Diseño Hidrosanitario, Sistema de Evacuación y Tratamiento de Aguas Residuales de La Planta de Lacteos (ECOLAC) y Cárnicos

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

“DISEÑO HIDROSANITARIO, SISTEMA DE EVACUACION Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA PLANTA DE LÁCTEOS (ECOLAC) Y CARNICOS”

Tesis de grado previa a la obtención de Titulo de Ingeniero Civil

AUTOR: José Antonio Serrano Ojeda.

DIRECTORA: Ing. Sonia Gonzaga Vallejo. LOJA - ECUADOR 2008

PROYECTO: DISEÑO HIDROSANITARIO, SISTEMA DE EVACUACION Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE LA PLANTA DE LACTEOS (ECOLAC) Y CARNICOS.

INDICE: Certificación…………………………...……………………………………… ……...i Cesión de derechos………………..…………………………………………….…..ii Autoría…...………………………………...……………………………………..……iii Agradecimiento……………………………………………………………..…….......iv Dedicatoria…………………………………………………………..………...………v Resumen……………………………………………..…………………………….….vi Paper……………………………………………………………………………………ix

CAPÍTULO I 1. INFORMACION PREELIMINAR………………………………………………...1

1.1.

Introducción ……………..………………………..……..…………………1

1.2.

Objetivos………………………………………………………………..…...3

1.3.

Metodología…………………………………………………..……………..3

1.4.

Localización geográfica y vías de acceso……………………..………...4

1.5.

Topografía de la zona………………………………………….…….…….5

1.6.

Descarga de residuos industriales líquidos……………………..……….5

CAPITULO II 2. TRABAJO DE CAMPO………………………………………………………….6 2.1.

Estudios topográficos……………………………………….……………..6

2.2.

Levantamiento catastral…………………………………………………...7

2.3.

Identificación de puntos de aforo………………………….……………..8

2.4.

Métodos de aforo y resultados……………………………….……….…11

2.5.

Toma de muestras…………………………………………….………….15

2.6.

Análisis de agua residual……………………………………..………....17

2.7.

Sistema de tratamiento de aguas residuales industriales...................23 2.7.1. Pretratamiento…………………………………………………....25 2.7.1.1.

Cajón de llegada……………………………….………...25

2.7.1.2.

Aliviadero de excesos…………………………..…….....26

2.7.1.3.

Canal de entrada al cribado……………………...…......26

2.7.1.4.

Cribado……………………………………………..…......26

2.7.1.5.

Desarenador……………………………………..……….26

2.7.1.6.

Desengrasador……………………………..……………26

2.7.2. Tratamiento primario…………………………………………….26 2.7.2.1.

Sedimentador………………..……………………………27

2.7.3. Tratamiento secundario………………………………………….27 2.7.3.1.

Biofiltro dinámico aeróbico……………..……………….27

CAPITULO III 3. DISEÑO HIDROSANITARIO………………………………………..……...40 3.1. Criterios de diseño……………………………………………………..40 3.2. Suministro de agua…………………………………………………....41 3.2.1. Condiciones de suministro……………………………….……..41 3.2.2. Simultaneidad en los consumos…………………………..…....41 3.2.3. Métodos de las probabilidades…………………………………42 3.2.4. Biblioteca de consumos………………………………………...42 3.2.5. Velocidad en las conducciones………………………………..43 3.2.6. Presiones en los consumos………………………………….....43 3.2.7. Materiales………………………………………………………....44 3.2.8. Pérdidas en la red………………………………………………..44 3.3. Red de saneamiento……………………………………………….….45 3.3.1. Unidades de desagüe ……………………………………….....45 3.3.2. Sistema separativo…………………………….………………...45 3.3.3. Unidades de desagüe por aparato………………………….….46 3.4. Red industrial…………………………………………………………..46 3.4.1. Determinación del número de unidades del

sumidero de piso……………………………………………….. 47 3.5. Red pluvial……………………………………………………….……..47

CAPITULO IV 4. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO………………..…………49 4.1. Bases de diseño………………………………………………………..49 4.1.1. Caudal de diseño…………………………………………………49 4.2. Calculo de caudal………………………………………………………50 4.2.1. Caudal aforado en Ecolac……………………………………….51 4.2.2. Caudal máximo probable en Cárnicos…………………………51 4.2.2.1.

Cálculo del colector horizontal para determinar el caudal máximo probable en cárnicos………………..52

4.3.

Parámetros de entrada y salida del tratamiento……………………53

4.3.1. Datos de partida…………………………………………………...53 4.3.2. Parámetros de salida……………………………………………...53 4.4.

Planta de tratamiento………………………………………………….53

4.4.1. Cajón de llegada…………………………………………………..53 4.4.1.1.

Cálculo de la longitud de caída del chorro en el cajón de llegada……………………………………54

4.4.2. Longitud de transición al canal de entrada……………………55 4.4.3. Canal de entrada…………………………………………………56 4.4.4. Longitud de transición al canal de cribado…………………….58 4.4.5. Canal de cribado y rejas de desbaste………………………….58 4.4.6. Longitud de transición al desarenador…………………………64 4.4.7. Desarenador………………………………………………………64 4.4.8. Compuerta de entrada y salida del desarenador……………..67 4.4.9. Longitud de transición a la cámara de grasas………………...67 4.4.10.

Diseño del desengrasador…………………………………..68

4.4.11.

Unidad de mezcla rápida…………………………………….71

4.4.11.1. Cálculo de la longitud de caída del chorro en la unidad de mezcla rápida………………………………..72 4.4.12.

Floculación…………………………………………………….73

4.4.13.

Diseño del tanque de sedimentación química…………….80

4.4.14.

Unidad de tratamiento secundario………………………….86

CAPITULO V 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………..……90

CAPITULO V 6. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………92

INDICE DE TABLAS Tabla No. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9

DECRIPCION Tabla de aforo Preservativos usados y de los tiempos de almacenamiento máximo para diferentes parámetros Resumen de análisis de las muestras de laboratorio ECOLAC) Valores de DBO presentes en fábrica de productos cárnicos. Biodegradabilidad del agua residual Biodegradabilidad de las muestras analizadas. Ventajas con respecto a otros sistemas Costo con respecto a otros sistemas Descargas instantáneas Localización de las bocas de conexión de los artefactos. Unidades de descarga para aparatos sanitarios. Unidades de descarga para red industrial Proyección horizontal en m2 de área servida; cálculo de bajantes de aguas lluvias. Proyección horizontal en m2 de área servida; cálculo del colector de aguas lluvias. Tabla de resultados del diseño hidrosanitario. Tabla de caudales para fluxómetro. Características de rejillas de barras. Cargas superficiales para sedimentación química. Tiempo de retención para tanque sedimentador Dimensiones finales considerando normativa. Porcentajes de remoción en la decantación. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la entrada del tratamiento DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y

Pág. 12 16 21 22 23 23 37 38 43 45 46 47 48 48 51 52 62 80 82 83 85 85 85

4.10 4.11

lácteos a la salida del sedimentador primario. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la entrada del tratamiento DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la salida del biofiltro.

89 89

INDICE DE GRAFICOS Gráfico No. 2.1 2.2 2.3 2.4 4.1 4.2

Descripción Pág. Variación del caudal en función del tiempo. 14 Estructura de un biofiltro. 28 Partes constitutivas de la lombriz roja californiana. 32 Eficiencia de remoción de grasas y aceites y DBO 38 Esquema del floculador tipo vertical 77 Esquema gráfico de los puntos de distribución 88

INDICE DE IMAGENES Imagen No. Descripción Pág. 2.1 Levantamiento de catastro sanitario 7 Anormalidades constructivas, fallas por tiempo de vida útil 2.2 8 y mantenimiento. 2.3 Pozo de aforo1 8 2.4 Caja de aforo 2. 10 2.5 Caja de aforo 3. 11 2.6 Aforo volumétrico. 12 2.7 Toma de muestras compuestas. 15 2.8 Embasado, refrigerado, transporte y toma de temperatura. 17 2.9 Biofiltro para empresa láctea. 29 2.10 Lombriz roja californiana. 33 4.1 Ensayo de jarras 71 Ensayo de jarras, depuradora compacta, floculador 4.2 74 vertical. 4.3 Ensayo de jarras para tiempo de floculación. 75 4.4 Aumento de la densidad de la grasa láctea. 85

ANEXOS ANEXO 1 ANEXO 2 ANEXO 3 ANEXO 4 ANEXO 5 ANEXO 6 ANEXO 7

Levantamiento topográfico Levantamiento catastral Hoja de aforo y toma de muestras Resultados de análisis de laboratorio Especificaciones técnicas para construcción de las instalaciones hidrosanitarias Manual de operación y mantenimiento Cualidades y Propiedades del Humus

Pg.95 Pg.97 Pg.99 Pg.101 Pg.102 Pg.108 Pg.115

ANEXO 8 ANEXO 9 ANEXO 10 ANEXO 11 ANEXO 12 ANEXO 13 ANEXO 14

de Lombriz generado en Biofiltros Dinámicos y Aeróbicos Planta de tratamiento Diseño sanitario Diseño industrial Diseño de agua potable Diseño pluvial Diseño de unidades de tratamiento para descarga adicional Formulación de Chézy - Manning

Pg.121 Pg.123 Pg.125 Pg.127 Pg.129 Pg.131 Pg.143

CERTIFICACION

Ingeniera Sonia Gonzaga Vallejo.

CATEDRÁTICA

DE

LA

ESCUELA

DE

INGENIERÍA

CIVIL

DE

LA

UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA.

CERTIFICA:

La presente tesis previa a la obtención de título de Ingeniero Civil, titulada “DISEÑO HIDROSANITARIO, SISTEMA DE EVACUACION Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE LA PLANTA DE LACTEOS ECOLAC Y CARNICOS”, ha sido realizado bajo mi dirección y asesoría, luego de haber revisado los borradores y cumplidas las sugerencias y observaciones necesarias, autorizo su presentación.

Es todo cuanto puedo certificar en honor a la verdad.

___________________________ Ing. Sonia Gonzaga Vallejo. DIRECTORA DE TESIS

CESION DE DERECHOS

Yo, José Antonio Serrano Ojeda, declaro ser autor del presente trabajo y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.

Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que su parte pertinente textualmente dice: “Forman parte del parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la universidad”.

______________________________ José Antonio Serrano Ojeda.

AUTORIA

Las ideas, diseños, cálculos, resultados, conclusiones, tratamiento formal y científico de la metodología de la investigación contemplada en la tesis sobre “DISEÑO

HIDROSANITARIO,

SISTEMA

DE

EVACUACION

Y

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES PARA LA PLANTA DE LACTEOS ECOLAC Y CARNICOS”, previo a la obtención del grado de Ingeniero Civil de la Universidad Técnica Particular de Loja, son de exclusiva responsabilidad del autor.

______________________________ José Antonio Serrano Ojeda.

AGRADECIMIENTO

La gratitud es uno de los valores primordiales del ser humano por tal motivo quiero dejar constancia de mi sincero agradecimiento a todas las personas que conforman la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad Técnica Particular de Loja, quienes sin ningún egoísmo y con mucha generosidad supieron brindarme sus conocimientos y experiencias con auténtica mística de educadores, de manera especial quiero expresar mi agradecimiento a la Ingeniera Sonia Gonzaga, por sus valiosas sugerencias y orientaciones, realizadas en el presente estudio.

Hago también extensivo mi agradecimiento a los directivos de “ECOLAC”, quienes me abrieron las puertas de la empresa y me dieron todas las facilidades para desarrollar este proyecto.

Además quiero agradecer a profesionales, amigos y demás personas que de una u otra manera colaboraron en el desarrollo de la presente Tesis.

José Antonio Serrano Ojeda.

DEDICATORIA

Dedico el presente trabajo a:

A Dios, por acompañarme en todo momento y guiarme en cada uno de mis pasos.

A mis queridos padres y educadores José Gabriel: amigo, fortaleza y guía durante toda mi vida

y

Martha: amor, comprensión y

cariño. Por todo su apoyo y enseñanzas que a lo largo de mi vida me han servido para culminar esta carrera universitaria.

A Magaly fruto de mi inspiración y apoyo emocional.

A mis familiares en general y demás amigos que supieron darme su confianza y apoyo para no desfallecer a lo largo de mi vida estudiantil.

José Antonio Serrano Ojeda.

DISEÑO HIDROSANITARIO, SISTEMA DE EVACUACION Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE LA PLANTA DE LACTEOS (ECOLAC) Y CARNICOS. José Serrano Ojeda1, Sonia Gonzaga Vallejo2 RESUMEN

El presente trabajo de investigación consistió en realizar un diseño de un SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES, con la debida caracterización de los residuos industriales líquidos y un rediseño hidrosanitario completo de la Planta de Lácteos “ECOLAC”.

Paralelamente se realizó el diseño hidrosanitario de la zona de cárnicos para poder determinar la cantidad y tipo de residuos que aportarían a la planta de tratamiento.

Para evaluar los contaminantes presentes en las descargas, se utilizó las normativas que rigen en nuestro país como lo es la Norma de calidad ambiental y descargas de Efluentes, libro 4.

El proyecto se ejecutó considerando las siguientes fases: Levantamiento catastral de la zona de influencia. Dibujo y cálculos hidrosanitarios de la zona de lácteos y cárnicos. Determinación de los procesos de producción de la zona de Ecolac. Establecer los sitios de muestreo. Toma de muestras para análisis y aforos. Levantamiento topográfico calculo y dibujo Diseño total de la planta. Con los resultados se analizaron algunas alternativas de tratamiento que se adapten a las condiciones topográficas de la zona y de fácil operación y mantenimiento. Decidiendo por un tratamiento en dos fases, en una primera fase un tratamiento por medio de un tanque de sedimentación química con adición de floculante y estabilización de PH, para que posteriormente pase a un filtro

dinámico aerobio. Reduciendo el contenido de carga contaminante en la descarga dado por los análisis de laboratorio para el caso de Ecolac y de la planta de Embutidos local, los cuales determinaron un alto contenido de DBO5 y sólidos en suspensión que son los que sobrepasan las normas de calidad ambiental y descargas de Efluentes.

ABSTRACT The present investigation work consisted on a design of a system of treatment of industrial residuals waters; with the characterization of the residuals industrial liquids and a complete redraw hydraulic and sanitarium of the plant of milky "ECOLAC."

Parallel, we made the hydraulic and sanitarium design of the area of meat for determine the quantity and type of residuals that would contribute to the treatment plant.

To evaluate the present pollutants in the discharges, we used the testing ones that govern in our country like it is the Test of environmental quality and discharges of fluids, book 4.

The project was executed considering the following phases: Catastral rising of the influence area. Draw and calculations hydraulic and sanitariums of the area of milky and meat. Determination of the processes of production of the area of Ecolac. To establish the sampling places. Taking of samples for analysis and seating capacity. Topographical rising calculates, and draw. Total design of the plant. With the results we analyzed some treatment alternatives that adapt to the topographical conditions of the area and of easy operation and maintenance.

Deciding for a treatment in two phases, in a first phase a treatment by a tank of chemical sedimentation with addition of flocculants and stabilization of PH, so that later on pass to an aerobic dynamic filter. Reducing the content of load pollutant in the discharge give by the laboratory analyses for the case of Ecolac and of the local plant of Sausages, which determined a high content of DBO5 (Biochemistry Demands of Oxygen) and solids in suspension, those surpass the norms of environmental quality and discharges of fluids.

2. INFORMACION PREELIMINAR.

1.1. INTRODUCCION DEL PROYECTO. La creciente importancia que tiene la conservación de los recursos naturales ha despertado en el hombre la necesidad de buscar métodos para cuidarlos y recuperarlos para que puedan ser aprovechados por los seres vivos; de aquí que uno de los recursos de vital importancia para el hombre, como lo es el agua, sea objeto de estudio. Las aguas residuales industriales son el producto del vertido proveniente de procesos industriales; es decir, aquellas aguas que han sido utilizadas en los diferentes sistemas de fabricación, producción o manejo industrial, y, que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente, de manera tal que puedan ser adecuadas para su ubicación en las respectivas redes de vertido, depuradoras o sistemas naturales tales como, lagos ríos, embalses, etc. (Da Camara, 2003). El agua es un recurso no renovable, por lo tanto al contaminarla estamos perjudicando al ambiente, por esta razón controlar la contaminación del agua es uno de los factores más importantes para mantener y recuperar el equilibrio entre el hombre y la naturaleza dentro de un plan de gestión integral de recursos hídricos; la prevención, reducción y eliminación de los contaminantes de aguas residuales es una necesidad prioritaria en la actualidad, debido a los grandes males que aquejan al planeta, como por ejemplo el calentamiento global.

Como una alternativa para el cuidado del ambiente se considera

diseñar y construir estaciones depuradoras que se encarguen de reducir la contaminación hasta niveles aceptables

para ser vertidos a redes de

alcantarillado, cursos naturales de agua, o suelo. Existen numerosos instrumentos y métodos como los sistemas de gestión ambiental y los planes de manejo ambiental que permiten el uso racional y eficiente de los recursos, promoviendo la integración sistemática del aspecto

ambiental y a la vez permitiendo alcanzar una certificación según las normas ISO 14000 (Roberts y Robinson 1999).

La Universidad Técnica Particular de Loja cuenta con la “Ecolac” que

planta de lácteos

trabaja en la elaboración de productos lácteos como

leche

pasteurizada y derivados como yogurt, mantequilla, dulce de leche y quesos. Además en sus instalaciones se realizan prácticas de formación de los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Industrias Agropecuarias de este centro universitario. Paralela a la planta de lácteos se está incorporando una planta de productos cárnicos. En este contexto y teniendo en cuenta que dichos procesos productivos implican contaminación al ambiente por medio del vertido de residuos líquidos en cada una de sus etapas, es necesario llevar a cabo un método que regule y mitigue dichos vertidos para ser entregados al medio con un grado de tratamiento, que no perjudiquen notablemente a los componentes ambientales, colaborando a mejorar las condiciones en las que se desarrolla la producción, reduciendo costos a largo plazo y, en general manteniendo una actuación ambiental más amigable. Para esto se plantea diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales industriales que sea de fácil operación y mantenimiento, cumpla con las condiciones topográficas que tenemos en el lugar y económicamente factible, planteándose aplicar nuevas tecnologías diferentes a las comúnmente utilizadas en nuestro medio, como es la utilización de un floculador tipo vertical en forma de serpentín y un biofiltro dinámico aerobio.

Cabe destacar que para la correcta realización de esta planta de tratamiento de aguas residuales, se debe hacer un programa de muestreo y análisis previo de calidad y cantidad de aguas residuales industriales que actualmente están siendo vertidas directamente a la red pública de alcantarillado; adicionalmente se requiere realizar un re - diseño completo de las instalaciones hidrosanitarias (zona de lácteos) que existen en la fábrica y un correcto sistema de evacuación y disposición final,

también se realizará un levantamiento del

catastro sanitario de la red existente de la zona de influencia del proyecto y, el correspondiente diseño hidrosanitario de la planta de cárnicos que se incorpora a la zona de industrias.

1.2. OBJETIVOS. Objetivo General

Realizar el diseño hidrosanitario, evacuación y tratamiento de las aguas residuales de la planta de lácteos (ECOLAC) y cárnicos.

Objetivos Específicos.

Caracterizar las aguas residuales industriales de la planta de lácteos ECOLAC, e investigar tipo y cantidad de carga contamínate para la zona de cárnicos. Evaluar el sistema hidro –sanitario existente y rediseñarlo. Investigar y aplicar una nueva tecnología para el tratamiento de aguas residuales industriales. Diseñar la planta de tratamiento de aguas residuales industriales. Realizar el manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales industriales.

1.3. METODOLOGÍA.

Reconocimiento del lugar. De acuerdo a la

topografía y condiciones presentes, identificar de

manera visual los posibles puntos de aforos y toma de muestras.

Revisión Bibliográfica. Recopilar información general relacionada con la planta de lácteos Ecolac UTPL, basándose en planos existentes, procesos de producción, verificar información existente en investigaciones anteriores.

Levantamiento catastro sanitario Recopilar información básica de los siguientes elementos: de pozos y cajas de revisión, de puntos de agua potable, red contra incendios y establecer la dirección de las descargas mediante pruebas de flujo.

Levantamiento topográfico planimétrico y altimétrico de la planta y área de influencia. Diseño hidro – sanitario de las instalaciones de la planta de lácteos “ECOLAC” y zona de cárnicos.

Toma de aforos y muestras del vertido directo de los residuos líquidos de la planta de lácteos en los puntos previamente establecidos. Diseño en base a los resultados de análisis de laboratorio: físico, químico, y bacteriológicos dados por el laboratorio certificado.

