microorganismos no puedan reproducirse. Los microorganismos están considerados muertos y se les elimina el riesgo de enfermedad. La principal aplicación de los equipos UV es la desinfección de agua. Cualquier industria que utilice agua en su proceso industrial es susceptible de usar estos
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equipos. Los equipos UV también están indicados para tratamientos de superficies y aire. Ventajas: -
El UV no genera subproductos de desinfección como trihalometanos (THM) y bromato, que son considerados cancerígenos.
-
El UV no altera el sabor, olor, color y pH del agua.
-
El UV no requiere la adición de productos químicos. El UV es un equipo compacto, fácil de instalar y casi no requiere mantenimiento
-
Por otro lado, los sistemas de desinfección domésticos de bajo costo que ofrecemos, solucionan con éxito los problemas de agua del
-
Provee desinfección sin el uso de químicos
-
Reduce bacteria, virus y protozoa en un 99.99%
-
Arranques electrónicos proveen un voltaje estable
-
Avisa cuando requiere mantenimiento
-
Fabricado en acero inoxidable 304 pulido
-
Fácil de operar y mantener
Las aplicaciones a las que están destinadas los equipos se enumeran a continuación: Aplicaciones -
Agua de pozo
-
Agua superficial
-
Agua municipal
-
Procesamiento de alimentos
-
Hospitales
-
Acuacultura
-
Electrónicos
-
Farmacéuticos
-
Hoteles
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-
Embotelladoras de agua
Una vez pasado el agua por un tratamiento primario, ésta se potabiliza mediante un tratamiento compuesto por un filtro a presión, un equipo de ósmosis inversa, una lámpara de luz UV para luego ser almacenada y estar lista para el consumo. En la figura 5 se aprecia un esquema de éste proceso.
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UV Ósmosis Inversa Almacenamiento Filtro a Presión
Figura 5: Potabilización de agua con Ósmosis Inversa y Luz Ultravioleta. Fuente: Elaborado por el autor.
Costos Asociados a Sistemas de distribución y disposición de Agua
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Álvaro Palacios Ruíz alega: “…la infraestructura de los servicios sanitarios representa aproximadamente el 20% del costo total de un urbanismo” (p. 24-25).
Cuadro 1. Costo directo de construcción de un urbanismo residencial en el área Metropolitana de Caracas (1998-2000)
Actividad Principal
Monto Actividad
% Del Costo
Costo Unitario
(Bs)
Total Obra
(Bs/m2)
1.605.000.000,00
40,47
4.864,00
Sistema de Acueductos
165.000.000,00
04,16
500,00
Sistema de Cloacas
91.000.000,00
02,30
276,00
Sistema de Drenajes
547.000.000,00
13.79
1.658,00
Obras
173.000.000,00
04,36
524,00
Obras Civiles Teléfonos
110.000.000,00
02,77
333,00
Instalaciones Eléctricas
157.000.000,00
03,96
476,00
Movimiento de Tierra
Civiles
Electricidad
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Sistema Gas Directo
39.000.000,00
00,98
118,00
Aceras y Brocales
158.000.000,00
03,98
479,00
Pavimento Asfáltico
243.000.000,00
06,13
736,00
Reforestación Taludes
178.000.000,00
04,49
539,00
Construcción Parques
95.000.000,00
02,40
288,00
Arborización Parques
20.000.000,00
00,50
61,00
Señalización Vial
12.000.000,00
00,30
36,00
Planta de Tratamiento de Aguas Negras
90.000.000,00
02,27
273,00
Acueducto Externo
283.000.000,00
07,14
858,00
3.966.000.000,00
100,00
12.019,00
Costo Total
Tomado de Álvaro Palacios Ruíz, (p. 24-25).
Según la información suministrada por el cuadro anterior la suma de la construcción de la Planta de Tratamiento y el Acueducto Externo arroja un resultado de 1131,00 Bs/m2 y se aprecia que éste comprende un porcentaje alto en relación a los distintos tipos de obras que se llevan a cabo en la construcción de un urbanismo.
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Sistemas de Recirculación de Agua
El costo del agua está aumentando constantemente, se espera que el precio del agua potable pronto se doble. Muchos procesos industriales requieren del agua pero no necesariamente un agua tratada, por lo que la reutilización de aguas servidas tratadas ofrece una alternativa para las industrias que permite ahorrar este preciado recurso y su recirculación utilizando la misma agua de la industria que dependiendo de su funcionamiento existen varias opciones para el reciclaje del liquido: -
La industria de procesamiento de alimentos y bebida requiere una enorme cantidad de agua. Uno de los principales problemas es la cantidad de agua residual continuamente producida en las plantas de tratamientos. El agua es usada como ingrediente, agente de limpieza, para hervir y enfriar, para transportar y acondicionar las materias primas. El agua de proceso usada en la industria de la alimentación (contenido de sal medido por la conductividad eléctrica < 3.000μS/cm y DQO<700 mgO2/l) puede ser desalinizada y los compuestos orgánicos pueden ser eliminados para alcanzar los requerimientos de calidad necesarios para que el agua pueda ser reutilizada. Los estándares de la industria de la alimentación especifican que el agua de proceso que se pretende reutilizar (incluso si es para limpieza) debe ser al menos de igual calidad que el agua potable.
-
Para el vertido de aceites minerales en las aguas superficiales y sistemas residuales, la mayoría de los gobiernos tienen requerimientos especiales para la calidad del agua residual. La resolución holandesa para vertidos, por ejemplo,
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permite una concentración máxima de 20 mg/l de aceite mineral, y 100 mg/l de partículas no resueltas. Por medio de un separador de agua-aceite, una gran cantidad de aceite puede ser eliminada del agua residual. Sin embargo, las soluciones agua/aceite químicamente estables deben ser tratadas de una manera especial. Estas soluciones pueden ser purificadas por medio de filtración de membrana (ultrafiltración). Para eliminar los compuestos orgánicos que permanecen en el filtrado se puede usar ozono. Las investigaciones muestran que el pre-tratamiento con ozono hace posible la reutilización del filtrado de la ultrafiltración como agua de proceso. -
La producción en la horticultura de invernadero en Europa todavía no es tan eficiente en el aprovechamiento del agua como podría ser. Los sistemas de crecimiento sin suelo (cultivos hidropónicos) se están volviendo comunes en la horticultura de la mayoría de los países europeos, aunque aún no a gran escala en todos los países. Las ventajas de los sistemas de crecimiento sin suelo frente a los cultivos que crecen en el suelo son:
-
El crecimiento y la cosecha son independientes del tipo de suelo del área de cultivo;
-
Mejor control del crecimiento mediante el uso de agua de mejor calidad y una mejor fertilización;
-
Incremento de la calidad de los productos;
-
Operación libre de patógenos mediante el uso de sustratos diferentes al suelo y/o control más fácil de los patógenos del suelo. En la mayor parte de los casos se adoptan sistemas abiertos o de dejar correr el
agua. En tales sistemas abiertos, la solución nutriente que sobra se lava libremente al suelo y aguas superficiales. Por motivos económicos y ambientales se pueden aplicar
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sistemas cerrados sin suelo. Estos sistemas cerrados son más eficientes con el uso de agua y fertilizantes, y provocan menor daño al medio ambiente. La desventaja de los sistemas cerrados es el riesgo de una dispersión rápida de los patógenos del suelo debido a la recirculación de la disolución nutriente. Para eliminar estos patógenos, se pueden usar diversos métodos de desinfección. El tratamiento con ozono puede ser usado para desinfectar el agua de drenaje. El ozono es el segundo esterilizante más potente que se conoce y su función es la destrucción de las bacterias, virus y olores. Un aporte de 10 gramos de ozono por hora y metro cúbico de agua es suficiente para matar todos los patógenos. Otra forma de desinfectar el agua de drenaje es el uso de radiación UV. La radiación ultra violeta (o UV) es un proceso demostrado para la desinfección del agua, aire y superficies sólidas contaminadas microbiológicamente. Para eliminar las bacterias y los hongos se recomienda una dosis energética de 100 mJ/cm 2. Para los virus se recomienda una dosis de 250 mJ/cm2. Cuando se aplica un tratamiento por calor, una solución se calienta durante 30 segundos a una temperatura de 95˚C. A esta temperatura se mata a todos los patógenos. Una desventaja del tratamiento por calor es el consumo de gas. También el agua templada de drenaje contiene menos oxígeno. -
Escasez de agua, deterioro de la calidad del agua y las restricciones medio ambientales, han conducido a un creciente interés en muchas partes del mundo por el tratamiento de las aguas residuales. El principal problema en el reciclaje de aguas residuales son los requerimientos de calidad del agua, que cada vez son más estrictos, y el coste asociado con conseguir dicha calidad. La reutilización de agua para la agricultura es muy ventajosa porque los tratamientos de aguas residuales son a menudo moderados, las aguas residuales contienen nutrientes para las plantas y el suelo, las zonas agrícolas pueden estar cerca de las plantas de tratamiento de aguas y se aumentan los ingresos mediante la venta de las
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cosechas.
