UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
“DISEÑO DE UNAPLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL MUNICIPAL DE CHUPACA” Tesis
Para optar el Título Profesional de Ingeniería Química Presentado por: Bach. GONZALES PIZARRO, Lucero Lizbeth HUANCAYO - PERU 2013
ASESOR:
Ms. DEMETRIO SALAZAR MAURICIO
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DEDICATORIA A mis padres, por su esfuerzo, sacrificio y compresión y a toda mi familia por el apoyo constante durante mi carrera profesional Lucero Lizbeth
3
AGRADECIMIENTO
Agradezco a todas las personas que me han ayudado en la elaboración del presente informe. Doy gracias a mis padres por haberme acogido en su vientre, alimentado y protegido desde muy niña, por haberme apoyado económicamente en mis estudios y el constante apoyo moral. El agradecimiento a la Municipalidad de Chupaca permitirme realizar este trabajo de investigación. Finalmente reconozco y agradezco al Ing. Demetrio Salazar ya que es mi actual profesor de dicho curso.
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INTRODUCCIÓN El proceso productivo de la carne, mediante los camales y mataderos, genera una gran cantidad de residuos que son vertidos al medio ambiente, y muchas de estas instalaciones no cuentan con sistemas de tratamiento de residuos sólidos, líquidos y gaseosos, siendo fuente de contaminación medio ambiental emanados al exterior. El Camal Municipal de Chupaca produce desechos como sangre, estiércol y otros materiales. Parte de estos, a través de las aguas residuales son depositados directamente al caudal del Rio Cunas, causando contaminación, lo cual determina con secuencias negativas en el medio ambiente y por ende en el eco –sistema. La naturaleza de los desechos de matadero varía considerablemente,según que existan o no canales de captación. Cuando no se respeta las prácticas de limpieza,se aumenta el número de coliformes y la carga orgánicaen las aguas residuales descargadas. Para el mantenimiento de unas normas de higiene adecuadas,la industria de elaboración de productoscárnicos está obligada a utilizar grandes cantidades deagua, lo que constituye un factor importante del costode elaboración.
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RESUMEN La Tesis presentada pretende implementar la Planta de Tratamiento de aguas residuales del Camal Municipal de Chupaca. Actualmente cuenta con un sistema de tratamiento de agua primario, sin embargo no funciona de manera adecuada y se terminan vertiendo los residuos propios de las operaciones al Río Cunas. El desarrollo de esta investigación tiene un carácter experimental, en la cual se partió de la observación de los procesos que se desarrollan en el camal y posteriormente realizar un diagnóstico, Se realizó el dimensionamiento de la planta de tratamiento aguas residuales, la misma que costara de un sistema de rejillas, las que tendrán un espesor de barras de 0,25 pulgada (0,63 cm), un espaciamiento entre barras de 2,0 pulgadas (5,0 cm), una inclinación de 45°con la vertical, la cual, estará constituida de 8 barras. Seguidamente pasará a un sedimentador primario el cual tendrá un área de 1.32 m2 un radio de 0.84m, diámetro de 1.68 m, un largo de 1.99 m, ancho de 0.633 m, altura 4m, un tiempo de retención de 3.2 h. Después se tendrá un tratamiento de lodos activos en el cual se oxigenará el agua por medio de aireadores superficiales donde se consumirá diariamente 8,41 KgO2/día con un tiempo de retención de 11,5 horas para que la materia orgánica se degrade totalmente. Finalmente se concluye con un sedimentador secundario, el cual ocupara un área de 1.32 m2 con un radio de 0.73m, diámetro 2.93m y la carga sobre el vertedero será de 0,00238 m2/s, donde los lodos se sedimentaran y el efluente clarificado será arrojado al alcantarillado público. Mediante la implementación de este sistema de tratamiento, la carga contaminante sereducirá por debajo de los límites establecidos, con lo cual, se estará cumpliendo con lanormativa establecida, disminuyendo así la carga contamínate de las aguas de faenamientoproducidas en el Camal Municipal de Chupaca.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales del Camal Municipal de Chupaca.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
-
Realizar el análisis microbiológico, físico y químico de las aguas residuales.
-
Caracterizar las aguas residuales del Camal Municipal de Chupaca.
-
Dimensionar la planta de tratamiento de las aguas residuales del Camal Municipal de Chupaca.
7
NOMENCLATURA Af:
Área del flujo (m2)
α:
Relación de transferencia de oxígeno en agua residual a potable a la mismatemperatura (°C)
at:
Atmósferas
B:
Ancho del canal (m)
β:
Relación de concentración de saturación deloxígeno disuelto en el agua residual a la delagua potable o destilada generalmente 0,8 a1,0 (°C)
DBO5:
Demanda Biológica de Oxigeno en 5 días(mg/L)
DQO:
Demanda química de Oxigeno (mg/L)
d:
día
dmax:
Nivel máximo (m)
η:
Eficiencia de la remoción de la DBO (%)
e:
Espesor (m)
f:
Factor de fricción de Darcy-Weisbach
g:
Aceleración de la gravedad 9,8(m/s)
gal:
Galones
H:
Altura (m)
hL:
Pérdida de carga, pies (m)
k:
Constante de cohesión la cual que depende del tipo de material arrastrado
Kg:
Kilogramos
L:
Litros
8
Ls:
Longitud sumergida (m)
MLVSS:
Sólidos suspendidos volátiles en el licor de mezcla (mg/L)
θ°:
Angulo de inclinación de las rejillas
P:
Presión barométrica ambiental (PSI)
pH:
Potencial de Hidrogeno
pulg.
Pulgadas
Q:
Caudal (m3/h)
Qe:
Caudal del efluente (m3/s)
Qf:
Caudal inicial (m3/h)
Qo
Caudal de alimentación combinada (m3/h)
Qr:
Caudal de recirculación (m3/h)
Qu:
Caudal de descarga del clarificador (m3/h)
Qw:
Caudal de purga (m3/h)
R:
Relación de recirculación Qr/Q
RDBO
Radio (m)
(RT)referencia
Transferencia de oxigeno (KgO2/CV.h)
s
Densidad relativa de las partículas (g/cm3)
SS
Sólidos Sedimentables (mg o Kg)
SST
Sólidos sedimentables totales (mg o Kg)
Se
DBO del efluente (mg/L)
Tr
Tiempo de retención (h)
Trh
Tiempo de retención Hidráulica (h)
9
ÍNDICE
CARÁTULA
i
ASESOR
ii
DEDICATORIA
iii
AGRADECIMIENTO
iv
INTRODUCCIÓN
v
RESUMEN
vi
OBJETIVOS
vii
NOMENCLATURA
viii
ÍNDICE
ix CAPÍTULO I ASPECTOS GENERALES
1.1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
13
1.1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
13
1.2.
15
JUSTIFICACIÓN CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1.
AGUAS RESIDUALES
15
2.1.1. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
16
2.1.1.1.
COMPOSICIÓN DE AGUAS RESIDUALES
16
2.1.1.2.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL AGUA
17
2.1.1.3.
