Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil. Caracas-Venezuela Trabajo de Grado I
Diseño de una “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales.
Tutor:
“Proyecto de Trabajo de Grado” presentado por:
Ing. José Aranguren Zasha Cisneros O. C.I: 2.145.205
C.I.:
19.692.454.
Daniela Penso R.
C.I.V: 7641
C.I.:
19.434.480
Julio, 2012
Diseño de una "Planta de Tratamiento de Aguas Residuales" para la urbanización "Mis Cariños", Chaguaramas, Estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales. por Cisneros, Zasha ; Penso, Daniela se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported.
Agradecimientos
Agradecemos a nuestros padres ya que sin ellos este sueño de ser futuras profesionales no se haría realidad, gracias por el apoyo incondicional que nos han dado a lo largo de nuestras vidas y que continuarán en el camino que nos queda por recorrer, gracias por habernos siempre apoyado, porque sin ustedes no seriamos las personas de bien que aspiramos seguir siendo, por supuesto para continuar sus pasos, porque son nuestro ejemplo a seguir, desde el momento que nacimos hasta ahora que estamos cerrando un ciclo y que sin ustedes y sin su confianza no hubiese sido posible.
Agradecemos de manera especial y sincera a nuestra Profesora y Directora de Escuela la Ing. Gladys Hernández, por ser nuestra guía durante la realización de este proyecto, sin ella hubiera sido difícil saber con exactitud los parámetros para la ejecución de un “Trabajo de Grado”, gracias por transmitirnos sus experiencias profesionales y de vida, fue una gran ayuda para saber que no estamos solos, que la vamos a tener a usted como otro ejemplo de vida.
Agradecemos a nuestro tutor y profesor Ing. José Aranguren por su importante aporte y participación activa en el desarrollo de este “Trabajo de Grado”, no cabe duda que su participación ha enriquecido tanto con sus conocimientos y el material adecuado la presente tesis, le damos las gracias por dedicarnos parte de su invalorable tiempo en guiarnos y enseñarnos con entrega, todas y cada una de las preparaciones sobre el tema. Zasha Andrea Cisneros Odremán Daniela Alejandra Penso Riera.
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Dedicatoria Ya en el agradecimiento exprese mi gran alegría por este gran paso que estoy a punto de terminar y sin más largas que dar les dedico este logro a mis padres Ivelice Odremán de Cisneros Y Eddie Cisneros, sin ustedes no hubiera llegado hasta acá, con su apoyo diario he tenido la fuerza para seguir adelante a pesar de los obstáculos que pudieron estar en este camino pero llegue, de todo corazón ustedes saben que son mi ejemplo a seguir, mi guía y que siempre van a estar conmigo en mis alegrías, triunfos, derrotas, y todos los aspectos de mi vida que por supuesto ya lo han estado. Te dedico y te doy las gracias a ti má! por darme la vida y por ser constante conmigo, por estar pendiente de los detalles de la vida, por ser mi amiga incondicional, por pelear conmigo también ya que de esa forma me doy cuenta que no puedo vivir sin ti, tu estas entregando este proyecto conmigo, y que el día de mi acto de grado tu también te estás graduando como ingeniera, porque estuviste conmigo día a día llevándome a la universidad, haciendo esas comidas especiales para mis amigos cuando era la hora de estudiar o de rumbear, sin esos detalles tuyos mi vida seria más de los mismo le doy gracias a dios por tenerte conmigo te amo mamá. También te dedico esta tesis a ti pá!, tú también has sido parte fundamental en este momento de mi vida, ya que te has convertido en mi profesor, en mi redactor profesional y quien más que tu se conoce esta tesis de pies a cabeza aunque no me lo digas y siempre me preguntabas ¿hija y cómo va la tesis? Y simplemente te decía ¡bien pá!, sin mucho que hablar pero después te enviaba un correo ¡pá me ayudas con la redacción de la tesis!, lo que más me gusta es que he aprendido demasiado de ti tu eres mi ejemplo de responsabilidad, de profesionalismo, a lo mejor mi mamá lee esto y se pone celosa pero a los dos los amo muchísimo así no se los diga mucho, gracias por estar conmigo desde el comienzo y ser mi compañero de materias cuando estaba sola y no tenía mi idea de que me estaban enseñando fuiste tú quien acaró todas mis dudas y las seguirás aclarando a mí y a mi hermano Aarón, y gracias por dejarte regañar por mi y por mi mama sin decir ni pio solo reírte, siempre con tu alegría y a veces amargura te amo papá. A los dos los adoro, amo, admiro, respeto y les dedico este logro mi tesis y por supuesto mi título que falta poquito.
Zasha Andrea Cisneros Odremán
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Le dedico esta tesis a mi papá Felix Penso, por ser un gran padre. Te doy gracias por cuidarme, apoyarme y estar siempre a mi lado, gracias a ti soy una mejor persona y puedo tener un futuro prometedor. Siempre has estado para mí, enseñándome lo bueno y malo de la vida, el trabajo duro y el amor que le tenemos que tener a las cosas. Siempre vas a ser mi modelo a seguir en cualquier aspecto de la vida porque eres el mejor padre que Dios me pudo dar y es por eso que siempre hare mi mayor esfuerzo para que estés orgulloso de mi. Lo más difícil para mí es poner en pocas palabras el amor y la admiración que te tengo papá. TE AMO.
A mi mamá y mejor amiga Elke Riera, gracias por darme la vida y cuidarme tan duro, sin ti no podría estar aquí en estos momentos. Te doy las gracias por aconsejarme, escucharme, consentirme y siempre darme ánimos de seguir adelante aunque el camino fuera difícil, espero seguir tus pasos y convertirme en una gran mujer como tú. Eres la mejor madre y te amo!
También le dedico mi tesis a mi hermana Gabriela Penso, por siempre ayudarme y cuidarme como una madre, hermana y amiga. Gracias por estar siempre para mí y darme esa confianza que siempre admire de ti, eres la mejor hermana que se pueda pedir y gracias por permitirme ser tía de unos angelitos tan bellos que han iluminado mi vida y que espero que algún día estén orgullosa de su tía. Te quiero y siempre estaré para ti.
A mis abuelos Laurel Riera y Rafael Penso, que siempre los tengo presente conmigo y que sé que ellos guían y cuidan mis pasos en cada momento de mi vida.
Daniela Alejandra Penso Riera
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Universidad Nueva Esparta Escuela de Ingeniería Civil
Autores: Cisneros O. Zasha A; Penso R. Daniela A. Tutor: Ing. Aranguren, José. Año: 2012
Diseño de una “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales.
RESUMEN
Dentro de un proyecto, es característico establecer los parámetros que forman parte este, el presente diseño se funda para una planta de tratamiento de aguas residuales que va a ser utilizada dentro de la urbanización “Mis Cariños”, ubicada en Chaguaramas Estado Guárico, con 4 módulos de 1064 casas de 150 m², viviendas de interés social, con 1500 lts/día de dotación,
según la Gaceta
Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, donde se especifica la dotación de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares, en el caso de este diseño, el gasto diario calculado es de 1.584.000 lts/día. Tomando en cuenta que es un valor muy alto de servicio, se utilizaron tres (3) módulos de tratamiento, para que cumpla con el caudal de diseño. Esta investigación y diseño cuenta con todos los componentes que establecen las normativas venezolanas y prescritas en el decreto No.883 de la Gaceta Oficial No.5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995. Para la elaboración y cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales. De esta manera se fortalecen los conocimientos que intervienen dentro del diseño y cuales medidas limitan la investigación.
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En el diseño de la planta de tratamiento se tomaron en cuenta algunos valores
que son
característicos
su
funcionamiento,
entre ellos
el
valor
correspondiente al de la demanda “Biológica de Oxígeno”, es un dato fundamental dentro de las aguas que se van a recolectar. Es el que dará la información adecuada para saber la cantidad de bacterias que entran y salen de la planta. Existe un valor determinado que indica que el agua puede ser utilizada, bien sea de manera secundaria como para riego de áreas verdes, o que puede llegar a ser vertida en cauces naturales. La planta cuenta con un conjunto de componentes que juntos integran su funcionamiento apropiado, estos son: El “Reactor Biológico” acoplado con tuberías sopladoras de aire, el “Sedimentador” que cuenta con una tolva conectada con una tubería o Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift, encargada de la recirculación del agua. La “Cámara de Cloración” y el “Lecho de Secado”, estos son los componentes principales para el funcionamiento apropiado de la planta.
También es importante destacar que el uso de una planta de tratamiento, se incorpora como un factor ambiental muy importante. El simple hecho de reutilizar las aguas y posteriormente darle el trato adecuado, impiden la contaminación del agua con desechos orgánicos que a la larga producen una contaminación ambiental significativa.
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Nueva Esparta Universirty School of Civil Engineering
Authors: O. Cisneros Zasha A; Penso R. Daniela A. Tutor: Mr. Aranguren, Joseph. Year: 2012
Design of a "Plant Wastewater Treatment" in the urbanization "Mis Cariños", Chaguaramas, Guarico state, to be discharged into natural waterways.
Abstract Within a design project, is characteristic to set the parameters that are a part of this, this design is provided for a wastewater treatment plant, that
will be
used within the neighborhood “Mis Cariños”, located in Chaguaramas, Guarico state; the development consists of 1056 residential houses of social interest divided into 4 main modules, each house has 150 m² of property land and 55 m 2 of construction, it also includes an endowment of 1,584,000 liters per day, according to the Extraordinary Venezuelan Gazette No. 4044. Taking into consideration that it is a very high value of service, three (3) treatment plants were used to ensure the proper compliance with the quantity of daily water consumed. This design and research complies with all the components that are established and identified in the Venezuelan Decree No.883 of the extraordinary Official Gazette No.5.021 for the development and calculation of a plant, as in this way it strengthens the knowledge of both physical and chemicals, like all the known factors involved in the design, that in some way limits the investigation.
vii
In designing the treatment plant, certain characteristic values were considered for its functioning, among them, the value corresponding to the “Biological Oxygen Demand” is a critical chemical data within the waters that will be collected, since this will give the information necessary to find the amount of bacteria entering and leaving the plant, therefore giving an specific value, which indicates whether the water can be used secondarily as to irrigate green areas, or that can be discharged into natural waterways.
The plant has
a
set of
components
that
together ensure its proper
functioning, these are: "Biological Reactor" coupled with oxygen blow pipes, the "Settling" which has a hopper connected to a pipe or ejector pump type Pneumo-Air Lift, responsible for the recirculation of water and activate mud, the "Chamber of Chlorination" and "Dry bed", these are the main components that ensure the proper functioning of the plant.
It is also important to note that the use of a treatment plant, is incorporated as a very important environmental factor, as the simple fact of recycling the water and then give them the appropriate treatment, prevent water pollution from organic waste that eventually produce a significant environmental contamination or illness for residents.
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Índice
Agradecimientos Dedicatoria Resumen Abstract Introducción CAPÍTULO I: El Problema de Investigación 1.1-. Formulación del Problema de Investigación
2
1.2-. Planteamiento del Problema
2
1.3-. Justificación de la Investigación
3
1.4-. Objetivos de la Investigación
4
1.5-. Delimitaciones
5
CAPÍTULO II: El Marco Teórico 2.1-. Antecedentes
7
2.2-. Bases Teóricas
11
2.2.1-. El Agua
11
2.2.1.1-. Composición del Agua
13
2.2.1.2-. Propiedades Físicas del Agua
13
2.2.1.3-. Características de las Aguas Residuales
16
2.2.2-. Demanda Biológica de Oxígeno
18
2.2.3-. Sistema de Tratamiento Seleccionado
19
2.2.4-. Diagrama de Flujo
20
2.2.5-. Descripción del Proceso de Tratamiento
21
2.2.5.1-. Sistema de Desbaste
23
2.2.5.2-. Reactor Biológico
24
2.2.5.3-. Sedimentador Secundario
27
2.2.5.4-. Cámara de Desinfección
29
2.2.5.5-. Lecho de Secado
30
2.2.6-. Decreto N°883
31
2.2.6.1-. Parámetros Físico-Químicos
32
ix
2.2.6.2-. Parámetros Biológicos
34
2.2.7-. Gaceta Oficial de la Republica de Venezuela N° 4.103 Extraordinaria
35
2.2.8-. Urbanización
36
2.2.9-. Posibles Problemas
40
2.2.9.1-. Las Inherentes al Sistema Biológico
40
2.2.9.1.1-. Abultamiento de Lodos
40
2.2.9.1.2-. Alzamiento de lodo
42
2.2.9.1.3-. Aparición de Espuma en los Tanques de Aireación y Sedimentación
43
2.2.9.2-. Las Inherentes al Sistema Biológico
43
2.2.10-. Variable de Operación
44
2.2 .10.1-. Tratamiento biológico
44
2.2.11-. Indicaciones para el Operador
48
2.2.11.1-. Equipos de Aireación
48
2.2.11.2-. Reactor Biológico
49
2.2.11.3-. Sedimentador
50
2.2.11.4-. Clorador
50
2.2.11.5-. Lecho de Secado
51
2.2.12-. Procedimientos de Parada
51
2.2.12.1-. Parada Programada
51
2.2.12.2-. Parada de Emergencia
52
2.2.12.2.1-. En la Energía Eléctrica.