Planta de Tratamiento para Aguas Servidas Una planta de tratamiento es un conjunto de equipos y dispositivos diseñados y construidos para remover, transformar o eliminar los contaminantes del agua residual, de tal manera, que permita su vertido sin degradar al ambiente. Los diversos procesos utilizados en el tratamiento del agua residual se fundamentan en los principios naturales físicos, químicos y biológicos del autodepuración de los cuerpos de agua. El tratamiento se realiza en espacios pequeños, unidades separadas y especificas para cada etapa de remoción o transformación y en menos tiempo que la autodepuracion. En una planta típica de tratamiento integral de aguas municipales, consta de cuatro procesos de tratamiento; Tratamiento preliminar, destinado a la eliminación de residuos fácilmente separables y en algunos casos un proceso de pre-aireación; Tratamiento primario que comprende procesos de sedimentación y tamizado; Tratamiento secundario que comprende procesos biológicos aerobios y anaerobios y físico-químicos (floculación) para reducir la mayor parte de la DBO; Tratamiento terciario o avanzado que está dirigido a la reducción final de la DBO, metales pesados y/o contaminantes químicos específicos y la eliminación de patógenos y parásitos.
Bases Legales
Artículo 83 de la Constitución Nacional (1999)
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La Salud es un derecho social fundamental obligación del estado, que lo garantizará como parte del derecho a la vida. El estado promoverá y desarrollará políticas orientadas a elevar la calidad de vida, el bienestar colectivo y el acceso a los servicios. Todas las personas tienen derecho a la protección de la salud, así como el deber de participar activamente en su promoción y defensa y el de cumplir con las medidas sanitarias y saneamiento que establezca la ley, de conformidad con los tratados y convenios internacionales suscritos y ratificados por la república. El presente, indica el deber del estado de mantener y resguardar el medio ambiente. Este proyecto abarca el diseño de una planta de tratamiento de aguas servidas para ser reutilizadas, por lo que cumple y sigue lo indicado en el artículo.
Artículo 28 de la Ley Penal del Ambiente: El que vierta o arroje materiales no biodegradables, sustancias, agentes biológicos o químicos, afluentes o aguas residuales no tratadas según la disposición técnica dictada por el ejecutivo nacional, objetos o desechos de cualquier naturaleza en los cuerpos de las aguas, sus riberas, cauces, cuencas, mantos acuíferos, lagos, lagunas o demás depósitos de agua incluyendo los sistemas de abastecimiento de agua capaces de degradarla, envenenarlas o contaminarlas, será sancionado con prisión de tres (3) meses a un (1) año y trescientos (300) a mil días de salario mínimo. La planta de tratamiento para aguas servidas permite que el afluente de la misma esté en condiciones aptas para ser vertidas en causes de cualquier tipo, sin embargo en el caso que se plantea en este proyecto dicho afluente estará apto para el consumo humano. Ley Penal del Ambiente:
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Artículo 36 El que construya obras o utilice instalaciones sin las autorizaciones y en contravención a las normas técnicas que rigen la materia, susceptibles a causar contaminación grave del medio lacustre, marino o costero será sancionado con arresto de tres (3) a seis (6) meses y multa de trescientos (300) a seiscientos (600) días de salario mínimo. Ya que el proyecto se basa en la construcción de una instalación sanitaria, al momento de ejecutarse deberá basarse en todas las normativas y procedimientos correspondientes y deberán manejar la permisología que indique la presente ley. Normas Sanitarias. Gaceta Oficial Nº 4.044 Extraordinario de la Gaceta Oficial de la República de Venezuela Año CXV – Mes XI Caracas; Jueves 8 de Septiembre de 1988 Nº 4.044. “Normas Sanitarias Para Proyectos, Construcción, Reparación, Reforma y Mantenimiento de Edificaciones”. Capítulo XXXIV De los sistemas particulares para el tratamiento y disposición de aguas servidas Artículos 497: La instalación de sistemas particulares para el tratamiento de aguas servidas a base de tanques sépticos se permitirá para aquellas edificaciones adecuado servicio de agua cuando no sea posible de dispones de un sistema cloacal en condiciones de prestar servicio de acuerdo a lo establecido en los artículos 100 y 101, y siempre que la disposición final de las aguas tratadas pueda realizarse sin constituir un peligro para la salud pública. Artículo 498: Cuando se emplee un tanque séptico deberá ubicarse en un sitio donde no ofrezca riesgo de contaminación a las fuentes de abastecimiento de agua para consumo humano donde permita una pendiente aceptable para la instalación de las cloacas de la edificación y demás elementos del sistema de disposición propuesto donde sea fácil su inspección, operación y mantenimiento, y donde resulte factible la disposición final de las aguas tratadas debiéndose guardar las distancias mínimas indicadas en la tabla 52.