1.4. LOCALIZACION GEOGRAFICA Y VIAS DE ACCESO. La zona de industrias de la Universidad Técnica Particular de Loja está ubicada en la provincia de Loja, cantón Loja, parroquia El Valle. Ubicada políticamente posterior al Campus de la Universidad Técnica Particular de Loja, con vía de acceso principal por la calle París.

COORDENADAS GEOGRAFICAS (UTM). 699923E; 9559095N

1.5. TOPOGRAFIA DE LA ZONA.

La zona de proyecto presenta una topografía con variando entre el

30% y 60%

pendiente pronunciadas,

apropiados para la rápida evacuación de

descargas industriales, sanitarias y pluviales a gravedad.

1.6. DESCARGAS DE RESIDUOS INDUSTRIALES LIQUIDOS Las instalaciones

disponen de un

sistema de agua potable que ha sido

construido por la Universidad y está ubicado en la zona de invernaderos, posee red principal de alcantarillado combinado. En la zona de cárnicos se está construyendo un sistema separado tanto para residuos industriales líquidos, sanitarios y pluviales, en la zona de lácteos se encuentra un sistema separado en determinadas zonas que posteriormente se unen en un punto común y luego son descargados a la red. El sistema de evacuación de aguas residuales de la planta ECOLAC ha cumplido su periodo de vida útil y su estado actual es malo, las redes están totalmente deterioradas, existen filtraciones y cajas colapsadas.

7.

TRABAJO DE CAMPO.

Con la finalidad de obtener una idea clara de las necesidades de depuración de las aguas residuales industriales de la planta de lácteos y de los procesos de los cuales son el resultado estos residuos se realizó una inspección visual del lugar en estudio.

7.1.

ESTUDIOS TOPOGRAFICOS.

Como una fase inicial se realizó el levantamiento topográfico con la finalidad de conocer la configuración física de las instalaciones y del terreno, accesibilidad y disponibilidad del área para la construcción de la planta o estación depuradora.

Ya que uno de los parámetros fundamentales para una buena elección de un sistema de tratamiento de aguas residuales, es la disponibilidad de terreno y su topografía.

Las condiciones topográficas de la zona donde se debe implantar la P.T.A.R. son desfavorables, ya que se dispone de un área muy pequeña, para instalar la mencionada planta, de acuerdo a los requerimientos del diseño. Las pendientes del terreno son muy pronunciadas limitándonos a unidades con pequeña sección y gran longitud, pero la no disponibilidad del terreno nos hace adaptar un tipo de planta compacta, ahorrando al mínimo la cantidad de terreno disponible. El levantamiento topográfico se lo realizó con una estación Trimble Servo – Robótica (ver anexo 1).

7.2. LEVANTAMIENTO CATASTRAL.

Se identificaron tipos y puntos de vertido, material de tubería y se realizaron pruebas de dirección de flujo

procedente de las descargas de la zona de

lácteos (ver anexo 2). A la fecha

para

la zona de cárnicos se

está

construyendo un nuevo sistema de evacuación, que descargará los residuos industriales líquidos al mismo lugar de vertido que el de la planta de lácteos para su tratamiento, por lo tanto es una red nueva, que debe ser acoplada a las necesidades operativas de esta planta. Imágenes 2.1. Levantamiento de catastro sanitario

Fuente: El autor

De lo observado se concluye que en esta zona existen 3 tipos de de descarga: sanitaria, pluvial e industrial, que luego convergen en un punto en común, existiendo redes o secciones cuyas tuberías ya han cumplido su periodo de vida útil, tuberías tanto de PVC como de hormigón con gran acumulación de sedimentos, cajas de visita con aberturas que permiten fugar los residuos y sin su respectivo revestimiento, cajas por donde atraviesan redes de agua potable, cableado eléctrico y descargas residuales, tapas con roturas y sin la debida identificación del tipo de vertido, pozos y cajas sin mantenimiento destapadas y colapsadas con materiales como: ramas, arena, rocas; sumideros totalmente tapados y desarenadores completamente llenos.

Imágenes 2.2. Anormalidades constructivas, fallas por tiempo de vida útil y mantenimiento.

Fuente: El autor.

7.3. IDENTIFICACION DE PUNTOS DE AFORO. Luego de los recorridos por la zona de influencia y de la recolección de información pertinente del catastro sanitario, se determinaron tres puntos de aforo, denominamos de la siguiente manera: Pozo de aforo 1 (P1) Imagen 2.3. Pozo de aforo1

Fuente: El autor.

Comprende las siguientes secciones:

Pasteurización: Residuos provenientes del lavado de los equipos de pasteurización y del lavado de pisos cuyas descargas convergen al pozo de aforo 1.

Envasado de leche: Agua residual proveniente del área de envasado de leche que resultan del lavado de equipos y de los pisos por derrame de leche cuyas descargas convergen al pozo de aforo 1.

Zona de lavado de jabas: Utilizadas para transportar la leche envasada y distribuirla al público, estas jabas llegan a la planta con residuos de leche en descomposición por lo que se las lava con agua potable a presión normal. Los residuos o RILES provenientes de este proceso se descargan al pozo de aforo 1.

Tanques de almacenamiento de leche: Con la ayuda de una bomba la materia prima que llega es bombeada a estos tanques de almacenamiento, cuyos residuos industriales líquidos que descargan a la red son el producto de lavado de pisos y de los tanques que van a dar al pozo de aforo 1.

Zona de elaboración de mantequilla: Descargan sus residuos al pozo de aforo 1 proveniente del lavado del equipo (batidora) y de la descarga del suero.

Sección laboratorio: Realizan pruebas y análisis básicos (organolépticos) previo a la recepción de la leche para determinar la calidad de la leche, cuyos residuos desembocan al pozo de aforo 1.

Caja de aforo 2 (P2) Imagen 2.4. Caja de aforo 2.

Fuente: El autor.

Comprende las siguientes secciones:

Área de elaboración de queso: Descargas convergen a la caja de aforo 2 la cual permite el drenaje del suero (residuo proveniente del cuajado de la leche) y del lavado de piso.

Área de elaboración de crema pasteurizada: Derivado lácteo proveniente de la zona de pasteurización de un proceso de descremado de la leche cuyo residuo proviene del envasado de la crema utilizando agua potable para el lavado de equipo, pisos y jabas cuyas descargas se realizan a la caja de aforo 2.

Área de elaboración de yogurt: Residuo proveniente del lavado de los tanques de almacenamiento y de lavado de equipos y jabas cuyos vertidos se dirigen a la caja de aforo 2.

Área de elaboración de manjar: Utiliza agua para el lavado de embases plásticos, paletas de madera y paila y además para el lavado de pisos, descargando sus residuos a la caja de aforo 2, se trabaja en la misma área de elaboración de quesos

Caja de aforo 3 (P3). Imagen 2.5. Caja de aforo 3.

Fuente: El autor.

En esta sección funcionan los laboratorios de análisis microbiológico (coliformes, hongos, levaduras, echerichia coli, etc.) y de control de calidad de la materia prima, en proceso y producto final.

7.4.

Métodos de aforo y resultados

La medición del gasto es de gran utilidad en la toma de decisiones durante la administración del recurso agua y en diversas actividades relacionadas con su manejo.

Los residuos industriales líquidos en nuestro caso son conducidos por tuberías y también en función de la condición física de las cajas de visita, utilizaremos el método volumétrico de aforo directo (Para ECOLAC), que consiste en tomar el tiempo de llenado en un recipiente de volumen conocido. Expresan el gasto como una función de volumen sobre tiempo (Q = V / t) (Ec. de continuidad). En el caso de la zona de cárnicos no existe información de medición directa

de que

cantidad de gasto podría descargar esta planta por lo que está en fase de construcción, en tal razón, el gasto o caudal se determinó en base al diseño hidrosanitario de la mencionada planta.

Imagen 2.6. Aforo volumétrico.

Fuente: El autor.

El aforo sirvió para comparar y corroborar información de aforos tomados años atrás en investigaciones hechas por otros autores en la misma planta ECOLAC.

Se hizo un programa de aforo de cuatro días durante toda la jornada de trabajo, que consistió en medir simultáneamente el gasto en los tres puntos de aforo con intervalos de 5 min, obteniendo una curva de variación de caudal en función del tiempo bastante confiable, registrando intermitencias de caudal minuto a minuto (ver anexo 3). Para determinar el caudal de descarga de la planta de lácteos se sumó el caudal máximo aforado de los tres puntos de aforo, registrando datos durante toda la jornada normal de trabajo y por varios días consecutivos. Adoptando como valor el máximo registrado durante la campaña de aforo con un caudal de 4.2028 L/s, coincidiendo y corroborando el valor obtenido por: Michala y Vélez 2004, las cuales registraron caudales de 4 L/s aproximadamente con un valor de confianza del 90%. Tabla 2.1. Tabla de aforo Máximo registrado P1

P2

P3

Q

Q

Q

CAUDAL HORA

L/s

9:10

0.016

9:15

L/s

L/s

0.044

9:20

0.028 Máximo registrado

CAUDAL HORA

P1

P2

P3

Q

Q

Q

L/s

L/s

L/s

9:30

0.007

9:35

0.043

9:40 9:50

0.039 0.029

10:00 10:05

1.111 0.046

10:10

0.080

10:20

0.080

10:25

0.248

10:30

0.934

10:35 10:40

1.000 0.03817

10:50 10:55

0.01964

11:00

0.06952

11:05

0.55

0 0.08333

0.05774

0.12658

0

11:10

0.15625

11:15

0.13333

11:20 11:25

0.050

0.0021 0.47

11:30

0.06356

11:35 11:40

0 0.17241

11:45 11:50

0.35714

0

0.04487

11:55

0.03077

12:00

0.10127

0.16667

0

13:35

0.0292

0.55769

0

13:40

0.94231

0

13:50

0.48958

0

13:55 14:00

0.29167 0.47368

14:05 14:15

0.48889

0

0.48684

0

14:20 14:25 14:30

0.34653

14:40

0.01938

0

0.11616

0

0.14793

0

Máximo registrado CAUDAL

P1

P2

P3

Q

Q

Q

HORA

L/s

L/s

L/s

14:45

0.00777 0.39286

0

14:50

14:55

0.00337

15:00 15:05

2.69231

0

0.00339

15:10 15:15

0.7381

0.0407 0

15:20

0 0.03623

15:25

0

15:30

0

15:35

0

0.01263

15:40

0

0

0

0

0.56818

0

0

0.9423

2.6923

0.5682

TOTAL Fuente: El autor.

4.2028

0

15:42 15:45 16:00 SUMA

Gráfico 2.1. Variación del caudal en función del tiempo. 2,9000 2,7000 2,5000 2,3000 2,1000 1,9000 1,7000 1,5000 1,3000 1,1000 0,9000 0,7000 0,5000 0,3000 0,1000 -0,1000

8:00

9:12

10:24

11:36

12:48

14:00

15:12

16:24

Fuente: El autor.

7.5. TOMA DE MUESTRAS.

Se tomaron muestras compuestas ya que son preferibles cuando se desea conocer resultados promedios. Es una mezcla de muestras individuales proporcionales al caudal instantáneo; para el efecto se toman muestras simples a intervalos constantes de tiempo por lo regular 1 hora, se almacenan

apropiadamente en refrigeración y, al final del periodo de muestreo, se toman en proporción directa al caudal aforado en cada instante del proceso. Todo frasco o recipiente debe identificarse con una etiqueta que registre información básica como fecha, nombre de la fuente, sitio de procedencia, tipo de muestreo, y preservativo usado.

Este es el método más común para tener en cuenta las variaciones de caudal y de características del agua residual, así como para minimizar los costos de los análisis. Si se toman suficientes muestras simples, que luego se mezclan para el análisis, los resultados serán similares a los que se obtendrían con base en una muestra de un tanque de mezcla completa (ROMERO Jairo, 1999). A mayor frecuencia de muestras simples, mayor representatividad de la muestra compuesta. En muestras compuestas con respecto al caudal (muestra integrada), se añade a la mezcla una cantidad proporcional al caudal para cada instante de muestreo (ver anexo 3) Imagen 2.7. Toma de muestras compuestas.

Fuente: El autor.

El tipo de muestreo fue manual, colocando un recipiente sobre el flujo y luego llenándolo. Esto es ventajoso porque permite observar las condiciones en que se realiza el muestreo y cualquier requerimiento adicional.

Preservativos: Ciertas

características

del

agua,

especialmente

de

aguas

residuales

industriales, requieren, para su análisis, que se agreguen preservativos que impidan la alteración del parámetro que se quiere analizar. Se deben agregar al

recipiente de muestreo antes de obtener la muestra o inmediatamente después de tomarla. Tabla 2.2. Preservativos usados y de los tiempos de almacenamiento máximo para diferentes parámetros.

Parámetro

Preservativo

Periodo máximo de almacenamiento

Acidez – alcalinidad Refrigeración a 4°C

24 h

DBO5

Refrigeración a 4°C

10h

DQO

Refrigeración a 4°C

10h

SOLIDOS

Ninguno

7 días.

Fuente: Romero 1999.

Los puntos donde se tomaron las 6 muestras de agua son los siguientes: P1: Pozo de aforo 1 (2 muestras). P2: Caja de visita 2 (2 muestras). P3: Caja de visita 3 (2 muestras).

Para el transporte de las mismas se siguió el procedimiento recomendado por las normas SSA, es decir estas fueron embasadas, etiquetadas y refrigeradas en envases estériles de acuerdo al siguiente detalle

3000 ml para análisis de DBO5 y DQO 3000 ml para análisis físico-químicos 110 ml para análisis bacteriológicos. Imagen 2.8. Embasado, refrigerado, transporte y toma de temperatura.

Fuente: El autor.

7.6. ANALISIS DE AGUA RESIDUAL.

Los resultados no serán confiables si la toma de muestra no tiene un carácter representativo y homogéneo, en nuestro caso los procesos en la zona de industria no son de carácter constante, variando en sus características físico químicas, por lo que se decidió tomar muestras compuestas durante toda la jornada de producción; para el caso de la planta de lácteos y, en el caso de la planta de cárnicos los parámetros serán proporcionados por una empresa de embutidos local, los mismos que sobrepasan los valores establecidos en la Norma de calidad ambiental y descarga de efluentes libro IV que son las que están vigentes y rigen en nuestro país.

De acuerdo a recomendaciones del Ing. Jairo Romero Rojas los parámetros de análisis de mayor importancia y que se recomienda hacer análisis de laboratorio en una empresa de lácteos son: DBO5, DQO, pH, Sólidos Suspendidos. Principales análisis físico – químico utilizados en la zona de industrias.

Es necesario para determinar su manejo, tratamiento y disposición final conocer las propiedades físicas y componentes químicos básicos de las aguas residuales; las cuales se resumen a continuación:

Temperatura

La temperatura del agua residual es generalmente más alta que la del suministro, debido a la adición de agua caliente procedente de las casas y de las actividades industriales.

La temperatura del agua es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas y velocidades de reacción y la aplicabilidad del agua a usos útiles. Una temperatura más elevada puede, por ejemplo, producir un cambio en la ictiofauna existente. A las empresas

industriales que utilizan aguas superficiales para refrigeración les interesa mucho la temperatura del agua en captación.

Por otro lado, el oxígeno es menos soluble en el agua caliente que en la fría. El aumento de la velocidad de las reacciones químicas que supone un aumento de la temperatura, junto con la disminución del oxígeno presente en las aguas superficiales, pueden frecuentemente causar graves agotamientos en los meses de verano a las concentraciones de oxígeno disuelto.

Estos

efectos

se

ven

aumentados

cuando

se

vierten

cantidades

suficientemente grandes de agua caliente a las corrientes naturales receptoras. Debe tener presente que un cambio repentino de temperatura puede dar como resultado un alto porcentaje de mortalidad de la vida acuática. Finalmente, las temperaturas anormalmente elevadas pueden dar lugar a un crecimiento indeseable de plantas acuáticas y algas.

Este parámetro es tomado in situ, directamente al efluente, con un termómetro de campo.

Color

La condición se refiere a la edad del agua residual. Se determina cualitativamente por su color y olor. El agua residual reciente suele ser gris; sin embargo, como quiera que los compuestos orgánicos sean descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto en el agua se reduce a cero y el color cambia a negro.

En esta condición, se dice que el agua residual es séptica. Algunas aguas residuales de tipo industrial añaden color al agua residual doméstica.

Para determinar el color se utiliza el método colorimétrico, el mismo que utiliza soluciones estándar, elaboradas a partir de cloroplatinato de potasio. Se considera que una unidad de color (uc) es igual al color producido por 1 mg/l de platino.

Olor

Son debidos a los gases producidos por la descomposición de la materia orgánica. El agua residual reciente tiene un olor peculiar algo desagradable, pero más tolerable que el del agua residual séptica.

El olor más característico del agua residual séptica es del sulfuro de hidrógeno producido por los microorganismos anaerobios que reducen los sulfatos a sulfitos. Las aguas residuales industriales contienen áreas compuestas olorosas, o capaces de producir olores en el proceso de tratamiento.

El parámetro es causado por la descomposición de la materia orgánica la cual produce material no carbonáceo como el amoniaco. Este compuesto se oxida por intermedio de las bacterias nitrificantes en nitritos y nitratos.

Sólidos

Sólidos suspendidos: Estos sólidos son los que al ser filtrados por un filtro de membrana filtrante, quedan en el papel filtro (papel filtro # 40), previamente calentado para eliminar humedad en el horno a 105ºC por espacio de 1 hora, en una cápsula de porcelana. Este residuo se somete a desecación a una temperatura de 105º hasta peso constante. Este análisis se determina por gravimetría.

Demanda bioquímica de oxígeno

Supone la medida de oxígeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de materia orgánica.

La medida de la DBO5 es importante en el tratamiento de aguas residuales y para la gestión técnica de la calidad del agua porque se utiliza para determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.

Los datos de la DBO5 se utilizan para dimensionar las instalaciones de tratamiento y medir el rendimiento de alguno de estos procesos. Asimismo calcularse la velocidad a la que se requiera el oxígeno.

A fin de asegurar que los resultados obtenidos sean significativos, la muestra deberá ser convenientemente diluida con agua de dilución, especialmente preparada de modo que existan nutrientes y oxígeno, disponible durante el periodo de incubación.

Normalmente se preparan varias diluciones para cubrir la gama completa de posibles valores.

El agua de disolución es inoculada en un cultivo bacteriano que ha sido alimentado si fuese necesario, a la materia orgánica presente en el agua. El inoculo que se usa para preparar el agua de disolución para el ensayo de la DBO5 es un cultivo mixto. El periodo de incubación es generalmente de 5 días a 20 ºC, si bien puede utilizarse otro período de tiempo y temperatura. Sin embargo la temperatura debe ser constante a lo largo de todo el ensayo. pH La concentración del ion hidrógeno es un importante parámetro de calidad tanto en las aguas naturales como en las industriales. El intervalo de concentración idónea para la existencia de la mayoría de la vida biológica es muy estrecho y critico.

El agua residual con una concentración diversa de un hidrógeno es difícil de tratar por medios biológicos y si la concentración no se altera antes de la evaporación, el efluente puede alterar la concentración de las aguas naturales. El pH de los sistemas acuosos puede medirse convenientemente con un pHmetro, del mismo modo, se utilizan distintas soluciones indicadoras que cambian de calor a determinados valores de pH.

Nota: Los parámetros como temperatura, color y olor se muestran en el anexo 3. Tabla 2.3. Resumen de análisis de las muestras de laboratorio ECOLAC) MUESTRA 1 2 3 4 5 6 Norma Calidad ambiental y descarga de efluentes Fuente: El autor.

DBO5 (mg/L) 1314 1274 1054 1136 1196 1097

DQO (mg/L) 3280 1866 1300 -

ST (mg/L) 2640 273 89.2 123 112.8 109.7

SS (mg/L) 3.2 0.91 0.37 0.84 0.65 0.42

250

500

1000

220

DESCRIPCION: Muestra1 y 4 : Pozo de aforo 1 Muestra 2 y 5: Caja de visita 2. Muestra 3 y 6: Caja de visita 3.

Los análisis de aguas provenientes de los vertidos de la industria cárnica generan múltiples problemas de contaminación del medio. Presentan un alto contenido en materia orgánica (DQO y DBO5), grasas y Sólidos en Suspensión. El valor adoptado de carga contaminante para la planta de cárnicos fue la proporcionada por una empresa de la localidad en el cual deacuerdo a análisis anuales que tienen de laboratorio el parámetro crítico que sobrepasa notablemente las normativas es la DBO5 cuyo valor se detalla a continuación: Tabla 2.4. Valores de DBO presentes en fábrica de productos cárnicos.

