Diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales - Caso Práctico Se incluye el caso práctico del diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para una localidad de tamaño mediano (~90.000 habitantes). A partir del planteo de un caso práctico, y en base a la información de contexto, se contestan las siguientes consignas: 1. Presentar una estimación del caudal de desagüe proyectado en el horizonte del proyecto (20 años). 2. Determinar qué sustancias podrían causar problemas en una planta de tratamiento. 3. Pre-diseñar una planta de tratamiento basada en dos etapas un tratamiento anaerobio seguido de un tratamiento aerobio. Considerar un diseño de al menos dos etapas 2015 y 2025. Verificar si es posible utilizar lagunas de estabilización y proponer algún sistema anaerobio/aerobio (p.e, UASB + Lodos Activados). Para el tratamiento anaerobio seleccionado, se indican los valores de:
Caudal de diseño y principales características de diseño como volumen, altura, área. ¿Se recomendaría el uso del biogás? Dar sus consideraciones si esto es factible o no. Carga orgánica de diseño (Kg DBO/día) Indicar posibles ubicaciones para las unidades de una futura planta de tratamiento
Una vez establecida la ubicación de la planta, se ubican todas las instalaciones en el plano a una escala apropiada, incluyendo todos los edificios, salas de máquinas, accesos, jardines, etc. También se considera el tema de reúso, indicando el tipo de reúso se le daría al efluente tratado. En el trabajo se analizan: Normas ambientales para aguas receptoras , las cuales establecen los límites permisibles de diversos parámetros.
Caudal de desagüe proyectado y cálculo de caudal de agua residual, incluyendo agua de lluvia Sustancias que podrían causar problema en la planta de tratamiento
Luego, en base a todos esos datos, se procede al diseño de la planta, incluyendo dimensionamiento del reactor, distribución de afluente, producción de metano y dimensionamiento de sus colectores, dimensionamiento de los colectores y evaluación de la producción de lodos.
CASO PRACTICO
TRATAMIENTO AEROBIO (LODOS ACTIVADOS)
JULIO CESAR TORRES SALAZAR WAGNER COLMENARES MAYANGA http://www.i!"i"#i$%&i'i$.#!/&*&$#i/w$!"#
JESUS ROBERTO MARCOS + IB,-EZ BARRAZA
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Se tiene la localidad XXX, en el Dpto. de San Martín con 88,000 habitantes, con un crecimiento poblacional anual del 1.5%. Un plano de la zona es presentado abao. Se ha realizado el le!antamiento de in"ormaci#n considerando los si$uientes datos & 'ona donde ubican los restaurantes turísticos ( hoteles ) 'ona donde se ubica el comercio los bancos, tiendas ( mercados * 'ona en +ue se ubican las !i!iendas residenciales de clase media D 'ona donde se ubican los asentamientos humanos e industria li$era -0 has &/ 'ona donde se ubica el aeropuerto. • • • •
•
/l clima de la re$i#n es tropical con llu!ias torrenciales en pocas de in!ierno. /l problema de las llu!ias pro!oca inundaciones en la parte baa de la ciudad, lo +ue ocasiona una ele!ada incidencia de malaria. as inundaciones causan da2o a la comunidad ( a la propiedad pri!ada. /l uso del la$o es para recreaci#n. &nti$uamente e3istían peces pero estos han ido despareciendo con el tiempo. /l abastecimiento de a$ua para la localidad es realizada partir del río )eta. &ctualmente e3isten !arias descar$as de las a$uas residuales al la$o de las zonas & ( ) ( del sector comercial, lo cual crea serios problemas de contaminaci#n en el la$o con ele!adas concentraciones de *oli"ormes 4ecales ( otales ( "lorecimiento de al$as. Un resumen de la situaci#n actual se presenta en el si$uiente cuadro 'ona
6oblaci#n
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ipo de abastecimiento de a$ua *one3i#n domiciliaria *one3i#n domiciliaria 6iletas publicas *one3iones domiciliarias 6iletas publicas
Saneamiento
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*olectores
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*olectores
90%
etrinas an+ues spticos etrinas
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/n base a la in"ormaci#n se pide contestar las si$uientes interro$antes