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Artículo 499: Los tanques sépticos de forma rectangular se diseñaran de manera que su largo sea de 2 a 3 veces el ancho cualquiera que sea la forma del tanque, se recomienda que la altura útil desde el nivel del fondo hasta la superficie del líquido no sea menor de 1,20 m, ni mayor de 1,60 m. Artículo 500: La capacidad útil (volumen de líquido) de un tanque séptico se determinará de acuerdo con las siguientes cifras: a. Para viviendas: se calculará el número de personas a razón de dos ocupantes por dormitorio de 8,50 m2 o más y un ocupante dormitorio de menos de 6,50 m2. Con el total de personas se determinará el volumen útil de acuerdo con las tablas 48 y 49. b. Para oficinas: 0,07 m2 por cada 10 m2 de área útil del local. c. Para industrias: 0,10 m2 por obrero o empleado y por turno de trabajo de 8 horas. Las aguas residuales industriales se considerarán separadamente. d. Para escuelas (externados): 0,06 m2 por alumno. e. Para residencias estudiantiles y similares: 0,30 m3, por persona.
Artículo 501: Los tanques para plantas de tratamiento deberán ser estructuras impermeables y resistentes para soportar las cargas muertas y móviles o que puedan quedar sometidos, hechos de concreto o de ladrillos bien cocidos enlucidos anteriormente con mortero de cemento u otro material impermeabilizante. Artículo 502: Los tanques sépticos de una sola cámara deberán llenar, además los siguientes requisitos: a. La entrada y salida deberán hacerse por medio de tubos en forma de T de hierro fundido o de asbesto-cemento de 10 cm. (4”) de diámetro como mínimo, o mediante
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tabiques. El extremo inferior de la T o del tabique de entrada deberá quedar a un mínimo de 0,15 m, por debajo del nivel del líquido. El extremo inferior de la T o del tabique de salida deberá quedar a 40% de la profundidad del líquido por debajo de su nivel. b. El fondo del tanque séptico deberá tener pendientes del 10% hacia el punto de descarga o extracción de lodos. Donde las características topográficas del terreno lo permitan, la extracción de lodos podrá hacerse por gravedad; en caso contrario, se hará por la parte superior a través de la correspondiente boca de visita o limpieza. c. Todo tanque séptico estará provisto de una boca de visita de 0.60 m ubicada directamente encima del sitio donde convergen las pendientes en el fondo. d. En la losa de cubierta y encima de las T deberán proveerse tapas cuadradas o circulares de 0.30 m para la limpieza de dichas T. e. En caso de drenaje por gravedad, deberá usarse en el fondo tubería de 10 cm. a 15 cm. (4” a 6”) de diámetro, con pendiente mínima de 2% dotada de una llave de paso de cierre hermético.
La construcción de un tanque séptico puede ser estandarizado de acuerdo al siguiente cuadro, tomando en cuenta el número de habitantes para el que se desea diseñar el tanque. Cuadro 2. Medidas Recomendables para Tanque Séptico de dos Cámaras Persona
Volumen
Largo
Largo
s
útil
primera
segunda
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Ancho
Profundida
Cámara
d útil
de aire
26-30 31-35 36-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
m3 9.00 10.50 12.00 15.00 18.00 21.00 24.00 27.00 30.00
cámara L1 m 2.45 2.75 2.80 3.15 3.25 3.50 3.85 4.20 4.20
cámara L2 M 1.20 1.30 1.35 1.55 1.60 1.70 1.85 2.00 2.10
A m 1.70 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.70 2.80 3.00
P m 1.50 1.50 1.50 1.50 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60
C m 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
NOTA: Si en la vivienda se instalan trituradores de desperdicios, lavadoras automáticas de ropas y otros artefactos similares que incrementen la cantidad de aguas servidas, los volúmenes indicados en estas Tablas deberían incrementarse en un 60%. (20% por los primeros y 40% por los segundos).
Artículo 504: Cuando se considere conveniente construir un tanque séptico de características distintas a lo establecido en este capítulo, el proyecto deberá ser sometido a la consideración de la autoridad sanitaria competente. Artículo 505: En edificaciones tales como hospitales, hoteles, restaurantes, estaciones de servicio y otros donde se produzca mucha grasa, deberán instalarse trampas o separadores de grasa a fin de evitar que ésta pase a los tanques de la planta de tratamiento. Estas trampas deberán diseñarse y construirse de conformidad a lo previsto en el capítulo correspondiente de estas normas. Artículo 506: Los métodos de disposición del afluente del séptico podrán ser: sumideros, zanjas de absorción, zanjas filtrantes, filtros de arena superficiales y filtros de arena subsuperficiales. Artículo 507: La descarga del efluente del séptico deberá hacerse en forma tal, que el líquido se distribuya uniformemente en el sistema de disposición, para cuyo fin deberán emplearse tanquillas de distribución. Artículo 508: Las tanquillas de distribución deberán ubicarse después del tanque séptico, en un lugar que permita la adecuada alternabilidad en el uso de las diversas zonas en que pueda estar dividido el sistema de disposición, de ser necesario, y la uniforme distribución del efluente, así como también la limpieza de las mismas.
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Artículo 509: las tuberías de distribución al sistema de disposición deberán instalarse a un mismo nivel dentro de la tanquilla, con su rasante a una altura de dos a cinco centímetros por encima del fondo. Artículo 10: podrán usarse tanquillas de distribución de forma rectangular, cuadrada o circular siempre que la menor dimensión transversal no sea inferior a 0.60 m, de acuerdo a los modelos insertos en el apéndice 57. Artículo 11: cuando en instalaciones importantes el efluente del tanque se disponga por métodos distintos al de los sumideros, se colocará un tanque dosificador con un sifón automático a fin de obtener una descarga intermitente y una distribución uniforme del afluente en el sistema de disposición seleccionado. Todos los parámetros de diseño del proyecto, en cuanto a tanquillas de distribución, tanques sépticos, instalaciones, sumideros o sistemas de tratamientos particulares, corresponden a todos los criterios establecidos en los artículos anteriores y se apegan rigurosamente a la presente ley. Sistema de Variables
Según Hurtado (2000) “La definición de variables consiste en anunciar las características del evento, especificando las relaciones entre dichas características, de modo tal que el resultado es una comprensión global y abstracta de lo definido” (p.143) Cuadro 3. Conceptualización de Variables Objetivo
Variable
Conceptualización
Describir la situación actual de Aragua de Maturín con respecto a los sistemas de cloacas existentes, con el objetivo de determinar la producción de
Situación Actual
Panorama actual en el sistema de cloacas en Aragua de Maturín
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aguas residuales y los volúmenes disponibles para uso industrial. Analizar el proceso industrial de la Frutícola para determinar las etapas del proceso y establecer los consumos y calidad de agua requeridos en cada una de ellas. Establecer los diferentes componentes de la planta de tratamiento según las características del agua requerida por la frutícola mediante la elaboración de los planos correspondientes. Elaborar el diseño de una planta de tratamiento de aguas servidas, para adecuar el agua tratada por las lagunas de oxidación de Aragua de Maturín
Proceso Industrial
Tipos de procesos que se llevan a cabo en la Frutícola.
Componentes
Tipos de elementos de la planta que determinará el funcionamiento de ésta.
Planta de Tratamiento
Sistema de tratamiento para aguas servidas.