Objeto

Valor DBO5

Causas y factores

mg/l Fábricas de productos cárnicos

Aprox. 9000

influyentes Desechos, proceso de elaboración (cocción y tratamiento al vapor de materia prima y pro-ductos finales)

Fuente: Empresa lojana cárnicos.

Análisis de los resultados de las muestras.

De acuerdo a los resultados de los análisis de las muestras de aguas residuales, información proporcionada por la empresa de embutidos y análisis de laboratorio hechos años atrás en ECOLAC, se determinó que las aguas que provienen de la zona de lácteos pozo de aforo 1 (P1), caja de visita 2 (P2) y caja de visita 3 (P3) son las que sobrepasan los límites máximos permisibles que establecen la

norma de calidad ambiental y descargas de efluentes:

recurso agua (Libro VI, Tabla 12) que son las que están vigentes en nuestro país, por consiguiente son las que se deben cumplir para el tratamiento.

Se puede observar en el anexo 4 que el indicador de la DBO5 es la que está fuera de los límites máximos permisibles con mayor diferencia, lo que nos conduce a tomarlo como principal parámetro de diseño. Según el investigador Mara, las aguas residuales son biodegradables si se cumple la siguiente relación: Tabla 2.5. Biodegradabilidad del agua residual.

DBO5/DQO <0.20 0.20 – 0.40 >0.40

Biodegradabilidad del agua residual Poco biodegradable Biodegradable Muy biodegradable

Fuente: Apuntes de Sanitaria 2004. U.T.P.L., Ingeniería Civil. Loja.

Las aguas residuales a tratar presentan una relación DBO 5/DQO mayor a 0.4, por lo que podemos decir que son aguas biodegradables. Tabla 2.6. Biodegradabilidad de las muestras analizadas.

MUESTRA

DBO5/DQO

P1

0.40

P2

0.68

P3

0.81

Fuente: El autor.

Para la DBO de diseño se tomará la más crítica como lo es la DBO5 = 9000 mg /l que procede de la descarga de fábrica de embutidos, muy superior al de la planta de lácteos. Los sólidos en suspensión para el diseño se tomará al determinado por Michala y Vélez 2004 ya que es el más crítico registrado durante estos años equivalente a 2776.1 mg/l.

7.7. SISTEMA

DE

TRATAMIENTO

DE

AGUAS

RESIDUALES

INDUSTRIALES.

Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos niveles se conocen usualmente como: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario, tratamientos avanzados o terciarios.

El pretratamiento como su nombre lo indica se trata de un tratamiento previo, diseñado para remover partículas grandes, tales como plásticos, pelos, papeles, etc., ya sea que floten o se sedimenten, antes de que lleguen a las unidades de tratamiento posteriores. Aquí se emplean mayoritariamente rejillas o tamices.

Seguido de un desarenador para la eliminación de materias en suspensión gruesa que puede causar problemas en el mantenimiento de la planta de tratamiento y por último en este nivel de tratamiento un desengrasador para la eliminación de aceites y/o grasas principalmente grasa láctea

En el tratamiento primario se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión, sobrenadante y materia inorgánica. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisicoquímicos. También se utiliza la flotación. En algunos casos el tratamiento se hace dejando simplemente las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias químicas floculantes que hacen más rápida y eficaz la sedimentación.

También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoníaco (desorción). Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción.

En el tratamiento secundario se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El tipo de tratamiento más empleado es el biológico, en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de microorganismos.

7.7.1. Pretratamiento. Se diseñó las unidades de pretratamiento de acuerdo a la normativa impuesta en nuestro país y a investigaciones que existen sobre la depuración de aguas residuales.

Para esto se ha diseñado las siguientes unidades:

Cajón de llegada Aliviadero de entrada

Canal de entrada al cribado. Cribado. Desarenador (rectangular). Desengrasador.

7.7.1.1. Cajón de llegada. Se debe proyectar un cajón de llegada del interceptor con facilidades para romper la presión de llegada y uniformizar velocidades.

7.7.1.2. Aliviadero de excesos.

Esta estructura nos permitirá regular el caudal que va a ingresar al tratamiento por medio de un canal que está situado en el cajón de llegada, ya que el diseño de la planta está calculado para un caudal determinado es un aliviadero de emergencia utilizado para caudales que sobrepasen el caudal de diseño.

7.7.1.3. Canal de entrada al cribado.

Esta unidad nos permitirá regular la velocidad de acercamiento a las cribas.

7.7.1.4. Cribado.

Unidad de barras paralelas, utilizados para remover sólidos flotantes y en suspensión, son los más empleados en el tratamiento preliminar.

7.7.1.5. Desarenador

Cámara diseñada con la finalidad de reducir la velocidad de los residuos industriales líquidos (RILES), y permitir la separación de sólidos minerales (arena), por sedimentación.

7.7.1.6. Desengrasador.

Dispositivo provisto de pantallas retenedoras de grasa que por su diferencia de densidad del agua flotaren a la superficie.

7.7.2. Tratamiento primario. 7.7.2.1. Sedimentador. Eliminación de los sólidos sedimentables, es decir aquellos sólidos que por su finura o densidad no fueron retenidos en las diferentes unidades de pretratamiento. El rendimiento de un decantador primario es del 40% a 50% de la carga orgánica y de un 50% a 60 % de la materia en suspensión del afluente.

Los elementos fundamentales de todo decantador son:

Entrada del afluente: ésta se debe proyectar de tal manera que el flujo de alimentación se difunda homogéneamente por todo el tanque. Deflectores: éstos se los coloca normalmente en la entrada y salida del decantador, el primero nos sirve para conseguir una buena distribución del caudal afluente, y el segundo para retención de las sustancias flotantes, grasas y espumas. Características geométricas: las relaciones entre ellas deben ser las adecuadas para la sedimentación de los tipos de partículas previstas. La forma puede ser rectangular, cuadrada o circular.

7.7.3. Tratamiento secundario. 7.7.3.1. Biofiltro dinámico aeróbico. Las características y función degradadora de las lombrices de tierra sobre residuos sólidos llevó, en la década de los '80, a un equipo de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, encabezado por el fallecido doctor José Tohá a trabajar con estos macro invertebrados de la

familia de los anélidos en el tratamiento de aguas servidas y RILES de forma integral. La experiencia francesa ya había comprobado que estos animales eran eficaces en el tratamiento de basura domiciliaria y en lodos de plantas de tratamiento convencional. Sin embargo, el grupo chileno fue más allá y logró diseñar un sistema para procesar líquidos y sólidos orgánicos al mismo tiempo. Las lombrices consumen la materia orgánica de los afluentes residuales transformándola, por oxidación, en anhídrido carbónico y agua. Una parte, aproximadamente un tercio, pasa a constituir masa corporal y la otra fecas, que en último término dan origen a humus que puede ser utilizado para mejorar los terrenos; es decir, no se generan lodos. En el proceso se genera una rica flora bacteriana que también contribuye a la degradación de la materia orgánica presente.

También denominado lombrifiltro que es un biofiltro que contiene lombrices, a través del cual se hace pasar el agua residual. Este biofiltro comprende cuatro capas de diversos materiales. La capa superior consiste en material orgánico con un gran número de micro-organismos y lombrices (Eisenia phoetida) principalmente, las cuales absorben y digieren la materia orgánica dejando el agua sin su principal contaminante. A continuación, hay una capa de aserrín para una segunda filtración, luego, la tercera capa está formada por piedras de tamaño pequeño y la última por piedras de mayor tamaño. Estas dos últimas capas proveen soporte y aireación al sistema, asegurando su permeabilidad. El agua pasa a través del biofiltro sólo por gravedad y emerge clara y sin materia orgánica. Para el correcto funcionamiento del lombrifiltro éste debe estar en un estado de saturación, en donde se dispersan homogéneamente las aguas residuales para que las lombrices puedan llegar a esa zona (Lay- Son, 2002). Gráfico 2.2. Estructura de un biofiltro.

Fuente: Fundación para la transferencia y tecnología Chile.

Imagen 2.9. Biofiltro para empresa láctea.

Fuente: Hacienda Chilolac (CHILE)

En el sistema de lombrifiltro se efectúan los siguientes procesos: filtración, absorción, descomposición, reacciones aeróbicas y anaeróbicas específicas. Ventajas del sistema.

No produce lodos inestables: Este nuevo sistema de tratamiento degrada la totalidad de sólidos orgánicos del agua servida, sin producir lodos inestables como el resto de los sistemas de tratamiento. El Lombrifiltro no necesita ningún tipo de decantador de sólidos orgánicos como tratamiento previo; sólo es necesario instalar una cámara de rejas o canastilla para retener sólidos inorgánicos que son erróneamente

descargados en el agua servida y sólidos grandes que pudieran tapar las cañerías o los sistemas de regado de los filtros (SISTEMA TOHA CL).

El lecho filtrante no se impermeabiliza: El Biofiltro tiene una diferencia muy importante respecto de otros sistemas de filtros, nunca se colmata o impermeabiliza. Esta característica se debe principalmente a la acción de las lombrices que, con su incansable movimiento, crean túneles y canales que aseguran en todo momento la alta permeabilidad del filtro. Los materiales sólidos orgánicos presentes en el agua servida, que colmatan o tapan otros filtros, en este caso son digeridos por las lombrices (SISTEMA TOHA CL).

Bajos

costos

operacionales: En general el Biofiltro tiene bajos

requerimientos energéticos ya que requiere básicamente la energía necesaria para activar la bomba de la planta elevadora si fuere el caso. Normalmente todos los sistemas requieren de plantas elevadoras ya que los colectores de agua servida llegan a cierta profundidad con respecto al lugar de emplazamiento de las plantas de tratamiento y los procesos e instalaciones (por costos) se realizan y ubican a nivel del suelo (SISTEMA TOHA CL).

Produce un subproducto que puede ser utilizado como abono natural: Debido a que la materia orgánica de las aguas servidas es convertida en masa corporal de lombrices y en humus de lombriz, en anhídrido carbónico y en agua, cada cierto tiempo puede extraerse los excesos de humus, y así reconstituir la estratigrafía inicial del Biofiltro, y ser utilizados como excelente abono agrícola cuyo uso incluso en forma excesiva no daña ni quema las plantas como es el caso de los fertilizantes químicos. Adicionalmente, se puede destacar que las lombrices pueden ser utilizadas como alimento de aves o como fuente de materia rica en proteínas (SISTEMA TOHA CL).

Presenta una alta remoción de los siguientes parámetros:

o DBO

: 95 %

o Sólidos Suspendidos

: 95 %

o Sólidos Totales

: 95 %

o Nitrógeno total

: 60 a 70 %

o Fósforo total

: 60 a 70 %

o Coliformes fecales : 1 escala logarítmica (sin radiación UV)y cumple normas de riego (con radiación UV) Fuente: www.alfaeditores.com

La lombricultura es una biotecnología que utiliza especies domesticadas de lombriz como una herramienta de trabajo, recicla todo tipo de materia orgánica obteniendo como fruto de este trabajo humus, carne y harina de lombriz. La lombricultura se aplica para procesos de compostaje o estabilización de estiércol, desechos vegetales, lodos de plantas de tratamiento, aserrín y desechos de mataderos.

Tipos de lombrices que se utilizan son: - Lumbricus rubellus - Eisenia foetida (lombriz roja californiana) - Eisenia andrei

Entre estos tipos de lombrices, la lombriz roja californiana es la más común en América Latina. La lombricultura con Eisenia Foetida se realiza a larga escala en Cuba, Argentina, Chile, Perú y en el Sur del Ecuador. Las lombrices de la especie Eisenia Foétida, (lombriz roja californiana), Eisenia Andrei o Lumbricus Rubellus, ingieren grandes cantidades de materia orgánica descompuesta. De esta ingesta, hasta un 60 % se excreta en una sustancia llamada humus de lombriz, lombricompuesto o vermicompuesto, que constituye un sustrato ideal para la proliferación de microorganismos útiles. Las lombrices transforman los minerales no asimilables presentes en los desechos y residuos animales, en nitratos y fosfatos directamente asimilables por las plantas. El humus de lombriz es inodoro no se pudre ni fermenta.

De los análisis químicos realizados al humus de lombriz se detecta la presencia de hasta un 4% de nitrógeno, 5 % de fósforo, 5 % de potasio, un 4 % de calcio, una carga bacteriana de 2 billones por gramo y un pH entre 7 y 7,5. De todos los estudios realizados se concluye que el lombricompuesto es un fertilizante orgánico de altísima calidad, acción prolongada, fácil y económica producción (Universidad de Chile. Evaluación Ambiental del Sistema Tohá).

Se pueden diferenciar dos tipos de lombricultura, la de compostaje con ayuda de lombrices, y la lombricultura intensiva. El compostaje con ayuda de lombrices, las lombrices ayudan con su movimiento a mezclar, mover y airear el cuerpo de residuos a tratar. En la lombricultura intensiva, las lombrices comen los materiales compostables completamente. El producto de la lombricultura son las heces fecales de las lombrices (lombricompuesto) que son un humus extremamente fino, sin elementos tóxicos y con característicos excelentes de fertilizante. Si se siembran pocas lombrices al cuerpo de basura, se realiza el compostaje con ayuda de lombrices. Si se siembra una cantidad alta en el residuo a tratar, se produce el compost de heces de lombrices. La gestora Gráfico 2.3. Partes constitutivas de la lombriz roja californiana.

Fuente: http://www.biofiltro.cl/

La lombriz roja californiana (Eisenia foetida) mide entre 6 y 8 cm de largo, tiene 3 a 5 milímetros de diámetro y pesa de 0,24 hasta 1,4 gramo. Se trata de una especie bastante rústica, aunque no soporta la luz solar directa. En general se aparea cada 7 días y de la unión se deposita una cápsula con 2 a 20 nuevas lombrices que emergen después de 2 a 3 semanas. Estos nuevos individuos maduran sexualmente a los dos o tres meses. Unido a este alto potencial reproductivo exhiben una gran capacidad de apiñamiento. La población es proporcional a la cantidad de alimentos que encuentran. Así, para aguas con DBO5 de 300 mg O2/L alcanza a 3 ó 4 mil/m 2 de biofiltro y con DBO5 de 10 mil fácilmente supera las 15 mil/m2.Las lombrices avanzan excavando el terreno que habitan a medida que comen. Así reciclan, a través de su tracto intestinal, la materia orgánica, incluida la feca de otros ejemplares. Esta materia degradada hasta su último estado de descomposición por efecto de los microorganismos recibe el nombre de humus. Cuidado de las Lombrices. Imagen 2.10. Lombriz roja californiana.

Fuente: Fundación para la transferencia y la tecnología en Chile.

Las lombrices soportan temperaturas entre 0° - 45° C. Se recomienda una temperatura entre 20° - 25° C para asegurar la mayor eficiencia del sistema. Para no producir mortalidad a las lombrices, no se pueden sembrar durante la fase de prefermentación o al comienzo de la fermentación principal.

Las lombrices necesitan un ambiente húmedo (70%) para facilitar la ingestión de alimento y el deslizamiento a través del material. Si la humedad no es

adecuada puede dar lugar a la muerte de la lombriz. Las lombrices toman el alimento succionando, por tanto la falta de humedad les imposibilita dicha operación. El exceso de humedad origina empapamiento y una oxigenación deficiente.

Las lombrices no pueden realizar el compostaje bajo condiciones anaeróbicas y se van de una región anaeróbica hacia regiones con oxígeno. Se puede realizar la lombricultura con un pH entre 3 - 8; el óptimo es un pH entre 6 - 7. Las lombrices prefieren un ambiente oscuro. Para asegurar que se dispersen homogéneamente por todo el residuo a tratar, se recomienda cubrir el área de lombricultura. Eso se puede hacer con pasto, con hojas o con tierra humus. Imagen 2.11. Estructura superior del lombrifiltro

Fuente: www.biofiltrochile.com.

No obstante, por el hecho de ser un tratamiento biológico deben destacarse algunos requerimientos, comunes en la mayoría de los sistemas de tratamiento de aguas servidas domésticas:

No se puede descargar solventes orgánicos en el sistema. Debe

existir

una

persona

que

revise

periódicamente

el

funcionamiento del sistema. Se debe reponer con relleno económico (viruta) mensualmente el nivel inicial del filtro. Se deben extraer las malezas que crecen en la superficie. La mantención de la superficie del Biofiltro se deberá realizar con la periodicidad que sea necesaria, de manera de mantener la buena permeabilidad del sistema e impedir la aparición de vegetación en la

superficie. Si se producen posas de agua en alguna zona del biofiltro, se deberá rastrillar la superficie del lecho para así aumentar la permeabilidad del mismo. Cada cierto tiempo se deberá retirar el humus de la parte superior del biofiltro, aproximadamente 15 a 20 cm de la superficie deberán ser retirados y luego reemplazarlos por aserrín. Este proceso se deberá realizar siguiendo las siguientes operaciones: a. Cortar el riego de la zona donde se retirará material, lo cual permitirá que las lombrices emigren de estas zonas secas a las húmedas. b. Retira en forma manual la capa superior (5 cm según necesidad). c. Se rellena con material nuevo en forma homogénea. En cuanto al sistema de riego, sólo requiere que el operador verifique el normal funcionamiento de las válvulas durante la operación del sistema. Por otra parte, el sistema de difusores giratorios se deberán revisar periódicamente, y en caso que se produzca la obstrucción de alguno de ellos, podrá ser destapado sin mayor dificultad por el encargado de la planta tomando las precauciones necesarias (implementos de seguridad, cierre de la válvula de la red de entrada al biofiltro correspondiente). Además se debe mantener un stock de regadores para los casos de perdida irremediable de alguno de los que están en operación. El sistema de evacuación opera en forma gravitacional en nuestro caso y requiere solamente de inspecciones visuales para comprobar su correcto funcionamiento o corregir obstrucciones. Los acueductos, en caso de obstrucción se deberán varillar desde el tapón de inspección (ver anexo planta de tratamiento) en la zona afectada de manera de solucionar el problema (problema muy poco frecuente).

Descripción del diseño para la planta de tratamiento de la zona de industrias.

Los materiales se depositarán en capas aproximadamente horizontales, que abarquen toda la extensión del sector por cubrir. Desde abajo hacia arriba, tenemos en primer lugar los tubos recolectores de las aguas filtradas, PVC sanitario de 110 mm de diámetro. El cual tiene una inclinación de 1.5 % para conducir las aguas hacia el exterior. A continuación se instalará la capa de bolones con un diámetro de 20-25 cm, los que permiten el libre escurrimiento de las aguas en el fondo, seguido de esta capa se instalará una capa de grava de 2 - 5 cm . Enseguida se debe colocar una malla racher que servirá de soporte a la principal capa de viruta, la que puede ser de cualquier madera y que debe tener una altura no inferior a los 30 cm preferible sobre los 50 cm. El espesor de las capas será establecido de manera tal que pueda lograrse la densidad especificada en todo su espesor.

Lombrices: Se deberán sembrar las lombrices a razón de mil por m 2, de la especie Eisennia foetida esto se hará depositando el humus en que ellas están en montículos, para permitirles que invadan el resto del relleno en forma suave y de acuerdo a su propia adaptación. El relleno se hará en una primera etapa previa a la prueba hidráulica.

Disposición de Lodos. El sistema para tratamiento de aguas servidas no genera lodos. Este sistema degrada la totalidad de sólidos orgánicos del agua servida, sin producir lodos inestables como el resto de los sistemas de tratamiento. El producto sólido generado por este sistema es Humus de lombriz el que puede ser reutilizado como abono para los mismos predios. La caja de visita que está instalada a la salida del biofiltro retiene sólidos inorgánicos que son erróneamente descargados en el agua servida que

pudieran tapar las cañerías filtro; estos deben ser retirados y desechados en la basura común.

Tabla 2.7. Ventajas con respecto a otros sistemas Sistema de

Requerimiento

Tratamiento

de Area

Requerimiento

Manejo y

Costos

de Energía y

Cantidad de

de

Equipos.

Lodos

Inversión

Eficacia Tratamiento

Alta cantidad Lagunas de

Gran Area

estabilización

Planta

de lodos,

elevadora

manejo

Medios

Media a Baja

Altos

Media

Altos

Media a Alta

Altos

Alta

Bajos

Alta

complicado.

Filtros Percoladores

Planta Area reducida

elevadora + Manejo de lodos

Alta cantidad de lodos, manejo complicado.

