5.0 COMPONENTES DE LA PTAR TABOADA.
La planta de tratamiento de aguas residuales ha sido complementada sobre la base de la
información proporcionada por la iniciativa y los criterios técnicos determinados por la
información existente, según como a continuación se procede a detallar.
5.1 PTAR presentada por la iniciativa Privada.
Con fecha 31/10/06 el CONSORCIO Taboada, presento a PROINVERSION la iniciativa
privada Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Taboada, El que comprende una
planta de tratamiento de aguas residuales mediante sistemas de tratamiento tipo RAFA.
De ejecutarse esta planta sería la planta más grande de Latinoamérica.
5.1.1 Concepción de la PTAR TABOADA
La PTAR TABOADA propuesta ha sido concebida tomando en cuenta las características
particulares del lugar de implantación, principalmente del mar como cuerpo receptor, del
fondo marino en la zona de disposición final, así como las características del desagüe a
tratar.
Una de las premisas básicas para la formulación del proceso de tratamiento, fue la no
consideración del uso de un emisor submarino como parte del proceso, debido a las
siguientes razones:
· Las condiciones oceanográficas de la zona de implantación, morfología del fondo
marino así como las corrientes marinas reinantes, imponen la necesidad de un
lanzamiento a una considerable distancia de la orilla.
· El fondo marino donde se apoyará el emisor es inestable y con riesgo de licuefacción,
que obliga la implantación dentro de una zanja submarina y con mejoramiento de la
base con material de reemplazo.
· La ejecución de dicha zanja submarina alterará el ecosistema submarino, causando
perjuicios medio ambientales.
La construcción del emisor submarino es muy costosa por el gran diámetro requerido,
además de los grandes riesgos lo que hacen inviable esta alternativa de tratamiento de los
residuos líquidos de la población a atender.
Otra consideración se refiere al uso de los efluentes tratados y lodos producidos. En una
región donde los recursos hídricos son escasos, la disponibilidad de efluentes tratados que
sirvan para uso agrícola es un beneficio adicional de tratamiento. Además de eso, la
disponibilidad de lodos con alto contenido de materia orgánica es un atractivo adicional en
una región donde los suelos degradados agrícolamente lo demandan.
La planta de tratamiento idealizada tiene como principios:
· La implantación de un proceso donde los costos de inversión y sobre todo los de
operación sean los más reducidos posibles, constituyendo una solución que equilibre
de forma global los aspectos de tratamiento y disposición final.
· La disponibilidad de una fuente de recursos hídricos apta para la irrigación en una
región absolutamente carente de esos recursos en la mayor parte del año y
· La disponibilidad de residuos del proceso de tratamiento, específicamente los lodos,
aptos para el uso agrícola posterior, esto también considerando una región carente de
materia orgánica para fines de agricultura de cualquier especie.
La solución a todo ello fue el uso de la tecnología de reactores anaerobios del tipo UASB,
seguido de la desinfección por cloración, a fin de obtener un efluente tratado que permita:
1. El lanzamiento directo a las aguas costeras dispensando de emplear un emisor
submarino; y/o,
2. Un aprovechamiento de los efluentes tratados para fines de irrigación.
Consideraciones técnicas sobre la aplicación de reactores UASB
La utilización de reactores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) en el tratamiento de
desagües sanitarios viene siendo aplicada intensivamente en Brasil después de la década
de los 90s. Los reactores UASB presentan ventajas relevantes en relación a las demás
tecnologías de efecto similar:
· Reducción de la carga orgánica del efluente en el orden de 70% en relación a la del
afluente, sin gasto de energía eléctrica o gastos con equipamientos especializados,
tratándose de una instalación que contiene sólo tuberías y dispositivos mecánicos
simples de instalar.
· Producción reducida de lodos en relación a cualquier otra tecnología aplicable,
principalmente cuando es comparada con el proceso físico-químico.
· Producción de biogás que permite su aprovechamiento energético en la propia planta
de tratamiento.
· Producción de un efluente apto para el tratamiento posterior de desinfección por
cloración, prácticamente exento de DBO en las fases de suspensión o coloidal; con
reducidos índices de color y turbidez.
· Producción de un efluente tratado libre de uno de los parámetros de control sanitario
más representativos, el indicador de huevos de helmintos. Los desagües sanitarios
brutos presentan este indicador situándose en la franja de 500 a 1000 placas/lt. Los
efluentes de los reactores UASB presentan una concentración próxima de cero.
Para el caso de la aplicación en la PTAR TABOADA, se consideraron los siguientes
aspectos inherentes de los desagües sanitarios agrupados por los interceptores que
arriban al punto de instalación de la planta:
· Se trata de un caudal de desagües sanitarios de origen predominantemente
domésticos que fueron transportados por largas distancias en una tubería de gran
diámetro.
· Existen contribuciones de origen industrial, que son de aporte insignificante o de
naturaleza diversa.
El primer aspecto señala inicialmente una variación de caudales bastante reducida, por el
inexorable efecto de amortiguamiento de las variaciones diarias y horarias en estas
tuberías. De hecho, un análisis preliminar de las dimensiones de las tuberías de los
interceptores, principalmente del Interceptor Norte, indica claramente que las variaciones
horarias deberán ser sensiblemente más reducidas que aquellas verificadas al inicio de un
colector principal. Este primer aspecto también señala un efecto de solubilización de la
materia orgánica en los desagües sanitarios. De hecho, en una reacción anaeróbica
acontecen tres tipos de procesos, a saber:
· Solubilización, donde la materia orgánica migra de las fases de suspensión y coloidal
a la fase de solución.
· Acidificación, correspondiendo a la primera etapa de la reducción de la materia
orgánica por el efecto de la reducción directa de los compuestos más complejos a gas
sulfhídrico y mercaptanos (compuestos de azufre), ambos indeseables.
· La tercera y última etapa que prevalece en los reactores UASB, es la metanogénica,
donde las propias bacterias reducen la materia orgánica, produciendo como residuo el
gas metano.
Aunque sean transportados por largas distancias, la materia orgánica va migrando
paulatinamente de las fases de suspensión a la coloidal y finalmente a la de solución. Es
de esperarse que los desagües recolectados al punto final de los interceptores presenten
una componente de DBO soluble por encima de un 60% del total. De esto se llega a dos
consideraciones:
· Un aspecto favorable para el uso de reactores UASB, está representado por la
primera etapa del tratamiento la cual es la solubilización de la carga orgánica en la
propia fase de transporte de los desagües.
· Un aspecto desfavorable en la aplicación de cualquier tecnología que busque la
remoción de la carga orgánica por coagulación ya que la presencia de materia
orgánica en esta fase es de menor representatividad.
En lo concerniente a la presencia de substancias inhibidoras de la actividad metanogénica,
es de esperarse su ausencia o insignificancia en los desagües que sean tratados por la
PTAR TABOADA. Esto se debe a la gran componente doméstica, representativa de los
desagües que sean tratados. No obstante, este aspecto debe ser confirmado en estudios
subsecuentes, a través del ensayo de la actividad metanogénica específica de mucha
simplicidad.
Los efluentes del reactor UASB presentarán una DBO soluble estimada en el orden de 70
mg DBO/l. El contenido de sólidos suspensos se sitúa en el mismo nivel de efluentes de
decantadores secundarios bien operados, en la franja de 30 mg SS/l.
La temperatura es una condición fundamental para la operación de la reacción anaerobia,
requiriéndose temperaturas mayores a 15ºC para que no se paralice el proceso. Lo que
explica que no se aplique o se desarrolle esta tecnología en países del hemisferio norte
(donde se sitúan los países del denominado primer mundo), en los cuales las
temperaturas de los desagües bajan alrededor de los 5ºC en el invierno. En el caso de
Lima, Perú, el factor temperatura puede ser considerado más como un aspecto favorable
(debido a que los desagües se encuentran en alrededor de 20ºC)10.
