PTAR (Totorilla)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

2017-I

INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

Docente:

Ing. EDWAR LEÓN PALACIOS. Alumnos: BARRIOS QUISPE, Ronel Eliver. CCOLLANA MEDINA, Miguel Angel. HUARCAYA FLORES, Carlos Adriel. MELENDEZ TORRES, Diego L. PUMAHUALLCCA LLACTAHUAMAN, Juan H. ROMERO CURO, Humberto. TORO VELARDE, William. VALENZUELA MALDONADO, Alex.

AYACUCHO-PERU 2017

A nuestras familias por ser nuestro motivo y apoyo para lograr nuestras metas y sueños. Al ingeniero por ser nuestro guía para alcanzar nuestras metas y formarnos como grandes profesionales para el mañana.

INDICE GENERAL ............................................................................................................................ .......................................................1 1.INTRODUCCION ..................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................2 2.OBJETIVOS ...................................................................

2.1. GENEREALES .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. .............................. .......2 2.2. ESPECIFICOS .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. .............................. .......2 .......................................................................................................................... .......................................................3 3.GENERALIDADES ...................................................................

3.1. OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO .................... .......................................... ............................................ ............................................ ........................3 3.2. ORIENTACION PARA EL DISEÑO ................... ......................................... ............................................ ............................................ ........................3 3.2.1 ESTUDIO DE FACTIBILIDAD ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ........................3 3.2.2 DISEÑO DEFINITIVO DE LA PLANTA .................... .......................................... ............................................. .................................. ...........4 ................................................................................................................... ........................................................5 4.DISEÑO DE LA PTAR ...........................................................

4.1. CAMARA DE REJAS ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ......................................... ...................5 4.1.1 CONSTRUCC CONSTRUCCION ION .................... ........................................... ............................................. ............................................ ......................................... ...................5 4.1.2 CONCLUSIONE CONCLUSIONESS ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ....................................... .................10 4.2. DESARENADORES ................... .......................................... ............................................. ............................................ ........................................... .....................11 4.2.1 Tipos de desarenadores.................... desarenadores.......................................... ............................................ ............................................ ............................ ......11 11 4.2.2 Componentes de un desarenador longitudinal ..................... ........................................... ................................... .............12 12 4.2.3 Algunos aspectos de la norma OS 090 ...................... ............................................. .............................................. .........................14 4.2.4 CRITERIOS DE DISEÑO ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ............................ ......14 14 4.3. SEDIMENTADOR ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ........................................... .....................19 4.3.1 SEDIMENTACION ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ................................... .............19 19 4.3.2 TRATAMIENTO PRIMARIO ................... .......................................... ............................................. ............................................ ........................ ..19 19 4.3.3 DISEÑO DEL SEDIMENTADOR ...................... ............................................ ............................................. ....................................... ................19 19 4.4. LECHO DE SECADO ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ....................................... .................28 28 4.4.1 RECOMENDACIO RECOMENDACIONES NES .................... .......................................... ............................................ ............................................ ................................ ..........28 28 4.4.2 PLANOS DEL DISEÑO DEL LECHO DE SECADO ................... ......................................... ....................................... .................29 29 4.4.3 DISEÑO DEL LECHO DE SECADO ..................... ............................................ .............................................. ................................... ............30 30 4.5. FILTROS BILOGICOS .................... ........................................... ............................................. ............................................ ....................................... .................32 4.5.1 RECOMENDACIO RECOMENDACIONES NES .................... .......................................... ............................................ ............................................ ................................ ..........33 33 4.5.2 CONCEPTOS BASICOS ................... ......................................... ............................................ ............................................ ................................ ..........34 34 4.5.3 CONCLUSIO CONCLUSIONES NES ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ....................................... .................34

4.5.4 PLANOS ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................ ............................ ......35 35 4.6. CASETA DE CLORACION ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................ ..........38 38 4.6.1 CILINDROS DE CLORO ................... ......................................... ............................................ ............................................ ................................ ..........38 38 4.6.2 DOSIFICACION DE COLO EN AGUAS SERVIDAS ...................... ............................................ ................................... .............38 38 4.6.3 NORMAS AMBIENTALES PARA AGUAS RECEPTORAS ................... .......................................... ............................ .....39 39 4.6.4 AREAS DE ALMACENAMIENT ALMACENAMIENTO O .................... .......................................... ............................................. ....................................... ................40 40 4.6.5 CALCULO DE UNA ESTACION DE CLORACION .................... .......................................... ....................................... .................42 42 4.6.6 DISEÑO DE CAMARA DE CONTACTO ...................... ............................................ ............................................. ............................ .....44 44 4.6.7 DISEÑO DEL DOSIFICADOR ...................... ............................................ ............................................ ........................................... .....................45 45

1

1. INTRODUCCION El presente informe se realizó en base al expediente técnico de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) del distrito de vinchos específicamente se tomó de la comunidad de Rosas pampa, la cual cuenta con los elementos de cámara de rejas, desarenador, sedimentador, lecho de secado, filtro, cloración. Estos elementos conforman la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) que si bien existen elementos no presentes en esta planta, es debido a que no son necesarios estos elementos debido a la demanda que se tiene. Cada uno de los elementos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) será tratado de manera detallada en cuanto se refiere al diseño de sus elementos. Se adjuntara al informe los planos de cada uno de los elementos diseñados.