PARÁMETROS DE CALIDAD
17
2.2.
ETAPAS DEL TRATAMIENTO
2.2.1. TRATAMIENTO PRIMARIO
19 20
10
2.2.2. TRATAMIENTO SECUNDARIO
23
2.2.3. TRATAMIENTO TERCIARIO
26
2.3. DISEÑO
28
2.3.1. CAUDAL
28
2.3.1.1. CONSUMO DE AGUA
29
2.3.2. REJILLAS
30
2.3.3. SEDIMENTACIÓN
33
2.3.4. TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVOS
37
2.3.5. TANQUES SECUNDARIOS DE SEDIMENTACIÓN
38
CAPÍTULO III CORRIDAS EXPERIMENTALES 3.1. MUESTREO
42
3.2. METODOLOGÍA
44
3.3. MÉTODOS DE ENSAYO
44
3.4. DATOS EXPERIMENTALES
53
CAPÍTULO IV DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA 56
4.1. CÁLCULOS 4.1.1. CONSUMO DE AGUA
56
4.1.2. CÁLCULOS PARA LAS REJILLAS
56
4.1.3. DETERMINACIÓN DEL ÁREA ENTRE BARRAS
56
4.1.4. CÁLCULO DEL ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DEL FLUJO
57
4.1.5. LONGITUD SUMERGIDA DE LA REJILLA
57
4.1.6. NÚMERO DE BARRAS
58
4.1.7. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA A TRAVÉS DE LAS REJILLAS 58 4.1.8. CÁLCULOS PARA EL SEDIMENTADOR
59
11
4.1.8.1.
DETERMINACIÓN DEL ÁREA DEL SEDIMENTADOR
59
4.1.8.2.
CÁLCULO DEL DIÁMETRO
59
4.1.8.3.
VOLUMEN DEL SEDIMENTADOR
59
4.1.8.4.
TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICA
60
4.1.8.5.
ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL
60
4.1.8.6.
DETERMINACIÓN DE LA TASA DE REMOCIÓN
60
4.1.8.7.
REMOCIÓN DE LOS SST
61
4.1.8.8.
CÁLCULO PARA LO SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS
61
4.1.9. TANQUE SECUNDARIO DE SEDIMENTACIÓN
63
CAPÍTULO V RESULTADOS 5.1. REJILLAS
65
5.2. SEDIMENTADOR PRIMARIO
66
5.3. SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS
66
5.4. SEDIMENTADOR SECUNDARIO
67
5.5. ANÁLISIS FÍSICO- QUÍMICO
68
5.6. ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO
68
CONCLUSIONES
69
RECOMENDACIONES
70
BIBLIOGRAFÍA
71
ANEXOS
72
12
CAPÍTULO I ASPECTOS GENERALES 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA En la Provincia de Chupaca, continuamente se realizan labores de faenamiento y dicha actividad genera residuos que de una u otra manera provocan impactos negativos que afectan directamente y gravemente al medio ambiente, en especial al rio Cunas y su entorno. El Camal Municipal de Chupaca cuenta con las siguientes áreas para llevar a cabo el proceso de faenamiento o sacrificio de los bovinos como son: Corral de recepción,
Arreo,
noqueo
de
reses,
izado,
degüello,
desollado,
eviscerado, , inspección veterinaria post mortem y despacho, además utilizan agua potable en todos los procesos de faenamiento y limpieza del lugar, existe un sistema de recolección de agua residual deficiente, estos residuos pasan a la planta de tratamiento de aguas residuales para ser tratados a nivel primario, sin embargo, la operación de esta planta de tratamiento no se encuentra en óptimas condiciones por lo que se determinan enviando las aguas residuales al desagüe con contenidos altamente contaminantes y en algunas ocasiones, estos residuos son vertidos directamente al Río. El personal que labora en esta industria no está equipado adecuadamente no cuenta con todos los equipos de protección personal, en la actualidad sólo utilizan: Casco, mandiles y botas de caucho. El mayor problema que enfrenta el Camal Municipal es la gran cantidad de sangre y contenido ruminal producido por el faenamiento, lo que implica la demanda de una gran descarga de aguas residuales.
13
1.2.
JUSTIFICACIÓN
En los últimos años ha aumentado la conciencia sobre la importancia de la conservación del ambiente ya que todas las actividades que realiza el hombre se ven estrechamente relacionadas con la utilización de los recursos naturales por lo cual es imprescindible cuidar y mantener el ambiente.
Más allá de los problemas generados por las grandes capitales, las pequeñas ciudades se han preocupado más por valorar la necesidad de preservar su ambiente, la generación de residuos y la producción de efluentes históricamente se ha resuelto considerando la concepción de que la naturaleza es un gran vertedero con la infinita capacidad de depurar y asimilar cualquier residuo que a ella sea arrojado, con el transcurrir del tiempo esta concepción no ha cambiado mucho ya que en la actualidad pocas son los países y ciudades que se preocupan por la preservación del ambiente.
El Camal Municipal de Chupaca genera una serie de contaminantes, sólidos, líquidos y gaseosos que son principalmente de origen orgánico estos provocan una serie de problemas ambientales tanto a los recursos hídricos, como al suelo y al aire ya que actualmente no se le da un manejo adecuado para su disposición final. Tomando en cuenta estos aspectos es necesario darle un manejo adecuando a estos contaminantes. Es por esto que se realizará el Diseño una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Camal, que permitirá la disminución de contaminantes y la adecuación dentro de los límites permisibles.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1.
AGUA El agua es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. La calidad del agua potable varía de un lugar a otro dependiendo de la condición de la fuente de agua de donde se obtiene y el tratamiento que la misma recibe. El incremento de la oferta de agua como herramienta para el impulso económico, el mayornivel de contaminación, irremisiblemente asociado a un mayor nivel de desarrollo, algunascaracterísticas naturales (sequías prolongadas, inundaciones) y en definitiva unasobreexplotación de los recursos hídricos, han conducido a un deterioro importante de losmismos. Esto ha hecho necesario un cambio en los planteamientos sobre política de aguas, que hantenido que evolucionar desde una simple satisfacción en cantidad de las demandas, hacia una gestión que contempla la calidad del recurso y la protección del mismo como garantíade un abastecimiento futuro y de un desarrollo sostenible. (4)
2.2.
AGUAS RESIDUALES Se consideran aguas residuales a los líquidos que han sido utilizados en las actividades diarias de una ciudad (domésticas, comerciales, industriales y de servicios). Comúnmente las aguas residuales suelen clasificarse como:
Aguas residuales municipales. Residuos líquidos transportados por el alcantarillado de una ciudad o población y tratados en una planta de tratamiento municipal.
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Aguas residuales industriales. Las aguas residuales provenientes de las descargas de industrias de manufactura
En muchos casos las aguas residuales industriales requieren tratamiento antes de ser descargadas en el sistema de alcantarillado municipal; como las características de estas aguas residuales cambian de una a otra industria, los procesos de tratamiento son también muy variables. No obstante, muchos de los procesos empleados para tratar aguas residuales municipales se emplean también con las industriales. (4)
2.2.1. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES 2.2.1.1.