En síntesis, los principales aspectos positivos de la aplicación de la tecnología de los
reactores UASB para la PTAR TABOADA comprenden:
· La disponibilidad de una planta de tratamiento que producirá efluentes tratados aptos
para los dos destinos básicos: uso en irrigación y/o disposición directa al mar.
10 PARSONS, Estudio de Factibilidad de PTAR y Emisor Norte, 2000
· La posibilidad de implantación de una planta de tratamiento con reducida inversión y
bajo costo de operación con relación a la magnitud del caudal tratado.
· Una baja producción de lodos.
· Un reducido consumo de energía eléctrica y otros insumos para el tratamiento.
Caudal de Diseño.
Para la determinación de la capacidad de diseño de la planta de tratamiento se ha hecho
uso de los estudios de Análisis de la Demanda elaborados por SEDAPAL y contemplados
en el Perfil del Proyecto enmarcado bajo lineamientos del Sistema Nacional de Inversión
Pública (SNIP), para un horizonte de proyecto de 20 años, con proyecciones hechas en
base a los resultados del Censo de Población y Vivienda 2005. Cabe mencionar, que en
las proyecciones de demanda de tratamiento de aguas residuales y acorde con el Plan
Maestro Optimizado 2005, de SEDAPAL, han considerado la puesta en marcha en el año
2015 de un grupo de pequeñas plantas descentralizadas, cuya finalidad, además de aliviar
las descargas a la PTAR TABOADA, es la de preservar el buen funcionamiento y vida útil
de los colectores primarios así como incrementar el reúso de las aguas servidas. Se ha
previsto que estas plantas se construirán en las partes altas del subsistema Taboada. De
dicho estudio se ha adoptado el caudal de diseño de 14 m3/seg. , el cual satisface el
horizonte del proyecto.
Características de las aguas residuales a ser tratadas
La PTAR TABOADA fue dimensionada previendo recibir un caudal medio de 14 m3/s.
Con base en ese caudal y en las características medias del desagüe fue elaborado el
siguiente Cuadro 5.1 en el que figuran los datos asumidos para el dimensionamiento de
las principales unidades componentes de la PTAR TABOADA, generación de residuos
sólidos y producción de biogás.
Cuadro 5.1 Caracterización de los desagües a ser tratados
VARIABLE CONCENTRACION
pH
Alcalinidad 253 mg/l
Temperatura 20ºC
DBO 300-380 mg/l O2
DQO 780 mg/l O2
NTK 61 mg/l N2
P-Total 9 mg/l P
Sólidos Suspendidos Totales 280 mg/l
Sólidos Suspendidos Fijos 60 mg/l
Sólidos Suspendidos Volátiles 220 mg/l
Coliformes Fecales 3,0 x 107 NMP/100 ml
Coliformes Totales 2,0 x 108 NMP/100 ml
Streptococcus 3,49 x 107 NMP/100 ml
Fuente: Iniciativa Privada, según el estudio de Factibilidad elaborado por PARSONS.
Calidad del efluente tratado
El sistema de tratamiento propuesto obtendrá efluentes con las características que se
señalan en el siguiente Cuadro 5.2.
Cuadro 5.2 Calidad del efluente tratado.
PARAMETRO VALOR, en (mg/l) REDUCCION, en %
DBO 70-90 70
DQO 235 70
SST 20 - 40 75
TKN 45 22
P – TOTAL 8 11
Coliformes Fecales <> Cámara de Rejas
· Módulo 02 > Estación de Bombeo
· Módulo 03 > Militamices y Desarenador
Desinfección por Cloración.- El cloro es el desinfectante más usado para el tratamiento
del agua residual doméstica porque destruye los organismos a ser inactivados mediante la
oxidación del material celular. Está prevista la aplicación de cloro al efluente, sólo en
cantidades mínimas, que permitan bajar los coliformes fecales a valores menores a 1000
NMP/100 ml
Instalaciones de Apoyo.- En el proyecto se ha considerado la construcción de cerco
perimétrico para la protección de la planta de tratamiento de aguas residuales con puertas
para el ingreso vehicular y peatonal. Asimismo, para la circulación de vehículos dentro de
la planta se ha previsto vías de acceso.
Para el control operacional de todo el sistema de producción se ha previsto oficinas
administrativas. Laboratorio, donde se efectuará el control de calidad de los desagües, se
dispone de ambientes para laboratorio de análisis físico – químico, análisis bacteriológico
y limpieza de materiales para ambos laboratorios.
Todos los ambientes cuentan con servicios de: agua, desagüe, energía eléctrica, servicios
higiénicos.
Se requerirá de suministro eléctrico para la operación de la PTAR TABOADA; un sistema
eléctrico interior (alumbrado, fuerza, etc.) y automatización de los equipos que lo
necesiten.
Almacenes, contará con áreas techadas y áreas al aire libre para almacenar de los
insumos requeridos para el proceso (polímeros y cloro), tuberías para reemplazo y otras
piezas pesadas.
Se contará además con un área de estacionamiento para los contenedores que
transportarán los desechos al relleno sanitario.
Además la PTAR TABOADA contará con un entorno paisajista.
5.1.3 Construcción de la PTAR TABOADA1
Para la planificación de los trabajos se han considerado los siguientes aspectos:
· Extensión del área de la obra
· Tipos de trabajos a desarrollar
· Frentes de trabajo
· Aspecto o problemática social de la zona de desarrollo de la obra.
De acuerdo a esto se ubican los siguientes sectores de construcción:
· Sector 1: Reactores UASB 1, 2, 3 y 4
· Sector 2: Reactores UASB 5 y 6
· Sector 3: Pozo de bombeo, Caja de Arena y Canal de Tamices
· Sector 4: Edificio de Desagüe de Lodos
· Sector 5: Cerco Perimétrico, Edificaciones y Obras exteriores
· Sector 6: Cámara de Contacto para Desinfección con Cloro
Paralelamente al desarrollo de cada uno de los sectores se realizará, cuando sea
necesario, el bombeo de las aguas por medio de bombas sumergibles. Este bombeo será
antes, durante y después de la construcción de los sectores respectivos hasta la puesta en
marcha de cada uno de los sectores y de la obra en su conjunto.
Se prevé un análisis especial para la construcción de la cimentación de los reactores en
razón del nivel freático alto que presenta el área de construcción.
Puesta en marcha de la PTAR TABOADA
La elaboración del Expediente Técnico y desarrollo de ingeniería de la PTAR TABOADA
se realizará en los primeros 6 meses. Las obras civiles y el montaje se ejecutarán dentro
de los siguientes 30 meses. Por tanto, la puesta en marcha de la PTAR TABOADA se
dará a los 36 meses de suscrito el Contrato de concesión.
Operación de la PTAR TABOADA
Para la operación de la planta se contará con personal calificado para estas funciones y en
la cantidad suficiente para las 24 horas de operación continua. Se cuenta con un Jefe de
Planta, Jefes de Turno, Operadores, Laboratoristas, Técnicos y personal de apoyo. Para
el proceso de tratamiento solo se ha considerado el uso de 2 materiales, el polímero
requerido para la deshidratación de los lodos producidos y el cloro para la desinfección
final del efluente. Los residuos sólidos se han considerado que serán evacuados al relleno
sanitario, sin embargo los lodos secos podrán ser usados en agricultura. Debido a que el
biogás a ser generado será utilizado para el secado de los lodos, la energía eléctrica
requerida por la planta será suministrada por EDELNOR a través de una línea de
transmisión.