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2. OBJETIVOS 2.1 GENERALES: 1. 2.

Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Entender la importancia del tratamiento de las aguas residuales.

2.1 ESPECIFICOS: 1.

2.

3.

4.

Utilizar los diferentes criterios establecidos para el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales. Cumplir los artículos establecidos en el RNE Norma OS-060 para las plantas de tratamiento de aguas residuales. Realizar una comparación al diseño actual de la planta de tratamiento de aguas residuales del expediente técnico de la provincia de Vinchos. Realizar planos en base a los criterios y las normas establecidas.

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3

3. GENERALIDADES 3.1 OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO El objetivo del tratamiento de las aguas residuales es mejorar la calidad para cumplir con las normas de calidad del cuerpo receptor o las normas de reutilización (OS060 art.4.1.1). Es decir no se puede enviar las aguas residuales al medio ambiente en el estado en la que se encuentran, esto produciría una gran contaminación y incluso el agua podría no poder ser reutilizable. El objetivo del tratamiento de lodos es mejorar su calidad para su disposición final o su aprovechamiento (OS060 art.4.1.2). Para que las aguas puedan ser aprovechadas después de ser residuales es necesario el tratamiento porque son aguas contaminadas de drenaje que trae consecuencias graves en la salud si se intentaran aprovechar hídricamente en este estado.

3.2 ORIENTACION BASICA PARA EL DISEÑO Es requisito fundamental para el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales es realizar un estudio al cuerpo receptor, el grado de tratamiento dependerá de la calidad del cuerpo receptor (OS060 art.4.2). Si se desea hacer un aprovechamiento de aguas residuales como efluentes de las plantas de tratamiento, el grado de tratamiento se determinara según el tipo de aprovechamiento a realizarse. Toda planta de tratamiento de agua residuales deberá de tener un cerco perimétrico, y según el tamaño e importancia deberá hacerse obras complementarias como lo son casetas de vigilancia, almacén, laboratorio, vivienda del operador, estas obras serán determinadas si la población es superior a 25000 habitantes, como la planta de tratamiento de aguas residuales es para 400 habitantes solo es necesario el cerco perimétrico Un diseño deberá efectuarse, posterior a determinar el grado de tratamiento, según las etapas:

3.2.1 ESTUDIO DE FACTIBILIDAD Son necesario los siguientes componentes:     

Caracterización de aguas residuales domésticas. Información Básica (Geológica, Geotécnica, Hidrológica y Topografía). Determinación de los caudales actuales y futuros. Selección de los procesos de tratamiento. Aportes per cápita actual y futura. INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

4   

Pre dimensionamiento de alternativas de tratamiento. Evaluación de impacto ambiental y vulnerabilidad ante desastres. Factibilidad técnico-económica de las alternativas y selección de la mas favorable.

3.2.2 DIEÑO DEFINITIVO DE LA PLANTA Comprende:   

      

Estudios adicionales de caracterización que sean requeridos. Estudios geológicos, geotécnicos, hidrológicos y topográficos al detalle. Estudios de tratabilidad de las aguas residuales, con el uso de plantas a escala de laboratorio o piloto, cuando el caso lo amerite. Dimensionamientos de los procesos de tratamiento de la planta. Diseño hidráulico sanitario. Diseño estructural, mecánicos, eléctricos y arquitectónicos. Planos y memoria técnica del proyecto. Presupuesto referencial y fórmula de reajuste de recios. Especificaciones técnicas para la construcción. Manual de operación y mantenimiento.


5

4. DISEÑO DE LA PTAR 4.1 CAMARA DE REJAS Es el primer elemento que conforma la planta, en su interior están construidos dos canales, estos canales son los que reciben el agua residual, uno de ellos conduce el agua hacia el desarenador y el otro se encarga de desviar el exceso de agua captada, a fin de que no entre al sistema y la eficiencia de la planta se vea afectada. El agua excedente proviene principalmente del agua de lluvia.

4.1.1 CONSTRUCCIÓN: Está construida de losa de cimentación de 10 cm. de espesor de concreto hecho en obra con un f´c = 210 kg/cm2 reforzada con varillas del No. 3 (3/8” ø),

lleva cuatro castillos armados con cuatro varillas del No. 3 (3/8” ø) y anillos del No. 2 @ 20 cm. de

separación, muros de tabique de barro rojo de la región, aplanados con mortero cemento arena en proporción 1:3 y emboquillado en la parte superior del muro. Contiene una tapa hecha a base de ángulo de 2” X 1/8”, solera de 2” X 1/8” y redondo de

1 cm. de diámetro.