Composición de Aguas Residuales
Las aguas residuales de matadero poseen una elevada concentración de materia orgánica, tanto disuelta como ensuspensión, que fundamentalmente está constituida por proteínas y sus productos de descomposición, como ácidosorgánicos
volátiles,
aminas
y
otros
compuestos
orgánicos
nitrogenados. Las aguas residuales de matadero también tienen una concentración importante de grasas, que pueden interferir gravemente en su tratamiento biológico, así como una concentración variable de productos lignocelulósicos. Las características de las aguas residuales de matadero dependen de los siguientes factores:
Tipo de animal sacrificado (aves, cerdos, terneros, corderos, conejos, etc)
Grado de procesado; en particular de estómagos, rúmen e intestinos (tripería) y de la posible elaboración de harinas (rendering-plant). El contenido ruminal por lo general se gestiona como subproducto sólido, sin embargo, por lo general el contenido de los estómagos y las mucosidades intestinales se incorpora a las aguas residuales (Tritt y Schuchardt, 1992).
Equipamiento de retención de líquidos y sólidos.
Protocolo de limpieza y uso de agua.(4)
16
2.2.1.2.
Características Principales del Agua
Tabla 2.1.1.2-1: Principales Características del Agua
2.2.1.2.1. Sólidos en suspensión Los sólidos en suspensión, es la medida de los sólidos sedimentables y de los no sedimentables, que pueden ser retenidos en un filtro. Pueden causar depósitos en conducciones, calderas, equipos y las bacterias tienen un soporte donde puedan quedar adheridas y hacer su función en las aguas residuales. Cuando son de consistencia floculente y poco densa y su vertido tiene lugar en zonas donde las aguas residuales del alcantarillado receptor fluyen a buena velocidad, se les puede admitir sin peligro de causar depósitos. Este parámetro incluye materia orgánica e inorgánica, siendo los componentes inorgánicos, limos, arena y arcillas y
17
los componentes orgánicos grasos, pelos, serrín, fibras, etc., aunque pueden ser muy diversos según de donde provengan. La presencia de sólidos en suspensión incrementa la turbidez del agua y la de los sólidos disueltos. Estos sólidos en suspensión producen el color aparente en las aguas y disminuyen el paso de radiación solar, lo que lleva consigo una disminución de la fotosíntesis y muerte de las plantas a las que no les llega esta radiación. Estos depósitos de sólidos pueden también pueden acarrear problemas por crear condiciones anaerobias y pueden sedimentar en las aguas receptoras formando depósitos que destruyen la fauna del fondo (alimento de los peces) y los lugares de desove. También pueden producir problemas en los peces debido a que se pueden depositar en las branquias.
2.2.1.2.2. Coliformes La denominación genérica coliformes designa a un grupo de especies bacterianas que tienen ciertas características bioquímicas en común e importancia relevante como indicadores de contaminación del agua y los alimentos. Coliforme significa con forma de coli, refiriéndose a la bacteria principal del grupo, la Escherichiacoli, descubierta por el bacteriólogo alemán Theodor von Escherich en 1860. Von Escherich la bautizó como bacteriumcoli
("bacteria
del
intestino").
Con
posterioridad,
la
microbiología sistemática nombraría el género Escherichia en honor a su descubridor. El grupo contempla a todas las bacterias entéricas que se caracterizan por tener las siguientes propiedades bioquímicas:
ser aerobias o anaerobias facultativas;
ser bacilosGram negativos;
no ser esporógenas;
18
fermentar la lactosa a 37 °C en 48 horas, produciendo ácido láctico y gas.(4)
2.2.1.3.
Parámetros de Calidad del Agua Residual de Matadero Las aguas residuales provenientes del procesamiento de la carne son similares a las que provienen de los mataderos. Los parámetros importantes a evaluar son DBO5, pH, SST, Aceites y Grasa, Coliformes Totales, Amoniaco, Turbiedad, SDT, Color; Tóxicos.En las plantas procesadoras de carnes se espera que la cantidad de agua residual provenga salado y procesado de lasvísceras, 20 al 25% de la fabricación de embutidos y del 60 al 70% agua de limpieza. Los valores de los parámetros decalidad para el efluente total son: Cloruro 1 g/l, grasa de 700 a 1000 mg/l, contaminación orgánica de 100 a 1900 mgDBO5/l y DBO5 promedio de 18 kg/l del producto final.La cantidad de agua residual proveniente de los mataderos, sólo puede ser reducida mediante sistemas de recirculación oreutilización de aguas de refrigeración, mientras en procesamiento de carnes se logra reduciendo las cantidades de aguade limpieza, excepto cuando se tiene la separación y recuperación de grasas donde el agua es absolutamentenecesaria.(3) Tabla 2.1.1.3-1: Composición agua Residual de un Matadero
2.3.
ETAPAS DEL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL EN MATADEROS
Los sistemas de tratamiento en el sitio son aquellos donde se requiere remover la cantidad de sólidos suspendidos antes de verterel agua residual al sistema de alcantarillado. (2)
19
2.3.1. TRATAMIENTO PRIMARIO
El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí conocido también como tratamiento mecánico. 2.3.1.1.
Desbaste
Consiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual mediante una reja, manual o autolimpiante, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operación no sólo reduce la carga contaminante del agua a la entrada, sino que permite preservar los equipos como conducciones, bombas y válvulas, frente a los depósitos y obstrucciones provocados por los sólidos, que habitualmente pueden ser muy fibrosos: tejidos, papeles, etc. Es muy importante el desbaste en las aguas de tenería, se producen recortes ycarnazas fáciles de ser arrastrados con las aguas, sean del mismo proceso o de lasoperaciones de limpieza de planta. Esporádicamente en zonas con implantación de las industrias de curtidos se producenatascos en los colectores debidos a pieles que han escapado a las rejas de desbaste,sea por una falta de control o por unos malos
métodos
de
limpieza.
Es
necesario puespara
un
buen
funcionamiento del sistema un primer desbaste con rejas de 3-5 cm. Porel tipo discontinuo de los vertidos pueden ser de limpieza manual, pero necesitan uncontrol constante, 1-2 veces por turno de trabajo. Además son necesarias unas buenasinstrucciones del procedimiento de limpieza, con la recogida de los residuos retenidos ysu gestión con el resto de residuos sólidos, no es la primera vez, y no será la última sino se dan estas instrucciones, que la limpieza de una reja se efectúa levantándola ydejando escurrir los sólidos retenidos con el agua que se está vertiendo. (5)
20
2.3.1.2.
Remoción de Sólidos En el tratamiento mecánico, el afluente es filtrado en cámaras de rejas para eliminar todos los objetos grandes que son depositados en el sistema de alcantarillado, tales como trapos, barras, compresas, tampones, latas, frutas, papel higiénico, etc. Éste es el usado más comúnmente
mediante
una
pantalla
rastrillada
automatizada
mecánicamente. Este tipo de basura se elimina porque esto puede dañar equipos sensibles en la planta de tratamiento de aguas residuales, además los tratamientos biológicos no están diseñados para tratar sólidos. 2.3.1.3.