1 Este contenido fue tomada de la Memoria Descriptiva de la Iniciativa Privada recibida de
PROINVERSION. Se presenta con fines ilustrativos de cómo la IP visualiza la ejecución de la Obra
El personal estará capacitado finalmente para las operaciones de desinfección con Cloro,
Tratamiento de Lodos, Operación de los equipos automatizados, manejo del transporte de
sólidos adecuadamente y otras labores en la Planta.
Mantenimiento de la PTAR TABOADA
Se ha definido un mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo de la planta, así como
de sus equipos en su mayoría. Cada equipo instalado tendrá una revisión predictiva y
preventiva de sus partes y un chequeo adecuado de su funcionamiento. La obra civil de la
planta tendrá mantenimientos correctivos periódicos para optimizar el proceso y que no
sufra interrupciones.
5.1.4 Evaluación ambiental preliminar
La situación actual que enfrenta el Proyecto Integral de Saneamiento de la Zona Norte de
Lima Metropolitana, conlleva a acelerar el proceso de culminar la infraestructura del
mismo, ya que la sola construcción del Interceptor Norte no permitirá su implementación
parcial dada las consideraciones ambientales que han llevado a la decisión de mantenerlo
fuera de operación. Frente a ello, y siguiendo la línea de recomendaciones establecida en
el Estudio de Impacto Ambiental del Interceptor Norte, se plantea culminar la
infraestructura restante del Proyecto Integral, para lo cual se presenta una propuesta de
tratamiento compuesta principalmente por un sistema de reactores anaerobios de flujo
ascendente (UASB), complementado con un sistema de postratamiento de desinfección
del efluente.
La presente Evaluación Ambiental Preliminar del Proyecto de Construcción de la Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales Taboada, busca determinar de manera general las
implicancias ambientales de este sistema en el tratamiento de las aguas residuales, así
como aquellas que deriven de su construcción, y operación.
Marco legal referencial y específico
Los principales instrumentos normativos a ser considerados en el desarrollo del proyecto,
en lo que a materia ambiental se refiere son:
· Constitución Política del Perú de 1993
· Ley Marco para el crecimiento de la Inversión Privada, D.L. Nº 757
· TUO de las normas con rango de ley que regulan la entrega en concesión al
sector privado de las obras públicas de infraestructura y de servicios.
Sunday, September 30, 2007
Saturday, September 29, 2007
5.0 - page 11 to 20
5.2 Complementación de la PTAR propuesto por la Iniciativa Privada
Sobre la base de la iniciativa privada se ha procedido a desarrollar los parámetros y
criterios de diseño de la PTAR Taboada que a continuación se detallan.
El listado de los equipos para cada unidad de tratamiento se presenta en los planos de la
Ingeniería de Procesos e Hidráulica. Se adjunta hoja resumen de los equipos empleados
en el tratamiento de las aguas (ver anexo 8), así como las características de los equipos
empleados en el laboratorio, según parámetros de interés en la vigilancia de la calidad y
control de los procesos de aguas, lodos y gases.
5.2.1 Parámetros de diseño.
a.- Parámetros de diseño del tratamiento preliminar.
Rejillas.- El primer paso en el tratamiento de las aguas residuales consiste en la
separación de los sólidos gruesos por medio de rejillas gruesas.
Se ha elegido un tipo convencional de rejillas gruesas con una abertura libre entre las
barras de 26 mm.
Rejillas Finas/gruesas Valor
Parámetro recomendado
Factor de forma de las barras 0,76 a 2,42
Ancho de barras, en cm 0,5 a 1,5
Espaciamiento, rejillas finas en mm 2 a 10
Espaciamiento , rejillas medianas en mm 10 a 20
Espaciamiento, rejillas gruesas en cm 2,0 a 5,0
Velocidad de aproximación, m/s 0,3 a 0,6
Max. velocidad entre barras, m/s 1,2 a 1,8
Factor de obstrucción, rejillas finas 0,2 a 0,5
Factor de obstrucción, rejillas gruesas 0,05 a 0,2
Pérdida de carga, en cm hasta 15,0
Estación de bombeo.-
El diseño de una estación de bombeo depende de la tecnología a emplear, de las
características de las aguas residuales, de la velocidad de acceso y de la carga dinámica
total a vencer, entre otros factores. El tratamiento de las aguas es importante cuando se
sabe que la cantidad de materiales granulares es importante y que su remoción permite
prolongar la vida útil de las instalaciones y equipos. En algunos casos es útil el empleo de
cárcamos de sección circular, en función de los resultados de los estudios de Mecánica de
Suelos, pero requiere del diseño cuidadoso de la estructura de llegada a cada una de las
bombas. El uso de bombas de tornillo, aún con bajas eficiencias, permite el manejo seguro
y confiable de las aguas
Estación de bombeo principal Valor
Parámetro recomendado
Tiempo de retención, min 25
Velocidad de llegada, m/s 1.2 a 3.0
Altura de bombeo, m variable
Desarenadores.- Los desarenadores se instalan para lograr los siguientes objetivos:
a. Proteger los elementos mecánicos móviles de la abrasión y el excesivo desgaste.
b. Reducir la formación de depósitos pesados en el interior de las tuberías, canales y
conducciones.
c. Reducir la frecuencia de limpieza de los digestores provocada por la excesiva
acumulación de arenas.
Un desarenador se diseña normalmente para remover partículas con una densidad de 2,7
g/cm3 y un diámetro de 0.2 mm. La separación de materia orgánica particulada no es
deseable por lo que se recomienda una velocidad horizontal del agua de
aproximadamente de 0.3 m/s. Además, es aconsejable implementar un clasificador y/o un
equipo de limpieza de arena. El diseño garantiza, a flujo promedio, una separación de
partículas con diámetros de 0,2 mm a 0.1 mm.
Para la sedimentación de una partícula del tamaño de 0,1 mm, la carga superficial máxima
debe ser menor e igual que la velocidad de sedimentación de 24 m/h (82 m/h para
partículas del tamaño de 0,2 mm), a una temperatura del agua de 10 °C. La velocidad de
sedimentación se incrementa con el aumento de la temperatura. Para temperatura de 25
°C, la velocidad de sedimentación de una partícula del tamaño de 0,1 mm es
aproximadamente 32 m/h. Para el diseño este valor garantiza una buena separación de
partículas con diámetros desde 0,1 mm y mayores. La Tabla 10.4.1.a presenta los
parámetros de diseño del tratamiento preliminar.
Desarenador Valor
Parámetro recomendado
Gravedad específica de arenas 2.65
Tamaño de partículas a separar, en mm 0,1 a 0,2
Sin aireación
Velocidad horizontal, en m/s 0.3
Carga superficial, condiciones de flujo promedio, en m/h 32
Tiempo de retención, en sec 45 a 60
Con aireación
Suministro de aire, en m3/min / long tanque (m) 0.084
Velocidad horizontal, en m/s < 0,2
Carga superficial, condiciones de flujo promedio, en m/h 32
Tiempo de retención, en min 2 a 5
Desgrasador.- En un desarenador aireado es posible emplear una sección en el canal
para eliminar las grasas y aceites flotantes, aprovechando el aire que se inyecta para el
lavado de las arenas. Se produce un fenómeno de flotación que permite la eliminación de
materiales suspendidos y gases. La colección de los materiales flotantes y su
encauzamiento a las cajas colectoras provistas de bombas de tornillo se puede realizar
mediante boquillas de aire.
