Proyecto Diseño de un Sistema de Tratamiento de Depuración Regeneración de Aguas Residuales Diseño de yun Sistema de Tratamiento de para Pequeños Municipios y de Complejos Hoteleros Depuración y Regeneración Aguas Residuales en la Pequeños República Municipios Dominicana.y Complejos Hoteleros para Odeyda Alcántara (MIGMA) * Laura Almeida en* la República Dominicana.
(MAGUAS)
* Leticia Calvo (MAGUAS) * Managua Gutiérrez (MAGUAS) * Odeyda Alcántara (MIGMA) * Laura Almeida (MAGUA) * Leticia Calvo (MAGUA) * Managua Gutiérrez (MAGUA)
Tutor: Juan Antonio Sainz Sastre
INDICE 1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………….………………..…….…9 2. CONSIDERACIONES PREVIAS………………………………………………………….……10 2.1 Situación Actual …………………………………………………………………………….……10 2.2 Datos de partida ……………………………………………………………………….….………10 2.3 Situación objetivo ………………………………………………………………………………...11 2.4 Legislación aplicable……………………………………………………………………………...11 3. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA DEL PROYECTO ……………………………….…….………13 4- DESCRIPCIÓN Y FUNDAMENTO DE LA PLANTA……...………………..…………….….14 4.1 Línea de agua …………………………………………………………………………….….…..14 4.1.1 Pre-tratamientos ……………………………………………………..………………………....15 4.1.1.1 Pozo de gruesos ……………………………………………………………………….…15 4.1.1.2 Rejas …………………………………………………………………………….…….…15 4.1.1.3 Tamices ……………………………………………………………………….………….16 4.1.2 Tratamientos biológicos ………………………………………………………………….…….17 4.1.2.1 Bioreactores de Membranas (BMR) …………………………………………………….18 4.1.2.2 Fangos activos: Oxidación Total ……………………………………………….………..18 4.1.3 Decantador Secundario …………………………………………………….……………...…19 4.1.4 Regeneración …………………………………………………………….…………………..…20 4.1.4.2 Balsa de Regulación ……………………………………………………………………..20 4.1.4.3 Sistemas de Filtración .…………………………………………………………………...20 4.1.4.4 Desinfección……………………………………………………………………………….21 4.2
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Línea de fango…………………………………………………………………………………21 4.2.1 Espesamiento ……...……………………………………….………..……………………22 4.2.2 Estabilización……………………………………………….………..……………………22 4.2.3 Eras de secado ……………………………………………………….……………………22 CÁLCULOS …………………………………………………………………………………...24
5.1 Planta Hotelera 3000 habitantes ………………………………………………….…………..24 5.1.1 Línea de agua ...……………………………………………………………………………..24 5.1.1.1 Pozo de grueso …………………………………………………………………………..24 5.1.1.2 Rejas ……………………………………………………………………………………..25 5.1.1.3 Tamiz …………………………………………………………………………………….27 5.1.1.4 Reactor Biológico ……………………………………………………..…………………28 5.1.1.4.1 Necesidades de Oxígeno en el reactor ………………………………………..………..32 5.1.1.4.2 Cálculo de los difusores y su distribución en el reactor ……….……………………..34 5.1.1.4.3 Caudal de fango ……………………………………………………………………….36 5.1.1.5 Balsa Reguladora de agua para ajustar el tratamiento de Regeneración del agua Residual …………………………………………………………………………….37 5.1.1.6 Batería lámparas de Luz Ultravioleta ………………………………………………...37 5.1.1.7 Depósito de Agua…...………………………………………………………………….37 5.1.2 Línea de fango ……………………………………………………………...……………….38 5.1.2.1 Espesador …………………………………………………………………….…………..38 5.1.2.2 Digestor Aerobio .……..…………………………………………………………………39 5.1.2.2.1 Oxigeno Requerido ……………………………………………………………………40 5.1.2.3 Eras de Secado …………………………………………………………………………...41
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5.2 Planta Urbana 9000 habitantes…………………………………….……………………….43 5.2.1 Línea de agua ………………………………………………………………..….…………...43 5.2.1.1 Pozo de grueso ……………………………………………………………...……………43 5.2.1.2 Rejas …………………………………………………………………………..…………44 5.2.1.3 Tamiz ………………………………………………………………………….….……...46 5.2.1.4 Reactor Biológico…………………………………………………………..…..………...46 5.2.1.4.1 Necesidades de Oxígeno en el reactor …………………………………..…….……..48 5.2.1.4.2 Cálculo de los difusores y su distribución en el reactor …………………..………...49 5.2.1.4.3 Recirculación y Caudal de fango ……………………………………………………..50 5.2.1.5 Decantador secundario ………………………………………………………...………...51 5.2.1.6 Balsa Reguladora de agua para ajustar el tratamiento de Regeneración del agua Residual ………………………………………………………………………...………52 5.2.1.7 Filtros de Arena ………………………………………………………..……….………..53 5.2.1.8 Filtros de Anillas ……………………………………………………………….………..54 5.2.1.9 Batería lámparas de Luz Ultravioleta ………………………………………….…..……54 5.2.1.10 Depósito de Agua ………………………………………………………….….………..54 5.2.2 Línea de fango ………………………………………………………………..…………..…55 5.2.2.1 Espesador ……………………………………………………………..….……….……...55 5.2.2.2 Digestor Aerobio ………………………………………………..…………….………....56 5.2.2.2.1 Oxigeno Requerido …………………………………………..……………….…...….57 5.2.2.3 Eras de Secado ……………………………………………………..……………….…...58 6. REACTIVOS …………………………………………………………………...……………….60 6.1 Sulfato de aluminio ……………………………………………………………..……………….60 6.2 Sosa cáustica ………………………………………………………………………..…………….62 6.3 Polielectrolito……………………………………………………………………..………………65
7. DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS …………………………….……………………….66 7.1 Línea de Agua…………………………………………………………………....………………66 7.1.1 Pozo de grueso …………………………………………………………….…..…................66 7.1.2 Rejas ………………………………………………………………………….…..………….66 7.1.3 Tamices ………………………………………………………………………………………67 7.1.4 Reactor biológico ………………………………………………………………...…………67 7.1.5 Decantador secundario ………………………………………………………………………68 7.1.6 Balsa de agua reguladora …………………………………………………………………….68 7.1.7 Filtros de arena a presión …………………………………………………………………….68 7.1.8 Filtros de anillas ………………………………………………………………..……………69 7.1.9 Batería lámparas Luz Ultra Violeta ………………………………………………………….69 7.1.10 Depósito de agua regenerada ………………………………………………………………...69 7.2 Línea de Fangos ………………………………………………………………………………..70 7.2.2 Espesador …………………………………………………………………………………….70 7.2.3 Digestor aerobio ……………………………………………………………...………………70 7.2.4 Eras de secado ………………………………………………………………...……………...71 7.3 Tuberías y Materiales de Estructura……………………………………………………………..71
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8. EQUIPOS …………………………………………………………….…………..………..……73 8.1 Cuchara Bivalva Electrohidraulica ……………………………….……………..….…..……73 8.1.1 Proveedor ……………………………………………………….………….……….….…73 8.1.2 Selección del equipo …………………………………………………….……...….……..73 8.1.3 Características generales ……………………………………………….…….…….…….73 8.2 Rejas………………………………………………………………………………….…….……74 8.2.1 Proveedor ……………………………………………………………………….….……..74 8.2.2 Selección del equipo …………………………………………………………...…………74 8.2.3 Características generales ………………………………………………….…..…………..74 8.3 Tamices Dinámicos ………………………………………………………………………..…….76 8.3.1 Proveedor ……………………………………………………………………………..…..76 8.3.2 Selección del equipo ………………………………………………………….…….…….76 8.3.3 Características generales .…………………………………………………….…………..76 8.4
Puente Circular ……………………………………………………………………………….78 8.4.1 Proveedor …………………………………………………………………………………78 8.4.2 Selección del equipo ………………………………………………………….…………..78 8.4.3 Características generales …………………………………………………….……………78
8.5
Bombas ……………………………………………………………………………………….78
8.5.1 Sistemas de Bombeos del pozo de Grueso ………………………………….……………..78 8.5.1.1 Proveedor ………………………………………………………………………………..78 8.5.1.2 Selección del equipo ……………………………………………………….……………78 8.5.1.3 Tipo de Instalación …………...…………………………………………….…………...79 8.5.2 Sistema de Bombeo de Purga y Recirculación de Fangos ……………….………………80 8.5.2.1 Selección del equipo …………………………………………………..…………………80 8.5.2.2 Funcionamiento …………………………………………………………..………………81 8.5.3 Sistema de bombeo de Fangos a eras de secado …………………………….……………82 8.5.3.1 Proveedor……………….………………………………………………………………. 82 8.5.3.2 Selección del equipo ………………………………………………………..…………..82 8.5.3.3 Características……………………………………………………………….……………82 8.5.4 Bombas Horizontales ………………………………………………………….…….……..83 8.5.4.1 Proveedor…………………………………………………………………….……..…….83 8.5.4.2 Selección de las Bombas Horizontales …………………………………….………..……83 8.5.4.3 Características de las bombas Horizontales .………...…………………………………..84 8.5.5 Sistema de Bombas Dosificadoras de Reactivos …………………………...……………….85 8.5.5.1 Proveedor …………………………………………………………………………...…….85 8.5.5.2 Selección del equipo de bombeo …………………………………………………………85 8.5.5.3 Características …………………………………………………………………...………..87 8.6 Biomembranas …………………………………………………………………………………88 8.6.1 Proveedor .……………………………………………………………………………….…88 8.6.2 Selección del equipo ………………………………………………………………….……88 8.6.3 Instalación y funcionamiento………………………………………………………..……...88 8.6.4 Estructura ………………………………………………………………………….……….89 8.6.4.2 Unidad de Membranas ………………………………………………………………….89 8.6.4.3 Cartucho de Membrana …………………………………………………………………90 8.6.5 Propiedades de los módulos de Membranas ……………………………………………….90 3
8.7
Soplantes …………………………….………………………………..……………..……….91 8.7.1 Proveedor …….…………………………………………………………...……………....91 8.7.2 Selección del equipo ……….……………………….………………………….…………91 8.7.3 Características e Instalación ………………………………………………………..……..92
8.8
Difusores …………………………………………………………………….……………….93 8.8.1 Proveedor ……………………………………………………………….……………….93 8.8.2 Selección de Equipos ……………………………………………………………………93 8.8.3 Características…………………………………………………..……………….……….93 8.8.3.1 Difusores Burbuja Fina ……….…………………………………………………………93 8.8.3.2 Difusores de Burbuja Media …………………………………………………………….93
8.9 Filtros de Arena a Presión …………………………………………………………..………..94 8.9.1 Proveedor ……………………………………………………………….………………94 8.9.2 Selección del equipo ……………………………………………………..……………..94 8.9.3 Características generales …………………………………………………….………….94 8.10 Filtros de Anillas ……………………………………………………………………..……….96 8.10.1 Proveedor ………………………………………………………………………..……...96 8.10.2 Selección del equipo ……………………………………………………………..……..96 8.10.3 Características generales ………………………………………………………….……96 8.11 Batería de Lámpara Ultravioleta …………………………………………….….………..97 8.11.1 Proveedor ………………………………………………………………….……………97 8.11.2 Selección del equipo ………………………………………………………..………….97 8.11.3 Funcionamiento e instalación …………………………………………………….……98 8.11.4 Tuberías lámparas UV ………………………………………………………………….98
9. INSTRUMENTACIÓN ……………………………………………………………...……….100 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6
Sistema de borboteo ……………………………………………………………………….…..100 Manómetros ………………………………………………………………………..…..….…..100 Medidor de oxigeno portátil. ……………………………………………………………..……101 Medida de PH …………………………………………………………………………….……101 Termómetros…………………………………………………………………………………...101 Medidor magnético ……………………………………………………………………………102
10. CONTROL ANÁLITICO………………………………………………………………..…...103 11. COSTES DE EXPLOTACION Y MANTENIMIENTO ………………………….……….105 11.1 Estructura de Costes …………………………………………………………………..…..105 11.1.1 Costes Fijos …………………………………………………………………………….105 11.1.2 Costes Variables ………………………………………………………………………..105 11.2 Definición de Costes Fijos …………………………………………………………………….105 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.2.4 11.2.5 11.2.6
Costes de Personal …………………………………………………………………….105 Costes de Mantenimiento y de Explotación …………………………………………..107 Reposición de Membranas ………………………………………………….…………108 Coste de Energía. Término de potencia…………………………………….………….108 Seguridad e Higiene ………………………………………………………...…………113 Costes Varios…………………………………………………………………………..113 4
11.2.6.1 Amortización …………………………………………………………..……………..113 11.2.6.2 Agua potable …………………………………………………………...……………114 11.2.6.3 Jardinería ……………………………………………………………………………..114 11.2.6.4 Seguro …………………………………………………………………...…………..114 11.2.6.5 Material de Oficina …………………………………………………………………..114 11.2.6.6 Comunicaciones (Telefonía Fija y Móvil, Correos) …………………….…………..114 11.2.6.7 Vestuario …………………………………………………………………...………..115 11.3 Definición de Costes Variables ……………………………………………………………..115 11.3.1 Costes de Energía. Término Energía …………………………………………………115 11.3.2 Costes de Transporte …………………………………………………………………116 11.3.3 Basuras…………………………………………………………………...…………...116 11.3.4 Fangos Deshidratados…………………………………………………...………….…116 11.3.5 Otros Transportes …………………………………………………………………….116 11.3.6 Reactivos ……………………………………………………………………………..117 11.3.6.1 Polielectrolito …………………………………………………………………………117 11.3.6.2 Sulfato de Alúmina ……………………………………………………………….…..117 11.3.6.3 Sosa Caústica …………………………………………………………………………118 11.3.6.4 Otros Reactivos ……………………………………………………………………….118 11.3.7 Análisis de Laboratorio ...………………………………………………….…………118 11.4 Resumen de Costes Fijos y Variables……………………………………………………..120 11.5 Presupuesto de Ejecución de Contrata ……………………………………………………121 11.6 Presupuesto de Ejecución de Material …………………………………………………….121 ANEXOS ……………………………………………………………………………...…………….122 I. Parámetros de diseño………………………………………………………………………………122 II. Equipos…………………………………………………………………………………………....125 III. Tuberías………………………………………………………………………………………….146 IV. Planos……………………………………………………………………………………………147
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INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Caracteristicas del agua de entrada Tabla 2.2. Caudales y Cargas de Contaminantes del agua de entrada Tabla 2.3. Limites de Vertido Según norma Dominicana de Agua Residuales Tabla 2. 4. Limites de Vertido Según Directiva 91/271/CEE de Agua Residuales Tabla 4.1. Descripción de las Líneas de Tratamientos Definidas Tabla 4.2. Cargas a la salida del tamiz en las distintas plantas. Tabla 5.1. Parámetros de partida planta de 3000 Hab-eq Tabla 5.2. Concentración de contaminantes eliminados en el tamiz planta de 3000 Hab-eq Tabla 5.3 Parámetros de entrada al Reactor Biológico planta de 3000 Hab- eq Tabla 5.4. Parámetros de partida planta de 9000 Hab-eq Tabla 5.5 Concentración de contaminantes eliminados en el tamiz planta de 9000 Hab-eq Tabla 5.6 Parámetros de entrada al reactor planta de 9000 Hab-eq 6.1. Tabla Fosfatos de entrada a cada una de las plantas. Tabla 6.2. Dosificación de sulfato de aluminio al 50% para la precipitación de los fosfatos antes de los sistemas biológicos para cada una de las plantas de tratamiento. Tabla 6.3. Dosificación de sulfato de alúmina al 50% necesaria como coagulante antes de los procesos de filtración para las plantas Urbanas diseñadas. Tabla6.4. Cantidades de sulfato de aluminio en estado puro requerido, para calcular la dosificación de la sosa caustica antes de los sistemas biológicos. Tabla 6.5. Dosificación de sosa caústica al 50% requerida para ser aplicada antes de los sistemas biológicos para neutralizar el sulfato de aluminio dosificado para la precipitación de los fosfatos. Tabla 6.6. Dosificación de sosa caustica al 50% necesaria antes de los procesos de filtración, como neutralizante del sulfato de aluminio, en las plantas Urbanas. Tabla 6.7. Dosificación de polielectrolito a aplicar antes de los procesos de filtración para las plantas Urbanas diseñadas. Tabla 7.1. Dimensiones del pozo de gruesos. Tabla 7.2. Dimensiones de las rejas. Tabla 7.3. Dimensiones de los tamices Tabla 7.4. Dimensiones de la balsa de anóxica. Tablas 7.5.1. y7.5.2 Dimensiones de la balsa aerobia. Tabla 7.6. Dimensiones del decantador. Tabla 7.7. Dimensiones de la balsa reguladora. Tabla 7.8. Dimensiones y número de cada filtro de arena a presión. Tabla 7.9. Modelos y parámetros del filtro de anillas. Tabla 7.10. Especificaciones de las tuberías de la batería de lámparas de luz UV. Tabla 7.11 Dimensiones del depósito de agua regenerada. Tabla 7.12. Dimensiones del espesador. Tabla 7.13. Dimensiones del digestor aerobio. Tabla 7.14. Dimensiones y número de eras de secado. Tabla 7.15. Diámetro medio de tuberías para cada una de las plantas diseñadas. Tabla 8.1. Modelos de tamices para las distintas plantas. Tabla 8.2. Características de las bombas para los caudales máximos y medios de las distintas plantas. Tabla 8.3. Selección de Airlift para recirculación y purga de Fangos Tabla 8.4. Selección de Bombas de Purga y recirculación de Fangos Tabla 8.5. Selección de Bombas Horizontales Tabla 8.6. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación del sulfato de aluminio antes de los sistemas biológicos. 6
Tabla 8.7. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación de sosa caustica antes de los sistemas biológicos. Tabla 8.8 Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación del sulfato de aluminio antes de los procesos de filtración, en las plantas Urbanas. Tabla 8.9. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación de la sosa caustica antes de los procesos de filtración, en las plantas Urbanas. Tabla 8.10. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación del polielectrolito antes de los procesos de filtración. Tabla 8.11. Leyenda de materiales presentes en las bombas dosificadoras. Tabla 8.12. Cálculo de la Superficie Filtrante Requerida por planta. Tabla 8.13. Selección de Cartuchos para el Bioreactor Tabla 8.14. Propiedades de las Membranas Planas Kubota. Tabla 8.15 Selección de soplantes Tabla 8.16. Modelos y parámetros del filtro de anillas. *Caudal máximo permitido para agua clasificada como buena < 50 ppm. Tabla 8.17. Especificaciones de las lámparas ultravioleta de acuerdo a los caudales máximos de cada planta. Tabla 8.18. Diámetros de las tuberías necesarias para las lámparas UV, en cada una de las plantas. Tabla 10.1 Número mínimo de muestras establecidas por la directiva 91/271/CEE Tabla 10.2. Control analítico de las plantas de tratamiento de agua residual diseñadas. Tabla 11.1. Personal permanente en las plantas. Tabla 11.2. Coste total de implantación de las plantas. Tabla 11.3. Costes de mantenimiento y conservación de las plantas. Tabla 11.4. Costes de reposición de membranas. Tabla 11.5. Previsión de cargas instaladas en la planta de 3000 hab.-eq Tabla 11.6. Previsión de cargas instaladas en la planta de 6000 hab.eq Tabla 11.7. Previsión de cargas instaladas en la planta de 9000 hab-eq Tabla 11.8. Previsión de cargas instaladas en la planta de 12000 hab.-eq Tabla 11.9. Coste anual del término de potencia de cada una de las plantas. Tabla 11.10. Costes de amortización de las plantas. Tabla 11.11. Costes de agua potable de las plantas. Tabla 11.12. Resumen de los costes varios fijos de las plantas. Tabla 11.13. Coste anual del término de energía de cada una de las plantas. Tabla 11.14. Coste total de los fangos evacuados de las plantas. Tabla 11.15. Resumen del coste total de transportes de las plantas. Tabla 11.16. Coste de polielectrolito para cada una de las plantas. Tabla 11.17. Coste de sulfato de alúmina para cada una de las plantas. Tabla 11.18. Coste de sosa cáustica para cada una de las plantas. Tabla 11.19. Resumen del coste total de reactivos de cada una de las plantas. Tabla 11.20. Precios de las analíticas a realizar. Tabla 11.21. Resumen de costes fijos. Tabla 11.22. Resumen de costes variables. Tabla 11.23. Presupuesto de ejecución material. Tabla 11.24. Presupuesto de ejecución por contrata
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INDICE DE FIGURAS Figura 8.1. Imagen de la cuchara bivalva electrohidráulica ESTRUAGUA. Figura 8. 2. Imagen de la reja circular automática ESTRUAGUA Figura8.3. Imagen de la reja manual ESTRUAGUA. Figura 8.4. Esquema de funcionamiento de un tamiz rotativo. Figura 8.5. Imagen del tamiz rotativo TECNOR Medio Ambiente. Figura 8.6. Curva de Gama de Trabajo Grundfo Figura 8.7. Dimensiones e Instalación de las Bombas SuperVortex. Figura 8.8 Configuración de instalación de las bombas Sumergidas Figura 8.9. Airlift para recirculación y purga de Fangos Figura 8.10. Bomba de desplazamiento positivo, tipo tornillo. Estándar Serie BN Figura 8.11. Bomba Horizontal modelo NB/NBG Figura 8.12. Curva caracterisitcas Bombas Horizontales NB/NBG Figura 8.13. Bomba DMX 226 y sus diferentes componentes. Figura 8.14. Membranas de Ultrafiltración Sumergidas Figura 8.15. Estructura de un Modulo de Membrana. Figura 8.16 Partes de la Cabina de Insonorización Figura 8.17. Partes del Difusor de Disco Cerámico Figura 8.18. Difusores Burbuja Media Tipo Membrana. Figura 8.19. Imagen filtro de arena a presión STF. Figura 8.20. Imagen de un cabezal automático en línea de filtros de anillas VICENTE CANALES. Figura 8.21. Instalación típica de una lámpara, con reactor en tubería. Figura 8.22. Manómetro tipo Bourdon
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1. INTRODUCCIÓN La creciente importancia que tiene la conservación de los recursos naturales, ha despertado en el hombre la búsqueda de métodos para cuidarlos y recuperarlos, y por tanto que puedan ser aprovechados por los seres vivos. El agua representa uno de los más importantes recursos que deben conservarse en buen estado, ya que es vital para el mantenimiento de la biodiversidad y los ecosistemas, así como para el propio ser humano. Debido a la problemática planteada anteriormente, las administraciones se han visto obligadas a controlar y/o regular a través de políticas de regeneración y reutilización de las aguas residuales para así maximizar el aprovechamiento del recurso. Ésta reutilización del agua residual no puede hacerse, al libre albedrío, sino que se rige por una serie de parámetros, los cuales varían según el uso al que se destine esa agua, por lo que también serán variables los procesos a que deba someterse antes de ser reutilizada o regenerada, atendiendo básicamente a las condiciones de partida de esa agua, al nivel de descontaminación y en función al uso deseado. Por lo planteado anteriormente, se realizará el diseño de un sistema de tratamiento de depuración y regeneración de aguas residuales para un conjunto de pequeños municipios y complejos hoteleros en la República Dominicana, con el fin de aportar una solución al problema de la contaminación del agua y tomando en cuenta que en el país uno de los sectores con mayor desarrollo económico es el turismo, es necesario mantener el buen estado del medio ambiente; así como también contribuir a mantener los recursos hídricos de las cuencas.
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2. CONSIDERACIONES PREVIAS Durante los últimos 20 años, la República Dominicana ha logrado ampliar la cobertura de los servicios de saneamiento, sin embargo, la calidad de dichos servicios deja mucho que desear, a pesar del gran crecimiento económico de esta nación. La escasez del agua va en aumento, principalmente a causa del excesivo consumo en las zonas urbanas, la falta de una gestión de la demanda (tarifas bajas, bajo porcentaje de micro medición, limitada sensibilidad en cuanto al medio ambiente), y la degradación de las cuencas de agua. Este último factor ocurre principalmente en las secciones más bajas de la mayoría de las cuencas costeras, y es el resultado de los asentamientos y de la falta de servicios de saneamiento adecuados.