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1. Presentar una estimación del caudal de desagüe proyectada en el horizonte del proyecto (20 años). 2. La caracterización de los colectores de la ciudad han dado los valores medios ue se muestran en el !uadro 1. "n su opinión ue sustancias podr#an causar pro$lemas en una planta de tratamiento. %. P&"'diseñar una planta de tratamiento $asada en dos etapas un tratamiento anaero$io seguido de un tratamiento aero$io. !onsiderar un diseño de al menos dos etapas 201 y 202. eri*icar si es posi$le utilizar lagunas de esta$ilización y proponer alg+n sistema anaero$io,aero$io (p.e- / Lodos /ctivados). Para el tratamiento anaero$io seleccionado- 3ndicar los valores de4 a. !audal de diseño y principales caracter#sticas de diseño como volumen- altura- 5rea. $. 6sted recomendar#a el uso del $iog5s7 8ar sus consideraciones si esto es *acti$le o no. c. !arga org5nica de diseño (9g 8:,d#a) ;. 3ndicar posi$les u$icaciones para las unidades de una *utura planta de tratamiento . na vez esta$lecida la u$icación de la planta- u$icar todas las instalaciones en el plano a una escala apropiada- incluir todos los edi*icios- salas de mauinas- accesos-
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NORMAS AMBIENTALES 4ARA AGUAS RECE4TORAS as normas peruanas sobre la calidad del a$ua para las a$uas receptoras se indican en la abla :. /stas normas clasi"ican a las corrientes por su uso en seis cate$orías 1 <. &bastecimiento de a$ua sin tratamiento para el consumo domstico. <<. 4uentes de abastecimiento de a$ua tratada. <<<. &$ua de rie$o para culti!os alimenticios +ue $eneralmente se comen crudos. <=. &$uas usadas para recreaci#n donde ha( contacto corporal con el a$ua. =. &$uas usadas para el culti!o de mariscos. =<.&$uas usadas para la recreaci#n sin contacto corporal ( protecci#n $eneral del ambiente.
/n $eneral las normas peruanas son consistentes con otras normas internacionales. Sin embar$o, las normas peruanas no hacen una distinci#n e3plícita entre a$ua marina ( a$ua "resca. as *lases <, << ( <<< se aplican claramente a a$uas "rescas.
1
Ley No. 17752, “Ley General de Aguas”, Decretos Supremos No. 261-69-AP y No. 007-83-SA
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4
C&$1# <
6ar>metro )acteriol#$icos ) C2i0#'"* tt$2"* C2i0#'"* 0"$2"* E*t#"pt* 0"$2"*
Unidad
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*ar$a Ar$>nica DBO> '!/2 D?O '!/2 A"it"* 9 !#$*$* '!/2 Butrientes B Nit#8!" tt$2 '!/2 A'i$$2 '!/2 O#!@i '!/2 Nit#it* '!/2 Nit#$t* '!/2 8*0# tt$2 '!/2 Metales M A#*;i (A#) '!/2 C$1'i (C1) '!/2 Zi (Z) '!/2 C#" (C& '!/2 C#' tt$2 (C# '!/2 i"## (") '!/2 M$!$"* (M) '!/2 M"#i (!) '!/2 N%&"2 (Ni) '!/2 42$t$ (A!) '!/2 42' (4) '!/2 Atros n. < A2$2ii1$1 tt$2 '!/2 D"5$ tt$2 '!/2 Bi$#$t* '!/2 C2#* '!/2 2&#* '!/2 S&20$t* '!/2 S82i1* tt$2"* '!/2 S82i1* *&*p"1i1* '!/2 S82i1* *2&2"* '!/2 S82i1* 72@ti2"* '!/2 S82i1* *"1i'"t$2"* '2/2 h#$ i1#$#* " $!&$ '!/2
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*iudad XX
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5
abla : Cesumen de las Bormas 6eruanas para &$uas Ceceptoras
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Tabla 3 Directrices de calidad microbiológica y parasitológica recomendadas 1
para el uso de aguas residuales en la agricultura (OMS, 1989)
Tabla 3 Directrices de calidad microbiológica y parasitológica recomendadas 1
para el uso de aguas residuales en la agricultura (OMS, 1989)
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U"ICACI#$ %& 'A !TA %& 'A '(CA'I%A% ))) * +A$ ,ATI$ ?.A P. PT /gua
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800msnm 815msn m Zona cultivo
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1. %AT(+ 'ona A B C
Descripci#n Cest. turísticos ( hoteles *omercio bancos, tiendas, mercados !i!iendas residenciales de clase media
D
&sent. umanos, industria li$era AE &eropuerto 6oblaci#n *recimiento 6oblacional
6oblaci# ipo de &bast. *obertura Dotaci#n coe"iciente de &reaa Saneamiento n &$ua Saneamiento lEhab3día escorrentía*e 8000 0 *. Dom *olectores 90% ::0 0,9 15000
100 *. Dom
*olectores
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80 6iletas 6Fblicas *, Dom. 500 6iletas 6Fblicas -0
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::0
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. CALCULO DE CAUDAL DE AGUA RESIDUAL S" 7$ h$ $2&2$# "2 $&1$2 1" $!&$ #"*i1&$2 *i1"#$1 "2 $p#t" p# #"i'i'i"t p2$i$2.