Desgrasador aireado Valor
Parámetro recomendado
Carga hidráulica superficial, m3/m2 día 40 a 120
Longitud del canal, m 15 a 30
Tiempo de retención, min 1 a 3
Tamices.- Para las rejillas finas se usarán tamices de tambor con una malla de 6 mm de
claro libre, la que presenta una alta capacidad de remoción de sólidos.
Rejillas Finas o tamices Valor
Parámetros recomendado
Microcriba o tamiz limpieza automática
Abertura de malla, mm 6.0
Velocidad de aproximación, m/s 0,3 a 0,6
Carga hidráulica, m3/m2 d 1400 a 3528
Agua requerida para lavado, % 2 a 4
Pérdida de carga, en % 40 a 60 de H
b.- Parámetros de diseño del tratamiento secundario
Por el diseño, se han utilizado información de los siguientes autores u organizaciones:
MOP 8, CNA, Ramhalo, Eckenfelder, Fair&Geyer&Okum, Gloyna, F.Yánez. Los
parámetros de diseño de las unidades de tratamiento se resumen a continuación.
Reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo ascendente, RAFA.- se presenta
información que permite la selección de los parámetros considerando que el cálculo se
realiza elaborando el balance de masa alrededor del reactor y empleando constantes
cinéticas.
Rango Típico
Fermentación g SSV/g DQOs 0.06-0.12 0.10
Metanogénesis g SSV/g DQOs 0.02-0.06 0.04
Combinado global g SSV/g DQOs 0.05-0.10 0.08
Fermentación g/g-d 0.02-0.06 0.04
Metanogénesis g/g-d 0.01-0.04 0.02
Combinado global g/g-d 0.02-0.04 0.03
35 oC g/g-d 0.30-0.38 0.35
30 oC g/g-d 0.22-0.28 0.25
25 oC g/g-d 0.18-0.24 0.20
35 oC mg/l 60-200 160
30 oC mg/l 300-500 360
25 oC mg/l 800-1110 900
Metano
Producción a 35 oC m3/kg DQO 0.4
Densidad a 35 oC kg/m3 0.6346
Contenido de gas % 60-70 65
Contenido de energía kJ/g 50.1
Carga volumétrica recomendada para DQO soluble.
85 a 95% de remoción y 25000 mg/l de lodos
Carga volumétrica recomendada para DQO soluble.
85 a 95% de remoción y 25000 mg/l de lodos
Tipo de agua Rango Típico Rango Típico
DQO cercana a 10% soluble 1.0-3.0 1.5 6-10 8
DQO parcialmente soluble 1.0-1.25 1 3-7 6
Agua residual doméstica 0.8-1.0 0.7 3-5 5
Altura del Reactor, m
Velocidad de flujo ascendente y alturas recomendadas para RAFA
Velocidad, m/h
Temperatura 25 30 35 40
20 900 1050 1200 1400
25 110 1300 1500 1700
30 1300 1600 1800 2100
35 1500 1800 2100 2400
40 1700 2100 2400 2800
Requerimientos de alcalinidad, como CaCO3 y mantener pH= 7.
Digestión anaerobia
% de CO2 en fase gaseosa
CARGA VOLUMETRICA, KG DQO / m3 x d
0.1 - 0.3 2 - 4 2 - 4 8 - 12
0.3 - 0.60 2 - 4 2 - 4 8 - 12
0.60 - 1.00 na na na
0.1 - 0.3 3 - 5 3 - 5 12 - 18
0.3 - 0.60 4 - 8 2 - 6 12 - 24
0.60 - 1.00 na 2 - 6 na
0.1 - 0.3 4 - 6 4 - 6 15 - 20
0.3 - 0.60 5 - 7 3 - 7 15 - 24
0.60 - 1.00 6 - 8 3 - 8 na
0.1 - 0.3 5 - 8 4 - 6 15 - 24
0.3 - 0.60 na 3 - 7 na
0.60 - 1.00 na 3 - 7 na
Tanque de contacto de cloro.- el parámetro de diseño de un sistema de desinfección es
la oportunidad de contacto de las moléculas de cloro con la célula del microorganismo a
eliminar, por esta razón se diseña una caja de mezcla al inicio del tanque de contacto para
que el cloro en su forma más oxidante reaccione con la biomasa celular para destruirla. El
tiempo de contacto en el tanque asegura la desinfección eliminado la posibilidad de
generar compuestos organoclorados o cloraminas.
Bombeo de lodos.- el bombeo de lodos requiere especial atención en función de las
características de los lodos y de la concentración de materiales suspendidos, además del
tiempo de permanencia en la estación a fin de eliminar problemas de olores.
Cárcamos de recirculación y purga de lodos y lodos espesados
Valor
Parámetro recomendado
Tiempo de operación de los equipos por día, en hr 18 a 24
Tiempo de retención de lodos, en min 5 a 15
Deshidratación mecánica de lodos.- los lodos se pueden deshidratar empleando
procesos mecánicos o la acción de la gravedad y factores climáticos. En el primer caso
son usuales las centrífugas y filtros banda, en el segundo los lechos de secado.
Generalmente en el uso de lechos de secado se emplean espesadores.
Secado de lodos.- el secado de lodos se realiza empleando unidades donde es
necesario el intercambio térmico. Generalmente se emplea un hidrocarburo o en gas.
Disposición final de lodos.- en el presente proyecto se plantea la disposición final de los
lodos estabilizados en un relleno sanitario o en tierras agrícolas sobreexplotadas. Se debe
considera los costos asociados a cualesquiera de estas prácticas.
5.2.2 Desarrollo de la PTAR Taboada.
a.- Componentes de la Planta
La PTAR Taboada tratará las aguas residuales de la Gran Lima mediante un proceso
biológico a nivel secundario mediante reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo
ascendente y desinfección de las aguas con gas cloro. El tratamiento preliminar de las
aguas consta de rejillas gruesas para la eliminación de sólidos mayores a los 25 mm,
tamices para la eliminación de sólidos con tamaños de 6 mm o mayores y desarenador
aireado para la eliminación de materiales granulares y desgrasadores aireados para
remover grasas y aceites flotantes. Se emplea una estación de bombeo que permite elevar
las aguas hasta el nivel que permite fluyan por gravedad a través de las unidades de
tratamiento hasta su descarga al mar. Se compone de las siguientes unidades de
tratamiento de aguas, lodos y gases.
Tratamiento de aguas:
Colectores de aguas residuales que las conducen a la planta (interceptor norte, -------).
Rejilla gruesa.
Estación de bombeo.
Tamices.
Desarenador – Desgrasador aireados.
Torre de distribución de aguas pretratadas.
Caja de distribución secundaria 1 a los Rafas 1, 2, 3 y 4.
Caja de distribución secundaria 2 a los Rafas 5 y 6.
Módulo Rafa 1
Módulo Rafa 2
Módulo Rafa 3
Módulo Rafa 4
Módulo Rafa 5
Módulo Rafa 6
Tanque de contacto de cloro.
Estación de cloración.
Canal de descarga al mar
Tratamiento de lodos:
Tanque de acumulación y bombeo de lodos 1.
Tanque de acumulación y bombeo de lodos 2.
Deshidratación mecánica de lodos (centrífugas).
Sistema de preparación y dosificación de polímeros.
Almacén de productos químicos.
Secado mecánico de lodos (hornos).
Disposición final.
Tratamiento y manejo de gases:
Condensadores y enfriadores de biogás.
Gasómetro.
Quemador de gas.
Generador de energía (grupo electrógeno).
Biofiltro 1 (gases de rejilla gruesa y estación de bombeo).
Biofiltro 2 (gases de tamices).