2.1 Situación Actual En el año 2009, la Corporación de Acueducto y Alcantarillado de Santo Domingo (CAASD), estimaba que sólo el 33 % de las aguas residuales recolectadas en la República Dominicana recibía algún tipo de tratamiento. Este porcentaje tiende a disminuir debido a la falta de construcción de nuevas depuradoras que traten los caudales de aguas residuales, que cada vez son mayores por el aumento de las poblaciones. El agotamiento del agua subterránea y la eliminación no regulada de las aguas residuales y los desechos sólidos están creando problemas que pudieran llegar a ser irreversibles. Con frecuencia, las numerosas comunidades que surgen alrededor de las zonas urbanas, y los grandes complejos hoteleros, no cuentan en muchos casos con un sistema adecuado de saneamiento. Por otra parte la regeneración de las aguas residuales y su posterior reutilización como agua de segunda calidad, lleva consigo un ahorro de recursos importantes, al utilizar estas aguas como alternativa a aguas potables o pre-potables.
2.2 Datos de partida Como parámetros fundamentales a la hora de diseñar las diferentes instalaciones objeto de este proyecto, se consideran: Tabla 2.1. Caracteristicas del agua de entrada
Población Equivalente
Dotación
Características del Agua de Entrada (g/hab.equ.*día) (1)
l/Hab-eq*d
3000
360
6000
360
9000
200
12000
200
DBO 5
60
60
SS
90
90
NTK
15
15
PO 4 -3
5
5
(1) El consumo de agua promedio por habitante para las plantas de 3000-6000 Hab-equi ha sido consultado del libro Meltclaf.Eddy, Tratamiento y Depuracion de Aguas Residuales. Para las plantas de 9000-12000 Hab-equi se ha consultado de la Norma sobre Aguas Residuales (abril 2001).
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Para el caso de las plantas de 3000 y 6000 habitantes-equivalentes, se tomará en cuenta la estacionalidad, de aproximadamente la mitad de la poblacion para las epocas de verano e invierno. Partiendo de los datos anteriores se obtienen los caudales y las concentraciones de los parámetros de entrada del agua, los cuales son:
Tabla 2.2. Caudales y Cargas de Contaminantes del agua de entrada Plantas
Caudal medio (m3/h)
Caudal Máximo (m3/h)
DBO 5 (ppm)
SS (ppm)
NTK (ppm)
PO 4 -3 (ppm)
3000
45
97
167
250
42
13
6000
90
179
167
250
42
13
9000
75
152
300
450
75
23
12000
100
196
300
450
75
23
2.3 Situación objetivo El diseño del sistema de depuración y regeneración de aguas residuales tiene como objetivo contribuir al saneamiento de las aguas contaminadas en republica dominicana, garantizando que el agua depurada y regenerada cumpla los parámetros de calidad establecidos por la legislación. De esta forma dicha agua sea utilizada en actividades propias de complejos hoteleros como son el regadío de jardines y campos de golf. En cuanto al agua depurada y regenerada procedente de las plantas urbanas, se utilizará en regadío de pastos para el consumo animal y en actividades agrícolas, debido a que el agua ha pasado por un proceso de regeneración. Desarrollar dos sistemas de tratamientos biológicos por fangos activos: oxidación total y reactores con biomembranas.
2.4 Legislación aplicable Norma sobre Aguas Residuales (abril 2001), archivo Anexo 1, avalado por la Secretaría de Estado de Medio Ambiente y Recursos Naturales, y la Subsecretaría de Gestión Ambiental de la República Dominicana, la cual tiene como parámetros de vertidos los siguientes: Tabla 2.3. Limites de Vertido Según norma Dominicana de Agua Residuales Parámetros
Limites de vertido (ppm)
DBO 5
30
SS
75
NTK
20
PO 4 -3
5
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Directiva 91/271/CEE, archivo Anexo 2, sobre El Tratamiento de las Aguas Residuales Urbanas de la Unión Europea. Para el caso de vertidos de instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas realizados en zonas sensibles (para poblaciones menores de 100000 Hab-eq) cuyas aguas sean eutróficas o tengan tendencia a serlo en un futuro próximo, se deberán cumplir los siguientes parámetros de vertidos:
Tabla 2. 4. Limites de Vertido Según Directiva 91/271/CEE de Agua Residuales Parámetros
Limites de vertido (ppm)
DBO 5
25
SS
35
NTK
15
PO 4 -3
2
Como el planteamiento del proyecto está enfocado a una vida útil de la instalación de aproximadamente unos 25-30 años, se ha optado por la Directiva 91/271 CEE, por ser más restrictiva y como ha de saberse las tendencias de las leyes y normas en los países en vías de desarrollo como lo es la República Dominicana, es hacia las leyes o normas Europeas. Es probable que en un futuro próximo sean adoptadas, por lo mismo y para evitar la obsolescencia en la planta se usarán como parámetros de vertido para zonas sensibles la Directiva 91/271 CEE. Como no existe en la República Dominicana, una ley, norma, reglamento, referente a reutilización de aguas residuales, este proyecto se basará en el Real Decreto Español 1620/2007, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas, el cual establece el tipo de tratamiento a utilizar, según el uso al que se destinará el agua regenerada. Real Decreto 1310/1990, archivo Anexo 3, por el cual se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrícola, para la disposición final de los fangos de las plantas de tratamiento de agua Residual.
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3. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA DEL PROYECTO La Republica Dominicana se caracteriza por tener un modelo de desarrollo económico en el cual, la industria hotelera representa uno de los sectores más importantes. Existen complejos hoteleros que no cuentan con sistemas de tratamiento para la depuración de sus aguas residuales. En las plantas del complejo hotelero se optará por reactores con biomembranas, puesto que facilita una reducción de espacio, mayor calidad del agua en el efluente, mayor fiabilidad y gran facilidad de operación. A diferencia de los tratamientos blandos, ya que a pesar de ser poblaciones pequeñas, al tratarse de plantas para un complejo hotelero, es necesario gran espacio y el mismo pueden dar lugar a la proliferación de olores, insectos (moscas, mosquitos, etc.), en algún momento, máxime teniendo en cuenta la climatología de la República Dominicana, lo que perjudicaría enormemente la calidad del complejo. Por otro lado, en las plantas urbanas se optará por reactores biológicos de oxidación total, puesto que se trata de núcleos urbanos de tamaños medios, con lo cual los sistemas de tratamientos blandos no son los más adecuados. El diseño propuesto en este proyecto al ser aplicado en municipios de diferentes tamaños de población fácilmente extrapolables a partir de los diseños realizados y complejos hoteleros permitirá aumentar el porcentaje de aguas residuales depuradas y regeneradas en la Republica Dominicana, tomando en cuenta que es un diseño compacto lo que permite una mejor adaptabilidad que otros sistemas de tratamientos, así mismo se tendrá una disminución significativa en el coste total, ya que facilita el mantenimiento y se requiere menos espacio para su instalación. En las plantas diseñadas para el complejo hotelero se utilizarán bioreactores con membranas, debido a la reducción en un 50 % con respecto al tamaño de los reactores de oxidación total, y tomando en cuenta su calidad en el efluente, seguridad y viabilidad. Es una tecnología emergente, en pleno desarrollo, que aunque tiene un alto coste de implantación y mantenimiento, tiene grandes ventajas, ya que facilita su operatividad, siguiendo las experiencias que se están realizando en España (Polaris world) y que las primeras instalaciones de este tipo de tecnología no llegan a 5 años. Finalmente otro punto, destacado en el proyecto, es la reutilización del agua regenerada que hasta estos momentos no existe evidencia de que se esté realizando en la Republica Dominicana, por lo cual esto representaría un aprovechamiento del recurso hídrico.
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4- DESCRIPCIÓN Y FUNDAMENTO DE LA PLANTA Este apartado describe los distintos procesos de tratamiento y los fundamentos para su dimensionamiento de ambas plantas depuradoras y regeneradoras. Los cálculos realizados para su dimensionamiento se abordarán con detalle en el apartado 5. En los apartados anteriores se ha descrito las características del agua de entrada, las cuales determinarán la elección y dimensionamiento de los distintos procesos de las plantas. Para las plantas de 3000 y 6000 Hab-eq se asumirán variaciones de operación, debido a la estacionalidad (Invierno/verano), en cambio para las plantas de 9000 y 12000 Hab-eq no se considerará variación por estacionalidad. Ambas plantas poseen dos líneas diferenciadas, línea de agua y línea de fangos. A continuación se detallan las líneas de tratamiento de cada una de las plantas: Tabla 4.1. Descripción de las Líneas de Tratamientos Definidas Plantas Complejo Hotelero (3000-6000 Hab-eq)
Plantas Urbanas (6000-12000 Hab-eq)
Pretratamiento: Desbaste
X
X
Fangos Activos
X
X
Bioreactor con Membranas con Oxidación Total
X
Línea de Fangos
Línea de Regeneración
Linea de Agua
Líneas de Tratamiento
Proceso
Sistema Convencional con Oxidación Total
X
Decantación Secundaria
X
Filtro de Arena
X
Filtro de Anillas
X
Desinfección con Batería de Lámpara UV
X
X
Espesamiento por gravedad
X
X
Digestión Aerobia
X
X
Deshidratación a través de Eras de Secado
X
X
4.2 Línea de agua La línea de agua es en la cual el agua a su entrada es tratada por los distintos procesos hasta la obtención de las características requeridas para su posterior vertido o uso, en su mayor parte. Consta de los siguientes elementos: pre-tratamiento, tratamiento biológico y regeneración de agua.
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4.2.1 Pretratamiento La primera operación que se lleva a cabo en cualquier planta de tratamiento de agua residual, independientemente de su destino final, es la eliminación de todos aquellos cuerpos de gran tamaño que son arrastrados por el agua residual a través de la red de colectores. Esta operación tiene como objetivo la protección de los equipos mecánicos dinámicos que se encuentran situados posteriormente y evitar obstrucciones en línea y canales que alterarían el régimen hidráulico de la instalación, aumentando con ello la eficiencia de los procesos posteriores. El pretratamiento para las presentes plantas a describir es común. Consta de un pozo de gruesos, un sistema de rejas y por último de un tamizado del agua antes de continuar en los siguientes procesos.
4.2.1.1 Pozo de gruesos El agua bruta es recibida en un pozo de gruesos, con el objetivo de retener los materiales más pesados o de gran tamaño que pueden influir negativamente en el funcionamiento de las operaciones unitarias sucesivas y que de pasar a los siguientes procesos pueden provocar averías mecánicas graves en los equipos de tratamiento. Los materiales retenidos en el fondo del pozo de gruesos se extraen por medio de una cuchara bivalva de 300 L. de capacidad, de accionamiento hidráulico, y que se puede desplazar a lo largo del pozo de gruesos gracias a un polipasto de traslación y elevación por medio de sendos motores eléctricos. Los sólidos separados se descargan en un contenedor de 5000 litros de los utilizados en construcción y con unas perforaciones en el fondo para su escurrido, el cual se apoya sobre una solera con pendientes hacia un sumidero, que recoge los escurridos y los devuelve al pozo de gruesos. El pozo de gruesos cuenta con una reja de gruesos con barrotes de 50 mm, para protección del equipo de bombeo. Su limpieza será manual y los residuos serán depositados en el contenedor mencionado anteriormente.
4.2.1.2 Rejas Las rejas consisten en un conjunto de barras metálicas, paralelas, de sección regular y con la misma separación entre ellas en cuadradas en un marco metálico que les confiere rigidez. Son colocadas en un canal de hormigón situadas transversalmente al flujo, para que el agua residual pase a través de ellas quedando de esta forma atrapados los sólidos que poseen un tamaño mayor a la luz entre barrotes. Su uso está muy generalizado y es la primera operación que se realiza en todas las plantas de tratamiento de aguas. El objetivo fundamental de estas rejas es la eliminación de todos los sólidos en suspensión de tamaño superior a la separación entre barrotes (luz) con el fin de evitar obstrucciones en líneas o posibles problemas en los equipos dinámicos. En este caso se utilizará una reja de finos, con una luz de paso y espesor de los barrotes de 8 mm de acero al carbono. Cuanto menor sea la luz o separación entre barrotes, mayor será la cantidad de basura eliminada o separada. La limpieza de la reja circular se realizara mediante un rastrillo que gira sobre su propio eje, el cual se que se encastra entre los barrotes y se desliza a lo largo de los mismos mediante un sistema mecanizado. Esta función de limpieza se lleva a cabo de forma discontinua, en función del nivel del agua, antes y después de la reja, lo que indica el grado de colmatación en que esta se encuentra. La instalación de las rejas se llevara a cabo de un canal de sección rectangular, con fondo de pendiente 0.7% descendente en la dirección del flujo, y en un tramo recto, con el fin de conseguir que la velocidad de aproximación sea lo más homogénea posible. 15
El canal se bifurcará en dos en los cuales se alojarán cada una de las rejas. La velocidad del agua por el canal será entorno a 0.3 m/s para evitar la decantación de sólidos y turbulencias en el canal. Al principio y al final de cada canal donde irán las rejas se colocarán unas compuertas de tipo tajaderas para poder aislar cada canal en caso de avería, para facilitar su mantenimiento. La evacuación de los sólidos retenidos será en cestones situados en la parte superior de las rejas. Estos deberán ser retirados manualmente por los operarios cuando estén llenos que se podrán depositar en los contenedores de capacidad de 800 litros. El agua después de las rejas necesita ser bombeada hasta los tamices, debido a que estos se encuentran a una altura de 3 metros. El bombeo del agua residual hacia los tamices será mediante bombas sumergibles, las cuales determinan el ancho del pozo. Las cantidades y especificaciones técnicas se detallan en el apartado 8.
4.2.1.3 Tamices Los tamices son equipos para la eliminación de los sólidos en suspensión de gran tamaño, en donde el agua pasa a través de una placa perforada o mallas de acero inoxidable con un paso de luz de luz entre 0,25 y 3 mm. Debido a que la luz es muy inferior a las rejas, la capacidad de retención es mucho más importante que en aquellas. Se instalará un tamiz de tipo dinámico o rotativo, los cuales están formados por un cilindro cuya virola está constituida por una malla inoxidable a través de la cual pasa el agua residual y se distribuye uniformemente a lo largo de todo el cilindro filtrante que gira a baja velocidad. Las partículas sólidas quedan retenidas en la superficie del mismo y son conducidas hacia una raqueta, que es la encargada de sepáralas y depositarlas sobre una bandeja inclinada para su caída por gravedad. El agua que pasa a través de las rendijas del cilindro filtrante es conducida hacia la salida que puede estar en la parte inferior o posterior del cuerpo. Las especificaciones del tamiz se detallarán en el apartado 8.3. Con el proceso de tamizado se consigue una eliminación prevista del 5% de DBO y un 8% de SS. Tabla 4.2. Cargas a la salida del tamiz en las distintas plantas.
Cargas a la Entrada al tamiz
Cargas a la salida del Tamiz
Plantas Hab-eq
DBO (ppm)
SS (ppm)
NTK (ppm)
PO 4 -3 (ppm)
DBO (ppm)
SS (ppm)
NTK (ppm)
PO 4 -3 (ppm)
3000
167
250
42
13
158
230
42
13
6000
167
250
42
13
158
230
42
13
9000
300
450
75
23
285
414
75
23
12000
300
450
75
23
285
414
75
23
16
4.2.2 Tratamientos biológicos El tratamiento biológico se define como aquel proceso mediante el cual, los microorganismos proliferan y se desarrollan a partir de la materia orgánica presente en las aguas residuales, transformándolas, por una parte en productos finales como CO2 , H2O, sales inorganica y una biomasa separable como en un sólido sedimentable de naturaleza biológica. En ambas plantas se utilizará fangos activos mediante el proceso de oxidacion total : en las plantas del complejo hotelero, el diseño estará basado en Bio-Reactores de Membranas (BMR) que operan sin decantador secundario y en las plantas urbanas, estará basado en reactores de oxidación total convensional. En ambos casos con nitrificacion-desnittrificacion. El proceso va a tener una serie de variables que hay que tener en cuenta a la hora de determinar su diseño: 1. Carga Másca: es la relación entre la carga orgánica a procesar y la masa de microorganismos en el reactor. Viene representada por el cociente entre la cantidad de DBO que se introduce en el sistema por día y la masa de microorganismos existentes en el reactor. Se expresa en Kg de DBO en el influente en un día dividido por los Kg de biomasa en el tanque de aireación.
La carga másica es una variable de diseño del reactor biológico, pero también lo es de control del mismo. Es recomendable que en operación el reactor biológico funcione con una carga másica constante, puesto que la carga másica condicona no sólo la fase de crecimiento microbiano que se alcanza, sino también el tipo de población microbiana, y fundamentalmente el rendimiento del proceso. A efectos practicos, se utilizan los solidos en suspension en el reactor en lugar de la biomasa, al ser mas rapido y seguro su determinación. 2. Sólido es Suspensión en el Licor de Mezcla (MLSS): es la concentración en ppm de los sólidos en suspensión presentes en el reactor biológico (la mayor parte biomasa). Este parametro a efectos practicos de control de planta se considera en la definicion de la CM. 3. Tiempo de Retención Celular (ᶿ c ): es el tiempo durante el cual los microorganismos se encuentran en el proceso biológico. El tiempo de retención celular se define como la relación entre la masa de microorganismos presentes en el reactor biológico y los que han de abandonar el sistema diariamente o lo que es lo mismo los que se generan de forma diaria (purga del decantador secundario). Este tiempo está ligado a la carga másica y es un parámetro fundamental de diseño, y que fija el rendimiento de la instalación. 4. Tiempo de Retención Hidráulico (Tr): es el tiempo que el agua esta en el reactor y en consecuencia durante el cual los microorganismos están en contacto con el agua. Se expresa como una relación entre el volumen del reactor biológico y el caudal de agua a procesar. 5. Caudal de Purga y Recirculación: es necesario elminar los fangos generados en el reactor biológico, a esta corriente se le denomina purga de fangos. Con el fin de mantener la carga másica constante, es necesario hacer retornar al reactor biológico una parte de los fangos decantados, con el objetivo de mantener la poblacion constante. 6. Necesidades de Oxígeno: es el oxigeno que precisa la biomasa para llevar a cabo las reacciones de sintesis y oxidacion de la materia organica a eliminar. Es importante conocer la necesidad de oxígeno que va a tener la biomasa presente en el reactor para que el proceso se opere correctamente.
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4.2.2.1 Bioreactores de Membranas (BMR) Es el proceso de fangos activos en el que la separación sólido/líquido se realiza por filtración mediante membranas. En estos bioreactores el decantador es sustituido por un sistema de Ultrafiltración sobre membranas. Se podría considerar este sistema como la combinación de un proceso de biodegradación y separación por membrana en un proceso único, donde los sólidos en suspensión y la biomasa son separados del agua por filtración. Las membranas se instalan dentro del reactor, provocando por depresión la salida del agua tratada, permaneciendo toda la biomasa en el reactor. Gracias al empleo de estas membranas de ultrafiltración, se puede llegar a retener sólidos disueltos de alto peso molecular. Entre las ventajas podemos encontrar: Utilización de elevadas concentraciones de biomasa, lo que conlleva unos tamaños del reactor más pequeños y unos rendimientos superiores a los obtenidos en los métodos clásicos. Trata influentes con cargas de DBO superiores a las de los otros procesos. Baja generación de lodos. El efluente se encuentra libre de sólidos en suspensión (menor de 5 ppm) y desinfectado. Absorben fácilmente variaciones importantes de composición. Optimizan la retención de biomasa en el reactor. No se ve afectado por los problemas de operación de otros sistemas biológicos como: bulking, fango fino, etc. Perfecto control de la edad del fango. Posibilidad de ampliar instalaciones existentes sin necesidad de obra civil.
4.2.2.2 Fangos activos: Oxidación Total El proceso de fangos activos consiste en el desarrollo de un cultivo bacteriano disperso en forma de floculo en un depósito agitado, aireado y alimentado con el agua residual, que es capaz de metabolizar como la materia orgánica biodegradable, los contaminantes biológicos en el agua. El proceso se considera un proceso de depuración acelerada, reforzada y controlada. Los fenómenos que se presentan son exactamente los mismos que en los ríos o lagos naturales, pero en las balsas de aireación los organismos se agrupan en un espacio reducido y en gran número. La reacción bioquímica que tiene lugar, es la siguiente: MO + Microorganismos + O 2 ----- CO 2 + H 2 O + ……+ Nuevos Microorganismos A diferencia de lo que ocurre en la naturaleza, la población de biomasa que se utiliza en este proceso es elevada, lo que conlleva que en unos tiempos reducidos, tenga lugar la eliminación de cantidades importantes de DBO. Este proceso biológico requiere de una cantidad determinada de materia orgánica, ya que cantidades excesivas de estos compuestos orgánicos conllevan rendimientos bajos, metales pesados y/o sales pueden inhibirlo o destruirlo, así como cantidades reducidas de nutrientes pueden no ser suficientes para mantener el proceso de sintesis. Un proceso biológico de fangos activos se desarrolla habitualmente en dos cámaras separadas: -
Un reactor biológico, tanque agitado, aireado y alimentado con el agua residual, en el que se produce la parte biológica del proceso. 18
-
Un dacantador secundario, tanque en el que sedimenta el fango producido, que es recirculado a la cabecera del tratamiento, y purgada para su elimanación la cantidad producida en exceso.
El proceso de lodos activos tiene una serie de alternativas. Para el tratamiento de las aguas residuales como se verterá a zonas sensible se irá a proceso de aireación prolongada, comunmente llamada, oxidación total, con el fin de llegar a oxidar el NTK en el agua residual. Este tipo de reactor trabaja en condiciones endogénas y con cargas másicas muy bajas, obteniendose en consecuencia, rendimientos muy elevados, produciendo una menor cantidad de fangos muy mineralizados, lo que simplifica de forma importante la línea de tratamiento de lodos. La concentración de biomasa en este tipo de reactor, suele ser elevada y al trabajar con cargas másicas muy bajas se producirá una nitrificación muy importante del nitrógeno amoniacal presente en el agua residual. Un incoveniente de este tipo de reactores es que tiene un consumo energético importante, por lo que se útiliza en plantas de bajo caudal. O en aquellas instalaciones que requieran nitrificar el NTK o bien vayan a regenerar posteriormente el agua residual tratada.
4.2.3
Decantador Secundario
La decantación es un proceso de eliminación de sólidos en suspensión por diferencia de densidad, de tal forma que las partículas con mayor densidad que el agua, son separadas por la acción exclusiva de la gravedad. En los decantadores no se separan: •
Sólidos en suspensión muy finos
•
Sólidos en suspensión en estado coloidal.
•
Aquellos con una densidad próxima o inferior a la del agua tratada.
El fundamento del proceso consiste en la diferencia de peso específico entre la partícula sólida a separar y el agua, de tal forma que una disminución de la velocidad ascensional del agua a un valor menor que la de caída del sólido, permite que la materia sedimentable se deposite en el fondo del decantador. La biomasa que procede del reactor biológico se introduce en el decantador secundario, donde se produce una floculación o aglomeración de microorganismos sobre partículas sólidas, y con una densidad baja, suficiente como para producirse la sedimentación de la misma. Este fango es extraído y recirculado al reactor biológico con el fin de mantener una concentración apropiada, o bien es purgado como fango en exceso. El buen funcionamiento del decantador secundario es esencial para evitar el deterioro de la calidad del efluente final.
19
4.2.4 Regeneración 4.2.4.1 Balsa de Regulación El efluente del decantador se introduce en un tanque o balsa de regulación para que se pueda trabajar siempre a caudal medio (que es con lo que habitualmente se diseña en reutilización), ya que los picos llegarán 2-3 horas al día y se diseña para almacenar esas horas de agua. La profundidad de la balsa será de 3.5m. Esta se adosa al tanque del reactor biológico para aprovechar la pared común, para ahorrar costes. Ventajas de las balsas de Regulación: • • • •
Facilita el control de la instalación. Aumenta la vida de las instalaciones al trabajar en condiciones constantes. Permite optimizar el tamaño de la instalación. Evita el sobredimensionamiento de la planta.