Planta

Alta cantidad

Lodos

Área reducida a

elevadora +

de lodos,

Activados

media

Aireadores +

manejo

Manejo de lodos

complicado.

Planta FísicoQuímico

elevadora + Área reducida

Equipos de Floculantes + Manejo de lodos Planta

Lombrifiltro

Área media a

elevadora +

reducida

Cámara de radiación

Alta cantidad de lodos, manejo complicado. Lodo se transforma en humus, fácil de manejar.

Fuente: www.biofiltrochile.com.

Nota: El área requerida de estos sistemas no considera las áreas que se deben utilizar para realizar la estabilización de los lodos producidos. Este costo está dado por los grandes movimientos de tierra y valor de terrenos.

A pesar de presentar una alta eficiencia, la reducción de nutrientes como Nitrógeno y Fósforo es baja. En general presentan alta eficiencia de remoción de materia orgánica suspendida y no en la componente disuelta por lo que se deben combinar con otros sistemas. Tabla 2.8.Costo con respecto a otros sistemas

Fuente: www.biofiltrochile.com.

Calidad del RIL tratado para empresas similares. Gráfico 2.4. Eficiencia

de remoción de grasas y aceites y DBO

250

Aceites y Grasas (mg/lt)

200 Entrada Salida

150

100

50

Fechas

Fuente: Empresa Curacavi en Chile.

02/06

26/05

19/05

12/05

05/05

28/04

21/04

14/04

07/04

31/03

24/03

0

1600 1400 Entrada Salida

DBO (mg/lt)

1200 1000 800 600 400 200

Fechas

Fuente: Empresa Curacavi en Chile.

02/06

26/05

19/05

12/05

05/05

28/04

21/04

14/04

07/04

31/03

24/03

0

3.

DISEÑO HIDROSANITARIO.

Con la evaluación del sistema de desague, se procedió a realizar el respectivo diseño hidrosanitario de la zona industrial, decidiendo por un sistema de desague separado, es decir existirá un sistema para desague sanitario, pluvial e industrial. El presente estudio contempla el diseño integral de los sistemas hidro-sanitarios los que se han efectuado en base a parámetros de diseño de hidráulica de interiores, fundamentado en Normas internacionales (Normativa española regida por la norma europea UNE); como locales (Reglamento local de construcciones). 3.1.

CRITERIOS DE DISEÑO

Para la ejecución del presente estudio hidrosanitario se ha tomado en cuenta las recomendaciones de Rafael Pérez Carmona, los parámetros de diseño y especificaciones exigidas por la Unidad Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Loja y las recomendaciones establecidas por el Ing. Gustavo Ruiz 2006. En vista que estas plantas buscan la certificación de calidad, los parámetros para su diseño se tomarán en base a normas internacionales como lo son las normas NIA (Normas básicas para instalaciones interiores de suministro de agua). Para el diseño se utilizó el programa Cypecad, con el módulo de instalaciones del edificio (versión de prueba).

Gráfico 3.1. Entorno gráfico del programa CYPE 2008

Fuente: El autor

3.2.

SUMINISTRO DE AGUA.

3.2.1. Condiciones del suministro. El cálculo de la red se efectuó permitiendo que el programa dé como resultado la presión necesaria en acometida que garantice el correcto funcionamiento de la red.

3.2.2. Simultaneidad en los consumos El cálculo hidráulico de la red de fontanería se puede realizar acumulando los caudales brutos definidos en los consumos, o bien aplicando coeficientes de simultaneidad.

Para el dimensionamiento de los diámetros se tomará en cuenta que no todos los aparatos funcionarán al mismo tiempo. Por tal motivo se diseñará en base al caudal máximo probable que se lo ha obtenido empleando el método

utilizado en Francia, el método de las

probabilidades, que recomiendan las normas de fontanería. 3.2.3. Método de las probabilidades.

Para el método francés según la cual el coeficiente K (tanto por ciento), por el que debe multiplicarse el gasto será:

K

1 S 1

3.1

Donde, S

- Número de salidas.

K

- Coeficiente de simultaneidad de uso.

Para el presente diseño, el consumo máximo probable se lo ha calculado utilizando el método francés, que aplica el coeficiente de simultaneidad a la suma de los diferentes gastos de los aparatos sanitarios, habiéndose calculado el mencionado coeficiente para cada tramo, como se detalla a continuación: El coeficiente de simultaneidad, según el método francés es mínimo 0.20 y como máximo tendrá un valor de uno.

3.2.4. Biblioteca de consumos. La biblioteca de consumos está adaptada al Código Técnico de la Edificación. Se introducen los caudales por aparato contenidos en la tabla:

Tabla 3.1. Descargas instantáneas

Caudal instantáneo mínimo para cada tipo de aparato. Caudal Caudal instantáneo instantáneo mínimo de agua mínimo de ACS. Tipo de aparato fría. (dm3/s) (dm3/s) Lavamanos 0.05 0.030 Lavabo 0.10 0.065 Ducha 0.20 0.100 Bañera de 1.4 m o más 0.30 0.200 Bañera de menos de 1.4 m 0.20 0.150 Bidé 0.10 0.065 Inodoro con cisterna 0.10 Inodoro con fluxor. 1.25 -

Urinarios con grifo temporizado. Urinarios con cisterna (c/u) Fregadero doméstico. Fregadero no doméstico. Lavavajillas doméstico. Lavavajillas industrial (20 servicios) Lavadero Lavadora doméstica Lavadora industrial (8kg) Grifo aislado. Grifo garaje Vertedero.

0.15 0.04 0.20 0.30 0.15 0.25 0.20 0.20 0.60 0.15 0.20 0.20

0.100 0.200 0.100 0.200 0.100 0.150 0.400 0.100 -

Fuente: Normas básicas para instalaciones interiores de suministro de agua (NIA)

3.2.5. Velocidad en las conducciones: Se diseño para una velocidad comprendida entre (0.5 m/s – 2m/s), adoptando una velocidad óptima de 1 m/s.

3.2.6. Presiones en los consumos: Se aseguró en los consumos una presión disponible mínima. También se limitó el valor máximo de la misma, ya que el exceso de presión podría provocar roturas en las conducciones. El rango normal de presiones disponibles en nudos de consumo en la zona industrial oscila entre los 10 y los 50 m.c.a,

3.2.7. Materiales: Se utilizará tubería y accesorios de polipropileno copolímero con una rugosidad absoluta de 0.02 mm, con una unión por termo fusión, es decir la tubería y el accesorio se fusionarán como un solo cuerpo, siendo este tipo de conexión un aliado importante en el control activo de fugas. 3.2.8. Pérdidas en la red: Se calculó con la fórmula de Malafaya-Baptista. La formulación es muy similar a la de Colebrook-White, pero evita las iteraciones en el cálculo, mediante una aproximación:

1 f

2 log

2.51 3.7 D

0.6

Re (0.4894 Re

0.11

) 0.18 Re

0.095

D

3.2

Donde,

f

- Factor de fricción.

ε

- Rugosidad absoluta del material (m).

D

- Diámetro interior de la conducción (m).

Re

- Número de Reynolds.

Como parámetro se necesita los datos de la viscosidad cinemática del fluido, que es 1.010e-6 m²/s para el agua fría.

Tabla 3.2. Localización de las bocas de conexión de los artefactos.

ARTEFACTO

LOCALIZACION DE LA BOCA

INODORO DE FLUXOMETRO

Altura 60cm y 12 cm a la derecha del eje

INODORO DE TANQUE

Altura 22 cm y 15 cm a la izquierda del eje

URINARIO DE FLUXOMETRO

Altura 120cm y 12 cm a la derecha del eje

URINARIO DE LLAVE

Altura 120cm y sobre el eje

VERTEDERO Y LAVAMANOS

Altura 55 cm y de 5 cm a 10 cm a la derecha e izquierda del eje. Derecha agua fría, izquierda agua caliente

DUCHA

Altura de 100 cm a 200 cm y 10 cm a la derecha e izquierda del eje.

BIDET

Altura 13 cm y de 5cm a 10 cm a la derecha e izquierda del eje

Fuente: Gustavo Ruíz, 2006

3.3.

RED DE SANEAMIENTO.

3.3.1. Unidades de desagüe:

Se ha utilizado como base de diseño de las tuberías el método de las unidades de desagüe. Una unidad de desagüe (UD a partir de ahora), corresponde a 0.47 l/s, y de esta forma se consigue ver fácilmente el peso que cada aparato tiene sobre la instalación de evacuación.

3.3.2. Sistema separativo. Se diseñó sistemas en los que se mantienen separadas las instalaciones de aguas pluviales, fecales e industriales hasta el exterior del inmueble.

3.3.3. Unidades de desagüe por aparato. (Desagüe de aguas fecales) Generalmente, éste es el principal condicionante en el funcionamiento de la instalación. Existe una diferencia notable en los valores, según si el edificio en cuestión es para uso público o privado. Tabla 3.3. Unidades de descarga para aparatos sanitarios.

APARATO

UDs

UDs

(Edificio uso privado) (Edificio uso público)

Lavabo

1

2

Bidé

2

3

Ducha

2

3

Bañera

3

4

Inodoro

4

5

Urinario

4

4

Fregadero

3

6

Lavadero

3

3

0.5

0.5

Lavaplatos

3

6

Lavadora

3

6

Desagüe de local húmedo

2

4

Desagüe de garaje

2

4

Fuente

Fuente: Normas básicas para instalaciones interiores de suministro de agua (NIA)

3.4.

RED INDUSTRIAL

Para las descargas industriales consideramos las siguientes unidades de desagüe para uso público:

Tabla 3.4. Unidades de descarga para red industrial

Aparatos de descarga Referencias

Cantidad

Lavabo(Lv): 2 unidades de desagüe

5

Ducha (Du): 3 unidades de desagüe

13

Inodoro con fluxómetro (If): 10 unidades de desagüe

48

Fregadero de laboratorio, restaurante, etc, (Fl): 2 unidades de

18

desagüe Fuente: Normas básicas para instalaciones interiores de suministro de agua (NIA)

3.4.1. Determinación del número de unidades del sumidero de piso: Se determinó que la descarga máxima que puede evacuar el sumidero de piso es por el sistema de extinción de incendios mediante regaderas:

Asumimos un riesgo moderado grupo 2, es decir que existe una baja combustibilidad de materiales depositados a moderada altura cuya densidad de caudal es: 0.18 gal/min/pie2.

Si: K de las boquillas

: 5.6

Cubrimiento cada regadera

: 140 pies2 = 13m2

Caudal descarga cada regadera es

: 0.18×140 = 25.2 gal/min=1.59 L/s

Caudal de Diseño

: 27 gal/min= 1.70 L/s

Significa que en una superficie de 13 m 2 descargará un caudal de 1.70 l/s lo que equivale a 10 unidades de descarga es decir un 1.69 L/s en caudal para fluxómetros.

3.5.

RED PLUVIAL.

La red de aguas lluvias se diseña para evacuar todo el caudal de la precipitación instantánea. 2

La intensidad adoptada o usada es de 100 mm/h/m = 0.0278 l/s/m2. 2

Tabla 3.5. Proyección horizontal en m de área servida; cálculo de bajantes de aguas lluvias.

Φ

Intensidad de lluvia en mm/h 100

4

425

C

0.0278

Fuente: Pérez 2005. 2

Tabla 3.6. Proyección horizontal en m de área servida; cálculo del colector de aguas lluvias.

Φ Pulg.

Intensidad de la lluvia en mm/h S=2% 100

4

245

5

435

6

700

8

1510

C

0.0278

Fuente: Pérez 2005.

4. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO. 4.1.

BASES DE DISEÑO.

4.1.1. Caudal de diseño. Con los resultados de las muestras compuestas de residuos industriales líquidos (RILES), se determinó que las aguas residuales correspondientes al pozo de revisión 1, caja de visita 2 y caja de visita 3 (ver anexo 2) son las que necesitan tratamiento por su alto contenido de DBO5, DQO y sólidos totales disueltos en el caso del pozo 1, los cuales superan los límites máximos permisibles de entrega en un cuerpo receptor (Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes). Para determinar el contenido de DBO5 máximo que produciría la planta de productos cárnicos se tomará la información proporcionada de mataderos y empresas de elaboración de productos cárnicos en los cuáles se han determinado el valor máximo de carga contaminante producido en este proceso. Basados en la información de horarios de limpieza de materiales y equipos de Ecolac (Amaya 2007), se determinó que la planta de lácteos trabaja 10 horas diarias, pero los diferentes procesos generan aguas residuales de manera intermitente, por lo que para el caudal de diseño tomaremos como caudal medio al caudal máximo aforado durante la jornada de producción diaria durante los cuatro días de aforo de los tres pozos o cajas de revisión según corresponda. Para determinar el caudal de la planta de cárnicos, que se está incorporando recientemente, encontrándose en este momento en fase de construcción y no teniendo datos de caudales de descarga, se tomará como base de partida el diseño con el que está siendo construida la red de desagüe industrial, para el cual la industria fue diseñada con 565 unidades de descarga (sumideros, lavamanos, duchas, fregaderos), todos distribuidos de acuerdo a los requerimientos de cada zona de trabajo (ver anexo 10). Tomaremos como unidad de descarga el lavamanos que es uno de los aparatos más pequeños, dicho aparato puede descargar normalmente 28.5 litros de agua por minuto. Valor muy cercano a 28.32 litros (un pie cúbico) y se le llama unidad de descarga (Pérez 2005). Con las 565 unidades de descarga calculadas se pueden considerar que todos los aparatos funcionarán al mismo tiempo, pero para el diseño se consideró que no todos los aparatos funcionarán al tiempo ya que es de naturaleza improbable, por lo tanto en diseños hidrosanitarios se considera el caudal máximo probable. Consideraremos el método de Roy B. Hunter, presentado en E.U.A, en 1932, este método considera que algunos de los aparatos conectados en un sistema funcionarán al tiempo. Es necesario conocer el coeficiente de simultaneidad según el número de salidas K1. Dependiendo del número de salidas existirá un coeficiente cuyo valor máximo será uno (1) y mínimo (0.20) (Pérez 2001) Para el cálculo del coeficiente de simultaneidad se utilizará la alternativa propuesta por la norma francesa la cual indica el coeficiente así: 1 K1 S 1 4.1

Donde, K1 S

= =

Coeficiente simultaneidad. Número de salidas.

Estos dos caudales serán afectados con un factor de mayoración de 1.4 por posibles incrementos de producción y seguridad. 4.2.

CALCULO DE CAUDAL.

Estará en función de la siguiente expresión. Qd= (Caudal aforado Ecolac + Caudal máximo probable cárnicos) × 1.4 Qd Qd1 Qd 2 1.4 4.2 Donde, Qd Qd1 Qd2 1.4

= = = =

Caudal de diseño en L/s Caudal aforado en Ecolac en L/s Caudal máximo probable cárnicos en L/s Factor de mayoración

4.2.1. Caudal aforado Ecolac (Qd1)

Qd1 (QM pozo1 Q M caja 2 Q M caja 3)

4.3

Donde, Qd1 QM pozo1 QM caja 2 QM6 caja 3

= = = =

Caudal de diseño en Ecolac L/s Caudal medio aforado en L/s en el pozo1 Caudal medio aforado en L/s en la caja de visita 2 Caudal medio aforado en L/s en la caja de visita 3

Aplicando datos de aforo (ver anexo 3) tenemos: Qd1= (0.9423+2.6923+0.5682)L/s Qd1= 4.2028 L/s 4.2.2. Caudal máximo probable cárnicos (Qd2) Tabla 4.1. Tabla de resultados del diseño hidrosanitario.

Aparatos sanitarios de descarga Duchas, sumideros industriales, fregaderos, lavamanos

Total unidades sanitarias al punto de vertido

Número de Salidas

565

84

Fuente: El Autor.

Para las 84 salidas de la tabla tenemos:

1 = 0.11 84 1 Pero dependiendo del número de salidas existirá un coeficiente cuyo valor máximo será uno (1) y mínimo (0.20) (Pérez 2001), entonces asumimos un valor de 0.2 K1 = 0.2 (asumido) Entonces: K1

Q = 0.20 × 565 = 113 unidades de descarga probables. 4.2.2.1. Cálculo del colector horizontal para determinar el caudal máximo probable en cárnicos. Caudal de diseño = 113 Un. Luego para pasar de un número de unidades de Hunter a caudal en redes sanitarias se utiliza la curva calculada para fluxómetros, dado que en condiciones más desfavorables, la entrega de los aparatos se produce en forma instantánea. Para obtener dicho caudal de una manera rápida (Pérez 2005), acondicionó la curva para fluxómetro plasmándola en una tabla la cual nos da valores de unidades de descarga preestablecidos para obtener su respectivo caudal. Tabla 4.2. Tabla de caudales para fluxómetro.

UNIDADES CAUDAL (L/s) 100 4.22 120 4.53 Fuente: Pérez Carmona 2005

Con las 113 unidades de descarga de la zona de cárnicos el caudal máximo probable es: Qd2 = 4.4215 L/s Aplicando: Qd= (Qd1+Qd2) ×1.4 Donde, Qd = Caudal de diseño en L/s. Qd1 = Caudal aforado Ecolac en L/s. Qd2 = Caudal máximo probable cárnicos en L/s. Aplicando datos tenemos: Qd= (4.2028 l/s + 4.4215 L/s) × 1.4 = 12.074 L/s. Con este caudal dimensionaremos la P.T.A.R. Caudales superiores que se podrían obtener en casos extremos como infiltración en cajas de revisión, incendio total en la zona de industrias u otros factores, serán controlados por medio de un canal de excesos. 4.3.

PARAMETROS DE ENTRADA Y SALIDA DEL TRATAMIENTO.

4.3.1. Datos de partida. Para el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales se deben conocer los siguientes parámetros que se indican a continuación: Caudal de diseño Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) Sólidos en suspensión totales (SST) Sólidos en suspensión volátiles (SSV)

Temperatura ambiente Sistema de alcantarillado (Unitario o Separativo) 4.3.2. Parámetros de salida: Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5). Sólidos en suspensión totales (SST). 4.4.

PLANTA DE TRATAMIENTO.

4.4.1. Cajón de llegada. Es indispensable construir a la entrada de la EDAR un cajón de llegada del emisario con la finalidad de romper la presión de llegada y uniformizar velocidades, además de servirnos para inspecciones, se lo utiliza como unidad de rebose (vertedero) seguido de un canal by - pass para evitar que a la planta llegue un caudal superior al que se ha diseñado. El by – pass sirve además para realizar la respectiva limpieza y mantenimiento. Debido al diámetro de llegada del emisario hacia la planta (Ø = 200 mm), se cree conveniente colocar un pozo cajón de 0.60 m de ancho por 0.60 m de largo, que tendrá una pantalla para romper la presión. El fondo de este cajón está 10 cm más bajo que el nivel de llegada del emisario (10cm a 15 cm más bajo que la solera del emisario según recomendación del ex – IEOS). 4.4.1.1.

Cálculo de la longitud de caída del chorro en el cajón de llegada:

Datos del emisario: Q = 12.074 L/s Diámetro nominal = 200 mm n de Mannig = 0.01 (para tuberías de PVC) J = 2% (De la tubería de descarga) v = 1.885 m/s (Velocidad en la descarga). Cálculo: y= g=

(de 10cm – 15cm según EX - IEOS)

10 cm = 0.10 m 9.81 m/ s² Y

1 g t2 2

de donde

t

2

Y g

1/ 2

4.4

Aplicando datos tenemos: 0.10m 2 9.81m / s 2

t

Ya que:

X

V t

1/ 2

0.14seg

4.5

Donde, V t

= Velocidad en m/s. = Tiempo de caída en s.

Aplicando datos tenemos: x=

1.885 m/s × 0.14 s entonces

x=

0.269 m = 26.9cm

Por lo tanto, la pantalla rompe presión se colocará a una distancia de 26.9 cm. Las dimensiones finales de las cribas son: Distancia de la pantalla rompe presión adoptada Altura de la pantalla Altura del cajón de llegada

= 0.27 m = 0.40 m = 0.60 m

4.4.2. Longitud de transición al canal de entrada. El agua sale del cajón de llegada a través de una sección de mayor ancho y con poco calado, pasando a un canal que generalmente tiene una sección más estrecha y más profunda. Por lo tanto es necesario intercalar entre las dos una transición, es decir una estructura en la cual este cambio de sección se hace en forma gradual a fin de conseguir que la pérdida de carga sea mínima.

Para nuestro diseño utilizaremos una transición recta que según experiencias de Julian Hinds y la Bureau of Reclamation, encontraron que para α=12°30’ se consiguen pérdidas de carga mínimas en la transición.