Biofiltro 3 (gases de desarenadores desgrasadores).
Servicios generales de apoyo a la operación:
Oficina generales administrativas.
Comedor y sanitarios.
Taller de mantenimiento.
Laboratorio y puesto central de control.
Centro de control de motores 1.
Centro de control de motores 2.
Centro de control de motores 3.
Subestación eléctrica.
Alimentación eléctrica del Concesionario eléctrico
Servicios generales de seguridad:
Cerco perimétrico.
Alumbrado exterior.
Sistema de pararrayos y tierras.
Caseta de vigilancia.
b.- Criterios de diseño de la PTAR Taboada.
Para el dimensionamiento de las unidades que forman parte de los procesos de
tratamiento, se requiere establecer los siguientes parámetros:
· caudales de aguas residuales (industriales y de origen doméstico),
· calidad de las aguas residuales,
· calidad de las aguas residuales tratadas y
· horizontes de planeación.
En las siguientes secciones se realizará una descripción de los principales factores
considerados para el establecimiento de los parámetros de diseño.
Industrias en el área del Proyecto.
Es un hecho que la Ciudad de Lima es una zona con una importante presencia industrial.
La evaluación de estas industrias y su impacto es importante, ya que, en términos
generales, pueden ubicarse de la siguiente forma:
a. Empresas de producción de textilería.
b. Empresas ligadas a la industria maderera.
c. Empresas papeleras.
d. Empresas ligadas a la generación de alimentos y bebidas.
e. Empresas de productos químicos.
f. Comercios y servicios.
La actividad industrial se encuentra distribuida a lo largo de toda el Área de Estudio,
distinguiéndose:
· Áreas industriales consolidadas o sea aquellas desarrolladas con un carácter
marcadamente industrial, con límites bastante definidos. Actualmente se
encuentran ubicadas en las Zonas Industriales de Lima (cercado), Ate Vitarte,
Jesús María, La Victoria, Los Olivos, San Isidro, San Miguel, Santa Anita,
Carabayllo, San Juan de Lurigancho, El Agustino, Breña, Callao, entre otras.
La falta de un plan de desarrollo industrial conlleva a considerar la presencia de la
industria como un porcentaje del número de habitantes que se conectará al sistema de
alcantarillado durante cada una de las etapas del Proyecto. El porcentaje varía desde un
0,42% para el año 2010 hasta un 0,37% en el año 2025. Entre estos dos extremos se ha
realizado una interpolación lineal. La cuantificación de los diferentes porcentajes toma en
cuenta fundamentalmente los siguientes razonamientos:
Caudales y cargas de contaminantes.
Los caudales y cargas que se aportarán a la PTAR Taboada se han determinado a partir
de la información proporcionada por Sedapal. En relación con los gastos de aguas
residuales se realizó un análisis de la información existente, la que se presenta en el
Cuadro A los valores de los gastos horarios, para las diferentes fechas de mediciones, se
les calculó su media geométrica, para posteriormente determinar la suma. En la figura se
le señala como la suma de colectores de aguas residuales. Posteriormente se calcularon
los valores hacia el horizonte de planeación, empleando un factor de 1.45. de esta forma
se obtienen los gastos mínimos y máximos horarios, de 5.65 y 20.63 m3/seg,
respectivamente. El gasto medio diario es de aproximadamente 14.0 m3/seg.
En la siguiente figura se muestra la variación actual y a futuro de los caudales de aguas
residuales a tratar en la planta.
Figure
GASTOS HORARIOS DE AR. PTAR TABOADA
Sobre la base de la iniciativa privada se ha procedido a desarrollar los parámetros y
criterios de diseño de la PTAR Taboada que a continuación se detallan.
El listado de los equipos para cada unidad de tratamiento se presenta en los planos de la
Ingeniería de Procesos e Hidráulica. Se adjunta hoja resumen de los equipos empleados
en el tratamiento de las aguas (ver anexo 8), así como las características de los equipos
empleados en el laboratorio, según parámetros de interés en la vigilancia de la calidad y
control de los procesos de aguas, lodos y gases.
5.2.1 Parámetros de diseño.
a.- Parámetros de diseño del tratamiento preliminar.
Rejillas.- El primer paso en el tratamiento de las aguas residuales consiste en la
separación de los sólidos gruesos por medio de rejillas gruesas.
Se ha elegido un tipo convencional de rejillas gruesas con una abertura libre entre las
barras de 26 mm.
Rejillas Finas/gruesas Valor
Parámetro recomendado
Factor de forma de las barras 0,76 a 2,42
Ancho de barras, en cm 0,5 a 1,5
Espaciamiento, rejillas finas en mm 2 a 10
Espaciamiento , rejillas medianas en mm 10 a 20
Espaciamiento, rejillas gruesas en cm 2,0 a 5,0
Velocidad de aproximación, m/s 0,3 a 0,6
Max. velocidad entre barras, m/s 1,2 a 1,8
Factor de obstrucción, rejillas finas 0,2 a 0,5
Factor de obstrucción, rejillas gruesas 0,05 a 0,2
Pérdida de carga, en cm hasta 15,0
Estación de bombeo.-
El diseño de una estación de bombeo depende de la tecnología a emplear, de las
características de las aguas residuales, de la velocidad de acceso y de la carga dinámica
total a vencer, entre otros factores. El tratamiento de las aguas es importante cuando se
sabe que la cantidad de materiales granulares es importante y que su remoción permite
prolongar la vida útil de las instalaciones y equipos. En algunos casos es útil el empleo de
cárcamos de sección circular, en función de los resultados de los estudios de Mecánica de
Suelos, pero requiere del diseño cuidadoso de la estructura de llegada a cada una de las
bombas. El uso de bombas de tornillo, aún con bajas eficiencias, permite el manejo seguro
y confiable de las aguas
Estación de bombeo principal Valor
Parámetro recomendado
Tiempo de retención, min 25
Velocidad de llegada, m/s 1.2 a 3.0
Altura de bombeo, m variable
Desarenadores.- Los desarenadores se instalan para lograr los siguientes objetivos:
a. Proteger los elementos mecánicos móviles de la abrasión y el excesivo desgaste.
b. Reducir la formación de depósitos pesados en el interior de las tuberías, canales y
conducciones.
c. Reducir la frecuencia de limpieza de los digestores provocada por la excesiva
acumulación de arenas.
Un desarenador se diseña normalmente para remover partículas con una densidad de 2,7
g/cm3 y un diámetro de 0.2 mm. La separación de materia orgánica particulada no es
deseable por lo que se recomienda una velocidad horizontal del agua de
aproximadamente de 0.3 m/s. Además, es aconsejable implementar un clasificador y/o un
equipo de limpieza de arena. El diseño garantiza, a flujo promedio, una separación de
partículas con diámetros de 0,2 mm a 0.1 mm.
Para la sedimentación de una partícula del tamaño de 0,1 mm, la carga superficial máxima
debe ser menor e igual que la velocidad de sedimentación de 24 m/h (82 m/h para
partículas del tamaño de 0,2 mm), a una temperatura del agua de 10 °C. La velocidad de
sedimentación se incrementa con el aumento de la temperatura. Para temperatura de 25
°C, la velocidad de sedimentación de una partícula del tamaño de 0,1 mm es
aproximadamente 32 m/h. Para el diseño este valor garantiza una buena separación de
partículas con diámetros desde 0,1 mm y mayores. La Tabla 10.4.1.a presenta los
parámetros de diseño del tratamiento preliminar.