6 DISEÑO DE LA CAMARA DE REJAS Poblacion

1

Rosaspampa

Caudales de Diseño: Qpd = Qmin = Qmax = Asumiendo : Espaciamiento entre barras (a): Espesor de las barras (t):

2

   

0.70 m/s

 

0.0008 m2





0.0010 m2





Velocidad de aproximación (Vo) 0.56 m/s

Vo = E x V =

Ancho del canal (B):

 



0.003 m

Calculo de la pendiente del canal (S) n= S=

8

0.350 m

Calculo del tirante maximo(Ymax) 

7

0.02500 m 0.00625 m

Area total (A)  

6

1 pulg 1/4 pulg

Area útil (Au)  

5

25.00 mm 6.25 mm

0.80

Velocidad de paso entre rejas ( V ): V=

4

0.0003 m3/s 0.00015 m3/s 0.0005 m3/s

Eficiencia de las Rejas 

3

0.301 lps 0.150 lps 0.541 lps

0.013 0.139654 m/m

Verificación de "Vo" para el caudal mínimo : P =

8.6E-05

Del Programa Hcanales

Ymin = Amin = Y min x B = Vo min=Qmin/Amin=

0.001 m 0.000 m 0.33 m/s


7

9

Co mprob ando con H- CANALES : Caudal Minimo Datos para Hcanales Caudal (Q) = 0.000150 m3/s Ancho de la Solera = 0.35 m Talud (Z) rectangular = 0.00 Rugosidad = 0.013 Pendie nte = 0.13965 m/m

Resulados de H-Canales : Tirante Normal = Area Hidraulica = Velocidad =

10

Numero de barras (N): N = ( B -a )/( a+t) =

11

0.001 m 0.0004 m2 0.3371 m/s

10.00 barras

Pérdida de Carga en rejas 50% de ensuciamiento hf = 1 x (V' 2 -V 0 2 )

0.7

2g

V ´=2V

hf =

12

0.120 m

Datos del emisor de ingreso a la planta Qmax= Qmin= Diametro (De): Diametro (De): Tirante (Ye): n PVC : Asumimos pendiente del colector S =

0.0005 0.0002 6.00 0.15 0.04 0.01

m3/s m3/s pulg m m

0.80%


8

13

Aplicación del Programa H-CANALES 1. PARA QMAX Datos para Hcanales Caudal ( Q) = Diametro = Rugosidad = Pendiente =

0.0005 m3/s 0.20 m 0.01 0.008 m/m

Resulados de H-Canales : T irante Nor mal = Area Hidraulica = Perimetr o moja do = Radio hidraulico = Velocidad = Y/D =

0.0005 0.0012 0.1148 0.0103 0.4231 0.0025

m m2 m m m/s

2. PARA QMIN Datos para Hcanales Caudal (Q) = Diametro = Rugosidad = Pendiente =

0.0002 m3/s 0.20 m 0.01 0.008 m/m


9 Resulados de H-Canales : Tirante Normal = Area Hidraulica = Perimetr o moja do = Radio hidraulico = Velocidad = Y/D =

14

    



0.45

m

Perdida de carga en la transicion ( H ft ) :  

16

m m2 m m m/s

Calculo de la longitud de transicion (Lt): 

15

0.008 0.0004 0.0781 0.0049 0.2593 0.0375

 







0.00010 m

Desnivel entre el Fondo del Emisor y el Fondo del Canal (Z) Sea:

V1 = Ve y V2 = Vo Y1 = Yemisor y Y2 = Ycanal

 V 12   V 22  Z    y1     y 2   hf  2 g   2 g  Z=

-0.009 m

* Se considerará un valor minimo entre 5 - 10 cm

17

Diseño del By-Pass Calculo de la altura de agua sobre el ver tedero:

Q  1.838 x L x H

3/ 2

18

Longitud de Ver teder o ( Lv ) :

0.30 m

H=

0.010 m

Calculo de la pendiente en el By-Pass 2/3 A x R H x S 1 / 2 Q  n

S=

19

0.00290 m/m

Comprobación de que no existe reflujo: Verificación ( E1 > E2 )


10 Y máxim o emisor +ΔZ + V1

2

/2*g > H vertedero + Y máximo canal + V22 /2*g

E1 0.168

20

> >

E2 0.029

NO EXISTE REFLUJO

Calculo del material retenido en las rejas El cálculo de la cantidad de material cribado se determinará de acuerdo con la siguiente tabla. Abertura (mm) 20 25 35 40

Cantidad (litros de material cribado l/m3 de agua residual) 0.038 0.023 0.012 0.009

Segun el Norma OS 090 para una abertura de 1 pulg se tiene 0.023 litros de material cribado en 1 m3 de agua residual. tasa: Qpd:

Frecuencia de limpieza:

0.023 0.00030 25.98 0.60 1.00

l/m3 m3/s m3/dia litros de material retenido/dia vez/dia

0.60 Litros/vez

4.1.2 CONCLUSIONES 1.

2.

3.

Se debe tener cuidado a la hora de diseñar, porque una falla generaría un desastre que afectaría al medio ambiente y perdidas por el desborde. La evaluación ambiental se realizará tomando en cuenta el impacto de las aguas residuales (tratadas o no) en la calidad de las aguas del cuerpo receptor y de sus usos. El tratamiento de aguas debe abortar el componente económico y la situación social, cuando existe una población a la cual impactará un proyecto negativamente o positivamente.


11 4.2 DESARENADORES Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Se utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en sistemas industriales.

