UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE (ECAPMA) CEAD JOSÉ ACEVEDO Y GÓMEZ INGENIERÍA AMBIENTAL
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES 358039_2– DISEÑO DE PLANTAS PL ANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
SILVIA C. FORERO JIMÉNEZ C.C. 52.384.651
Bogotá, Octubre de 2017
INTRODUCCIÓN El diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), para la planta de acopio de leche permitirá la disposición y tratamiento adecuados de los residuos sólidos y líquidos evitando la contaminación de receptores naturales y/o alcantarillado y así obtener mejores condiciones para el personal de planta, transitorio y de la zona de influencia del proyecto. Para este propósito es necesario describir las actividades y los procesos que se llevarán a cabo durante la operación de la planta, que conduzcan a la generación de residuos líquidos y sólidos. Lo anterior se contempla el plan de manejo ambiental, la descripción y análisis de riesgos, logrando alcanzar los objetivos de rentabilidad y eficiencia mejorando la calidad de vida para sus habitantes, ya que éstos podrían participar como proveedores, empleados o consumidores de la planta.
GENERALIDADES El proyecto está enfocado a la necesidad en organizar, centralizar y comercializar parte de la producción de leche y de quesos de la ciudad de Barranquilla y municipios con base en las posibilidades de demanda de regiones vecinas.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Se conoce un caudal de 15m 3, el turno laboral es de 7 am a 5 pm, 11 horas de turno, de lunes a sábado pero la descarga se da cada 2 días de trabajo, si se estima que en cada jornada laboral se realiza un consumo diario de 7,5 m 3 completamos los 15 m 3 del vertimiento.
= 153 ∗ 7.5 3 ∗ (0.55 ℎ ) = 61.873/ℎ Para el caudal de aguas residuales se tiene
7500) = 19500/ = 30000 − (3000 + Para el caudal medio se tiene
0.55 = 35455 = 19500 ∗ ℎ ℎ TRAMPA DE GRASAS De acuerdo con las recomendaciones consignadas en los Títulos A, B y C de la NSR-10 y los parámetros establecidos en las recomendaciones hidráulicas y de geotecnia, se realizará el de la trampa de Grasas en la PTAR. Se determina la necesidad de implementar un sistema trampa grasas como parte del tratamiento preliminar.
Parámetros de Diseño Trampa de Grasas CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO EN GRASA
1/4 QMH (L/min)
3 min
Tiempo de retención Área por cada l/s Velocidad ascendente Relación W:L Altura del tubo de salida con respecto al fondo del tanque Sumergencia de la tubería de salida QHS: si no está dentro del rango se debe aumentar la relación entre el largo y el ancho.
0,25m2 4 mm/s 0,0400 m/s 01:4-1:8 0,15m 0,90m 3-14 m3/hr/m2
Fuente: Titulo E RAS 2000
Parámetro
Caudal Caudal Altura efectiva (hef) Borde libre Altura total (ht)
Valor
Ecuaciones
9,85 l/s
Parámetros exigidos por el RAS 2000
capacidad de almacenamiento en grasas(kg)
851,0 m3/d 35,5 m3/hr 0,59m3/min 0,80m 0,20m
Tiempo de retención Área por cada l/s
1,00m velocidad ascendente
Area Transversal
0,99 m2
Velocidad ascendente
0,01 m/s
Area superficial
2,46 m2
Según Ras2000 A=0.25m2*Q
Volumen
2,0 m3
V = A*hef
Tiempo de retención
200 seg 3,3min
V/Q=t
14,4 m3/hr/m2
Qh = Q/A
Carga Hidráulica (QHS) Ancho (w) Largo (L) Largo (L) + pendiente del 10%
1,11m 2,22m 2,40m
W = (A/(relaL) 1/2
Relación W:L
1/4QMH (l/min)
3.0 min 0.25m2 1,00 mm/s 0,0100 m/s
1:4-1:8
Altura del tubo de salida con 0,15 m respecto al fondo del tanque Sumergencia de la tubería de Salida 0,90 m QHS: si no está dentro del rango se 3-14 debe aumentar la relación entre el m3/hr/m2 largo y el ancho.