*oncepto 4. Tt$2(<) C*. 4"#$pit$ (L/h$/1$)() E7$&$i8 p"#. @pit$ L/h$/1$()
*riterio calculo 6tG6o1Hr t ()=
&2os 0 88000 ::0 1?;
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año 0 =∑ pobzona∗cob / P <F
MG1H1EH61E: Im3hGM@Iprom. IminhGIpromEM
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Ao se ha considerado el aporte de agua de lluvia- en el calculo de las unidades de tratamiento- con la *inalidad de no so$redimensionarlas. e ha considerado solamente los aportes del agua de uso domestico
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II. SUSTANCIAS ?UE 4ODRAN CAUSAR 4ROBLEMAS EN UNA 4LANTA DE TRATAMIENTO a concentraci#n umbral del plomo de e"ecto inhibitorio en or$anismos heterotr#"icos es de 0.1 m$El ( el reportado al caracterizar el a$ua residual es de 0.19 m$El, por lo tanto esta sustancia # elemento pueden causar problemas en la planta de tratamiento. &ceite ( $rasas ??m$El ( los idrocarburos -.; m$El no a"ectan al proceso aer#bico o anaerobio de tratamiento. odos los dem>s elementos est>n por debao del !alor umbral +ue inhib
III. %I+&3( %& !'A$TA %& TATA,I&$T( %& A-UA &+I%UA' A$A&("I( A&("I(4 TRATAMIENTO ANAEROBIO (UASB)
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C($+I%&A$%( emp. &ire del mes m>s "río emp. a$ua del mes m>s "río temp. retenci#n hidr>ulica altura zona sedimentaci#n =eloc. ascensionallodo "loculento, desa$Pe domestico &rea de in"luencia de cada distribuidor
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Di'"*i$'i"t: 'p$#ti'i"t 1" 1"$t$1# BO de compartimientos decantador por decantador ancho de cada decantador a lo ancho del reactor ancho total total ancho de cada colector de $as 0.:5H0.05 ancho cada compartimiento decantador ancho util de cada decantador &rea total de decantador
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0,;
para Ima3
=d
mEh
1,5
&2o 10 &2o :0 ;
18,00
-;,00
m
1:,00
1:,00
E7$2&$i8 1" 2$ p#1&i8 1" 21 6roducci#n de lodo 6 J$ SSEdía lodoGK@DIAapli =olumen de lodo =lodoG6lodoEd@* m-Edía
0,?1 0.; L 0.8 mEh 1,-8 Q1.: mEh &2o 10 158;,;8
&2o :0 -9-,?
-8,89
85,;-
a.L *audal de Dise2o *audal
&2o 0
&2o 10
&2o :0
Iprom lps Ima3 lps Imin lps
: 111 1;
10 :-5 ;
::9 8 11?
b.L Uso de )ioRas a producci#n de bo$as Metano, al a2o 10 es de :091 m-Edia ( al a2o :0 de 9; m-Edia, el cual se puede usar para la $eneraci#n de ener$ía electrica de uso en la misma planta ( de uso en la comunidad. /s posible adem>s su uso en el secado trmico de los lodos, +uit>ndole su a$resi!idad bacteriol#$ica ( parasitaria. c.' !arga :rganica de 8iseño4
*ar$a or$anica D)AN$Edia DIAN$Edia
&2o 10 -0; 8815
&2o :0 ;?? 1910
TRATAMIENTO AEROBIO (LODOS ACTIVADOS)
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I.3 I0#'$i8 G""#$2 Bombre Ubicaci#n &rea disponible *ota topo$r>"ica emperatura M>3ima emperatura mínima a$ua Mtodo de tratamiento del a"luente &2o meta de dise2o
San Martín 800 :odo acti!ado *on!encional &2o 10
&2o :0
<<.L *aracterísticas del &"luente ( calidad del /"luente /sperado AP <= *audales lEs m-Eh 6romedio 10 -? *audal Ma3imo diario :-5 8; *audal Minimo diario ; 1;;
m-Edia 898; :0-0 -9?
AP = 6romedio *audal Ma3imo diario *audal Minimo diario
19?8; -8?0? -;-?
::9 8 11?
8: 1;1:1
&"luente /"luente m$rEl J$rEm- J$rEdía m$rEl J$rEm8; 0.08; ??:.80 15 0.015 -:; 0.-:; :9:9.