4.2.4.2 Sistemas de Filtración El sistema de filtración es el mecanismo que, mediante la utilización de diferentes materiales (filtrantes), se utiliza para eliminar del agua los sólidos en suspensión escapados del decantador secundario. Este sistema consiste en dos tipos de filtros: Filtros de Arena a Presión y Filtros de Anillas, los cuales se describen a continuación: • Filtros de Arena a presión: se utilizarán en las plantas regeneradoras de agua residuales urbanas de 9000 y 12000 habitantes. La finalidad de los filtros de arena es eliminar los sólidos en suspensión presentes que no se han eliminado en procesos anteriores. Los filtros de arena a presión presentan las siguientes ventajas: Los filtros de arena son equipos que poseen diversas ventajas entre las que podemos mencionar que no contiene partes móviles lo que facilita su instalación, tienen un formato compacto y proporcionan soluciones fiables y consistentes. • Filtros de anillas: se utilizarán sólo en las plantas en las urbanas, estos filtros están constituido por un cartucho de anillas ranuradas, que se aprietan unas con otras, dejando pasar el agua y reteniendo aquellas partículas cuyo tamaño sea mayor al de paso de las ranuras. En algunos modelos de anillas, el recorrido del agua a través de las ranuras es bastante sinuoso, lo que según sus fabricantes le da al filtrado ciertas características de "profundidad", similares a las de los filtros de arena. Los filtros de anillas, al igual que el resto de los elementos de filtrado, no deben provocar pérdidas de carga excesivas en la red. Las pérdidas carga con un filtro limpio, para su caudal de funcionamiento, deben ser del orden de 10- 15 m.c.a. y se debe proceder a su limpieza cuando dicho valor alcance los 5 m.c.a.. Los fabricantes han de suministrar los datos de pérdida de carga que producen los filtros en función del caudal, para cada uno de los modelos.
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4.2.4.3 Desinfección Desde el punto de vista de la salud es la etapa más importante del tratamiento de regeneración, el mismo se define como el proceso de eliminación de microorganismos patógenos mediante procedimientos físicos o químicos, en la cual tres principales microorganismos deben ser eliminados: bacterias, virus y protozoos. El método de desinfección establecido es por Lámparas Ultravioletas. Luz Ultravioleta: se viene utilizando desde principios del siglo pasado como sistema de desinfección fiable y seguro con reducidos costes ambientales en el tratamiento de aguas. Una de las ventajas del tratamiento del agua con luz ultravioleta es la ausencia de residuos químicos y subproductos de la desinfección, Este sistema presenta un inconveniente, que no tiene acción germicida remanente, pero que para el uso del agua reutilizada por legislación no es necesario. Mecanismos de la desinfección por radiación ultravioleta El mecanismo de desinfección se basa en un fenómeno físico por el cual las ondas cortas de la radiación ultravioleta inciden sobre el material genético (ADN) de los microorganismos y los virus, y los destruye en corto tiempo, sin producir cambios físicos o químicos notables en el agua tratada. La inactivación por luz ultravioleta se produce mediante la absorción directa de la energía ultravioleta por el microorganismo y una reacción fotoquímica intracelular resultante que rompe la cadena de ADN (probablemente en los dobles enlaces de las nucleoproteínas) que son esenciales para la supervivencia del microorganismo. Ventajas de la luz ultravioleta. La luz ultravioleta ofrece varias ventajas por lo cual se utiliza dentro de la regeneración de aguas residuales. Este proceso de desinfección no supone la adicción de reactivos, por lo que tampoco tiene efectos residuales. Su emisión de luz en el rango de longitudes de onda ultravioleta que lesiona el ADN de las células, causando su inactivación. Otro punto a destacar es que ataca eficazmente a organismos enquistados.
4.3
Línea de fango
Del proceso de tratamiento de las aguas residuales se producen unos lodos o fangos con unas concentraciones de sólidos en suspensión muy diluidas que hay que concentrar y tratar antes de su evacuación de la planta de tratamiento. De esta forma se debe introducir en el diseño de la instalación, la línea de tratamiento de dichos fangos, lo cual conlleva costes y complejidad. En la instalación se obtienen fangos procedentes del decantador secundario o del reactor biológico en el caso de empleo de BMR, el objetivo fundamental de los procesos de tratamiento de fangos, es la obtención de un sólido final estable, con un grado de deshidratación adecuado para que sea fácilmente evacuable de la planta hacia el destino final. Los procesos que se llevan a cabo dentro de la línea de fangos son: • Concentrar los fangos diluidos obtenidos en los procesos anteriores, de tal forma que los tratamientos posteriores en la línea de fangos requieran menor tamaño. • Destruir la materia orgánica biodegradable presente en los fangos con el fin de conseguir su estabilidad. Esto se consigue con el digestor aerobio que se utilizará. • Deshidratar los fangos estabilizados para obtener un sólido que sea fácilmente transportable hacia el destino final.
21
4.3.1 Espesamiento Los lodos obtenidos en los diferentes procesos de la depuradora, tienen una concentración muy baja en sólidos en suspensión próxima al 0,6%, siendo preciso su concentración previa cualquier tratamiento posterior, con el fin de reducir su volumen y facilitar los trabajos posteriores. Los fangos procedentes del reactor biológicos se espesan por gravedad, por razones de operatividad y económicas. Este proceso se lleva a cabo en unos tanques similares a los utilizados para decantación, obteniéndose por el fondo un fango espesado y por superficie un líquido clarificado que se envía a cabeza de tratamiento. Este proceso al igual que la decantación, se basa en la diferencia de densidad entre el agua y sólidos en suspensión a espesar, siendo el proceso más utilizado en espesamiento. Es un equipo pequeño, estático, el cual se adaptará a las dimensiones de la estructura central de cada una de las plantas, suponiendo una sección del mismo, con una pendiente próxima de 20o con el fin de facilitar la descarga del fango espesado.
4.3.2
Estabilización
En los procesos biológicos una parte importante del fango puede ser materia orgánica biodegradable por lo cual es imprescindible su destrucción antes de su evacuación de la planta depuradora. Cuando el proceso es de oxidación total, el fango ya está muy mineralizado, y no es necesaria la estabilización del mismo. En este caso se va a disponer de un digestor aerobio con el fin de garantizar, aún cuando el proceso biológico tenga problema, la mineralización del fango, con el objetivo de evitar en malos olores del fango en estos momentos. En los procesos aerobios el agua se introduce en una balsa con un tiempo de retención elevado y se introduce aire con el fin de producir la degradación de la materia orgánica, manteniéndolos un tiempo adecuado para que la oxidación de la materia orgánica tenga lugar. De esta forma se conseguirá obtener unos fangos muy mineralizados, y por tanto muy estables. En la digestión aerobia se producen unos productos finales como son CO 2 , H 2 O, NO 3, entre otros, por lo que no se generan olores importantes como los que se generan por vía anaerobia. Al estar los fangos bastante mineralizados, el tiempo de retención empleado es inferior al habitual en este proceso, por lo cual se asumirá 9 días.
4.3.3
Eras de secado
Las eras de secado son un sistema muy utilizado para la deshidratación de fangos en pequeñas plantas depuradoras urbanas. Consisten en un lecho de arena sobre el que se vierte el fango, teniendo lugar dos efectos complementarios: • •
Primera etapa: deshidratación por filtración del agua sobre la arena. Segunda etapa: evaporación de una parte del agua ligada al fango por la acción del sol y del aire.
Las eras de secado consisten en una superficie de arena soportada sobre otros materiales más gruesos y que dispone en su fondo de una tubería drenante para recogida de líquido filtrado. La retirada de la torta se hará manualmente.
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Ventajas de este sistema: Las eras de secado tienen diversas ventajas entre las cuales podemos mencionar su bajo coste de implantación y mantenimiento, además de que ofrecen una sequedad elevada. Este tipo de sistema de deshidratación es recomendable para plantas pequeñas debido a su bajo coste de mano de obra. En el apartado siguiente se desarrollan los cálculos de dos de las plantas de ambos sistemas: •
Planta de 3000 Hab-eq, complejo hotelero, oxidación total y BMR
•
Planta de 9000 Hab-eq, Urbana, oxidación total.
23
5.
CÁLCULOS
En este apartado se desarrollarán los cálculos para las plantas de 3000 Hab-eq del Complejo Hotelero y 9000 Hab-eq de las Plantas Urbanas. Para las plantas restantes (6000-12000 Hab-eq) se detallarán los parámetros de diseño en el anexo I. Los resultados obtenidos en este apartado tendrán formato de Negrita (N), con el objetivo de resaltarlos frente a los demás números. 5.1 Planta Hotelera 3000 habitantes 5.1.1 Línea de agua A continuación se detallan los parámetros de partida: Tabla 5.1. Parámetros de partida planta de 3000 Hab-eq Parámetro
Concentración (ppm)
Carga contaminante (Kg/día)
DBO 5(1500)
167
90
DBO 5(3000)
167
387
SS (1500)
250
135
SS (3000)
250
579
NTK (1500)
42
23
NTK (3000)
42
97
PO 4 -3 (1500)
13
7
PO 4 -3 (3000)
13
30
5.1.1.1 Pozo de grueso Partiendo de los siguientes datos, se calculará el volumen, la superficie y las dimensiones del pozo de grueso, tanto para la población de invierno (1500 habitantes), como para la población de verano (3000 habitantes): Datos:
24
Para calcular las dimensiones se tomará el volumen y la superficie más alta (en este caso corresponde a la situación de verano, al ser la más desfavorable), por tanto, la altura de la línea de agua será de:
Dimensiones del Pozo: La altura total del pozo será de 6 m, ya que los colectores se encuentran a 4 m de profundidad. En función del tamaño de la abertura y de las necesidades de condiciones de la cuchara bivalva, la cual tiene unas dimensiones de 1580 mm de abertura, se define una longitud del pozo de grueso igual a:
En función de la cantidad y la disposición de las bombas sumergibles, ver apartado 8.5.1, se estima una anchura de:
5.1.1.2 Rejas Se calculará la superficie de la reja a través de la siguiente expresión, tanto para el caudal máximo, como para el caudal medio de verano e invierno.
25
Datos:
•
Para Invierno
•
Para Verano
Tomando los valores de las superficies mayores se obtendrán las dimensiones de la reja
Donde:
26
Igualando las dos expresiones anteriores, sustituyendo y despejando b (ancho), se obtendrá la siguiente expresión:
Se colocará una reja de finos, tanto para verano como para invierno. Como sale con unas especificaciones muy pequeñas, se colocará una reja circular automática con la especificación de 0.3 m de ancho, debido a que esta es la especificación mínima disponible en el mercado. Por tanto, se calculará nuevamente la altura de la reja, que será igual a:
Se colocará también una reja manual en paralelo, de tamaño 0.3 m * 0.2 m, como precaución en caso de ocurrir algún daño en la automática. 5.1.1.3 Tamiz Los tamices se elegirán de acuerdo a la luz de paso igual a 1.5 mm y en función del caudal máximo a tratar, ver apartado 8.3. Con un paso de luz de 1.5 mm, en el tamiz se elimina un 8 % de sólidos en suspensión y un 5 % de DBO 5 (no se ha tenido en cuenta eliminación de NTK ni fosforo en el tamiz al tratarse de cantidades bajas), con lo cual se puede conocer la concentración que se elimina y la que sale del mismo, mostrado en la siguiente tabla:
27
Tabla 5.2. Concentración de contaminantes eliminados en el tamiz planta de 3000 Hab-eq Planta Hab-eq
DBO (ppm)
SS (ppm)
NTK(ppm)
PO 4 -3 (ppm)
3000
158
230
42
13
5.1.1.4 Reactor Biológico Tabla 5.3 Parámetros de entrada al Reactor Biológico planta de 3000 Hab- eq
Contaminantes
Concentración (ppm)
Carga (Kg/día)
DBO 5
158
85
SS
230
124
N
42
23
PO -3 4
13
7
Se calculará el rendimiento para invierno con la siguiente expresión:
Donde:
28
Como se trata de un proceso de fangos activos por oxidación total con BMR, con regeneración en el efluente final, pero al ser de un 84 % el rendimiento calculado y como no cumple lo preciso para regenerar, será necesario obtener un rendimiento mucho mayor. Conociendo la diferencia de caudal, producto de la estacionalidad en la planta de tratamiento, se tomará una Carga Másica y una concentración de MLSS para ajustar el rendimiento y las dimensiones del volumen del reactor, tanto en verano como en invierno. La concentración de MLSS en un proceso de Oxidación total BMR oscila en un rango de 8 a 12 Kg MLSS/m3.
(Para aproximar el volumen de invierno al de verano y que se pueda trabajar en el mismo equipo).
Volumen para invierno:
Con el volumen obtenido y el caudal medio de entrada a la planta en invierno, se obtendrá el tiempo de retención necesario.
Este valor obtenido se comparará con el tiempo de retención celular, el cual debe cumplir con la condición de que el mismo sea mayor que el tiempo de retención.
29
Donde:
Se calculará el rendimiento para verano con la siguiente expresión:
Donde:
30
Como se ha dicho anteriormente, será necesario obtener un rendimiento mucho mayor que 84 % y ajustar el volumen tanto para invierno como para verano con la Carga Másica y la concentración de MLSS.
Calculando el tiempo de retención se obtiene:
Y el tiempo de retención celular será igual a:
Donde:
31
5.1.1.4.1 Necesidades de Oxígeno en el reactor El proceso va a tener unas necesidades de oxígeno para la eliminación de DBO, respiración endógena de la biomasa presente en la balsa y para la oxidación del nitrógeno amoniacal. La cantidad necesaria de oxígeno se obtendrá a través de la siguiente expresión:
•
En invierno:
a= Coeficiente de síntesis, para CM=0.1, a = 0.652 L= DBO en el influente (Kg/d) R=Rendimiento del proceso b= Coeficiente de respiración endógena, para CM=0.1, b= 0.066 M= Biomasa en el reactor biológico (Kg) Ln= Nitrógeno amoniacal eliminado en el reactor (Kg/d) (Se elimina un 90 % del nitrógeno amoniacal), entonces:
32
Para conocer el oxígeno requerido, se le debe restar a este valor la desnitrificación = 2.5 (factor de desnitrificación) * Ln, entonces se tendría:
•
En Verano
a= Coeficiente de síntesis, para CM=0.15, a = 0.621 L= DBO en el influente (Kg/d) R=Rendimiento del proceso b= Coeficiente de respiración endógena, para CM=0.15, b= 0.079 M= Biomasa en el reactor biológico (Kg) Ln= Nitrógeno amoniacal eliminado en el reactor (Kg/d) (Se elimina un 90 % del nitrógeno amoniacal), entonces:
Restándole el valor de la desnitrificación:
33
Para una profundidad del reactor biológico de 3.5 m, se obtiene un rendimiento teórico de un 33 % en los difusores, por tanto, el rendimiento real, será (0.6, es la capacidad de transferencia de oxígeno, de los sistemas de aireación): Rendimiento real = (33 %)*(0.6) = 20 % Entonces, el Oxígeno requerido real, tanto para invierno como para verano, respectivamente será:
El porcentaje en peso de oxígeno en el aire representa el 23 % y sabiendo la densidad del aire = 1.2 Kg/m3, se podrá calcular la cantidad de aire requerida para llevar a cabo el proceso de aireación.
5.1.1.4.2 Cálculo de los difusores y su distribución en el reactor Se colocará la misma cantidad de difusores, los cuales trabajaran en verano e invierno, variando las condiciones de acuerdo a la época del año, ya que en verano la capacidad de aire por difusores será de 4.3 m3/hora, mientras que en invierno será de 2.5 m3/hora, como los valores se encuentran dentro del rango de trabajo de estas unidades, la cantidad de difusores será de:
Como el volumen del reactor biológico es de 114 m3, se tomará en cuenta que la zona anóxica, representa el 20 % del reactor y la zona aerobia representa el 80 % restante.
34
La distribución de los difusores a través de toda la balsa biológica va a depender de la cantidad de contaminante que habrá en las zonas, donde haya una mayor carga habrá un mayor número de difusores, esta es la zona de la línea de agua, entonces la distribución será así:
42 %= 22 difusores 51
34 %= 17 difusores 24%= 12 difusores
35
5.1.1.4.3 Caudal de fango La cantidad de fango en el reactor biologico, el cual es purgado y luego será pasado a la linea de fango para ser tratado, será: • Fango generado en Invierno
• Fango generado en Verano
36
Al tratarse de biomembranas no se precisa de decantador secundario, ni sistema de regeneración, ya que las biomembranas generan un efluente con una calidad precisa para ser reutilizada y cumplir la legislación ’’Normas Sobre Aguas Residuales 2001’’ de la República Dominicana y la Directiva 91/271/CEE, sobre el Tratamiento de las Aguas Urbanas.
5.1.1.5 Balsa Reguladora de agua para ajustar el tratamiento de Regeneración del agua Residual Para esta planta se calculará el volumen de la balsa con el caudal medio en verano mediante la siguiente expresión:
Donde: Q med = 45 m3/h Tr= 4 h
Al tratarse de agua proveniente de reactor biológico con biomembranas (agua de calidad idónea para reutilizar), sólo se pasará el agua por una batería de lámparas de Luz Ultravioleta, puesto que el agua reutilizada se utilizará para el riego de jardines dentro del complejo turístico, así como también para los campos de golf.
5.1.1.6 Batería lámparas de Luz Ultravioleta Las baterías de lámparas de luz ultra violeta son utilizadas para la eliminación de microorganismos, será definido por el suministrador, ver apartado 8.11.
5.1.1.7 Depósito de Agua. Será necesario un tanque de depósito para el almacenamiento del agua regenerada con el fin de ajustar la generación con la demanda, tomando como referencia el caudal medio de verano, con una capacidad máxima de 24 horas, por tanto, las dimensiones serán:
37
Q= 45 m3/h
5.1.2 Línea de fango Los equipos de la línea de fango se diseñarán para el caso más desfavorable, que es en verano. 5.1.2.1 Espesador El fango proveniente del reactor biológico se tratará en un espesador, el cual tendrá las siguientes dimensiones: Datos:
38
El caudal de fango a la salida del espesador considerando una concentración de salida próxima al 5% será igual a:
5.1.2.2 Digestor Aerobio Las dimensiones del digestor se calcularán de acuerdo al caudal de fango a la entrada del mismo, obteniéndose las siguientes dimensiones: Datos
T r = 9 días (Se dará un tiempo de retención de 9 días porque los fangos salen muy mineralizados del reactor biológico)
VSS en los fangos en condiciones de diseño 65%
39
La concentración de fango a la salida en el digestor es:
Q sal. = 4 m3/ h
5.1.2.2.1 Oxigeno Requerido En el digestor aerobio se elimina un 40 % de los Sólidos en Suspensión Volátiles (VSS), por tanto se calculará los VSS eliminados para calcular el oxígeno requerido, sabiendo que la necesidad de oxígeno es de 2.5 Kg O 2 / Kg VSS elim. Este cálculo se hace para verano por ser el caso más desfavorable.
40
Se colocará difusores de burbuja media, los cuales tendrán un rendimiento real de un 16 %, por tanto el oxígeno requerido real, será igual:
El porcentaje en peso de oxígeno en el aire representa el 23 % y sabiendo la densidad del aire = 1.2 Kg/m3, se podrá calcular la cantidad de aire requerida para llevar a cabo el proceso de aireación, que será:
La cantidad de difusores, sabiendo que cada difusor de burbuja medio tiene una capacidad de 6 m3/hora, es igual a:
5.1.2.3 Eras de Secado Las dimensiones y la cantidad de las eras de secado serán: Datos
(Se toma 14 días porque el clima de la República Dominicana es un clima cálido)
41
Se colocarán 3 Eras de 54 m2 cada una, más una de reserva, que estará en fase de limpieza y adecuación mientras que las otras están operativas. La concentración del fango en las Eras, luego de cumplir el tiempo de retención es de 35 %, por tanto el caudal de fango será igual a:
Se almacenará en un contenedor de 4 m3 tipo construcción. Como la zona de eras se encuentra alejada del asentamiento hotelero el fango se evacuará una vez por semana.
42
5.2 Planta Urbana 9000 habitantes 5.2.1
Línea de agua
A continuación se detallan los parámetros de entrada a la planta: Tabla 5.4. Parámetros de partida planta de 9000 Hab-eq Parámetro
Concentración (ppm)
Carga contaminante (Kg/día)
DBO 5
300
540
SS
450
810
NTK
75
135
PO 4 -3
23
41
5.2.1.1 Pozo de grueso Partiendo de los siguientes datos, se calculará el volumen, la superficie y las dimensiones del pozo de grueso: Datos:
Para calcular las dimensiones se tomará el volumen y la superficie más alta, por tanto, la altura de la línea de agua será de:
43
Dimensiones del pozo: La altura total del pozo será de 6 m, ya que los colectores se encuentran a 4 m de profundidad.
En función del tamaño de la abertura y de las necesidades de condición de la cuchara bivalva, la cual tiene unas dimensiones de 1580 mm de abertura, por tanto, la longitud del pozo de grueso será de:
En función de la cantidad y la disposición de las bombas sumergibles, ver apartado 8.5.1, se estima una anchura de:
5.2.1.2 Rejas Se calculará la superficie de la reja a través de la siguiente expresión:
Datos:
44
Donde:
Igualando las dos expresiones anteriores, sustituyendo y despejando b (ancho), se obtendrá la siguiente expresión:
Se colocará una reja de finos, tanto para verano como para invierno. Como sale con unas especificaciones muy pequeñas, se colocará una reja circular automática con la especificación de 0.3 m de ancho, debido a que esta es la especificación mínima disponible en el mercado. .Por tanto, se calculará nuevamente la altura de la reja, que será igual a:
Se colocará también una reja manual en paralelo, de tamaño 0.3 m * 0.3 m, como precaución en caso de ocurrir algún daño en la automática.
45
5.2.1.3 Tamiz Los tamices se elegirán de acuerdo a la luz de paso igual a 1.5 mm y en función del caudal máximo a tratar, ver apartado 8.3. Con un paso de luz de 1.5 mm, en el tamiz se elimina un 8 % de sólidos en suspensión y un 5 % de DBO 5 (no se ha tenido en cuenta eliminación de NTK ni fosforo en el tamiz al tratarse de cantidades bajas), con lo cual se puede conocer la concentración que se elimina y la que sale del mismo, mostrado en la siguiente tabla: Tabla 5.5 Concentración de contaminantes eliminados en el tamiz planta de 9000 Hab-eq Planta Hab-eq
DBO (ppm)
SS (ppm)
NTK(ppm)
PO 4 -3 (ppm)
9000
285
414
75
23
5.2.1.4 Reactor Biológico Tabla 5.6 Parámetros de entrada al reactor planta de 9000 Hab-eq
Contaminantes
Concentración (ppm)
Carga (Kg/día)
DBO 5
285
513
SS
414
745
N
75
135
PO 4 -3
23
41
Se calculará el rendimiento para invierno con la siguiente expresión:
Donde:
46
Como se trata de un proceso de fangos activos (oxidación total) y el rendimiento calculado es de un 91 %, será necesario obtener un rendimiento mayor, para conseguir el proceso de nitrificación preciso, por tanto, se tomará una Carga Másica y una concentración de MLSS para ajustar el rendimiento.
Este valor obtenido se comparará con el tiempo de retención celular, el cual debe cumplir con la condición de que el mismo sea mayor que el tiempo de retención.
