ESCUEL ESCUEL A SUPERI OR POLI POLI TÉCNI CA D EL CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE CIENCIAS QUÍMICAS BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL TRATAMIENTO DE AGUA II
Tema: “DI SEÑO DE UNA PLANTA DE TARTAM I ENTO DE AGUA AGUA ”
RESI ESI DUAL PARA LA ZONA URBANA DE TI SAL EO
TABLA DE CONTENIDO. (ÍNDICE) Introducción…………………………………………………… Introducción……………………… ……………………………………………………… ……………………………1 …1 Resumen…………………………………………………… Resumen………………………… ……………………………………………………… ………………………………..2 …..2 Justificativo……………………………………… Justificativo…………… ……………………………………………………… ………………………………………….2 …………….2 Objetivos……………………………………………… Objetivos………………… ………………………………………………………… …………………………………….3 ……….3
Marco Teórico…………………………… Teórico……………………………………………………… ………………………………………………….3 ……………………….3 Generalidades del área de estudio……………………… estudio…………………………………………………...4 …………………………...4
Sistemas de tratamiento de aguas residuales a implementar en el área de estudio….4 Rejillas……………………………………………… Rejillas…………………… ………………………………………………….5 ……………………….5 Sedimentador………………………………………………………………...5 Trampa de grasas…………………… grasas……………………………………………… ……………………………………….6 …………….6 Tanque Imhoff………………… Imhoff……………………………………………… …………………………………………….6 ……………….6 ERAS de secado…………………………… secado………………………………………………………… ………………………………..8 …..8 FAFA (filtro anaeróbico de flujo ascendente)…..…………………………...8 Lagunaje……………………………………………………………………10 Normativa Legal…………………………………………………… Legal……………………………………………………………………11 ………………11 Parte experimental………………………………………………………………………….13 Resultados……………………………………………… Resultados…………………… ………………………………………………………… ………………………………….15 ….15
TABLA DE CONTENIDO. (ÍNDICE) Introducción…………………………………………………… Introducción……………………… ……………………………………………………… ……………………………1 …1 Resumen…………………………………………………… Resumen………………………… ……………………………………………………… ………………………………..2 …..2 Justificativo……………………………………… Justificativo…………… ……………………………………………………… ………………………………………….2 …………….2 Objetivos……………………………………………… Objetivos………………… ………………………………………………………… …………………………………….3 ……….3
Marco Teórico…………………………… Teórico……………………………………………………… ………………………………………………….3 ……………………….3 Generalidades del área de estudio……………………… estudio…………………………………………………...4 …………………………...4
Sistemas de tratamiento de aguas residuales a implementar en el área de estudio….4 Rejillas……………………………………………… Rejillas…………………… ………………………………………………….5 ……………………….5 Sedimentador………………………………………………………………...5 Trampa de grasas…………………… grasas……………………………………………… ……………………………………….6 …………….6 Tanque Imhoff………………… Imhoff……………………………………………… …………………………………………….6 ……………….6 ERAS de secado…………………………… secado………………………………………………………… ………………………………..8 …..8 FAFA (filtro anaeróbico de flujo ascendente)…..…………………………...8 Lagunaje……………………………………………………………………10 Normativa Legal…………………………………………………… Legal……………………………………………………………………11 ………………11 Parte experimental………………………………………………………………………….13 Resultados……………………………………………… Resultados…………………… ………………………………………………………… ………………………………….15 ….15
1. INTRODUCCIÓN. La contaminación es un fenómeno global que está afectando al ambiente y claro a los receptores externos como son el agua, aire y suelo. La prevención, reducción y eliminación de los contaminantes vertidos hacia los mismos, es lo ideal para reducir los impactos ambientales negativos. La contaminación de causes hídricos ha sido perjudicial desde sus inicios para la productividad de las zonas aledañas a los mismos, ocasionando un impacto severo en el ambiente. A comienzos del siglo XX, algunas ciudades e industrias empezaron a reconocer que el vertido directo de desechos en los ríos provocaba problemas sanitarios. Esto llevó a la construcción de instalaciones de depuración. Aproximadamente en aquellos mismos años se introdujo la fosa séptica como mecanismo para el tratamiento de las aguas residuales domésticas tanto en las áreas suburbanas como en las rurales. Para el tratamiento en instalaciones públicas se adoptó primero la técnica del filtro de goteo que en muchos estudios y trabajos realizados y desarrollados se llego a lo que se conoce como la planta de tratamiento de aguas residuales a nivel doméstico e industrial Es por estos que es necesario el diseño e implementación estaciones depuradoras (plantas de tratamiento) de aguas residuales, para de esta manera lograr reducir la contaminación de estos efluentes hasta niveles aceptables para ser vertidos a redes de alcantarillado, cursos naturales de agua, o suelo.