La longitud de transición se calcula con la siguiente fórmula:

L

b1 b2 2tag (12.50)

Donde, b1 b2

L

= Ancho del cajón de llegada (m) = 0.60 m. = Ancho de canal de entrada (m) = 0.30 m; (0.30 ≤ [b (m)] ≤ 0.70) = Angulo de transición = 12.5º = Longitud de transición (m)

Aplicando datos tenemos:

4.6

0.60 0.30 = 0.677m. 2tag(12.50)

L

Longitud de transición asumida = 0.68m 4.4.3. Canal de entrada. Consideramos los siguientes parámetros: Caudal de diseño (Qd)

= 12.074L/s (Caudal de diseño)

Pendiente del canal adoptad (S) = 1.5 % [S ≥ 0.5 % Manual de

Depuración

URALITA]. Para controlar la velocidad de llegada al pre tratamiento, adoptamos las recomendaciones del Manual de Depuración Uralita, adoptando una pendiente del 1.5% y además eligiendo un canal de sección rectangular de ancho 0.30m, cumpliendo la sugerencia que dice que el ancho del canal según el Manual de Uralita debe ser: 0.30 ≤ [b (m)] ≤ 0.70, cuyas fórmulas usadas son:

K

Q*n b8 / 3 * S 1/ 2

4.7

Donde, Q n b S

= Caudal en m3/s = El canal se construirá de hormigón, por tanto: n = 0.013 = Base del canal: 0.30m. = Pendiente media en m/m

0.012074 0.013 =0.031775 0.308 / 3 0.0151/ 2

K Ya que:

d b

1.66240 K 0.74232

(Canal rectangular)

Donde, d b

= Calado = Base

Aplicando datos tenemos:

d b

0.1285

donde:

d= 0.1285m × 0.30m = 0.038541m = 3.85cm.

Comprobamos la velocidad: Según Krochin, la velocidad debe estar entre (0.70 - 2.0 ) m/seg.

Según el Manual de Depuración Uralita, las velocidades recomendadas son: V > 0.60 m/s ( a caudal medio Q m ) V < 3.00 m/s ( a caudal máximo Q d ) Utilizamos la ecuación de Manning:

V

1 R 2 / 3 S 1/ 2 n

4.8

Aplicando datos tenemos: V

1 0.013

0.30 0.0385 0.30 2 0.0385

2/3

0.0151 / 2 =0.922 m/s OK.

Altura de resguardo: h ≥ 0.40 m, adoptamos h = 0.4115 m Considerando la altura de seguridad o franco, la altura total será: Ht= d+h H t = 0.0385 m + 0.4115 m H t = 0.45 m El resumen de los datos del canal de entrada al pre tratamiento es: Ancho del canal: b = 0.30 m Calado del canal a caudal máximo:

d = 3.85 cm

Altura del canal:

h = 0.45 m

Longitud del canal:

L = 1.00 m.

4.4.4. Longitud de transición al canal de cribado Viene dado por la siguiente expresión:

L

2b1 e b2 2 tan

4.9

Donde, b1 b2 e L

= Ancho del canal cribado = 0.45 m = Ancho del canal de enlace = 0.30 m = Espesor del muro central = 0.20 m = Angulo de transición = 12.5º = Longitud de transición

Aplicando datos tenemos:

L

2 0.45m 0.20m 2 tan 12.5

Longitud de transición asumida = 1.80m 4.4.5. Canal de cribado y rejas de desbaste.

0.30

Para proteger las unidades posteriores, se diseñará la unidad de cribado, se ha creído pertinente su instalación ya que en el proceso de producción llegan con los residuos industriales líquidos (RILES) con restos de fundas, trapos usados, sólidos gruesos y material fibroso, impidiendo la obstrucción en vertederos, facilidades de división de flujos, formación de nata, además cuando se realice el mantenimiento de las cajas de visita puede existir posibles ingresos de hojas de plantas y demás residuos sólidos que se presentan en el exterior de la planta. Las normativas impuestas por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda y la Subsecretaría de Saneamiento Ambiental, estipulan que el proceso de cribado se deberá utilizar en toda planta de tratamiento. Motivo por el cual se utilizará una rejilla de limpieza manual, con una inclinación de 45º (EX – IEOS 1993), cuyas barras transversales se apoyan en el fondo del canal y en una plataforma, a donde se puede rastrillar el material retenido por la reja. Será diseñado con dos canales de igual dimensión, para el caudal máximo pasando por una sola unidad. En este caso se asume que una de las unidades esté fuera de operación. Adoptamos una separación útil entre barras de 25 mm (2.5 cm), y un espesor de las barras (circulares) de 10 mm (EX – IEOS 1993). La rejilla se ubicará con limpieza a favor de la corriente, por lo tanto, el parámetro fundamental en la comprobación de rejillas es la velocidad de paso a través de las barras limpias, la misma que para caudal medio tendrá los siguientes límites: 0.40 m/s < V p (Q m.) < 0.75 m/s Diseño: El ancho en la zona de rejillas esta dado por la siguiente expresión: c b 1 s a s s 4.10 Donde, a b c s

= Diámetro de las barras en mm (5mm-10mm según SSA). = Ancho del canal en zona de rejillas en mm. = Ancho del canal de entrada en mm. = Separación útil entre barras en mm (25mm-50mm según SSA).

Aplicando datos tenemos: 300 1 25 10 25 = 410mm 25 El ancho asumido es b= 450 mm = 45 cm = 0.45 m b

El número de barras N vendrá dado por: N

b s a s

Donde, a b s

= Diámetro de las barras en mm. = Ancho del canal en zona de rejillas en mm. = Separación útil entre barras en mm.

4.11

Con lo que el número de barras será: 450 25 = 12.14 U. N 10 25 N ASUMIDO = 12 unidades Chequeo de velocidades . Viene dado por la siguiente expresión:

K

Q n b8 / 3 S 1 / 2

4.12

Donde, Q n b S

= = = =

Caudal en m3/s El canal se construirá de hormigón, por tanto: n = 0.013 Base del canal: 0.40m. Pendiente media en m/m

Aplicando datos tenemos: 0.012074 0.013 =0.0108 0.458 / 3 0.0151/ 2

K

Ya que:

d b

1.66240* K 0.74232 (Canal rectangular)

4.13

Donde, d b

d b

= Calado = Base

0.0576

donde:

d= 0.0576 m × 0.45 m = 0.0259 m = 2.6 cm

Comprobamos la velocidad. Según normativa EX - IEOS 0.40 m/s < V p (Q m.) < 0.75 m/s Utilizamos la ecuación de Manning:

V

1 R 2 / 3 S 1/ 2 n

4.14

Aplicando datos tenemos: V

1 0.013

0.45 0.0259 0.45 2 0.0259

2/3

0.0151 / 2 =0.76 m/s OK

Pérdidas en la rejilla. La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad del flujo entre las barras (Romero 1999). Según Kirschmer, la pérdida de energía en una rejilla limpia puede calcularse por la ecuación: w b

H

Donde, H β β w

4/3

;

hv sen

hv

V2 2g

4.15

= = = =

Pérdida de energía, m Factor de forma de las barras. 1.79 para barras circulares Ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección del flujo (10mm) diámetro de las barras circulares. = Espaciamiento o separación mínima entre las barras, m; (25mm espaciamiento). = Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación, m. = Angulo de la rejilla con la horizontal. (45 grados con la horizontal) = Aceleración de la gravedad, m/s2. = Velocidad de flujo a través de la rejilla, m/s.

b Hv θ g V

Aplicando datos tenemos: H

1cm 1.79 2.5cm

4/3

0.76 0.76 sen450 = 0.011m 2 9.81

En la práctica, para diseño, se adopta por lo menos una pérdida de 15 cm, según las normas SSA y Romero 1999. H adoptado = 0.15m

La cantidad de material retenido en las cribas con aberturas del orden de 25mm está comprendido entre 0.015 y 0.03 litros por m3 de agua residual (SSA 1999).

Con este diseño del cribado cumplimos la normativa local impuesta por La SSA y las recomendaciones de Jairo Romero Rojas, el cual nos enuncia algunas características de las rejillas como: Tabla 4.3. Características de rejillas de barras.

Característica

De limpieza manual De limpieza mecánica.

Ancho de las barras

0.5 - 1.5 cm

0.5 – 1.5 cm

Profundidad de las barras

2.5 - 7.5 cm

2.5 – 7.5 cm

Abertura o espaciamiento

2.5 - 5cm

1.5 – 7.5 cm

Pendiente con la vertical

30 – 45 grados

0 – 30 grados

Velocidad de acercamiento

0.3-0.6 m/s

0.6 – 1 m/s

Perdida de energía permisible.

15 cm

15 cm

Fuente: Jairo Alberto Romero Rojas(1999)

Compuerta a la entrada al canal de cribado. Se colocará dos canales de cribado conforme las disposiciones locales y las compuertas serán ubicadas al final del cajón de entrada, con las dimensiones del plano anexo: Las dimensiones finales de las cribas son: Ancho: Longitud canal: Altura: Número de barras: Diámetro de barras: Espaciamiento: Número de cribas:

b = 0.45 m L = 1.00 m h = 0.45+0.05=0.5 m n = 12 unidades a = 10 mm s = 25 mm N = 2

4.4.6. Longitud de transición al desarenador. Viene dado por la siguiente expresión:

L

b1 b2 2tg12.50

Donde, L b1 b2

= Longitud de transición, m. = Ancho del canal de cribado = 0.45 m = Ancho del desarenador = 0.50 m = Angulo de transición = 12.5º

Aplicando datos tenemos:

L 4.4.7. Desarenador.

0.50 0.45 = 0.113m. 2tg12.50

4.16

Se diseñará un desarenador de flujo horizontal para remover partículas de diámetro medio igual o superior a 0.15mm, con una velocidad de flujo de 0.30m/s con una tolerancia del (+/-)20% (EX – IEOS 1999). Según la Dra. Petia Mijaylova Nacheva la velocidad debe mantener entre 0.15 y 0.30 m/s.

Datos de partida:

Caudal de diseño (Qd) Tiempo de retención

= 12.074 L/s = 0.012074 m3/s = 30 s. (de 30 a 60 s según Uralita)

Velocidad horizontal (Vh)

= 0.30 m/s (±20%), adoptado 0.24 m/s

Peso específico de las arenas

= 2.65

Diámetro de las partículas a retenerse= 0.15 mm Limpieza del desarenador

= Cada siete días

El área transversal vendrá dado por la siguiente expresión:

Qd

A Vh

donde :

A

Qd Vh

4.17

Aplicando datos tenemos: A

Ancho del desarenador adoptado A

b ha

0.012074 =0.0503 m2. 0.24

b = 0.50 m donde:

ha

A b

4.18

0.0503m2 0.1006m 0.50m ha = 10 cm. (Altura de la película de agua). ha

Adoptamos:

Comprobando la condición dada para los desarenadores de flujo horizontal: 1

b h

50cm 10cm

b h

5

4.19

5 ; Está dentro de los límites. OK.

Altura de sedimentación. Según las normas del EX – IEOS, se considera una altura de sedimentación (hs) de 0.20 m, entonces, la altura total será:

ht hs ha ht = 0.20 m + 0.10 m = 0.30 m

4.20

Volumen de agua que pasa por el desarenador a los 7 días.

Volumen tiempo

Q

4.21

Vol =0.012074 m3/s × 7días × 10 horas trabajo × 60 minutos × 60 segundos Vol = 3042.648 m3 A los 7 días.

La cantidad de arena recogida por el desarenador, según el texto de la Dra. Petia Mijaylova Nacheva, pág. 81, varía de 75 a 90 L por cada 1000 m3 de agua residual. Se tomo un valor de 75 L/1000m3 de agua residual, adoptándose este valor debido a que en la plantas de procesamiento de productos cárnicos, existirá una zona destinada al procesamiento de productos naturales, y productos alimenticios, motivo por el cual existirá una zona de lavado de productos los cuales se estima que llegarán con residuos de arena, también existe una zona de ingreso de materia prima y otra zona dedicada al ingreso de personal, los cuales están en contacto directo con el medio ambiente arrastrando partículas de arena pero en pequeña cantidad ya que estas zonas representan aproximadamente el 10% de descargas del total de la planta, tanto de la zona de cárnicos como de la zona de lácteos. V de arena= 75 L por cada 1000 m3 de agua residual. Vsr

Vsr

Cant.arena 1000000 75L 0.2282m3 3 1000000m

VolumenAR

3042.648m 3

4.22

Luego la Longitud del desarenador es:

Ld

Vsr hs b

4.23

Donde, Ld

= Longitud del desarenador, m.

Hs

= Altura de sedimentación, m.

b

= Ancho del desarenador, m.

Aplicando datos tenemos:

Ld

0.2282m 3 = 2.28 m 0.20m * 0.50m

Según el EX - IEOS, a la longitud Ld, se debe incrementar entre el 30 - 50%, por lo que se adoptó 30%. Ld adoptada= 2.28 × 1.3 = 2.96 =3 m Según el EX – IEOS, la relación mínima entre el largo y la altura de agua debe ser como mínimo 25. Ld 3m 30 . OK. h 0.10 4.4.8. Compuertas de entrada y salida del desarenador. Para poder realizar la limpieza de sedimentos, se construirán dos canales desarenadores de iguales dimensiones, asumiendo que una de las unidades está fuera de operación cumpliendo la normativa impuesta por la SSA, se colocarán compuertas a la entrada y a la salida para evitar la corriente de retorno; las características geométricas de las compuertas se especifican en el plano anexo. 4.4.9. Longitud de transición a la cámara de grasas. Viene dado por la siguiente expresión: L

2b1 e b2 2 tan

Donde, b1 b2 e L

= Ancho del desarenador = 0.50 m = Ancho del canal de enlace = 0.50 m = Espesor del muro central = 0.20 m = Angulo de transición = 12.5º = Longitud de transición.

4.24

Aplicando datos tenemos:

L

2

0.50m 0.20m 2 tan 12.5

0.50

1.58m.

4.4.10. Diseño del desengrasador. Estos tanques se deben usar en los casos de presencia de desechos industriales con grandes cantidades de aceites y grasas como lo es en nuestro caso el desecho de grasa láctea proveniente de la zona de lácteos principalmente. Se diseñará en función de tiempos de retención para lograr la desemulsión, estableciendo unas características geométricas adecuadas. El sistema más empleado para eliminar las grasas consta de dos fases: En una primera fase se produce la emulsión de las grasas en el arenero mediante aireación, permitiendo su ascenso a la superficie con una velocidad que puede estimarse entre 3 y 4 mm/s. Seguido de esta fase se produce la separación de grasas residuales en las unidades de decantación, procediendo a su retiro. Debido a la variabilidad de caudal durante la jornada de trabajo, podemos considerar las siguientes cifras y parámetros: Cantidad de grasa de 350 mg/L - 750 mg/L (B. Arrojo1, F. Omil1, 2*, J.M. Garrido1 y R. Méndez1 2002 = adoptado 750 mg/L Para remoción de aceites animales o minerales (hidrocarburos), con una densidad alrededor de 0.8 kg/L, se debe proveer una permanencia de 4 min. En las unidades de tamaño mediano (de 10L/s-20L/s) : T r = 4 min (Normativa EX - IEOS) La carga superficial recomendada es de 4 L/(m2 x s); (Según normativa EX – IEOS) El área se determina para el caudal máximo. Para desengrasadores rectangulares, la relación largo/ancho es 1.8 a 1, adoptamos el valor de 1.5; (Normativa EX – IEOS)

C arg a

Hidraúlica

Aplicando datos tenemos:

Caudal a depurar Area

4.25

Caudal a depurar C arg a hidraúlica Área = 3.02 m2

12.074 L / s 4 L /(s * m 2 )

Area

A = b × L, L/b = 1.5 (Según normativa) L = 1.5 b

Ya que: Además se sabe que: Entonces:

El área está dado por la siguiente expresión: Area = b × 1.5 b = 1.5 b2

b

Area 1.5

3.02m2 1.5

1.45m

L = 1.5 × 1.45 m = 2.175 m

La longitud es: L adoptada = 2.20 m

Cálculo de la profundidad: Caudal

V

Volúmen Tiempo retención

Entonces:

V

Q Tr

4.26

12.074 L / s 4 min 60 s / min 2898 L = 2.898 m3 Volúmen Area h

Entonces la altura es: h

Volúmen Area

2.898m 3 3.02m 2

0.96m

h = 0.96 m Adoptamos h = 1.20 m. Se consideró 24 cm por acumulación temporal de lodos. Las dimensiones del desengrasador son: b = 1.45 m L = 2.20 m h = 1.20 m Se incorporará dos pantallas deflectoras a la entrada y salida de la unidad, con el propósito de uniformizar el flujo y retener las grasas.

4.27

4.4.11.

Unidad de mezcla rápida.

Unidad encargada de mezclar el agua con el floculante (Sulfato de Aluminio) y estabilización de pH con cal. El líquido como el químico se añade en forma constante a razón de 0.0033 L/s con el fin de garantizar la máxima eficiencia al momento de producirse los flóculos. Esta unidad funcionará como unidad de coagulación produciendo desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado floculante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí. Esta unidad es la encargada de remplazar la mezcla a 100 rpm (mezcla rápida) durante 15 seg. del laboratorio. Imagen 4.1. Ensayo de jarras

Fuente: El autor.

Debido al diámetro de salida de la cámara de grasas (Ø = 200 mm), se cree conveniente colocar un pozo cajón de 0.60 m de ancho por 0.9 m de largo, para realizar la mezcla rápida este mecanismo funcionará como reservorio que retendrá el fluido y coagulante un determinado tiempo para que la mezcla se uniformice en su totalidad. Floculante para una jornada de trabajo = 60 kg (Ensayo de jarras) Cal = 20 Kg (Ensayo de jarras) Esta dosificación se deberá comprobar y se deberá corregir cualquier anormalidad cuando la planta esté en funcionamiento. 4.4.11.1. Cálculo de la longitud de caída del chorro en la unidad de mezcla rápida. DATOS DEL EMISARIO: Q = 12.074 L/s Diámetro nominal = 200 mm n de Mannig = 0.01 (para tuberías de PVC) J = 2% (De la tubería de descarga) v = 1.885 m/s (Velocidad en la descarga). CÁLCULO: y = 50 cm = 0.5 m g = 9.81 m/ s²

(según normas EX - IEOS)

1 g t2 2

Y

t

X

Ya que:

Donde:

t

0.50m 2 9.81m / s 2

Y 2 g

1/ 2

4.28

1/ 2

0.32 s

V t

4.29

Donde, V t

= =

Velocidad emisario en m/s Tiempo de caída en s.

Aplicando datos tenemos: x = 1.885 m/s × 0.32 s Entonces x = 0.60 m = 60cm Asumiremos un tiempo de mezcla rápida de T = 10 s (CEPIS 1992) Si Q = 12.074 L/s Vol Q * T

4.30

Aplicando datos tenemos: Vol

L 12.074 *10s Entonces: Vol 120.7L s

0.1207m3

Para que el agua permanezca 10 s en el mecanismo de mezclado se debe diseñar un reservorio que tenga una capacidad de 0.1207m3. V = 0.60 m × 0.90 m × h

Entonces: 0.12074 m3 = 0.60 m × 0.90 m × h h=0.22m O.K.

Las dimensiones de la unidad de mezcla rápida son: b = 0.60 m L = 0.90 m h = 0.80 m 4.4.12.

Floculación

Esta unidad o proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutina las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación. Es un paso del proceso del tratamiento de aguas residuales domésticas, industriales y de la minería. Proceso y parte indispensable para la remoción de: Sólidos en suspensión. Partículas coloidales (menos de 1 micra).

Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros). Presentes en los residuos industriales líquidos de la planta de lácteos principalmente.

Diseño Velocidad del flujo: Con la información que se obtuvo del ensayo de prueba de Jarras realizado en el laboratorio de hidráulica de Universidad Técnica Particular de Loja, Unidad de Ingeniería Civil Geología y Minas (UCG) se determinó que: Para un correcto proceso de floculación se debe proporcionar al equipo a una velocidad de 40 r.p.m. Nuestro floculador no será de tipo mecánico y sin la ayuda de paletas que favorezcan la aglutinación de coloides. Se decidió utilizar un floculador de tipo vertical en forma de serpentín (Córdova y Quishpe, Loja-Ecuador, 2006). A ésta velocidad de 40 rpm, a transformaremos en velocidad lineal. Imágenes 4.2. Ensayo de jarras, depuradora compacta, floculador vertical.