Desarenador Valor
Parámetro recomendado
Gravedad específica de arenas 2.65
Tamaño de partículas a separar, en mm 0,1 a 0,2
Sin aireación
Velocidad horizontal, en m/s 0.3
Carga superficial, condiciones de flujo promedio, en m/h 32
Tiempo de retención, en sec 45 a 60
Con aireación
Suministro de aire, en m3/min / long tanque (m) 0.084
Velocidad horizontal, en m/s < 0,2
Carga superficial, condiciones de flujo promedio, en m/h 32
Tiempo de retención, en min 2 a 5
Desgrasador.- En un desarenador aireado es posible emplear una sección en el canal
para eliminar las grasas y aceites flotantes, aprovechando el aire que se inyecta para el
lavado de las arenas. Se produce un fenómeno de flotación que permite la eliminación de
materiales suspendidos y gases. La colección de los materiales flotantes y su
encauzamiento a las cajas colectoras provistas de bombas de tornillo se puede realizar
mediante boquillas de aire.
Desgrasador aireado Valor
Parámetro recomendado
Carga hidráulica superficial, m3/m2 día 40 a 120
Longitud del canal, m 15 a 30
Tiempo de retención, min 1 a 3
Tamices.- Para las rejillas finas se usarán tamices de tambor con una malla de 6 mm de
claro libre, la que presenta una alta capacidad de remoción de sólidos.
Rejillas Finas o tamices Valor
Parámetros recomendado
Microcriba o tamiz limpieza automática
Abertura de malla, mm 6.0
Velocidad de aproximación, m/s 0,3 a 0,6
Carga hidráulica, m3/m2 d 1400 a 3528
Agua requerida para lavado, % 2 a 4
Pérdida de carga, en % 40 a 60 de H
b.- Parámetros de diseño del tratamiento secundario
Por el diseño, se han utilizado información de los siguientes autores u organizaciones:
MOP 8, CNA, Ramhalo, Eckenfelder, Fair&Geyer&Okum, Gloyna, F.Yánez. Los
parámetros de diseño de las unidades de tratamiento se resumen a continuación.
Reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo ascendente, RAFA.- se presenta
información que permite la selección de los parámetros considerando que el cálculo se
realiza elaborando el balance de masa alrededor del reactor y empleando constantes
cinéticas.
Rango Típico
Fermentación g SSV/g DQOs 0.06-0.12 0.10
Metanogénesis g SSV/g DQOs 0.02-0.06 0.04
Combinado global g SSV/g DQOs 0.05-0.10 0.08
Fermentación g/g-d 0.02-0.06 0.04
Metanogénesis g/g-d 0.01-0.04 0.02
Combinado global g/g-d 0.02-0.04 0.03
35 oC g/g-d 0.30-0.38 0.35
30 oC g/g-d 0.22-0.28 0.25
25 oC g/g-d 0.18-0.24 0.20
35 oC mg/l 60-200 160
30 oC mg/l 300-500 360
25 oC mg/l 800-1110 900
Metano
Producción a 35 oC m3/kg DQO 0.4
Densidad a 35 oC kg/m3 0.6346
Contenido de gas % 60-70 65
Contenido de energía kJ/g 50.1
Carga volumétrica recomendada para DQO soluble.
85 a 95% de remoción y 25000 mg/l de lodos
Carga volumétrica recomendada para DQO soluble.
85 a 95% de remoción y 25000 mg/l de lodos
Tipo de agua Rango Típico Rango Típico
DQO cercana a 10% soluble 1.0-3.0 1.5 6-10 8
DQO parcialmente soluble 1.0-1.25 1 3-7 6
Agua residual doméstica 0.8-1.0 0.7 3-5 5
Altura del Reactor, m
Velocidad de flujo ascendente y alturas recomendadas para RAFA
Velocidad, m/h
Temperatura 25 30 35 40
20 900 1050 1200 1400
25 110 1300 1500 1700
30 1300 1600 1800 2100
35 1500 1800 2100 2400
40 1700 2100 2400 2800
Requerimientos de alcalinidad, como CaCO3 y mantener pH= 7.
Digestión anaerobia
% de CO2 en fase gaseosa
CARGA VOLUMETRICA, KG DQO / m3 x d
0.1 - 0.3 2 - 4 2 - 4 8 - 12
0.3 - 0.60 2 - 4 2 - 4 8 - 12
0.60 - 1.00 na na na
0.1 - 0.3 3 - 5 3 - 5 12 - 18
0.3 - 0.60 4 - 8 2 - 6 12 - 24
0.60 - 1.00 na 2 - 6 na
0.1 - 0.3 4 - 6 4 - 6 15 - 20
0.3 - 0.60 5 - 7 3 - 7 15 - 24
0.60 - 1.00 6 - 8 3 - 8 na
0.1 - 0.3 5 - 8 4 - 6 15 - 24
0.3 - 0.60 na 3 - 7 na
0.60 - 1.00 na 3 - 7 na
Tanque de contacto de cloro.- el parámetro de diseño de un sistema de desinfección es
la oportunidad de contacto de las moléculas de cloro con la célula del microorganismo a
eliminar, por esta razón se diseña una caja de mezcla al inicio del tanque de contacto para
que el cloro en su forma más oxidante reaccione con la biomasa celular para destruirla. El
tiempo de contacto en el tanque asegura la desinfección eliminado la posibilidad de
generar compuestos organoclorados o cloraminas.
Bombeo de lodos.- el bombeo de lodos requiere especial atención en función de las
características de los lodos y de la concentración de materiales suspendidos, además del
tiempo de permanencia en la estación a fin de eliminar problemas de olores.
Cárcamos de recirculación y purga de lodos y lodos espesados
Valor
Parámetro recomendado
Tiempo de operación de los equipos por día, en hr 18 a 24
Tiempo de retención de lodos, en min 5 a 15
Deshidratación mecánica de lodos.- los lodos se pueden deshidratar empleando
procesos mecánicos o la acción de la gravedad y factores climáticos. En el primer caso
son usuales las centrífugas y filtros banda, en el segundo los lechos de secado.
Generalmente en el uso de lechos de secado se emplean espesadores.
Secado de lodos.- el secado de lodos se realiza empleando unidades donde es
necesario el intercambio térmico. Generalmente se emplea un hidrocarburo o en gas.
Disposición final de lodos.- en el presente proyecto se plantea la disposición final de los
lodos estabilizados en un relleno sanitario o en tierras agrícolas sobreexplotadas. Se debe
considera los costos asociados a cualesquiera de estas prácticas.
5.2.2 Desarrollo de la PTAR Taboada.
a.- Componentes de la Planta
La PTAR Taboada tratará las aguas residuales de la Gran Lima mediante un proceso
biológico a nivel secundario mediante reactores anaeróbicos de manto de lodos de flujo
ascendente y desinfección de las aguas con gas cloro. El tratamiento preliminar de las
aguas consta de rejillas gruesas para la eliminación de sólidos mayores a los 25 mm,
tamices para la eliminación de sólidos con tamaños de 6 mm o mayores y desarenador
aireado para la eliminación de materiales granulares y desgrasadores aireados para
remover grasas y aceites flotantes. Se emplea una estación de bombeo que permite elevar
las aguas hasta el nivel que permite fluyan por gravedad a través de las unidades de
tratamiento hasta su descarga al mar. Se compone de las siguientes unidades de
tratamiento de aguas, lodos y gases.
Tratamiento de aguas:
Colectores de aguas residuales que las conducen a la planta (interceptor norte, -------).
Rejilla gruesa.
Estación de bombeo.
Tamices.
Desarenador – Desgrasador aireados.
Torre de distribución de aguas pretratadas.
Caja de distribución secundaria 1 a los Rafas 1, 2, 3 y 4.