Definición de Términos Básicos
Acometida: Enlace de una red de conducción ya sea eléctrico, de gas o de agua, entre otros, de una edificación con la red externa. En instalaciones eléctricas se usa “alimentación” y en sanitarias “aducción”. (Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión en Edificios de Viviendas, Carrasco Sánchez Emilio, P. 38) Agua potable: Llamamos agua potable al agua que podemos consumir o beber sin que exista peligro para nuestra salud. El agua potable no debe contener sustancias o microorganismos que puedan provocar enfermedades o perjudicar nuestra salud. (http://mimosa.pntic.mec.es/~vgarci14/agua_potable.htm.) Aguas servidas: Las aguas servidas o aguas negras son los desechos líquidos provenientes del uso doméstico, comercial e industrial. Llevan disueltas o en suspensión una serie de materias orgánicas e inorgánicas. Provienen de la descarga de sumideros, fregaderos, inodoros, cocinas, lavanderías (detergentes), residuos de origen industrial (aceites, grasas, curtiembres, etc.). Donde existen sistemas de 50
alcantarillado todas confluyen a un sistema colector de aguas cloacales, que debería terminar en una planta de tratamiento. (http://www.peruecologico.com.pe/lib_c26_t04.htm) Bacteriológicos: ensayo hechos al agua para comprobar o destacar la cantidad de bacterias presentes en el agua destinada al consumo. (http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.) Bombeo: Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. (http://es.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_de_bombeo) Captación del Agua: Es la acción de recolectar y almacenar agua de una variedad de fuentes para uso benéfico. (http://ag.arizona.edu/azaqua/AquacultureTIES/publications/Spanish %20WHAP/GT3%20Water%20Harvesting.pdf ) Caudal: En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. (http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)) Conducción: Se denomina obras de conducción a las estructuras que transportan el agua desde la captación hasta la planta de tratamiento o a un reservorio. (http://www.uns.edu.pe/civil/bv/descarga/reglamentos/Capta_Agua.htm) Consumo: Cantidad de agua marcada por un hidrómetro que indica la medida mensual de agua gastada por un abonado. (http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.)
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Distribución: Esta actividad es la que se lleva a cabo desde la salida de agua de los tanques de almacenamiento hasta las conexiones a cada uno de los abonados. (http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.) Rebombeo: El agua que previamente se ha bombeado de un pozo o naciente se vuelve a bombear para trasladarla a otro sitio generalmente de almacenamiento. (http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.) Sobrepresión: Presiones mayores a las presiones de trabajo en las tuberías o accesorios de las redes. (http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.) Tratamiento:
Proceso
que
se
le
da
al
agua
para
(http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
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hacerla
potable.
Este capítulo se refiere a la manera como se llevará a cabo metodológicamente la investigación, los procedimientos, las técnicas de investigación, la población, los procedimientos para la recolección de información, procesamiento de información recolección y tabulación de datos para abordar el objetivo principal de la investigación.
Modalidad de la Investigación
La modalidad de la investigación es de fuentes mixtas, de campo y documental, Hurtado (2000) señala que “el diseño de la investigación hace explícito los aspectos operativos de la misma se refiere a donde y cuando se recopila la información así como la amplitud de la información recopilada” (p. 215) por lo que se recogen del mismo lugar de los hechos los datos necesarios para realizar la evaluación planteada, con el objeto de compararlos con otros estudios llevados a cabo sobre el tema. Según el planteamiento de Hurtado el presente trabajo de investigación es de campo debido a que fue necesario realizar visitas en la localidad donde las muestras fueron tomadas y recolectadas, registrando ordenadamente según las datos obtenidos en la visita. Es de tipo documental porque se soporta a la recopilación y análisis de información para la selección de estrategias y actividades relacionadas con la ejecución que permitieron alcanzar decisiones deseadas y adecuadas con el uso de referencias y antecedentes investigativos que sirvieron como documentos para el desarrollo del proyecto. Tipo de Investigación
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La investigación es de tipo proyectiva, ya que se plantea la elaboración de un Diseño de un Sistema de Abastecimiento de Agua para Uso Industrial Utilizando Aguas Servidas Tratadas en Aragua de Maturín, Municipio Piar, Estado Monagas que propone una solución viable para resolver la problemática de abastecimiento de agua en la población. Según Hurtado J. (2000) explica: “En este tipo de investigación el investigador pretende sustituir un estado de cosas actual, por otro estado de cosas deseado. La investigación proyectiva se inicia con las fases exploratorias y descriptivas, pero no se limita a eso, intenta además proponer y cambiar”
Operacionalización de Variables La operacionalización de las variables es un elemento que da un gran aporte al desarrollo de la investigación. Según Hurtado “la operacionalización es un proceso que le permite al investigador identificar aquellos aspectos perceptibles de un evento, que hacen posible dar cuenta de la presencia o inmensidad de este.” (p. 135). La operacionalización de variables, es fundamental porque a través de ella se precisan los aspectos y elementos que se quieren conocer, cuantificar y registrar con el fin de llegar
a
conclusiones.
En
el
cuadro
siguiente
observa
el
proceso
operacionalización de las variables para esta investigación. Cuadro 4. Operacionalización de Variables Variable Situación Actual Proceso Industrial
Dimensión Sistema de recolección
Indicador Unidades de descarga
Procesamiento de Frutas
Sistema de Descarga Lavado
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de
Cortes y Descasques Despulpado Envasado y Sellado Componentes
Elementos de la Planta
Congelamiento Estructuras de Entrada Rejillas
Planta de Tratamiento
Tipo de Sistema
Desarenadores Tratamiento Primario Tratamiento Secundario Tratamiento Terciario
Técnicas e Instrumentación y Recolección de datos
Según Arias (1997) los instrumentos de recolección son las distintas formas o maneras de obtener la información”. (p. 355) Para llevar a cabo esta investigación se aplicaron diversas técnicas de recolección de datos. La selección de las técnicas y recolección de datos implica determinar con que procedimiento se obtuvo
la
información que se necesita para llevar a cabo la investigación. Para la presente investigación las técnicas que se utilizaron son: la entrevista no estructurada, revisión documental y la observación directa. Hurtado (2002), define la observación como: “Un proceso de atención, recopilación, selección y registro de información para el cual el investigador se apoya en sus sentidos”. (p. 449). Se empleó esta técnica ya que está basada en escuchar y mirar algo con atención, esta se convierte en técnica científica, cuando responde a un objeto de investigación bien formulado, cuando es planificada y sigue criterios de confiabilidad y validez. Con esta técnica el investigador obtuvo una visión real y amplia que permitió definir los datos principales en la investigación. Por otra parte se utilizó la entrevista, que permitió la comunicación con el personal del consultorio objeto de estudio, Hurtado la define como: “una especie de 55
interrogatorio en el cual las preguntas se formulan a diferentes personas, manteniendo siempre el mismo orden y con los mismos términos” (p. 451). En la entrevista se desea obtener la opinión del entrevistado con respecto al estado actual del sistema, los objetivos de la investigación, los objetivos personales y los procedimientos informales. En la presente investigación la entrevista será de tipo No Estructurada, Tamayo (2000) la define como: “aquella en la que la pregunta puede ser modificada y adaptarse a las situaciones y características particulares del sujeto. El investigador puede seguir otras pautas al preguntar”. (p. 125). El autor sugiere que las entrevistas no estructuradas, son las que no siguen un patrón de preguntas para la recolección de datos; por consiguiente estas permitieron conocer el manejo de los procesos establecidos en la Frutícola donde la entrevista se les realizará a los trabajadores. Con respecto a la revisión documental, Hurtado (2002) señala que: “ Es el proceso mediante el cual un investigador recopila, revisa, analiza, selecciona y extrae información de diversas fuentes, acerca de un tema en particular, con el propósito de llegar al conocimiento y compresión más profundo del mismo” (p. 90). La autora propone que la revisión documental y bibliográfica del presente proyecto estará sustentada por el uso de fuentes secundarias: libros, revistas del ámbito de informática entre otros. Además, de otras fuentes de documentación primaria como los trabajos y ponencias realizados por expertos relacionados con esta investigación.