Fuente: El autor

Fuente: Córdova y Quishpe, Loja-Ecuador, 2006

W

2 * 40 60s rad : W 4.18 s

Reemplazando: W Entonces

2 * rpm 60s

4.31

Ya que

: V

D *W 2 rad s

7.62cm 4.18

Entonces V

15.93

: V

2

;

cm s

Donde, W V D

= Velocidad angular = Velocidad lineal = Diámetro del agitador mecánico

De la prueba de Jarras encontramos que el tiempo de floculación mínimo es de 5 minutos. Asumiendo, que tendremos una velocidad lineal de V=16cm/s tenemos: Imagen 4.3. Ensayo de jarras para tiempo de floculación.

Fuente: El autor.

e V *t

4.32

Aplicando datos tenemos: cm 60s e 16 * 5 min* s 1min Entonces: e 4800cm ; e 48.0m Sección del floculador: Ya que: V

0.16

Entonces:

m s

;

A

Q V 3

0.012074 A

m s 0.0755m2 0.16

A

m s

Q

0.012074

m3 s 4.33

Asumiremos 760 cm2 debido a que durante el proceso constructivo del floculador tendremos reducción en su sección, Por lo tanto: Sí

A = 760 cm2

A b L (cm 2 ) Ya que: Ancho asumido = 25cm 760 cm2 = 25cm × L L = 30.4 cm Longitud asumida = 31 cm.

4.34

Pérdida de carga del floculador: Para el diseño del floculador, se tomará el propuesto por (Córdova, Quishpe 2006), en la que proponen un esquema tipo de floculador vertical compacto tipo serpentín que se presenta a continuación para condiciones de espacio reducido.

Gráfico 4.1. Esquema del floculador tipo vertical

L1 L2

Fuente: Córdova y Quishpe, Loja-Ecuador, 2006

Hp

h1

h2

h3

4.35

*V

h1

2

r 2/3

*L 4.36

Donde, HP h1 h2 h3 n V r L

= Pérdida de carga total = Pérdida de carga por fricción = Pérdida de carga en el orificio = Pérdida de carga en el vertedero = Coeficiente de fricción de Manning = 0.013 = Velocidad = Radio hidráulico = Longitud de los canales en cada tramo

Calculamos el radio hidráulico con la siguiente expresión: A P

r

4.37

Donde, A = Sección de los canales P = Perímetro mojado Aplicando datos tenemos:

r Entonces: r

25cm 31cm 2 25cm 31cm 25cm 31cm

6.9196cm = 0.0692m

Calculamos la pérdida de carga por fricción:

h1 Entonces: h1

0.013 0.16 0.06922 / 3

2

L

0.0001523 L

Primera vuelta:

L

L1

L 165.5 cm 165.5 cm L 3.31 m h1 0.0001523 3.31 h1 0.0005041m h1 0.504 mm

L2

4.38

Pérdida de carga en el orificio: h2

V2 2 g

K

4.39

Si K = coeficiente de pérdida de carga = 0.065

Aplicando datos tenemos:

h2 Entonces:

h2

0.162 19.62

0.065

0.085mm

Se asumirá que tanto en el orificio como el vertedero tendrá igual pérdida de carga: h2 h3 0.085mm Hp

h1

h2

h3

4.40

Hp 0.504 0.085 0.085 Hp 0.674mm Hp asumido 10mm Por cualquier inconveniente que pudiera producirse durante la construcción de esta unidad, se asumirá que en cada vuelta tendremos una pérdida de carga de 10mm; motivo por el cual será restituida en cada vuelta disminuyendo la altura de la placa de ferro cemento que trabaja como vertedero. En la construcción se obtienen 16 vueltas y en todo el recorrido habrá una pérdida de carga total de:

HpT HpT HpT

16 Hp 16 10mm 160mm

De acuerdo al diseño y al número de vueltas, la longitud total de recorrido será de:

LT 1.655 2 1.645 2 1.635 2 1.625 2 ... 1.515 2 1.505 2 LT 50.56m e V t Ya que: 4.41 e Entonces: t V 50.56m t m 0.16 s t 316 s El tiempo de floculación mínimo obtenido en el laboratorio es 5 min que equivale a 300seg, con lo que se comprueba el tiempo que recorrerá por el floculador tipo vertical en forma de serpentín (316 seg).

4.4.13. Diseño del tanque de sedimentación química. La decantación de aguas residuales industriales coaguladas es una operación semejante a la de la sedimentación primaria, cuyo diseño se hace con base en los mismos parámetros (ROMERO 1999). Las cargas superficiales típicas para dimensionar estos tanques son: Tabla 4.4. Cargas superficiales para sedimentación química.

Suspensión Carga superficial, m/d Floc de alumbre 20-24 24-49 Floc de hierro 28-33 24-49 Floc de cal 57-65 31-61 Fuente: Jairo Alberto Romero, 1999.

Superficie de decantación: Viene dado por la siguiente expresión:

A

Q q

4.42

Donde, A Q q

= Superficie de decantación. = Caudal a tratar en m3/S = Carga superficial m/día (adoptado = 24m/d)

Para calcular la superficie necesaria para caudal máximo se tomará en cuenta que se labora 10 horas diarias. Aplicando datos tenemos: horaslaborables lit m3 seg Q 12.074 0.012074 10 3600 seg seg día hora

A

434.664 m 3 / día 24m / día

434.664

m3 día

8.871m 2

Volumen de decantación: Viene dado por la siguiente expresión:

V

Donde,

Q T

4.43

V Q t

= Volumen de decantación, m3 = Caudal a tratar, m³/hora. = Tiempo de retención (horas)

Ya que: Q

0.012074m 3 / s

43.47m 3 / hora

Del ensayo de jarras se concluyó que la velocidad de decantación en muy rápida por este motivo tomaremos como tiempo de retención el mínimo de la tabla recomendada por el manual de depuración Uralita que se detalla a continuación: Tabla 4.5. Tiempo de retención para tanque sedimentador.

Decantación Primaria

Caudal medio Caudal máximo

Tiempo de retención Valor Valor Valor mínimo típico Máximo 1.5 h 2.0 h 3.0 h 1.0 h 1.5 h 2.0 h

Fuente: Manual de depuración Uralita.

Aplicando datos tenemos:

V

43.47

m3 1hora 43.47m 3 hora Caudal de fangos producidos:

Viene dado por la siguiente expresión: Qf

K *C *Q 10000* C1

Donde, Qf Q K C C1

= Caudal medio de fangos producidos (g/h) = Caudal de agua a tratar (m3/h) = Coeficiente de reducción de sólidos en suspensión en la decantación. = Concentración de sólidos en suspensión en el agua bruta (Análisis de laboratorio) = Concentración de fangos en la salida de purga del decantador %.

Parámetros de partida: C = 2776.1 mg/L (Análisis de laboratorio Vélez y Michala 2004) K = 50% (40% - 70% Normas Ex – IEOS, 1993) C1 = 5% (3% - 5% Manual de depuración Uralita) Aplicando datos tenemos:

4.44

Qf

50% 2776.1m 3 / hora 43.47m 3 / h 10000 5%mg / lit

120.67 g / h

2896.21g / día 86886.24g / mes

Periodo de limpieza= cada 15 días = 0.5 meses Cantidad de fangos= Periodo de limpieza × Qf Cantidad de fangos= 0.5 meses × 86886.24 g/mes = 43443.12 g = 43.44 m3 Volumen del lodo viene dado por la siguiente expresión:

Volumen de lodo R Cantidad de fangos

4.45

Donde, R

= Coeficiente de reducción de lodo digerido (0.25 – 0.50)

Aplicando datos tenemos: Volúmen de lodo= 0.3 × 43.44m3 = 13.033 m3 Volumen total. Viene dado por la siguiente expresión: Volúmen total :Volúmen de decantación (m 3 ) Volúmen del lodo (m 3 )

4.46

Aplicando datos tenemos: Volumen total = 43.47 m3+13.03 m3 = 56.5 m3 Tabla 4.6. Di me n sio ne s f i na l es considerando normativa. 13.0 m L= NORMATIVA EX - IEOS 2.2 m 1.5 - 3 h= 2.0 m b= 26 m² 8.87 (Sup. mín. de decantación) SUPERFICIE = 5.9 5 - 40 L/h = 6.5 1.5 - 7.5 L/b = 57.2 m³ 56.50 (Vol. Total necesario) VOLUMEN = F u e nt e : E l a u to r .

Cálculo del colector de aguas. El tirante está en función de la siguiente expresión: Y

Q 0.98 b

2/3

Donde, Q b

= Caudal de agua a tratar (m3/h) = Ancho del canal colector.

Asumimos b= 15 cm Entonces:

4.47

0.012074m 3 / seg 0.98 0.15

Y

2/3

0.18m

Longitud total del canal colector= 2 m El tanque actuará como desnatador es decir, podrá retener grasa cuya pantalla será el canal colector de aguas residuales, se decidió por este sistema debido que al momento de realizar el ensayo de jarras se observó que en el proceso de floculación el sulfato de aluminio aumenta la densidad de la grasa láctea que en condiciones de quietud (decantación) la grasa sube a la superficie.

Imagen 4.4. Aumento de la densidad de la grasa láctea.

Fuente: El autor.

Remoción obtenida en el proceso de decantación: Tabla 4.7. Porcentajes de remoción en la decantación.

Tipo de tratamiento Decantación

% de remoción DBO SS 35-45 50-70

Fuente: Romero 1999. Tabla 4.8. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la entrada del tratamiento

Valor DBO5 NORMA CALIDAD AMBIENTAL (MAXIMO PERMISIBLE) mg/l aprox. 9000 250 Valor SS mg/l 220 2776.06 Fuente: Análisis de laboratorio de RILES (ECOLAC); análisis de laboratorio de industria

de cárnicos Tabla 4.9. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la salida del sedimentador primario.

Valor DBO5 NORMA CALIDAD AMBIENTAL (MAXIMO PERMISIBLE) mg/l 4950 250 Valor SS mg/l 220 832.818 Fuente: El autor. 4.4.14. Unidad de tratamiento secundario.

Como después de la decantación los valores de DBO Y SS son muy altos, requiriendo grandes áreas para su tratamiento y, los costos durante el proceso de construcción y funcionamiento son excesivamente caros, se optó por un sistema único en su género simple de construir, y cuyos rendimientos arrojan excelentes resultados, de fácil operación y mantenimiento, que cumpla con las condiciones topográficas que tenemos en el lugar y económicamente factible, planteándose aplicar una alternativa diferente a las comúnmente utilizadas en nuestro medio, como es la utilización de un lombrifiltro, o filtro dinámico. Los rendimientos del biofiltro para cada parámetro son: •

DBO

•

Sólidos Suspendidos

: 95 %

•

Sólidos Suspendidos Totales

: 95 %

•

Nitrógeno orgánico total

: 60 a 70 %

•

Fósforo total

•

Coliformes fecales: 1 escala logarítmica (sin radiación UV) y cumple

: 95 % a 98%

: 60 a 70 %

normas de riego (con radiación UV) Fuente: www.alfaeditores.com.

Biofiltro Dinámico y Aeróbico. El Biofiltro consiste en un filtro percolador el cual está compuesto por capas filtrantes, lombrices y microorganismos asociados, sistema de ventilación y doble fondo. El sistema funciona de la siguiente manera: El afluente es asperjado en la superficie del filtro, luego el agua percola a través de las diferentes capas del filtro, la materia orgánica queda retenida en la superficie y las lombrices la digieren transformándola en humus. Se debe mencionar acerca de la gran microbiología existente en las diferentes capas del filtro, las cuales transforman la materia orgánica en CO2 y agua. La altura del Biofiltro es estándar de 1,2 m.

Diseño de unidades de tratamiento

Para Calcular el caudal máximo en este tipo de filtros se considerará un factor de flujo máximo. Este factor es el factor de Harmon.

- Factor de Flujo Máximo

=9

Caudal de diseñomáximo Factor de flujomáximo caudal de diseñomedio

4.48

- Caudal de Diseño Máximo = 12.074 L/s

La Planta será diseñada para soportar el caudal máximo según las bases de cálculo.

Base de cálculo = Caudal de diseño máximo = 12.074 L/s

Caudal de diseño medio

Caudal de diseño máximo factor flujo máximo

4.49

Caudal de diseño medio= 1.34 L/s

Para calcular los módulos se utiliza la tasa de tratamiento del biofiltro, este factor refleja cuánto volumen de aguas servidas puede procesar una unidad de superficie de biofiltro. Tasa de tratamiento = 0,4 [m3/m2/d] = 0,28 [L/m2/min] = 0,005 [L/m2/s] (SOLSAN 2004) Area total

Caudal de diseñomedio Tasa de tratamiento

Área Total

= 26 m2

Número de módulos

= 9 Unidades

Área Estimada Módulo = 30 m2

Las dimensiones del módulo son:

4.50

Debido a la irregularidad de la topografía

se adoptara un sistema tipo

escalonado: Largo

= 20 m

Ancho

= 1.5 m

Área Final =270 m2

Cálculos de puntos de distribución. Para distribuir el agua servida sobre el medio filtrante se usarán aspersores que con tuberías que permitirán un flujo del residuo industrial liquido. Esta configuración distribuirá uniformemente el agua sobre la superficie de Biofiltro. Cada punto de distribución (PD) cubre una superficie correspondiente a una circunferencia de 2 m de radio.

Area cubierta por PD

radio PD

2

4.51

Área cubierta por PD = 12.57 m2

Gráfico 4.2. Esquema gráfico de los puntos de distribución

AREA DE ROCIADO

Fuente: El autor.

Para distribuir correctamente el flujo sobre la superficie del módulo se requieren 22 puntos de distribución. El caudal de cada punto de distribución se calcula como: Tasa de Riego Máxima Instantánea = 0,3 L/min/m2= 0,01 L/s/m2= 0,432 m3/día/m2

(SOLSAN 2004)

Caudal máximoinstantáneo Tasa de riego áreatotal

Caudal Máximo Instantáneo = 2.7 L/s

4.52

Caudal sobrebiofiltro para diseñohidráulico Factor seguridad =

Caudal máximo instantáneo 4.53 Factor de seguridad

1.2

Caudal sobre biofiltro para diseño hidráulico =

2.25 L/s = 135 L/min

Tabla 4.10. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la entrada del tratamiento

Valor DBO5 NORMA CALIDAD AMBIENTAL DESCARGAS DE mg/L EFLUENTE LIBRO IV (MAXIMO PERMISIBLE) 4950 250 Valor SS mg/L 220 832.818 Fuente: Salida del sedimentador químico (el autor) Tabla 4.11. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la salida del biofiltro.

Valor DBO5 mg/L

NORMA CALIDAD AMBIENTAL DESCARGAS DE EFLUENTE LIBRO IV (MAXIMO PERMISIBLE)

247 Valor SS mg/l 41.64

250

Fuente: El autor.

220

4. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO. 5.1.

BASES DE DISEÑO.

5.1.1. Caudal de diseño. Con los resultados de las muestras compuestas de residuos industriales líquidos (RILES), se determinó que las aguas residuales correspondientes al pozo de revisión 1, caja de visita 2 y caja de visita 3 (ver anexo 2) son las que necesitan tratamiento por su alto contenido de DBO5, DQO y sólidos totales disueltos en el caso del pozo 1, los cuales superan los límites máximos permisibles de entrega en un cuerpo receptor (Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes). Para determinar el contenido de DBO5 máximo que produciría la planta de productos cárnicos se tomará la información proporcionada de mataderos y empresas de elaboración de productos cárnicos en los cuáles se han determinado el valor máximo de carga contaminante producido en este proceso. Basados en la información de horarios de limpieza de materiales y equipos de Ecolac (Amaya 2007), se determinó que la planta de lácteos trabaja 10 horas diarias, pero los diferentes procesos generan aguas residuales de manera intermitente, por lo que para el caudal de diseño tomaremos como caudal medio al caudal máximo aforado durante la jornada de producción diaria durante los cuatro días de aforo de los tres pozos o cajas de revisión según corresponda. Para determinar el caudal de la planta de cárnicos, que se está incorporando recientemente, encontrándose en este momento en fase de construcción y no teniendo datos de caudales de descarga, se tomará como base de partida el diseño con el que está siendo construida la red de desagüe industrial, para el cual la industria fue diseñada con 565 unidades de descarga (sumideros, lavamanos, duchas, fregaderos), todos distribuidos de acuerdo a los requerimientos de cada zona de trabajo (ver anexo 10). Tomaremos como unidad de descarga el lavamanos que es uno de los aparatos más pequeños, dicho aparato puede descargar normalmente 28.5 litros de agua por minuto. Valor muy cercano a 28.32 litros (un pie cúbico) y se le llama unidad de descarga (Pérez 2005). Con las 565 unidades de descarga calculadas se pueden considerar que todos los aparatos funcionarán al mismo tiempo, pero para el diseño se consideró que no todos los aparatos funcionarán al tiempo ya que es de naturaleza improbable, por lo tanto en diseños hidrosanitarios se considera el caudal máximo probable. Consideraremos el método de Roy B. Hunter, presentado en E.U.A, en 1932, este método considera que algunos de los aparatos conectados en un sistema funcionarán al tiempo. Es necesario conocer el coeficiente de simultaneidad según el número de salidas K1. Dependiendo del número de salidas existirá un coeficiente cuyo valor máximo será uno (1) y mínimo (0.20) (Pérez 2001) Para el cálculo del coeficiente de simultaneidad se utilizará la alternativa propuesta por la norma francesa la cual indica el coeficiente así: 1 K1 S 1 4.1

Donde, K1 S

-

Coeficiente simultaneidad. Número de salidas.

Estos dos caudales serán afectados con un factor de mayoración de 1.4 por posibles incrementos de producción y seguridad. 5.2.

CALCULO DE CAUDAL.

Estará en función de la siguiente expresión. Qd= (Caudal aforado Ecolac + Caudal máximo probable cárnicos) × 1.4 Qd Qd1 Qd 2 1.4 4.2 Donde, Qd Qd1 Qd2 1.4

-

Caudal de diseño en l/s Caudal aforado en Ecolac en l/s Caudal máximo probable cárnicos en l/s Factor de mayoración

5.2.1. Caudal aforado Ecolac (Qd1)

Qd1 (QM pozo1 Q M caja 2 Q M caja 3)

4.3

Donde, Qd1 QM pozo1 QM caja 2 QM6 caja 3

-

Caudal de diseño en Ecolac l/s Caudal medio aforado en l/s en el pozo1 Caudal medio aforado en l/s en la caja de visita 2 Caudal medio aforado en l/s en la caja de visita 3

Aplicando datos de aforo (ver anexo 3) tenemos: Qd1= (0.9423+2.6923+0.5682)l/s Qd1= 4.2028 l/s 5.2.2. Caudal máximo probable cárnicos (Qd2) Tabla 4.1. Tabla de resultados del diseño hidrosanitario.

Aparatos sanitarios de descarga Duchas, sumideros industriales, fregaderos, lavamanos

Total unidades sanitarias al punto de vertido

Número de Salidas

565

84

Fuente: El Autor.

Para las 84 salidas de la tabla tenemos:

1 = 0.11 84 1 Pero dependiendo del número de salidas existirá un coeficiente cuyo valor máximo será uno (1) y mínimo (0.20) (Pérez 2001), entonces asumimos un valor de 0.2 K1 = 0.2 (asumido) Entonces: K1

Q = 0.20 × 565 = 113 unidades de descarga probables. 5.2.2.1. Cálculo del colector horizontal para determinar el caudal máximo probable en cárnicos. Caudal de diseño = 113 Un. Luego para pasar de un número de unidades de Hunter a caudal en redes sanitarias se utiliza la curva calculada para fluxómetros, dado que en condiciones más desfavorables, la entrega de los aparatos se produce en forma instantánea. Para obtener dicho caudal de una manera rápida (Pérez 2005), acondicionó la curva para fluxómetro plasmándola en una tabla la cual nos da valores de unidades de descarga preestablecidos para obtener su respectivo caudal. Tabla 4.2. Tabla de caudales para fluxómetro.

UNIDADES CAUDAL (l/s) 100 4.22 120 4.53 Fuente: Pérez Carmona 2005

Con las 113 unidades de descarga de la zona de cárnicos el caudal máximo probable es: Qd2 = 4.4215 l/s Aplicando: Qd= (Qd1+Qd2) ×1.4 Donde, Qd - Caudal de diseño en l/s. Qd1 - Caudal aforado Ecolac en l/s. Qd2 - Caudal máximo probable cárnicos en l/s. Aplicando datos tenemos: Qd= (4.2028 l/s + 4.4215 l/s) × 1.4 = 12.074 l/s. Con este caudal dimensionaremos la P.T.A.R. Caudales superiores que se podrían obtener en casos extremos como infiltración en cajas de revisión, incendio total en la zona de industrias u otros factores, serán controlados por medio de un canal de excesos. 5.3.