Remoción de Arena Esta etapa (también conocida como escaneo o maceración) típicamente incluye un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta tomen partículas, pero todavía se mantiene la mayoría del material orgánico con el flujo. Este equipo es llamado colector de arena. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el proceso para prevenir daño en las bombas y otros equipos en las etapas restantes del tratamiento. La remoción, se debe a procesos físicos y solo está influida por la temperatura a través de los efectos de la viscosidad en el flujo del agua. Dado que la distancia de sedimentación para la materia particulada es relativamente pequeña y que el tiempo de residencia del agua en el humedal es muy largo, estos efectos de la viscosidad pueden omitirse. La remoción de SST en este tipo de sistemas no es un parámetro limitante en el diseño y dimensionamiento del humedal, ya que la remoción de SST es muy rápida en comparación con la de DBO o nitrógeno.
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Muchos de los sólidos en aguas residuales domésticas municipales e incluso muchas industriales, son de naturaleza orgánica y pueden ser descompuestos con el tiempo, dejando un mínimo de residuos. Un tratamiento primario similar al requerido para la DBO, dará un nivel aceptable para este tipo de aguas residuales. La consecuente descomposición de los sólidos que quedan y que, por tanto, pasan al humedal, puede dejar un mínimo de residuos que resultará en un atascamiento pero mínimo. Los humedales diseñados para tratamiento de aguas de lluvia, de alcantarillado unitario y aguas residuales de algunos tipos de industrias que contienen altas concentraciones de sólidos inorgánicos pueden no necesitar un tratamiento primario, pero en cambio pueden necesitar un tanque o laguna de sedimentación antes del humedal, para evitar una rápida acumulación de sólidos inorgánicos en el humedal. Para los dos tipos de humedales, se pueden esperar rendimientos en remoción de DBO similares, ya que ambos son muy eficaces en este campo. Aquí también, al igual que con la DBO, la remoción de SST está influida por la producción de materiales orgánicos residuales que pueden aparecer en el efluente final como SST, por tanto, no se debe esperar encontrar menos de 5 mg/l a la salida.(6) 2.3.1.4.
Sedimentación
Muchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa a travésde grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comúnmente llamadosclarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques son losuficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material flotantecomo la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El propósitoprincipal de la etapa primaria es producir
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generalmente un líquido homogéneo capaz de sertratado biológicamente y unos fangos o lodos que puede ser tratado separadamente. La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse porsedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios.La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras quela filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana ala del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidasen el proceso anterior. La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituyeuno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir suclarificación. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída delas partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión departículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensiónmás concentrada. A menudo se utilizan para designar la sedimentación los términosde clarificación y espesamiento. Se habla de clarificación cuando hay unespecial interés en el fluido clarificado, y de espesamiento cuando el interés estápuesto en la suspensión concentrada. (7)
2.3.2. TRATAMIENTO SECUNDARIO El tratamiento secundario es designado para substancialmente degradar el contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de la basura humana, basura de comida, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales e industriales trata el licor de las aguas residuales usando procesos biológicos aeróbicos. Para que sea efectivo el proceso biótico, requiere oxígeno y un substrato en el cual vivir. 2.3.2.1.
Fangos Activos
Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica.
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También puede atrapar partículas de material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en última instancia a gas nitrógeno. Con el agua residual se introduce al reactor biológico sustrato y microorganismos. En el reactor, bajo unas determinadas condiciones y con disponibilidad de oxígeno, se producirá la estabilización aerobia de la materia orgánica y con microorganismos en elevada concentración por haber metabolizado el sustrato y crecido en número, ante las buenas condiciones ambientales del reactor. Es conveniente agitar el líquido del reactor para que todos los microorganismos tengan similar acceso al alimento. En el reactor se controla tanto el consumo como la disponibilidad del oxígeno en todo momento 2.3.2.2.
Camas Filtrantes (camas de oxidación)
Se utiliza la capa filtrante de goteo utilizando plantas más viejas y plantas receptoras de cargas más variables, las camas filtrantes son utilizadas donde el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coque (carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos). En plantas más viejas y plantas receptoras de cargas variables, se utilizan camas filtrantes de goteo, en las que el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta de coque, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos. Tales medios deben tener altas superficies para soportar las biopeliculas que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central. El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacterias, protozoarios y hongos se forman en la superficie del medio y se comen o
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reducen los contenidos orgánicos. Esta película es alimentada a menudo por insectos y gusanos. (4) 2.3.2.3.
Placas Rotativas y Espirales En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculos bióticos que proporciona el substrato requerido.
2.3.2.4.
Reactor Biológico de Cama Móvil El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la adición demedios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos para quese adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. El reactor biológico de cama móvil asume la adición de medios inertesen vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos para que se juntela biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Lasventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:
Mantener una alta densidad de población de biomasa.
Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar laconcentración del licor mezclado de sólidos (MLSS).
Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS). (8)
2.3.2.5.
Reactores Biológicos de Membrana MBR Es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es directamente proporcional a la
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eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos activos. El coste de construcción y operación de MBR es usualmente más alto que el de un tratamiento de aguas residuales convencional de esta clase de filtros. 2.3.2.6.
Sedimentación Secundaría El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos biológicos del material de filtro, y producir agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida. En una planta de tratamiento rural, se realiza en el tanque de sedimentación secundaria.
2.3.3. TRATAMIENTO TERCIARIO El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.[3] 2.3.3.1.
Filtración La filtración de arena remueve gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbónactivado sobrante de la filtración remueve las toxinas residuales.
2.3.3.2.
Lagunaje
El tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y fomenta la mejora biológica de almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de los procesos de autodepuración que somete un río o un lago al agua residual de forma natural. Estas lagunas
son
altamente
aerobias
y
la
colonización
por
los
macrophytesnativos, especialmente cañas, se dan a menudo. Los
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invertebrados de alimentación del filtro Pequeño tales como Daphnia y especies de Rotiferaasisten grandemente al tratamiento removiendo partículas finas. El sistema de lagunaje es barato y fácil de mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz para depurar las aguas de grandes núcleos.
2.3.3.3.
Desinfección
El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfección que es utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y de otras variables ambientales.
La desinfección con cloro sigue siendo la máscomún de desinfección de las aguas residuales, en Norteamérica debido a su bajohistorial de costo y del largo plazo de la eficacia. Una desventaja es que ladesinfección con cloro del materias orgánico residual puede generar compuestosorgánicamente clorados que pueden ser carcinógenos o dañinos al ambiente. Lasclorinas o las “cloraminas” residuales pueden también ser capaces de tratar elmaterial con cloro orgánico en el ambiente acuático natural. Además, porque la clorina natural es toxica para especies acuáticas,
el
efluente
tratado
debe
ser
químicamente
desclorinado agregándose complejidad y costo del tratamiento.