52
2.2.12.2.2-. En los Equipos
52
2.2.13-. Seguridad
53
2.2.13.1-. Riesgos Mecánicos
53
2.2.13.2-. Riesgos Eléctricos
53
2.2.12.3-. Riesgos a Contraer Enfermedades
54
2.3-. Cuadro de Variables
55
2.4-. Terminología Básica
55
CAPÍTULO III: Marco Metodológico 3.1-. Diseño de la Investigación
60
3.2-. Nivel de Investigación
61
x
3.3-. Población y Muestra
61
3.4-. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
62
CAPÍTULO IV: Planta de Tratamiento para Aguas Residuales 4.1-. Cálculo del Caudal
64
4.2-. Cálculo de la Planta de Tratamiento
65
4.2.1-. Cálculo Reactor Biológico
66
4.2.2-. Cálculo Sedimentador
81
4.2.3-. Cálculo Cámara de Cloración
85
4.2.4-. Cálculo Lecho de Secado
86
4.3-. Memoria Descriptiva
88
4.4-. Diagrama de Flujo para Manejo de Programa
91
4.5-. Cálculos Arrojados por el Programa
94
4.6-. Planos de la Planta de Tratamiento
99
CAPÍTULO V: Conclusiones y Recomendaciones 5.1-. Conclusiones
109
5.2-. Recomendaciones
111
BIBLIOGRAFÍA
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Índice de Imágenes
Figura#1: Ciclo Hidrológico
12
Figura#2: Aguas Negras y Grises
17
Figura#3: Incubadora de aire o baño de agua
18
Figura#4: diagrama de flujo de la planta de tratamiento
21
Figura#5: diseño de planta de tratamiento (prototipo).
22
Figura#6: Tanquilla de Desbaste.
23
Figura#7: reactor biológico.
25
Figura#8: Reactor biológico
26
Figura#9: Reactor biológico, sopladores vista sin agua recolectada.
26
Figura#10: Sedimentador
27
Figura#11: Sedimentador (tolva) vista planta y frente.
28
Figura#12: Tolva
28
Figura#13: Clorador
29
Figura#14: Cámara de cloración vista planta.
30
Figura#15: Lecho de secado.
31
Figura#16: vista satelital de la ubicación del terreno.
37
Figura#17: Estacionamiento y Planta Diseñados para cada Vivienda.
38
Figura#18: Distribución de los Módulos a Construir.
39
Figura#19: Ubicación de la Planta de Tratamiento
40
Figura#20: volumen del tanque.
69
Figura#21: dimensiones de los sedimentadores.
82
Figura#22: profundidad del lecho de secado.
87
Figura#23: Comienzo de Programa.
94
Figura#24: Datos para Reactor Biológico.
94
Figura#25: Dimensiones del Reactor
95
Figura#26: Selección del Soplador
95
Figura#27: Datos para Sedimentador
96
Figura#28: Dimensiones Sedimentador
96
Figura#29: Calculo Vertedero
97
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Figura#30: Calculo Cámara de Cloración
97
Figura#31: Calculo Lecho de Secado
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Introducción
En Venezuela el uso de plantas de tratamiento para aguas residuales no es muy conocido, debido a que no se ha establecido un proceso y/o política educativa dirigida a la sociedad para su beneficio, dentro de todo ello. Es importante destacar que la prioridad de la planta, es difundir una cultura ambiental orientada a evitar la contaminación del agua en su disposición final, al ser estas aguas vertidas en los ríos, mares, lagos y en fin en efluentes naturales, lográndose de esta manera crear una matriz de opinión generalizada y compartida de salud ambiental.
En el caso del uso de las plantas de tratamiento para aguas residuales, adicional al importante hecho de ir sustituyendo el uso de sépticos y sumideros, su aplicación facilita la economía a largo plazo y al realizar dicha inversión los cambios ambientales van a ser notorios.
Dentro del diseño de la planta de tratamiento para viviendas unifamiliares, adicionalmente al objetivo ya expuesto de evitar la contaminación de los efluentes naturales, se presenta el considerar como un factor alternativo de este diseño, el tomar en cuenta un punto muy específico de estas aguas tratadas, como lo es su reutilización.
A este recurso natural renovable, en este proceso de tratamiento y adecuación para su disposición y empleo posterior, se le impone todo un sistema científico para modificar las características físico-químicas, biológicas. De esta manera debidamente integrada con los criterios establecidos en la normativa vigente, promover para esta planta toda la serie de procedimientos específicos que permitan su construcción adecuada para el objetivo funcional que se persigue y los
xiv
cuales serán desarrollados y explicados detalladamente dentro del contexto del presente trabajo de grado.
Una planta de tratamiento es en el sentido que se propone en este diseño, una estructura construida para tratar el agua residual antes de ser descargada al medio ambiente y/o también, para la reutilización debido a que los seres vivos no solo lo utilizan para vivir, sino que es esencial para el desarrollo industrial, agrícola de alimentos y lograr metas para un desarrollo económico sostenible de los pueblos del mundo.
Finalmente y a los efectos del presente aparte del trabajo, en forma detallada y en los capítulos siguientes se presenta el fundamento teórico del diseño, así como también todo el desarrollo dimensional que permita la construcción, pruebas y puesta en servicio de una planta de tratamiento de aguas residuales. Que cumpla con los objetivos de “Salud Ambiental” y/ o reutilización de esta agua tratadas para procesos agrícolas y agroindustriales relacionados con el cultivo y procesamiento de alimentos.
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ICAPÍTULO:
Problema de Investigación.
1.1)
Formulación del Problema
¿Cómo se puede implementar un sistema de tratamiento de aguas residuales en la urbanización “mis cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico, que cumpla con los aspectos de recolección, tratamiento y disposición final, establecidos en la normativa sanitaria y ambiental vigente; y que sea como complemento, accesible económicamente a la sociedad?
1.2)
Planteamiento del Problema
En todo el planeta, el agua es un elemento de fundamental para todo ser vivo, pero también de fácil contaminación, es por esto que su cuidado es nuestra responsabilidad. Una urbanización puede producir grandes cantidades de aguas residuales, lo cual traería como consecuencia no solo la contaminación de las aguas si no también enfermedades para los seres humanos. Es por esto, que se han creado diferentes tipos de plantas de tratamiento paras las aguas residuales o industriales de forma compacta, para que los usuarios se vean atraídos a ellas y aporten una ayuda tanto al planeta como a la sociedad, y así comenzar una nueva educación sobre la importancia de mantener nuestras fuentes naturales de aguas, limpias.
Las plantas o sistemas de tratamiento son un excelente mecanismo para el procesamiento de aguas residuales, por su practicidad en cuanto a su construcción, utilización de poco espacio y sencillez de operación y mantenimiento.
El agua es uno de los recursos indispensables, para la sobrevivencia tanto de la humanidad, como de la fauna y la flora, es por esto que se propone en el trabajo de grado, el diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para una 2
urbanización, con la finalidad de disminuir el impacto ambiental de contaminación que se tiene hoy en día en el país, con la disposición final inadecuada de estas aguas. La elaboración de este sistema tiene diversos aspectos que se deben tomar en cuenta en su diseño: primero el estudio de las normas que rigen la materia y que se deben cumplir en su realización, luego se debe enfocar en la teoría y como funciona cada uno de los componentes que integran la planta y por último los cálculos para hallar el dimensionamiento adecuado a los espacios existentes disponibles que tendrá el sistema.
Esta planta de tratamiento aportará nuevas iniciativas para la elaboración de sistemas y procesos ecológicos para las urbanizaciones, que ayuden a mejorar y cuidar nuestro ambiente y educar a la sociedad hacia el alcance de nuevas alternativas ecológicas que se pueden utilizar y estar a disposición de todos.
1.3)
Justificación del Problema
Este diseño traerá dos tipos de beneficios, primero es que las aguas en su disposición final puedan ser vertidas en ríos, mares, lagos dependiendo de su ubicación y con un grado de contaminación disminuido. También que puedan ser reutilizadas en actividades que no requieran el manejo de aguas potables estrictamente, como es el caso del riego en áreas verdes, limpieza de zonas recreativas como canchas de distintos usos, dentro de la urbanización.
Al modificarse las características físicas – químicas naturales de los ríos, lagos y mares por los desechos humanos, se ocasionan daños a los ecosistemas, así como también efectos contaminantes directos e indirectos sobre los organismos vivos y la salud del hombre.
3
La planta de tratamiento de aguas residuales ayudará a resolver un problema de cultura ambientalista que se presenta en el país. El de no tener una iniciativa para evitar la contaminación de aguas y dar a la sociedad una educación ambiental, al enseñarles que existen alternativas ecológicas que pueden implementar en sus hogares todos los días. Esto tiene como objetivo final y primordial la salud pública, de las personas que están en contacto con las aguas no tratadas, que evidentemente contendrán bacterias y virus retenidas en ellas, se verán en riesgo de contraer enfermedades en algunos casos mortales.
1.4)
Objetivos
1.4.1) Objetivo General: Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico, donde el agua en su disposición final será vertida en cauces naturales.
1.4.2) Objetivos Específicos:
Determinar los procesos de aireación, sedimentación y
purificación del sistema de tratamiento residual de acuerdo
a la
calidad mínima exigida para las aguas vertidas en cursos naturales.
Determinar la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) del agua
al comienzo y la culminación del procedimiento del sistema.
Establecer el modo de empleo del oxigeno en el sistema de
tratamiento.
Calcular las dimensiones de los tanques de la planta de
tratamiento de aguas residuales domésticas.
Establecer normativas y modo de trabajo de los operadores
para el manejo de la planta de tratamiento de aguas residuales.
4
Indicar las operaciones de mantenimiento preventivo que necesita la
planta de Tratamiento durante todo su funcionamiento.
1.5)
Delimitación
Según Arias (1999), “La delimitación del problema significa indicar con precisión en la interrogante formulada: el espacio, el tiempo o periodo que será considerado en la investigación, y la población involucrada (si fuere el caso)”
1.5.1) Delimitación Temática El diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, está enmarcado en la investigación de un diseño que cumpla con los requisitos necesarios para el tratamiento de aguas servidas domésticas.
1.5.2) Delimitación Geográfica El proyecto, utilizado como base para el diseño de la planta, se ha previsto en la Urbanización “Mis Cariños”, ubicado en Chaguaramas. Estado Guárico.
1.5.3) Delimitación Temporal Este proyecto fue realizado durante un período de 10 meses, comenzando en Agosto 2011, culminando en mayo 2012
5
CAPÍTULO II: Marco Teórico
2.1) Antecedentes
Hoy en día las aguas residuales son un tema de importancia a nivel mundial, y su tratamiento es prioridad en muchos países para evitar la contaminación de los cauces
naturales.
Por
estas
razones,
existen
una
gran
diversidad
de
investigaciones, tesis, talleres, cursos, entre otros, para aplicar nuevas técnicas y soluciones a la contaminación y el deterioro de cuerpos de aguas receptoras.
En Venezuela se puede notar con facilidad la necesidad de nuevos mecanismos para el tratamiento de aguas residuales, no solo los ríos están en su mayoría contaminados, sino que estos al llegar al mar tienen como consecuencia la contaminación de esta fuente de agua y las playas aledañas a ellas.
Verónica la Corte, 04 de agosto del 2000, Universidad Católica Andrés Bello, Tesis de Grado, “Manual para la Selección de Plantas Compactas para el Tratamiento de Aguas Servidas en Desarrollos Urbanos”.
“Es importante determinar el nivel de tratamiento, el cual vendrá fundamentalmente definido por la normativa según el tipo de medio a utilizar para su descarga del efluente y por las exigencias del cliente, ya que puede surgir la necesidad de reutilización del agua residual tratada. Uno de los factores más importante en el diseño y desarrollo de la planta de tratamiento es su costo, tanto de diseño, construcción, entre otros como también la de operación y mantenimiento.”
Dentro del presente trabajo de grado a realizar, el aporte ofrecido por el referido “Manual para la Selección de Plantas Compactas para el Tratamiento de Aguas Servidas en Desarrollos Urbanos”, fue el de implementar nuevas técnicas
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para el desarrollo de una planta de tratamiento. De esta manera se irán elaborando y organizando esquemas de cada uno de los puntos que se deben tener en cuenta durante su ejecución, diagnósticos y pruebas de una planta de tratamiento para viviendas unifamiliares. También establece el manual el efecto que causa el uso de triturados de basura, en los hogares y cómo cambian las características del agua, ayudando de esta manera a tener un nuevo punto de investigación dentro del presente “Trabajo de Grado”.
Ing. Fernando Nuñez (2006) Curso de Diseño y Cálculo de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas Domésticas de una Urbanización, CaracasVenezuela, Colegio de Ingenieros de Venezuela.
“Para la depuración de las aguas servidas domésticas y de las aguas residuales industriales, se han desarrollado en el mundo, muchos procesos de depuración dentro de sistemas ampliamente conocidos, en relación con sus características fisco-químicas y biológicas, gastos y exigencias del grado de depuración a cumplir.”
Este curso fue realizado en Caracas-Venezuela, aporto importantes aspectos a la investigación, es una guía para que los ingenieros puedan proyectar, construir, mantener y evaluar plantas de tratamiento específicamente para aguas residuales domésticas. En este curso se dan las características, los tratamientos y los modelos de plantas que se pueden encontrar en el mercado, también menciona la Gaceta Oficial No.4.103 para el tratamiento requerido y del sistema para el tratamiento de las aguas residuales de origen doméstico e industrial.
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Ing. José Aranguren, caracas 12 de octubre 2009, Proyecto de Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, Conjunto Residencial Villas del Rey, Oripoto, Municipio El Hatillo, Estado Miranda.
“El presente proyecto corresponde al diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como solución de la disposición y saneamiento de las aguas residuales domésticas que son generadas por el
conjunto residencial
ubicado en Villas del Rey, Oripoto.”
El proyecto ya mencionado, y dentro del diseño de plantas de tratamiento para aguas residuales, aportó gran información para el
presente “Trabajo de
Grado”, en aspectos como el cálculo y algunas definiciones básicas de cada propiedad de los componentes del sistema funcional dentro de una planta de tratamiento.
Algunos de ellos son: Sistema de Desbaste, Reactor Biológico,
Sedimentador Secundario, Cámara de Desinfección y Lecho de Secado.
Artículo de prensa, ENMANUEL SUBERZA 11 de julio 2011 Carlos Slim “Invierte en Obras para el Tratamiento de Aguas Negras”.