PARAMETROS DE ENTRADA Y SALIDA DEL TRATAMIENTO.

5.3.1. Datos de partida. Para el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales se deben conocer los siguientes parámetros que se indican a continuación: Caudal de diseño Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) Sólidos en suspensión totales (SST) Sólidos en suspensión volátiles (SSV)

Temperatura ambiente Sistema de alcantarillado (Unitario o Separativo) 5.3.2. Parámetros de salida: Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5). Sólidos en suspensión totales (SST). 5.4.

PLANTA DE TRATAMIENTO.

5.4.1. Cajón de llegada. Es indispensable construir a la entrada de la EDAR un cajón de llegada del emisario con la finalidad de romper la presión de llegada y uniformizar velocidades, además de servirnos para inspecciones, se lo utiliza como unidad de rebose (vertedero) seguido de un canal by - pass para evitar que a la planta llegue un caudal superior al que se ha diseñado. El by – pass sirve además para realizar la respectiva limpieza y mantenimiento. Debido al diámetro de llegada del emisario hacia la planta (Ø = 200 mm), se cree conveniente colocar un pozo cajón de 0.60 m de ancho por 0.60 m de largo, que tendrá una pantalla para romper la presión. El fondo de este cajón está 10 cm más bajo que el nivel de llegada del emisario (10cm a 15 cm más bajo que la solera del emisario según recomendación del ex – IEOS). 5.4.1.1.

Cálculo de la longitud de caída del chorro en el cajón de llegada:

Datos del emisario: Q - 12.074 l/s Diámetro nominal - 200 mm n de Mannig - 0.01 (para tuberías de PVC) J - 2% (De la tubería de descarga) v - 1.885 m/s (Velocidad en la descarga). Cálculo: y= g=

10 cm = 0.10 m 9.81 m/ s² Y

(de 10cm – 15cm según EX - IEOS) 1 g t2 2

de donde

t

2

Y g

1/ 2

4.4

Aplicando datos tenemos: 0.10m 2 9.81m / s 2

t

Ya que:

X

V t

1/ 2

0.14 s

4.5

Donde, V t

= Velocidad en m/s. = Tiempo de caída en s.

Aplicando datos tenemos: x=

1.885 m/s × 0.14 s entonces

x=

0.269 m = 26.9cm

Por lo tanto, la pantalla rompe presión se colocará a una distancia de 26.9 cm. Las dimensiones finales de las cribas son: Distancia de la pantalla rompe presión adoptada Altura de la pantalla Altura del cajón de llegada

= 0.27 m = 0.40 m = 0.60 m

5.4.2. Longitud de transición al canal de entrada. El agua sale del cajón de llegada a través de una sección de mayor ancho y con poco calado, pasando a un canal que generalmente tiene una sección más estrecha y más profunda. Por lo tanto es necesario intercalar entre las dos una transición, es decir una estructura en la cual este cambio de sección se hace en forma gradual a fin de conseguir que la pérdida de carga sea mínima.

Para nuestro diseño utilizaremos una transición recta que según experiencias de Julian Hinds y la Bureau of Reclamation, encontraron que para α=12°30’ se consiguen pérdidas de carga mínimas en la transición.

La longitud de transición se calcula con la siguiente fórmula:

L

b1 b2 2tag (12.50)

Donde, b1 b2

L

- Ancho del cajón de llegada (m) = 0.60 m. - Ancho de canal de entrada (m) = 0.30 m; (0.30 ≤ [b (m)] ≤ 0.70) - Angulo de transición = 12.5º - Longitud de transición (m)

Aplicando datos tenemos:

4.6

L

0.60 0.30 = 0.677m. 2tag(12.50)

Longitud de transición asumida = 0.70 m 5.4.3. Canal de entrada. Consideramos los siguientes parámetros: Caudal de diseño (Qd)

= 12.074 l/s (Caudal de diseño)

Pendiente del canal adoptad (S) = 1.5 % [S ≥ 0.5 % Manual de

Depuración

URALITA]. Para controlar la velocidad de llegada al pre tratamiento, adoptamos las recomendaciones del Manual de Depuración Uralita, adoptando una pendiente del 1.5% y además eligiendo un canal de sección rectangular de ancho 0.30m, cumpliendo la sugerencia que dice que el ancho del canal según el Manual de Uralita debe ser: 0.30 ≤ [b (m)] ≤ 0.70, cuyas fórmulas usadas son:

K

Q n b8 / 3 S 1/ 2

4.7

Donde, Q n b S

- Caudal en m3/s - El canal se construirá de hormigón, por tanto: n = 0.013 - Base del canal: 0.30m. - Pendiente media en m/m

K

0.012074 0.013 =0.031775 0.308 / 3 0.0151/ 2

Ya que:

d b

1.66240 K 0.74232

(Canal rectangular)

Donde, d b

- Calado - Base

Aplicando datos tenemos:

d b

0.1285

donde:

d= 0.1285m × 0.30m = 0.038541m = 3.85cm.

Comprobamos la velocidad: Según Krochin, la velocidad debe estar entre (0.70 - 2.0 ) m/s.

Según el Manual de Depuración Uralita, las velocidades recomendadas son: V > 0.60 m/s ( a caudal medio Q m ) V < 3.00 m/s ( a caudal máximo Q d ) Utilizamos la ecuación de Manning que en esta investigación se la estudia de una manera particular (ver anexo 14):

V

1 R 2 / 3 S 1/ 2 n

4.8

Aplicando datos tenemos: V

1 0.013

0.30 0.0385 0.30 2 0.0385

2/3

0.0151 / 2 =0.922 m/s OK.

Altura de resguardo: h ≥ 0.40 m, adoptamos h = 0.4115 m Considerando la altura de seguridad o franco, la altura total será: Ht= d+h H t = 0.0385 m + 0.4115 m H t = 0.45 m El resumen de los datos del canal de entrada al pre tratamiento es: Ancho del canal: b = 0.30 m Calado del canal a caudal máximo:

d = 3.85 cm

Altura del canal:

h = 0.45 m

Longitud del canal:

L = 1.00 m.

5.4.4. Longitud de transición al canal de cribado Viene dado por la siguiente expresión:

L

2 b1 e 2 tan

b2 4.9

Donde, b1 b2 e L

- Ancho del canal cribado = 0.45 m - Ancho del canal de enlace = 0.30 m - Espesor del muro central = 0.20 m - Angulo de transición = 12.5º - Longitud de transición

Aplicando datos tenemos:

L

2 0.45m 0.20m 2 tan 12.5

Longitud de transición asumida = 1.80m 5.4.5. Canal de cribado y rejas de desbaste.

0.30

Para proteger las unidades posteriores, se diseñará la unidad de cribado, se ha creído pertinente su instalación ya que en el proceso de producción llegan con los residuos industriales líquidos (RILES) con restos de fundas, trapos usados, sólidos gruesos y material fibroso, impidiendo la obstrucción en vertederos, facilidades de división de flujos, formación de nata, además cuando se realice el mantenimiento de las cajas de visita puede existir posibles ingresos de hojas de plantas y demás residuos sólidos que se presentan en el exterior de la planta. Las normativas impuestas por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda y la Subsecretaría de Saneamiento Ambiental, estipulan que el proceso de cribado se deberá utilizar en toda planta de tratamiento. Motivo por el cual se utilizará una rejilla de limpieza manual, con una inclinación de 45º (EX – IEOS 1993), cuyas barras transversales se apoyan en el fondo del canal y en una plataforma, a donde se puede rastrillar el material retenido por la reja. Será diseñado con dos canales de igual dimensión, para el caudal máximo pasando por una sola unidad. En este caso se asume que una de las unidades esté fuera de operación. Adoptamos una separación útil entre barras de 25 mm (2.5 cm), y un espesor de las barras (circulares) de 10 mm (EX – IEOS 1993). La rejilla se ubicará con limpieza a favor de la corriente, por lo tanto, el parámetro fundamental en la comprobación de rejillas es la velocidad de paso a través de las barras limpias, la misma que para caudal medio tendrá los siguientes límites: 0.40 m/s < V p (Q m.) < 0.75 m/s Diseño: El ancho en la zona de rejillas esta dado por la siguiente expresión: c b 1 s a s s 4.10 Donde, a b c s

- Diámetro de las barras en mm (5mm-10mm según SSA). - Ancho del canal en zona de rejillas en mm. - Ancho del canal de entrada en mm. - Separación útil entre barras en mm (25mm-50mm según SSA).

Aplicando datos tenemos: 300 1 25 10 25 = 410mm 25 El ancho asumido es b= 450 mm = 45 cm = 0.45 m b

El número de barras N vendrá dado por: N

b s a s

Donde, a b s

- Diámetro de las barras en mm. - Ancho del canal en zona de rejillas en mm. - Separación útil entre barras en mm.

4.11

Con lo que el número de barras será: 450 25 = 12.14 U. N 10 25 N ASUMIDO = 12 unidades Chequeo de velocidades . Viene dado por la siguiente expresión:

K

Q n b8 / 3 S 1 / 2

4.12

Donde, Q n b S

-

Caudal en m3/s El canal se construirá de hormigón, por tanto: n = 0.013 Base del canal: 0.40m. Pendiente media en m/m

Aplicando datos tenemos: 0.012074 0.013 =0.0108 0.458 / 3 0.0151/ 2

K

Ya que:

d b

1.66240

K 0.74232 (Canal rectangular)

4.13

Donde, d b

d b

- Calado - Base

0.0576

donde:

d= 0.0576 m × 0.45 m = 0.0259 m = 2.6 cm

Comprobamos la velocidad. Según normativa EX - IEOS 0.40 m/s < V p (Q m.) < 0.75 m/s Utilizamos la ecuación de Manning:

V

1 R 2 / 3 S 1/ 2 n

4.14

Aplicando datos tenemos: V

1 0.013

0.45 0.0259 0.45 2 0.0259

2/3

0.0151 / 2 =0.76 m/s OK

Pérdidas en la rejilla. La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad del flujo entre las barras (Romero 1999). Según Kirschmer, la pérdida de energía en una rejilla limpia puede calcularse por la ecuación: w b

H

Donde, H β β w

4/3

hv

sen

;

hv

V2 2g

4.15

-

Pérdida de energía, m Factor de forma de las barras. 1.79 para barras circulares Ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección del flujo (10mm) diámetro de las barras circulares. - Espaciamiento o separación mínima entre las barras, m; (25mm espaciamiento). - Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación, m. - Angulo de la rejilla con la horizontal. (45 grados con la horizontal) - Aceleración de la gravedad, m/s2. - Velocidad de flujo a través de la rejilla, m/s.

b hv θ g V

Aplicando datos tenemos: H

1.79

1cm 2.5cm

4/3

0.76 0.76 sen450 = 0.011m 2 9.81

En la práctica, para diseño, se adopta por lo menos una pérdida de 15 cm, según las normas SSA y Romero 1999. H adoptado = 0.15m

La cantidad de material retenido en las cribas con aberturas del orden de 25mm está comprendido entre 0.015 y 0.03 litros por m3 de agua residual (SSA 1999).

Con este diseño del cribado cumplimos la normativa local impuesta por La SSA y las recomendaciones de Jairo Romero Rojas, el cual nos enuncia algunas características de las rejillas como: Tabla 4.3. Características de rejillas de barras.

Característica

De limpieza manual De limpieza mecánica.

Ancho de las barras

0.5 - 1.5 cm

0.5 – 1.5 cm

Profundidad de las barras

2.5 - 7.5 cm

2.5 – 7.5 cm

Abertura o espaciamiento

2.5 - 5cm

1.5 – 7.5 cm

Pendiente con la vertical

30 – 45 grados

0 – 30 grados

Velocidad de acercamiento

0.3-0.6 m/s

0.6 – 1 m/s

Perdida de energía permisible.

15 cm

15 cm

Fuente: Jairo Alberto Romero Rojas(1999)

Compuerta a la entrada al canal de cribado. Se colocará dos canales de cribado conforme las disposiciones locales y las compuertas serán ubicadas al final del cajón de entrada, con las dimensiones del plano anexo: Las dimensiones finales de las cribas son: Ancho: Longitud canal: Altura: Número de barras: Diámetro de barras: Espaciamiento: Número de cribas:

b = 0.45 m L = 1.00 m h = 0.45+0.05=0.5 m n = 12 unidades a = 10 mm s = 25 mm N = 2

5.4.6. Longitud de transición al desarenador. Viene dado por la siguiente expresión:

L

b1 b2 2 tg12.50

Donde, L b1 b2

- Longitud de transición, m. - Ancho del canal de cribado = 0.45 m - Ancho del desarenador = 0.50 m - Angulo de transición = 12.5º

Aplicando datos tenemos:

L

0.50 0.45 = 0.113m. 2 tg12.50

4.16

5.4.7. Desarenador. Se diseñará un desarenador de flujo horizontal para remover partículas de diámetro medio igual o superior a 0.15mm, con una velocidad de flujo de 0.30m/s con una tolerancia del (+/-)20% (EX – IEOS 1999). Según la Dra. Petia Mijaylova Nacheva la velocidad debe mantener entre 0.15 y 0.30 m/s. Datos de partida:

Caudal de diseño (Qd) Tiempo de retención

= 12.074 l/s = 0.012074 m3/s = 30 s. (de 30 a 60 s según Uralita)

Velocidad horizontal (Vh)

= 0.30 m/s (±20%), adoptado 0.24 m/s

Peso específico de las arenas

= 2.65

Diámetro de las partículas a retenerse= 0.15 mm Limpieza del desarenador = Cada siete días El área transversal vendrá dado por la siguiente expresión:

Qd

A Vh

donde :

A

Qd Vh

4.17

Aplicando datos tenemos: A

Ancho del desarenador adoptado A

b ha

0.012074 =0.0503 m2. 0.24

b = 0.50 m donde:

ha

A b

4.18

0.0503m2 0.1006m 0.50m ha = 10 cm. (Altura de la película de agua). ha

Adoptamos:

Comprobando la condición dada para los desarenadores de flujo horizontal: 1 b h

50cm 10cm

b h

5

4.19

5 ; Está dentro de los límites. OK.

Altura de sedimentación. Según las normas del EX – IEOS, se considera una altura de sedimentación (hs) de 0.20 m, entonces, la altura total será:

ht hs ha ht = 0.20 m + 0.10 m = 0.30 m

4.20

Volumen de agua que pasa por el desarenador a los 7 días.

Volumen tiempo

Q

4.21

Vol =0.012074 m3/s × 7días × 10 horas trabajo × 60 minutos × 60 segundos Vol = 3042.648 m3 A los 7 días.

La cantidad de arena recogida por el desarenador, según el texto de la Dra. Petia Mijaylova Nacheva, pág. 81, varía de 75 a 90 l por cada 1000 m3 de agua residual. Se tomo un valor de 75 l/1000m3 de agua residual, adoptándose este valor debido a que en la plantas de procesamiento de productos cárnicos, existirá una zona destinada al procesamiento de productos naturales, y productos alimenticios, motivo por el cual existirá una zona de lavado de productos los cuales se estima que llegarán con residuos de arena, también existe una zona de ingreso de materia prima y otra zona dedicada al ingreso de personal, los cuales están en contacto directo con el medio ambiente arrastrando partículas de arena pero en pequeña cantidad ya que estas zonas representan aproximadamente el 10% de descargas del total de la planta, tanto de la zona de cárnicos como de la zona de lácteos. V de arena= 75 L por cada 1000 m3 de agua residual. Vsr

Vsr

Cant.arena 1000000 75 l 0.2282m3 3 1000000m

VolumenAR

3042.648m 3

4.22

Luego la Longitud del desarenador es:

Ld

Vsr hs b

4.23

Donde, Ld

- Longitud del desarenador, m.

Hs

- Altura de sedimentación, m.

b

- Ancho del desarenador, m.

Aplicando datos tenemos:

Ld

0.2282m 3 = 2.28 m 0.20m 0.50m

Según el EX - IEOS, a la longitud Ld, se debe incrementar entre el 30 - 50%, por lo que se adoptó 30%. Ld adoptada= 2.28 × 1.3 = 2.96 =3 m Según el EX – IEOS, la relación mínima entre el largo y la altura de agua debe ser como mínimo 25. Ld 3m 30 . OK. h 0.10 5.4.8. Compuertas de entrada y salida del desarenador. Para poder realizar la limpieza de sedimentos, se construirán dos canales desarenadores de iguales dimensiones, asumiendo que una de las unidades está fuera de operación cumpliendo la normativa impuesta por la SSA, se colocarán compuertas a la entrada y a la salida para evitar la corriente de retorno; las características geométricas de las compuertas se especifican en el plano anexo. 5.4.9. Longitud de transición a la cámara de grasas. Viene dado por la siguiente expresión: L

2b1 e b2 2 tan

Donde, b1 b2 e L

- Ancho del desarenador = 0.50 m - Ancho del canal de enlace = 0.50 m - Espesor del muro central = 0.20 m - Angulo de transición = 12.5º - Longitud de transición.

Aplicando datos tenemos:

4.24

L

2

0.50m 0.20m 2 tan 12.5

0.50

1.58m.

5.4.10. Diseño del desengrasador. Estos tanques se deben usar en los casos de presencia de desechos industriales con grandes cantidades de aceites y grasas como lo es en nuestro caso el desecho de grasa láctea proveniente de la zona de lácteos principalmente. Se diseñará en función de tiempos de retención para lograr la desemulsión, estableciendo unas características geométricas adecuadas. El sistema más empleado para eliminar las grasas consta de dos fases: En una primera fase se produce la emulsión de las grasas en el arenero mediante aireación, permitiendo su ascenso a la superficie con una velocidad que puede estimarse entre 3 y 4 mm/s. Seguido de esta fase se produce la separación de grasas residuales en las unidades de decantación, procediendo a su retiro. Debido a la variabilidad de caudal durante la jornada de trabajo, podemos considerar las siguientes cifras y parámetros: Cantidad de grasa de 350 mg/l - 750 mg/l (B. Arrojo1, F. Omil1, 2*, J.M. Garrido1 y R. Méndez1 2002 = adoptado 750 mg/l Para remoción de aceites animales o minerales (hidrocarburos), con una densidad alrededor de 0.8 kg/l, se debe proveer una permanencia de 4 min. En las unidades de tamaño mediano (de 10 l/s-20 l/s) : T r = 4 min (Normativa EX - IEOS) La carga superficial recomendada es de 4 l/(m2 x s); (Según normativa EX – IEOS) El área se determina para el caudal máximo. Para desengrasadores rectangulares, la relación largo/ancho es 1.8 a 1, adoptamos el valor de 1.5; (Normativa EX – IEOS)

C arg a

Hidraúlica

Caudal a depurar Area

Aplicando datos tenemos: Caudal a depurar C arg a hidraúlica Área = 3.02 m2 Area

12.074 l / s 4 L /(s m 2 )

4.25

A = b × L, L/b = 1.5 (Según normativa) L = 1.5 b

Ya que: Además se sabe que: Entonces:

El área está dado por la siguiente expresión: Area = b × 1.5 b = 1.5 b2

b

Area 1.5

3.02m2 1.5

1.45m

L = 1.5 × 1.45 m = 2.175 m

La longitud es: L adoptada = 2.20 m

Cálculo de la profundidad: Caudal

V

Volúmen Tiempo retención

Entonces:

V

Q Tr

4.26

12.074 l / s 4 min 60 s / min 2898 l = 2.898 m3 Volúmen Area h

Entonces la altura es: h

Volúmen Area

2.898m 3 3.02m 2

0.96m

h = 0.96 m Adoptamos h = 1.20 m. Se consideró 24 cm por acumulación temporal de lodos. Las dimensiones del desengrasador son: b = 1.45 m L = 2.20 m h = 1.20 m Se incorporará dos pantallas deflectoras a la entrada y salida de la unidad, con el propósito de uniformizar el flujo y retener las grasas.

5.4.11.

Unidad de mezcla rápida.

4.27

Unidad encargada de mezclar el agua con el floculante (Sulfato de Aluminio) y estabilización de pH con cal. El líquido como el químico se añade en forma constante a razón de 0.0033 L/s con el fin de garantizar la máxima eficiencia al momento de producirse los flóculos. Esta unidad funcionará como unidad de coagulación produciendo desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado floculante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí. Esta unidad es la encargada de remplazar la mezcla a 100 rpm (mezcla rápida) durante 15 seg. del laboratorio. Imagen 4.1. Ensayo de jarras

Fuente: El autor.