Realizándose mediciones del caudal de descarga durante 1 hora se obtuvo el caudal máximo, mínimo y medio mediante un muestreo compuesto, y a más de esto se tomaron muestras de agua residual para el análisis de características físicas, químicas y biológicas de forma, y el resultado nos dio un valor de 316,16 mg/L en DBO y comparando con la Tabla XII del Libro VI, Anexo 1 del TULAS indican que están contaminando el ambiente, a mas de esto se realizo el hidrograma en función del caudal y del tiempo, ya que esto ayuda para el dimensionamiento y elección de las unidades físicas de la planta de tratamiento, cabe explicar que se realizo un levantamiento topográfico del lugar donde se encuentra la empresa y del lugar donde se va a ubicar la planta de tratamiento de las aguas residuales de dicho cantón. Al recopilar la información necesaria de interés nuestro para llegar a nuestro objetivo, se procedió a realizar el dimensionamiento y selección de las unidades físicas de la planta de tratamiento, constituida por: un canal de conducción que lleva el flujo de agua hacia la planta, está provisto de un sistema de rejillas, desarenador, sedimentador, tanque Inhoff, ERAS de secado, filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA), con esto se pretende mejorar la calidad del efluente en un del 79,11% y para lo sólidos suspendidos del 94,672%. Con la planta diseñada se prevé disminuir la contaminación en los factores ambientales.
3.
JUSTIFICATIVO
Como consecuencia del crecimiento poblacional la contaminación es cada vez más
4.
OBJETIVOS
4.1. GENERAL Diseñar una planta de tratamiento para aguas residuales de la zona urbana del cantón Tisaleo. 4.2. ESPECÍFICOS Caracterizar del agua residual de la zona urbana del cantón Tisaleo. Elaborar el levantamiento topográfico del lugar donde se ubicará la planta de tratamiento de aguas residuales Realizar los cálculos necesarios para un correcto diseño de la planta. 5. MARCO TEÓRICO 5.1.GENERALIDADES DEL ÁREA DE ESTUDIO GENERALIDADES DEL ÁREA DE ESTUDIO El cantón Tisaleo, pertenece a la provincia del Tungurahua, tiene una población total de 2744 habitantes distribuidos en dos parroquias:
MICROCLIMA Piso Templado Subandino: Comprende desde los 2.500 metros hasta los 3.200 metros de altura, con temperaturas de 10 a 15 grados centígrados. El relieve en su mayor parte es montañoso. PRECIPITACIONES Posee una precipitación anual promedio de 210.4 mm
Servicios básicos
Tienen acceso a la red de alcantarillado, el 61% de las viviendas.
Agua entubada por red pública dentro de la vivienda: 76%.
Energía eléctrica 61%.
Servicio telefónico 31%. (9)
Pueden ser de limpieza manual o mecánica. Se recomiendas instalar rejillas de limpieza manual para gastos menores a 50L/s; cuando el gasto es mayor o igual, es conveniente utilizar rejillas con limpieza mecánica. El canal de aproximación a la rejilla debe ser diseñado para prevenir la acumulación de arena u otro material pesado aguas arriba de está. Además, debe tener preferiblemente una dirección perpendicular a las barras de la rejilla.
5.2.2. DESARENADOR Desarenador es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen. Existen varios tipos de desarenadores, los principales son:
Desarenador Longitudinal;
etc. La medida del flujo esta basada en la asunción de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base.
VENTAJAS CANALETA
Baja inversión Más resistente que cualquier metal Dimensiones estables Es una canaleta prefabricada, se tiene seguridad en sus dimensiones, moldeada en una sola pieza. Construcción resistente Resistente a la corrosión Fácil instalación Ligera y resistente; puede ser instalado en líneas de concreto Esta característica minimiza la acumulación de suciedad. Durable
5.2.4. SEDIMENTADOR Es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una partícula más densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el fondo del sedimentador. Está en función de la densidad del líquido, del tamaño, del peso específico y de la morfología de las partículas. Esta operación será más eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le suele denominar también decantación.
fluir el agua de manera ascendente. En la superficie inferior se van acumulando las partículas, desplazándose de forma descendente y recogiéndose en el fondo del sedimentador. Las partículas depositadas en el fondo de los equipos (denominados fangos) se arrastran mediante rasquetas desde en fondo donde se “empujan” hacia la salida. Estos fangos, en muchas ocasiones y en la misma planta de tratamiento, se someten a distintas operaciones para reducir su volumen y darles un destino final. (2)
5.2.5. TANQUE IMHOFF El tanque imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena. Esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con grandes áreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como es el caso de las lagunas de estabilización, además de que el tanque imhoff deberá estar instalado alejado de la población, debido a que produce malos olores. El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce la DBO de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secados.
ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. (4)
TANQUE IMHOFF
Fuente: Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000. 5.2.6. ERAS DE SECADO Los lechos de secado son generalmente el método más simple y económico de deshidratar los lodos digeridos, son dispositivos que eliminan una cantidad de agua suficiente de los lodos para que el resto pueda manejarse como material sólido, con un contenido de humedad inferior al 70 %. El lecho típico de secado es de forma rectangular poco profundo,
5.2.7. FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE El filtro anaerobio de flujo ascendente es un proceso para el tratamiento de residuos solubles.
Fuente: Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000. De los sistemas de tratamiento anaerobio es el más sencillo de mantener porque la biomasa permanece como una película microbial adherida y porque como el flujo es ascensional, el riesgo de taponamiento es mínimo. El agua residual es puesta en contacto con el crecimiento biológico anaerobio adherido al medio y como las bacterias son retenidas sobre
En estudios hechos en Brasil se indica que estos filtros logran remociones de DBO del 80% con lechos de piedra de 4 y 7mm y una altura de 1.20m. (6)
NORMATIVA AMBIENTAL. El proyecto se fundamentará en el Texto Unificado de Legislación Ambiental (TULAS) Libro VI, Anexo I, que establece los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para las descargas en cuerpos de aguas o sistemas de alcantarillado.
Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce o sistemas de alcantarillado PARÁMETROS
EXPRESADO COMO
UNIDAD
Aceites y Grasas.
Sustancias solubles en hexano
mg/l
LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE 0,3
Alkil mercurio
mg/l
Aldehídos
mg/l
No detectable 2,0
Aluminio
Al
mg/l
5,0
Arsénico total
As
mg/l
0,1
Bario
Ba
mg/l
2,0
Coliformes Fecales
Nmp/100 ml
Remoción > al 99,9 %
Color real
Color real
unidades de color
* Inapreciable en dilución: 1/20
Compuestos fenólicos
Fenol
mg/l
0,2
Cromo hexavalente Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días)
Cr +
mg/l
0,5
D.B.O5.
mg/l
100
Demanda Química de Oxígeno
D.Q.O.
mg/l
250
Dicloroetileno
Dicloroetileno
mg/l
1,0
Estaño
Sn
mg/l
5,0
Fluoruros
F
mg/l
5,0
Fósforo Total
P
mg/l
10
Nitratos + Nitritos
Expresado como Nitrógeno (N)
mg/l
10,0
Nitrógeno Total Kjedahl
N
mg/l
15
Organoclorados totales
Concentración de organoclorados totales
mg/l
0,05
Organofosforados Concentración de totales organofosforados totales.
mg/l
0,1
Plata
Ag
mg/l
0,1
Plomo
Pb
mg/l
0,2
Potencial de hidrógeno
pH
Selenio
Se
5-9 mg/l
0,1
Sólidos Sedimentables
ml/l
1,0
Sólidos
mg/l
100
carbono
carbono
Tricloroetileno
Tricloroetileno
Vanadio Zinc
Zn
mg/l
1,0
mg/l
5,0
mg/l
5,0
Fuente: Libro VI, Anexo 1 del TULAS 6. PARTE EXPERIMENTAL:
6.1.METODOLOGÍA 6.1.1. Materiales y equipos: Entre los materiales y equipos utilizados se usaron:
MEDICIÓN DE CAUDAL
Balde de 6 litros Cronómetro Mandil Guantes Cuaderno de apuntes
Planimetría del lugar y localización (GPS) Dimensionado de la planta de tratamiento de aguas residuales (cálculos) Diseño en civilcad y autocad Verificación teórica de la legislación ambiental vigente 7. RESULTADOS:
UBICACIÓN DEL LUGAR TISALEO ZONA URBANA
UBICACIÓN DE LA PLANTA
PLANIMETRÍA DEL LUGAR Para la planimetría del lugar primero nos ubicamos la zona donde será la planta de tratamiento de aguas residuales Se alinea con los satélites Se camina con el GPS fijo por todo el área para sacar altimetría
MEDICIÓN DE CAUDAL 1. 2. 3. 4.
