PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA EL MUNICIPIO DE COTOCA Diseño de laguna anaerobia Analisis dimensional Las lagunas existentes presentan las siguientes dimensiones de diseño. Unidad de tratamiento Laguna Anaerobia I Laguna Anaerobia II Laguna !a"ultati#a I Laguna %a"ultati#a
Proundida d !m" 3,5
An#$o !m" 60
Largo !m" 100
%rea !m&" 6000
'olumen !m(" 21000
TR) !d*as" 17,36
3,5
90
120
1000
3700
31,25
1,20
90
10
16200
19$$0
1$,07
1,50
90
1$0
12600
1900
15,65
&ara una dota"i'n de 176 lt()ab*d+a, para una pobla"i'n periurbana de 675 )ab de los "uales asumiendo ue un 100- tienen a""eso al ser#i"io de re"ole""i'n de aguas residuales, el "audal estimado es /"ua"i'n Q= Dot·Población· Dot·Población· %cobertura %cobertura ·
Q=176
¿ hab·día
· 6875 hab· 1 ·
(
(
1 86400
1 86400
)
Q=14 ¿ seg
/l tiempo de reten"i'n por lagunas es
Lagu aguna Anaer aerobi obia 1
)
/"ua"i'n TRH =
V Q
21000 m
TRH = 14
3
¿ · 86400 · (
seg
1 1000
)
TRH =17,36 días
Lagu aguna Anaer aerobi obia 2
/"ua"i'n TRH =
V Q
37800 m
TRH = 14
3
¿ · 86400 · (
seg
1 ) 1000
TRH =31,25 días
Lagu aguna !a !a"ult ultati#a i#a 1
/"ua"i'n TRH =
V Q
19440 m
TRH = 14
3
¿ · 86400 · (
seg
1 1000
)
TRH =14,07 días
Laguna !a"ultati#a 2
/"ua"i'n TRH =
V Q
18900 m
TRH = 14
3
¿ · 86400 · (
seg
1 1000
)
TRH =15,62 días
Com+onente
Ingreso Con#entra#i,n !mg-lt"
Salida Con#entra#i,n !mg-lt"
350 $50 720
95 216 135
5 4 olidos uspensi'n
Ei#ien#i a Estimada !." 72,00 52,$$ 1,25
Analisis de la laguna anaerobia I
etermina"i'n de la "arga orgni"a
/"ua"i'n abiendo ue el rea de la laguna es de 6000 m 2 eui#alentes a 0,6 )as. C organica =
Conc.DBO·Q
350
mg
C organica =
86400 seg 1 !g · 14 ¿ · · ¿ 1 dia 1000000 mg seg 0,6 ha
!g ha·día
C organica =705,6
etermina"i'n de la "on"entra"i'n de 5 en la salida
/"ua"i'n "e =
"a
( ( )
)
n
"e !#a· ·TRH + 1 "a
"e =
350
( 3 d · ( 0,4 ) −1
"e =213,34
4,8
mg
¿
· 17,36 días ) + 1
mg
¿
etermina"i'n estimada de la temperatura en la laguna
/"ua"i'n T $ =
· % · T amb + Qo T ar % + Qo 3
m 6000 m · 0,5 · 26 & C + 1209,6 · 24 & C día T $ = 3 m 2 6000 m · 0,5 + 1206,6 día 2
T $ =25,44 &C
/%i"ien"ia de la laguna para redu"ir las 5
/"ua"i'n
'(i ( )=
'(i ( )=
"a− "e ∗100 "a
350
mg
¿
−213,34
350
mg
¿ ∗100
mg
¿
'(i ( )=39
/%i"ien"ia de la laguna para redu"ir las 4
omando en "uenta el Indi"e biol'gi"o "omo ser, I8 350 mg(lt($50 mg(lt8 0,. La 4 persistente en el agua residual posterior a la laguna anaerobio es /"ua"i'n DQOe=
DQOe=
DBOe 0,8
213,34
mg
¿
0,8
DQOe=266,62
mg
¿
La e%i"ien"ia para redu"ir la 4 es /"ua"i'n '(i ( )=
'(i ( )=
DQOa− DQOe ∗100 DQOa
450
mg
¿
mg
−266,62 mg
450
¿
¿ ∗100
'(i ( )= 41
Analisis de la laguna anaerobia &
etermina"i'n de la "arga orgni"a
/"ua"i'n abiendo ue el rea de la laguna es de 1000 m 2 eui#alentes a 1,0 )as. C organica =
Conc.DBO·Q
213,34
mg
86400 seg 1 !g · 14 ¿ · · ¿ 1 dia 1000000 mg seg 1,08 ha