47
5.2.1.4.1 Necesidades de Oxígeno en el reactor El proceso va a tener unas necesidades de oxígeno para la eliminación de DBO, respiración endógena de la biomasa presente en la balsa con reacciones de síntesis de formación de biomasa, y para la oxigenación del nitrógeno amoniacal. La cantidad necesaria de oxígeno se obtendrá a través de la siguiente expresión:
Donde: a= Coeficiente de síntesis, para CM=0.15, a = 0.621 L= DBO en el influente (Kg/d) R=Rendimiento del proceso b= Coeficiente de respiración endógena, para CM=0.15, b= 0.079 M= Biomasa en el reactor biológico (Kg) Ln= Nitrógeno amoniacal eliminado en el reactor (Kg/d) (Se elimina un 90 % del nitrógeno amoniacal), entonces:
Restándole el valor de la desnitrificación:
48
Para una profundidad de 3.5 m, se obtiene un rendimiento de un 33 % en los difusores, por tanto, el rendimiento real, será (0.6, es la capacidad de transferencia de oxígeno, de los sistemas de aireación): Rendimiento real = (33 %)*(0.6) = 20 % Entonces, el Oxígeno requerido real:
El porcentaje en peso de oxígeno en el aire representa el 23 % y sabiendo la densidad del aire = 1.2 Kg/m3, se podrá calcular la cantidad de aire requerida para llevar a cabo el proceso de aireación.
5.2.1.4.2 Cálculo de los difusores y su distribución en el reactor Se colocarán difusores de disco similar, donde cada difusor tendrá una capacidad de 4 m3 /hora entonces la cantidad de difusores será:
Como el volumen del reactor biológico es de 760 m3, se tomará en cuenta que la zona anóxica, representa el 20 % del reactor y la zona aerobia representa el 80 % restante.
49
La distribución de los difusores a través de toda la balsa biológica va a depender de la cantidad de contaminante que habrá en las zonas, donde haya una mayor carga habrá un mayor número de difusores, esta es a la entrada de la línea de agua, entonces la distribución será así:
42 %= 67 difusores 159
34 %= 54 difusores 24 % = 38 difusores
5.2.1.4.3
Recirculación y Caudal de fango
La cantidad de fango que se recircula en el reactor biologico, será igual a:
Donde:
El caudal y la cantidad de fango que purga del reactor biologico, el cual será tratado en la linea de fango, será:
50
Conociendo la concentración del fango a la salida del reactor biológico se podrá calcular la concentración de fango, que será igual a:
5.2.1.5 Decantador secundario El buen funcionamiento del decantador secundario es esencial para evitar el deterioro de la calidad del efluente final, las dimensiones del mismo serán:
Datos:
51
5.2.1.6 Balsa Reguladora de agua para ajustar el tratamiento de Regeneración del agua Residual Para esta planta se calculará el volumen de la balsa con el caudal medio mediante la siguiente expresión:
Donde: Donde: Q med = 75 m3/h Tr= 4 h
El tratamiento que se le dará al agua proveniente del reactor biológico, será en función de su posterior uso, el cual estará destinado al riego de pastos para consumo de animales, por tanto se pasará el agua por filtros de arena a presión, luego filtros de anillas y por último, pasará por una batería de lámparas de Luz Ultravioleta.
52
5.2.1.7 Filtros de Arena Las dimensiones de los filtros de arena serán las siguientes: Datos:
Despejando S filtrante se tiene:
Se colocarán filtros verticales, con un diámetro de 3 m, con esto se busca la superficie de cada filtro, que será igual a:
Para el lavado de los filtros a contra-corriente se necesitará un caudal de agua y de aire, igual a:
53
El volumen de agua necesario para el lavado de cada filtro, será:
El volumen del tanque de almacenamiento del agua para el lavado de los filtros será:
5.2.1.8 Filtros de Anillas Equipos utilizados para la filtración de segunda etapa, son estándares del mercado y serán definidos por el suministrador, ver apartado 8.10. 5.2.1.9 Batería lámparas de Luz Ultravioleta Las baterías de lámparas de luz ultra violeta son utilizadas para la eliminación de microorganismos y al igual que el equipo anterior será definido por el suministrador, ver apartado 8.11.
5.2.1.10 Depósito de Agua. Será necesario un tanque de depósito para el almacenamiento del agua regenerada, con una capacidad máxima de 24 horas, las dimensiones serán:
Q= 75 m3/h
54
5.2.2
Línea de fango
5.2.2.1 Espesador El fango proveniente del reactor biológico se tratará en un espesador, el cual tendrá las siguientes dimensiones: Datos:
55
El caudal de salida del fango a una concentración igual a un 5 % será:
5.2.2.2 Digestor Aerobio Las dimensiones del digestor se calculan de acuerdo al caudal de fango a la entrada del mismo, obteniéndose las siguientes dimensiones: Datos:
(Se dará un tiempo de retención de 9 días porque los fangos salen muy mineralizados del reactor biológico)
VSS en los fangos en condiciones de diseño 65%
56
La concentración de fango a la salida del digestor será de:
Q sal. = 12 m3/ h
5.2.2.2.1 Oxigeno Requerido En el digestor aerobio se elimina un 40 % de los Sólidos en Suspensión Volátiles (VSS), por tanto se calculará los VSS eliminados para calcular el oxígeno requerido, sabiendo que la necesidad de oxígeno es de 2.5 Kg O 2 / Kg VSS eliminado.
57
Se colocará difusores de burbuja media para evitar atascamientos y facilitar la mezcla aire-fango, los cuales tendrán un rendimiento real de un 16 %, por tanto el oxígeno requerido real, será igual:
El porcentaje en peso de oxígeno en el aire representa el 23 % y sabiendo la densidad del aire = 1.2 Kg/m3, se podrá calcular la cantidad de aire requerida para llevar a cabo el proceso de aireación, que será:
La cantidad de difusores, sabiendo que cada difusor de burbuja medio tiene una capacidad de 6 m3/horas, es igual a:
5.2.2.3 Eras de Secado Las dimensiones y la cantidad de las eras de secado serán: Datos:
(Se toma 14 días porque el clima de la República Dominicana es un clima cálido).
58
Se colocarán 7 Eras de 72 m2 cada una, más una de reserva, que estará en fase de limpieza y adecuación mientras que las otras están operativas. La concentración del fango en las Eras, luego de cumplir el tiempo de retención es de 35 %, por tanto el caudal de fango será igual a:
Se realizarán dos contenedores de obra de 6m3, el fango se retirará de la planta una vez por semana.
59
6.
REACTIVOS
En el diseño de las plantas de tratamiento se ha considerado el uso de algunos productos químicos como reactivos en el tratamiento de las aguas residuales. La dosificación de los reactivos empleados los cuales se detallaran más adelante, se realizaran en línea durante el proceso, mediante el uso de bombas dosificadoras. Los reactivos se suministrarán a las plantas en contenedores de 1000 kg, a excepción del polielectrolito que estará en bidones de 50 litros. Debido a que a las plantas de tratamiento no son de gran tamaño, por tanto no se ha considerado el dimensionamiento de tanques para el almacenamiento, preparación y dosificación de los reactivos. En las plantas urbanas se han establecido dos puntos de dosificación, antes de los sistemas bilógicos y de los procesos de filtración, mientras, que en las plantas del Complejo Hotelero existirá un solo punto de dosificación, antes del sistema biológico. Esto debido a que el vertido final se realizara a zona sensible. En Aquellos momentos en que no se regenere el agua habrá que cumplir la normativa.
6.1
Sulfato de aluminio
El sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) también conocido comercialmente como sulfato de alúmina, es un coagulante inorgánico que se emplea en procesos de clarificación de aguas, tanto en potabilización como de depuración de aguas residuales, de naturaleza urbana como de carácter industrial. Dicho reactivo es efectivo en intervalos de pH 6 a 8. En el diseño de las plantas tratamiento se dosificara dicho reactivo para la reducción y/o eliminación del fósforo por precipitación antes de los sistemas bilógicos y como coagulante antes de los procesos de filtración. La aplicación del producto es inmediata, mediante equipos dosificadores desde los tanques, entrando en contacto el producto con el agua a tratar. La aplicación del producto es inmediata, mediante equipos dosificadores desde los tanques, entrando en contacto el producto con el agua a tratar, donde mediante procesos de mezcla y reacciones de hidrólisis consiguen precipitar el hidróxido metálico, después de sendos procesos de desestabilización coloidal y de neutralización de cargas eléctricas. Se consigue con todo ello eliminar el color, la turbidez, después de reaccionar el producto con la materia particulada presente en el agua. El sulfato de aluminio, en forma líquida se suele presentar en una concentración de un 50%. En este caso no habrá que diluir, se dosificara directamente en dicho porcentaje. Es soluble en el agua, dependiendo de la temperatura, siendo a 10ºc del 96% a 20ºc del 106% y a 30ºc del 127%. Debido a que se dosificará sulfato de aluminio antes de los sistemas biológicos para la precipitación de los fosfatos, se calcula la cantidad de dicho reactivo en este punto de aplicación mediante la relación mostrada a continuación y tomando en cuenta los PPM de fosfatos del agua de entrada a las plantas de tratamiento, ver tabla 6.1.
60
Tabla 6.1. Fosfatos de entrada a cada una de las plantas. PO4-3 (ppm)
Plantas Hab-eq 3000
13
6000
13
9000
23
12000
23
Relación estequiometria.
Al2 (SO4)3+ 2PO-34
2PO4Al +3SO-34
342g/mol
260g/mol
X
13 ppm
17.1 ppm = 0.0171 kg/m3
0.0171 kg/m3*45m3/h = 0.769 kg/h Dosificación necesaria al 50%: 100
50
X
0.769 = 1.538 kg/h
Tabla 6.2. Dosificación de sulfato de aluminio al 50% para la precipitación de los fosfatos antes de los sistemas biológicos para cada una de las plantas de tratamiento.
Plantas Hab-eq
Caudal Medio (m3/h)
3000
45
1.5
1.2
6000
90
3.1
2.3
9000
75
4.5
3.4
12000
100
6.1
4.6
Dosificación (SO4)3Al2 (Kg/h) Dosificación (SO4)3Al2 (l/h)
Este reactivo normalmente como coagulante se dosifica 35 ppm, a continuación se detalla la cantidad de reactivo necesaria para la cada planta en función de los caudales medios.
61
1 kg /m3
1 ppm
0.035 kg/m3
35 ppm
Utilizando los caudales medios de cada planta, obtenemos los kilogramos/ horas a dosificar.
(SO4)3Al2 = 0.035 kg/m3·75 m3/h= 2.6 kg/h Dosificación necesaria al 50%: 100 X
50% 2.6
= 5.2 kg/h
Esta es la cantidad de sulfato de aluminio necesaria a aplicar como coagulante antes de los procesos de filtración, para las plantas de 9000 y 12000 Habitantes. Para conocer el caudal de dosificación en litros por hora, se divide la cantidad de reactivo entre la densidad del mismo. La densidad del sulfato de alúmina es de 1.32 gr/ml.
Tabla 6.3. Dosificación de sulfato de alúmina al 50% necesaria como coagulante antes de los procesos de filtración para las plantas Urbanas diseñadas. Plantas Hab-eq
Caudal Medio (m3/h)
9000
75
5.2
3.9
12000
100
7.0
5.3
Dosificación (SO4)3Al2 (Kg/h) Dosificación (SO4)3Al2 (l/h)
6.2 Sosa cáustica Es un agente neutralizante de tipo alcalino, tiene una velocidad de reacción elevada por lo que es utilizada en procesos de neutralización, lo que redunda en equipos más pequeños, así como su gran solubilidad en agua, lo que permite su dosificación en forma líquida a cualquier concentración. Los compuestos que se forman en las reacciones de neutralización con sosa son solubles al ser sales de sodio, lo que supone no precisar de decantación posterior. En las plantas de tratamiento del complejo Hotelero como en las Plantas urbanas se utilizará la sosa caustica para neutralizar la acidez que pueda producir el sulfato de alúmina. La cantidad a dosificar será de acuerdo al sulfato de alúmina aplicado. Es importante destacar que el agua viene a un pH algo alcalino que compensa una parte de la acidez. , por tanto, se dosificará sosa cáustica siempre que sea necesario de acuerdo al PH que adquiera el agua, luego de la dosificación del sulfato de alúmina. Se dosificará con sosa caustica en los mismos puntos donde se aplicará el sulfato de alúmina, es decir antes de los sistemas biológicos y los procesos de filtración.
62
Debido a que se dosificará sulfato de aluminio para la precipitación de los fosfatos antes de los sistemas biológicos, es necesario calcular la cantidad de sosa caústica a aplicar en este punto. Relación estequiometria sulfato de aluminio y fosfatos.
Al2 (SO4)3+ 2PO-34
2PO4Al +3SO-34
342g/mol
260g/mol
X
13 ppm
17.1 ppm = 0.0171 kg/m3
0.0171 kg/m3*45m3/h = 0.769 kg/h ≈ 0.8 kg/h
Tabla6.4. Cantidades de sulfato de aluminio en estado puro requerido, para calcular la dosificación de la sosa caustica antes de los sistemas biológicos. Plantas Hab-eq
(Al2(SO4)3) =342 g/mol
Dosificación (SO4)3Al2 (Kg/h)
3000
0.8
6000
1.5
9000
2.3
12000
3.0
peso molecular.
NAOH = 40 g/mol
Relación estequiométrica entre sulfato de aluminio y sosa caustica. (Al2(SO4)3) + 6 NAOH 342
240
0.8
X
2 AL (OH3)3+NA 2SO4 0.56 kg/h a dosificar de NAOH
Debido a que se dosificara al 50 %, se establece la siguiente relación: 100 X
50% 0.56
= 1.12 kg/h
63
Tabla 6.5. Dosificación de sosa caústica al 50% requerida para ser aplicada antes de los sistemas biológicos para neutralizar el sulfato de aluminio dosificado para la precipitación de los fosfatos. Plantas Hab-eq
Caudal Medio (m3/h)
Dosificación Sosa (Kg/h)
Dosificación Sosa (l/h)
3000
45
1.1
0.9
6000
90
2.2
1.8
9000
75
3.2
2.6
12000
100
4.2
3.5
De este reactivo se dosificará 35 ppm antes de los procesos de filtración. A continuación se detalla la cantidad de reactivo necesaria para este punto de aplicación en cada una de las plantas de tratamiento. Parámetros a tomar en cuenta, 1 ppm 35 ppm
1 kg /m3 0.035 kg/m3
(Al2(SO4)3) =342 g/mol
peso molecular.
NAOH = 40 g/mol
Relación estequiométrica (Al2(SO4)3) + 6 NAOH
2 AL (OH3)3+NA 2SO4
Sosa a dosificar tomando en cuenta caudal medio 0.035 kg/m3 x 75 m3/h = 2.6 kg/h 342
240
1.82 kg/h a dosificar de NAOH
2.6
Debido a que se dosificara al 50 %, se establece la siguiente relación: 100 X
50% 1.82
= 3.7 kg/h
Esta será la cantidad máxima, ya que una parte de la neutralización se realizará con la alcalinidad del agua residual. Para conocer el caudal de dosificación en litros por hora, se divide la cantidad de reactivo entre la densidad del mismo. La densidad de la sosa caustica es de 1.22 gr/ml.
64
Tabla 6.6. Dosificación de sosa caustica al 50% necesaria antes de los procesos de filtración, como neutralizante del sulfato de aluminio, en las plantas Urbanas.
Plantas Hab-eq
Caudal Medio (m3/h)
Dosificación Sosa (Kg/h)
Dosificación Sosa (l/h)
9000
75
3.7
3.0
12000
100
4.9
4.0
6.3 Polielectrolito. Este reactivo se utilizará en las plantas de tratamiento de regeneración de aguas residuales para atraer y adsorber partículas sólidas suspendidas para que sean más fáciles de remover, los polielectrolitos son de origen natural, (como almidón, celulosa, gomas de polisacáridos), así como polielectrolitos sintéticos. Los polielectrolitos se pueden presentar como productos sólidos o líquidos, pero en estas plantas de tratamiento la dosificación de dicho reactivo se realizará de forma líquida, debido a que las disoluciones de productos líquidos no presentan tantos problemas de preparación. Basta con la adición de la cantidad requerida de reactivo, contenga la cantidad de agua necesaria. Los polielectrolitos utilizados en el tratamiento de aguas residuales no presentan ningún problema anormal en su manipulación. Este reactivo se presenta en concentraciones de un 50%, para el sistema de tratamiento será necesario diluir para alcanzar una concentración recomendada de un 0.1%. El proceso de dilución se llevará a cabo en tanques, dimensionados de acuerdo al caudal medio y la cantidad de reactivo a dosificar. La cantidad a dosificar es de 1 ppm, a una concentración 0.1%. 1 kg/m3
1 ppm
0.001 kg/m3 · 75 m3/h = 0.075 kg/h Debido a que hay que diluir para lograr la concentración del 0,1%, el volumen para los dos tanques de dilución de polielectrolito es: 0.075 kg/h · 8 h = 0.6 kg 100 x
0.1
600 litros
0.6 m3 ≈ 0.6 m3
0.6 Tabla 6.7. Dosificación de polielectrolito a aplicar antes de los procesos de filtración para las plantas Urbanas diseñadas.
Plantas Hab-eq
Caudal Medio (m3/h)
Dosificación Poli (Kg/h)
Dosificación Poli + Agua (l/h)
Volumen Tanque de Dosificación (m3)
9000
75
0.075
75
0.6
12000
100
0.1
100
0.8
65
7.
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
Este apartado contempla el dimensionamiento de las diferentes estructuras en donde se realizarán las operaciones unitarias de las plantas de depuración y regeneración de las aguas residuales, tanto del complejo hotelero como de las plantas urbanas. En las plantas del complejo hotelero (3000 y 6000 habitantes-equivalentes), se contempla una variación según la época del año, puesto en la época de invierno cuentan con 1500 y 4000 habitantesequivalentes respectivamente, por tanto se tomarán en cuenta, estos cambio de estacionalidad para su diseño y/o dimensionamiento. En cuanto a las plantas urbanas (9000 y 12000 habitantesequivalentes), no se ha contemplando dicha variación, es decir su diseño y/o dimensionamiento se basará en los núcleos de poblaciones establecidos. 7.2 Línea de Agua. 7.2.1
Pozo de grueso
En la siguiente tabla se describen las dimensiones del mismo para cada una de las plantas diseñadas. Tabla 7.1. Dimensiones del pozo de gruesos. Plantas
Altura
Ancho
(m)
Longitud (m)
Hab-eq 3000
6
3
2.5
6000
6
3
2.5
9000
6
3
3.0
12000
6
3
3.0
(m)
7.2.2 Rejas Al obtener un tamaño pequeño en las dimensiones de las rejas, habrá que ceñirse a los mínimos del proveedor, por tanto, se ha optará por la colocación de una reja circular y por motivos de seguridad se colocará un canal paralelo con una reja manual como sistema de desbaste alternativo en caso de fallo o parada del sistema de limpieza automática, las dimensiones de las mismas serán: Tabla 7.2. Dimensiones de las rejas. Plantas Hab-eq
Superficie (m2)
Ancho Adoptado (m)
Altura Adoptada (m)
Tamaño de Luz (mm)
Espesor de los barrotes (mm)
3000
0.064
0.3
0.4
8
8
6000
0.118
0.3
0.4
8
8
9000
0.10
0.3
0.4
8
8
12000
0.130
0.3
0.4
8
8
66
7.2.3
Tamices
Los tamices vendrán definidos por los normalizados del suministrador, en función del caudal a tratar y el paso de luz, como se verá a continuación. Tabla 7.3. Dimensiones de los tamices.
7.2.4
Plantas Hab-eq.
Diámetro del Tambor (mm)
Longitud (mm)
Ancho (mm)
Fondo (mm)
Altura (mm)
3000
400
790
1020
815
725
6000
400
990
1220
815
725
9000
400
990
1220
825
725
12000
630
960
1331
1269
970
Reactor biológico
Los parámetros de diseño de este equipo varía en función del tamaño y del tipo de planta, las del complejo hotelero (3000 y 6000 habitantes-equivalentes) estarán compuesto por biomembranas, mientras que las plantas urbanas (9000 y 12000 habitantes-equivalentes) estarán basadas en reactores convencionales: oxidación total. A continuación se detallan las dimensiones de este equipo, tanto la zona anóxica, como la zona aerobia del reactor biológico. Tabla 7.4. Dimensiones de la balsa de anóxica. Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie (m2)
Altura (m)
Anchura (m)
Longitud Exterior (m)
Longitud Interior (m)
3000
23
6.6
3.5
3.0
2.9
1.4
6000
46
13.0
3.5
4.2
4.1
2.0
9000
152
43.4
3.5
5.6
9.2
5.1
12000
203
58.0
3.5
6.5
10.5
5.8
Tablas 7.5.1. y7.5.2 Dimensiones de la balsa aerobia. Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie
3000 6000
(m )
Altura (m)
Diámetro (m)
91
26
3.5
6
183
52
3.5
8
2
67
Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie
9000 12000
7.2.5
(m )
Altura (m)
Anchura (m)
Longitud Exterior (m)
Longitud Interior (m)
608
174
3.5
5.6
36.6
20.3
811
232
3.5
6.5
42.1
23.1
2
Decantador secundario
Para las plantas urbanas, al tratarse de reactores biológicos de tipo oxidación total, dispondrán de decantadores secundarios para la sedimentación de las los flóculos generados por aglomeración de la biomasa, las dimensiones serán las planteadas en la siguiente tabla: Tabla 7.6. Dimensiones del decantador.
7.2.6
Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie
9000 12000
(m )
Altura (m)
Diámetro (m)
532
152
3.5
14
688
200
3.5
16
2
Balsa de agua reguladora
Las plantas diseñadas contarán con balsas reguladoras de caudal, con el fin de que en la parte de regeneración de aguas, las mismas trabajen con caudal medio, así como también, reducir las dimensiones de los equipos posteriores y aumentar la vida útil de los mismos. Tabla 7.7. Dimensiones de la balsa reguladora.
Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie
3000
7.2.7
(m )
Altura (m)
Ancho (m)
Longitud Exterior (m)
Longitud Interior (m)
180
51.4
3.5
3.0
23.1
11.3
6000
360
102.9
3.5
4.2
32.7
16.1
9000
300
85.7
3.5
5.6
18.1
10.0
12000
400
114.3
3.5
6.5
20.8
11.4
2
Filtros de arena a presión
Para las plantas urbanas se ha contemplado una filtración de primera etapa con filtros de arena, debido al posterior uso que tendrá el agua luego de la regeneración y de esta manera cumplir con la legislación de aguas regeneradas.
68
Tabla 7.8. Dimensiones y número de cada filtro de arena a presión.
Plantas Hab-eq
Caudal Medio (m3/h)
Velocidad Máxima
9000
75
12000
100
7.2.8
No. de Filtros
Superficie Total (m2)
Superficie Filtro (m2)
Altura (m)
Diámetro (m)
6
12.5
7.1
3
3
2+1
6
17.0
7.1
3
3
2+1
(m3/m2·h)
Filtros de anillas
Este tipo de filtros se utilizarán en la segunda etapa de filtración de las plantas urbana, sus dimensiones se podrán observar en la siguiente tabla: Tabla 7.9. Modelos y parámetros del filtro de anillas. Plantas Hab-eq
Caudal Máximo (m3/h)
Caudal Máximo Permitido* (m3/h)
Superficie Filtrante (cm2)
Modelo de Cabezal
No. de Filtros
9000
152
150
7460
5x3”L
5
12000
197
210
10444
7x3”L
7
7.2.9
Batería lámparas Luz Ultra Violeta
En la tabla mostrada a continuación se muestra la potencia instalada para cada una de las baterías de lámparas de luz ultra violeta en cada planta. Tabla 7.10. Especificaciones de las tuberías de la batería de lámparas de luz UV.