4.2.1 Tipos de desarenadores: 1. Tipo Longitudinal (son los más conocidos y utilizados)







Convencional: Es de flujo horizontal, el más utilizado en nuestro medio. Las partículas se sedimentan al reducirse la velocidad con que son transportadas por el agua. Son generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo en gran parte de la disponibilidad de espacio y de las características geográficas. La parte esencial de estos es el volumen útil donde ocurre la sedimentación. Desarenadores de flujo vertical: El flujo se efectúa desde la parte inferior hacia arriba. Las partículas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes: circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo locativo o de espacio. Su costo generalmente es más elevado. Son muy utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Desarenadores de alta rata: Consisten básicamente en un conjunto de tubos circulares, cuadrados o hexagonales o simplemente láminas planas paralelas, que se disponen con un ángulo de inclinación con el fín de que el agua ascienda con flujo laminar. Este tipo de desarenador permite cargas superficiales mayores que las generalmente usadas para desarenadores convencionales y por tanto éste es más funcional, ocupa menos espacio, es más económico y más eficiente.


12

2. Tipo Vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de un vórtice (remolino) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central de un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyen dos diseños básicos: cámaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y cámaras con un fondo inclinado y una abertura grande que lleva a la tolva. A medida que el vórtice dirige los sólidos hacia el centro, unas paletas rotativas aumentan la velocidad lo suficiente para levantar el material orgánico más liviano y de ese modo retornarlo al flujo que pasa a través de la cámara de arena.

4.2.2 Componentes de un desarenador longitudinal Esta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas.


13

a) Zona de entrada:

Cámara donde se disipa la energía del agua que llega con alguna velocidad de la captación. En esta zona se orientan las líneas de corriente mediante un dispositivo denominado pantalla deflectora, a fin de eliminar turbulencias en la zona de sedimentación, evitar chorros que puedan provocar movimientos rotacionales de la masa líquida y distribuir el afluente de la manera más uniforme posible en el área transversal. En esta zona se encuentran dos estructuras: 1. Vertedero de exceso: Se coloca generalmente en una de las paredes paralelas a la dirección de entrada del flujo y tiene como función evacuar el exceso de caudal que transporta la línea de aducción en épocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal excedente, por continuidad, aumenta el régimen de velocidad en la zona de sedimentación y con ello se disminuye la eficiencia del reactor.(En el caso de plantas de tratamiento de aguas residuales , esta estructura no se incluye ya que se debe evacuar la totalidad del flujo) 2. Pantalla deflectora: Separa la zona de entrada y la zona de sedimentación, en ella se realizan ranuras u orificios, de acuerdo con el diseño, a través de los cuales el agua pasa con un régimen de velocidades adecuado para que ocurra la sedimentación, no debe sobrepasar de 0.3m/s. Los orificios pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares, siendo los primeros los más adecuados. b) Zona de desarenación:

Parte de la estructura en la cual se realiza el proceso de depósito de partículas por acción de la gravedad. c) Zona de salida:

Conformada por un vertedero de rebose diseñado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada. d) Zona de depósito y eliminación de la arena sedimentada:

Constituida por una tolva con pendiente mínima de 10% que permita el deslizamiento de la arena hacia el canal de limpieza de los sedimentos. INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

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4.2.3 Algunos aspectos de la norma OS 090: 1. Es de carácter obligatorio en plantas que cuentan con sedimentadores y digestores. 2. Deben ser preferentemente de limpieza manual. 3. Serán dimensionados para cumplir los siguientes requisitos: 





Remoción de partículas mayores a 0.2mm de diámetro. Velocidad constante de 0.3 m/s con margen de 20%. La relación entre el largo y la altura de agua debe ser como mínimo 25.

4. Se debe tener un vertedero para controlar la velocidad en la salida. Pudiendo se de tipo proporcional (sutro), trapezoidal o un medidor de régimen crítico (Parshall o Palmer Bowlus). 5. Deben haber 2 unidades de operación alterna mínimo.

4.2.4 CRITERIOS DE DISEÑO: 1. PARÁMETROS INICIALES DE DISEÑO Es necesario estimar los caudales de diseño:

  ∗ 864 ∗ ∗ ∗


15

2. PREDIMENSIONAMIENTO DEL VERTEDERO PROPORCIONAL (SUTRO) Vertedero Sutro: El vertedero Sutro es una lámina metálica que sirve para medir la velocidad y el caudal en una estructura.

Está gobernada por las siguientes ecuaciones:

         74∗ √  ∗  Predimensionamiento de a y b: Se asume un valor para “b” y se bu sca un valor de “a”, tal que el caudal resultante para un H igual a “a”, sea menor al

caudal mínimo. Predimensionamiento de Hmax: Con estas dimensiones podemos encontrar la altura máxima (Hmax), al remplazar el caudal por Qmax. INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

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3. DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR: Ancho de desarenador: Dado el desarenador tendrá sección rectangular usamos la ecuación:

B  Qmax / Vh ∗ Hmax Para una velocidad de 0.3m/s (Reglamento). Pendiente: Deducida de la Ecuación de Manning

    / ^/^ Donde: Coef. De rugosidad: n(concreto)=0.013 R: Radio Hidrahulico R=Hmax*B/(B+2Hmax) Longitud del desarenador:

5∗ 4. DIMENSIONAMIENTO DE LA TOLVA Cantidad de material retenido:

Vad  Taa x Qmax Dónde: Taa: Tasa de acumulación de arena (0.03 lt/m3). INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

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Altura de tolva: Se asume un valor para el largo de la tolva y se toma el mismo ancho del desarenador y se calcula con:

´   /    Volumen de tolva:

  ′ ∗  ∗  Ejemplo:


18

Finalmente:


19

4.3 SEDIMENTADOR 4.3.1 SEDIMENTACION. Es la separación de las partículas más densas que el agua, y que tenga una velocidad de sedimentación tal, que permita que lleguen al fondo del tanque sedimentador en un tiempo económicamente aceptable

4.3.2 TRATAMIENTO PRIMARIO. Para el tratamiento primario se propone inicialmente una cámara de rejas, a fin de retener los sólidos de mayor tamaño presentes en las aguas negras, posteriormente continúa por el desarenador, en donde se decantan las partículas sólidas de menor tamaño como arenas o arenillas. Posteriormente continua hacia el sedimentador primario el cual es una estructura hermética diseñada para recibir las aguas residuales de las viviendas, separar los sólidos en suspensión de los líquidos, almacenar los sólidos y permitir que el líquido clarificado sea descargado para un tratamiento adicional y disposición. Este tratamiento se ha considerado para las poblaciones que superen el caudal de 20 m3/día, como son los casos de Rosaspampa. El líquido contenido en el sedimentador primario experimenta transformaciones bioquímicas, pero se tiene pocos datos sobre la destrucción de los agentes patógenos., en términos absolutos el efluente aun contendrá grandes cantidades de huevos de anquilostomas y Ascaris. Posteriormente, el efluente resultante del tratamiento primario, continúa hacia el tratamiento secundario, los excesos de solios, pasan hacia el lecho de secado.


20 4.3.3 DISEÑO DEL SEDIMENTADOR Esta unidad puede dividirse en 4 zonas o partes. La imagen muestra estas partes. a) Zona de entrada

Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del sedimentador. b) Zona de sedimentación

Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es la misma en todos los puntos, flujo pistón. c) Zona de salida

Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas. d) Zona de recolección de lodos

Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica.


21 A) CRITERIOS DE DISEÑO: o

o

o o

o o o o

o

o

o

o

o

o

El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 10 a 20 años. El número de unidades mínimas en paralelo es de dos (2) para efectos de mantenimiento. El periodo de operación es de 24 horas por día. El periodo de retención nominal será entre 1.5 a 2 horas (recomendable menor a 2 horas), basado en el caudal máximo diario de diseño. La carga superficial será entre los valores de 2 a 10 m3/m2/día. Velocidad de sedimentación 1.00 a 2.5 m/h La profundidad del sedimentador será entre 2 y 3.5 m. (recomendable 3m). La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 y 10 (recomendable 4). La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los valores de 5 y 30. El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar el deslizamiento del sedimento. La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear perturbaciones dentro de la zona de sedimentación. La descarga de lodos se debe ubicar en el primer tercio de la unidad, pues el 80% del volumen de los lodos se deposita en esa zona. El caudal por metro lineal de recolección en la zona de salida debe ser igual o inferior a 3 l/s. La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de distancia de la pared de entrada.


22

o

Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o 1/6 de la altura (H) a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 ó 1/5 de la altura (H) a partir de la superficie del fondo.

B) DIMENSIONAMIENTO o

o

o

o

o

Determinar el área superficial de la unidad (As), que es el área superficial de la zona de sedimentación, de acuerdo a la relación:

La velocidad de sedimentación se calculara con la siguiente formula.

Determinar las dimensiones de largo L (m), ancho B (m) y altura h (m) de manera tal que se cumplan las relaciones o criterios mencionados anteriormente. Considerando el espaciamiento entre la entrada y la cortina o pared de distribución de flujo. Determinar la velocidad horizontal VH (m/seg) de la unidad mediante la ecuación. El cual debe cumplir con las relaciones mencionadas anteriormente.

Determinar el tiempo de retención To (horas), mediante la relación: INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

23

o

Determinar el número de orificios, cumpliendo con los criterios de diseño.

C) CAUDALES DE DISEÑO

De acuerdo a los estudios realizados en la localidad se tiene el resumen del caudal de diseño en el siguiente gráfico.


24 D) DIMENSIONAMIENTO DE SEDIMENTADOR:

Con los criterios de diseño mencionados se procede a dimensionar el sedimentador. En el cuadro siguiente se muestra el resultado de todos los cálculos realizados.


25


26 E) PLANOS DE PLANTA, SECCIÓN Y CORTE DEL SEDIMENTADOR


27


28 4.4 LECHO DE SECADO En el lecho de secado, el lodo proveniente en este caso de los sedimentadores de las plantas depuradoras desarrolla un proceso natural. El agua contenida en los lodos filtra, por efecto de la gravedad, a través de un lecho filtrante de arena y grava, y es recogida por ductos perforados para ser luego conducida al cuerpo receptor final. Otra parte del agua contenida en los lodos se evapora. Los lechos de secado de lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas servidas se utilizan generalmente en las ciudades de hasta 20,000 habitantes. Para localidades mayores deben utilizarse dispositivos más eficientes, ya que los lechos de secado tendrían dimensiones que los hacen poco convenientes a causa de las grandes áreas requeridas. Una vez seco, el lodo se retira y se evacúa a vertederos controlados o se utiliza como acondicionador de suelos.