Con un balde o recipiente con capacidad de 5 litros se lo llenaba con el agua residual que era recolectada en un canal y luego expulsado por una tubería Se tomó el tiempo con un cronómetro Se repite por tres veces cada 15 minutos hasta completar una hora Se obtuvieron los siguientes datos
Muestra 1 (1 min) 2 (15 min) 3 (30 min) 4 (45 min) 5 (60 min)
Volumen (L) 5 5 5 5 5
Tiempo(seg) 5,51 5,78 6,07 4,59 5,84 TOTAL
HIDROGRAMA Caudal vs Minuto 1.2 1.1 1 0.9 0.8
Caudal (L/seg) 0,908 0,864 0,823 1,089 0,856 4,54
ANÁLISIS DE LABORATORIO DATOS DE LA MUESTRA FUENTE: Zona urbana cantón Mocha
FECHA DE RECOLECCIÓN: 06/06/2012
RECOLECCIÓN POR: -
Chango Gloria Valle Carla
- Novillo Pamela - Viteri Jairo
TIPO DE AGUA: Agua residual de zona urbana
FECHA DE ANÁLISIS: 06/06/2012
Cantón: Mocha
LOCALIDAD: Zona rural ANÁLISIS FÍSICO - QUÍMICO
1) CARACTERÍSTICAS FÍSICAS PARÁMETRO PH TURBIEDAD TEMPERATURA SOLIDOS SEDIMENTABLES
EXPRESADO COMO
LIMITE PERMISIBLE
RESULTADO
Unidades
6,5 - 8,5*
7,94
U.N.T
5*
152,91
C
< 35*
15,30
0,1
247
CAUDAL DE DISEÑO DATOS Caudal (D)= 108,96 L/díahab Población= 2744 habitantes
Población futura.
= población futura = población activa = % de crecimiento poblacional (1,2 en el cantón Mocha) n= número de años.
El alto se le considera 1,5w
El largo es 10 veces w
DISEÑO DE REJILLAS (n)
Se da las características de separación (e) y espesor de barras (S), para calcular el ancho del canal:
DATOS e = 15 mm S = 15 mm
Como son rejillas de limpieza manual se utiliza un ángulo de 60°
PENDIENTE (ECUACIÓN D E M ANNI NG)
Donde
R= (área) (perímetro) S= ΔH (L)
( )
Diámetro interno de arqueta (15-20%)
Si h= 3m según Metcalf Eddy
Tiempo de retención
Altura del diámetro interno de arqueta (1/3 a 1/5)
TANQUE INHOFF Datos
Volumen de sedimentación
Área Transversal
Ángulo 60° (Según OPS)
Área de la cámara
Se asume a = 0,6m
Se toma un ángulo de 30°
Profundidad varía de 0,20 a 0,40 m, en este caso es de 0,30m
Ancho varía de 3 a 6 m, en este caso de 4m
FAFA
Altura varía de 1,8 a 2 m, en este caso es de 1,8 m Tiempo de retención de 12h
Volumen
Área del FAFA
8.
DIMENSIONADO DE LA PLANTA: DIMENSIONADO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DISEÑO DE DESARENADOR DATOS
V= 0,03
= 25920
0,0165
Aproximando más seguridad
CÁLCUL O DEL ÁREA
DISEÑO DE REJILLAS (n)
Se da las características de separación (e) y espesor de barras (S), para calcular el ancho del canal:
DATOS e = 15 mm S = 15 mm
Como son rejillas de limpieza manual se utiliza un ángulo de 60°
Pérdida de carga
PENDIENTE (ECUACIÓN D E M ANNI NG)
Donde
CANAL PARSHALL
( )
Este canal se lo realiza de acuerdo a la siguiente tabla tomando como caudal máximo
DISEÑO DEL SEDIMENTADOR DATOS
V= 0,03
= 25920
Si h= 3m según Metcalf Eddy
Tiempo de retención
TANQUE INHOFF Datos
Se asume el valor de b=0,65m
Área Superficial
Longitud
Volumen de sedimentación
Área Transversal
Ángulo 60° (Según OPS)
Se toma un ángulo de 30°
Altura total (9 a 11 m como máximo)
ERAS DE SECADO
Carga de sólidos en el sedimentador (Cs) = 90 grSS/hab día
Profundidad varía de 0,20 a 0,40 m, en este caso es de 0,30m
Ancho varía de 3 a 6 m, en este caso de 4m
Área del FAFA
√
TUBERÍAS PARA LA EXTRACCIÓN DE LODOS Según el plano de Autocad: Ø= 8“
Longitud= 10,50 m
TUBERÍAS PARAEL TRANSPORTE DE AGUA Longitud= 11,50 m pa sed 1,50 sed inhiff 5m 4 m
Gradiente N=
Interpolación
9.