La luz ultravioleta (UV) se está convirtiendo en el medio más común de ladesinfección en el Reino Unido debido a las preocupaciones por los impactos de la clorina en el tratamiento de aguas residuales y en la clorinación orgánica en aguas receptoras. La radiación UV se utiliza para dañar la estructura
27
genética de lasbacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Lasdesventajas dominantes de la desinfección UV son la necesidad del mantenimiento ydel reemplazo frecuentes de la lámpara y la necesidad de un efluente altamentetratado para asegurase de que los organismos objetivo no estén blindados de laradiación UV (es decir, cualquier sólido presente en el efluente tratado puedeproteger microorganismos contra la luz UV).
El ozono 03 es generado pasando el 02 del oxigeno con un potencial de alto voltajeresultando un tercer átomo de oxigeno y que forma 03. El ozono es muy inestable yreactivo, y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de talmanera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades. Elozono se considera ser más seguro que la clorina porque mientras que la clorina que tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un lanzamientoaccidental),
el
ozono
es
colocado
según
lo
necesitado. La ozonización tambiénproduce pocos subproductos de la desinfección que la desinfección con cloro. Unadesventaja de la desinfección con ozono es el alto costo del equipo de la generacióndel ozono y que las habilidades de los operadores deben ser demasiadas. (8)
2.4.
DISEÑO
2.4.1. Caudal En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada enla unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa quepasa por un área dada en la unidad de tiempo.
28
El caudal se puede calcular de la siguiente manera (2.3.1-1) Donde: V = volumen (m3) t = tiempo (s) Esta fórmula permite saber la cantidad de líquido que pasa por un conducto en ciertointervalo de tiempo o determinar el tiempo que tardará en pasar cierta cantidad de líquido.Para el dimensionamiento de la planta de tratamientos se necesita conocer la cantidad deagua por bovino que se utiliza para lo cual se tomó los respectivos caudales, de las válvulasde agua para la línea de bovinos, mismo que se tomó el día de mayor faenamiento que es el día sábado. (3) 2.4.1.1.
Consumo de Agua Para calcular la cantidad de agua residual generada por la línea de bovinos se tiene quemultiplicar la cantidad de agua consumida por bovino por la cantidad de ejemplaresfaenados y se tiene: (2.3.1.1-1) Donde Q = caudal (L o m3) El consumo de agua en mataderos se calcula de acuerdo con el número y clase de animales a beneficiar, así:
Clase de animal Dotación diaria Bovinos: 500 L/d x animal Porcinos: 300 L/d x animal Ovinos y caprinos: 250 L/d x animal Aves en general: 16 L/d x animal
29
2.4.2. Rejillas Generalmente tienen aberturas (separación entre barras) superiores a ½ pulg. (12,5 mm).En los procesos de tratamiento del agua residual, las rejillas se utilizan para protegerbombas, válvulas, tuberías y otros elementos, contra posibles daños y obstruccionesocasionados por objetos de gran tamaño como trapos y palos. (3)
2.4.2.1.
Consideraciones de Diseño
La información básica para el diseño convencional de rejillas manual o mecánica sepresenta en la siguiente tabla. Tabla 2.3.2.1-1: Información usual para el diseño de rejillas de limpieza mecánica y manual
30
2.4.2.2.
Determinación del Área entre Barras Para determinar la velocidad de entrada al área libre entre las barras (AL) será: (2.3.2.2-1)
2.4.2.3.
Área de la Sección Transversal del Flujo (Af) El área de la sección transversal se determina mediante la siguiente expresión:
(
)
(2.3.2.3-1)
Donde: Af = área del flujo a = separación entre barras t = espesor de las barras
2.4.2.4.
Longitud Sumergida de la Rejilla
Para determinar la longitud de la rejilla sumergida se necesita conocer el nivel máximo deagua para lo cual se determina mediante la siguiente expresión.(3) (2.3.2.4-1) Para la longitud: (2.3.2.4-2) Donde: dmax. = nivel máximo (m) VRL = velocidad de aproximación (m/s) B = ancho de la rejilla (m o cm.) θ° = grado de inclinación de las rejillas
31
2.4.2.5.
Número de Barras Si N° es el número de barras que conforman la reja entonces se puede determinar mediante la siguiente expresión: (2.3.2.5-1) Despejando tenemos: (2.3.2.5-2)
2.4.2.6.
Cálculo de la Pérdida de Carga a Través de las Rejillas
Las pérdidas hidráulicas a través de las rejillas son una función de la velocidad deaproximación del fluido y de la velocidad del flujo a través de los barrotes. Las pérdidas decarga a través de una rejilla se pueden estimar por medio de la ecuación de Metcalf y Eddy (3)
(
)
(2.3.2.6-1)
Donde: hL = pérdida de carga, pies (m) 0,7 = coeficiente empírico que incluye pérdidas por turbulencia y formación de remolinos V = velocidad de flujo a través del espacio entre barras de la reja pies/s (m/s) va = velocidad de aproximación del fluido hacia la reja pies/s (m/s) g = aceleración de la gravedad pie/s2 (m/s2)
32
2.4.3. Sedimentación El tamaño de los tanques de sedimentación tipo Durtmund según MetcalfEddy el diámetrode un sedimentador puede variar entre 5,6 a 6,0 m aunque frecuentemente los hay de 12 a30 metros. (3)
Tabla 2.3.3-1: Estándares de diseño para sedimentadores primarios
2.4.3.1.
Cálculo del Área del Sedimentador
Para determinar el área superficial del sedimentador se obtiene utilizando la siguiente expresión según Metcalf-Eddy
(2.3.3.1-1) Despejando de la ecuación anterior tenemos el área para el sedimentador: (2.3.3.1-2)
33
Donde: A = área (m2) Q= caudal (m3/h) Carga = carga superficial (m3/m2dia)
La carga superficial que se utilizará para realizar los cálculos correspondientes se toma dela tabla 1.3.3.2.1-1 valor se utiliza para aguas residuales sin tratamiento, para estainvestigación se toma el valor de 24(m3/m2dia).[3] Tabla 2.3.3.1-1: Valores recomendados de la carga superficial para distintas suspensiones
2.4.3.2.
Cálculo del Diámetro
Para calcular el diámetro del sedimentador se utiliza la siguiente ecuación: √ 2.4.3.3.
(2.3.3.2-1)
Volumen
El volumen es la magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en sus tres dimensiones largo, ancho y altura.
34
(2.3.3.3-1)
Donde: V = volumen del sedimentador (m3) L = largo (m) a = Ancho (m) h = altura (m)
Para poder determinar el volumen del sedimentador se necesita utilizar la siguienteecuación para determinar el área. (2.3.3.3-2) Aplicando la relación largo ancho 1/3 se tiene
(2.3.3.3-3)
Reemplazando en la ecuación queda de la siguiente manera: √
2.4.3.4.
(2.3.3.3-4)
Tiempo de retención hidráulica
Por lo general los tanques de sedimentación primaria se proyectan para proporcionar un tiempo de retención entre 1,5 a 2,5 horas para el caudal medio del agua residual. Los tanque que proporcionan tiempos de retención menores (0,5 a 1 h) con menor eliminación de sólidos suspendidos se usan en ocasiones como tratamiento primario previo a las unidades de tratamiento biológico.