“En Venezuela no se ha empleado el funcionamiento de una planta de tratamiento tanto a nivel urbano como industrial, comercial, etc. La prioridad de este diseño es fomentar su uso para que ocasione un impacto ambiental favorable, se han realizado noticias relevantes de que en otros países como México ya están invirtiendo gran cantidad de dinero para recuperar el funcionamiento potable del agua, se realizará una planta de tratamiento que trabajara química y biológicamente en la recopilación de aguas residuales. En cuanto al impacto ecológico, con este proyecto, 60 por ciento de las aguas del Valle de México podrán ser saneadas,
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generará su propia energía eléctrica y aprovechará la extracción del metano de los lodos”.
El implementar un sistema de diseño para la desinfección de las aguas a ser vertidas o reutilizadas de una planta de tratamiento para viviendas unifamiliares, sería un aporte en nuestro país. Cambiaría y reorientaría la educación ambiental de Venezuela y llegaríamos a ser un país dedicado o en progreso al transcurso y protección ecológica de su salud ambiental. Sin embargo, para un país donde sus recursos energéticos relacionados con la producción de energía eléctrica, no estarían en el ámbito del aprovechamiento de el principio de la biomasa, este aporte sería un aspecto a considerar, o bien en casos muy específicos, o en el futuro a largo plazo de la producción de energía eléctrica.
Universidad Católica Andrés Bello, Tesis de Grado; Vladimir Arana Ysa, Diciembre 2009 .Diseño de Planta de Tratamiento de Aguas Negras.
“El poco aprovechamiento que realizan los efluentes de una planta de tratamiento, es una consideración importante para la disminución de costos y la preservación del agua. Las plantas de tratamiento de aguas residuales ofrecen una posibilidad, aspecto que usualmente es usado cuando hay muy poca disposición de agua”
Dentro del diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales, es fundamental considerar el aporte se brinda la utilización del agua proveniente de plantas de tratamiento. Le proporciona de manera cualitativa y cuantitativa a esa comunidad, el uso de estas aguas para procesos relacionados con el riego de áreas verdes y otras aplicaciones relacionadas con el principio de protección al ambiente.
10
2.2) Bases Teóricas 2.2.1) El Agua
“El agua es el compuesto químico que nos es más familiar, el más abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia desde el punto de vista químico, reside en que la casi totalidad de los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, no sólo en los organismos vivos, animales y vegetales, sino en la superficie. No organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en los laboratorios y en la industria, tienen lugar entre substancias disueltas en agua, esto es, en disolución acuosa.
El agua aunque no se considera alimento, su ingestión no genera calorías, es indispensable para la vida, pues aunque no se ingiera alimento alguno, un humano puede sobrevivir varias semanas, pero muere a los 5-10 días si es privado de agua. Las necesidades humanas de agua son de 2 a 5 litros diarios, entre la ingerida como tal y la incorporada en los alimentos.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales: modelización de lodos activos.)
El agua de la tierra está siempre en un constante movimiento donde se recicla y purifica, este procedimiento es llamado ciclo de agua o también conocido como el ciclo hidrológico. Se dice que hay la misma cantidad de agua en la tierra ahora que cuando la tierra comenzó.
El ciclo incluye diferentes fases que son la precipitación, la evaporación, la condensación y la transpiración. Este proceso hace que el agua este cambiando del estado líquido, al sólido y al vapor, esto sucede a causa del calor que produce el sol y la gravedad que ejerce la tierra.
11
Todos estos procesos que realiza el agua hacen que se distribuya de diferentes formas en el planeta y a pesar del enorme volumen de agua que existe en el planeta, solo el 3% es agua dulce. Esta distribución se conforma de la siguiente manera Océanos y mares (97%), Casquetes polares y glaciares (2%), Aguas subterráneas (0,75%), y Ríos y lagos (0,25%).
Por estas razones podemos decir que el agua dulce que se encuentra en el planeta es limitada y se tiene que conservar para evitar problemas futuros de escases, gracias a ella podemos beber, producir alimentos y tener un uso recreativo.
Figura#1: Ciclo Hidrológico (Fuente: http://geogeneral-unesr-bna.blogspot.com/)
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2.2.1.1) Composición del Agua
El agua es una sustancia química formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, y su composición química es la siguiente:
Bicarbonato (HCO3 ) 295,3 (mg/l)
Sulfato (SO4 2 ) 43,0 (mg/l)
Cloruro (Cl ) 39,7 (mg/l)
Calcio (Ca 2+) 86,6 (mg/l)
Magnesio (Mg 2+) 23,3 (mg/l)
Sodio (Na +) 20,7 (mg/l)
2.2.1.2) Propiedades Físicas del Agua
“El agua pura es un líquido inodoro, insípido, transparente y prácticamente incoloro, pues sólo en grandes espesores presenta un tono débilmente azulverdoso. La densidad del agua aumenta anormalmente al elevar la temperatura de 0° a 4°C (exactamente 3,98°C), en que alcanza su valor máximo de 1 g/ml. Por encima o por debajo de esta temperatura, el agua se dilata y la intensidad disminuye.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales: modelización de lodos activos.) Las propiedades físicas del agua se presentan en el siguiente cuadro: P. Moléculas
18,015
P. Congelación
0,0 °C
P. Ebullición
100,0 °C
Temp. Critica
374 °C
13
Pres. Critica
218,4 atm
Cal. de Formación
-68,3 kcal
Cal. Fusión
79,7 cal/g
Cal. Vapor a 20 °C
585,5 cal/g
Cal. Vapor a 100 °C
539,5 cal/g
Calor Especifico
1,0 cal/g
Tabla#1: Propiedades físicas del agua (Fuente:http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=293:fisica&catid=72:cie ncias-naturales&Itemid=480)
Las anomalías del comportamiento de la densidad del agua varían según la temperatura en que está expuesta y la asociación entre moléculas de agua permite los elevados puntos de fusión y de ebullición en el agua. Temp. °C
Densidad
Hielo 0
0,917
Agua 0
0,99987
1
0,99993
3
0,99999
3,98
1,00000
6
0,99999
10
0,99973
15
0,99913
20
0,99823
100
0,95838
Tabla#2: variación de la densidad del agua con diferentes temperaturas. (Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf)
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Las aguas servidas domésticas contienen diferentes características físicas-químicas y biológicas presentes en ella:
Físicas:
-
Color del agua.
-
Olor del agua.
-
Conductividad.
-
Específica.
-
Turbiedad.
-
Sólidos: estos pueden dividirse en dos sólidos suspendidos o no filtrables y los sólidos disueltos o filtrantes.
-
Temperatura: Medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.
-
PH: Potencia de Hidrogeno.
Químicas: Materia Orgánica: contiene compuestos orgánicos tales como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
-
Materia Inorgánica: se encuentran los cloruros, sulfatos, nutriente, metales pesados, gases, residuos toxico, aceites y grasas.
-
Biológicas: cuando hay presencia de micro-organismos patógenos como los paratifoidea, Amibiasis, Hepatitis, Cholera, Leptospirosis, entre otros.
Es fundamental que el Ingeniero, químico, biólogo conozca bien las características de los diferentes microorganismos por su importancia en el procedimiento de purificación. Estos microorganismos son:
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Bacterias
Hongos
Algas Protozoos
Rotífero
Crustáceos
Virus
2.2.1.3) Características de las Aguas Residuales
A las aguas residuales también conocidas como aguas servidas, fecales o cloacales; son aquellas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, que fueron alteradas por diversas actividades y usos.
También “Las aguas residuales se puede definir, considerando las fuentes de su generación, como la combinación de los desperdicios líquidos y los desperdicios acarreados por aguas que se remueven de residencias, instituciones y establecimientos comerciales e industriales junto con agua superficial, subterránea o de tormenta que pueda estar presente.” (Metcalf and Eddy, 1991) “.
Las aguas residuales domesticas están constituidas por un elevado porcentaje de agua (cerca del 99%) y un pequeño porcentaje de sólidos suspendidos (aproximadamente 0,1%). Aunque el porcentaje de los sólidos es pequeño es uno de los mayores problemas que se pueden presentar durante el tratamiento de las aguas.
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Mapa Conceptual #1: Agua Residual Domestica. (Fuente: http://www.mailxmail.com/curso-agua-calidad-contaminacion-2-2/aguas-residuales)
Figura#2: Aguas Negras y Grises (Fuente: http://demaindeco.blogspot.com/2011/05/como-resolver-el-problema-de-las-aguas.html)
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2.2.2) Demanda Biológica de Oxigeno
Según el Ing. Fernando Nuñez, la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) es un parámetro indispensable para determinar la calidad del agua que se está utilizando o se desea verter en algún cauce natural. El DBO es una prueba para determinar la cantidad de materia susceptible a ser oxidada por microorganismos presentes en el agua.
El proceso para determinar el DBO varía según la temperatura, para obtener la Demanda Biológica de Oxigeno se lleva una muestra del efluente al laboratorio para un procedimiento experimental que durante cinco días se mantendrá la muestra con un aproximado de 20 °C, es por esto que se indica como
en la normativa. Este
se puede realizar al comienzo y final de la planta de tratamiento de aguas residuales, para verificar que el sistema este trabajando en perfectas condiciones y esté cumpliendo con las normativas. Los aparatos que se utilizan en el laboratorio son:
Botellas de incubación para la DBO, de 250 a 300 ml de capacidad. Incubadora de aire o baño de agua, controlada termostáticamente a 20 ± 1ºC (no se puede tener ninguna fuente luminosa)
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Figura#3: incubadora de aire o baño de agua (Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-ifm/laboratory-bacterogical-incubator-106942580.html)
Las
normativas y reglamento de cada país, se fijan valores de DBO
máximos que pueda contener el afluente para poder ser vertida a los cauces naturales. Estos valores también varían según el uso que se le dio al efluente, por ejemplo puede ser industrial, comercial, domestico, entre otros. En Venezuela para que un efluente de origen doméstico pueda ser vertido tiene que tener el
a 60
mg/l. (Gaceta Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989)
El diseño del sistema de tratamiento se basó en las características de aguas residuales
domésticas
establecidas
en
la Gaceta Venezolana
No.
4103
Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989 donde indica que para el caso que ocupa este sistema la Demanda Biológica de Oxigeno es de 220 mg/l.
2.2.3) Sistema de Tratamiento Seleccionado
Tras reuniones con el Ing. José Aranguren, la eficiencia de la separación de la materia en las aguas tiene diferentes procesos y tratamientos. El sistema de tratamiento seleccionado para el presente diseño de planta de tratamiento, fue la del tipo “Lodos Activos” en la modalidad de “Aeración Extendida”.
Las plantas de tratamiento que utilizan el método de “Lodos Activos” permiten una reducción del
y un 96% de los sólidos suspendidos en el agua,
al igual que una reducción considerable de los nitratos y nitritos en el agua. Este sistema permite que el afluente cumpla con la normativa ambiental y también la facilidad en su mantenimiento.
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Este diseño de planta de tratamiento para aguas residuales, se regirá bajo los siguientes parámetros:
PARAMETROS Tipo de Tratamiento Caudal de Diseño V reactor
EFLUENTE
NORMA
Lodos Activados en Aireación Extendida 1584
/d
4,69
% de Material Volátil (e)
0,8
F/M
0,124
DBO
220 mg/l
60 mg/l
Tabla#3: Parámetros del cálculo de la planta. (Fuente: propia datos arrojados en cálculo de la planta de tratamiento.)
2.2.4) Diagrama de Flujo
En la “Figura #4” se muestra el diagrama de flujo correspondiente al sistema de la “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” de tipo “Lodos Activos” en su modalidad de “Aireación Extendida” y está diseñada para un caudal medio de 1.584 /d. Según los diagramas de flujo del Ing. Fernando Nuñez, el presente diseño se divide por tanquilla de desbaste, reactor biológico, sedimentador, cámara de desinfección y lecho de secado. Se podrá observar la dirección de las aguas servidas y recirculación de los lodos activos.
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Figura#4: Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento (Fuente: Propia, autoCad)
2.2.5) Descripción del Proceso de Tratamiento
Tras varias reuniones con el Ing. José Aranguren, este manifestó que las aguas servidas del Sector las Chaguaramas de la urbanización Mis Cariños, Edo. Guárico, llegarán hasta una rejilla de desbaste con la finalidad de que todos los objetos de gran tamaño o que no sean biodegradables, sean retenidos y luego eliminados como desechos sólidos, esto tiene como finalidad el evitar futuros problemas o daños en el sistema.
Luego de pasar por la rejilla de desbaste, esta agua va directo al Reactor Biológico en donde se aplicara aire por el fondo del tanque, mediante unidades de aireación o sopladores, después que el efluente cumple con el tiempo de retención determinado se conducirá a la siguiente etapa que es el Sedimentador. En esta fase 21
los lodos van a sedimentar al fondo de la tolva y ser bombeado de nuevo al reactor biológico mediante una Bomba Neumo Eyectora AirLift y el agua clarificada que queda en la superficie. Se enviará directo a la Cámara de Cloración, donde se va a suministrar una dilución de cloro o dióxido de cloro residual para lograr una desinfección del 95% aproximadamente y así cumplir con la normativa ambiental.
El lodo activo que se encuentra en el Reactor Biológico y cuando la materia orgánica se encuentre envejecida, será purgado para el lecho de secado para disponer de él como residuo sólido o abono.
Figura#5: diseño de planta de tratamiento (prototipo). (Fuente: Propia, autoCad)
A continuación se describirá cada uno de las unidades que conforman la planta de tratamiento para aguas residuales:
2.2.5.1) Sistema de Desbaste
El sistema de Desbaste consiste en unas rejillas paralelas para retener todo aquel material sólido de un tamaño considerable, que son arrastrados por las aguas
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residuales y que pueden causar problemas en el sistema. Estos objetos pueden ser madera, plástico, latas, desperdicios domésticos, entre otros.