C organica =
C organica =238,94
!g ha·día
etermina"i'n de la "on"entra"i'n de 5 en la salida
/"ua"i'n "e =
"a
( ( )
)
n
"e !#a· ·TRH + 1 "a
mg
"e =
213,34
( 3 d · ( 0,4 ) −1
"e = 90
4,8
¿
· 31,25 días ) + 1
mg
¿
etermina"i'n estimada de la temperatura en la laguna
/"ua"i'n
T $ =
· % · T amb + Qo T ar % + Qo 3
m · 25,44 &C día 3 m 2 10800 m · 0,5 + 1206,6 día
2
10800 m · 0,5 · 26 &C + 1209,6
T $ =
T $ =25,91 & C
/%i"ien"ia de la laguna para redu"ir las 5
/"ua"i'n '(i ( )=
'(i ( )=
"a− "e ∗100 "a
213,34
mg
¿
−90
213,34
mg
mg
¿ ∗100
¿
'(i ( )=57,81
/%i"ien"ia de la laguna para redu"ir las 4
omando en "uenta el Indi"e biol'gi"o "omo ser, I8 350 mg(lt($50 mg(lt8 0,. La 4 persistente en el agua residual posterior a la laguna anaerobio es /"ua"i'n DQOe= DBOe
DQOe=
90
mg
¿
0,8
DQOe=112,5
mg
¿
La e%i"ien"ia para redu"ir la 4 es /"ua"i'n '(i ( )=
'(i ( )=
DQOa− DQOe ∗100 DQOa
266,62
mg
¿
−112,5
266,62
mg
mg
¿ ∗100
¿
'(i ( )=58
Diseño de rea#tor anaerobio de lu/o as#endente !RA0A"
etermina"i'n de la "arga en el a%luente
C =Q∗ DBO
C =90
mg
86400 seg 1 !g · 14 ¿ · · ¿ seg 1 dia 1000000 mg
C =311,04
!g DBO día
etermina"i'n de la "arga 4 en el a%luente C =Q∗ DQO
C =112,5
mg
C =136,08
86400 seg 1 !g · 14 ¿ · · ¿ 1 dia 1000000 mg seg
!g DBO día
etermina"i'n del tiempo de reten"i'n )idruli"a
onsiderando la temperatura del agua de 25,91 :, seg;n la "lasi%i"a"i'n de Lettinga < =uls)o%% &ol >1991?, el tiempo para temperaturas ma@ores o iguales a 26: "orresponde a 5 )rs.
etermina"i'n del #olumen de rea"tor
V =Q∗TRH 1000 <¿ 1m
¿
3
(
)
3600 seg V =14 ¿ ∗5 hrs∗ ∗¿ seg 1 hr
V =252 m
3
etermina"i'n de la altura del rea"tor
&ara el rea"tor "on lodo %lo"ulento @ "argas orgni"as desde 5 a 6 g 4(m 3Bd+a, las #elo"idades super%i"iales medias deben ser del orden de 0,5 a 0,7 m(). COV =
Q∗ DQO V
1000<¿ 1m
3
¿ ¿ ¿ 1000 < 3 ¿ ¿
1m
mg
1 !g
¿ ( 1000000 mg )¿ ¿ 86400 seg COV =14 ¿ ∗ ∗¿ 112,5
seg
COV =
(
1 día
)
0,54 !g DQO 3
m día
La altura del rea"tor asumiendo la #elo"idad de 0,65 m()r H =TRH ∗)el
H =5 hrs∗ 0,65
mts hr
H =3,25 mts
etermina"i'n del rea del rea"tor rea =
rea =
Vol H
254 m
3
3,25 mts
rea =78,15 m
2
onsiderando ue el tipo de rea"tor ser de %orma "ir"ular, el dimetro ser
D=
√
D=
√
4∗ 3,14156
4∗78,25 m
2
3,14156
D= 9,98 mts
Ceri%i"a"i'n de las "argas orgni"as apli"adas
COV =
0,54 !g DQO 3
m día
<
15 !g DQO 3
m día
( Cum#le )
Ceri%i"a"i'n de las "argas )idruli"as apli"adas 1000 <¿ 3
1m
14
(
¿ ∗
seg
¿ ¿
86400 seg 1 día
)∗¿
Q CHV = =¿ V
Ceri%i"a"i'n de las #elo"idades super%i"iales
)el =
Q
1000 <¿ 1m
3
¿ ¿ ¿(
3600 seg 1 hr
14
¿ ∗¿
seg )el=¿
)
)el =0,644
mts ( Cum#le*+ ) hr
etermina"i'n de los tubos distribuidores del a%luente
&ara lodo medianamente denso @ %lo"ulento @ "on una "arga orgni"a apli"ada menor a los 0,5$ g 4(m 3dia se obtiene un rea de in%luen"ia >Ad? de 1,5 m2.