Plantas Hab-eq
Caudal Máximo (m3/h)
Caudal Máximo (gal/min)
Potencia Instalada (Kw)
3000
97
425
2.20/2.32
6000
179
787
3.7/3.89
9000
152
668
3.7/3.89
12000
197
864
3.7/3.89
7.2.10 Depósito de agua regenerada El agua regenerada se utilizará para regadío de jardines y campos de golf (plantas complejo hotelero), regadíos de pastos para el consumo animal y usos agrícolas (plantas urbanas), por lo que para cumplir la demanda de agua se dispondrá de un depósito del agua regenerada por un tiempo de 24 horas, las dimensiones de los mismos se observarán a continuación:
69
Tabla 7.11 Dimensiones del depósito de agua regenerada. Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie
3000
(m )
Altura (m)
Diámetro (m)
1080
309
3.5
20
6000
2160
616
3.5
28
9000
1800
514
3.5
26
12000
2400
687
3.5
30
2
7.2 Línea de Fangos 7.2.1 Espesador Los fangos que salen de cada uno de los reactores biológicos de las diferentes plantas, pasarán por un proceso de espesamiento, el cual se llevará a cabo en equipos con las siguientes dimensiones:
Tabla 7.12. Dimensiones del espesador. Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie (m2)
Altura (m)
Ancho (m)
Longitud Exterior (m)
Longitud Interior (m)
3000
48
14
3.5
3.0
6.2
3.1
6000
97
28
3.5
4.2
8.8
4.4
9000
146
42
3.5
5.6
8.8
4.9
12000
194
56
3.5
6.5
10.1
5.5
7.2.2
Digestor aerobio
En estas plantas no es preciso estabilizar los fangos ya que al proceder de oxidación total están muy mineralizados, y se colocarán estos equipos por seguridad y evitar la posible generación de malos olores si el sistema biológico no funciona correctamente, sus respectivas dimensiones se verán a continuación: Tabla 7.13. Dimensiones del digestor aerobio. Plantas Hab-eq
Volumen (m3)
Superficie (m2)
Altura (m)
Ancho (m)
Longitud Exterior (m)
Longitud Interior (m)
3000
36
10
3.5
3.0
4.6
2.3
6000
70
20
3.5
4.2
6.6
3.1
9000
108
31
3.5
5.6
6.5
3.6
12000
140
40
3.5
6.5
7.2
4.0
70
7.2.3
Eras de secado
Dentro de las plantas diseñadas se dispondrá como sistema de deshidratación las eras de secado, ya que es el método más recomendable para pequeñas plantas cuya población no supere los 15000 habitantes-equivalentes, sus dimensiones y el número de las mismas para cada planta, están reflejadas a continuación: Tabla 7.14. Dimensiones y número de eras de secado.
Plantas
Superficie Total
Hab-eq
(m2)
Superficie de las Eras
Altura (m)
Ancho (m)
Longitud (m)
No. de Eras
(m2)
Contenedor de Almacenamiento de Fangos Unidades
Capacidad (m3)
3000
160
54
0.35
6
9
3+1
1
4
6000
310
66
0.35
6
11
5+1
2
4
9000
480
72
0.35
6
12
7+1
2
6
12000
620
72
0.35
6
12
9+1
3
6
7.3 Tuberías y Materiales de Estructura. El sistema de tuberías de las plantas de tratamiento y regeneración de aguas residuales estará compuesto por tuberías de polipropileno en el caso de los reactivos y el diámetro de las mismas será de un ¼ de pulgada, las cuales estarán integradas a las bombas dosificadoras. En cuanto a las demás tuberías de las plantas las mismas serán de acero al carbono, tomando en cuenta los caudales máximos de cada una de las plantas tanto las del complejo hotelero como las urbanas, tendrán los siguientes diámetros.
Tabla 7.15. Diámetro medio de tuberías para cada una de las plantas diseñadas. Caudal
Plantas Hab-eq
Caudal Máximo (m3/h)
Máximo (gal/min)
3000
97
425
4
6000
179
786
6
9000
152
668
6
12000
196
864
8
Diámetro medio de Tubería (Pulg)
La estructura de las instalaciones en las plantas de tratamiento diseñadas serán en hormigón armado, el área circular de la planta compacta estará compuesta por muros de 0.4 metros.
71
En cuanto a las balsas de regulación, los muros entre las mismas serán de 0.3 metros. Los muros que dividen el reactor aerobio tendrán de un espesor de 0.2 metros, para la demás estructura de la planta los espesores de los muros serán de un 0.3 metros, ver planos anexos. Las estructuras metálicas como pasarelas, puentes, soportes de tuberías, etc. serán de Acero al carbono. Todos los equipos mecánicos, estructuras de acero y tuberías serán pintados previamente chorreado con arena y pinturas epoxi bituminosas en partes sumergidas y clorocaucho en el resto, con un número de capas y espesor en función del servicio.
72
8.
EQUIPOS
8.1
Cuchara Bivalva Electrohidraulica
8.1.1 Proveedor ESTRUAGUA o similar. 8.1.2
Selección del equipo
El valor de longitud máxima de la cuchara, abiertas sus dos valvas, determinará la longitud del pozo de gruesos. Esta longitud debe ser lo suficiente para que la cuchara pueda ser manipulada pudiendo realizar su función sin problemas. La capacidad será de 300 litros, al ser plantas pequeñas de agua de saneamiento urbano en las que no se arrastran grandes sólidos. Con estas consideraciones y en función de la figura II.1 del anexo II, se seleccionará el tipo CP-300 en todas las plantas, ver figura 8.1.
8.1.3 Características generales Valvas.- Dos construidas con chapas electro soldadas en acero al carbono de calidades A/42-b, provistas con cartelas regilizadoras en el interior. Anfibia.- El cuerpo y la estructura están construidos en chapa de acero laminado, soldados eléctricamente. Contiene en su interior el depósito de almacenamiento de aceite, motor eléctrico, todos los componentes y válvulas. Autoprensadora.- El accionamiento será electrohidráulico por mediación de cilindros hidráulicos que actúan exteriormente sobre las valvas, ejerciendo una acción prensadora sobre el material contenido en el interior de las valvas. Motor eléctrico.- 1500 r.p.m., 220/380 v, 50 Hz, protección Ip-55, aislamiento clase F. (Siemens o similar).con una potencia de 0.34 Kw. Maniobra cierre-apertura.- Por mediación de electroválvula. Cilindros hidráulicos.- Dos de diseño reforzado, doble efecto, amortiguación trasera, sumergible. Maniobra cierre-apertura.- Por mediación de electroválvula. Tratamiento superficial.- Chorreado de arena grado Sa 2 ½ dos capas de brea epoxy 125 micras cada una, y una capa de acabado dos componentes hempel 125 micras. Posición de trabajo.- Vertical, con una inclinación máxima de 45°. Orificios de escurrido.- Orificios rasgados en la parte media-inferior de las valvas, las cuales facilitaran un rápido desalojo del agua contenida en el interior de la cuchara, antes de verter el material donde corresponda. Peine.- Construido en acero de alta resistencia adosado a una valva para efectuar una limpieza de la reja manual de sólidos gruesos.
73
Figura 8.1. Imagen de la cuchara bivalva electrohidráulica ESTRUAGUA.
8.2 Rejas 8.2.1 Proveedor ESTRUAGUA o similar. 8.2.2
Selección del equipo
Para el desbaste de cada planta se seleccionará una reja automática circular para facilitar la limpieza mediante el sistema de barrido por cepillo. Por motivos de seguridad y mantenimiento se duplicará el equipo con la instalación de una reja de limpieza manual. Esto dará mayor flexibilidad y capacidad de actuación en caso de fallo de la reja automática o en caso de entrada de mayor caudal a tratar. Ambas rejas serán de una luz de paso entre los barrotes de 6 mm normalizado por el fabricante. Según los cálculos realizados para el dimensionamiento se seleccionará la reja automática y en función de esta la reja manual, con la misma luz de paso y las mismas dimensiones. Esta última reja podrá tener una inclinación de trabajo de 65˚. Con estas consideraciones y en función de la figura II.2 y de la figura II.3 del anexo II, se colocarán para todas las plantas una reja circular automática y una manual de dimensiones 300 mm de ancho y 400 mm de altura total. 8.2.3
Características generales
Estos equipos son especialmente indicados para una primera separación de los residuos sólidos voluminosos cuando las aguas están medianamente cargadas.
74
• Reja Automática Circular, ver figura 8.2. Cuerpo.- Equipo monobloc construido en perfiles laminados. Brazo limpiador reja.- Brazo giratorio en cuyo extremo va montado el peine, el cual en su desplazamiento se apoya en la rejilla filtrante, evacuando y eliminando todos los residuos retenidos. Dicho brazo se halla contrapesado por el extremo opuesto al peine. Construido en perfiles laminados. Rascador de limpieza.- Rasqueta de nylon montada sobre perfil metálico, que a su vez va soportada por dos brazos articulados. Construidos en perfiles laminados. Equipo motriz.- Compuesto por un grupo motorreductor que mediante una transmisión directa accionada el eje principal, en el cual se halla sujeto el brazo limpiador. Construido en perfiles laminados. Rejilla filtrante.- en perfil triangular, curvadas según radio de giro del peine. Construido en perfiles laminados. Recogida de sólidos.- La recogida de los residuos puede efectuarse mediante un cestón con fondo en chapa perforada.
Todos los componentes estarán construidos en acero inoxidable AISI 316.
Figura 8. 2. Imagen de la reja circular automática ESTRUAGUA.
• Reja Manual, ver figura 8.3. Rejilla.- Construcción en perfil rectangular, unidos en la parte superior e inferior por cada lado ara anclaje, en la parte inferior se incorporan una chapa doblada la cual se ajusta con facilidad a las medidas necesarias. Cestón recogida sólidos.- Construcción en conjunto en acero inoxidable calidad Aisi - 316, fondo perforado, manetas incorporadas para su manipulación. Rastrillo manual.- Mango tubular de 1200 mm de longitud, construcción en acero inoxidable calidad Aisi - 316. 75
Figura8.3. Imagen de la reja manual ESTRUAGUA.
8.3 Tamices Dinámicos 8.3.1 Proveedor TECNOR Medio Ambiente o similar. 8.3.2 Selección del equipo Los equipos serán seleccionados en función del caudal máximo de entrada y la capacidad de paso del agua. La luz de paso de las rendijas será de 1.5 mm. Por motivos de seguridad y mantenimiento al ser un sistema dinámico se duplicaran los equipos, siendo 2 unidades las previstas para cada planta con sus características adecuadas, ver tabla II.2 del anexo II. Con estas consideraciones y en función de la tabla II.1 del anexo II, los equipos seleccionados son los siguientes: Tabla 8.1. Modelos de tamices para las distintas plantas. Plantas
Modelo
Capacidad de Paso del Agua (m3/h)
Caudal Máximo (m3/h)
3000
TR-4080
150
97
6000
TR-4100
190
179
9000
TR-4100
190
152
12000
TR-6100
345
197
Hab-eq
8.3.3 Características generales El tamiz rotativo es un equipo para la eliminación de sólidos en suspensión de tamaño medio. Su funcionamiento, consiste en hacer pasar el agua a través de un cilindro filtrante que gira a baja velocidad. Las partículas sólidas quedan retenidas en la superficie del mismo y son conducidas hacia una rasqueta, que es la encarga de separar y depositarlas sobre una bandeja inclinada para su caída por
76
gravedad. El líquido que pasa a través de las rendijas del cilindro filtrante está en la parte posterior del cuerpo, ver figura 8.4.
Figura 8.4. Esquema de funcionamiento de un tamiz rotativo.
Cilindro filtrante.- Esta ejecutado íntegramente de acero inoxidable AISI 304. Cuerpo.- Está ejecutado íntegramente en acero inoxidable AISI 304. Está provisto de caja de distribución del agua a filtrar con sus conexiones de entrada, depósito receptor del agua filtrada con su salida, base de anclaje y elementos de estanqueidad. La caja de distribución tiene la misión de repartir el agua a lo largo del cilindro en corriente de flujo laminar. El depósito receptor del agua filtrada se encuentra debajo del cilindro, siendo su propósito la recogida del agua limpia y su conducción hacia la salida bridada, ver figura 8.5. La rasqueta de limpieza.- construida en material blando, está fijada sobre una chapa articulada que se ajusta perfectamente a la superficie del cilindro fíltrate por medio de unos tensores montados en sus extremos, asegurando así la limpieza de toda la superficie del cilindro.
Figura 8.5. Imagen del tamiz rotativo TECNOR Medio Ambiente.
77
8.4
Puente Circular
8.4.1 Proveedor ESTRUAGUA o similar. 8.4.2 Selección del equipo El equipo seleccionado es el puente circular perimetral PC-009.02 con rasquetas de espina de pez. Los componentes serán en función del diámetro y altura del decantador de cada planta. Estructura y dimensiones del puente en figuras II.4, II.5 y II.6 del anexo II. 8.4.3 Características generales El puente circular es un elemento que favorece al arrastre y purga de los fangos procedentes de la decantación de las partículas en suspensión presentes en el agua en la sedimentación de los decantadores circulares. Está formado por una pasarela, un pivote central y las rasquetas de fondo. Todos los mecanismos están construidos en acero al carbono, protegidas sus superficies mediante pintura epoxi bituminosas. 8.5 8.5.1
Bombas Sistemas de Bombeos del pozo de Grueso
8.5.1.1 Proveedor GRUNDFOS o similar. 8.5.1.2 Selección del equipo El equipo de bombeo elegido, es un conjunto de bombas sumergibles. Estas bombas operan de forma automática con el apoyo de sensores de nivel durante 24 horas del día, y variadores de frecuencia para garantizar el correcto funcionamiento de estas, cuando se presente variación en el caudal de entrada. Utilizando las curvas del proveedor para determinar el modelo del equipo de bombeo, tomando en cuenta los caudales y altura requeridos, se realiza lo siguiente: 1- Conociendo la pérdida de carga (10 m) en las bombas y el caudal de trabajo de las mismas, se seleccionará el tipo de bomba a emplear, ver tabla II.3 del anexo II, de acuerdo con las gráficas del fabricante, que se incluyen a continuación:
Figura 8.6. Curva de Gama de Trabajo Grundfo
78
2- Utilizar la curva características de las bombas tipo SuperVortex de poca altura de Grundfos, figuras II.7 y II.8 del anexo II, con una pérdida de carga de 10 m, para elegir las bombas adecuadas en cada caso correspondiente. Las bombas elegidas se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 8.2. Características de las bombas para los caudales máximos y medios de las distintas plantas. Caudal Máximo (m3/h)
Caudal Medio (m3/h)
53
23
SV024BH
97
45
72 6000
Plantas Hab-eq
Modelo1
Gama
No. de
Capacidad (m3/h)
Unidades
34
30
1
SV044C
42
65
2+1
60
SV064B
46
75
1
179
90
S1074L
50
150
2+1
9000
152
75
S1074AL
46
90
2+1
12000
197
100
S1074AL
46
120
2+1
3000
(1) Las especificaciones técnicas y de material para este modelo se detallan en el anexo II, tablas (II.4, II.5 y II.6 )
Las bombas fueron elegidas en función del caudal máximo y caudal mínimo, mayorado en un 20%, garantizando cubrir la necesidad de bombeo para cada caso, y tomando en cuenta la variación de caudal por la estacionalidad, para las plantas del complejo hotelero. Se dispondrá de variador de frecuencia comandado por medidor de nivel en el pozo de bombeo para adaptar las bombas al caudal de bombeo requerido. 8.5.1.3 Tipo de Instalación La instalación del equipo de bombeo será sumergida con autoacoplamiento con tubos guías, figura 8.7. Este tipo de instalación la base está fijada en el fondo del pozo y requiere una base con codo de 90o. Después de bajar la bomba al pozo mediante los tubos guías, esta queda automáticamente conectada a la base, garantizando una conexión completamente estanca entre la bomba y la base del sistema de autoacoplamiento. Esto optimiza el rendimiento de todo el sistema de bombeo y mantiene los costes de funcionamiento al mínimo. En caso de requerir sacar la bomba bastara con tirar de la misma, que se desacoplara y deslizara a través de los tubos guía. El tipo de bomba elegido es con refrigeración interna, donde la refrigeración del motor es independiente del líquido de bombeo. Las dimensiones se especifican en la tabla II.7 del anexo II.
79
Figura 8.7. Dimensiones e Instalación de las Bombas SuperVortex.
La instalación de cada bomba tendrá la siguiente configuración con el grupo de válvulas, ver figura 8.8: Válvula de Compuerta – Bomba – Válvula de Retención- Válvula de Compuerta
Figura 8.8 Configuración de instalación de las bombas Sumergidas
8.5.2
Sistema de Bombeo de Purga y Recirculación de Fangos
8.5.2.1 Selección del equipo El sistema de bombeo de purga y recirculación de fangos se realizará a través de bombas neumoeyectoras tipo airlift. Los fangos de salida del decantador y reactor (BMR) se almacenarán por vasos comunicantes en una arqueta de fangos, donde estarán instaladas las bombas airlift, las cuales trasladarán los fangos al espesador o al reactor biológico, dependiendo si es purga o recirculación de fangos, respectivamente, ya que para el caso de las plantas que emplean BMR solo hay bombas de purga. La cantidad de airlift a instalar dependerá de la cantidad de fango a purgar, para el caso de las plantas de 3,000 y 6,000 Habitantes-eq, y en función de los fangos a purgar y a recircular, para el caso de las plantas de 9,000 y 12,000 Habitantes-eq. Se dispondrá de dos airlift para recircular y una para purga, salvo en las plantas que trabajen en diferentes condiciones invierno / verano. Para la selección de los airlift todos los caudales se mayoraron en un 20%.
80
A continuación se detalla la selección de airlift por plantas: Tabla 8.3. Selección de Airlift para recirculación y purga de Fangos Plantas Hab-eq
Caudal de Purga (m3/h)
Caudal de Recirculación1
3000
Capacidad2
No. de
(m3/h)
3
(m /h)
Difusores3
32
0
40
1
6000
65
0
78
1
9000
97
225 120
275
1
2
155
360
1
2
456 300 12000
129 589.2
(1) En el caso de las plantas de 9,000 y 12,000 habitantes, el caudal de recirculación de fangos está indicado tanto para el caudal medio como para el caudal máximo, respectivamente. (2)En el caso de las plantas de 9,000 y 12,000 habitantes, la capacidad de cada airlift está dispuesta para purga y recirculación, respectivamente. (3) En el caso de las plantas de 9,000 y 12,000 habitante, la cantidad de airlift está dispuesta para purga y recirculación respectivamente. Para estos equipos no se contempla cantidad adicional, ya que por su configuración no presenta fallos, (es un tubo con entrada de aire). Al ser un tubo, no se puede estropear nada.
8.5.2.2 Funcionamiento La transferencia de fangos se realiza inyectando aire en la base del dispositivo, esta corriente de aire inyectada arrastra el fango en su acenso, además de generarse una cierta pérdida de densidad, lo que permite que suba a una determinada altura, suficiente para pasar el fango al proceso siguiente, figura 8.9. Estos equipos son de fácil construcción, por lo cual no existe la necesidad de recurrir a un proveedor, sino que se recurrirá a la contratación de personal cualificado para su construcción.
Figura 8.9. Airlift para recirculación y purga de Fangos
81
8.5.3
Sistema de bombeo de Fangos a eras de secado
8.5.3.1 Proveedor SEEPEX o similar. 8.5.3.2 Selección del equipo El sistema de bombeo de fangos desde el digestor hacia las eras de secado se realizará a través de bombas de desplazamiento positivo, tipo mono o similar, figura 8.10. El sistema de bombeo de cada planta se elegirá en función de la cantidad del caudal de fangos de salida del digestor. A continuación se detalla la selección de bombas de cada planta: Tabla 8.4. Selección de Bombas de Purga y recirculación de Fangos Planta
Caudal de Salida (m3/h)
Modelo1
Capacidad (m3/h)
Cantidad2
3000
4
Estándar, serie BN
5
1+1
6000
8
Estándar, serie BN
10
1+1
9000
12
Estándar, serie BN
14
1+1
12000
16
Estándar, serie BN
20
1+1
(1) Las capacidades de las bombas se eligieron incrementando el caudal de salida en un 20%. (2) La cantidad indicada de bombas incluye una bomba de reserva, para cubrir cualquier fallo ocurrido durante operación.
8.5.3.3 Características. La característica principal de estas bombas es la disposición y la forma especial de los dos elementos de transporte, así como del movimiento que de ello resulta. El tornillo helicoidal simple con sección circular gira con un movimiento oscilante: el rotor. El estator es el segundo elemento de transporte, es fijo y está equipado de las mismas medidas geométricas, pero con el doble de vueltas.
Figura 8.10. Bomba de desplazamiento positivo, tipo tornillo. Estándar Serie BN
Debido a las diferencias de vueltas y de pendiente de los elementos de transporte se crean cavidades que se abren y se cierran alternativamente en una secuencia sin interrupciones mientras gira el rotor. De esta forma, el fango se transporta de forma continuada del lado de aspiración al lado de presión.
82
Debido a la forma geométrica y el contacto continuo de ambos elementos de transporte se forman líneas de sellado que garantizan un cierre absoluto entre el lado de aspiración y de presión en cualquier posición del rotor, incluso cuando está parado. Así la bomba obtiene una alta capacidad de aspiración y la generación de alta presión es prácticamente independiente de la velocidad. La dirección de transporte se puede invertir cambiando el sentido de giro.
8.5.4
Bombas Horizontales
8.5.4.1 Proveedor GRUNDFOS o Similar. 8.5.4.2 Selección de las Bombas Horizontales Las bombas horizontales se utilizarán para bombear el agua desde la salida de la balsa de regulación hacia los filtros de arena, en el caso de las plantas Urbanas y hacia la batería de Luz Ultravioleta, en las plantas del complejo hotelero. La necesidad de estas bombas radica en que es necesario que el agua llegue con la suficiente presión hasta los filtros, para que se pueda realizar la filtración y la desinfección, correctamente. El modelo elegido de las bombas horizontales es el NB/NBG, por ser un modelo de pequeño tamaño y compacta, por lo tanto se ahorra espacio, ver figura 8.11.
Figura 8.11. Bomba Horizontal modelo NB/NBG
Utilizando la curva característica de la bomba suministrada por el proveedor, figura 8.12, y las pérdidas de carga en cada caso se eligieron las bombas correspondientes para cada planta. Las pérdidas de cargas asumidas en cada caso son: •
Plantas 3000 y 6000 habitantes
10 metros ((líneas y envío destino final) = 10 metros •
Plantas 9000 y 12000 habitantes
10 metros (filtro de arena) + 30 metros (filtro de anillas) + 10 metros de otras perdidas = 50 metros.
83
Figura 8.12. Curva caracterisitcas Bombas Horizontales NB/NBG
Las bombas fueron elegidas en funcion del caudal máximo y caudal mínimo para cada planta, mayorados en un 20%, y en el caso de las plantas de 3000 y 6000 teniendo en cuenta, ademas, la estacionalidad (invierno/verano). Cuando las plantas esten trabajando con el caudal medio, sólo trabajarán con una bomba, en caso de que este trabajando con el cuadal máximo, se trabajará con dos bombas. Las bombas se detallan en la siguiente tabla: Tabla 8.5. Selección de Bombas Horizontales Plantas Hab-eq
Caudal Máximo (m3/h)
Caudal Medio (m3/h)
Capacidad (m3/h)
No. de Unidades
53
23
30
1
97
45
65
2+1
125
60
75
1
179
90
150
2+1
9000
152
75
90
2+1
12000
197
100
120
2+1
3000
6000
8.5.4.3 Características de las bombas Horizontales Las principales características de este modelo son las siguientes: • • •
Hidráulica Optimizada en el cuerpo y el impulsor, lo que permite un caudal de liquido sin obstáculos. Cierre de junta tórica entre cuerpo de la bomba y cubierta, con lo cual se consigue eliminar el riego de fugas. La bomba está electro revestida para aumentar la resistencia a la corrosión.