6arametro D)A5 DIA
Cemoci#n % 8:.5;
SSG "TTb relaci#n SSbESS= "racci#n biode$radable G 0.8
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Sintesis(Y) 0,5
mgSSV/mgDBO
0.65
d-1
0.05
(20ºC)
Kd (23ºc) K20=1.020
Kd(23)=K20*E ^t-20
0.0530604
Kd(23ºC)
Corrección de temperatura(E)
d-1
1.07
Relación(O2/SSb)
grO2/gr
1.42
domestico) Decaimiento endogeno(0,04
SSVbiodegradables Relación(DBOu/DBO5)
1.46
R"2$i8 "t#" *82i1*:3 D"*$!&" #&1: SSbESS= SS=ESS Solidos biolo$icos +ue seran $enerados SSbESS SS=ESS *ar$a de D)A 5 remo!ida en la etapa biolo$ica Sr J$Eora 10 a2os Imedio@D)A otal LD)A salida *ar$a de D)A 5 remo!ida en la etapa biolo$ica Sr J$Eora :0 a2os Imedio@D)A otal LD)A salida C"0ii"t"* #"2$ti7* $ 2$ $"#"$i8 para correcci#n de Jla, por temp. Masa especi"ica del aire "racci#n de A:en el aire por peso
0.; 0.8 0.8 0.9 ;-8.00; 10.80;
a :0* ( a 0 msnmm
1.0: 1.:
J$rEm$rA:E$r aire
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VVVV
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Parametros de Proyecto A) REACTOR.- totalmente aerobio sin zonas anoxicas ó anaerobias
Ec SSVTA B) SISTEMA DE AEREACIÓN ODmin(con Qmax)(Cl) ODmax(con Qmin)(Cl) Aeración mecanica(baja rotación)
días
6
Kv (mgr/lt)
3000
mgr/lt
1
mgr/lt
2
Kgr O2 /Kw h
1.8
1.- Volumen de Reactor para 10 años Fracción Biodegradable fb
fb=f´b/(1+ (1-fb´)kd*Ec
0.75211121
Volumen del Reactor (m3)
V= Y * Ec *Sr / Xv* (1+fb*Kd*E c)
669.177346
asumiendo una altura
4
Altura ( m) Area (m2)
m2
167.294336
Ancho (m)
A=(Area/2)^0.5
9.14588258
Largo (m)
L=2A
20
PRH
2.13903743
BotaL &ncho mG &G&reaE:W0.5G9.1588:58Gomando 10 m 6CG:.1-90-?-G@ C bao (a +ue la demanda de D)A5 es mu( baa 8; m$El 1.L =olumen de Ceactor para :0 a2os =olumen del Ceactor m- <ura m &rea m: *onsiderando &ncho ar$o 6C
=G K @ c @Sr E X!@ 1H"b@Jd@c
1?-.1: -;8.-;0-09 18.180155 10 :0 1.?8815;8
: unidades & 6CG=EI
BotaL *onsiderandoG: unidadesG18.180155Gasumimos :00 m: 6CG6CG=EIG1.?8815;8G@ C bao (a +ue la demanda de D)A5 es mu( baa 8; m$El
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:.L Demanda de A3i$eno por el Ceactor aTGD)Au E D)A5LD)AuEXb@KG1.;L1.:@K G 0.5-? G J$ A:EJ$D)A5 bTGD)AuLXb@"b@Jd G 0.05;;;8 G J$ A:E*S) Demanda para Sintesis Demanda de A3i$eno 6ara respiraci#n /ndo$ena Demanda otal Ipromedio Comedio Demanda de A3i$eno otal IMa3
aT@Sr
?5 J$A:EDia
bT@X!@= 33333333333333 Ima3 E Ipromedio@CAmedio
:?: J$A:EDia 10:; J$A:EDia :008 J$A:EDia
- Dimensionamiento de los &ereadores Super"iciales
*sYa$ua limpia, :0* Saturaci#n de la concentraci#n de A: en a$uas residuales E Saturacion de la concentraci#n de A: en el a$ua pura
Z [ Bo * *st * 6&800nmm p a :-* *sY *TsY *TsYG*sY6&LpE?;0Lp asa de ran"erencia del A3i$eno por el &ereador en el BGBo]Z[@*TsYL *ampo *E*st@1.0:WL:0^
9.0:
0.85 0.9 1.8 : 9.1? :?:1.; :1 8.? 8.:?9:9;-
J$ AEJ\ m$El m$El * mmh$ mmh$ m$El m$El
0.9?15;;; J$ AEJ\ :-.-1?5951 J$ AEJYdia
6otencia otal de los &rreadores G 8;.111:-0 G Jh G !eri"icar en catalo$os Se$Fn la Distribucion se necesita : &ereadores =erticales por cada unidad 100JYE
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