El diseño de la rejilla fue realizado por el Ing. José Aranguren, donde están inclinadas a 60° con respecto al fondo y están compuestas por pletinas separas cada 30mm. Estas pletinas están colocadas contra la corriente y tendrán la suficiente fuerza para soportar los objetos que se queden entre ellas y a su vez mantener sus distancias sin deformaciones.
Las rejillas están diseñadas para que las personas de mantenimiento de la planta de tratamiento, puedan hacer una limpieza manual sencilla y de forma cómoda. Luego de su limpieza los residuos que se retiraron se dejaran reposar por un tiempo determinado por su condición de secado y luego llevados al lugar de disposición final.
Figura#6: Tanquilla de Desbaste. (Fuente: Propia, autoCad)
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2.2.5.2) Reactor Biológico
Para el Ing. Fernando Nuñez, nos informo que las etapa consiste en inyectar aire por la parte inferior de los tanques mediantes sopladores, esto con el fin de garantizar la mezcla entre el líquido y los lodos activos ya formados por el proceso y que comience la oxidación. Se debe tener una concentración de oxígeno disuelto de 2,0 mg/l dentro del proceso en el Reactor Biológico. Esta fase garantizará una reducción del 95% aproximadamente de la carga orgánica en el agua y niveles de DBO inferiores a los limites máximo establecidos por el Decreto 883 para su descarga en cauces naturales.
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Figura#7: Reactor Biológico. (Fuente: Propia, autoCad)
Figura#8: Reactor Biológico Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores
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Figura#9: Reactor Biológico, sopladores vista sin agua recolectada. Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores
2.2.5.3) Sedimentador Secundario
“La base del proceso de depuración de aguas residuales, tratamiento secundario, consiste en que una comunidad de microorganismos en el Reactor Biológico, asentados en flóculos, partículas que constituyen los lodos activos, asimilan aeróbicamente la materia orgánica del influente, produciendo nuevos microorganismos, compuestos inorgánicos y agotando la materia orgánica de las aguas. Los lodos activos se separan por sedimentación, retornando al reactor biológico su mayor parte, a fin de mantener alta la concentración de lodos en el Reactor Biológico.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales: modelización de lodos activos.)
Como se indicó en párrafo previo, llega una mezcla entre el agua y los lodos generados en el “Reactor Biológico” y se realizará la separación física entre los
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lodos y el agua clarificada. Después el agua pasará a la “Cámara de Desinfección” y los lodos serán recirculados al “Reactor Biológico” o si hay un exceso de lodos se pasará al “Lecho de Secado”. Toda esta recirculación de los lodos activos se dará mediante una Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift.
Figura#10: Sedimentador (Fuente: Propia, autoCad)
Figura#11: Sedimentador (tolva) vista planta y frente. Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores
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Figura#12: Tolva (Fuente: Propia, autoCad)
2.2.5.4) Cámara de Desinfección (o Cloración)
El agua residual, luego de haber pasado por las diferentes etapas para su limpieza, llega a su última fase, que consiste en la aplicación de un desinfectante para obtener un agua limpia exenta de bacterias y gérmenes patógenos, conforme al Decreto 883 de la Gaceta Oficial No.5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995.
“Un tiempo de contacto de 20 a 30 min (es deseable que sea de 1 a 2 h), con una dosis de cloro o de bióxido de cloro residual de 0,05 a 0,2 mg/l compactado en pastillas de baja peligrosidad. El tiempo de contacto y el cloro residual deben ajustarse según el contenido de nitrógeno en agua, la naturaleza del esterilizante utilizado y la aplicación eventual de una pre cloración” (Degremont, 1973, p.563)
Las características de las pastillas de baja peligrosidad se describen como un producto químico desinfectante basado en cloro orgánico de lenta disolución, siendo efectivo para el control de algas, bacterias y hongos, contiene un agente estabilizante permitiendo que la luz solar no lo descomponga fácilmente. Su uso
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está recomendado para mantener un nivel estable de cloro, aprovechando la lenta solubilidad que tiene el producto.
Figura#13: Clorador (Fuente: Propia, autoCad)
Figura#14: Cámara de Cloración vista planta. Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores
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2.2.5.5) Lecho de Secado
Antes de su disposición final los lodos deben deshidratarse, es por esto que se crea la Cámara de Secado o Lecho de Secado. El Ing. José Aranguren nos habla de que en esta fase los lodos extraídos del Sedimentador de la planta de tratamiento, se llevan para que configuren una masa seca de lodo con una concentración aproximada de 30% de sólido. Esto es para que pueda ser manejable y así disponer de ellos como residuos sólidos o como fertilizantes.
Figura#15: Lecho (Camara) de Secado. (Fuente: Propia, autoCad)
2.2.6) Decreto N°883
El decreto N°883 de la Gaceta Oficial Nº 5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995, establece las Normas Venezolanas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos, en este se establecen las normas para el control de calidad de los cuerpos de agua y los vertidos líquidos.
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En esta norma se da la Clasificación de las aguas por su uso, dando los parámetros y límites o rango máximo que deben cumplir para estar dentro de la normativa y puedan ser vertidas a cauces naturales, o ser reutilizadas como aguas blancas.
Por ejemplo tenemos las aguas Tipo 1 que son destinadas a uso
doméstico o industrial, Tipo 2 para uso agropecuario, entre otros.
La Sección III de esta norma (de las descargas a cuerpos de agua) establece el parámetro Físico-Químicos y los Límites Máximos de calidad de los vertidos que vayan a ser descargados en ríos, estuarios, lagos y embalses.
A continuación se describen los Parámetros y Condiciones que se deberán cumplir en la calidad del agua a la salida de la planta de tratamiento, para que pueda ser vertida en cauces naturales sin contaminarlas.
2.2.6.1) Parámetros Físico-Químicos Aceites minerales e
20 mg/l
hidrocarburos Aceites y grasas vegetales
20 mg/l
y Animales. Alkil Mercurio
No detectable
Aldehídos
2,0 mg /l
Aluminio
5,0 mg/l
Arsénico
0,5 mg/l
Bario
5,0 mg/l
Cianuro
0,2 mg/l
Cloruros
1000 mg/l
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Cobalto
0,5 mg/l
Cobre
1,0 mg/l
Aluminio
5,0 mg/l
Arsénico
0,5 mg/l
Bario
5,0 mg/l
Cianuro
0,2 mg/l
Cloruros
1000 mg/l
Cobalto
0,5 mg/l
Cobre
1,0 mg/l
Color real
500 mg/l
Cromo
2,0 mg/l
Demanda
Bioquímica
de
60 mg/l
de
350 mg/l
Oxígeno (DBO5, 20) Demanda
Química
Oxígeno (DQO) Detergentes
2,0 mg/l
Dispersantes
2,0 mg/l
Espuma
Ausente
Estaño
5,0 mg/l
Fenoles
0,5 mg/l
Fluoruros
5,0 mg/l
Fósforo
total
(expresado
10 mg/l
como fósforo) Hierro
10 mg/l
Manganeso
2,0 mg/l
Mercurio
0,01 mg/l
Nitrógeno (expresado como
40 mg/l
nitrógeno) Nitritos + Nitratos
10 mg/l 6–9
PH
32
Plata
0,1 mg/l
Plomo
0,5 mg/l
Selenio
0,05 mg/l
Sólidos flotantes
Ausentes
Sólidos suspendidos
80 mg/l
Sólidos sedimentables
1,0 ml/l
Sulfatos
1000 mg/l
Tabla#4: Parámetros Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su descarga final. (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010)
Biocidas Órgano fosforados y
0,25 mg/l
Carbonatos Órgano clorados
0,05 mg/l
Tabla#5: Parámetros Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su descarga final. (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010)
Radiactividad Actividad
α
0, 1 Bq/l.
β
1, 0 Bq/l.
máximo Actividad máximo
Tabla#6: Parámetro Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su descarga final. (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010)
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2.2.6.2) Parámetros Biológicos
Según el Ing. Fernando Nuñez y el Ing. José Aranguren, nos explica que estos parámetros definen como el número más probable de organismos coliformes totales no mayores de 1.000 por cada 100 ml, en el 90% de una serie de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.000 por cada 100 ml.
2.2.7) Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 4.103 Extraordinario publicada el 2 de junio de 1989.
Esta Gaceta Oficial fue publicada el viernes 2 de junio de 1989, en ella se encuentra en el capítulo XI el tema sobre el tratamiento requerido y del sistema para el tratamiento de las aguas residuales de origen doméstico e industrial.
En esta gaceta se especifican aspectos importantes a considerar en el presente diseño de una planta de tratamiento, al igual que una serie de normas que se deben tener en cuenta para el desarrollo y buen cumplimiento del objetivo del proyecto. Alguna de estas normas establecidas es:
Para la protección de los equipos y bombas dentro del proyecto de
esta planta de tratamiento, se debe proceder a instalar una cesta metálica removible o reja que pueda ser limpiada manualmente o mecánicamente, que estará ubicada al comienzo del sistema para su mantenimiento. Estas rejas deben ser colocadas con una inclinación de 30° a 45°.
Se deberá colocar grifos a presión para el suministro de agua para el
lavado y mantenimiento de los equipos y tanques de tratamiento. Se debe
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tener en cuenta que donde se ubique esta planta debe garantizar que no contamine el vertido final.
Todas las tuberías y canales que se utilizarán en la “Planta de
Tratamiento de Aguas Servidas”, deben ser diseñadas para que puedan conducir el máximo caudal de gasto previsto para el sistema.
Los lodos activos provenientes del “Tanque de Sedimentación”,
deberán ser sometidas a un proceso de digestión y secado, antes de su disposición final.
El líquido que se obtenga del lecho de secado de los lodos activos de
las aguas residuales, será recirculado otra vez a la planta de tratamiento por una unidad del sistema.
El efluente que se obtenga del sistema de tratamiento, debe ser
sometido a desinfección antes de ser vertido a cauces, este debe cumplir con los parámetros establecidos en el decreto N°883.
Los materiales que se utilizan para el diseño de la “Planta de
Tratamiento”, deben ser seleccionadas con gran cuidado, debido a la presencia de sulfuro de hidrógeno y otros gases corrosivos, de grasas, aceites, ácidos y otras sustancias que se encuentran o producen las aguas residuales. También se tiene que tener especial cuidado con la selección de la pintura y metales, para evitar aquellas que contengan plomo.
El Diseño debe ser destinado a usuarios comunes, por lo cual se
debe tratar que los equipos utilizados se puedan disponer fácilmente, al igual que las herramientas y accesorios necesarios para su operación y mantenimiento.
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2.2.8) Urbanización
El modelo de la planta de sistema de tratamiento de aguas residuales, se realizará para funcionar y satisfacer las necesidades de la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico.
Figura#16: Vista Satelital de la Ubicación del Terreno. (Fuente: http://maps.google.com/maps?hl=en&tab=wl)
Esta urbanización está comprendida por 1064 viviendas de interés social,
1 piscina de 70 M², 1 área de recreación, 5 canchas múltiples, 1 cancha de futbol profesional y 1 estadio de beisbol, entre otros.
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La planta de tratamiento de aguas residuales va a estar destinada únicamente para las casas unifamiliares, para su descontaminación y luego vertido final. Cada una de las viviendas cuentan con un área de 150 M² el cual incluye un estacionamiento para un carro, cocina, comedor, sala, 2 habitaciones y dos baños.
Figura#20: Estacionamiento y Planta Diseñados para cada Vivienda. (Fuente: Propia AutoCAD)
La distribución de las viviendas dentro de la urbanización está establecida en 4 módulos, donde:
1er Módulo: son 18 bloques de 16 casas en cada uno, para un
total de 288 casas.
2do Módulo: son 18 bloques de 16 casas en cada uno, para un
total de 288 casas.
3er Módulo: son 15 bloques de 16 casas en cada uno, para un
total de 240 casas.
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4to Módulo: son 15 bloques de 16 casas en cada uno, para un
total de 240 casas.
Esta distribución tendrá un total de 1056 viviendas y con una dotación aproximada de 1500 Lts/día según La Gaceta Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, donde especifica la dotación de
agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares. Es importante destacar que la planta de tratamiento se va a ubicar a 210 mts aproximadamente del 3er Modulo, ya que la pendiente esta inclinada hacia esa parte del terreno y es el sector más bajo de la urbanización, permitiendo que el agua residual fluya de forma natural hacia la misma.
Figura#17: Distribución de los Módulos a Construir. (Fuente: Propia AutoCAD)
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Figura#18: Ubicación de la Planta de Tratamiento (Fuente: Propia AutoCAD)
2.2.9) Posibles Problemas
En la Planta de Tratamiento se pueden presentar condiciones desfavorables durante su operación, cuya solución es sencilla y rápida según los Ing. Fernando Nuñez y el Ing. José Aranguren. En forma general la posible problemática se puede dividir en 2 categorías:
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2.2.9.1) Las Inherentes al Sistema Biológico 2.2.9.1.1) Alzamiento de Lodos
En una operación normal del sistema, los sólidos suspendidos en la mezcla, biomasa o lodos activos, son llevados al tanque “Sedimentador” secundario, Estos lodos tienden a formar flóculos en el “Sedimentador” hacia el fondo de los mismos, mientras que el líquido clarificado sale por los vertederos hacia el “Tanque de Cloración”. El lodo sedimentado es bombeado de nuevo al reactor activo y así se produce un ciclo entre los dos tanques.
En ciertas ocasiones este lodo no sedimenta con facilidad, produciendo un mayor volumen del mismo y ocasionando una disminución de su densidad. Esto es debido a que no se puede mantener una buena circulación del mismo y bajo estas condiciones, el lodo activo suele llenar los sedimentadores e inclusive puede llegar a salir por los vertederos del sistema, aumentando la Demanda Biológica de Oxigeno del afluente.