RESUMEN DEL DIMENSIONADO: TRATAMIENTO Canal de entrada
TRATAMIENTO
ANCHO (m) 0,15
X
Y
ALTO (m) 0,30
LARGO (m) 0,5
NÚMERO DE ESPACIO GROSOR
CANALETA PARSHALL
TRATAMIENTO DIÁMETRO DIÁMETRO h y hi (m) A Cd Ht (m) INTERNO (m) (m) sctrl (m) 4,5 0,75 0,5 0,20 1,06 0,016 0,18 3,20 Sedimentador
TRATAMIENTO
a (m)
b(m)
h(m) y (m)
c(m) d(m)
e (m)
f (m)
g (m)
Tanque Inhoff
0,60
0,65
1,85
0,70
0,30
0,5
0,46
0,50
TRATAMIENTO NÚMERO ANCHO (m) 4 ERAS 3
0,49
ALTO (m) 0,30
LARGO (m) 1,5
BOMBA EXTRACCIÓN DE LODOS Cantidad Tipo 1 Bomba tornillo sin fin 3 Válvulas Globo 10. CUMPLIMIENTO DE LA NORMA Las constantes a y b toman los siguientes valores según Crites y Tchobanoglous Variable DBO SST
a 0,018 0,0075
b 0,020 0,014
SST inicial= 429,1 mg/L
SST final= 429,10- ((57,69 x 420,10 mg/L)/100)
TRATAMIENTO
Sedimentador Imhoff FAFA
DBO EFICIENCIA ASUMIDA (%) 35,71 % 50 35
TRATAMIENTO Desarenador Sedimentador Imhoff FAFA •
RESULTADO (mg/L) 203,26
101,64 66,06
SST EFICIENCIA ASUMIDA (%) 30 57,69 50 80
RESULTADO (mg/L) 429,10 181,55 90,77 32,67
Obteniendo una eficiencia total de la planta para la remoción de la DBO del 79,11% y para lo sólidos suspendidos del 94,672%, de igual manera asumiendo que la DQO es el doble de la DBO se obtiene una descarga de 132,12mg/L, CUMPLIENDO
Se realizó los cálculos necesarios para el correcto diseño de la planta.
RECOMENDACIONES Tener precaución y el equipo necesario para realizar la medición de caudal Tratar de ser lo más precisos en caso que se tome una muestra compuesta
12.
13. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
BIBLIOGRAFÍA. “Manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales”; disponible en; www.frbb.utn.edu.ar/carreras/efluentes/manual_tratamiento.pdf; (18/06/2012) “Rejillas”; disponible en; http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoenca nales/residuales/Tipos%20de%20Tratamiento.htm; (18/06/2012) “Sedimentador”; disponible en; http://ar.answers.yahoo.com/question/index?Q id=20080923062047aakyggl; (18/06/2012) disponible en; http://www.monografias.com/trabajos10 “Sedimentador ”; /tratami/tratami.shtml; (18/06/2012) “Tanque Imhoff”; disponible en; http://es.wikipedia.org/wiki/Tanque_Imhoff; (18/06/2012) “ERAS de secado”; disponible en; http://emison.es/medioambiente/AGUAS/lodo s/eras%20secado.pdf; (18/06/2012) “FAFA”; disponible en; www.bvsde.paho.org/bvsaidis/aresidua/mexico/01512e 07.pdf; (18/06/2012) disponible en; http://www.biologia.edu.ar/tesis/forcillo/d “Lagunaje”; epuraci%C3%b3n_de_aguas_residuales.htm; (18/06/2012) “Generalidades de la zona de estudio, Mocha”; disponible en;
14. ANEXOS: Anexos fotográficos
Medición del caudal
Aguas residuales Tisaleo
Tisaleo
7.1.ANÁLISIS LABORATORIO Ph Y CONDUCTIVIDAD
FOSFATOS
NITRATOS
7.2.Planos con sus respectivos cortes y secciones. 7.2.1. Secciones y cortes de cada componente.
-1-