AT= (Q/1000)/ Va(m/s) As= Q*0.25 QHS= Q (m3 /h)*As TANQUE DE IGUALACIÓN Se requiere que este tanque (homogenización o igualación) debe mantenerse bien mezclado para prevenir malos olores y sedimentación de sólidos. Para dimensionar una unidad de igualación se debe realizar un balance de masas, método “donde se compara el vol umen afluente a la planta de tratamiento con el volumen de agua promedio horario para un tiempo de 24 horas”(Crites & Tchobanoglous, 2000 pág 257), en su defecto; debe medirse la
variación de caudal cada hora. Si el volumen afluente es menos que el promedio, se debe drenar el tanque de homogenización; si el volumen afluente es mayor que el promedio, el tanque se comienza a llenar con el exceso del agua residual. (Ibid). CAUDAL PROMEDIO VOLUMEN TANQUE CAUDAL DE DISEÑO m3/h PROFUNDIDAD TANQUE DIAMETRO ANCHO TANQUE
VOLUMEN 24,19m3/hr MAX TANQUE TIEMPO DE 37,3m3 DETENCION CAUDAL 9,85m3/hr FINAL DE DISEÑO 1,5m AREA TANQUE 6,2m 3,9m LARGO
45,0m3 5 hr 24,19m3/hr 30,00m2 7,7m
REACTOR UASB
Caudal medio diario Caudal máximo Horario Demanda Biologica de Oxigeno en el Afluente Demanda Quimica de Oxigeno en el Afluente
9,85 QMH 0,00985 851,04 7,5 QMD 648 DBO5 4500 So 4750
l/s m3 /s m3 /dia l/s m3 /d mg/l mg/l
Temperatura
To
28
oC
Coeficiente de Producción de Sólidos
Y
0,17
Kg SST/KgDQOapl
0,17 4
Kg DQOlodo /KgDQOapl % KgSST/m3 horas m atm CH4-DQO/mol
Coeficiente de Producción de Sólidos en terminos de DQO Concentración esperada para lodo de descarte
Yobs C
Densidad de lodo Tiempo Hidraulico de retencion Profundidad del reactor presión atmosférica del lugar DQO equivalente del metano
THR H P K
1020 11 4,5 0,7 64
constante de los gases ideales
R
0,08206
atm*l/mol*ºK
t T
28 301
oC
ᵟ
Temperatura en centigrados del lugar Temperatura
oKelvin
Paso 1: calcular la carga media de DQO en el afluente (Lo) Lo 4042,44 kg/d Paso 2: Dimensiones del reactor V Dimensiones del reactor a H
390,06 m3
L
9,31 m 4,5 m 9,31 m
¿Se requiere más módulos? numero de módulos volumen de cada modulo
A
1
Vi 390,06 m3 Caudal para cada modulo Qi 35,46 m3 /hr Área de cada módulo 87 m2 Rectificación del THR THR
11
horas
Paso 2: Verificación de las cargas aplicadas carga orgánica Volumétrica 10,363636 KgDQO/m3 4 -d
COV Carga Hidráulica Volumétrica CHV Verificación de la velocidad ascensional para Qmedio Vasc
2,1818181 8 m3 /m3-d 0,2037931 m/h
ok
Verificación de la velocidad ascensional para QMH 0,1551724 1 m/h
Vasc Sistemas de distribución de agua residual en el afluente Ancho del Modulo
Longitud del Modulo Numero de Celdas Área de Influencia (A d) Numero de Tubos Simetría del Reactor Ancho del Modulo Largo del Modulo
o k
3,5 m 4,28 m 8 1,1449 m2 76 tubos 3 puntos de distribución 4 puntos de distribución
Paso 3: Eficiencias del Reactor Eficiencia de remoción de DQO del sistema Eficiencia de remoción de DBO del sistema
EDQO E _DBO
70,622051 % 78,8942059 %
Concentración de la DQO en el efluente Concentración de la DBO en el efluente
SDQo SDBO
1395,45258 mg/l 949,760735 mg/l
Paso 4: Producción de metado La producción de metano en el sistema de tratamiento
DQOmetano
kg CH_42167,63924 DQO /d
Factor de corrección para la temperatura y la presión atmosférica de operación del reactor Flujo de Metano
Kt QCH4
1,81376078 KgDQO/m3 1195,10757 m3/dia
Paso 5: Producción de biogas del biogas Producción de Biogás 0,75 es metano Qmedio, biogás 1593,476763 m3 /d Paso 6: Dimensionamiento colectores de gas Numero de colectores de gases 2 longitud del colector longitud total del colector ancho del colector área total del colector Verificación de la tasa de liberación de biogás en los colectores
3,5 m 7 0,25 1,75 910,5581501 37,93992292
m m m2 m3 /m2-d m3 /m2-h
asumida
ok
UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE LODOS Zona de recolección de lodos Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica.