Este fenómeno recibe el nombre de “Abultamiento de Lodos”. Este problema puede ocurrir por varias causas, entre las cuales se citan las siguientes: aparición de organismos filamentosos del tipo Sphaerotilus Natas, que disminuyen la densidad del lodo, septicidas del líquido crudo, cargas orgánicas elevadas, excesivo contenido de materia orgánica, entre otros. Otras causas pueden estar referidas directamente hacia el liquido operacional, siendo las más relevantes: aireación excesiva, aireación deficiente, mezcla baja, corto circuito en el tanque de aireación, tiempos de retención altos y de nitrificación del liquido.
40
Entre las diferentes medidas que puede tomar el operador, para eliminar el abultamiento de los lodos, se tienen las siguientes: 1) Incremento del suministro del aire. 2) Aumentar el caudal de recirculación. 3) Cloración del lodo de recirculación con dosis de 1,00 a 2,00 ppm, basándose en el volumen de este y con dosis de 0,3 a 0,6 ppm sobre la base de sólidos secos.
2.2.9.1.2) Alzamiento de Lodo
Este fenómeno es contrario al caso anterior, donde se manifiesta un levantamiento de los lodos por pedazos y no por un manto completo.
Estos
pedazos de lodos pueden variar entre 5cm hasta 35cm con formas esferoides.
La aparición de este problema, no implica que toda la masa de lodos activos tenga malas características de asentamiento. La causa de este fenómeno se debe a la nitrificación del líquido. Esto quiere decir que los nitritos son convertidos en gas nitrógeno y sus burbujas son atrapadas en la masa de los lodos de desecho llegando al punto de hacer subir la misma.
Este problema puede solucionarse tomando las siguientes medidas:
1) Incrementar el caudal de recirculación. 2) Disminuir el tiempo de retención celular al incrementar el caudal de lodos de desecho. 3) Disminuir el suministro de aire.
41
2.2.9.1.3) Aparición de Espuma en los Tanques de Aireación y Sedimentación.
Los líquidos cloacales presentan generalmente en su constitución sustancias como detergente, jabón, entre otros. Estos componentes producen espuma durante el proceso de aireación, este problema de espuma es máximo durante el arranque y puesta de marcha de la planta.
Si la concentración de los sólidos suspendidos en el reactor es elevada, el problema disminuye.
2.2.9.2) Las Inherentes al Sistema Biológico
Según el Ing. José Aranguren, nos informa que a través de la practica y la experiencia del operador, este podrá percatarse del buen funcionamiento de la planta de tratamiento de una manera cualitativa, es decir, que al observar los diferentes líquidos y lodos involucrados en el sistema se forma una idea bastante clara del funcionamiento y su estado.
El líquido presente en los tanques de aireación, puede presentarse con coloraciones variables, Cuando el sistema apenas se ha arrancado, el color será marrón claro, a medida que transcurre el tiempo se vuelve un color más oscuro.
Los lodos de recirculación que provienen del tanque “Sedimentador” son marrones y de aspecto floculante que significa que los sólidos en suspensión pueden provocar precipitación en el afluente; si esta coloración se hace muy oscura
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por ejemplo gris, significa indicios de condiciones sépticas en los mismos. Si es lo contrario y el color de los lodos es más claro que lo usual, hay indicios de poca aireación en los tanques o baja concentración de bacterias.
El lodo activo en buenas condiciones presenta un olor totalmente inofensivo pero si ocurre lo contrario se presentan condiciones sépticas, para lo cual la solución es muy sencilla, y en este caso el operador solo debe mezclar con líquido fresco el lodo del sistema.
El líquido tratado que sale del tanque “Sedimentador” debe presentar una turbiedad muy baja, casi transparente y prácticamente sin olor.
2.2.10) Variable de Operación
Tomando en consideración las características físico-químicas del efluente y lo expuesto por el Ing. José Aranguren, el proceso de tratamiento de la planta es de “Lodos Activados” en la modalidad de “Aireación Extendida”, y para ello se consideran las siguientes variables de operación:
2.2 .10.1) Tratamiento biológico
El factor de carga de la planta, se refiere principalmente a la calidad del material orgánico que entra al “Reactor Biológico”, dividido entre la cantidad de bacterias presentes en el reactor. Comúnmente llamado relación F/M. su determinación se realiza de la siguiente forma:
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F= Caudal en m³/día multiplicado por la DBO medida a la entrada del reactor, en kg/día.
M= concentración de sólidos suspendidos Volátiles en Kg/m³ multiplicada por el volumen del reactor en m³. En caso de no contar con el valor de sólidos suspendidos volátiles se podrá utilizar el valor de los sólidos suspendidos totales y multiplicados por 0,8.
Mantener este valor a través del tiempo, es la clave de operación de la planta. Las únicas variables que presenta dicho valor, son la DBO de entrada al reactor y la concentración de los sólidos suspendidos volátiles en el reactor. Dado que la DBO de entrada no puede ser controlada, la única variable de control es la concentración de sólidos suspendidos volátiles en el reactor o en su defecto los sólidos suspendidos totales, multiplicados por 0,8.
La cantidad de masa o de lodos activados que deben existir en todo el sistema debe ser lo más cercano posible al valor de diseño, sin embargo esta cantidad no debe superar el límite para el cual se desmejoren las características de la sedimentación de mismo, ni tampoco producir una caída sensible en el nivel de oxigeno disuelto en el tanque de aireación.
El valor de diseño de los sólidos suspendidos esta en un rango de operación entre 3.000 y 6.000 mg/l (3-6 Kg/m³). Sin embargo el valor de operación óptimo debe ser determinado por el profesional encargado de controlar estos parámetros, ya que su valor óptimo es función de la DBO de salida y de la sedimentabilidad de los lodos.
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La carga hidráulica (caudal) influye en la concentración de sólidos, pero también es importante, en el sentido que una sobrecarga puede producir un desbalance del flujo durante la operación. Esta sobrecarga, también puede deberse a que la rata de flujo excede la capacidad hidráulica optima del “Sedimentador”, cuando existe lodo presente. El operador debe vigilar que la carga hidráulica que recibe el “Sedimentador” sea regular, puesto que las variaciones de este pueden provocar la formación de corrientes o remolinos que pueden elevar el lodo a la superficie.
La rata de recirculación (reactor – sedimentador) contribuye a una mayor o menor concentración de bacterias depuradoras. Además garantiza la re-aireación de los lodos y evita, por los movimientos a que se ven sometidos, un aumento de su volumen en el “Sedimentador”. Si este aumento se produce, puede originarse el “abultamiento” de los lodos (estos se desbordan del sedimentador) o el alzamiento de los mismos (se levantan por pedazos).
Otro parámetro operacional importante es el oxigeno disuelto, se refiere a la concentración de oxigeno disuelto en el reactor biológico. Esto es controlable por el operador. El aumento y descenso del mismo se mide por la concentración de oxigeno disuelto (OD).
En un proceso aeróbico la concentración del oxigeno disuelto es deseable mantenerla continuamente en valores cercanos y mayores a 2 mg/l OD.
El valor de OD es función de los siguientes parámetros: -
Tiempo o período de retención del lodo en el Reactor- Sedimentador.
-
Concentración de características del lodo.
-
Tiempo de aireación.
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-
Carga orgánica e hidráulica.
El parámetro “Tiempo de retención de los lodos”, depende por una parte de la velocidad de sedimentación de las partículas en suspensión y por otra parte la extracción de los lodos sedimentados que deben recircularse a la unidad de aireación. Este lodo debe recircularse lo más rápido posible, ya que puede ocurrir en el “Sedimentador” una anaerobiosis o fermentación del lodo.
El tipo de lodo está directamente relacionado con el mayor o menor oxigeno disuelto en el medio. Para un lodo joven el OD disminuye y, para uno viejo, aumentará sobre lo normal.
En cuanto a la aireación, es necesario que esta produzca turbulencia, pues así se garantiza un alto grado de transferencia de oxigeno para mantener los organismos en contacto con la materia orgánica y en movimiento, para evitar su asentamiento. Además es un hecho que la disminución de oxigeno disuelto, puede traer como consecuencia la formación de microorganismos no deseables.
Informaciones suministradas por los Ing. Aranguren y Un;ez, la carga orgánica e hidráulica produce también sus efectos. Al exigir variaciones en la carga, varía el oxigeno disuelto en el reactor, aunque el flujo no varíe y si la concentración de la carga orgánica aumenta disminuye el oxigeno disuelto.
Otros factores que influyen en la estabilidad del proceso son: Factores
Efectos
pH
Entre 6 y 7.4 se considera neutro para los efectos de una
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planta de tratamiento que funcione normal. En este rango de pH se asegura que se desarrollen los microorganismos deseables. El oxigeno es captado óptimamente en este rango. Cargas
Se consideran: cianuros, fenoles, metales, desinfectantes,
Tóxicas
los cuales si entran al sistema en suficiente concentración matan los microorganismos presentes.
Temperatura Si
esta desciende,
también lo hace la actividad
metabólica. Las altas temperaturas también favorecen la desnitrificación
y
el
crecimiento
de
organismos
filamentosos. La temperatura ideal varía entre 27 y 30°C
Tabla#7: Factores que Influyen en la Estabilidad del Proceso. (Fuente: manual de operación para plantas de tratamiento de aguas residuales.)
2.2.11) Indicaciones para el Operador
En reuniones con el Ing. José Aranguren, se decidió que para obtener una buena operación en la Planta de Tratamiento, esta debe basarse principalmente en obtener las condiciones de oxigeno disuelto y sólidos suspendidos necesarios en el sistema; en tal sentido, el operador debe atender las condiciones de operación y mantenimiento de los siguientes componentes del sistema:
2.2.11.1) Equipos de Aereación.
El equipo de aireación estará encendido en todo momento.
El cartucho filtrante del Filtro Silenciador debe cambiarse al menos cada sesenta días.
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Se debe limpiar la rejilla cada semana o cuando se vea alguna obstrucción.
Establecer una rutina de lubricación y engrase en los sopladores según su manual de mantenimiento al igual que las válvulas de aire en todo el sistema.
Chequear las válvulas en todo el sistema e inspeccionar las tuberías de aire por pérdidas.
Mantener un control electromecánico de los equipos, manteniendo un registro de los siguientes aspectos:
A. Frecuencia de lubricación de los Sopladores
Cambio de aceite una semana después
del
arranque definitivo.
Aproximadamente 100 horas de operación.
Cambio de aceite después del arranque cada mil (1000) horas de operación. Esto daría un cambio al mes
Se debe usar aceite inhibidos de corrosión, espuma y sin detergente.
El aceite debe ser SAE n°50
El tipo de grasa a utilizar debe ser NGLI #2, Grado Premium, con base de petróleo para altas temperaturas, resistente a la humedad y con buena estabilidad mecánica.
La lubricación de rodamiento debe realizarse como mínimo 15 días.
Existen otras alternativas de lubricante, con un tiempo de cambio de seis mil (6000) horas.
B. Consumo eléctrico de los motores, el cual debe ser aproximadamente de 60 Amp. / por cada fase.
Alineación de poleas y correas.
Empacadura de válvulas.
2.2.11.2) Reactor Biológico
Los ingenieros anteriormente mencionados nos indicaron:
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Verificar que la concentración de oxigeno disuelto sea mayor o igual a 2 mg/l.
Realizar pruebas de sedimentabilidad de los lodos, en base a prueba de sedimentación con cilindro graduado de 1000ml.
Se debe realizar los análisis de sólidos suspendidos totales y volátiles para comprobar que los mismos se encuentran dentro de los valores diseñados. (3000 – 6000 mg/l)
Verificar que los flujos de aire este parejos en todos los bajantes de difusión.
Verificar el factor de carga de la planta, determinando el DBO.
La gran mayoría estas características son determinadas mediante pruebas de laboratorio posteriores, y las muestras son tomadas por los operadores de la planta, solo en el caso de la verificación del flujo de aire en los difusores se puede determinar y observar a medida que la planta de tratamiento este en funcionamiento.
2.2.11.3) Sedimentador
Verificar que la recirculación de los lodos funcionen al 100% todo el tiempo.
Remover la materia no biodegradable que se encuentre en la superficie del sedimentador, es por esto que se recomienda que el operador tenga una cesta de maya plástica usada para las piscinas.
Inspeccionar las tuberías de distribución para verificar que no tengan perdidas de aire.
Limpieza de los vertederos con chorros de agua y cepillo.
Limpieza de las paredes y demás sitios que favorezcan la acumulación de material solido, lodos, entre otros.
2.2.11.4) Clorador
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Limpieza de las paredes.
Mantener almacenadas pastillas solubles de cloro, para reponerlas en el dispensador flotante a medida que las mismas se vayan disolviendo.
2.2.11.5) Lecho de Secado.
Remover los lodos secos una vez que los mismos presenten las condiciones de baja humedad.
Si se llega a tener malos olores por el envío de lodos frescos al lecho de secado, se puede agregar cal viva a fin de evitar la proliferación de animales indeseables.
Verificar que el agua nunca llegue a una altura superior a los 20cm.
2.2.12) Procedimientos de Parada
El Ing. Fernando Nuñes menciona que los procedimientos de parada de la planta de tratamiento se pueden clasificar en dos grupos: las paradas programadas y las de emergencia.
2.2.12.1) Parada Programada
Consiste en una interrupción planificada y programada en el funcionamiento de la planta de tratamiento para realizar algún mantenimiento, inspección o reparación a los equipos. Si se llega a presentar esta situación se tendrá en cuenta:
No se descargará agua cruda al sistema.
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El sistema biológico funcionará normalmente.
El sistema de recirculación de lodos funcionará normalmente.
2.2.12.2) Parada de Emergencia
Estas paradas suelen ocurrir por fallas en la energía eléctrica o en algún equipo ocasionando la parada de la planta completa o de sistemas individuales.
2.2.12.2.1) En la Energía Eléctrica.