Caja de distribución secundaria 2 a los Rafas 5 y 6.
Módulo Rafa 1
Módulo Rafa 2
Módulo Rafa 3
Módulo Rafa 4
Módulo Rafa 5
Módulo Rafa 6
Tanque de contacto de cloro.
Estación de cloración.
Canal de descarga al mar
Tratamiento de lodos:
Tanque de acumulación y bombeo de lodos 1.
Tanque de acumulación y bombeo de lodos 2.
Deshidratación mecánica de lodos (centrífugas).
Sistema de preparación y dosificación de polímeros.
Almacén de productos químicos.
Secado mecánico de lodos (hornos).
Disposición final.
Tratamiento y manejo de gases:
Condensadores y enfriadores de biogás.
Gasómetro.
Quemador de gas.
Generador de energía (grupo electrógeno).
Biofiltro 1 (gases de rejilla gruesa y estación de bombeo).
Biofiltro 2 (gases de tamices).
Biofiltro 3 (gases de desarenadores desgrasadores).
Servicios generales de apoyo a la operación:
Oficina generales administrativas.
Comedor y sanitarios.
Taller de mantenimiento.
Laboratorio y puesto central de control.
Centro de control de motores 1.
Centro de control de motores 2.
Centro de control de motores 3.
Subestación eléctrica.
Alimentación eléctrica del Concesionario eléctrico
Servicios generales de seguridad:
Cerco perimétrico.
Alumbrado exterior.
Sistema de pararrayos y tierras.
Caseta de vigilancia.
b.- Criterios de diseño de la PTAR Taboada.
Para el dimensionamiento de las unidades que forman parte de los procesos de
tratamiento, se requiere establecer los siguientes parámetros:
· caudales de aguas residuales (industriales y de origen doméstico),
· calidad de las aguas residuales,
· calidad de las aguas residuales tratadas y
· horizontes de planeación.
En las siguientes secciones se realizará una descripción de los principales factores
considerados para el establecimiento de los parámetros de diseño.
Industrias en el área del Proyecto.
Es un hecho que la Ciudad de Lima es una zona con una importante presencia industrial.
La evaluación de estas industrias y su impacto es importante, ya que, en términos
generales, pueden ubicarse de la siguiente forma:
a. Empresas de producción de textilería.
b. Empresas ligadas a la industria maderera.
c. Empresas papeleras.
d. Empresas ligadas a la generación de alimentos y bebidas.
e. Empresas de productos químicos.
f. Comercios y servicios.
La actividad industrial se encuentra distribuida a lo largo de toda el Área de Estudio,
distinguiéndose:
· Áreas industriales consolidadas o sea aquellas desarrolladas con un carácter
marcadamente industrial, con límites bastante definidos. Actualmente se
encuentran ubicadas en las Zonas Industriales de Lima (cercado), Ate Vitarte,
Jesús María, La Victoria, Los Olivos, San Isidro, San Miguel, Santa Anita,
Carabayllo, San Juan de Lurigancho, El Agustino, Breña, Callao, entre otras.
La falta de un plan de desarrollo industrial conlleva a considerar la presencia de la
industria como un porcentaje del número de habitantes que se conectará al sistema de
alcantarillado durante cada una de las etapas del Proyecto. El porcentaje varía desde un
0,42% para el año 2010 hasta un 0,37% en el año 2025. Entre estos dos extremos se ha
realizado una interpolación lineal. La cuantificación de los diferentes porcentajes toma en
cuenta fundamentalmente los siguientes razonamientos:
Caudales y cargas de contaminantes.
Los caudales y cargas que se aportarán a la PTAR Taboada se han determinado a partir
de la información proporcionada por Sedapal. En relación con los gastos de aguas
residuales se realizó un análisis de la información existente, la que se presenta en el
Cuadro A los valores de los gastos horarios, para las diferentes fechas de mediciones, se
les calculó su media geométrica, para posteriormente determinar la suma. En la figura se
le señala como la suma de colectores de aguas residuales. Posteriormente se calcularon
los valores hacia el horizonte de planeación, empleando un factor de 1.45. de esta forma
se obtienen los gastos mínimos y máximos horarios, de 5.65 y 20.63 m3/seg,
respectivamente. El gasto medio diario es de aproximadamente 14.0 m3/seg.
En la siguiente figura se muestra la variación actual y a futuro de los caudales de aguas
residuales a tratar en la planta.
Figure
GASTOS HORARIOS DE AR. PTAR TABOADA
Friday, September 28, 2007
5.0 - page 21 to 30
Para fines de diseño, los principales parámetros de materia orgánica, DBO y DQO,
corresponden a valores detectados en el 50% de probabilidad, según lo señalado en el
capítulo 4. Los contaminantes cuyas concentraciones se consideran elevadas son NTK y
coliformes.
Cuadro 5.4
Caracterización de los desagües a ser tratados
VARIABLE UNIDAD CRITERIO
CONCEN
TRACION
% PROBA
BILIDAD
Streptococcus NMP/100mL 3,49 x 107
Fuente: Elaboración propia sobre la base de la información proporcionada por la I.P.
Las probabilidades que se presentan en el Cuadro No 5.4 resultan del procesamiento de la
información de diferentes fuentes que proporcionan valores de concentración de
parámetros analíticos y contaminantes resultantes de muestras puntuales y compuestas.
Existen otros parámetros de importancia en el diseño de los reactores anaeróbicos y se
relacionan con la concentración de materia orgánica carbonácea soluble, medida en
términos de la DBO y DQO. En la literatura se reconoce que la relación de la
concentración de material soluble respecto al total es del 60%. De esta forma se considera
una concentración de DBO SOLUBLE de 180 a 228 mg/L y de DQO SOLUBLE de 468
mg/L.
Resumen de los parámetros de diseño para las diferentes etapas
Caudales de aguas residuales
En diferentes etapas de estudios y proyectos se han realizado esfuerzos para determinar
los caudales de aguas residuales que se generan en el área de estudio, considerando la
cobertura de los servicios de agua potable y alcantarillado, la eficiencia del sistema de
recolección de las aguas, las infiltraciones de aguas freáticas y las expectativas de
crecimiento de la población. En el Cuadro siguiente se presentan los resultados
correspondientes, para los años que se consideran representativos en el proceso de
planeación.
Cuadro 5.5
Proyección de la Población y la Demanda de agua residual
Año Población Total m3/s
2005 4,334,213 10.38
2010 4,679,247 12.53
2015 5,067,386 11.53
2020 5,503,782 13.51
2025 5,994,224 15.77
De esta forma, se considera tres opciones en el manejo de las aguas.
Opción 1: el gasto máximo horario se trata a nivel preliminar y se desinfecta. El gasto
medio se hace pasar por los reactores anaeróbicos y desinfección.
Opción 2 se da tratamiento preliminar a todas las aguas y se desinfecta sin pasar por los
reactores anaeróbicos.
Opción 3: se hacen pasa las aguas por la rejilla gruesa y se envían al mar sin
desinfección.
Opción 4: se hacen pasar las aguas residuales del caudal máximo horario, disminuyendo
el período de retención en los RAFAs.
De esta forma se emplea el caudal medio para el diseño de las unidades de tratamiento
biológico anaerobio, para las de pretratamiento y desinfección los gastos máximos
horarios.
En la figura que sigue se muestra este concepto donde el caudal medio de diseño de las
unidades de tratamiento biológico, a nivel secundario, es de 14.0 m3/s, para las de
pretratamiento, desinfección y obras de desvío de 20.6 m3/. Es decir, la planta de
tratamiento es capaz de tratar perfectamente el flujo promedio que entra al sistema.