4.4.1 RECOMENDACIONES Para el diseño de lecho de secado se tiene que tener en cuenta las siguientes recomendaciones: 





Pueden ser construidos de mampostería de concreto o de tierra (con diques) con profundidad total útil de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos es generalmente de 3 a 6 m pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m. El medio de drenaje es generalmente de 0.3m de espesor y puede tener los siguientes componentes: el medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 15 cm formado por ladrillos colocados sobre el medio filtrante con una separación de 2 a 3 cm llena de arena. La arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo de 0.3 a 1.3mm y un coeficiente de uniformidad entre 2 a 5. Debajo de la arena se debe colocar un estrado de grava graduada entre 1.6 y 51mm de 0.20m de espesor. Los drenes deben estar constituidos por tubos de 100mm de diámetro instalados debajo de la grava.


29 4.4.2. PLANOS DEL DISEÑO DEL LECHO DE SECADO DEL PROYECTO DE ROSASPAMPA: UBICACIÓN EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PLANTA LECHO DE SECADO

CORTE A-A INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

30

4.4.3. DISEÑO DE LECHO DE SECADO 1.- Calculo de la carga de solidos que ingresan al sedimentador C 

Pob  Cp( grSS / hab* dia) 1000

Población: 406 hab Cp : 90 SS gr/hab*día C : 37 Kg SS/día 2.- Calculo de la masa de los sólidos que conforman el lodo digerido Msd  (0.5  0.7  0.5  C )  (0.5  0.3  C )

Msd : 11.88 Kg SS/día


31 3.- Calculo del volumen diario de lodos digeridos Vld 

Msd  lodo  (% sólidos / 100)



: 1.04 kg /l %solidos : 12% Vld : 95.16 kg/l

4.- Calculo del volumen de extracción de lodos Vel 

Vld  Td 1000

Td : 55 días Vel : 5.23 m3

Temp °C 5 10 15 20 > 25

Td (días)

110 76 55 40 30

5.- Calculo del área del lecho de secado Als 

Vel Ha

Ha : 0.35 m Als : 14.95 m2 6.- Calculo del Nº Purgas al año N  purgas 

365 Td

N° de purgas = 7 purgas al año 7.- Dimensionamiento del lecho de secado

Largo = 6m (Por reglamento) Ancho = 3m (Als/Largo)


32 4.5 FILTROS BIOLOGICOS. El filtro biológico es un sistema mixto anaerobio y aerobio no forzado para la depuración de las aguas residuales, por lo general se utiliza en viviendas rurales. Este tipo de tratamiento se considera para una población de 50 a 100 habitantes, que generan aguas residuales mayores a 20 m3/día. El filtro biológico para aguas residuales se compone de una sedimentación primaria (tratamiento primario) con digestión anaerobia de fangos, seguido de un tratamiento mediante un filtro biológico (tratamiento secundario). Las aguas residuales, una vez que pasen el tratamiento primario (donde las bacterias anaerobias degradan la materia orgánica, descomponiendo los sólidos), las aguas claras pasan por el filtro biológico (tratamiento secundario) a través de una tubería que distribuye las aguas claras sobre el material filtrante, donde las bacterias aerobias seguirán depurando el agua de los restos orgánicos y la dejaran en óptimas condiciones para el reusó en la agricultura. Filtro biológico – Tipo horizontal


33 VENTAJAS

DESVENTAJAS

El sistema es muy estable en la operación y

Requieren de un proceso adicional de

eficiente

desinfección

para la remoción de materia orgánica y

para eliminar totalmente los organismos

nutrientes,

patógenos,

Pueden operar sin ningún consumo

Puede colmatarse en poco tiempo, cuando no

energético, al

cuentan En zonas de altitud elevada puede ocurrir que las

La operación es sencill a y con bajo costo.

plantas empleadas no se adapten. Por ello, habría que realizar estudios in situ con especies l ocales.

Perfecta integración a el medio rural y urbano, Un débil compromiso, así como la como

desorganización

parques y jardines.

de los usuarios, hacen que estos proyectos no

Generalmente no producen olores

tengan

4.5.1 RECOMENDACIONES PARA LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS FILTROS BIOLOGICOS La operación y mantenimiento de los filtros biológicos parecen ser complejos, sin embargo, la operación se vuelve relativamente simple luego de que entran a funcionar completamente. En la fase de puesta en marcha, el personal asignado a la operación y mantenimiento deberá ser entrenado para la aplicación. Algunas consideraciones claves se presentan a continuación: 1) Los posibles operadores deberían ser parte de las fases constructivas, de tal manera que ellos puedan familiarizarse con todos los componentes del sistema. 2) Se necesita dar atención diaria a los lechos para estar seguros de que ellos están saturados, pero no inundados. 3) El tanque séptico debe ser diariamente inspeccionados para asegurar que los sólidos no están pasando a los humedales, así mismo se debe retirar las espumas y grasas que flotan en el tanque. 4) Verificar constantemente el crecimiento saludable de las plantas, malos olores, agua sobre la superficie, inundaciones, limpieza, buen mantenimiento, seguridad, etc. 5) Es necesario la toma de muestras por lo menos dos veces durante el primer año en el ingreso del sistema de tratamiento y el efluente final. En el segundo año, se puede evaluar una vez, a fi n de monitorear la remoción de coliformes fecales.