Técnicas de Análisis de Datos
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Hurtado (2000), establece, con relación a las técnicas de análisis de los datos obtenidos, lo siguiente:
El análisis, constituye un proceso que involucra la clasificación, el procesamiento y la interpretación de la información obtenida durante la recolección de datos. La finalidad del análisis es llegar a conclusiones específicas en relación al evento de estudio, y de dar respuesta a la pregunta de investigación… (p. 505).
Por tal motivo, para realizar el análisis de los datos recopilados se utilizaron la técnica de análisis de contenido, para lo cual el autor anteriormente citado expone, que la misma “integra diversos recursos que permiten abordar los eventos de estudio, hechos, situaciones, textos, autores, video, cine, con el interés de profundizar en su comprensión” (p.506). De acuerdo a lo expresado se procedió a clasificar, procesar e interpretar la información a través de la determinación de la fuente de los datos y la muestra para el análisis. A su vez en la investigación, se aplicó el análisis descriptivo a los datos obtenidos.
CAPÍTULO IV RESULTADOS
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Situación Actual del Sector La Bomba de Aragua de Maturín con Respecto a los Sistemas de Cloacas Existentes.
El sector La Bomba se encuentra ubicado en la población de Aragua de Maturín, Municipio Piar, Estado Monagas, su principal actividad económica es la agricultura y la ganadería, cuenta con una población de aproximadamente 800 habitantes y un índice de crecimiento poblacional anual de 2.5%, su abastecimiento de agua no cumple de manera correcta su funcionamiento, debido a falta de mantenimiento. Sin embargo existe un pozo ubicado en terrenos de la frutícola, donde se encuentra un llenadero de camiones cisternas destinado a abastecer de agua al sector. Este pozo se utiliza también para dotar de agua a la Frutícola CASA S.A. la cual es la única industria ubicada en la zona. En lo que respecta al sistema de aguas servidas en el sector, este no es suficiente y adicionalmente no se posee ningún sistema de tratamiento que permita la descarga de dichas aguas evitando la contaminación al ambiente y atenta con la salud de sus habitantes. Según el análisis realizado a través de la revisión documental y de campo la distribución de aguas servidas en la zona está dividido en dos redes, una red principal que pertenece a la misma red del Pueblo de Aragua de Maturín a la cual solo el 15.62% de la población del sector La Bomba se encuentra empotrada y descarga sin ningún tipo de tratamiento a un cauce ubicado en la zona céntrica de la población, que corresponde a la red principal, el 26.25% son viviendas que no posee ningún tipo de servicios de cloacas y un 58.13% se encuentra empotrada a una red que descarga en un tanque séptico ubicado en el sector, el cual no recibe el mantenido adecuado y una descarga para la cual fue diseñado ya que no cumple con los parámetros que determinan su buen funcionamiento, debido a que sus dimensiones son de 7,48 de
58
largo por 7,20 de ancho. Según las Normas Sanitarias para Edificaciones, Capítulo XXXIV, Artículo 499, señala que: “Los tanques sépticos de forma rectangular se diseñaran de manera que su largo sea de 2 a 3 veces el ancho. Cualquiera que sea la forma del tanque se recomienda que la altura útil desde el nivel del fondo hasta la superficie del líquido no sea menor de 1.20 metros, ni mayor de 1.60 metros.” En la figura 6 se representa la distribución actual de la red de aguas servidas del Sector La Bomba y la ubicación de la planta de tratamiento de aguas servidas y la Frutícola.
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Figura 6: Distribución de la red de aguas servidas, viviendas empotradas a ellas y ubicación de la planta de tratamiento. Fuente: Elaborado por el autor.
La planta de tratamiento de aguas servidas que comprende al tratamiento primario, se ubicó cerca del tanque séptico que actualmente se encuentra operando para tomarlo como parte de la planta que se proyecta para el sector La Bomba a una distancia de 500 metros de la Frutícola.
Cálculo de Dotaciones Para el cálculo de dotación se toma en consideración que en el sector La Bomba no existe un servicio con medidores de agua y se aplica la dotación de 400 LPD por cada habitante ya que la población del sector es menor a 20.000 habitantes. Cuadro 5 Dotación según normas INOS Población
Servicio con medidores
Servicio sin medidores
Lts/persona/día
Lts/persona/día
Hasta 20.000 habitantes De 20 a 50.000 habitantes
200 250
400 500
Más de 50.000 habitantes 300 600 Fuente: Abastecimiento de Agua. Teoria & Diseño. Tomado de Arocha (1980) Pág. 4 CUADRO 3
Según Arocha, (1980): “estos rangos de valores permiten flexibilidad en la estimación, por lo cual el criterio y buen juicio en la selección de este factor es elemento importante para un buen diseño”.
Tomando en consideración las
referidas normas para la zona de estudio”, se estimó una dotación 400 lts/día/persona.”
El cálculo de la población a atender en un período de diseño de 30 años se realizó 60
bajo la modalidad del método de crecimiento geométrico de la población, para ello utilizamos la siguiente ecuación. Pf= Pi*(1+r)n Pf: población final Pi: Población inicial. r: Tasa promedio anual de crecimiento (2,5%). Pf = 620personas x (1 + 0.025)30= 1300.49 ≈ 1301 habitantes
El número de habitantes proyectado en el sector La Bomba para un período de 30 años es de 1301 habitantes por 400 LPD establecidos por la norma para una dotación sin medidores de agua el resultado obtenido se muestra en el cuadro 6. Cuadro 6 Proyección de la Población 2040 POBLACIÓN
HABITANTES
DOTACIÓN (lts/día)
DOTACIÓN (lts/día)
1301
400
520.400
La Bomba
La dotación total calculada para el año 2040 es de 520.400 lts/día con la que se pudo determinar el caudal de diseño de la planta de tratamiento siguiendo los siguientes parámetros: La dotación total para el consumo general:
520.400 lts/día
Conocida la dotación total para el consumo general del sector, se calculará el caudal medio de la siguiente manera:
Qmed=
1301h ab x 400 LPD =6,02 LPS 86400 sg
Qmax=Qmed x k
61
K: Coeficiente que en función de la población contribuyente Qmax=6.02 LPS x 3=18,06 LPS
El caudal máximo de diseño es de 18,06 LPS, éste es el caudal en potencia con que se cuenta para abastecer la Frutícola. Ubicación de la Planta de Tratamiento La planta de tratamiento de aguas estará dividida en dos etapas, una primera etapa destinada para la planta de tratamiento de aguas servidas que se dispondrá al Suroeste del sector La Bomba, ésta etapa estará compuesta por dos Tanques Imhoff, dos Biopercolador, dos Sedimentadores Secundarios y una Cámara de Desinfección; Estos elementos se instalarán en un área estimada de una (1) hectárea de terreno. La segunda etapa corresponde a un tratamiento de potabilización que consta de un Filtro a Presión y un equipo de Ozono que se dispondrán dentro del área de la planta frutícola para luego ser almacenada. En el cuadro 7 se muestra una comparación de cotas con respecto al nivel altimétrico entre el sitio estudiado para la ubicación de planta de tratamiento y la Frutícola ubicada a 500 metros de la planta de tratamiento de aguas servidas. Cuadro 7: Comparación de Cotas, Entre la Ubicación de la Planta de Tratamiento y la Disposición Final del Agua Tratada (Frutícola). Planta de Tratamiento 256* (*) Punto más alto.