84
8.5.5
Sistema de Bombas Dosificadoras de Reactivos
8.5.5.1 Proveedor GRUNDFOS o similar. 8.5.5.2 Selección del equipo de bombeo. En el diseño de las plantas de tratamiento se utilizarán bombas dosificadoras para la aplicación de los reactivos durante el proceso. Las mismas consisten en una bomba hidráulica que proporciona soluciones homogéneas con el mínimo de tiempo y esfuerzo. Las bombas serán colocadas a los contenedores que contienen los reactivos y deben disponer de tubos de plásticos flexibles de un 1/4 de pulgada en el sistema de conexión. Los caudales de dosificación deben ser mayorado en aproximadamente un 20% a la hora de seleccionar el tipo de bomba, para asegurar que la misma dosifique adecuadamente. En las tablas siguientes se muestra los diferentes tipos de bombas por reactivos a aplicar antes de los sistemas biológicos de acuerdo al caudal de dosificación mayorado. Tabla 8.6. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación del sulfato de aluminio antes de los sistemas biológicos. Material Plantas Hab-eq
Dosificación (SO4)3Al2 + Agua (l/h) 1.4
3000 2.7 6000 4.0 9000 5.5 12000
Cabezal de Bomba
Junta
Bola de Válvula
Conexión
Bomba
PP
EPDM
PTFE
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 4-10 B-B pp/E/T-XE144XX
PP
EPDM
PTFE
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 4-10 B-B pp/E/T-XE144XX
PP
EPDM
PTFE
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 8-10 B-pp/E/T-XE144XX
PP
EPDM
PTFE
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 8-10 B-pp/E/T-XE144XX
Tabla 8.7. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación de sosa caustica antes de los sistemas biológicos.
Material Plantas Hab-eq 3000 6000 9000 12000
Dosificación de Sosa (l/h) 1.0 2.2 3.1 4.2
Cabezal de Bomba
Junta
Bola de Válvula
PP
EPDM
PTFE
PP
EPDM
PTFE
PP
EPDM
PTFE
PP
EPDM
PTFE
Conexión
Bomba
Tubería PE 6/9 Dmx 4-10 B-B pp/E/T-Xmm 1/4" i E144XX Tubería PE 6/9 Dmx 4-10 B-B pp/E/T-Xmm 1/4" i E144XX Tubería PE 6/9 Dmx 8-10 B-pp/E/T-Xmm 1/4" i E144XX Tubería PE 6/9 Dmx 8-10 B-pp/E/T-Xmm 1/4" i E144XX
85
Tabla 8.8 Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación del sulfato de aluminio antes de los procesos de filtración, en las plantas Urbanas. Material Planta
Dosificación (SO4)3Al2 + Agua (l/h)
Cabezal de Bomba
Junta
Bola de Válvula
Conexión
Bomba
9000
4.6
PP
EPDM
PTFE
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 8-10 B-pp/E/T-XE144XX
12000
6.3
PP
EPDM
PTFE
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 8-10 B-pp/E/T-XE144XX
Tabla 8.9. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación de la sosa caustica antes de los procesos de filtración, en las plantas Urbanas. Material Planta 9000 12000
Dosificación de Sosa (l/h) 3.6 4.8
Cabezal de Bomba
Junta
Bola de Válvula
PP
EPDM
PTFE
PP
EPDM
PTFE
Conexión
Bomba
Tubería PE 6/9 mm 1/4" i Tubería PE 6/9 mm 1/4" i
Dmx 4-10 B-B pp/E/T-XE144XX Dmx 8-10 B-pp/E/T-XE144XX
Tabla 8.10. Características de las bombas dosificadoras, para la aplicación del polielectrolito antes de los procesos de filtración. Material Planta
Dosificación de Poli + Agua (l/h)
Cabezal de Bomba
Junta
Bola de Válvula
3000
54
PP
EPDM
PTFE
6000
108
PP
EPDM
PTFE
9000
90
PP
EPDM
PTFE
12000
120
PP
EPDM
PTFE
Conexión
Bomba
Tubería PE 6/9 Dmx 50-10 B-pp/E/T-Xmm 1/4" i E144XX 19/27 mm, 25/34 dmx 100-8 B-pp/E/T-Xmm 3/4" i E1QQX 19/27 mm, 25/34 Dmx 100-8 B-pp/E/T-Xmm 3/4" i E1QQX 19/27 mm, 25/34 Dmx 132-10 B-pp/E/Tmm 3/4" i X-E1QQX
Tabla 8.11. Leyenda de materiales presentes en las bombas dosificadoras.
Materiales Polipropileno
PP
Acero inoxidable
SS
Caucho de etileno
EPDM
Fluorucarbono
FKM
Politetrafluoroetileno (teflón)
PTFE
86
8.5.5.3 Características El sistema de dosificación está integrado por siete bombas, cinco para uso regular y dos de reserva. La gama del equipo de bombas del proveedor es DMX 226 o similar, ver figura 8.13. Este tipo de bombas tienen la capacidad de dosificar los litros por hora requeridos de cada uno de los reactivos empleados en el proceso.
Pos.
Componentes
1
Motor
2
Engranajes
3
Excéntrica
4
Diafragma de dosificación
5
Cabezal de dosificación
6
Válvula de aspiración
7
Válvula de descarga Botón de ajuste de la longitud de carrera Balancín
8 9
Figura 8.13. Bomba DMX 226 y sus diferentes componentes.
Mediante el uso de estas bombas el operario puede fácilmente instalar y operar la bomba para que descargue exactamente la cantidad de líquido de dosificación necesaria en la aplicación y que este caudal nunca varié mas de ± 1,5 por ciento.
87
8.6 Biomembranas 8.6.1
Proveedor
KUBOTA o similar. 8.6.2 Selección del equipo Los módulos de membranas de ultrafiltración del MBR seleccionados son de forma plana, debido a la gran ventaja que presentan frente a los demás modelos existentes, de menor ensuciamiento. Para las condiciones de operación las velocidades de permeado son de 20 l/m2/h a caudal medio y de 45 l/m2/h a caudal máximo, con lo cual se obtiene la superficie filtrante requerida para cada planta de diseño. La selección del número de cartucho se calculó en base al caudal medio de verano de las plantas, ya que es el caso donde se necesita mayor cantidad de cartuchos, para los demás casos se trabajaría a menor capacidad, ver tabla 8.12
Tabla 8.12. Cálculo de la Superficie Filtrante Requerida por planta.
Planta
Caudal Medio (Invierno)
Caudal Máximo (Invierno)
Caudal Medio (Verano)
Caudal Máximo (Verano)
Sup. Filt. Requerida Caudal Medio Invierno (m2)
Sup. Filt. Requerida Caudal Máximo Invierno
Sup. Filt. Requerida Caudal Medio Verano
(m2)
(m2)
Sup. Filt. Requerida Caudal Máximo Verano (m2)
3000
23
53
45
97
1125
1167
2250
2145
6000
60
125
90
179
3000
2767
4500
3972
Después de calcular la superficie filtrante requerida, se calcula la cantidad de cartuchos necesarios para cada planta. Utilizando las especificaciones de diseño proporcionadas por el proveedor, se tiene lo siguiente: Tabla 8.13. Selección de Cartuchos para el Bioreactor Planta
Caudal Medio Verano (m3/h)
Sup. Filt. Requerida (m2)
Modelo
Área Efectiva (m2)
No. de Cartuchos1
3000
45
2250
ES-150
120
20
6000
90
4500
ES-150
120
40
(1) Se ha colocado un excedente de dos cartuchos en cada caso, para que la planta tenga suficiente flexibilidad operativa cuando se esté limpiando un cartucho.
8.6.3
Instalación y funcionamiento
Las membranas de ultrafiltración están sumergidas en el reactor biológico, en contacto directo con el licor de mezcla, figura 8.14. Por el empleo de una bomba de permeado, el vacío es aplicado al cabezal conectado a las membranas. El vacío aspira el agua tratada a través de las membranas de ultrafiltración. La filtración se realiza desde el exterior al interior de la membrana. El permeado entonces es dirigido a las instalaciones de desinfección. 88
La corriente de aire intermitente es introducida en el fondo del módulo de la membrana, produciendo una turbulencia que friega la superficie externa de las membranas.
Purga de Fangos Figura 8.14. Membranas de Ultrafiltración Sumergidas
El sistema de filtración de membranas se complementa con un juego de 2 electroválvulas de 3 vías y 2 posiciones, una bomba persistáltica y un vacuómetro con el que se sigue la evolución de la presión transmembrana (PTM). Tanto la succión del permeado desde el módulo de membranas, como los contralavados con efluente permeado, se realizan mediante la misma bomba centrífuga, conmutando convenientemente las posiciones de las electroválvulas por medio de un temporizador. Las dimensiones del modelo de ultrafiltración se especifican en la tabla II.8 y figura II.9 del anexo II. El ciclo de filtración se alterna con un corto Contralavado, aproximadamente de 3 horas, en el que se invierte el sentido del flujo para forzar el paso del agua filtrada desde el interior al exterior de la membrana para limpiarla. Periódicamente, en función del grado de ensuciamiento se realizaran limpiezas químicas en profundidad de las membranas mediante su inmersión en una solución química con Hipoclorito de Sodio 8.6.4
Estructura.
8.6.4.1 Unidad de Membranas Una unidad de membrana consiste en (ver figura 8.15): •
Carcasa de membranas (Superior).
•
Carcasa difusora (Inferior) que confina el aire dentro del modulo para asegurar el flujo de barrido ascendente.
•
Un colector de permeado, el cual descarga el permeado producido en cada cartucho de membrana.
•
Quedarán instalados difusores de burbuja gruesa debajo del paquete de membranas, lo cual facilita la remoción de los sólidos que se queden pegados en la parte exterior de la membrana. La cantidad de difusores de burbuja gruesa será en función de los paquetes de membranas instalados en el reactor.
89
Tubos de Colector de Permeado
Carcasa de Cartuchos de Membranas Carcasa
Sistema de difusión de Figura 8.15. Estructura de un Modulo de Membrana.
8.6.4.2 Cartucho de Membrana. Una unidad de cartucho contiene: •
Una placa interior de soporte en ABS con canalizaciones y boquilla de salida del permeado.
•
Dos capas intermedias de material drenante, que sirven como espaciador entre las membranas y las placas ABS.
•
Dos capas exteriores de membrana semipermeable de polietileno clorado colocado sobre las otras capas, soldado al marco de ABS por ultrasonidos.
•
Tamaño de poro nominal de 0.4 µm, con un tamaño de poro efectivo de 0.05 µm, debido a la formación de una capa dinámica de proteína y material celular.
8.6.5 Propiedades de los módulos de Membranas. Las propiedades de las membranas planas quedan resumidas en la siguiente tabla: Tabla 8.14. Propiedades de las Membranas Planas Kubota. Parámetros
Propiedades
Filtración
Por succión Barrido natural por aireación en flujo cruzado
Control de fouling
Aspiración intermitente Retrolavado con permeado
Limpieza de mantenimiento
Limpieza química in situ, con frecuencia entre los 3 y los 6 meses. Duración de la limpieza inferior a 3 horas, durante las que el sistema debe dejar de operar.
90
8.7 Soplantes 8.7.1
Proveedor
PEDRO GIL o Similar 8.7.2
Selección del equipo
Las soplantes que se utilizaran para suministrar el aire requerido en la línea de agua (Reactor biológico, Membranas y Filtros de Arena) y en la línea de fangos (Digestor Aerobio), de las plantas diseñadas, se eligieron tomando en cuenta la cantidad de aire requerido y las pérdidas de carga en cada proceso. La pérdida de carga asumida para todos los casos es de ∆P/mbar, 600 teniendo en cuenta la altura de la lámina de agua de los equipos, la perdida de carga en los difusores y en las líneas de alimentación. Las necesidades de aire para cada planta se totalizaron de las siguientes etapas (Mayorando las necesidades de aire en un 20%): • Plantas 3000 y 6000 Aire requerido en el Reactor (Difusores + Membranas) + Aire requerido en el Digestor Aerobio. • Plantas 9000 y 12000 Aire requerido en el Reactor (Difusores) + Aire requerido en el Digestor Aerobio + Aire requerido en los Filtros de Arena. Las soplantes elegidas se detallan en la siguiente tabla:
Tabla 8.15 Selección de soplantes Planta
Aire Requerido
Tamaño/Diámetro
Hab-q
3
Conexiones Nominal
Capacidad (m3/min)
No. de Unidades
30 20/ DN-80
5.53
2+1
31 30/ DN-100
11.12
2+1
32 20/ DN-100
20.52
1+1
30 30/ DN-80
4.93
1
33 20/ DN-150
26.04
1+1
30 30/ DN-80
4.93
1
(m /h) 328
3000 513 650 6000 920
9000
12000
1446
1784
Las soplantes elegidas para las plantas de 3000 y 6000 Hab-eq trabajarán dependiendo la estacionalidad, verano/invierno, en verano como hay mas necesidad de aire se trabajará con dos soplantes y en invierno que la necesidad de aire disminuye se trabajará con 1 Soplante. En el caso de las plantas de 9000 y 12000 Hab-eq las soplantes se eligieron en función de la necesidad constante de aire (Reactor Biológico y Digestor Aerobio) y necesidad de aire requerida para el lavado de los filtros 91
de arena, cada una por separado, ya que las primeras siempre se encontrarán en operación, mientras que las ultimas solo se necesitarán para el lavado de los filtros. Las especificaciones técnicas de las soplantes se detallan en las tablas II.10, II.11, II.12, II.13 y II.14 del anexo II.
8.7.3
Características e Instalación
Las soplantes poseen las siguientes características: • • •
Disminución del nivel Sonoro, mediante aislamiento acústico del local de soplantes. Cabina insonorizada Bajas vibraciones
Debido al ruido que producen las soplantes, y considerando que para el caso de las plantas del complejo turístico seria un elemento de contaminación acústica para los clientes y empleados, y en las planta urbanas para los vecinos más próximos, los equipos se instalarán en una cabina de insonorización, con la finalidad de disminuir el ruido producido; el proveedor elegido nos ofrece la ventaja de que el modelo elegido viene con la cabina incluida, figura 8.16. Así como su instalación dentro de edificio aislado acústicamente. Las cabinas serán de paneles de chapa galvanizada. Cada panel incorpora en su interior material fonoabsorbente. Cada Soplante tendrá filtros en la inspiración de aire, con el fin de evitar colmatación en los equipos alimentados. Los materiales de las soplantes se especifican en la tabla II.9 del anexo II.
Numeración
Parte
1
Filtro de aspiración
2
Soplante
3
Silenciador Bancada
4
Manguito
5
Válvula de retención
6
Válvula de Seguridad
7
Protección transmisión
8
Motor eléctrico
9
Pies elásticos
10
Cabina insonorización
11
Ventilador eléctrico
12
Tubo brida
Figura 8.16 Partes de la Cabina de Insonorización
92
8.8 8.8.1
Difusores Proveedor
SANITAIRE o similar 8.8.2
Selección de Equipos
El tipo de difusor elegido es de burbuja fina tipo Disco cerámico para el reactor biológico, se eligió este tipo de difusor para garantizar un mayor rendimiento; y de burbuja media tipo disco membrana para el digestor aerobio, con la finalidad de tener mayor movimiento en el digestor y para evitar la colmatación de los difusores. El diámetro de cada difusor es de 7 pulgadas. 8.8.3
Características
8.8.3.1 Difusores Burbuja Fina Los difusores de burbuja fina tipo cerámico, ver figura II.10 del anexo II, presentan áreas de densidad variable, lo cual promueve una distribución uniforme de aire a través del difusor. Los componentes sumergidos son en acero inoxidable, con la finalidad de evitar la corrosión del equipo. El diseño de cerámica contorneado como elemento del difusor promueve una buena distribución del aire, de forma confiable y uniforme, así como también el lanzamiento de la burbuja, figura 8.17.
Junta del Anillo
Anillo de Retención
Elemento de Cerámica Contorneado Orificio de control del flujo de aire
Soporte del Difusor Pipa de Distribución de aire
Figura 8.17. Partes del Difusor de Disco Cerámico
El lacre superior, el anillo de retención roscado y el diseño del sostenedor aseguran el sello hermético, esto evita el riesgo de cortocircuito de aire alrededor del borde del difusor y de esta forma prevé las fugas de aire. Los sostenedores del difusor proporcionan fuerza mecánica superior y eliminan la necesidad de la instalación y nivelación de soportes adicionales, ver figura II.11 del anexo II.
8.8.3.2 Difusores de Burbuja Media En los difusores de burbuja media el flujo de aire del difusor es uniforme por toda la superficie. El diseño superior del sostenedor del difusor y el anillo de cierre proporciona sello hermético, ver figura
93
8.18. El material no perforado en el centro de la membrana se derrumba sobre el orificio cuando recibe la corriente de aire. La membrana es totalmente soportada por la placa base, evitando una flexión inversa de la membrana. Los materiales sumergibles son en acero inoxidable, con la finalidad de evitar la corrosión.
Válvula check Anillo de Retención
Orificio
Membrana Difusora
Junta del Anillo
Base del Plato Apoyo del difusor
Pipa Distribuidora de Aire
Figura 8.18. Difusores Burbuja Media Tipo Membrana.
8.9 Filtros de Arena a Presión 8.9.1 Proveedor STF filtros o similar.
8.9.2
Selección del equipo
Para la selección de los equipos en este caso se ha dimensionado los filtros de arena a presión en función de nuestras necesidades según las especificaciones en el apartado 5. Aún así, como se muestra en la figura II.12 del anexo II, el fabricante tiene unos equipos tipo y presta la posibilidad de modificar las dimensiones para su fabricación bajo plano. 8.9.3
Características generales
Los filtros de arena realizan una filtración del agua al pasarla por un lecho de arena en este caso en filtros cerraos verticales a presión, ver figura 8.19
Los filtros de arena a presión monocapa tienen un espesor de arena de 1,20 m, el coeficiente de uniformidad suele ser de 1,40 y la talla efectiva entre 0,7 y 0,9 mm.
94
Figura 8.19. Imagen filtro de arena a presión STF.
Los filtros de arena se alimentarán mediante bombas dispuestas inmediatamente a la salida del tanque de regulación. Las bombas estarán dotadas de variadores de velocidad con el fin de poder regular el caudal. El lavado de filtros se realizará con una primera fase de agitación con aire durante 5 minutos, luego una fase de agua de lavado durante 15 minutos y por último una fase de aclarado, con dos volúmenes del lecho utilizado. Las velocidades máximas de lavado están en torno a los 20 m³/m²/h. Las características estructurales más relevantes de los equipos de filtración de arena a presión son: Materiales de construcción: Cuerpo de acero al carbono. Brazos colectores y crepinas de polipropileno con ranura de 0.3 mm. Tratamiento de superficies: -Granallado de superficies hasta grado SA 2 ½. Recubrimiento de pintura interior: -Epoxy sin disolvente, calidad alimentaría. Recubrimiento de pintura exterior: -Imprimación rica en zinc. Capa intermedia Epoxy-poliamida.
95
8.10 Filtros de Anillas 8.10.1 Proveedor STF filtros o similar. 8.10.2 Selección del equipo Para la elección de los cabezales se ha tenido en cuenta el caudal máximo de filtración que determina la superficie filtrante y el modelo a escoger para unas características determinadas. En la tabla II.15 del anexo II, se pueden ver distintos caudales dependiendo de la calidad de agua a filtrar. En este caso se tomará el caudal de agua de carácter de calidad buena de < 50 ppm. Las dos plantas Urbanas se encuentran, debido al caudal, en tipo de cabezales catalogados en línea. Los filtros de anillas sólo se utilizarán en las plantas urbanas de 9000 y 12000 Hab-eq; en las plantas del complejo hotelero no será necesaria la instalación de filtro de anillas, debido a que el proceso del tratamiento biológico de estas plantas es con biomembranas, lo que asegura una filtración suficiente, ya que las membranas tienen un tamaño de poro de 0.5µ. Los cabezales de filtros de anillas dependiendo de las condiciones propuestas para las distintas plantas se muestran en la siguiente tabla: Tabla 8.16. Modelos y parámetros del filtro de anillas. *Caudal máximo permitido para agua clasificada como buena < 50 ppm. Planta
Caudal Máximo
Hab-eq
(m3/h)
9000
12000
Caudal Máximo Permitido* (m3/h)
Superficie Filtrante (cm2)
Modelo de Cabezal
No. de Filtros
152
150
7460
5x3”L
5
197
210
10444
7x3”L
7
8.10.3 Características generales Para una mejor filtración del agua a tratar se utilizarán sistemas de ultrafiltración como son los filtros de anillas. Estos filtros están dispuestos en cabezales, reduciendo el tamaño al ser compactos y tienen una más fácil instalación ahorrando costes al estar montados de fábrica, ver figura 8.20 y figura II.13 del anexo II. Los cabezales automáticos de anillas incluyen los filtros de anillas de plástico, válvulas hidráulicas para la limpieza de los filtros, colectores de acero al carbono, presostato diferencial y programador de control. Los filtros de anillas tienen un grado de filtración de 20 micras y son de limpieza automática a contra lavado por pérdida de carga con un caudal mínimo de 11 m3/h.
96
Figura 8.20. Imagen de un cabezal automático en línea de filtros de anillas VICENTE CANALES.
8.11
Batería de Lámpara Ultravioleta
8.11.1 Proveedor WEDECO o similar. 8.11.2
Selección del equipo
La desinfección ultravioleta se realizará en línea, será colocada a la salida de los filtros, para evitar la pérdida de presión, en el caso de las plantas Urbanas y en las plantas del complejo Hotelero será colocada después de las bombas horizontales instaladas a la salida de la balsa de regulación de agua tratada. El agua tratada pasará a través de una tubería, sobre la misma se dispondrá en la parte superior el reactor ultravioleta, las especificaciones de las tuberías se detallarán en el siguiente punto. A continuación se detalla la selección de las lámparas por cada planta:
Tabla 8.17. Especificaciones de las lámparas ultravioleta de acuerdo a los caudales máximos de cada planta.
Planta Hab-eq
Caudal Máximo
Modelo
Brida de Conexión
Consumo de Potencia (m3/h) (Kw/ Kva)
Dimensiones del Reactor (Ancho x Alto x Diámetro mm)
(m3/h)
3000
97
LBX 120
DN 150
2,20 / 2,32
1.850 x 470 x 350
6000
179
LBX 200
DN 200
3,70 / 3,89
1.850 x 570 x 430
9000
152
LBX 200
DN 200
3,70 / 3,89
1.850 x 570 x 430
12000
197
LBX 200
DN 200
3,70 / 3,89
1.850 x 570 x 430
97
8.11.3
Funcionamiento e instalación.
El mecanismo que usa la lámpara ultravioleta es sencillo: dentro de la lámpara, que es un tubo hecho de cuarzo o sílice, un arco eléctrico golpea una mezcla de vapor de mercurio y argón que hay en el interior. Cuando la corriente eléctrica golpea la mezcla, el argón no participa, ya que su función es sólo ayudar a arrancar la lámpara, extender la vida del electrodo y reducir las pérdidas, pero las moléculas del mercurio se excitan y cuando los electrones de las órbitas externas descienden a órbitas de menor nivel energético, emiten la energía sobrante en forma de radiación ultravioleta. La serie LBX combina las lámparas Spektrotherm HP de WEDECO, dispuestas de forma compacta para desinfectar agua con baja transmitancia con un reactor cuyas características hidráulicas han sido optimizadas. Los balastos electrónicos utilizados han sido adaptados específicamente a las lámparas, ver figura 8.21. Algunas ventajas:
Dosis UV constante independientemente de la calidad del agua o del caudal Optimización del consumo energético Fácil manejo y monitorización Regulación permanente de la potencia de las lámparas
Vista frontal
Vista lateral
Lámpara UV serie
Figura 8.21. Instalación típica de una lámpara, con reactor en tubería.
8.11.4 Tuberías lámparas UV Para determinar los diámetros de las tuberías se hará uso de la figura III.1 del Anexo III, llevando los caudales máximos a galones por minutos y tomando como referencia una pérdida de carga estimada de 10 m3 c. d .a. El material de las tubería será el polipropileno, el cual tiene múltiples ventajas como son su alta resistencia, buena conducción del fluido, ente otras.