,d =
c d
,d =
78,25 m 1,5 m
2
2
,d =52 distribuidores
etermina"i'n del separador gas D solido D liuido
Erea libre rea libre =
Q )el
1000 <¿ 3
1m
¿ ¿ ¿(
3600 seg 1 hr
14
)
¿ ∗¿
seg rea libre =¿ rea libre =77,538 m
2
etermina"i'n de la e%i"ien"ia para la remo"i'n de en el sistema −0,5
' DBO 5=100∗(1−0,70∗TRH
−0,5
' DBO 5=100∗(1−0,70∗5 hrs
)
)
' DBO 5=68,69
etermina"i'n de la "on"entra"i'n de en el e%luente DBOe = DBOa∗( 1 − ' ) DBOe =90
mg
¿
DBOe =28,17
∗( 1 −0,6869 )
mg
¿
etermina"i'n de la e%i"ien"ia para la remo"i'n de 4 en el sistema − 0,35
)
−0,35
)
' DQO=100∗(1− 0,68∗TRH ' DQO=100∗(1− 0,68∗5 hrs ' DQO=61,28
etermina"i'n de la "on"entra"i'n de 4 en el e%luente DQOe = DQO a∗(1− ' )
DQOe =112,5
mg
DQOe =43,59
¿ mg
¿
∗(1− 0,6125 )
Analisis de laguna aerobia a#ultati1a aireada onsidera"i'n de los parmetros de diseño onstante "inFti"a del metabolismo "elular, 8 0,013 d 1 a 20 grados
elsius. on un G8 1.05. onstante de metabolismo energFti"o, H8 0,5. onstante de respira"i'n end'gena, d 8 0,055 d1. on un G8 1.03. onstante de airea"i'n, a8 0.52 @ b8 0,103 d 1. on un G8 1.05. 1? etermina"i'n del #olumen /l "audal de 1$ lt(seg, en unidades m 3(d+a, "orresponden a 1209,6. orre""i'n de la temperatura del agua para la laguna abiendo ue la temperatura de salida del rea"tor A!A %ue 25,91 :. /"ua"i'n T $ =
· % · T amb + Qo T ar % + Qo 3
m · 25,91 & C 16200 m · 0,5 · 26 &C + 1209,6 día T $ = 3 m 2 16200 m · 0,5 + 1209,6 día 2
T $ =25,99 &C
2? orre""i'n de los "oe%i"ientes "inFti"os orre""i'n de la "onstante de metabolismo "elular /"ua"i'n ! T =! 20℃ ·-
T −20
−1
25,99 − 20
! T =0,013 día · ( 1,05 ) −1
! T ¿ 0,017 día
orre""i'n de la "onstante de respira"i'n end'gena
/"ua"i'n
T −20
! d T =! d 20℃ · -
−1
25,99− 20
! d T =0,055 día · ( 1,03 ) −1
! d T =0,0656 día
orre""i'n del "oe%i"iente energFti"o
/"ua"i'n bT$=b T$ 20 ℃ · -
T − 20
−1
25,99− 20
bT$=0,103 día · ( 1,05 ) −1
bT$=0,138 día
3? etermina"i'n de los s'lidos solubles #oltiles en el l+uido de meJ"la >biomasa? / ). a( 1)=
0 ( "o − " 1 ) 1 + !d ·TRH
0,0656 día 1 +(¿ ¿−1 · 24,07 días )
/ ). a( 1)=
0,5 ( 28,17
mg
mg
¿ −4 ¿ ) ¿
mg / ). a( 1)= 4,88
¿
$? etermina"i'n de la demanda de oxigeno ne"esario para la oxida"i'n /"ua"i'n O 2 =a∗( "o − "e )∗Q+ b∗V
(
mg
)
mg
3
m −1 3 3 1209,6 0,001 )+ ( 0,138 día ∗19440 m ∗0,001 ) O 2 =(0,52∗ 28,17 − ∗ ∗ ¿ ¿ día
O 2 =18,51
!gO 2 día
5? etermina"i'n de la trans%eren"ia de ox+geno a la laguna Calores de diseño para la trans%eren"ia K8 0,6 8 0,95 L8 1,5 mg(lt st8 9,0 mg(lt Mo8 1, g 2(NOB)r sP8 mg(lt para una temperatura de agua de 25,99 grados. &ara una temperatura de 25,99 : del agua residual, la presi'n es 26 mm )g
