Diseño de la PTAR

Catedratico: M.C. Francisco Javier Guzmán Nava

DISEÑO DE UNA PTAR TREN DE TRATAMIENTO PRIMARIO

Ingenieria Sanitaria II

Concluyendo el llamado "circulo virtuoso del agua", el cual abarca desde su captacion en una fuente de abasteci miento hasta su descontaminacion y probable reutilizacion en alguna otra forma de aprovechamiento, se pasa a la etapa en la que se busca incrementar la calidad del agua que ya ha sido utilizada por las personas que habitan un area urbana. Para esto, las aguas denominadas como "Aguas negras" o "Aguas Residuales", han de ser conduci das a una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR), en donde se le brindara el tratamiento adecuado para mejorar su calidad. 1.- DISEÑO DEL CANAL DE ACCESO Partiendo de los datos del emisor (Qmedio, diametro y pendiente de llegada), el primer paso que debemos hacer para proponer nuestro tren de tratamiento, es el diseño de un canal de acceso al mismo, que pueda alojar el gasto medio que conduce nuestro emisor de aguas residuales, mas una aportación adicional por variaciones extraordinarias, como se muestra en el esquema:

Partiendo de la consideracion de un tubo parcialmente lleno (al 80%) para el cual se tiene que la relacion tirante entre diametro (d/D) es igual a 0.80, tenemos las siguientes dos relaciones:

Sustituyendo A y R en la formula:

y aplicando un poco de algebra simple, podemos obtener la ecuacion para el cálculo de D, con el cual podemos proceder para calcular el Area Hidráulica de nuestro canal de acceso, de la siguiente forma: QMEDIO = 17.74 LPS Pendiente = 0.0035 QDISEÑO = 30.00 LPS Coef. "n" = 0.0130 D= 0.24 m o bien D = 24 cm Sabiendo que , y tambien que para tener una seccion rectangular de maxima eficiencia, la base del canal debe ser dos veces el valor del tirante normal; es decir b = 2y , podemos inferir matemáticamente lo siguiente:

Presenta: Carlos Alfredo Dávalos

8vo. Semestre Grupo "A"

Martes 04 de Junio de 2013


Donde


A = Area hidráulica requerida D = Diametro obtenido y = Tirante normal calculado b = Base calculada para maxima eficiencia

0.04 0.24 0.14 0.28


m² m m m

Y de esta forma calculamos un canal rectangular, cuya seccion es de máxima eficiencia, por el cual aseguramos el acceso a nuestro tratamiento primario del gasto para el cual diseñaremos la PTAR. 2.- DISEÑO DEL PRE-TRATAMIENTO El pre-tratamiento es la fase del tratamiento en que se libera a las aguas residuales de aquellos sólidos de gran tamaño que pue dan haberse incorporado a ella en todo el transcurso hacia la PTAR. Consiste en una rejilla formada por barras verticales, espa ciadas a cierta distancia, según se calcule. Existe una propuesta para el espaciamiento, según el espesor de la barra. Para este caso, se hara la siguiente propuesta: Barras de 1 cm de espesor, espaciadas a cada 2.5 cm

Espesor de barra ----------> Espacio entre c/barra -----> No. De barras ------------->

1.00 2.50 8

cm cm Barras

De esta forma se determina que la rejilla para el pretra tamiento para la liberación de sólidos de gran tamaño puede tener la configuración arriba indicada.

3.- DISEÑO DE TRATAMIENTO PRIMARIO (TANQUE SEDIMENTADOR) De acuerdo con Metcalf&Eddy, en relación al diseño del sedimentador primario, se considera una Carga Hidraulica Superficial (CHS), dada en m³/m²/hra, la cual afecta el tiempo de residencia del liquido que se filtra a traves del empaque y simultáneamente la cantidad del liquido retenido en cualquier momento por el empaque. Dado que el flujo por el empaque es en laminas delga das, la velocidad real del flujo es mayor; el incremento de la carga hidraulica es proporcional a la carga real. Para efectos prácticos, en el calculo del area requerida para un tanque sedimentador, se recomiendan las siguientes cantidades de Carga Hidráulica Superficial, en función de un gasto dado:

Q medio 32 - 40 LPS CHS Q maximo 80 - 120 LPS *Metcalf&Eddy, 1991.