Frutícola 237**
Distancia 500,00 mt
(**) Punto más bajo.
La diferencia de cotas es de 19 metros de altura del terreno de ubicación de la planta de tratamiento de aguas servidas con respecto a la Frutícola, lo que indica que
62
la planta estará a un nivel más alto y esto beneficia el proceso de la planta ya que genera la suficiente pendiente para abastecer a la Frutícola que se encuentra a un nivel más bajo. Análisis Industrial de la Planta Frutícola La Planta Procesadora de frutas ubicada en el sector La Bomba de Aragua de Maturín inicia sus operaciones en el año 2005 bajo el respaldo de la Corporación de Abastecimiento y Servicios Agrícolas (CASA), esta planta tiene la capacidad para procesar frutas como mango, lechoza, guayaba, parchita, tamarindo, fresa y durazno con altos estándares de calidad. Su misión es servir a los venezolanos, contribuir con la generación de empleos directos e indirectos y llevar productos al mercado nacional. Las principales fuentes de abastecimiento de materia prima para la planta, proceden de todo el Estado Monagas, en extensiones de siembras calculadas en aproximadamente 1500 hectáreas, que equivalen a un abastecimiento permanente de 10.800 toneladas anuales. La Frutícola genera un total de 70 empleos directos y está instalada sobre un área de 86.000m2 de los cuales 15.000 están completamente construidos. Su capacidad de procesamiento se ubica en 50.000 Kilos diarios, divididos en dos líneas de producción, una que procesa frutas para obtener pulpas pasteurizadas y congeladas, en envases metálicos de 180 Kilos y otra para manufacturar pulpas de frutas. El abastecimiento de agua de la Frutícola proviene directamente de un pozo perforado de 14 pies con una capacidad para producir 14 LPD, éste recurso es de vital importancia para el desarrollo del proceso industrial que se lleva a cabo en esta planta, sin embargo, el mismo pozo, como ya se menciono, es utilizado para abastecer a parte del sector La Bomba que carece del suficiente suministro de agua que le corresponde. El proceso industrial que se lleva a cabo en la Planta Frutícola requiere de 37.860
63
LPD y que la calidad de agua alcance los niveles mínimos de calidad para que esta pueda ser utilizada en el procesamiento de las frutas, según las Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos, del decreto 883. Artículo 3°. Las aguas se clasifican en: Tipo 1: Aguas destinadas al uso doméstico y al uso industrial que requiera de agua potable, siempre que ésta forme parte de un producto o sub-producto destinado al consumo humano o que entre en contacto con él, es decir, el agua Tipo 1 es el agua que se encuentre apta para ser consumida por el hombre, de manera directa o indirectamente a través del consumo de alimentos. Sub-Tipo 1A: Aguas que desde el punto de vista sanitario pueden ser acondicionadas con la sola adición de desinfectantes. El agua 1A es aquella que requiere de algún acondicionador como el cloro, para que esta pueda ser consumida por el hombre. Cuadro 8 Características del agua 1A Límite o rango máximo mayor de 4,0 mg/l (*) 6,0 - 8,5 Menor de 50 U Pt-Co Menor de 25 UNT Menor de 1,7 mg/l Promedio mensual menor a 2000 NMP por cada 100 ml.
Parámetro Oxígeno disuelto (O.D) PH Color real Turbiedad Fluoruros Organismos Coliformes Totales
(*) Este valor también se podrá expresar como porcentaje de saturación, el cual debe ser mayor de 50%. Tomado de Abastecimiento de Agua. Teoria & Diseño. Arocha (1980) (p. 11).
El agua consumida actualmente por la Frutícola es de Tipo 1A cuyas características mostradas en el cuadro 8 es un agua que necesita de un tratamiento de acondicionamiento para poder ser consumida. En el caso de la Frutícola es adecuada el agua mediante la implementación de cloro. 64
Proceso Industrial -Higiene y sanidad en planta: Naturalmente el sitio donde se vaya a realizar la desinfección debe estar ordenado e higienizado. Esta limpieza del sitio se inicia con la ordenación de los elementos presentes. Se elimina todo el sucio presente en el piso y áreas vecinas como techos, paredes, puertas, rejillas y sifones. Esta limpieza se realiza comenzando por las áreas altas (techo) e ir bajando hasta terminar en el piso y los sifones. Sigue un jabonado con detergentes o jabones que ablandan y retiran el sucio. Se termina con un enjuague a fondo. Si la operación ha sido bien hecha el aroma del ambiente debe ser a limpio. Además de las áreas, debe existir la higienización de los operarios, material y equipos que entraran en contacto con la fruta. Entonces las operaciones explicadas antes se repiten con el mismo cuidado para guantes y botas de operarios y equipos. -Recepción de la Materia Prima: Esta es una operación que reviste una importancia grande en cualquier actividad productiva industrial. Consiste en recibir del proveedor la materia prima requerida, en este caso las frutas, de acuerdo a las especificaciones entregadas de antemano por la industria, es decir, la aceptación de que la condición del material está de acuerdo con las exigencias de la empresa y su proceso. Esta operación implica el compromiso de un pago por lo recibido y debe tenerse el cuidado de especificar claramente si lo que cumple con los requisitos es el todo o parte del lote que se recibe, en orden de fijar el monto a pagar por el mismo. -Pesado: Esta es una de las operaciones de mayor significación comercial, pues en esta se cuenta, el volumen comprado, el volumen de la calidad adecuada para el proceso, para la cuantificación del rendimiento. Se efectúa con cualquier tipo de balanza de capacidad apropiada y de precisión a las centenas o decenas de gramo.
65
-Desinfección: la limpieza y desinfección se realiza sumergiendo las frutas en un tanque de inmersión con agua a temperaturas entre 45°C y 60°C. -Selección: Se hace para separar las frutas sanas de las ya descompuestas. Se efectúa
sobre una banda, elevador o mesa de inspección y disponiendo de recipientes donde los operarios puedan colocar la fruta descartada. Para decidir cuáles frutas rechazar, son utilizados la vista y el olfato de un operario. El debe ser muy consciente de su labor e influencia que este tiene en la calidad de la pulpa final. Hay ciertas frutas
costosas que por su tamaño grande pueden pasar la prueba pero deben ser "arregladas" retirando cuanto antes las fracciones dañadas. - Cocción: Las frutas lavadas se introducen en un “Cocinador” en acero inoxidable. El tiempo de cocción dependerá del tipo de fruta, por ejemplo, el tiempo de cocción del durazno es de 15 a 20 minutos, sin embargo el de la lechoza es de 45 minutos. - Refinadora: Las frutas son llevadas a una refinadora que separa la semilla y la concha permitiendo obtener solo la pulpa de la fruta. Una vez obtenida la pulpa se pasa por tamices para obtener una mejor calidad de esta. - Almacenado: La pulpa es almacenada en un tanque de almacenamiento en acero inoxidable, de capacidad de 4000 lts.