98
Tabla 8.18. Diámetros de las tuberías necesarias para las lámparas UV, en cada una de las plantas. Planta Hab-eq
Caudal Máximo (m3/h)
Q Max (gal/min)
Diámetro Tubería (pulg)
3000
97
425
4
6000
179
787
6
9000
152
668
6
12000
197
864
8
99
9. INSTRUMENTACIÓN Los sistemas de medida dentro de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales son un elemento clave para asegurar un buen funcionamiento de los diversos tratamientos que se llevan a cabo en las mismas. Varios parámetros serán medidos en las distintas áreas de las plantas de Tratamiento. La medida y control de dichos parámetros permite mejorar el rendimiento de los procesos de depuración, así como optimizar el consumo de reactivos y energía. Existen una serie de parámetros que se miden en la práctica, en las instalaciones de depuración, ya que son claves para llevar el correcto control de la Planta. Los parámetros a medir en las plantas de tratamientos diseñadas son: Caudal, nivel, pH, temperatura, presión, turbidez, oxígeno disuelto, DQO, DBO5, fosfatos, sólidos en suspensión, NTK. La instrumentación que se utilizará para el control y medición de dichos parámetros se describen a continuación. 9.1 Sistema de borboteo Este sistema se utiliza para medir el nivel de líquidos en tanques o en conducciones abiertas. Medir el nivel es importante porque permite conocer el caudal de líquido que circula por la conducción o para medir una pérdida de carga en la misma. Los puntos de ubicación de dicho sistema serán en el pozo de gruesos y en las balsas de regulación de las plantas, para controlar que las bombas funcionen cuando el nivel del líquido sea adecuado. El funcionamiento del sistema de borboteo se basa en la introducción de burbujas de aire, mediante un tubo sumergido en el líquido. Se debe regular el caudal de aire hasta que se empiecen a formar burbujas dentro del líquido. La presión requerida para la formación de burbujas es proporcional al nivel de líquido.
P = ρ*g*H P: presión de aire inyectado ρ: densidad de líquido H: Nivel de líquido Si el nivel del líquido varia, la presión de aire inyectado también variará hasta que las presión de aire inyectado se iguales a la presión ejercida por la columna de líquido. De esta forma el nivel de líquido vendrá determinado por la medida de la presión de aire introducido.
9.2 Manómetros En las plantas de tratamientos de aguas residuales, la medida de la presión es importante como mecanismo de control de los equipos que trabajan a presión. Estos equipos indican localmente la medida de presión. Existen distintos modelos, aunque los más empleados son los manómetros Bourdon, ver figura 8.22, los cuales se utilizarán en las plantas de tratamientos, estando ubicados a la salida de cada bomba. El manómetro Bourdon consiste en un tubo metálico que tiene uno de sus extremos tapado, mientras que por el otro se le aplica la presión. Este extremo se encuentra fijo, mientras que el extremo tapado está libre para que al variar la presión, éste se abra o cierre provocando un movimiento que se une a un piñón al que se acopla una aguja, que indica la medida en una esfera graduada.
100
Tubo bourdon
manómetro Bourdon
Figura 8.22. Manómetro tipo Bourdon
9.3 Medidor de oxigeno portátil. La medida de oxigeno disuelto en las plantas de tratamientos de agua residual, se llevará a cabo en los procesos biológicos, en los que es necesario la presencia de una determinada cantidad de oxígeno disuelto en el agua para que la oxidación biológica tenga lugar correctamente. El oxígeno disuelto en el agua, es un parámetro muy importante a determinar y controlar para la supervivencia y desarrollo de los peces, vegetación, bacterias y organismos acuáticos. Por eso es importante su medida y control antes de verter al cauce final. El control de medida del oxigeno se llevará a cabo mediante equipos portátiles. El equipo de medida de oxígeno generará una señal proporcional a la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Al principio de la explotación de la planta la medida de este parámetro se realizará de manera semanal, hasta asegurar que el biológico este estabilizado. Luego de que ya este estabilizado, será suficiente con los análisis de laboratorio que se realizan dentro del control analítico. 9.4 Medida de PH El pH del agua es un parámetro muy importante en las plantas depuradoras, puesto que tanto los tratamientos químicos como los biológicos tienen gran dependencia de este parámetro. A su vez la legislación determina un rango de pH en los que el agua tratada puede ser vertida a un cauce, debido a que los microorganismos solo pueden vivir en un determinado rango de PH, relativamente estrecho y crítico, valores fuera de dicho rango producirían la inhibición de las reacciones bioquímicas por desnaturalización de las proteínas de los seres vivos y como consecuencia su muerte. Existen ciertos procesos químicos que deben llevarse a cabo a determinados pH (tanto ácidos como básicos) por lo que la medida de pH es indispensable para ajustar el pH del agua a las necesidades del cada proceso que se vaya a llevar a cabo en la depuradora. Para la medida de este parámetro no se dispondrá de un equipo, sino que se realizará con el método de los papeles de Tornasol. No se considera necesario contemplar un equipo debido a que el comportamiento de este parámetro no varía significativamente, al no poseer presencia de efluente industrial. 9.5 Termómetros. La temperatura es un contaminante físico, por tanto su medida y control es importante debido a la solubilidad de los gases y, en consecuencia, del oxigeno en el agua, es función de la temperatura, por lo tanto, el valor de este parámetro va a incidir de forma directa en la cantidad de oxigeno disponible. 101
Las aguas residuales urbanas se encuentran entre 10 y 20 ºC, siendo 15 oC un valor medio normal para el diseño. La temperatura será medida antes de los sistemas biológicos. La medida de temperatura de las plantas de tratamiento diseñadas, se realizará por personal de la planta, mediante termómetros portátiles. La medida se realizará quincenalmente.
9.6 Medidor magnético La medida de caudal tiene como finalidad conocer la cantidad de un fluido que pasa por una conducción durante un determinado periodo de tiempo. En el tratamiento de aguas residuales la medida del caudal de agua de entrada al tratamiento sirve para ajustar una serie de parámetros críticos para el tratamiento del agua residual. Conociendo la medida del caudal, se actuará sobre el arranque o parada de bombas, y se ajustará el caudal medido caudal. En el caso de las plantas de tratamientos diseñadas la medición se realizará mediante medidores magnéticos en tuberías.
102
10.
CONTROL ANÁLITICO
El control analítico en las estaciones de agua residual se realiza con dos objetivos principales: Primero garantizar que el rendimiento del proceso aplicado es el esperado y segundo garantizar que los parámetros de salida cumplan con las regulaciones legales existentes. Para la caracterización del agua residual se emplean tanto métodos de análisis cuantitativos, para la determinación precisa de la composición química y biológica del agua residual, como análisis cualitativos para el conocimiento de las características físicas. Los métodos cuantitativos pueden ser gravimétricos, volumétricos o fisicoquímicos. Estos últimos se utilizan para determinar parámetros no relacionados con las propiedades másicas o volumétricas del agua. El control analítico de las plantas de agua residual diseñadas se contratará a un laboratorio externo debido al tamaño de la instalación, y en consecuencia de no disponer de personal debidamente cualificado para estas funciones. La frecuencia de muestreo será quincenal para el caso de las plantas de 9000 y 12000 habitantes, y semanal para las plantas de 3000 y 6000 habitantes-eq, en estas últimas se aumenta el muestreo con la finalidad de tener un mayor control, debido a que el agua regenerada se utilizará para el riego de los campos de Golf y jardines. Esta de frecuencia está establecida sólo para el control del agua a la salida de la batería de Lámpara Ultravioleta. Con el muestro citado anteriormente se asegurará el cumplimiento de la Directiva 91/271/CEE, que como ya se ha indicado se ha adoptado como normativa a aplicar en las plantas diseñadas, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas, el cual establece las muestras mínimas que se deben de realizar en función del tamaño de la instalación, ver tabla 10.1
Tabla 10.1 Número mínimo de muestras establecidas por la directiva 91/271/CEE
Teniendo en cuenta que al inicio de la puesta en operación de las plantas se deben de estabilizar los procesos y comprobar las garantías de los diferentes suministradores, fundamentalmente los fabricantes de membranas, se realizarán análisis a la entrada de la planta sólo en esta fase y a lo largo de la explotación se harán de forma eventual, como medida de comprobación de los resultados de las muestras del agua de salida.
103
Del mismo modo, sólo se realizará muestreo del agua de vertido de forma eventual, ya que el agua depurada, se enviaría a regeneración en la mayoría de los casos. El control analítico se detalla en la siguiente tabla:
Tabla 10.2. Control analítico de las plantas de tratamiento de agua residual diseñadas. PUNTO DE MUESTRO
A la entrada de la planta
A la salida de la balsa de Regulación de Agua trata
A la salida de la Lámpara Ultravioleta
ANALISIS
DBO5, DQO, Sólidos en Suspensión, Nitrógeno Total Kjeldahl y Fósforo Total.
DBO5, DQO, Sólidos en Suspensión, Nitrógeno Total Kjeldahl y Fósforo Total.
DBO5, DQO, Sólidos en Suspensión, Nitrógeno Total y Fósforo Total. Coliformes Totales
NUMERO DE MUESTRAS/AÑO
OBSERVACIONES
6
Estos análisis se realizaran como manera confirmativa, en el caso de que se obtenga alguna no conformidad en los valores de los análisis del agua a la salida de la desinfección.
6
Estos análisis se realizaran como manera confirmativa, en el caso de que se obtenga alguna no conformidad en los valores de los análisis del agua a la salida de la desinfección.
24 (Planta de tratamiento Urbana) y 52 (Planta de tratamiento del Complejo Residual)
Estos análisis se realizaran de forma constante a lo largo de todo el año, con la finalidad de tener control sobre los parámetros de salida.
En la instalación se dispondrá de cono imhoff para determinar la cantidad de MLSS en el sistema biológico y ajustar las purgas del sistema biológico, con una frecuencia diaria. Este análisis se realizará con el objetivo de que el operario conozca la cantidad de fangos que tiene que purgar. También se dispondrá de papeles de tornasol para la medida de pH. La medida de este parámetro se realizará en la puesta en operación de la planta y luego de manera quincenal, por el operario de la planta. El control de los fangos se hará con la misma frecuencia establecida anteriormente para la línea de aguay aparte se realizará una caracterización de los mismos, en un laboratorio externo, con una frecuencia anual. Los fangos generados por las plantas de tratamiento de agua residual se destinaran para el uso agrícola. El control de los fangos se realizara bajo según el real Decreto 1310/1990, por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrícola.
104
11.
EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO
En este apartado se describirá de manera detallada los costes en la explotación y el mantenimiento de cada una de las instalaciones, con el objetivo de mostrar un equilibrio entre los costes económicos, sociales y medios ambientales mínimos. La consecución de estos objetivos dependerá de la correcta realización de las actividades interconectadas: mantenimiento y conservación, explotación y control, y seguimiento de equipos e instalaciones con el consiguiente rendimiento óptimo. El estudio de costes anuales se realizará en función de los datos de diseño considerados para los caudales medios y las cargas contaminantes previstas como las características del agua tratada a obtener una vez finalizado el proceso de tratamiento. 11.1 Estructura de Costes Las labores de explotación, mantenimiento y conservación de las instalaciones y equipos que componen un sistema de saneamiento originan unos gastos que por su naturaleza pueden clasificarse en costes fijos y costes variables. 11.1.2 Costes Fijos Los costes fijos son independientes del volumen de agua tratada, es decir, son gastos que van a producirse desde el instante que se ponga la depuradora en servicio y a lo largo de su vida útil de forma continua y constante, independientemente del caudal de agua a tratar. 1. 2. 3. 4. 5.
Personal Mantenimiento y conservación Energía, término de potencia Seguridad y salud Varios
11.1.3 Costes Variables Los costes variables dependen única y exclusivamente de las características cuantitativas y cualitativas del agua residual a tratar, siendo su resultado el agua tratada según las exigencias requeridas. 1. 2. 3. 4. 5.
Energía Transportes Reactivos Análisis de Laboratorio Varios
11.3 Definición de Costes Fijos 11.3.1 Costes de Personal Esta área se compone por el conjunto de trabajadores que componen la plantilla de la instalación. El número de personas que prestan sus servicios en las ERAR están en relación directa, entre otros factores, con el caudal de agua a tratar, y la complejidad de las instalaciones. Se divide al personal en tres grupos: dirección, mantenimiento y explotación. La dirección se encargará de establecer las directrices básicas para alcanzar unos resultados óptimos en todo momento. El mantenimiento ejecutará las actividades propias de su campo en todas las vertientes posible: mantenimiento preventivo, mantenimiento correctivo, mantenimiento modificado y mantenimiento energético y ambiental. El personal de explotación atenderá a las labores diarias, y será el responsable de verificar y comprobar que las instalaciones funcionan correctamente.
105
Se debe tener en cuenta que la jornada laboral será de lunes a viernes debido al pequeño tamaño de la instalación. En plantas grandes habrá personal en la instalación las 24 horas del día y se adaptará a las necesidades dictadas por los Servicios Técnicos de la Administración con jornada continua o partida y siempre en base de cuarenta horas semanales o las que en el futuro puedan establecer Reglamentos o Leyes Laborales de obligado cumplimiento. En resumen, según los reglamentos y leyes laborales planteadas, los empleados trabajarán de los 365 días al año 220 días siendo los restantes días de carácter festivo y vacacional. Aun siendo así las plantas regeneradoras funcionarán en continuo y de forma automática 24 horas al día y los 365 días mediante sistemas de automatismos y control: PLC y SCADA. Permitiendo realizar una explotación eficiente de la planta, controlando en tiempo real cada proceso mejorando el tiempo de actuación en caso de avería y reduciendo sus daños. En cuanto al periodo estival y vacacional se designará un presupuesto para la contratación de personal temporal (correturnos) que sufrague esta ausencia de los empleados permanentes. Este presupuesto será decisión del personal de dirección de la empresa de explotación. Se estima la contratación de un peón durante esos dos meses. Los costes originados por el personal incluyen los siguientes conceptos: - Salarios, incluyendo horas extraordinarias, primas por nocturnidad, así como por trabajo penoso y nocturnidad. - Cargas sociales - Formación. Los costes de personal están sujetos a las condiciones socioeconómicas de la zona, a la demanda de especialistas y a la cualificación de la persona. En función de lo expuesto anteriormente y a modo de resumen el personal que se dispondrá, de carácter permanente, para atender las necesidades de las plantas asegurando en todo momento alcanzar como resultados mínimos los exigidos, será el siguiente (Tabla 11.1): Tabla 11.1. Personal permanente en las plantas. Planta Hab-eq
3000
Categoría
Nº de Personas
Dedicación
Nº H/Año
Coste €/Añ
Mecánico
1
40%
704
2000
Ayudante
1
40%
704
1600
Correturnos
1
---
141
240
Total Gasto del Personal : 3840 €/año
6000
Mecánico
1
60%
1056
3000
Ayudante
1
60%
1056
2600
Correturnos
1
---
211
360
Total Gasto del Personal : 5960 €/año
9000
Mecánico
1
100%
1760
5000
Ayudante
1
100%
1760
4000
Peón
1
100%
1760
3600
Correturnos
1
---
528
900
Total Gasto del Personal : 13500 €/año
12000
Mecánico
1
100%
1760
5000
Ayudante
1
100%
1760
4000
Peón
1
100%
1760
3600
Correturnos
1
---
528
900
Total Gasto del Personal : 13500 €/año
106
11.3.2 Costes de Mantenimiento y de Explotación Tan importante como la explotación de la ERAR, es el correcto mantenimiento de todos los elementos que componen la misma, de tal forma que se encuentran operativos de forma continua y a su máximo rendimiento. Dentro del mantenimiento de las ERAR y de forma general, se incluyen las siguientes actividades: Conservar y mantener en perfecto estado todas las instalaciones, y elementos de la ERAR. Mantenimiento mecánico, eléctrico instrumentación etc.: • • • •
Rutinario. Programado. Mejorativo. Correctivo (reparación de averías e incidencias). -
Control y registro histórico de averías e incidencias. Control de repuestos, herramientas, utillaje y en almacén. Planes de engrases y cambios de aceite generales. Supervisión y control reparaciones externas.
Los costes de mantenimiento y conservación van a depender del tamaño de la planta y equipos y materiales existentes y así como su exigencia y funcionamiento, incrementándose a lo largo del tiempo, a medida que van envejeciendo los equipos. Entre los conceptos integrados en esta partida se encuentran como más importantes, repuestos, material fungible, herramientas, aceites y grasa, pinturas, etc. Para un cálculo aproximado de la implantación de las plantas regeneradoras se ha establecido un rango de 100 – 160 € por habitante equivalente (Tabla 11.2). Se prevé que sus costes de implantación tienen una tendencia exponencial menor que la unidad, al aumentar el número de habitantes equivalentes el precio de implantación en menor. Tabla 11.2. Coste total de implantación de las plantas. Nº de Habitantes Equivalentes
Coste €/Hab.-eq.
* Coste Total de Implantación €
3000
110
330000
6000
100
600000
9000
160
1440000
12000
150
1800000
* Al coste total de implantación de las plantas de 3000 y 6000 hab.-eq se le sumará el coste total de las membranas.
De los costes de implantación totales se desglosan en costes de equipos y costes de obra civil y sus respectivos costes de mantenimiento y conservación que suponen un 5% el coste anual de mantenimiento del coste total de quipos instalados y un 0.4% el coste anual de conservación de las instalaciones de obra civil (Tabla 11.3). En las plantas 3000 y 6000 habitantes equivalentes los costes de los sistemas de membranas no están incluidos en el coste de implantación y se detallará más adelante su coste de implantación y reposición anual.
107
Tabla 11.3. Costes de mantenimiento y conservación de las plantas. Planta Hab-eq.
Coste Total de Implantación €
3000
330000
%
Implantación
Coste €
%
Mantenimiento y Conservación
Coste €/Año
40
Equipos
132000
5
Equipos
6600
60
Obra civil
198000
0.4
Obra civil
792
40
Equipos
240000
5
Equipos
12000
60
Obra civil
360000
0.4
Obra civil
1440
40
Equipos
576000
5
Equipos
28800
60
Obra civil
864000
0.4
Obra civil
3456
40
Equipos
720000
5
Equipos
36000
60
Obra civil
1080000
0.4
Obra civil
4320
600000
6000
1440000
9000
1800000
12000
11.3.3 Reposición de Membranas El coste de reposición de membranas es un coste correspondiente al mantenimiento de equipos. Ha sido diferenciado debido a la presencia de estos equipos tan sólo en las plantas de 3000 y 6000 habitantes equivalentes. La reposición de membranas se realizará al 100% en 5 años. Para su estudio económico supone un coste anual del 20% del coste total de estos equipos. El coste de la superficie real instalada de membranas es de 80 €/m2 y este coste se le sumará un 10% de este que supone una tarificación por instalación e ITBIS (IVA) (Tabla 11.4). Tabla 11.4. Costes de reposición de membranas. Planta Hab-eq.
Superficie Instalada (m2)
Coste Total €
Coste de Reposición €/Año
3000
2400
211200
42240
6000
4800
422400
84480
11.3.4 Coste de Energía. Término de potencia. El término de potencia depende de la potencia eléctrica contratada, no de los consumos, es por tanto un costo fijo a cargar a la explotación. La facturación mensual correspondiente a este término se calculará de la siguiente forma: Potencia instalada en Kw por el precio del término de potencia por el número de meses. Tras la suma de la potencia de todos los componentes eléctricos de la planta y la suma del 10% para el uso otros aparatos eléctricos como PLC, ordenadores, estufas, maquinaria adicional, etc.; se obtienen las potencias instaladas de todas las plantas (ver tablas 11.5, 11.6, 11.7, 11.8).
108
Tabla 11.5. Previsión de cargas instaladas en la planta de 3000 hab.-eq
Componente
Potencia Kw
Bombas sumergibles
15.5
Bombas mono
5.4
Bombas dosificadoras
0.144
Bombas horizontales
7
Bomba de vacio
8
Soplantes
33.75
Reja automática
0.34
Tamices dinámicos
0.5
Puente circular
0.38
Cuchara Bivalva
2.2
Bacterias luz UV
2.2
Alumbrado
3
Total de cargas
78.63
10%
7.86
Total Instalada
86.49
109
Tabla 11.6. Previsión de cargas instaladas en la planta de 6000 hab. eq.
Componente
Potencia Kw
Bombas sumergibles
28
Bombas mono
5.4
Bombas dosificadoras
0.144
Bombas horizontales
23.8
Bomba de vacio
8
Soplantes
57.75
Reja automática
0.34
Tamices dinámicos
0.5
Puente circular
0.38
Cuchara Bivalva
2.2
Bacterias luz UV
3.7
Alumbrado
3
Total de cargas
133.43
10%
13.34
Total Instalada
146.77
110
Tabla 11.7. Previsión de cargas instaladas en la planta de 9000 hab-.eq.
Componente
Potencia Kw
Bombas sumergibles
51
Bombas mono
5.4
Bombas dosificadoras
0.63
Bombas horizontales
66
Soplantes
61.5
Reja automática
0.34
Tamices dinámicos
0.5
Puente circular
0.38
Cuchara Bivalva
2.2
Bacterias luz UV
2.2
Agitadores electromecánicos
0.68
Alumbrado
3
Total de cargas
206.58
10%
20.66
Total Instalada
227.24
111
Tabla 11.8. Previsión de cargas instaladas en la planta de 12000 hab.-eq
Componente
Potencia Kw
Bombas sumergibles
51
Bombas mono
5.4
Bombas dosificadoras
0.63
Bombas horizontales
88.2
Soplantes
75.5
Reja automática
0.34
Tamices dinámicos
0.5
Puente circular
0.38
Cuchara Bivalva
2.2
Bacterias luz UV
2.2
Agitadores electromecánicos
0.68
Alumbrado
3
Total de cargas
243.68
10%
24.37
Total Instalada
268.05
Según el anexo 1 del Real Decreto 871/2007 por el que se ajustan las tarifas eléctricas, todas las plantas se caracterizan como tarifa general en Alta Tensión y larga utilización (3.3 y 3.4). En la tabla 11.9 se obtienen los costes anuales por término de potencia.
112
Tabla 11.9. Coste anual del término de potencia de cada una de las plantas. Planta
Término de Potencia €/Kw mes
Coste anual
Hab-eq.
Potencia Instalada Kw
3000
86.49
11.575784
12015
6000
146.77
11.224775
19770
9000
227.24
11.224775
30612
12000
268.05
11.224775
36108
€/Año
Las instalaciones se conectarán a la línea eléctrica de Alta Tensión propiedad de la compañía suministradora de energía eléctrica contratada. A la entrada de las instalaciones se dispondrá de un edificio independiente prefabricado de hormigón donde se alojará un transformador 115 Kv para la planta de 3000, 195 Kv para la planta de 6000, 300 Kv para la planta de 9000 y 350 Kv para la planta de 12000, todos ellos con una reserva de potencia aproximadamente el 5%. El cual suministrará una tensión adecuada para el buen funcionamiento de los equipos. 11.3.5 Seguridad e Higiene En este apartado se detallan los costes anuales de seguridad e higiene, y no la inversión inicial para dotar a la planta de los equipos y medidas necesarios, que se incluirán en el apartado de varios. Se incluye la reposición de elementos fungibles tales como protecciones personales (filtros para mascarillas, guantes, gafas de seguridad, protectores auditivos, etc.), revisiones anuales de los extintores y sus recargas, modernización de las medidas protectoras, etc., y no cursillos que estarán incluidos en el apartado de formación. Por estimaciones de instalaciones similares se establecerá un coste de: Costes de Seguridad e Higiene: TOTAL: 600 €/año. 11.3.6 Costes Varios El apartado de varios incluye: inversiones, agua potable, jardinería, seguros, teléfono, material de oficina y vestuario. 11.3.6.1 Amortización Aún siendo las ERARs urbanas construidas con fondos procedentes de diferentes administraciones y las ERARs del complejo hotelero de propiedad privado se considerará conveniente incluir el coste de amortización de los costes de implantación en la repercusión de los costes de explotación anual y por consiguiente en el precio del m3 final del agua regenerada. El periodo de amortización es diferenciado en 15 años para los equipos y 30 años para las instalaciones de obra civil (Tabla 11.10).
113
Tabla 11.10. Costes de amortización de las plantas. Planta Habequ.