Como se mencionó anteriormente, puede ser total o parcial, donde el operador debe tomar en cuenta las siguientes acciones:
Evitar colocar los conmutadores de selección en posición de parada, con el fin de arranques simultáneos al momento de restablecer el servicio en la planta.
Establecer la naturaleza y duración de la falla.
Proceder al arranque de la instalación inspeccionando el funcionamiento correcto de todos los elementos mecánicos.
2.2.12.2.2) En los Equipos
Se debe poner fuera de servicios aquellos equipos con fallas, y si no se tienen equipos de reserva y es esencial para su funcionamiento, se interrumpirá la alimentación del mismo y paralizar el tratamiento.
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Notificar inmediatamente al personal de mantenimiento.
Proceder al drenaje y limpieza del equipo.
2.2.13) Seguridad
Es importante que el personal que opere y mantenga la planta de tratamiento tenga los conocimientos necesario en el manejo de esta, así como de los primeros auxilios en caso de algún accidente durante su trabajo.
2.2.13.1) Riesgos Mecánicos
Para disminuir o eliminar los accidentes mecánicos durante el manejo de los equipos automáticos de la planta, el operador debe considerar las siguientes medidas de seguridad:
Todo equipo en funcionamiento debe estar protegido por los cobertores correspondientes, los cuales serán desmontados solamente con la máquina completamente apagada.
Las lubricación, limpieza o reparación de cualquier maquina debe efectuarse sobre las misma en parada, y a su vez retirar los fusibles de los seccionadores y colocar una pancarta para evitar la puesta en marcha accidental.
Se debe trabajar con la vestimenta apropiada y con su equipo de seguridad establecida.
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2.2.13.2) Riesgos Eléctricos
Mantenimiento de un buen aislamiento de la instalación, punto neutro conectado a tierra.
Inaccesibilidad a las partes sin protección de las instalaciones.
Aislamiento mediante un piso aislante o el uso de de protectores individuales como guantes, zapatos, entre otros.
Limitación de las tensiones, es decir se limita la tensión entre fase y tierra niveles bajo.
2.2.12.3) Riesgos a Contraer Enfermedades
Para que el operador no contraiga ninguna enfermedad por los diferentes agentes que contiene las aguas residuales en el sistema, deberá tomarse en cuenta las siguientes recomendaciones:
Debe lavarse las manos con un jabón antiséptico capaz de destruir cualquier residuo de agente contaminante antes y luego de operar o manejar cualquier sistema o maquina de la planta.
Se debe evitar comer, fumar, tomar, comer chicle entre otros dentro y a los alrededores de la planta de tratamiento.
El operador o personal deberán usar guantes, sobre todos si se llega a manipular el líquido residual.
La ropa del operador deberá estas apartada a la ropa de trabajo en la planta.
Se recomienda el uso de lentes de seguridad para evitar que caiga agua residual en los ojos.
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Se recomienda el uso de mascarilla a fin de evitar que los operados o personal inhale algún agente que cause enfermedades.
2.3) cuadro de variables Objetivos específicos
Variables
Dimensione s
Determinar los procesos de aireación, sedimentación y purificación del sistema de tratamiento residual de acuerdo a la calidad mínima exigida para las aguas vertidas en cursos naturales.
Aireación
Tipo de Bomba Aire
Sedimentación
Lodos Activos
Determinar la demanda biológica de oxigeno en el agua al comienzo y culminación del sistema Establecer el modo de empleo del aire en el sistema de tratamiento
Purificación
Calidad del agua
Difusores
Tipo de Cloro a emplear periodo de tiempo de contacto Cumplimient o del Decreto 883
Dimensiones
Presión de Aire
Sopladores
Sistema de Recirculació n Nivel de Potencia
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Indicadores
Fuente de información
Modelo, capacidad. Modo de empleo, sopladores Abono, Fertilizante, Residuos Sólidos Cloro residual en Pastilla
Documental
Instrument o de recolecció n de datos Observació n Directa
De 20 a 30 min. Toma de muestra y Prueba laboratorio de la Demanda Biológica de Oxigeno
Documental
Observació n Directa
Pruebas, Puesta en Marcha Hoja de Cálculo diseñada en Excel. Tubería
Documental
Observació n Directa
Hoja de Cálculo diseñada en Excel.
Calcular las dimensiones de los tanques de la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas Establecer normativas y el modo de trabajo de los operados para el manejo de la planta de tratamiento de aguas residuales.
Reactor Biológico Sedimentador Cámara de cloración Lecho de Secado Parámetro de Operación
Indicar el mantenimiento que necesita la planta de tratamiento durante todo su funcionamiento.
Reactor Biológico
Suministro de aire
Sedimentador
Lodos de recirculación
Cámara de cloración Lecho de Secado
Cambio de las pastillas Remoción de los Lodos
Trabajo
Tamaño
Volumen
Vestimenta Apropiada Equipos de Seguridad. Tiempo
Hoja de Cálculo diseñada en Excel por metro cubico.
Documental
Observació n Directa
Manejo de Equipos Contacto con aguas Residuales manual de mantenimient o Vida Útil de Cada equipo Inspección de los difusores
Documental
Observació n Directa
Documental
Observació n Directa
tiempo de sedimentació n Almacenamie nto Limpieza
2.4) Terminología básica
Aguas servidas: Aguas utilizadas o residuales provenientes de una comunidad, industria, granja u otro establecimiento, con contenido de materiales disueltos y suspendidos. (Decreto N°883 Caracas-Venezuela 1997 (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-8832010)
Metabolización: son compuestos químicos volátiles que se generan durante el proceso de potabilización del agua.
La metabolización junto con la excreción
constituyen los procesos de eliminación.
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(Fuente: http://www.drscope.com/privados/pacc/generales/desequilibrio/metabolismo.html)
Microorganismos: También llamado microbio, es un ser vivo que sólo puede visualizarse con el microscopio. (Fuente: http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap1.pdf)
Lodos activos: El proceso de los lodos activados para el tratamiento de aguas negras está basado en proporcionar un contacto íntimo entre las aguas negras y lodos biológicamente activos. Los lodos se desarrollan inicialmente por una aireación prolongada bajo condiciones que favorecen el crecimiento de organismos que tienen la habilidad especial de oxidar materia orgánica. (Fuente: Curso de Diseño y cálculo de una planta de tratamiento de aguas servidas domesticas de una urbanización)
Vertido líquido: Descarga de aguas residuales que se realice directa o indirectamente a los cauces mediante canales, desagües o drenajes de agua, descarga directa sobre el suelo o inyección en el subsuelo, descarga a redes cloacales, descarga al medio marino-costero y descargas submarinas. (Decreto N°883 Caracas-Venezuela 1997 (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-8832010)
Contaminación de las aguas: Acción o efecto de introducir elementos, compuestos o formas de energía capaces de modificar las condiciones del cuerpo de agua superficial o subterráneo de manera que se altere su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica para el desarrollo de la vida acuática y ribereña. (Decreto N°883 Caracas-Venezuela 1997 (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-8832010)
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Paratifoidea: Es una enfermedad infecciosa intestinal aguda y general. Las fuentes principales de la infección son aguas contaminadas. (Fuente:http://www.lenntech.es/biblioteca/enfermedades/lafiebretifoidea/tifoide.htm#ixzz1f7LJl01)
Sistema de Venturi: Consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad. (Fuente: www.interempresas.net/.../123001345_HI_E_Venturi_systeme_r050.)
Coagulación: La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí. (Fuente: cabierta.uchile.cl/revista/15/artículos/pdf/edu4.pdf)
Floculación: Es la aglomeración de partículas desestabilizadas y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores. (Fuente: cabierta.uchile.cl/revista/15/artículos/pdf/edu4.pdf)
Sphaerotilus Natans: bacteria filamentosa relativamente larga, delgada, recta o débilmente curvada, compuesta de células redondeadas, y con una delgada vaina que recubre el filamento. No presenta ramificaciones y cuando existen son falsas, sin citoplasma contiguo. Son Gram y Neisser negativos. (Fuente: http://personal.telefonica.terra.es/web/ayma/atlas_b.htm)
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Nitrificación: Proceso en el cual, el amonio se transforma primero en nitrito y éste en nitrato, mediante la acción de las bacterias aerobias del suelo. El proceso se lleva a cabo en dos etapas coordinadas, controladas cada una por diferentes grupos de bacterias. (Fuente: http://www.manualdelombricultura.com/glosario/pal/139.html)
Desnitrificación: La desnitrificación es la transformación biológica del nitrato en gas nitrógeno, oxido nítrico y oxido nitroso. Éstos son compuestos gaseosos y no son fácilmente accesibles para el crecimiento microbiano; por ello, se liberan normalmente en la atmósfera. El gas nitrógeno supone alrededor del 70% de los gases atmosféricos y su liberación en la atmósfera es un hecho benigno. (Fuente: http://www.selba.org/EspTaster/Ecologica/Agua/Desnitrificacion.html)
Floculante: Un floculante es una sustancia química que aglutina sólidos en suspensión, provocando su precipitación. Por ejemplo el alumbre, que es un grupo de compuestos químicos, formado por dos sales combinadas en proporciones definidas una de las sales es el sulfato de aluminio o el sulfato de amonio. (Fuente:http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/6019/mod_resource/content/1/tema_06_coagulacion_y_flo culacion)
Rotifero: los rotíferos contribuyen a un grupo de animales microscópicos (entre 0.1 y 0.5 mm) con unas 2200 especies que habitan en las aguas dulce, tierra húmeda, musgos, líquenes, hongos e incluso agua salada. (Fuente: http://www.biodiversidadvirtual.org/micro/Rotifero-2-de-3-img827.html)
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Capítulo III: Marco metodológico.
3.1) Diseño de la Investigación El diseño de la investigación será no experimental, “es el que se realiza sin manipular en forma deliberada ninguna variable. El investigador no sustituye intencionalmente las variables independientes. Se observan los hechos tal y como se presentan en su contexto real y en un tiempo determinado o no, para luego analizarlos. Por lo tanto, en este diseño no se construye una situación específica sino que se observan las que existen. Las variables independientes ya han ocurrido y no pueden ser manipuladas, lo que impide influir sobre ellas para modificarlas.” (Santa Palella Stracuzzi y Feliberto Martins Pestana)
El tipo de investigación es de campo, este consiste según Santa Palella Stracuzzi y Feliberto Martins Pestana la recolección de datos de diferentes estudios son cambiar ninguna variable. En esta se estudia todas las variables en su entorno para no perder su naturalidad.
3.2) Nivel de Investigación
En el diseño de la planta de tratamiento para aguas servidas, se realizará una investigación tipo proyectivo, donde se intenta proponer una solución al vertido final de las aguas servidas domésticas. Esto “implica explorar, describir y proponer alternativas de cambio, y no necesariamente ejecutar la propuesta” (Santa Palella Stracuzzi y Feliberto Martins Pestana).
Como se menciono anteriormente, la investigación le aportara una soluciona a la urbanización Mis Cariños para que sus aguas servidas no contaminen la fauna y flora que se encuentren en su entorno. Solo se llegara hasta su diseño para cubrir
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las necesidades de la población basado en conocimientos anteriores, luego la comunidad decidirá si se ejecutará o no el proyecto.
3.3) Población y Muestra
“La población, o en términos más precisos población
objetivo, es un
conjunto finito o infinito de elementos con características comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones de la investigación. Ésta queda delimitada por el problema y por los objetivos del estudio.” (Fidias Arias, 1999)
La población estará conformada por todas aquellas plantas de tratamiento para las aguas residuales, que lleguen a limpiar y en algunos casos a purificar el efluente hasta el punto que cumplan con las normativas venezolanas para ser servidas en ríos, lagos y mares. Esta población sería finita divido a que existen menos de 100.000 sistemas de purificación dentro del país.
Esta
población
sería
accesible
también
denominada
población
muestratreada, es la porción finita de la población objetiva a la que realmente se tiene acceso y de la cual se extrae una muestra representativa. El tamaño de la población accesible depende del tiempo y de los recursos del investigador (Ary, Jacob y Razavieh, 1989)
La muestra es un sub conjunto representativo finito que se extrae de la población accesible.
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En este sentido una muestra representativa es aquella que por su tam;o y características similares a las del conjunto, permite hacer inferencia o generalizar los resultados al resto de la población con un margen de error conocido.
La planta de tratamiento será nuestra muestra representativa puesto que sus características pueden ser comunes a instalaciones con caracteristicas similares.
3.4) Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Según Fidias Arias, “Se entenderá por técnica, el procedimiento o forma particular de obtener datos o información.”
La técnica utilizada para el proyecto es la observación que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática cualquier hecho, fenómeno que se produce en la naturaleza o sociedad, en función de los objetivos de investigación pre establecidos.
“Un instrumento de recolección de dato es cualquier recurso, dispositivo o formato (en papel o digital), que se utiliza para obtener, registrar o almacenar información.”.
Para el presente proyecto se utilizo una hoja de cálculo para la realización del diseño de la planta de tratamiento de aguas servidas, donde recolecta todos las formulas y datos necesario para su dimensionado.
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CAPITULO IV: Cálculo Planta de Tratamiento
El diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales se caracteriza principalmente por aportar un beneficio al medio ambiente y la sociedad, para la utilización de la misma. Para establecer los parámetros adecuados dentro del manejo de aguas residuales se deben realizar cálculos y pruebas previas para su uso. El primer aspecto que se debe tomar en cuenta en el cálculo, es el caudal que va a ser utilizado en el área establecida.