-Control de Calidad: Esta operación permite evaluar el ph, color, olor, sabor, textura y grados brigh, mediante un proceso manual en un laboratorio, con la finalidad de estudiar si estas son aptas para salir al mercado. Para mejor efectividad los operarios se colocan en diferentes equipos que se encarguen, unos de cortar la fruta y otros de separar la pulpa o semilla. Estas masas obtenidas se deben cubrir con tapas o materiales plásticos para prevenir contaminaciones u oxidaciones del medio ambiente.
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-Envasado: El envasado se realiza mediante un proceso de pasteurización, se envuelve la pulpa caliente en bolsas de polietileno que luego son selladas y posteriormente colocadas en embases de 180 Kg. Luego se deja reposar doce (12) horas para luego refrigerarlo en cavas a temperaturas de 0°C a 8°C.
67
68
Figura 7: Proceso Industrial realizado en la Frutícola. Fuente: El Autor.
Elementos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Para el diseño de la planta de tratamiento de aguas servidas se establecerán los elementos de acuerdo con las necesidades básicas de la población. Tomando como punto de partida el séptico que se encuentra operando en el sector se predimensionará: Tanque Imhoff Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomarán en consideración los criterios de la “Guía para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y Lagunas de Estabilización” Realizada en Colombia por Normas Panamericanas de Instalaciones Sanitarias. El tanque Imhoff es un elemento de tratamiento primario, tal como fue referido en el capítulo II apto para ser utilizado en poblaciones hasta 5000 habitantes, lo que lo hace ser seleccionado en esta planta de tratamiento. Diseño del sedimentador Caudal de diseño, m3/hora Qmax=Qmed x k
As=
Área del Sedimentador (As, en m2) Qmaxdía Cs
As = área del sedimentador en m2 Qmasdía = caudal máximo diario.
69
Cs = Carga Superficial, igual a 6,75 m3/m2xhora
-
Volumen del Sedimentador, (Vs, en m3)
Vs=Qmax x R
R: Periodo de retención hidráulica, entre 1,5 a 2,5 horas (recomendable 2 horas). -
Longitud Mínima del Vertedero de Salida (Lv, en m)
Lv=
Qmáx Chv
Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3/día. Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3/m x día, (recomendable 250). Diseño del Digestor:
-
Volumen de Almacenamiento y Digestión, (Vd, en m3) Vd=
70 x P x fcr 1000
Donde: 70 = litros de lodo por persona y por día (l/p x día) Fcr = Factor de Capacidad Relativa.
70
P = Población. Lechos de Secados de Lodos En primer lugar se calculará la cantidad de lodos producidos en el sector: -
Población. Peso promedio de sólidos producidos por persona. El coeficiente de rendimiento por kilogramos de lodos (Y), es de 0,6 Kg, entonces.
-
Área del Lecho de Secado
A=YxDxPxFxNxC Donde: Y = Peso del Lodo Producido por día. D = Densidad del lodo. P = Porcentaje de humedad en el lodo. F = Factor de conversión para pasar a metros cúbicos en m3/Lts = 1/1000 N = Número de días secado de lodos = 30 días C = Número de capas por metro cúbico en m2/m3
Biopercolador El biopercolador constituirá el tratamiento primario de la planta de tratamiento, éste es seleccionado por poseer equipos fáciles de ubicar en el mercado y por su fácil operación. Mientras no se desarrollen los parámetros de diseño apropiados para las condiciones climáticas de Venezuela, en base a estudios a escala piloto y de confiabilidad estadística, los filtros percoladores serán dimensionados en base a la siguiente fórmula según las normas INOS:
71
100
E 1=
1+0,443
√
W AHF
Donde: E1 = Eficiencia del filtro en % W = Carga díaria de DBO5 remanente después del tratamiento primario en Kg/DBO5/día. A = área superficial del filtro m2 H = profundidad del filtro en m. F = factor de recirculación
F=
1+ R /I R 2 (1+0,1 ) I
Donde: R = gasto recirculado en m3/sg. I = gasto del afluente del filtro m3/sg. Primero se calculará W1 (Carga de DBO5):
(
3
)
m mg W = Qmed x DBO5 d l
Posteriormente se calcula el volumen: V=A xH
Para determinar el diámetro se calcula el área mediante la siguiente fórmula y luego se despeja el diámetro:
72
A=
V πd = CH 4
-
2
Chequeo para la Carga Orgánica
La Carga Orgánica debe estar entre (0,08 – 0,4) Kg DBO5/m2 x día 3 W 91,02 Kg DBO5 ¿ m x día CO= = =0,175 Kg DBO5 ¿ m3 x día OK 3 V 520,13 m
Sedimentador Secundario
Para el dimensionamiento del sedimentador secundario se tomará en consideración que el tipo de afluente es de un Biopercolador. Para el cálculo del tiempo de retención se utilizará la siguiente fórmula: T = 30 + 1,25 (62,6L - 10,4) Dónde: L: carga orgánica del filtro en Kg DBO5/m3.d -
Volumen del Tanque Sedimentador:
Vs = Qmax x Tr
-
Área Superficial del Sedimentador Secundario
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As=
Qmax R.D.S
La rata de desbordamiento (R.D.S) recomendada es de 55 m 3/m2xdía con la finalidad de garantizar la remoción de partículas con baja velocidad de asentamiento.
-
Dimensiones del Sedimentador:
Como está establecido en la norma, las dimensiones del sedimentador rectangular corresponde a la relación 3:1 Largo/Ancho. -
Profundidad
Profundidad=
-
Vs Ancho x Largo
Despumador:
El sedimentador secundario tendrá una pantalla delante del vertedero de salida para prevenir el escape de sólidos flotantes y un mecanismo recolector para la extracción de los sólidos atrapados por la pantalla. La pantalla estará sumergida en el agua 20 cm debajo de la cresta del vertedero. -
Barrelodos:
Los barrelodos en el tanque de sedimentación secundaria serán del tipo tubular con boquillas de succión que asegure la remoción rápida de los lodos sedimentados a intervalos no mayores de 15 minutos. Se proveerán además deflectores o paletas que
74
empujarán el lodo hacia los orificios de succión. Algunas especificaciones para el Barrelodos: a.- Ensambles: los mecanismos diseñados para la rápida remoción de los lodos biológicos tendrán los componentes siguientes: brazos de tipo tubular con paletas y boquillas de succión, montado sobre un múltiple cilíndrico de eje vertical, mecanismo de accionamiento central por encima del agua, pozo de difusión del afluente, puente de acceso, despumador y canal de espumas, sistema de alarma por sobrecarga y los anclajes. Todos los engranajes deberán ser herméticos y el acero estructural debajo del agua tendrá un espesor mínimo de 6,35 cm (1/4”). El mecanismo central de propulsión sustentará y rotará a una jaula que transmitirá el par motor al múltiple, a su vez el múltiple soportará a los brazos tubulares que llevarán las boquillas de succión de paletas deflectoras. b.- Accionamiento: el mecanismo de accionamiento consistirá en el motor, el reductor, la mesa rotativa con engranaje perimetral, piñón, bases, sistema de protección por sobrecarga y el sistema de transmisión de cadena. El motor será de tipo para servicio a la intemperie, con caja terminal sellada y de potencia adecuada para el servicio. c.- Recolector de Lodo: En la parte inferior de la jaula rotativa se montará un múltiple de acero al cual se conectarán los brazos fabricados en acero de 6,35 mm (1/4”). Los brazos estarán en posición paralela con el piso del tanque. Cada brazo tendrá una serie de orificios de entrada en forma tal que en cada revolución el brazo limpie completamente el fondo del estanque. El extremo interior de los brazos verterá el flujo de lodos a la cámara formada por el múltiple, el cual estará conectado a la tubería de extracción. Los brazos estarán conectados al múltiple por medio de bridas. La separación y la abertura de las boquillas será tal que provoquen una extracción uniforme de los lodos en toda la extensión del tanque.