al"ulo auxiliar del ox+geno disuelto en el aire
&resi'n baromFtri"a en el muni"ipio de la guardia Altitud !msnm" 305 $05 610 305−610 305 −405
=
733 −706 733− 1
1 =724,15 mmHg
-
orre""i'n de sP
/"ua"i'n
2ar,met ro !mm)g" 733 Q 706
(
3
c "2 = c s$ ·
3
c "2 = 8
mg
¿
3
c "2 = 7,6 -
4 P − P 760− P
·
(
)
724 −26 760 −26
)= ¿
mg
mg
¿
rans%eren"ia de oxigeno
/"ua"i'n
[
( 6 ·C "2 −C 7 )
, = , o 5
, =1,8
C "T
· 1,024
T −20
]
[
( 0,95 · 7,6 −1,5 ) !gO 2 25,99− 20 0,86 · · 1,024 !$∗día 9,08
, =1,12 !g
O2 !$∗día
6? etermina"i'n de la poten"ia
/"ua"i'n Pot =
O2 ,
!gO 2 día Pot = !g O 2 1,12 !$∗día 18,51
Pot =16,53 !$
7? &oten"ia de airea"i'n unitaria
/"ua"i'n
]
Pot .unitaria =
Pot .unitaria=
Pot V 16,53 !$∗1000 19440 m
Pot .unitaria =0,85
3
$ m
3
? etermina"i'n del #olumen por subdi#isi'n en se""iones V .total V .carril = ,ro. "ecciones
V .carril =
19440 m
3
2
V .carril =9720 m
3
9? etermina"i'n del n;mero de aireadores super%i"iales eg;n la "lasi%i"a"i'n de aireadores de rbara. /"ua"i'n , .aireadores =
V .seccion
, .aireadores =
9720 m
3000 m
3
3
3
3000 m
, .aireadores =3,24 aireadores
10? etermina"i'n de la poten"ia por aireador
Pot =
0,85 !$ 4
Pot = 0,238
∗1,12
!gO 2 !$∗día
!g O 2 día
e reuieren la implementa"i'n de $ aireadores de poten"ia unitaria de 3 C, las "uales aportaran $ g 2(d+a, @ "ompensan las ne"esidades diarias. iempre @ "uando operen dis"ontinuamente en %re"uen"ias de 5 )oras durante 1 )ora de %un"ionamiento, @a ue al reuerirse m+nima "antidad de ox+geno, se pre%iere tener n;mero de aireadores adi"ionales a %ines de mantener la #ida ;til de las mismas.
/%i"ien"ia de la laguna para redu"ir las 5
/"ua"i'n '(i ( )=
'(i ( )=
"a− "e ∗100 "a
28,17
mg
¿
28,17
−3 mg
mg
¿ ∗100
¿
'(i ( )= 89,35
/%i"ien"ia de la laguna para redu"ir las 4
La 4 persistente en el agua residual posterior a la laguna aireada es /"ua"i'n DQOe=
DBOe 0,8
DQOe=
3
mg
¿
0,8
DQOe=3,75
mg
¿
La e%i"ien"ia para redu"ir la 4 es /"ua"i'n '(i ( )=
'(i ( )=
DQOa− DQOe ∗100 DQOa
43,59
mg
¿
−3,75
mg
¿
mg
43,59
¿
'(i ( )= 91
Diseño de laguna de sedimenta#i,n a" Cal#ulo del 1olumen de laguna /"ua"i'n V =Q ·T 3
m V =1209,6 · 2 dias día V =2419,2 m
3
b" Cal#ulo de an#$o 3 largo de laguna onsiderando una pro%undidad de 1,20 m. =
V H
3
=
2419,2 m 1,20 m 2
= 2016 m
#" al"ulo del An")o de laguna onsiderndose un largo de 90 m, @ rela"ionndolo "on el an")o existente de la laguna %a"ultati#a 2, igual a 90 m. ncho de lagunade sedimentacion =
ancho
ncho de lagunade sedimentacion =
2016 m
2
90 m
ncho de lagunade sedimentacion = 22,4 m
d" Cal#ulo de masa de solidos totales sus+endidos
/"ua"i'n / =
/ =
/)a 0,80 4,88
mg
¿
0,80
/ =6,1
mg
¿
)(
∗ 1000 ¿3 ∗
/ =0,0061
(
m
1 !g 1000000 mg