4.1) Cálculo del Caudal
Para el cálculo del caudal se trabajará con viviendas unifamiliares desarrolladas dentro de un sistema de urbanización con el nombre de “Mis Cariños”. Chaguaramas. Estado Guárico, la misma posee 1056 viviendas de interés social de 150 M², el dato principal que es necesario para el cálculo de esta planta es del caudal de agua que se determina según la normativa de dotaciones de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares en la Gaceta Oficial No. 4044, que según los metros cuadrados de cada parcela da un valor de dotación de agua correspondiente en litros por día, en el caso de la planta de tratamiento para esta urbanización se utiliza 1500 Lts/día, luego de obtenidos estos datos es cuestión de multiplicar los litros día por la cantidad de casas que se tienen dentro de la urbanización de la siguiente manera:
Con el valor determinado del caudal medio, se puede definir el tamaño exacto de la planta de tratamiento, tomando en cuenta que es un valor alto la cantidad de litros diarios que se va a manejar dentro de la planta de tratamiento. Esta condición conllevará a un sistema de varios “Tanques de Reactores Biológicos”
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y “Sedimentadores” para cumplir la normativa y compensar la cantidad de agua residual que se va a generar diariamente en la urbanización.
4.2) Cálculo de la Planta de Tratamiento
Luego de este procedimiento se dispone de datos ya establecidos para el cálculo de una planta de tratamiento que son los siguientes:
DBO= 220 mg/lts. Para
Demanda biológica de oxigeno promedio para
aguas residuales
aguas residenciales, representa el sustrato
residenciales
biodegradable
Ss= 220 mg/lts
Sólidos suspendidos promedio para estos líquidos, representa la biomasa activa presente en contacto con el substrato.
DBO= 60 mg/lts
Demanda bioquímica máxima en el efluente tratado, optado según el Decreto 883.
Ss
Sólidos suspendidos máximos en el efluente tratado, optado.
G= 0
Incremento de los sólidos suspendidos volátiles por día, en este sistema.
B= DBO×Q
(DBO agregado al sistema por día.)
E= 90% ó 73%
porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO
a= 0,57
Coeficiente de productividad o de crecimiento celular.
b= 0,04
Rata de respiración endógena ó constante de desaparición: autoxidación, optada.
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R= sus valores están entre 1
Rata de recirculación Q=R optada
a 1, 1 a 2 y 1 a 3. Csr= 10000 mg/lts
Concentración de los sólidos de recirculación, optada.
y= 220 mg/lts
DBO del afluente asignada al sistema en consideración. Porcentaje de materia volátil contenida en los
e= 0,80
sólidos de aeración, como decimal optado.
a= 0,48 kg de O2 /Kg
Kg de DBO removidos, valor agregado (optado).
b= 0.08
kg de biomasa, valor agregado, optado.
m.s.n.m
Altura sobre el nivel del mar.
Tv= C
Temperatura promedio del ambiente en verano.
Ti= C
Temperatura promedio del ambiente en invierno.
TO°= °K= -273.16 °C
Temperatura cero absoluto.
W= kg/m³
Valor obtenido de tabla peso específico del aire a altitud de m.s.n.m ya °C de temperatura.
Tabla#7: Datos Establecidos para el Cálculo de una Planta de Tratamiento (Fuente: manual de plantas de tratamiento de aguas residuales)
4.2.1) Ecuaciones utilizadas
a) Acumulación de lodo por síntesis y oxidación para el sistema de oxidación total, para valor de G=0
Donde: : es el valor del DBO con sólidos removidos. (Mg/l) : El valor de DBO agregados por día. (kg/d)
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: El porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO. (Resultado decimal) : Rata de respiración endógena. (ppm) : Kilos de sólidos obtenidos.
a)
Kilos de sólidos contenidos en el aireador.
Donde: : Coeficiente de productividad. (0.57) : Valor del DBO agregados por día. (Kg/d) : Porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO. (Resultado Decimal) : Rata de respiración endógena. (ppm)
b)
Concentración de sólidos de aireación en el líquido de la mezcla.
Donde: R: Rata de recirculación. (ppm) Q: Caudal o gasto medio obtenido. (lts/dia) Crs: Es la concentración de los sólidos de recirculación. (Porcentaje Decimal)
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c)
Sólidos suspendidos.
Donde: S: kilos de sólidos obtenidos.
d)
Factor de carga.
Donde: : Valor de DBO agregado por día. (mg/d) SSva: sólidos suspendidos. (mg/l) e)
Tiempo medio de resistencia celular o tiempo de detención hidráulica:
relación volumen y gasto por día.
Donde: Y: DBO del afluente asignada al sistema en consideración. (mg/l) K: factor de carga. (Porcentaje en decimal) Csa: concentración de sólidos de aireación en líquido mezcla. (Porcentaje en Decimal)
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e: porcentaje de materia volátil contenida en los sólidos de aireación. (Resultado Decimal)
Donde: : Tiempo medio de resistencia celular. (min) Q: Caudal o gasto medio obtenido. (m3/min)
Figura#19: volumen del tanque. (Fuente: Propia) f)
Kilogramos de oxígeno por día.
Donde: a`: DBO removidos.(mg/l)
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Q: Caudal o gasto medio obtenido. (ml/d) Y: DBO del afluente asignada. (mg/l) E: el porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO. (Decimal) b`: biomasa V: volumen del tanque. (m3) Csa: concentración de sólidos de aireación en líquido mezcla. (Porcentaje Decimal) e: porcentaje de materia volátil contenida en los sólidos de aireación. (Decimal)
g)
Kilogramos de oxigeno entre densidad del aire y porcentaje de
oxígeno.
Donde: R`02: kg de oxígeno por día.
h)
Volumen de aire con condiciones normales.
Donde: Va: kg de oxígeno entre densidad del aire y porcentaje del oxígeno.
i)
Volumen de aire a m.s.n.m y a temperatura específica.
70
Donde: Tv: temperatura promedio del ambiente en verano. (°K) Van: volumen de aire. (m3) Ti: temperatura promedio de aire en invierno. (°K)
j)
Peso del aire a m.s.n.m y temperaturas asumidas para el total del
sistema.
Donde: qs: volumen de airea m.s.n.m
Con este procedimiento se determinó el
número de sopladores, de
reactores. La capacidad del soplador y la capacidad requerida del estanque, para la capacidad que el estanque requerirá se emplea la siguiente fórmula:
Y para la capacidad del soplador:
Luego del siguiente procedimiento se va a continuar calculando ahora la potencia del soplador.
71
4.2 Cálculo de la potencia “CV” requerida para el soplador la pérdida de carga en la conducción del aire. a)
Potencia requerida por el soplador para estanques de aireación
Donde: W: Peso del aire a m.s.n.m y temperaturas asumidas para el total del sistema. (Kg) R: constante de los gases aire. (M/°K) Ti: temperatura absoluta de entrada. (°K) P1: presión absoluta de entrada en la tubería. (kg/cm2) P2: presión absoluta de salida de la tubería. (kg/cm2) K: relación del calor específico a presión constante a calor específico a volumen constante. (porcentaje Decimal) n: valor exponencial para el aire según la relación de K. (K_1/k) e: porcentaje de eficiencia del soplador asumido. (Decimal)
b)
Aumento real de la temperatura durante la compresión.
Donde: Ti: temperatura absoluta de entrada. (°K)
72
P1: presión absoluta de entrada en la tubería. (kg/cm2) P2: presión absoluta de salida de la tubería. (kg/cm2) K: relación del calor específico a presión constante a calor específico a volumen constante. (Porcentaje Decimal)
c)
Viscosidad del aire, adoptando una temperatura madia en la tubería
t= 60°C.
Donde: ∆T: aumento real de la temperatura. (°K)
d)
Número de Reynols.
Donde: qs: volumen de aire requerido en condiciones normales.(m3) d: diámetro de la tubería principal de conducción de aire. (m) u: viscosidad del aire.
e)
Factor de rozamiento en la tubería según el diagrama de Moody.
73
Grafico#1: Diagrama de Moody para el cálculo del factor de rozamiento en la tubería. (Fuente: http://mecfluidos.blogspot.com/2007/08/documentos-complementarios-al-tema.html)
f)
Caudal de aire en la tubería de transportación.
Donde: qs: volumen de airea m.s.n.m. ti: temperatura absoluta de entrada. (°K) Pa: presión atmosférica a m.s.n.m optada. (kg/cm2) Pt: presión de trabajo sobre el sistema. (kg/cm2)
74
g)
Velocidad del aire en la tubería.
Donde: Ca: caudal del aire. (m3/seg) n: valor exponencial para el aire según la relación de K. (m)
h)
Peso específico del aire.
Donde: M: peso molecular del aire. (Kg) P: presión absoluta de la tubería. (kg/cm2) R: constante universal del aire. T: temperatura absoluta de la tubería. (°K)
i)
Altura cinética para el cálculo de la pérdida de carga.
Donde: Vel: velocidad del aire de la tubería. (m/seg) P. específico: peso específico.
j)
Valor total de la pérdida de carga en la tubería.
75
Donde: f: factor de rozamiento en la tubería. (m/m) L: longitud de la tubería. (m) hc: altura cinemática. (m) d: diámetro de la tubería. (m)
k)
Pérdida de carga total en el sistema de trasportación de aire.
Donde: ht: altura total de la perdida de carga de la tubería. (m) hf: altura del filtro. (m) hv: altura de las válvulas. (m) hs: altura del silenciador. (m) ha: altura de las aguas, nivel freático. (m) d: difusores. (m) pd: presión de difusores. (kg/cm2)
l)
Selección del soplador.
PSI: Unidad de presión, libra por pulgada cuadrada. 76
Donde: Ht: altura total de la pérdida de carga de la tubería que esta expresada en PSI.
BHP: Unidad de caballos de potencia.
Donde: Cv: cálculo de la potencia requerido por soplador expresada en HP.
CFM: Unidad pie cubico por minuto.
RPM: Unidad de revolución por minuto.
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Tabla#8: Tabla para la Determinación de Valores en PSI de CFN (unidad pie cubico por minuto) y BHP (unidad de caballos de potencia). (Fuente: manual de diseño y cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales servidas domesticas de una urbanización, colegio de ingenieros de Venezuela, Ing. Fernando Núñez Calderón, Caracas, 2006)
78
Grafica#1: Para el Cálculo del Valor en Unidades de Revolución por Minuto. (Fuente: manual de diseño y cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales servidas domesticas de una urbanización, colegio de ingenieros de Venezuela, Ing. Fernando Núñez Calderón, Caracas, 2006)
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Grafica#2: Para el Cálculo del Valor en Unidades de Revolución por Minuto. (Fuente: manual de diseño y cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales servidas domesticas de una urbanización, colegio de ingenieros de Venezuela, Ing. Fernando Núñez Calderón, Caracas, 2006)
80
Con este cálculo determinamos las características del soplador que se va a utilizar dentro del diseño de la planta de tratamiento.
4.3 Calculo del tanque “Sedimentador Secundario” a)
Área superficial resultante para “cs” adaptado.
Donde: S: sólidos contenidos en el aireador. (Porcentaje Decimal) Rcs: Rata de desbordamiento superficial recomendada (ppm).
b)
Área superficial resultante para “ds”
Donde: Q: Caudal o gasto medio obtenido. (m 3 /día) Rds: Rata de desbordamiento superficial. (Ppm)
c)
Dimensiones adoptadas del sedimentador
a: ancho seleccionado. (m) l: largo seleccionado. (m) A: área resultante. (m 2) a.c: ancho del fondo del cono. (m)
81
Figura#20: dimensiones de los sedimentadores. (Fuente: Propia AutoCAD)
4.4 Cálculos de los vertederos Q: gasto medio por segundo. (lts/seg) Qmv: gasto máximo de vertederos de tanques pequeños.(ltrs/s/m) Lv: canal de vertederos de 1 solo lado. (Unidad) l: largo propuestos para vertederos.(m) v: ángulo de los vertederos propuesto.(°) v: ancho individual de los vertederos.(m) Hv: altura individual de los vertederos. (m) Ev: espacio entre dos vertederos colectivos. (m)
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d) Número de vertederos
Donde:
Nv: numero de vertederos. (Unidad) l: largo propuesto para vertederos.(m) v: Ando individual de los vertederos.(m)
e) Gasto individual por vertederos.
Donde: Qr: gasto individual por vertederos. (ltrs/seg) Q: caudal de diseño. (ltrs/seg) Nv: número de vertederos. (Unidad)
f)
Altura útil resultante por vertedero.
Donde:
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H: altura útil resultante por vertedero. (m) Qr: gasto individual por vertedero. (ltrs/seg)
4.5 cálculo del canal colector.
Q: gasto medio por segundo. (ltrs/seg) a: ancho del canal. (m) Hc: profundidad neta del canal optado. (m) v: Velocidad mínima recomendada. (m/seg) hl: Altura libre entre el vértice inferior del vertedero y la superficie del tirante de agua. (m) ht: Altura total del canal desde la cresta superior de los vertederos al fondo del canal. (m)
a) Área del colector.
Donde: A: área del colector. (m 2) Q: Gasto de diseño. (ltrs/seg) V: velocidad mínima recomendada. (m/seg)
84
b) Altura del tirante de agua.
Donde: Ht: altura del tirante de agua. (m) A: área del colector. (m2) A: ancho del canal. (m)
4.6 cálculo de la cámara de cloración para sedimentadores.
Q: gasto por segundo. (Ltrs/seg) T: tiempo de contacto mínimo requerido. (Min)
c) Volumen resultante
Donde: Vr: volumen resultante. (M3) Q: gasto por segundo. (Ltrs/min) T: tiempo de contacto mínimo requerido. (Min)
d) Volumen total
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Donde: Vt: volumen total. (M3) a: ancho total escogido. (m) h: altura resultante del tirante de agua. (m) d: distancia entre pantallas optado. (m)
e) Clorador seleccionado. Modelo: SAS. QM: gastos máximos por segundos igual al gasto a tratar. Clr: dosificación de cloro residual en el efluente. HTH: compuesto Químico con 70% de cloro útil.