(2.4.3.4-1) Donde: Tr =Tiempo de retención (h)
35
V =Volumen (m3) Q = Caudal (m3/h) 2.4.3.5.
Área de la sección transversal
Para la determinación del área de la sección transversal se utiliza el volumen del sedimentador y el largo de la misma.
(2.4.3.5-1)
2.4.3.6.
Remoción de DBO y Sólidos Suspendidos
La eficiencia de la remoción de la DBO y los SST, en tanques de sedimentación primariacomo función de la concentración del afluente y el tiempo de retención mediante unamodelación matemática se obtuvo la siguiente expresión según Tchobonoglous.
(2.3.3.4-1) Donde: R = porcentaje remoción esperado % t = tiempo nominal de retención h a+b = constantes empíricas Tabla 2.3.3.4-1: Valores de las constantes empíricas “a” “b”
36
2.4.4. Tratamiento de lodos activos 2.4.4.1.
DBO Consumida La alimentación inicial, esto es el agua residual a tratar penetra en el proceso con un valor de DBO consumida diariamente la que se puede determinar fácilmente por la siguiente según Ramalho
(2.3.4.1-1)
Donde: Qf = caudal de entrada (m3/s) Sf = DBO5 a la entrada (mg/L) Se = DBO5 del afluente (mg/L) La regla de la estimación rápida de la potencia requerida establece que en las plantas delodos activos se consume diariamente de 20 a 22 Kg de DBO5 por HP. Según Ramalho se determina mediante la siguiente:
(2.3.4.1-2)
2.4.4.2.
Tiempo de Retención Hidráulica
El tiempo de retención hidráulica en el reactor se determina mediante dos criterios con el objeto de determinar cuál controla el diseño estos son los criterios: a) Caudal del efluente que debe cumplir con las especificaciones impuestas por las autoridades. La calidad del efluente depende del consumo de la DBO soluble.
(2.3.4.2-1)
37
b) Carga orgánica valorada a partir de la relación A/M de floculación y decantación óptima del lodo
(2.3.4.2-2) Dónde: Sf = DBO inicial (mg/L) Se = DBO de salida o afluente (mg/L) Xva = sólidos volátiles en el reactor (mg/L) A/Móptimo = relación alimento/ microorganismo optimo (0,6 d-1) 2.4.4.3.
Volumen del Reactor
Para el caso del reactor se puede determinar el volumen del reactor mediante la siguiente expresión propuesta por Ramalho
(2.3.4.3-1) Donde: V = volumen (m3) Qf = caudal entrada (m3/ s) t = tiempo de retención hidráulica
2.4.5. Tanques secundarios de sedimentación Los criterios para el diseño de sedimentadores secundarios se presentan a continuación
Tabla 2.3.5-1: Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios
38
Los tanques de sedimentación secundaria son generalmente circulares pero se hanconstruido en forma rectangular, cuadrados, hexagonales y octagonales; sin embargo estono parece tener influencia sobre la calidad del efluente. El mecanismo de remoción másusado es el tipo de cadena y paletas metálicas, hoy preferiblemente de plástico el cualpermite una remoción continua de sólidos. Para tanques circulares con tolvas, serecomienda una pendiente del fondo de 1/12; pero si se usa un piso plano para acomodar elmecanismo de remoción de lodos se aconseja disminuir la carga superficial enaproximadamente 7m/d.
2.4.5.1.
Área de Sedimentador Secundario
Para determinar el área superficial del sedimentador se obtiene utilizando la siguiente expresión según Metcalf-Eddy
(2.3.5.1-1)
39
Donde: A = área (m2) Q= caudal (m3/h) Carga = carga superficial (m3/m2d) 2.4.5.2.
Diámetro del Sedimentador Se determina mediante la siguiente ecuación:
√
(2.3.5.2-1)
El 25% del diámetro es el reparto central
(2.3.5.2-2)
La altura de reparto se toma ¼ de la profundidad
(2.3.5.2-3)
2.4.5.3.
Vertederos de Salida
Su diseño es usualmente muy variado, los hay para hacer que las aguas negrassedimentadas salgan en forma de una película delgada por la superficie del tanque y generalmente son ajustables. Es muy importante que estén nivelados para que la descarga osalida sea uniforme en su cresta, el término de carga del vertedero se usa para expresar losmetros cúbicos que pasan diariamente sobre un metro del vertedero. En las plantas decapacidad menor a 4000 m3 por día, la carga del vertedero no debe ser mayor a 133 m3/mde vertedero y por día, lo cual puede aumentarse hasta 200 en las plantas más grandes.
40
Para poder determinar la carga sobre el vertedero se utiliza la siguiente ecuación: (2.3.5.3-1) Donde: Q = caudal (m3/s) Ø = diámetro (m)
41
CAPÍTULO III CORRIDAS EXPERIMENTALES 3.1.
MUESTREO Para determinar el punto donde se tomarán las muestras, fue necesario realizar una revisión del lugar para identificar el área donde se desarrolló el muestreo mismo que fue simplealeatorio y zonificado. Las muestras fueron tomadas alternadamente, cada semana se tomóuna muestra alternado el día de toma de acuerdo al horario de trabajo, estas fueron extraídasde un mismo punto identificado el cual, fue realizado a la salida del desagüe principal delárea de sacrificio, en total se tomaron 5 muestras, mismas que fueron distribuidas de acuerdo al horario de trabajo en la planta. En primer lugar se tomó un volumen destinado para el análisismicrobiológico y posteriormente la destinada a las determinaciones físico-químicas. Setomaron varias consideraciones para el muestreo, con el objeto de que las muestras sean analizadas correctamente.
Foto 3.1-1: Faenamiento de Bovinos
42
La etapa donde se consume aproximadamente el 70% del agua, y se genera prácticamente la mayor cantidad de contaminantes es durante los procesos de lavado de vísceras.
Foto 3.1-2: Área de lavado de vísceras
Foto 3.1-3: Área de lavado de vísceras
43
3.2.
METODOLOGÍA El estudio de este proyecto de investigación tiene un carácter experimental ya que se necesita conocer que contaminantes están presentes en mayor cantidad en las aguas que son vertidas del camal hacia la red de alcantarillado público, de tal forma que se identifique los distintos parámetros que influyen sobre la investigación. La parte experimental de esta investigación se realizó mediante la toma de muestras representativas, para su posterior análisis a nivel de laboratorio, las cuales siguieron una serie de variaciones de los parámetros previamente establecidos en tablas ya realizadas para encontrar las condiciones óptimas que sean favorables para el dimensionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales y así procurar que las descargas líquidas hacia el alcantarillado público cumplan con los parámetros establecidos.
3.3.