Coste Equipos €
Coste Amortización €/Año
Coste Obra Civil €
Coste Amortización Obra Civil €
Coste Amortización Civil €
3000
343200
22800
198000
6600
29480
6000
662400
44160
360000
12000
56160
9000
576000
38400
864000
28800
67200
1200
720000
68000
1080000
36000
104000
11.3.6.2 Agua potable Se estima que el gasto de agua potable es aproximadamente de 150 l/día por persona de la plantilla descrita anteriormente. Si el precio del agua está fijado en 1.2 €/m3 el coste anual total al año será de 40 €/año y por persona. Por tanto en el presupuesto de agua potable será el siguiente (tabla 11.11): Tabla 11.11. Costes de agua potable de las plantas. Planta Hab-equ.
Nº Personal
Coste Anual €/Año
3000
2
80
6000
2
80
9000
3
120
1200
3
120
11.3.6.3 Jardinería El mantenimiento y conservación de la urbanización y jardinería, incluyendo análisis de terreno, aplicación de productos fitosanitarios, mantillo, abono, etc. se establecerá un presupuesto anual de: 200 €/año. El riego de calles y jardines de las instalaciones de las plantas serán mediante agua regenerada. 11.3.6.4 Seguro La empresa dispondrá de una póliza de responsabilidad civil que cubre todas sus instalaciones. Se considerará un coste anual: 700 €/año. 11.3.6.5 Material de Oficina Se establecerá un presupuesto anual de: 250 €/año 11.3.6.6 Comunicaciones (Telefonía Fija y Móvil, Correos) Se estimará un coste anual de: 300 €/año.
114
11.3.6.7 Vestuario Incluye la dotación completa: botas de seguridad, botas de agua, buzo impermeable, ropa de trabajo, etc. Por operario y año se obtiene un presupuesto de: 400 €/año. En la tabla 11.12 se resumen los costes varios fijos para las distintas plantas.
Tabla 11.12. Resumen de los costes varios fijos de las plantas. COSTES VARIOS FIJOS
3000
6000
9000
12000
Amortización
29480
56160
67200
104000
Agua potable
80
80
120
120
Jardinería
200
200
200
200
Seguros
700
700
700
700
Material oficina
250
250
250
250
Comunicaciones
300
300
300
300
Vestuario
1200
1200
1600
1600
Total Gastos
32210
58890
70370
107170
11.3 Definición de Costes Variables 11.3.1 Costes de Energía. Término Energía El consumo de energía eléctrica supone uno de los mayores costes de explotación de este tipo de instalaciones. Para su estimación se ha calculado un promedio del número de horas de funcionamiento al año de cada equipo en función de su potencia y eficiencia (80%). Según las tarifas de Alta Tensión se designadas anteriormente viene asociado un término de energía relativo al coste por el consumo eléctrico. En la tabla 11.13 se resumen los costes anuales. Tabla 11.13. Coste anual del término de energía de cada una de las plantas. Planta Hab-equ.
Energía Consumida Kw-h/año
Término Energía €/Kw-h
Coste Anual €/año
3000
238334
0.055059
13123
6000
462830
0.053557
24788
9000
884107
0.053557
47350
12000
1198538
0.053557
64190
115
Para obtener la medida de energía una vez implantada la ERAR se realizará mediante un cuadro de contadores conectado al cuadro de los transformadores.
11.3.2 Costes de Transporte Las ERARs de estudio van a generar dos tipos de residuos: basuras y fangos. 11.3.2.1 Basuras Los residuos denominados basuras son los recogidos en desbaste. Se denominan basuras ya que son asimilados a residuos sólidos urbanos. La evacuación de basuras habitualmente será mediante la recogida de basuras municipal o mediante un gestor autorizado de residuos. Tanto el gestor como el vertedero en el que se depositarán los residuos deberán estar autorizados para su recogida y tratamiento con el código 200301 relativo a residuos municipales: mezcla de residuos, contemplado en la lista europea de residuos (LER) en la Orden MAM/304/2002. Para el cálculo de costes de transporte y gestión de basuras se ha estimado en la recogida diaria excepto festivos de un contenedor de 900 l independientemente de su estado de llenado. Supondrá un presupuesto anual de 300 €/año. 11.3.2.2 Fangos Deshidratados Los fangos deshidratados son evacuados de la planta por la contratación de un gestor autorizado. Una vez caracterizado el fango será destinado a distintos fines. En caso de deposición en vertedero este deberá estar autorizado para la deposición de residuos con el código 190805 relativo a lodos de tratamiento de aguas residuales urbanas, contemplado en la lista europea de residuos (LER) en la Orden MAM/304/2002. Para el cálculo del coste de la retirada y gestión de fangos (tabla 11.14) se considerará que el contenedor tiene una capacidad de 4 y 6 m3 y su evacuación se producirá cuando esté lleno hasta un vertedero de una distancia aproximada de 30 Km, siendo el coste de 0.7 €/Km y 4 € de gastos varios de tarifación por transporte, lo que supone 25 € cada contenedor. Tabla 11.14. Coste total de los fangos evacuados de las plantas.
11.3.2.3
Planta Hab-eq
Fangos Evacuados (m3/año)
Nº Contenedores
Coste Total (€/año)
3000
150
25
625
6000
300
50
1250
9000
450
75
1875
12000
600
100
2500
Otros Transportes
El coste para transportes varios y grúas para mantenimiento de equipos, se estima en: 200 €/año para las plantas de 3000 y 6000 Hab-eq y 400 € para las plantas de 9000 y 12000 Hab.-eq.
116
En la tabla 11.15 están resumidos los costes totales de transporte de las plantas. Tabla 11.15. Resumen del coste total de transportes de las plantas. Transporte
3000
6000
9000
12000
Basuras
300
300
300
300
Fangos deshidratados
625
1250
1875
2500
Otros transportes
200
200
400
400
Total Gastos
1125
1750
2575
3200
11.3.3 Reactivos Los costes estimados para los reactivos utilizados son en función de la dosificación de cada reactivo en condiciones de caudal medio. Se describe de forma detallada en el apartado 6 relativo a la dosificación de los reactivos. 11.3.3.1 Polielectrolito El coste de polielectrolito se estima en 7 €/Kg. En la tabla 11.16 se detalla el presupuesto destinado para este reactivo. Tabla 11.16. Coste de polielectrolito para cada una de las plantas. Planta Hab-eq
Dosificación de Polielectrolito
9000
657
4599
12000
876
6132
(Kg/Año)
Coste €/Año
11.3.3.2 Sulfato de Alúmina El coste del sulfato de alúmina diluido se estima en 0.3 €/Kg. En la tabla 11.17 se detalla el presupuesto destinado para este reactivo. Tabla 11.17. Coste de sulfato de alúmina para cada una de las plantas. Planta Hab-eq.
Dosificación (SO4)3Al2
3000
13140
3942
6000
27156
8147
9000
84972
25492
12000
114756
34427
(Kg/Año)
Coste €/Año
117
11.3.3.3 Sosa Caústica El coste del sosa cáustica se estima en 0.4 €/Kg. En la tabla 11.18 se detalla el presupuesto destinado para este reactivo. Tabla 11.18. Coste de sosa cáustica para cada una de las plantas. Planta Hab-eq.
Dosificación de Sosa Caústica (Kg/Año)
Coste €/Año
3000
9636
3855
6000
19272
7709
9000
60444
24178
12000
79716
31887
11.3.3.4 Otros Reactivos Se incluyen un conjunto de reactivos químicos que eventualmente pueden usarse en la planta y que entre ellos son: disolventes, lejía para la limpieza de difusores y membranas, antiespumantes, bactericidas, reactivos para calibración de la instrumentación y análisis químico in situ... etc. El coste estimado es de 200 €/año para las plantas de 3000 y 6000 habitantes equivalentes, y 300 €/año para las plantas de 9000 y 12000 habitantes equivalentes. En la tabla 11.19 se resumen los costes varios fijos para las distintas plantas. Tabla 11.19. Resumen del coste total de reactivos de cada una de las plantas. REACTIVOS
3000
6000
9000
12000
Polielectrolito
---
---
4599
6132
Sulfato de Alúmina
3942
8147
25492
34427
Sosa Cáustica
3855
7709
24178
31887
Otros reactivos
200
200
300
300
Total Gastos
7997
16056
54569
72746
11.3.4 Análisis de Laboratorio Para un perfecto control de la operación, es imprescindible el conocer una serie de parámetros, no solamente en el agua de alimentación a la ERAR, sino en diferentes puntos de la instalación, de tal forma que permitan mantener los procesos dentro del rango previsto, así como conocer de forma
118
inmediata el proceso que no obtiene el rendimiento preciso y que pueda afectar el rendimiento global de toda la instalación. Para llevar a cabo estos controles, las plantas requieren unos medios técnicos importantes, con unos laboratorios con elevadas dotaciones de instrumentos, materiales y reactivos. En las instalaciones no se dispondrá de laboratorio, pero sí de instrumentación básica para la medición de algunos parámetros como son el pH o la conductividad. En su totalidad los análisis realizados serán mediante laboratorios externos. Como mínimo se realizarán el número de muestras que establezca la Directiva 91/271 sobre tratamiento de aguas residuales en función el número de habitantes equivalentes que de forma detallada se explica en el apartado 10 relativo al control analítico. Se analizarán la ausencia o presencia de patógenos ya que es requisito imprescindible por el Real Decreto 1620/2007 sobre reutilización de aguas depuradas para el posterior uso que se dará al agua tratada. Según el Real Decreto 1310/1990 para la regulación de la utilización de lodos de depuradora en el sector agrario exige para los lodos que vayan a ser destinados a actividad agraria deberán ir acompañados por una documentación expedida por el titular de la estación depuradora de aguas residuales en la que quedarán claramente establecidos el proceso de tratamiento y la composición de la mercancía obtenidos mediante técnicas analíticas de caracterización de los fangos. En caso de sea negativa la autorización de los fangos para su destino agrario serán destinados a vertedero con una previa analítica de sequedad de los fangos. Los análisis realizados y sus precios, facilitados por los laboratorios TECNOMA, se muestran en la tabla 11.20. Los precios de las analíticas corresponden al coste de la recogida de muestras, tratamiento, análisis y certificado todo ello realizado por la empresa externa contratada. Tabla 11.20. Precios de las analíticas a realizar. ANALÍTICA
Precio €/Unidad
BDO5
30
DQO
20
Total Sólidos en Suspensión
15
Fósforo Total
20
Nitrógeno Total
40
Patógenos
30
Caracterización de fangos
400
% Sequedad
10
El número de muestras de agua regenerada a analizar al año de obligado cumplimiento por la ley el primer año en las instalaciones de 3000, 6000 y 9000 habitantes equivalentes es de 12, disminuyendo en 4 en los siguientes años. En la planta de 12000 habitantes equivalentes el número de muestras es de 12. Aún así, se ha definido en el apartado 10 relativo al control analítico para que sea más riguroso un mayor número de muestras a analizar y con ello su periodicidad, siendo de un total de 24 muestras y una periodicidad de 15 días en las instalaciones de 9000 y 12000 Hab-eq. En cambio, en las instalaciones de 3000 y 6000 hab-eq por ser un Complejo Hotelero, su periodicidad será de una muestra cada 7 días con un total de 52 muestras al año. 119
En el análisis de fangos se realizará el mismo número y en la caracterización de fangos tan sólo se realizará una vez al año. No obstante, se realizarán análisis eventuales de muestras de agua bruta y agua tratada a la salida del decantador por su posible vertido al cauce estimado en 6 muestras anuales. El presupuesto establecido por tanto para las instalaciones de 3000 y 6000 habitantes equivalentes es de 10480 € al año. Y para las instalaciones de 9000 y 12000 habitantes equivalentes de 5860 €/año.
11.4 Resumen de Costes Fijos y Variables Tabla 11.21. Resumen de costes fijos.
COSTES FIJOS
3000
6000
9000
12000
Personal
3840
5840
13500
13500
Mantenimiento y conservación
49632
97920
32256
40320
Término de potencia
12015
19770
30612
36108
Seguridad e higiene
600
600
600
600
Costes varios
32210
58890
70370
107170
TOTAL GASTOS €
98297
183020
147338
197698
Tabla 11.22. Resumen de costes variables.
COSTES VARIABLES
3000
6000
9000
12000
Término de energía
13123
24788
47350
64190
Transporte
1125
1750
2575
3200
Reactivos
7997
16056
54569
72746
Análisis de laboratorio
10480
10480
5860
5860
TOTAL GASTOS €
32725
53074
110354
145996
120
11.5 Presupuesto de Ejecución de Material
Tabla 11.23. Presupuesto de ejecución material.
Planta Hab-eq
Total Coste Anual €
Coste Unitario €/m3
3000
131022
0.332
6000
236094
0.299
9000
257692
0.392
12000
343694
0.392
11.6 Presupuesto de Ejecución de Contrata Tabla 11.24. Presupuesto de ejecución por contrata
3000
6000
9000
12000
Costes de Ejecución Material €/año
131022
236094
257692
343694
Gastos Generales (13%) €
17033
30692
33500
44680
Beneficio Industrial (6%) €
7861
14166
15462
20622
Suma €
155916
280952
306653
408996
ITBIS * (16%) €
24947
44952
49065
65439
180863
325904
355718
474435
0.459
0.413
0.541
0.542
Total presupuesto de Ejecución por Contrata €/año
Coste Unitario €/m3
* ITIBIS: Impuesto de Transferencias de Bienes Industrializados y Servicios.
121
ANEXOS
I-
PARÁMETROS DE DISEÑO
•
Reactor Biológico: en la tabla mostrada a continuación, se detallarán cada uno de los parámetros de diseño tomados en cuenta para el dimensionamiento de los sistemas biológicos, de las plantas de tratamiento de este proyecto. Tabla I.1. Parámetros de diseños, de los sistemas biológicos
Época del año
Carga Másica (Kg DBO/d) Kg MLSS
[X] Kg MLSS /m3
Rendimiento %
TR (h)
TR Celular (h)
Invierno
0.1
8
93
4.8
221
Verano
0.15
10
92.5
2.6
142
Invierno
0.15
8
93
4.8
221
Verano
0.15
10
92.5
2.6
142
9000
Todo el año
0.15
4.5
92.5
9.6
144
12000
Todo el año
0.15
4.5
92.5
9.6
144
Planta Hab-eq
3000
6000
-Oxígeno Requerido: a continuación, se observará en la tabla el oxígeno requerido en los reactores biológicos, así como también la cantidad de difusores y su distribución en la parte aerobia de cada uno de los reactores biológicos. Tabla I.2. Caudal de aire requerido y No. de difusores, para los reactores biológicos.
Oxígeno Teórico Requerido Kg O2 / h
Oxígeno Requerido Real Kg O2 / h
Invierno
7
35
127
Verano
12
60
217
Invierno
16
81
293
Verano
24
121
439
9000
Todo el año
35
175
12000
Todo el año
44
220
Planta Hab-eq
Época del Año
Caudal de Aire m3/h
Distribución de Difusores
Nº Difusores
42 %
34 %
24 %
51
22
17
12
110
46
37
27
634
159
67
54
38
797
200
84
68
48
3000
6000
122
-Caudal de Recirculación y Purga de Fango: puesto que en los reactores biológicos de las plantas del complejo hotelero (3000 y 6000 hab.-eq.) se trabaja con reactores con biomembranas, no existe recirculación de fangos y por tanto en la tabla mostrada más abajo no se verán reflejados dichos valores, sin embargo en las urbanas (9000 y 12000 hab.-eq.), al tratarse de reactores biológicos convencionales (oxidación total), se hace necesario recircular un caudal de fango para mantener la biomasa en el sistema. También quedarán reflejados los caudales de purga de fangos y la carga de sólidos (fangos) en los distintos reactores biológicos de las diferentes plantas del proyecto. Tabla I.3. Caudal de recirculación y purga de fango en los sistemas biológicos
Planta Hab-eq
Época del año
Caudal de Recirculación m3/h Caudal Caudal Medio Máximo
Caudal de Purga de Fangos m3/día
Carga de Sólidos (Fangos) Kg/día
Invierno
---
16
93
Verano
---
32
194
Invierno
---
43
230
Verano
---
64
388
3000
6000
•
9000
Todo el año
225
456
97
582
12000
Todo el año
300
590
129
776
Espesador: en la tabla se reflejarán las características de los caudales de entradas y de salidas de los fangos tratados en los distintos espesadores, de acuerdo a cada una de las plantas. Tabla I.4. Características de entrada y salida del fango en el espesador. Planta Hab-eq
Caudal de Fango (Entrada) m3/día
Carga de Sólidos Kg/día
Concentración % (Salida)
Caudal de Fango (Salida) m3/día
3000
32
194
5
4
6000
64
388
5
8
9000
97
582
5
12
12000
129
776
5
16
123
•
Digestor aerobio: en la tabla se reflejarán las características de los caudales de entradas y de salidas de los fangos tratados en los distintos digestores, de acuerdo a cada una de las plantas. Tabla I.5. Características de entrada y salida de los fangos en el digestor. Planta Hab-eq
Caudal de Fango (Entrada) m3/día
Carga de Sólidos Kg/día
Concentración % (Salida)
Caudal de Fango (Salida) m3/día
3000
4
194
3.6
4
6000
8
388
3.6
8
9000
12
582
3.6
12
12000
16
776
3.6
16
-Oxígeno Requerido en los digestores: a continuación, se observará en la tabla el oxígeno requerido y la cantidad de difusores en los diferentes digestores de las plantas. Tabla I.6. Caudal y número de difusores en los digestores.
•
Planta Hab-eq
Oxígeno Teórico Requerido Kg O2 / h
Oxígeno Requerido Real Kg O2 / h
Caudal de Aire m3/h
3000
5.3
33
120
6000
10.5
66
238
40
9000
16
100
362
61
12000
21
132
476
80
Nº Difusores
20
Eras de Secado: se detallarán las características de los fangos de entradas, así como también las características de salidas de los fangos de las eras de secado, los cuales serán evacuados de las plantas con una frecuencia semanal. Tablas I.7. Características de entrada y salida de los fangos en las eras de secado.
Planta
Caudal de Fango (Entrada) m3/día
Carga de Sólidos (Fangos) Kg/día
Concentración % (Salida)
Caudal de Fango (Salida) m3/día
3000
4
144
35
0.41
6000
8
287
35
0.82
9000
12
431
35
1.23
12000
16
574
35
1.64
124
II-
EQUIPOS
1. Cuchara bivalva
Figura II.1. Dimensiones cuchara bivalva electrohidráulica.
125
2. Rejas
Figura II.2. Dimensiones reja circular automática.
126
Figura II.3. Dimensiones reja manual.
127
3. Tamiz dinámico Tabla II.1. Capacidad de paso de agua en m3/h para tamices rotativos Modelo TR.
Tabla II.2. Características técnicas de los tamices rotativos modelo TR.
128
4. Puente circular
Figura II.4. Dimensiones puente circular perimetral.
Figura II.5. Detalle del rascador de fondo tipo espina de pez.
Figura II.6. Detalle de la pasarela tipo perfil.
129
5. Bombas Tabla II.3. Modelo de las Bombas Sumergibles Grundfos
130
Figura II.7. Curva Características Bombas Sumergibles SuperVortex Grundfos Poca Altura Gama 34,42,46.
131
Figura II.8. Bomba Sumergible poca altura gama 46,50 Plantas de 6000, 9000 y 12000 habitantes (Caudal Máximo).
132
Tabla. II.4. Especificaciones Técnicas Bombas Sumergibles Poca Altura Gama 34,42,46 SuperVortex Grundfos
.
Tabla II.5. Especificaciones Técnicas Bombas Sumergibles poca altura gama 46,50 SuperVortex Grundfos
133
Tabla II.6. Especificaciones de Materiales Bombas Sumergibles SuperVortex Grundfos
Tabla II.7. Dimensiones de Bombas Sumergibles SuperVortex Grundfos
134
6. Biomembranas Tabla II.8. Especificaciones de Diseño de las unidades de Membrana de Ultrafiltración.
Figura II.9. Unidad de Membrana de Ultrafiltración
135
7. Soplantes Tabla II.9. Especificaciones de Materiales de las Soplantes Pedro Gil
136
Tabla II.10. Especificaciones Técnicas de las soplantes de la Planta de 3000 habitantes equivalentes.
137
Tabla II.11. Especificaciones Técnicas de las soplantes de la Planta de 6000 habitantes equivalentes.
138
Tabla II.12. Especificaciones Técnicas de las Soplantes de la Planta de 9000 habitantes equivalentes (20.52 m3/min).
139
Tabla II.13. Especificaciones técnicas de las soplantes de las plantas de 9000 y 12000 habitantes equivalentes (4.93 m3/min).
140
Tabla II.14. Especificaciones Técnicas de las Soplantes de la Planta de 12000 habitantes equivalentes (26.04 m3/min).
141
8. Difusores
Figura II.10. Estructura de los difusores Sanitaire tipo disco Cerámico.
142
Figura II.11. Instalación de los difusores.
9. Filtros de arena a presión
143
Figura II.12. Dimensiones y datos técnicos de filtros de arena a presión.
10. Filtros de anillas
144
Figura II.13. Dimensiones de cabezales en línea de filtros de anillas.
Tabla II.15. Datos técnicos de cabezales en línea de filtros de anillas.
145
III. TUBERIAS
Figura III.1 Curva Carga de Pérdida y Diámetro de Tuberías
146
IV. PLANOS
147
Edificio techado
18m
Pozo de gruesos con dos canalizaciones
9m
Reja circular de finos
Sistema de bombeo de fangos
Reja manual de finos
0,3m
2,5m
Entrada agua residual Pozo de bombeo Tamices dinámicos
6m
Dosificación de reactivos (Sosa y Sulfato de alúmina)
Basura retirada de las rejas
12m
Digestor aerobio (36 m3)
Fangos retirados de las eras
Zona anóxica (23 m3)
Zona aerobia (91 m3)
6m
Eras de secado de fangos (54m²x4) Espesador (48 m3)
Batería de lámpara ultravioleta
m
12.8
Balsa de agua tratada (180 m3)
Sistema de bombeo de agua depurada
Sistema de aireación
Depósito de agua regenerada (1800 m3)
20.8m
P. 01 TÍTULO DEL PROYECTO:
2
0m
DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE DEPURACIÓN Y REGENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES PARA PEQUEÑOS MUNICIPIOS Y COMPLEJOS HOTELEROS EN LA REPÚBLICA DOMINICANA
TÍTULO DEL PLANO:
PLANTA GENERAL PARA 3000 HABITANTES EQUIVALENTES FECHA: Julio 2010 AUTORES DEL PROYECTO: Odeyda Alcántara Leticia Calvo
TUTOR DEL PROYECTO: Laura Almeida Managua Gutierrez
Juan Antonio Sáinz Sastre
12m Edificio techado
24m
Pozo de gruesos con dos canalizaciones Reja circular de finos
Entrada agua residual
Reja manual de finos
0.3m
Sistema de bombeo de fangos
Pozo de bombeo Tamices dinámicos
Digestor aerobio (108 m3)
Dosificación de reactivos (Sosa y Sulfato de alúmina)
6m 24m
Basura retirada de las rejas Arqueta y recirculación de fangos
Fangos retirados de las eras
Zona anóxica (152 m3)
Eras de secado de fangos (72m²x8)
Espesador (146 m3)
Dosificación de reactivos (Polielectrolito, Sosa y Sulfato de alúmina)
Filtros de arena a presión
Decantador (532 m3) Balsa de agua tratada (300 m3)
Zona aerobia (608 m3)
14m
Sistema de aireación
26
3m
.8m
Sistema de bombeo de agua depurada
Batería de lámpara ultravioleta
Filtro de anillas
m
0.4
Depósito de agua regenerada (1800 m3)
P. 02 TÍTULO DEL PROYECTO:
m 6.8
2
DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE DEPURACIÓN Y REGENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES PARA PEQUEÑOS MUNICIPIOS Y COMPLEJOS HOTELEROS EN LA REPÚBLICA DOMINICANA
TÍTULO DEL PLANO:
26
m
PLANTA GENERAL PARA 9000 HABITANTES EQUIVALENTES FECHA: Julio 2010 AUTORES DEL PROYECTO: Odeyda Alcántara Leticia Calvo
TUTOR DEL PROYECTO: Laura Almeida Managua Gutierrez
Juan Antonio Sáinz Sastre