Parámetro de Diseño Sedimentador
Relación L:W sed rectangulares Sedimentadores circulares
diámetro 3-60m
Pendiente de Fondo
6-17%
Profundidad velocidad min de flujo QHS para caudal medio
2m - 5m 0.2m/s - 0.4 m/s recomendada 33m3/m2-dia (32 a 48 m3/m2-dia ) recomendada 57m3/m2-dia
QHS para caudal pico sostenido x 3hr QHS para caudal pico
1.5:1.0 - 15-1.0
recomendada 65m3/m2-dia (80 a 120m3/m2-dia) mínimo 1 hr (2-6hr) 30 a 45 cm
Trh Profundidad almacenamiento de lodos distancia mínima entre la 3.0 m entrada y la salida velocidad de entrada 0.3m/s distancia entre los bafles y los 0.6 y 0.9m muros sumergencia bafles 0.45 a 0.60m Fuente: Ras 2000 Titulo E
Para determinar la velocidad crítica de arrastre se utilizó la ecuación de Camp y Shields
Donde k: Constante para material Unigranular s: Densidad relativa de la arena f: factor de fricción d: diámetro de la partícula a retirar. La velocidad Horizontal debe ser menor a 1.5m/min para prevenir la suspensión de sólidos, debe ser en promedio 15 veces menor que la velocidad critica de arrastre. Se recomienda la instalación de pantallas de disipación de velocidad a una distancia de 0.6 a 0.9 m del extremo entrada, con una sumergencia de 0.41 a 0.61 m, la tolva de lodos se coloca por lo general en la mitad del tanque y se manejan pendientes suaves. En tanques de desenlode manual se debe colocar, a una distancia del vertedero de salida de 0.6 a 1.5 m, una pantalla de retención de espumas con una sumergencia de 0.3 a 0.6 m.
Parametro Caudal a tratar
Q
Velocidad de flujo dentro de la unidad Densidad relativa de la partícula ρ Factor de forma K factor de rugosidad de la cámara f diámetro de partícula ( grano fino)
d
Cantidad 9,85 0,01 851
Unidad l/s m3 /s m3 /d
2,65 0,04 0,03 0,05 0,005 0,00005
gr/cm3 adim mm cm m
Temperatura media del agua Viscosidad absoluta a 20°C (ŋ)
T
Velocidad de Sedimentación según Stokes
Vs
Numero de Reynolds Eficiencia del sistema Factor de seguridad Área Superficial requerida
Re
ƞ
ε
FS As
Velocidad critica de arrastre para partículas de 0.05mm
Vc
28,0 8,39E-03 0,27 0,003 0,1597 75 1,60 5,88
°C cm2/s cm/s m/s Adim % Adim m2
9,29
cm/s
0,09 5,57
m/s m/min
2,5 5,00
m m
0,7
m m m m2 m2 m/s cm/s m3 s min hr m3/m2/d m
Dimensiones Adoptadas Ancho adoptado Largo zona de sedimentación distancia de separación entre la entrada y la pantalla difusora Longitud total de la unidad Comprobación Relación Profundidad Adoptada Área Superficial Área Transversal
b L2 L1 L L/b H As AT
Velocidad de flujo Horizontal
VH
Volumen
v
Tiempo de retención hidráulico
TRH
Carga Hidráulica Superficial Altura Total con pendiente del 10% Vertedero Sutro Longitud de Cresta Altura sobre el Vertedero velocidad de la lámina del agua sobre la cresta del vertedero Longitud cámara de salida (Xs) Diseño Pantalla Difusora Velocidad de paso entre los orificios Área Total orificios
QHS Ht
5,70 2 4 12,50 20,00 0,000 0,05 50,0 5076 84,60 1,41 68,08 4,40
LV H2
2,50 0,02
m m
0,24 0,50
m/s m
0,10 0,10 0,05 2,0
m/s m2 m pulg
Diámetro de orificio
Vo Ao do
Area por orificio Numero de orificios porcion d altura pantalla difusora con orificios numero de filas de orificios numero de columnas de orificios Espaciamiento entre filas Espaciamiento entre columnas
ESTRUCTURAS Esquema General Trampa de Grasas
ao # h nf nc a1 a2
0,0021 46 2,64 10 10 0,3 0,2
m2 m m m
Planta –Perfil Trampa de Grasas Proyectado
SEDIMENTADOR PRIMARIO Perfil Sedimentador Proyectado
Fuente: OPS- Lima Perú 2005
REACTOR UASB