75
Cámara de Desinfección El tiempo de retención que se utilizará en la cámara de contacto será de 15 minutos y en primer lugar se calcula el volumen de agua que circulará por la cámara: -
Volumen
V =Tc x Qmax
-
Dimensiones de la Cámara de Contacto
-
Profundidad Útil = 1,00 m debido a que esto permite comodidad para su
-
mantenimiento. Ancho Útil Largo Útil LargoÚtil=
-
Largo por Canal
LargoxCanal=
-
V LX A
Largo Útil NúmeroCanales
Largo Total
LargoTotal=0,6 + LargoxCanal
76
-
Requerimientos de Cloro
El agua residual tratada, requiere una dosis de 10 mg/l de cloro para alcanzar a caudal medio un residual de al menos 1 mg/l. RCL=Qmed x Concentración
-
Requerimientos de Tabletas de Hipoclorito
Se utilizará Hipoclorito de Calcio al 70%
RHcl=
-
RCL 0,7
Cantidad de Tabletas a Dosificar Diario (CTDD) Cada tableta contiene 250g.
CTDD=
RHcl 250 g
El proceso llevado a cabo por cada elemento seleccionado para esta primera etapa de la planta de tratamiento comprende un tratamiento primario, en la figura 8, se señala la posición y el orden esquematizado de la planta.
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Cámara de Contacto Servicio de Aseo Urbano
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Almacenamiento Peli o Planta eliminadora Ca No Si gro so de Desechos Pelig
Figura 8: Representación de la Planta de Tratamiento. Fuente: El autor.
En primer lugar el agua pasará al tanque imhoff que realizará un proceso de sedimentación primaria para luego pasar al biopercolador que no es más que un proceso biológico que atrapa en el medio filtrante materia orgánica, una vez tratada el agua por el biopercolador pasa a un proceso de sedimentación secundaria para luego pasar a la cámara de contacto. Como se aprecia en la figura los sólidos del sedimentador descargarán a los lechos de secado para su posterior caracterización. Una vez finalizado el proceso, el agua está lista para ser potabilizada. Potabilización Para el proceso de potabilización se tomaron en cuenta dos alternativas, la primera tratar el agua por ósmosis inversa y la segunda alternativa consiste en aplicar ozono para potabilizarla. El tratamiento escogido por mayor para la potabilización fue el ozono con la finalidad de aminorar costos y gasto en mantenimiento. La ósmosis inversa requiere de un riguroso mantenimiento debido al rápido desgaste de la membrana interna que este posee para poder realizar el proceso lo que aumenta su costo. Diseño de la Planta 1.- Tanque Imhoff
Diseño del Sedimentador: -
Caudal de Diseño, m3/hora Qmax=Qmed x k
Qp=6,02 LPS x 3=18,06 LPS x 0,001 m3 x 3600 sg .=65,02 m3 /h
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As=
Área del Sedimentador (As, en m2) Qmaxdía Cs
As = área del sedimentador en m2 Qmasdía = caudal máximo diario. Cs = Carga Superficial, igual a 6,75 m3/m2xhora
As=
65,02 m3 /hora 2 2 =9,63 m ≈ 10 m 3 2 6,75 m /m xhora
a: 2,50 m l: 4,00 m + 0,20 x 4 (de los tabiques) = 4,80 m p: 1,50 m La norma establece una profundidad mínima de 1,50 m. en la zona de sedimentación. -
Volumen del Sedimentador, (Vs, en m3)
Vs=Qmax x R
R: Periodo de retención hidráulica, entre 1,5 a 2,5 horas (recomendable 2 horas). Vs = 65,02 m3/hora x 2 horas = 130,04 m3 -
El fondo de la zona de sedimentación, en la sección transversal tendrá una tolva en forma de V y la pendiente de los lados respecto a la horizontal tendrá
-
60°. En el fondo de la tolva se deja una abertura para paso de los sólidos
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removidos hacia el digestor, esta abertura será de 0,15 a 0,20 m. (Ver figura 9 -
p.73). Uno de los lados deberá prolongarse, de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situación que reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta unidad de tratamiento.
-
Área Tranversal del Sedimentador:
AT = 1, 50 m x 2,50 m = 3,75 m AT (de la tolva) = 2,50 m x 2,17 m = 5,43 m2
60° m 1,25 X = 1,25 Tan30° 30° X X = 1,25 m = 2,17 m Tan 30°
Vs´ = 5,43 m2 x 4 m = 21,72 m3 Comparando el volumen anterior con Vs´ Vs´´ = Vs – Vs´ = 130,04 m3 – 21,71 m3 = 108,33 m3
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-
-El área de Ventilación será de 0,75 m de ancho -La relación largo ancho será de 3:1, para el área superficial será de 2,50 m de ancho por 7,50 m de largo.
a: 2,50 m l: 7,50 m p’’: 3,67 m En la figura 9 se muestra el área transversal de la cámara de sedimentación, dónde se aprecia la pendiente que debe llevar las paredes inferiores y la separación mínima que permitirá que los lodos pasen a la cámara de digestión.
Figura 9: Cámara de Sedimentación. Tomado de “Guías para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y Lagunas de Estabilización” (p. 15).
-
Lv=
Longitud Mínima del Vertedero de Salida (Lv, en m)
Qmáx Chv
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Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3/día. Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3/m x día, (recomendable 250). Lv=
1560,38m 3 /día =6,24 m 250 m3 /mxdía
Diseño del Digestor: -
Volumen de Almacenamiento y Digestión, (Vd, en m3)
Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de Lodos (Cámara inferior) se tendrá en cuenta el siguiente cuadro: Cuadro 9: Factor de capacidad relativa Temperatura °C 5 10 15 20 ˃25
Factor de Capacidad Relativa (fcr) 2,0 1,4 1,0 0,7 0,5
Tomado de “Guías para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y Lagunas de Estabilización” (p. 16)
Vd=
70 x P x fcr 1000
Donde:
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