34 4.5.2 CONCEPTOS BASICOS. Aeróbicas: Condición con oxígeno. Anaeróbicas: Condición sin oxígeno. Afluente: Aguas negras o parcialmente tratado, que entra a un depósito, estanque. Efluente: Agua que sale de un depósito o termina una etapa o el total de un proceso de tratamiento. Demanda Bioquímica de Oxigeno : Es una prueba usada para la determinación de los requerimientos de oxígeno para la degradación bioquímica de la materia orgánica en las aguas municipales, industriales y en general residual; su aplicación permite calcular los efectos de las descargas de los efluentes domésticos e industriales sobre la calidad de las aguas de los cuerpos receptores. Los datos de la prueba de la DBO se utilizan en ingeniería para diseñar las plantas de tratamiento de aguas residuales. Percolación: El flujo o goteo del líquido que desciende a través del medio filtrante. El líquido puede o no llenar los poros del medio filtrante. Tratamiento Primario: Proceso anaeróbico de la eliminación de sólidos. Tratamiento Secundario: Tratamiento donde la descomposición de los sólidos restantes es hecha por organismos aeróbicos, este tratamiento se realiza mediante campos de percolación o pozos. Sedimentación: El proceso de asentar y depositar la materia suspendida que arrastra el agua, las aguas negras u otros líquidos, por gravedad. Esto se logra usualmente disminuyendo la velocidad del líquido por debajo del límite necesario para el transporte del material suspendido. También se llama asentamiento.

4.5.3 CONCLUSIONES: Este sistema de tratamiento no es estándar. Se debe diseñar de acuerdo a cada realidad urbana. Es viable para efluentes de poblaciones pequeñas y medianas. Si se desea implementar esta tecnología en la sierra del país, se deberá considerar especies vegetales locales y analizar la calidad del efluente para determinar su aprovechamiento.


35 4.5.4 PLANOS


36


37


38 4.6 CASETA DE CLORACIÓN Las estaciones de cloración merecen mucha atención desde la etapa de diseño, por la importancia que este proceso tiene en la producción de agua segura y por los riesgos que involucran la operación y mantenimiento de las estaciones. En el proceso de diseño de las estaciones de cloración, podemos considerar cuatro etapas: · almacenamiento del cloro. · sistemas de medición y control. · sistemas de inyección.

4.6.1 CILINDROS DE CLORO: El cloro es proporcionado en cilindros metálicos resistentes, de 50 a 1000 kilogramos, en contenedores. Puede ser utilizado en forma líquida o gaseosa. Los cilindros tienen las siguientes características: a) Son de acero. b) La máxima densidad de llenado es 125%. Se define así a la razón de porcentaje entre el peso del gas en el cilindro o contenedor y el peso del agua que puede contener a una temperatura de 15,6 °C. c) Se equipan con sistemas de seguridad (válvulas, protectores).

4.6.2 DOSIFICACION DE CLORO EN AGUAS SERVIDAS: La dosificación de cloro debe ser proveniente de una prueba de laboratorio, pero también de acuerdo a la experiencia podemos presentar rangos o intervalos. El hecho de que se dé un intervalo de valores de las dosis es debido a la variabilidad de las características del agua residual. Por ello, siempre que sea factible, es conveniente realizar ensayos de laboratorio para determinar las dosis óptimas de cloro. La capacidad de los equipos de cloración se selecciona, por lo general, para asegurar el cumplimiento de los criterios específicos de proyecto del país o de los organismos encargados de la protección del cuerpo de agua receptor. En cualquier caso, cuando se especifique el contenido de cloro residual en el efluente o se limite el número final de bacterias coliformes, la cantidad de cloro a aplicar se deberá INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

39 determinar experimentalmente, si ello es posible. Sin embargo, en ausencia de datos más concretos, se pueden emplear los valores máximos de la Tabla como referencia para el cálculo del equipo de cloración a seleccionar.

4.6.3 NORMAS AMBIENTALES PARA AGUAS RECEPTORAS Las normas peruanas sobre la calidad del agua para las aguas receptoras se indican en la Tabla. Estas normas clasifican a las corrientes por su uso en seis categorías: I. Abastecimiento de agua sin tratamiento para el consumo doméstico. II. Fuentes de abastecimiento de agua tratada. III. Agua de riego para cultivos alimenticios que generalmente se comen crudos. IV. Aguas usadas para recreación donde hay contacto corporal con el agua. V. Aguas usadas para el cultivo de mariscos. VI. Aguas usadas para la recreación sin contacto corporal y protección general del ambiente. En general las normas peruanas son consistentes con otras normas internacionales. Sin embargo, las normas peruanas no hacen una distinción explicita entre agua marina y agua fresca. Las Clases I, II y III se aplican claramente a aguas frescas. INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

40 Estos datos están de acuerdo a la Ley No. 17752, “Ley General de Aguas”, Decretos Supremos No. 26169AP y No. 00783SA

4.6.4 ÁREA DE ALMACENAMIENTO: El área de almacenamiento de cloro debe ser abierta. Si se proyectara cerrada, con paredes en todo el contorno, la habitación debe ser ventilada mediante: a) Ventilación natural por medio de aberturas que deben llegar hasta el piso. b) Además de ventilación natural, debe haber ventilación forzada, producida por un extractor o insuflador, dispuesto de modo de obligar al aire a atravesar a nivel del piso todo el ambiente y con capacidad para renovar todo el aire del recinto en un tiempo máximo de 4 minutos. c) Los cilindros deben estar protegidos de la incidencia de la luz solar. INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