)
!g m
3
e" Cal#ulo de la #antidad de solidos totales sus+endidos en el eluente /"ua"i'n /e =0,20∗ /
/e =0,20∗0,0061
/e =0,00122
!g m
3
!g m
3
" Cal#ulo de los s,lidos totales retenidos #onsiderando una lim+ie4a #ada 5 años /"ua"i'n 8 /ret =365∗Q∗( / − /e )
3
m !g !g 8 /ret =7∗365∗1209,6 ∗(0,0061 3 −0,00122 3 ) día m m
8 /ret =15081,77
!g a9o
g" Cal#ulo de solidos sus+endidos 1ol6tiles retenidos /"ua"i'n 8 /)a . ret = 0,80∗8 /ret
8 /)a . ret = 0,80∗15081,77
8 /)a . ret =12065,42
!g a9o
!g a9o
a" Cal#ulo de solidos sus+endidos no 1ol6tiles retenidos /"ua"i'n 8 /no :)a. ret =8 /ret −8 /)a.ret
8 /no :)a. ret =15081,77
8 /no :)a. ret =3016,35
!g !g −12065,42 a9o a9o
!g a9o
b" Cal#ulo del lodo digerido +ara una lim+ie4a #ada 5 años Asumiendo una limpieJa anual. /"ua"i'n 8 /dig=7∗8 /no:)a.ret +(0,82∗8 /)a . ret )
(
8 /dig= 7∗3016,35
8 /dig=30766,77
)
!g +(0,80∗12065,4 !g ) a9o a9o
!g a9o
#" Cal#ulo del 1olumen lodo generado Asumiendo una densidad de lodo de 5 g(m 3. /"ua"i'n V .lodo =
8 /dig 85
30766,77
V .lodo =
!g a9o
85
V .lodo =361,962 m
3
d" Cal#ulo del 1olumen total
/"ua"i'n V .total =V . sed + V .lodo
3
V .total =2419,2 m + 361,962 m
V .total =2781.1 m
3
3
e" Cal#ulo del tiem+o de reten#i,n /"ua"i'n t =
V .total Q
t =
2781.1 m
3 3
m 1209,6 día
t =2.3 dias
Los tiempos de reten"i'n en lagunas de sedimenta"i'n deben ser in%eriores a los 2,5 d+as, para lo "ual, el diseño "umple "on el indi"ador.
Diseño dimensional de la laguna de madura#i,n a" Cal#ulo del 6rea de la laguna .laguna .maduracion = . lag. ac . ;; − .lag . "ed 2
.laguna .maduracion =12600 m −2016 m .laguna .maduracion =10584 m
2
b" Largo de la laguna 7= 7 .lag . ac . ;; − ncho .lag . "ed
2
7=140 m −22 m
7=118 m
#" Cal#ulo del tiem+o de reten#i,n TR=
TR=
∗ H Q 10584 m∗1,20 m 3
m 1209,6 día
TR=10,5 dias
Analisis de la ei#ien#ia de la +lanta 1? /%i"ien"ia general para redu"ir la 5 /"ua"i'n '=( 1−( 1 −e( 1 ) ( 1 −e( 2 ) ( 1 −e( 3 ) ( 1 −e( 4 )) 1−( ( 1−0,39 ) ( 1−0,5181 ) ( 1−0 : 6869 ) ( 1−0,8935 ) )
' =¿ '= 0,99 ∴ 99
2? /%i"ien"ia general para redu"ir la 4 /"ua"i'n '=( 1−( 1 −e( 1 ) ( 1 −e( 2 ) ( 1 −e( 3 ) ( 1 −e( 4 )) 1−( ( 1−0,41 ) ( 1−0,58 ) ( 1−0,6128 ) ( 1− 0,81 ))
' =¿
'= 0,98 ∴ 98
Tabla78 /%i"ien"ia del sistema diseñado.
&armetro
LagunaRe Anaerobio I
LagunaRe Anaerobio II
5 4
39 $1
51,1 5
/%i"ien"ia >-? ea"tor LagunaRe A!A aireado %a"ultati#o 6,69 61,2
9,35 1
/sperada
btenida
99 9
99 9
Tabla78 on"entra"iones en mg(lt Ini"ial &armetro 5 4
350 $50
LagunaRe Anaerobio I
on"entra"iones en mg(lt LagunaRe ea"tor LagunaRe Anaerobio A!A aireado II %a"ultati#o
213,3$ 266,62
99 112,5
2,17 $3,59
3 3,75
/sperada
btenida
Senor a 5 Senor a 10
3 3,75