4.7 cálculo del lecho de secado
Vs: volumen de cono sedimentador. (m3) Vv: volumen que se puede vaciar al lecho de secado, 20% del volumen del cono. (m3) n: número de veces a vaciar por mes sugerido. Lls: largo de lecho de secado. (m) Rp: Rata de percolación del lecho. (ppm)
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Alsu: área requerida para percolar. (m2)
f)
Volumen que puede variar en el lecho de secado.
Donde: Vv: volumen que puede variar en el lecho de secado. (m3) Vs: volumen del sedimentador. (m3)
g) Profundidades del lecho de secado.
La profundidad del lecho de secado contara con dos capas una de material granular o piedra picada y la otra de arena, dejando un borde libre donde reposara el lodo que va a ser utilizado como abono a futuro, como se muestra en la siguiente figura.
Figura#21: profundidad del lecho de secado. (Fuente: Propia AutoCAD)
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4.3) Memoria Descriptiva
Ya presentadas las ecuaciones para el cálculo de la planta de tratamiento de aguas residuales, fueron aplicadas para la urbanización “Mis Cariños”,
con el
caudal establecido por la Gaceta Oficial Nº 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, según la cantidad de M2 utilizados.
En el presente proyecto de investigación y diseño fue realizada una hoja de cálculo de la planta de tratamiento para aguas residuales, donde cada componente de la misma fue determinado para obtener dimensiones y valores que sean aprobados bajo el criterio de diseño.
En la primera página de la hoja de cálculo se va a encontrar todos los datos y parámetros de la demanda biológica de oxigeno (DBO) deseados para este diseño, también hay una pequeña leyenda explicando las celdas que se pueden modificar y las que no para introducir datos futuros en caso de ser reutilizado para otro diseño.
El componente principal dentro de la planta de tratamiento es el Reactor Biológico, es donde van a ser dirigidas las aguas residuales y aireadas mediante tuberías ubicadas específicamente, en el mismo se pueden encontrar todos los datos que conforman su cálculo, luego se realizan las ecuaciones a utilizar, que ya fueron desglosadas cada una al principio del capítulo IV del presente proyecto, en la hoja de cálculo también se va a encontrar el volumen del tanque donde se expresa las medidas de ancho, largo y profundidad, expresado que dentro del reactor se encuentran las tuberías de oxigenación o también llamadas sopladores, estas tendrán una cantidad de 3 sopladores, una por cada reactor. Dentro de los
88
sopladores será indicada la potencia requerida por cada uno de ellos, con una serie de elementos que van a conformar, el proceso de diseño.
Luego de esto con una serie de parámetros ya expuestos se va a realizar la selección del soplador en las diversas unidades de medidas, como son unidad de caballos de potencia, unidad de pie cubico por minuto, unidad de revolución por minuto y la unidad depresión libra por pulgada cuadrada.
El cálculo secundario de la planta fue del “Sedimentador”, su forma es de una tolva para facilitar la expulsión de los materiales orgánicos que pasen por él, se encuentra conectada a su vez con una tubería o Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift encargada de la recirculación del agua al reactor, los cálculos realizados en este componente fueron: áreas, dimensiones (largo, ancho y profundidad), volumen del “Sedimentador”, el número de vertederos o canal colector y la altura de cada uno.
El tercer componente que conforma la planta de tratamiento es la cámara de cloración, en el cálculo se tomará en cuenta la velocidad mínima recomendada, el recorrido en minutos, y una cantidad de pantallas que permita que el agua realice una ruta factible para su depuración en contacto con el cloro, altura del agua, altura del tanque y el largo, con estos datos se va a obtener el valor del volumen en la cámara de cloración y la distancia a recorrer.
Luego de esto está el lecho de secado, donde van a ir todos los desechos orgánicos para ser utilizadas posteriormente como abono, dentro de este cálculo se van a tomar en cuenta solo las dimensiones y los materiales a utilizar en la profundidad del mismo. Para determinar las dimensiones del lecho de secado fue necesario tomar en cuenta el valor del volumen, un valor determinado de la rata de percolación similar a la de un terreno permeable ya establecido, el área requerida
89
para percolar el agua de un terreno permeable y el número de veces a vaciar por mes.
Con estos datos se calculan las dimensiones del lecho de secado, o se establece un valor adecuado para aceptar esa cantidad de material orgánico, fue tomado en cuenta el material a utilizar en el lecho de secado como base y sub-base, las mismas van a ser de arena y piedra picada con un borde libre para que ingresen los lodos compuestos por desechos orgánicos.
90
4.3) Diagrama de Flujo para Manejo de la hoja de cálculo en Excel NOTA: LA NOMENCLATURA ESTABLECIDA SE DESCRIBE AL INICIO DEL CAPITULO IV, EL PRESENTE DIAGRAMA ES UNA GUÍA PARA EL MANEJO DE LA HOJA DE CALCULO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS.
Inicio Calculo para planta de tratamiento de aguas residuales Datos de Diseño Caudal de diseño
DBO (5,20)
Caudal medio litros por día
Demanda biológica de oxigeno promedio para el agua residual 200mg/l
Sólidos Suspendidos Sólidos suspendidos promedio para estos líquidos, representa la biomasa activa presente en contacto con el sustrato 200mg/l
Parámetros esperados DBO (5,20) Demanda biológica de oxigeno que se quiere llegar después de tratado 60mg/l
Reactor Biológico Acumulación de lodo por síntesis y oxidación para sistema de oxidación total
Sedimentador
Área superficial Cantidad de sopladores
contenidos en el aireador. (
resultante para “cs”
Área del colector.
Lecho de Secado Volumen que del lecho de secado.
adaptado.
Kilogramo oxigeno por día.
Kilos de sólidos
Cámara de Cloración
Área superficial resultante para “ds”
Altura del tirante de agua.
Número de veces a vaciar por mes
)
Concentración de
Kilogramos de oxigeno
sólidos de aireación en entre densidad del aire y el líquido de la mezcla.
porcentaje de oxígeno.
Dimensiones adoptadas del sedimentador
Volumen resultante
Rata de Percolación
Página siguiente
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Continuación pág. Volumen de aire con Sólidos suspendidos.
Factor de carga.
condiciones normales.
Vertederos
Volumen de aire
Número de vertederos
Volumen total
Área Requerida para percolar
Clorador
Número de lechos de secado
seleccionado.
Tiempo medio de resistencia celular o tiempo de detención hidráulica: relación volumen y gasto por día
Gasto individual Peso del aire =
.
por vertederos.
/
Dimensiones por cada lecho de secado, ancho largo, profundidad
)
Volumen del tanque Se coloca la
N° de sopladores
Altura útil
profundidad del tanque,
Profundidad: Piedra picada, arena, borde libre.
ancho y largo. Capacidad del soplador
Potencia del soplador (p2/p1)*K-(1/k)-1)/ (75*n*e))
Aumento de la temperatura
Viscosidad del Aire
N° de Reynolds
Página siguiente
92
Continuación pág. Factor de rozamiento de la tubería según Moody
Diríjase al diagrama de Moody anexo en la hoja de cálculo.
Caudal de aire en la tubería de transportación.
Velocidad del aire en la tubería.
Peso específico del aire.
Altura cinética para el cálculo de la pérdida de carga.
Valor total de la pérdida de carga en la tubería.
Pérdida de carga total
Selección del soplador ;
Se anexan tablas requeridas para obtener valor del “RPN”
Fin 93
4.3) Cálculos Arrojados por el Programa
Figura#23: Comienzo de Programa. (Fuente: Propia Excel)
Figura#24: Datos para Reactor Biológico. (Fuente: Propia Excel)
94
Figura#25: Dimensiones del Reactor (Fuente: Propia Excel)
Figura#26: Selección del Soplador (Fuente: Propia Excel)
95
Figura#27: Datos para Sedimentador (Fuente: Propia Excel)
Figura#28: Dimensiones Sedimentador (Fuente: Propia Excel)
96
Figura#29: Calculo Vertedero (Fuente: Propia Excel)
Figura#30: Calculo Cámara de Cloración (Fuente: Propia Excel)
97
Figura#31: Calculo Lecho de Secado (Fuente: Propia Excel)
98
4.6) Planos de la planta de tratamiento.
Plano #1: vista planta, de planta de tratamiento de agua residual. Fuente: Propia.
99
Plano #2: vista planta, de planta de tratamiento de agua residual. Fuente: Propia.
100
Plano #3: vista tridimensional, de planta de tratamiento de agua residual. Fuente: Propia.
101
Plano #4: vista tridimensional, de planta de tratamiento de agua residual. Fuente: Propia.
102
Plano #5: vista tridimensional, de sedimentador. Fuente: Propia.
103
Plano #6: vista tridimensional, de cámara de cloración y sedimentador. Fuente: Propia.
104
Plano #7: vista tridimensional, de rejilla y reactor biológico. Fuente: Propia.
105
Plano #8: vista tridimensional, de sedimentador. Fuente: Propia.
106
Plano #9: viste corte, de planta de tratamiento. Fuente: Propia.
107
CAPÍTULO V: Conclusiones y Recomendaciones.
5.1) Conclusiones
Dentro de la investigación presentada se definieron cada uno de los procesos más significativos de la planta de tratamiento de aguas residuales objeto del presente trabajo de grado, los cuales son: el sistema de aireación, sedimentación, y purificación. En el primer proceso del sistema de aguas residuales encontramos la aireación que se realiza dentro del “Reactor Biológico” y su función es el de soplar oxigeno mediante el uso de tuberías perforadas con el propósito de separar el material orgánico o lodo. El agua resultante de esta etapa es transportada al segundo proceso que es el de sedimentación, en este tanque se terminan de separar el agua del material orgánico o lodo, lográndose de esta manera que el lodo quede en la parte inferior del tanque y el agua en la superior, el material orgánico o lodo se devuelve mediante un sistema de tuberías que lo succionan para regresarlo al reactor y cumplir la función de matar a los organismos infecciosos del nuevo lodo, el agua pasa al tercer proceso que es el de purificación donde se utiliza el cloro para desinfectarla, pasa por un conjunto de canales logrando alcanzar un grado de pureza del agua recomendada para ser reutilizada, ya terminado este proceso el agua está lista para ser vertida o su utilización de aguas grises para riego de áreas verdes o limpieza de canchas múltiples. En todos los procesos de la planta su cálculo y dimensionado se cumplió con el objetivo deseado, con la finalidad de purificar el agua residual para su uso posterior o disposición final no contaminante.
La planta de tratamiento de aguas residuales, a ser desarrollada y construida bajo los parámetros provenientes del cálculo y dimensionado descritos en el capítulo IV en el diagrama de flujo para el manejo de la hoja de calcula realizada. Cada uno de ellos cumplen estrictamente con la demanda biológica de oxigeno establecida bajo los parámetros físicos y químicos de el decreto N°883 de la Gaceta Oficial Nº 5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995.
109
El modo de empleo del aire dentro del sistema de tratamiento de aguas, se logra en el presente proyecto a través de la utilización de dos sopladores por cada reactor, calculados y diseñados mediante la formulación indicada en el capítulo IV.
Las dimensiones de la planta de tratamiento para aguas residuales fueron calculadas mediante la ayuda de una hoja de cálculo diseñada en Excel, para determinar las dimensiones de los tanques y otras características expresadas en la investigación presentada.
Fueron definidos un conjunto de procedimientos para los operadores de la planta de tratamiento, con la finalidad de garantizar el resolver situaciones inherentes a la problemática operacional y de mantenimiento que garanticen la integridad del sistema de tratamiento y su proyección de vida útil. Con especial énfasis en el disminuir o eliminar los accidentes mecánicos durante el manejo de los equipos automáticos de la planta. El operador debe considerar todas las medidas de seguridad recomendadas, para mantener bajo control y como un adicional a este objetivo, el minimizar los riesgos eléctricos, mecánicos y riesgos a contraer enfermedades indicados en el aparte específico del presente trabajo de grado.
Se presento un plan de mantenimiento que debe ser aplicado por el operador de la planta, empleado en los siguientes equipos: aireación, reactor biológico, sedimentador, clorador, lecho de secado. Para procedimientos de parada programada, de emergencia o bajo interrupciones de la energía eléctrica.
110
5.2) Recomendaciones
Se recomienda como parte del objetivo, compartido no solo por el presente trabajo de grado sino por las autoridades ambientales de la “República Bolivariana de Venezuela”, y establecido de sanidad, higiene y protección ambiental : el implementar, desarrollar, construir y poner en servicio esta planta de tratamiento de aguas residuales.
Se recomienda, cuando el presente trabajo forme parte de los antecedentes de consulta obligada, promover en futuros trabajos de grado el mantener como objetivo general el que la difusión e implementación de estos sistemas de tratamiento para aguas residuales, sea de obligatorio cumplimiento para todos los desarrollos urbanísticos habitacionales donde los sistemas de sépticos y sumideros, los estudios de ingeniería, establezcan su factibilidad de sustitución y/o reemplazo.
Se recomienda, promover como acción didáctica relacionada con el sembrar y cultivar la cultura del mantenimiento de estas instalaciones dentro del ámbito de formación universitaria de profesionales de la ingeniería, y con la finalidad de crear una sólida conciencia en garantizar la efectiva operación y cumplimiento del período de diseño de su vida útil de estas instalaciones, el establecer cada uno de los aspectos tratados al respecto, en el presente trabajo.
111
Bibliografía
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Tesis de Grado; Manual para la selección de plantas compactas para el tratamiento de aguas servidas en desarrollos urbanos.
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tratamiento de aguas servidas domesticas de una urbanización; CaracasVenezuela, Colegio de Ingenieros de Venezuela.
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112
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Fidias Arias; El Proyecto para la Investigación; Guía para su elaboración;
Editorial Episteme; revisión por Carlos Sabino y Jesús Reyes; Caracas 1999.
Marian Balestrini; como se elabora el proyecto de investigación; Editorial
consultora Asociados; caracas junio del 2006.
113