41 d) El área de almacenamiento de cloro y la de instalación de los cloradores deben tener puertas que se abran hacia afuera, con vidrio en la parte superior, y estar dotadas de aberturas

CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO

Es necesario conocer el consumo del producto de acuerdo con la capacidad de la planta. La información necesaria es la siguiente: a) caudal del proyecto (Q en L/s). b) dosificación esperada (dosis mínima y máxima en mg/L). c) tiempo de almacenamiento seleccionado. ***La ecuación de balance de masas permite diseñar, evaluar y operar estos sistemas: Q.D=q.C=P

Donde: Q = caudal máximo de diseño en L/s. D = dosis promedio de desinfectante = (D M + D m )/2 (mg/L) (2) D M = dosis máxima (mg/L) D m = dosis mínima (mg/L) q = caudal de solución de cloro (L/s) P = peso requerido del desinfectante (mg/s o kg/d) C = concentración de la solución (mg/L)

DIMENSIONAMIENTO: 

Dosis promedio Para este caso elegiremos una dosificación promedio de 10mg/l



Peso de cloro requerido en el periodo de almacenamiento seleccionado W = Q. T. D



Número de cilindro que se almacenarán N = W/P



Área ocupada por los cilindros INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

42 At = 1,25 Ac.N

Para un caso analizado tendremos:

Donde tomaremos en consideración una dosificación de 10mg/l porque está dentro de los parámetros y por sugerencia de algunas bibliografías, también se considerará un tiempo de 3 meses o su correspondiente aproximado de 90 días. La imagen siguiente se presenta ideas sobre cómo distribuir el almacén, de acuerdo con las recomendaciones de algunos fabricantes.

4.6.5 CÁLCULO DE UNA ESTACIÓN DE CLORACIÓN Los componentes de un sistema de cloración con inyector. Un sistema con inyector incluye básicamente los siguientes componentes: · Balanza. · Clorador (de pared o montaje directo), con manguera de ventilación. · Cadena de protección. · Tubería de abastecimiento con válvula de paso, manómetro, filtro “Y”, adaptador para montaje del inyector y el difusor a fin de aplicar la solución de cloro al agua. · Mascarilla de protección tipo canister. · Juego de repuestos con canister para la mascarilla de protección, empaques de plomo para el montaje del clorador y otros repuestos recomendados por el fabricante para efectuar el mantenimiento adecuado del equipo. · Equipo para la detección de fugas: botella de amoniaco con tapa de apertura rápida. · Cilindros de reserva (como mínimo, tres para plantas pequeñas). INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

43 · Comparador para medir cloro residual. CRITERIOS DE DISEÑO q = Q . D M /C

Donde: D M = dosis máxima, normalmente se asume igual a 10,0 mg/L. C = concentración de la solución clorada. Capacidad requerida del equipo W=Q*DM

Capacidad mínima del clorador Wmin=Wmax/20

Area de la tubería A=q/V

Diametro de la tuberia de alimentacion de agua F=(4*A/p)^0.5

Perdida de carga por fricción Ho=f*L*V^2/2gD

Perdida de cargas menores Hm=K*V^2/2g

Carga dinamica total H=h+Ho+Hm

Potencia de la bomba P=d*q*H/(75E)

Volumen del tanque de contacto de cloro Vtc=Q*t


44 4.6.6 DISEÑO DE CÁMARA DE CONTACTO La cámara de contacto tiene como función asegurar un tiempo de contacto fijo entre el agua y el cloro, de tal modo de asegurar la remoción de bacterias, virus y parásitos presentes en el agua. TIEMPO DE CONTACTO PARA LA REDUCCIÓN DE BACTERIAS

Después de la aplicación del desinfectante para asegurar la remoción de bacterias, normalmente se ha venido aplicando al agua clorada un tiempo de contacto no menor de 20 a 30 minutos.

Longitud total de la cámara de contacto Lt=Vtc/(b*h)

Número de cámaras de contacto N=Lt/L

Para un caso práctico podríamos tener la siguiente configuración calculada en Excel.


45

4.6.7

DISEÑO DEL DOSIFICACOR:

Para diseñar el dosificador estimaremos valores para estar cerca de los rangos permisibles así como también utilizaremos datos antes trabajados en la estación de cloración. Por tanto, tendremos: Caudal mínimo del eyector q=1000*Q*DM/C

escogeremos un diámetro de difusor adecuado que podría ser una tubería de ½’’, de 5/8’’, etc.

Escogeremos también un numero de orificios y su diámetro de manera tal que se cumpla los parámetros que recomiendan. Calcularemos ahora el área total del difusor, así como también del orificio para realizar comparaciones que nos recomiendan. INGENIERIA DE RECURSOS HIDRAULICOS (IC-545) | DISEÑO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

46 Realizamos la comparación: FACTOR=N*Ao/Ad <0.42

Separación de orificios: D=b-N*Do*0.025/(N+1)*100 < 10 cm

Velocidad de difusión: Ve=Q/Ad

Velocidad de orificio: Ve=Q/( Ao*Ad)

En un caso analizado tendremos:


47


PTAR (Totorilla)

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