MÉTODOS DE ENSAYO
Una vez diseñado el Tratamiento de aguas residuales, el mismo que constó inicialmente de un pretratamiento como son las rejillas, para posteriormente pasar a un sedimentador primario, después se transporta hacia un sistema de lodos activos y de allí a un sedimentador secundario, con este sistema se asegura que las propiedades del efluente final estén dentro de los parámetros establecidos en el TULAS para que después este afluente sea arrojado hacia el alcantarillado público. Para proponer este tratamiento, se parte de la observación de la problemática ambiental, para proseguir con el muestreo, y como base inicial para la partida del diseño se necesitó de los análisis de las aguas ya que el resultado de estos análisis proporciona la pauta inicial para proponer el tratamiento. (1)
44
3.3.1. Determinación de sólidos totales
Tabla 3.3-1: Determinación de sólidos totales
3.3.2. Determinación de sólidos disueltos
Tabla 3.3-2: Determinación de sólidos disueltos
46
3.3.3. Determinación de sólidos suspendidos
Tabla 3.3-3: Determinación de Sólidos Suspendidos
47
3.3.4. Determinación de aceites y grasas
Tabla 3.3-4: Determinación de Aceites y Grasas
48
3.3.5. Determinación de cloro residual
Tabla 3.3-5: Determinación de Cloro Residual
49
3.3.6. Determinación de tensoactivos
Tabla 3.3-6: Determinación de Tensoactivos
50
3.3.7. Determinación de la DBO
Tabla 3.3-7: Determinación de la DBO
51
3.3.8. Determinación de la DQO
Tabla 3.3-8: Determinación de la DQO
52
3.4.
DATOS EXPERIMENTALES
3.4.1. Datos de la toma de temperatura
La temperatura se determinó en el mismo lugar de la toma de muestra para lo cual se utilizó un termómetro de 100 °C.
Tabla 3.4.1-1: Número de bovinos faenados Muestra
1
2
3
4
5
Temperatura
16
16
17
15
16
(°C)
3.4.2. Datos del faenamiento del camal
Tabla 3.4.2-1: Número de bovinos faenados
Mes/día
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
Viernes
Sábado
Julio
16
20
23
18
23
60
Agosto
14
18
22
17
26
58
Septiembre
19
18
22
19
21
62
Octubre
17
22
21
18
23
64
Noviembre
16
21
20
18
22
66
Total
82
99
108
90
115
310
Promedio
16.4
19.8
21.6
18
23
62*
(*)Promedio de bovinos faenados
3.4.3. Análisis físico químico y microbiológicos
Tabla 3.4.2-1: Número de bovinos faenados
3.4.4. Datos adicionales
3.4.4.1.
Parámetros de diseño para una planta de lodos activados
Para dimensionar el sistema de lodos activados se necesita varios parámetros, los cuales son tomados de la tabla del Anexo II y III, los parámetros que se utiliza para el dimensionamiento de la planta son los siguientes:
Tabla 3.4.4.1-1: Número de bovinos faenados
CAPÍTULO IV DIMENSIONAMIENTO DE PLANTA 4.1.
CÁLCULOS Para el dimensionamiento de la planta de tratamientos se necesita conocer la cantidad de agua por bovino que se utiliza, para lo cual se toma el día de mayor faenamiento, que es el sábado, como resultado se tiene que se consume 510.70 L/Bovino
4.1.1. Consumo de agua Para calcular la cantidad de agua residual generada por la línea de bovinos se determina mediante la ecuación 2.3.1.1-1
4.1.2. Cálculos para las rejillas
De la tabla 2.3.2.1-1, para rejillas de limpieza manual:
Tamaño de la barra:
Ancho= 0.6 pulg
Profundidad= 1.5 pulg
56
Espaciamiento entre barras = 2,0 pulg. Inclinación con la vertical = 45° Velocidad de aproximación, VRL= 1,5 pie/s Pérdidas admisibles = 6 pulg. Espesor de las barras 0,25 pulg.
4.1.3. Determinación del Área entre Barras
Para determinar la velocidad de entrada al área libre entre las barras (AL) será mediante la ecuación 2.3.2.2-1
4.1.4. Cálculo del Área de la Sección Transversal del Flujo (Af) El área de la sección transversal se lo determina mediante la ecuación 2.3.2.3-1 ( (
) )
4.1.5. Longitud Sumergida de la Rejilla
Para determinar la longitud de la rejilla sumergida se necesita conocer el nivel máximo de agua para lo cual se determina mediante la ecuación 2.3.2.4-1
57
Para la longitud, se utiliza la ecuación 2.3.2.4-2
4.1.6. Número de Barras
El número de barras que conforman la reja se puede determinar mediante la ecuación 2.3.2.5-2
4.1.7. Cálculo de la Pérdida de Carga a Través de las Rejillas
Para determinar las pérdidas de carga a través de las rejillas se utiliza la ecuación 2.3.2.6-1
( (
) )
58
4.1.8. Cálculos para el Sedimentador
4.1.8.1. Determinación del Área del Sedimentador
Para la determinación del área del sedimentador se usa la ecuación 2.3.3.1-2
4.1.8.2.
Cálculo del Diámetro Mediante la ecuación 2.3.3.2-1 se obtiene el diámetro del sedimentador
√
√
4.1.8.3.
Volumen del sedimentador Se propone una relación 1:3 y altura h= 4m, y utilizando la ecuación 2.4.3.3-4 para determinar el ancho del sedimentador.
√
√
59
Se determina el largo del sedimentador mediante la ecuación 2.3.3.3-3:
Teniendo el largo, ancho y la altura se determina el volumen del sedimentador mediante la ecuación 2.3.3.3-1
4.1.8.4.
Tiempo de retención hidráulica Para determinar el tiempo de retención en el sedimentador se utiliza la ecuación 2.4.3-1
4.1.8.5.
Área de la sección transversal Mediante la ecuación 2.4.3.5-1, se determina la sección transversal del sedimentador
4.1.8.6.
Determinación de la Tasa de Remoción Para determinar la tasa de remoción de la DBO se utiliza la ecuación 2.3.3.4-1
60
4.1.8.7.
Remoción de los SST De igual manera para determinar la tasa de remoción de los SST se utiliza la ecuación:
4.1.8.8.
Cálculo para los sistemas de lodos activados
4.1.8.8.1. Cálculo de la DBO consumida Para determinar la DBO consumida se utiliza la ecuación 2.3.4.1-1 según Ramalho.
4.1.8.8.2. Estimación preliminar de la potencia La suposición del valor preliminar de la potencia requerida se puede hacer mediante una estimación rápida que describe la siguiente ecuación 2.3.4.1-2, se considera como factor de seguridad de 10%
61
4.1.8.8.3. Tiempo de retención hidráulica
El tiempo de retención hidráulica en el reactor se determina mediante la ecuación 2.3.4.2-1
Según las condiciones óptimas de floculación se determina mediante la ecuación 2.3.4.2-2
4.1.8.8.4. Volumen del reactor Para determinar el volumen del reactor se lo realiza mediante la siguiente ecuación 2.3.4.3-1 propuesta por Ramalho
62
4.1.9. Tanque secundario de sedimentación 4.1.9.1.
Área del sedimentador
Para el sedimentador secundario se determina el área mediante la ecuación 2.3.5.1-1:
4.1.9.2.