40 m³/m²/hra 100 m³/m²/hra

De acuerdo con la recomendación anterior, podemos calcular el area requerida para nuestro tanque sedimentador primario, y con ese dato, calcular las dimensiones de longitud y ancho que le corresponderan, en funcion de las recomendaciones hechas anteriormente, que tienen como objeto optimizar la operabilidad hidraulica del tanque para con los sedimentos.







Por lo tanto, el area requerida será calculada con la siguiente formula:

Q medio CHS A requerida

2592 40 64.8

m³/dia m³/m²/dia m²

En orden a la recomendación del esquema de arriba, en donde se recomienda que para un tanque sedimentador la dimension mayor sera de 3 a 5 veces la dimension menor; es decir L = (3-5) a , se puede calcular el valor de a. Siguiendo la ecuacion derivada de las siguientes expresiones, y considerando que L = 4a , se tendra que:

Por lo que, para tener una buena operabilidad del tanque sedimentador, para el gasto de diseño aquí indicado, y la cantidad de CHS indicada tambien, se propone un tanque sedimentador de las siguientes dimensiones: a= 4.00 metros L = 16.00 metros En conclusion, se propone un tanque sedimentador de: 16.00 por 4.00 metros FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO DEL SEDIMENTADOR PRIMARIO Una vez obtenidas las dimensiones en planta del tanque sedimentador, se procede a calcular su volumen (considerando una altura variable de 3-3,5 m, para esye proyecto se considerara de 3,5 m), de la forma que sigue: ;donde: Lt = Longitud del Tanque 16.00 m a = Ancho del tanque 4.00 m h = Altura del tanque 3.50 m

224

m³

Un esquema del tanque sedimentador, se muestra a continuacion:

Vista en planta y en perfil del tanque sedimentador

Vista en Perfil del Tanque Sedimentador







Vista en Planta del Tanque Sedimentador Analisis de la Tolva de Lodos. Conociendo el volumen total del tanque, se procede a calcular la cantidad de sólidos que se depositaran en la tolva de lodos, los cuales a su vez tendrán que ser desalojados por un conducto en el inferior de la tolva, mediante un sistema de bombeo. Para calcular los sólidos que se sedimentaran, se requiere del dato "Sólidos sedimentables" obtenido en el laboratorio, a partir de la toma de una muestra física del agua a tratar, y del flujo medio a circular por el tanque. *Datos: SS = 5.00 ml / L o bien 5 L / m³ Q DISEÑO = 30.00 LPS o bien 2592 m³ / dia *Nota: Dado que se han considerado un par de tolvas, para dos sedimentadores, el gasto de diseño se dividira entre ambos, dando pie así, a que cada uno aloje la mitad del total de los lodos. Con ello, el volumen de lodos estara dado por: 6480 Lts/dia ; o bien, transformado este valor a m³/hora:

0.27

m³/hora

Una vez obtenida la cantidad de lodos vaciados en el tanque sedimentario (se asume que estos en algun momento llegaran a ocupar el espacio de las tolvas de lodos), y conocido el volumen de la tolva de lodos, se procede a calcular el tiempo en que esta se llenara, para asi conocer el periodo en el cual tendra que operar la bomba que desalojara los lodos de las tolvas. Para calcular el volumen de la tolva, se procede de la siguiente forma:

Donde:

A1 = A2 = H =

4.80 0.26 3.50

m² m² m

V TOLVA =

7.22

m³

Talud 1 a: 3

Para conocer el tiempo que tarda en llenarse la tolva de lodos, que sera el mismo tiempo al cual tendremos que prender la bomba para desalojar los lodos, podemos aplicar la siguiente formula: 26.73


horas



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