Debido al diámetro de salida de la cámara de grasas (Ø = 200 mm), se cree conveniente colocar un pozo cajón de 0.60 m de ancho por 0.9 m de largo, para realizar la mezcla rápida este mecanismo funcionará como reservorio que retendrá el fluido y coagulante un determinado tiempo para que la mezcla se uniformice en su totalidad. Floculante para una jornada de trabajo = 60 kg (Ensayo de jarras) Cal = 20 Kg (Ensayo de jarras) Esta dosificación se deberá comprobar y se deberá corregir cualquier anormalidad cuando la planta esté en funcionamiento. 5.4.11.1. Cálculo de la longitud de caída del chorro en la unidad de mezcla rápida. DATOS DEL EMISARIO: Q = 12.074 l/s Diámetro nominal = 200 mm n de Mannig = 0.01 (para tuberías de PVC) J = 2% (De la tubería de descarga) v = 1.885 m/s (Velocidad en la descarga). CÁLCULO: y = 50 cm = 0.5 m g = 9.81 m/ s² Y

1 g t2 2

(según normas EX - IEOS)

Donde:

t

Y 2 g

1/ 2

4.28

t

X

Ya que:

0.50m 2 9.81m / s 2

1/ 2

0.32 s

V t

4.29

Donde, V t

-

Velocidad emisario en m/s Tiempo de caída en s.

Aplicando datos tenemos: x = 1.885 m/s × 0.32 s Entonces x = 0.60 m = 60cm Asumiremos un tiempo de mezcla rápida de T = 10 s (CEPIS 1992) Si Q = 12.074 l/s Vol Q T

4.30

Aplicando datos tenemos: Vol

12.074

l 10s Entonces: Vol s

120.7 l

0.1207m 3

Para que el agua permanezca 10 s en el mecanismo de mezclado se debe diseñar un reservorio que tenga una capacidad de 0.1207m3. V = 0.60 m × 0.90 m × h

Entonces: 0.12074 m3 = 0.60 m × 0.90 m × h h=0.22m O.K.

Las dimensiones de la unidad de mezcla rápida son: b = 0.60 m L = 0.90 m h = 0.80 m 5.4.12.

Floculación

Esta unidad o proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutina las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación. Es un paso del proceso del tratamiento de aguas residuales domésticas, industriales y de la minería. Proceso y parte indispensable para la remoción de: Sólidos en suspensión. Partículas coloidales (menos de 1 micra). Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros). Presentes en los residuos industriales líquidos de la planta de lácteos principalmente.

Diseño Velocidad del flujo: Con la información que se obtuvo del ensayo de prueba de Jarras realizado en el laboratorio de hidráulica de Universidad Técnica Particular de Loja, Unidad de Ingeniería Civil Geología y Minas (UCG) se determinó que: Para un correcto proceso de floculación se debe proporcionar al equipo a una velocidad de 40 r.p.m. Nuestro floculador no será de tipo mecánico y sin la ayuda de paletas que favorezcan la aglutinación de coloides. Se decidió utilizar un floculador de tipo vertical en forma de serpentín (Córdova y Quishpe, Loja-Ecuador, 2006). A ésta velocidad de 40 rpm, a transformaremos en velocidad lineal. Imágenes 4.2. Ensayo de jarras, depuradora compacta, floculador vertical.

Fuente: El autor

Fuente: Córdova y Quishpe, Loja-Ecuador, 2006

W

Reemplazando: W Entonces Ya que

: W : V

2

40 60s rad 4.18 s D W 2 7.62cm 4.18

Entonces

: V

2 60s

2

rad s

;

rpm

4.31

V

15.93

cm s

Donde, W V D

- Velocidad angular - Velocidad lineal - Diámetro del agitador mecánico

De la prueba de Jarras encontramos que el tiempo de floculación mínimo es de 5 minutos. Asumiendo, que tendremos una velocidad lineal de V=16cm/s tenemos: Imagen 4.3. Ensayo de jarras para tiempo de floculación.

Fuente: El autor.

e V t

4.32

Aplicando datos tenemos: cm 60s e 16 5 min s 1 min Entonces: e 4800cm ; e 48.0m Sección del floculador: Ya que: V

0.16

Entonces:

m s

;

A

Q V

Q

0.012074

m3 s 4.33

3

0.012074 A

m s

m s 0.0755m2 0.16

A

Asumiremos 760 cm2 debido a que durante el proceso constructivo del floculador tendremos reducción en su sección, Por lo tanto: Sí

A = 760 cm2

Ya que: Ancho asumido

A = 25cm

b L (cm 2 )

4.34

760 cm2 = 25cm × L L = 30.4 cm Longitud asumida = 31 cm. Pérdida de carga del floculador: Para el diseño del floculador, se tomará el propuesto por (Córdova, Quishpe 2006), en la que proponen un esquema tipo de floculador vertical compacto tipo serpentín que se presenta a continuación para condiciones de espacio reducido.

Gráfico 4.1. Esquema del floculador tipo vertical

L1 L2

Fuente: Córdova y Quishpe, Loja-Ecuador, 2006

Hp

h1

h1

V r 2/3

h2

h3

2

L

Donde, HP h1 h2 h3

4.35

- Pérdida de carga total - Pérdida de carga por fricción - Pérdida de carga en el orificio - Pérdida de carga en el vertedero

4.36

n V r L

-

Coeficiente de fricción de Manning = 0.013 Velocidad Radio hidráulico Longitud de los canales en cada tramo

Calculamos el radio hidráulico con la siguiente expresión: A P

r

4.37

Donde, A - Sección de los canales P - Perímetro mojado Aplicando datos tenemos:

r Entonces: r

25cm 31cm 2 25cm 31cm 25cm 31cm

6.9196cm = 0.0692m

Calculamos la pérdida de carga por fricción:

0.013 0.16 0.06922 / 3

h1 Entonces: h1

2

L

0.0001523 L

Primera vuelta:

L

L1

L2

4.38

L 165.5 cm 165.5 cm L 3.31 m h1 0.0001523 3.31 h1 0.0005041m h1 0.504 mm Pérdida de carga en el orificio: h2

K

V2 2 g

Si K = coeficiente de pérdida de carga = 0.065

Aplicando datos tenemos:

h2

0.065

0.162 19.62

4.39

Entonces:

h2

0.085mm

Se asumirá que tanto en el orificio como el vertedero tendrá igual pérdida de carga: h2 h3 0.085mm Hp

h1

h2

h3

4.40

Hp 0.504 0.085 0.085 Hp 0.674mm Hp asumido 10mm

Por cualquier inconveniente que pudiera producirse durante la construcción de esta unidad, se asumirá que en cada vuelta tendremos una pérdida de carga de 10mm; motivo por el cual será restituida en cada vuelta disminuyendo la altura de la placa de ferro cemento que trabaja como vertedero. En la construcción se obtienen 16 vueltas y en todo el recorrido habrá una pérdida de carga total de:

HpT HpT HpT

16 Hp 16 10mm 160mm

De acuerdo al diseño y al número de vueltas, la longitud total de recorrido será de:

LT 1.655 2 1.645 2 1.635 2 1.625 2 ... 1.515 2 1.505 2 LT 50.56m e V t Ya que: 4.41 e Entonces: t V 50.56m t m 0.16 s t 316 s El tiempo de floculación mínimo obtenido en el laboratorio es 5 min que equivale a 300seg, con lo que se comprueba el tiempo que recorrerá por el floculador tipo vertical en forma de serpentín (316 seg). 5.4.13. Diseño del tanque de sedimentación química. La decantación de aguas residuales industriales coaguladas es una operación semejante a la de la sedimentación primaria, cuyo diseño se hace con base en los mismos parámetros (ROMERO 1999). Las cargas superficiales típicas para dimensionar estos tanques son: Tabla 4.4. Cargas superficiales para sedimentación química.

Suspensión

Carga superficial, m/d

Floc de alumbre

20-24 24-49 28-33 24-49 57-65 31-61

Floc de hierro Floc de cal Fuente: Jairo Alberto Romero, 1999.

Superficie de decantación: Viene dado por la siguiente expresión:

A

Q q

4.42

Donde, A Q q

- Superficie de decantación. - Caudal a tratar en m3/s - Carga superficial m/día (adoptado = 24m/d)

Para calcular la superficie necesaria para caudal máximo se tomará en cuenta que se labora 10 horas diarias. Aplicando datos tenemos: horaslaborables l m3 s Q 12.074 0.012074 10 3600 s s día hora 3 434.664 m / día A 8.871m 2 24m / día

434.664

m3 día

Volumen de decantación: Viene dado por la siguiente expresión:

V

Q T

4.43

Donde, V Q t

- Volumen de decantación, m3 - Caudal a tratar, m³/hora. - Tiempo de retención (horas)

Ya que: Q

0.012074m 3 / s

43.47m 3 / hora

Del ensayo de jarras se concluyó que la velocidad de decantación en muy rápida por este motivo tomaremos como tiempo de retención el mínimo de la tabla recomendada por el manual de depuración Uralita que se detalla a continuación:

Tabla 4.5. Tiempo de retención para tanque sedimentador.

Decantación Primaria

Caudal medio Caudal máximo

Tiempo de retención Valor Valor Valor mínimo típico Máximo 1.5 h 2.0 h 3.0 h 1.0 h 1.5 h 2.0 h

Fuente: Manual de depuración Uralita.

Aplicando datos tenemos:

V

43.47

m3 1hora 43.47m 3 hora Caudal de fangos producidos:

Viene dado por la siguiente expresión: Qf

K C Q 10000 C1

4.44

Donde, Qf Q K C C1

- Caudal medio de fangos producidos (g/h) - Caudal de agua a tratar (m3/h) - Coeficiente de reducción de sólidos en suspensión en la decantación. - Concentración de sólidos en suspensión en el agua bruta (Análisis de laboratorio) - Concentración de fangos en la salida de purga del decantador %.

Parámetros de partida: C = 2776.1 mg/L (Análisis de laboratorio Vélez y Michala 2004) K = 50% (40% - 70% Normas Ex – IEOS, 1993) C1 = 5% (3% - 5% Manual de depuración Uralita) Aplicando datos tenemos:

Qf

50% 2776.1m 3 / hora 43.47m 3 / h 10000 5%mg / l

120.67 g / h

2896.21g / día 86886.24g / mes

Periodo de limpieza= cada 15 días = 0.5 meses Cantidad de fangos= Periodo de limpieza × Qf Cantidad de fangos= 0.5 meses × 86886.24 g/mes = 43443.12 g = 43.44 m3 Volumen del lodo viene dado por la siguiente expresión: Volumen de lodo R Cantidad de fangos

Donde, R

- Coeficiente de reducción de lodo digerido (0.25 – 0.50)

4.45

Aplicando datos tenemos: Volúmen de lodo= 0.3 × 43.44m3 = 13.033 m3 Volumen total. Viene dado por la siguiente expresión: Volúmen total :Volúmen de decantación (m 3 ) Volúmen del lodo (m 3 )

4.46

Aplicando datos tenemos: Volumen total = 43.47 m3+13.03 m3 = 56.5 m3

Tabla 4.6. Di me n sio ne s f i na l es considerando normativa. 13.0 M L= NORMATIVA EX - IEOS 2.2 M 1.5 - 3 h= 2.0 M b= 26 m² 8.87 (Sup. mín. de decantación) SUPERFICIE = 5.9 5 - 40 L/h = 6.5 1.5 - 7.5 L/b = 57.2 m³ 56.50 (Vol. Total necesario) VOLUMEN = F u e nt e : E l a u to r .

Cálculo del colector de aguas. El tirante está en función de la siguiente expresión: Y

0.98

Q b

2/3

4.47

Donde, Q b

- Caudal de agua a tratar (m3/h) - Ancho del canal colector.

Asumimos b= 15 cm Entonces: Y

0.98

0.012074m 3 / s 0.15

Longitud total del canal colector= 2 m

2/3

0.18m

El tanque actuará como desnatador es decir, podrá retener grasa cuya pantalla será el canal colector de aguas residuales, se decidió por este sistema debido que al momento de realizar el ensayo de jarras se observó que en el proceso de floculación el sulfato de aluminio aumenta la densidad de la grasa láctea que en condiciones de quietud (decantación) la grasa sube a la superficie. Imagen 4.4. Aumento de la densidad de la grasa láctea.

Fuente: El autor.

Remoción obtenida en el proceso de decantación: Tabla 4.7. Porcentajes de remoción en la decantación.

Tipo de tratamiento Decantación

% de remoción DBO5 SS 35-45 50-70

Fuente: Romero 1999. Tabla 4.8. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la entrada del tratamiento

Valor DBO5 NORMA CALIDAD AMBIENTAL (MAXIMO PERMISIBLE) mg/l aprox. 9000 250 Valor SS mg/l 220 2776.06 Fuente: Análisis de laboratorio de RILES (ECOLAC); análisis de laboratorio de industria de cárnicos Tabla 4.9. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la salida del sedimentador primario.

Valor DBO5 NORMA CALIDAD AMBIENTAL (MAXIMO PERMISIBLE) mg/l 4950 250 Valor SS mg/l 220 832.818 Fuente: El autor. 5.4.14. Unidad de tratamiento secundario.

Como después de la decantación los valores de DBO5 Y SS son muy altos, requiriendo grandes áreas para su tratamiento y, los costos durante el proceso de construcción y funcionamiento son excesivamente caros, se optó por un sistema único en su género simple de construir, y cuyos rendimientos arrojan excelentes resultados, de fácil operación y mantenimiento, que cumpla con las condiciones topográficas que tenemos en el lugar y económicamente factible, planteándose aplicar una alternativa diferente a las comúnmente utilizadas en nuestro medio, como es la utilización de un lombrifiltro, o filtro dinámico. Los rendimientos del biofiltro para cada parámetro son: •

DBO5

•

Sólidos Suspendidos

: 95 %

•

Sólidos Suspendidos Totales

: 95 %

•

Nitrógeno orgánico total

: 60 a 70 %

•

Fósforo total

•

Coliformes fecales: 1 escala logarítmica (sin radiación UV) y cumple

: 95 % a 98%

: 60 a 70 %

normas de riego (con radiación UV) Fuente: www.alfaeditores.com.

Biofiltro Dinámico y Aeróbico. El Biofiltro consiste en un filtro percolador el cual está compuesto por capas filtrantes, lombrices y microorganismos asociados, sistema de ventilación y doble fondo. El sistema funciona de la siguiente manera: El afluente es asperjado en la superficie del filtro, luego el agua percola a través de las diferentes capas del filtro, la materia orgánica queda retenida en la superficie y las lombrices la digieren transformándola en humus. Se debe mencionar acerca de la gran microbiología existente en las diferentes capas del filtro, las cuales transforman la materia orgánica en CO2 y agua. La altura del Biofiltro es estándar de 1,2 m.

Diseño de unidades de tratamiento Para Calcular el caudal máximo en este tipo de filtros se considerará un factor de flujo máximo. Este factor es el factor de Harmon.

- Factor de Flujo Máximo

=9

Caudal de diseñomáximo Factor de flujomáximo caudal de diseñomedio

- Caudal de Diseño Máximo = 12.074 l/s

4.48

La Planta será diseñada para soportar el caudal máximo según las bases de cálculo.

Base de cálculo = Caudal de diseño máximo = 12.074 l/s

Caudal de diseño medio

Caudal de diseño máximo factor flujo máximo

4.49

Caudal de diseño medio= 1.34 L/s

Para calcular los módulos se utiliza la tasa de tratamiento del biofiltro, este factor refleja cuánto volumen de aguas servidas puede procesar una unidad de superficie de biofiltro. 0,4 [m3/m2/d] =

Tasa de tratamiento =

0,28 [l/m2/min] = 0,005

[l/m2/s] (SOLSAN 2004) Area total

Caudal de diseñomedio Tasa de tratamiento

Área Total

= 26 m2

Número de módulos

= 9 Unidades

4.50

Área Estimada Módulo = 30 m2

Las dimensiones del módulo son: Debido a la irregularidad de la topografía

se adoptara un sistema tipo

escalonado: Largo

= 20 m

Ancho

= 1.5 m

Área Final =270 m2

Cálculos de puntos de distribución. Para distribuir el agua servida sobre el medio filtrante se usarán aspersores que con tuberías que permitirán un flujo del residuo industrial liquido. Esta configuración distribuirá uniformemente el agua sobre la superficie de Biofiltro. Cada punto de

distribución (PD) cubre una superficie correspondiente a una circunferencia de 2 m de radio.

Area cubierta por PD

radio PD

2

4.51

Área cubierta por PD = 12.57 m2

Gráfico 4.2. Esquema gráfico de los puntos de distribución

AREA DE ROCIADO

Fuente: El autor.

Para distribuir correctamente el flujo sobre la superficie del módulo se requieren 22 puntos de distribución. El caudal de cada punto de distribución se calcula como: Tasa de Riego Máxima Instantánea = 0,3 L/min/m2= 0,01 L/s/m2= 0,432 m3/día/m2

(SOLSAN 2004)

Caudal máximoinstantáneo Tasa de riego áreatotal

4.52

Caudal Máximo Instantáneo = 2.7 L/s

Caudal sobrebiofiltro para diseñohidráulico Factor seguridad =

Caudal máximo instantáneo 4.53 Factor de seguridad

1.2

Caudal sobre biofiltro para diseño hidráulico =

2.25 L/s = 135 L/min

Tabla 4.10. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la entrada del tratamiento

Valor DBO5 NORMA CALIDAD AMBIENTAL DESCARGAS DE mg/L EFLUENTE LIBRO IV (MAXIMO PERMISIBLE) 4950 250 Valor SS mg/L 220 832.818 Fuente: Salida del sedimentador químico (el autor)

Tabla 4.11. DBO Y SS presentes en los RILES de la zona de cárnicos y lácteos a la salida del biofiltro.

Valor DBO5 mg/L

NORMA CALIDAD AMBIENTAL DESCARGAS DE EFLUENTE LIBRO IV (MAXIMO PERMISIBLE)

247 Valor SS mg/l 41.64

250

Fuente: El autor.

220

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Es necesario llevar un registro de todos los valores de indicadores de la planta como por ejemplo caudales, temperaturas etc.

Se concluye que la alternativa de una planta de tratamiento aplicada, es la más adecuada para depurar dichas aguas, ya que se adapta a las condiciones del lugar y requiere de menor espacio físico para su implantación. La planta está diseñada para tener una eficiencia de 95 % luego del primer año de operación. Se recomienda que se comience la construcción de la planta de tratamiento lo más pronto posible, a fin de evitar las emisiones de carga orgánica. Es necesario reconstruir por completo las instalaciones sanitarias de la planta de lácteos antes de construir la planta de tratamiento de aguas residuales. La planta de tratamiento está diseñada para soportar un incremento de caudales de hasta un 40 % del caudal actual aforado. En caso de que los caudales superen en un futuro dicho caudal de diseño, se tendrá que tomar las medidas correspondientes como rediseño de la planta incrementando nuevas unidades de tratamiento. Una vez que entre en funcionamiento la planta, se recomienda hacer el monitoreo correspondiente para saber si cumple con las expectativas de diseño, o detectar cualquier anomalía y corregir cualquier falla de funcionamiento. Se deberá sembrar pasto alrededor de las unidades con el objeto de proteger los taludes externos de éstas y evitar su erosión. Debido a las pendientes pronunciadas en donde se cree conveniente ubicar la planta, se debe hacer un estudio completo del suelo en el lugar de implantación del tratamiento y proceder ha realizar el diseño estructural de la planta de tratamiento y muros de contención antes de ser construida.

Es necesario mantener los sumideros limpios evitando arrojar cualquier clase de basura que no permita que el sistema trabaje en óptimas condiciones. En nuestro diseño se procedió a diseñar tres tipos de descargas: sanitarias y pluviales que irán a desembocar a la red de alcantarillado de la zona y las descargas industriales que serán tratadas previamente antes de ser entregadas a las redes de alcantarillado público. Se debe realizar mantenimiento de las cajas de visita y tuberías para evitar que estos se obstruyan. Antes de la construcción de la planta de tratamiento se debe realizar un programa de aforo y muestreo cuando la zona de cárnicos este en funcionamiento y de esa manera corroborar y/o corregir los diseños antes de su implantación. El impacto visual de la localización de la planta de tratamiento es alto, el riesgo proveniente de la elevada inclinación del talud y el poco espacio para su construcción, por lo que se recomienda hacer una análisis para determinar la factibilidad de poder bombear los RILES, hacia la parte superior de las instalaciones de la universidad donde existe espacio suficiente para su construcción y el impacto visual es mínimo.

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