Diámetro del sedimentador
El diámetro del sedimentador se puede determinar mediante la ecuación
√ √
El 25% del diámetro es el reparto central, para lo cual se utiliza la ecuación 2.3.5.2-2
La profundidad de acuerdo a los parámetros es 4 m.
La altura de reparto se toma ¼ de la profundidad, se determina mediante la ecuación 2.3.5.2-3
63
Inclinación del fondo para sedimentadores secundarios se toma el 15%
4.1.9.3.
Carga sobre el vertedero La carga sobre el vertedero se puede determinar mediante la ecuación 2.3.5.3-1
64
CAPÍTULO V RESULTADOS 5.1.
REJILLAS
Las rejillas de limpieza manual, tendrán un espesor de barras de 0,25 pulgada (0,63 cm), un espaciamiento entre barras de 2,0 pulgadas (5,0 cm), una inclinación de 45°con la vertical, la velocidad de aproximación del fluido hacia las rejillas será de 0,18 m/s, el ancho y el largo del canal es de 0,50 cm, finalmente la rejilla estará constituida de 8 barras mediante la aplicación de la rejilla se pretenderá que en esta se retenga la mayor cantidad de sólidos gruesos.
65
5.2.
SEDIMENTADOR PRIMARIO
El sedimentador primario tendrá la función de sedimentar sólidos más densos, el cual tendrá un área de 1.32 m2 un radio de 0.84 m, diámetro de 1.68 m, un largo de 1.99m, ancho de 0.633 m, altura 4 m, un tiempo de retención de 3.2 horas, velocidad de arrastre 0,25 m/s, una remoción de la DBO del 48.63% y de sólidos suspendidos de 61.19%, disminuyendo así la carga contaminante de este efluente. 5.3.
SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS
66
Para el procesos de lodos activos se va a tener un reactor de 19.73 m3 de volumen, donde se va a consumir diariamente 24.62 KgDBO/día, con una demanda de oxigeno de 8,41 KgO2/día, una relación de reciclado del 30%, con un tiempo de retención de 11,5 horas. 5.4.
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
En el sedimentador secundario los lodos provenientes de la etapa anterior se sedimentaran el cual tendrá un área de 1.32 m2 un radio de 0.73m, diámetro de 2.93m, y una altura 4m, una altura de reparto de 1m y la carga sobre el vertedero será de 0,00238 m2/s. concluyendo así con el tratamiento, cumpliendo así con los parámetros establecidos en el TULAS.
67
5.5.
ANÁLISIS FÍSICO- QUÍMICO
Fuente: J. Valencia, Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales
5.6.
ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO
Fuente: J. Valencia, Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales
68
CONCLUSIONES
Se diseñó una planta de tratamiento de aguas residuales para el Camal Municipal de Chupaca.
Se realizó el análisis microbiológico y físico- químico del agua proveniente del área de sacrificio y lavado de vísceras que contienen una alta concentración de materia orgánica como DBO5 1443.35 mg/L, DQO 3442 mg/L,
SST
8454
mg/L
materia
flotante
visible,
contaminando
desmesuradamente el agua que es después es descargada al sistema de alcantarillado, por lo que debe tratarse este tipo de efluente antes de ser vertido al ambiente receptor.
Se realizó la caracterización las aguas residuales provenientes de las áreas de faenamiento y lavado de vísceras la cuales mediante análisis presentaron elevados índices de DBO 1443, 35 mg/L, 3442 mg/L DQO, 1890,30 mg/L SS, y 8454 mg/L de ST.
Se realizó el dimensionamiento de la planta de tratamiento aguas residuales, la misma que costara de un sistema de rejillas, las que tendrán un espesor de barras de 0,25 pulgada (0,63 cm), un espaciamiento entre barras de 2,0 pulgadas (5,0 cm), una inclinación de 45°con la vertical, la cual, estará constituida de 8 barras. Seguidamente pasará a un sedimentador primario el cual tendrá un área de 1.32 m2 un radio de 0.84m, diámetro de 1.68 m, un largo de 1.99 m, ancho de 0.633 m, altura 4m, un tiempo de retención de 3.2 h. Después se tendrá un tratamiento de lodos activos en el cual se oxigenará el agua por medio de aireadores superficiales donde se consumirá diariamente 8,41 KgO2/día con un tiempo de retención de 11,5 horas para que la materia orgánica se degrade totalmente. Finalmente se concluye con un sedimentador secundario, el cual ocupara un área de 1.32 m2 con un radio de 0.73m, diámetro 2.93m y la carga sobre el vertedero será de 0,00238 m2/s, donde los lodos se sedimentaran y el efluente clarificado será arrojado al alcantarillado público.
69
RECOMENDACIONES
Se recomienda, de manera imprescindible, la implementación de una planta de tratamientos de aguas residuales para evitar que la las aguas de proceso de las diversas actividades sigan contaminando.
Los residuos obtenidos durante el procesamiento de las reses como son las grandes cantidades de rumen así también ciertos pedazos y huesos que son arrojados al flujo de agua deben ser recolectados antes de mezclarse con el agua del lavado, para que posteriormente sean utilizados para la elaboración de un compost el mismo que servirá como un abono.
Se debería dar una correcta información a los empleados sobre la importancia que resulta la conservación de los recursos como el agua, el suelo, aire y de esa manera que ellos ayuden a disminuir la contaminación durante la realización de sus actividades.
Las autoridades encargadas del CMFR deberían buscar alternativas adecuadas para tratar los diversos contaminantes que allí se generan ya que no solo el recurso hídrico es contaminado, sino también el suelo y el aire.
70
BIBLIOGRAFÍA [1]. VALENCIA MEDINA, Jeaneth Tatiana, DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESPARA EL AREA DE BOVINOS EN EL CAMAL FRIGORÍFICO MUNICIPAL DE RIOBAMBA, RiobambaEcuador [2]. LARA VILLACÍS Ligia Elena, “ LAS AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL MUNICIPAL DEL CANTÓN BAÑOS Y SU INCIDENCIA EN LA CONTAMINACIÓN DEL RÍO PASTAZA EN LA PROVINCIA DE TUNGURAHUA” Ambato- Ecuador [3]. GAVIDIA BARRERAJosé Luis,“PROPUESTA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL MUNICIPAL” Puyo- Ecuador [4]. REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICORAS – 2000, Tratamiento De Aguas Residuales, Colombia [5]. I. TEJERO- J. SUÁREZ, FANGOS ACTIVOS. INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL [6]. Jaime Lara, DEPURACIÓN HUMEDALES ARTIFICIALES.
DE
AGUAS
RESIDUALES
MEDIANTE
[7]. Victor Maldonado Yactayo, SEDIMENTACIÓN [8]. MARCELO APOLINAR VÁZQUEZ, DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES Y FANGOS, Universidad Veracruzana
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ANEXOS ANEXO I
Fuente: J. Valencia, Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales
ANEXO II
Fuente: J. Valencia, Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales
ANEXO III ÁREA DE FAENAMIENTO DEL CAMAL
LIMPIEZA DEL CAMAL
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