Figura 5.2 Manejo y tratamiento de aguas residuales.
En la práctica de la Ingeniería Sanitaria se considera conveniente distribuir las caudales a
tratar en un número determinado de módulos para facilitar que alguno de ellos pueda salir
de operación para mantenimiento preventivo o correctivo y su caudal pueda distribuirse
entre los módulos en operación. La calidad del agua tratada no deberá ser
apreciablemente diferente a la proporcionada por el conjunto total de unidades.
Calidad de las aguas residuales.
Los resultados de este estudio conducen al establecimiento de las concentraciones de los
principales parámetros de calidad para el diseño de las unidades de tratamiento de aguas
residuales; como son los relacionados con la concentración de la materia orgánica
carbonácea, grasas y aceites, y material particulado como sólidos suspendidos totales y
volátiles; además de bacterias coliformes fecal, ya discutidos anteriormente.
Calidad de las aguas residuales tratadas.
El proyecto de saneamiento de la Gran Lima se concibió precisamente para sanear el
entorno ecológico que actualmente se ve afectado por la descarga de las aguas residuales
de la población, sin tratamiento.
De esta forma el objetivo por alcanzar es el cumplimiento de las condiciones de descarga
fijadas por las autoridades competentes, en el que señalan las características físicas,
químicas y biológicas que deben tener las aguas residuales tratadas antes de su vertido al
mar. En la siguiente tabla se detallan los parámetros de calidad que la iniciativa privada
propone cumplir.
Cuadro 5.6
Calidad del Efluente Tratado.
Fuente: Iniciativa Privada
Estos valores serán los parámetros a cumplir por el Concesionario, siempre y cuando se
declare de interés la iniciativa privada y ésta obtenga la Buena Pro.
Tradicionalmente, el servicio de saneamiento de las aguas se ha considerado como una
obligación de las autoridades responsables de los servicios, más que de los responsables
de la contaminación de las aguas, como son los usuarios domésticos y los prestadores de
los servicios urbanos, industriales y comerciales. Una forma de contar con los recursos
económicos para el pago de los gastos de operación, mantenimiento y depreciación de las
instalaciones es propiciar el reúso de las aguas tratadas.
Se considera factible el reúso de las aguas en la agricultura para el riego de cultivos de
tallo alto tanto como con ciertas limitaciones para la industria. Los requerimientos de las
aguas se perfilan hacia la remoción de sólidos, bacterias y la conservación de la materia
orgánica carbonácea y nutrientes.
Lo anterior conduce a establecer opciones que permitan cumplir con la calidad de las
aguas residuales tratadas para su descarga al mar, para el riego agrícola en la época de
estiaje o uso industrial.
5.3.- Memoria descriptiva de la PTAR Taboada.
5.3.1 Memoria descriptiva de procesos e hidráulica
En el desarrollo de la memoria descriptiva de las unidades de tratamiento de aguas, lodos
y gases productores de malos olores se siguen los criterios de diseño empleados
generalmente en la Ingeniería Sanitaria. Se presentan las ecuaciones de cálculo con sus
correspondientes valores de diseño, gastos a tratar, gastos de operación constantes
cinéticas e hidráulicas, las que permiten determinar las dimensiones geométricas de las
unidades y los requerimientos de las potencias de los equipos que permiten su
funcionamiento.
En algunos casos se emplean criterios de diseño hidráulicos para determinar las
dimensiones de las tuberías que permiten la intercomunicación de las unidades de
tratamiento de aguas, lodos y gases.
Se emplean modelos matemáticos para la determinación de tasas de crecimiento y
mortandad de microorganismos en los reactores anaeróbicos, así como de las velocidades
de transformación de productos hasta su estabilización y transformación de productos
finales como metano, bióxido de carbono, biomasa y agua.
La determinación de la dosis de cloro para eliminar los organismos patógenos al hombre,
aún cuando las aguas no son para bebida, se realiza considerando un modelo matemático
que relaciona la concentración de cloro, variable en el tiempo, la concentración de
microorganismos y la potencia de mezclado empleada en el tanque correspondiente. No
se emplea el concepto de demanda de cloro al punto de quiebre para fijar la dosis de cloro
porque es un criterio empleado en los suministros de agua potable pero regularmente
usado en los proyectos de desinfección de aguas residuales tratadas. El empleo de este
criterio propicia la formación de compuestos organoclorados y cloraminas no deseadas en
los efluentes de este sistema de tratamiento.
El manejo de lodos mediante sistemas mecánicos es una opción que se plantea como
resultado del espacio de terreno disponible pero que no descarta la posibilidad de emplear
por ejemplo lechos de secado haciendo circular aire caliente por debajo del medio de
soporte para acelerar el secado de los lodos.
La producción de gases resultantes de la estabilización de la materia orgánica carbonácea
es un aspecto que permite evaluar la conveniencia del proceso, pues es factible el
aprovechamiento del biogás en la generación de energía eléctrica. Su análisis se presenta
con las debidas consideraciones.
Diagrama de Flujo.- en la siguiente figura se muestra el diagrama de flujo de la PTAR
Taboada, considerando los flujos de aguas, lodos y gases. Se considera importante
señalar las corrientes de aguas que resultan de tratamientos parciales como los
sobrenadantes de las unidades de deshidratación de lodos, las aguas a emplear en la
preparación de las soluciones de polímeros y de cloro.
Rejilla gruesa.- la eliminación de materiales de gran tamaño es indispensable a fin de
asegurar el correcto funcionamiento de los equipos de las siguientes unidades de
tratamiento preliminar.
La Cámara de Rejas de la planta de Tratamiento Taboada y obras conexas forma parte
de las obras proyectadas del Interceptor Norte, materia de la Licitación Pública Nacional
002-2003-Concurso Oferta - SEDAPAL.
El Interceptor Norte conducirá las dos terceras partes las aguas servidas generadas en la
Lima Metropolitana hacia la playa "Taboada", lugar donde se construirá una planta de
tratamiento de agua residual y obras para la disposición final del efluente, permitiendo con
ello la descontaminación del mar.
Los canales donde se emplazarán las rejas son de 3.20 m de ancho con constricciones a
la entrada y salida donde se emplazaran las cajuelas de 25cmx30cm para la instalación de
la reja de seguridad y cuando sea el caso las ataguías.
A la entrada del canal se hará un estrangulamiento del canal par la instalación de la
cajuela para la instalación de la ataguía.
Aguas arriba del canal de las rejas se colocará una ataguía para cortar el flujo de agua en
casos de mantenimiento de las rejas. Su empleo es temporal y ocasional. Las guías de las
ataguías empotradas en el concreto serán de acero inoxidable, de 4 mm de espesor.
Se instalaran en la misma ranura de la ataguía, aguas arriba, una reja de seguridad
conformada por una reja vertical separadas 10 cm, a fin de evitar que sólidos muy gruesos
estropeen las rejas, los que serán de acero inoxidable, los sólidos retenidos por esta reja
serán removidos manualmente. Su empleo es permanente.
La limpieza de la reja gruesa se efectuará con un rastrillo, arrastrado por el polipasto
eléctrico.
Las rejas serán pivotantes, de construcción robusta de acero inoxidable, con una
separación entre rejas de 25 mm, el ancho de la reja con frente a la corriente 12 mm. Con
una inclinación de 75º.
El retiro de los sólidos atrapados en las rejas mecánicas será mediante una reja de rastrillo
frontal, montados en cadenas, a ambos lados de su marco estructural.
Por cada dos rejas mecánicas se instalará un tornillo transportador y un compactador de
sólidos, con una ducha a su salida para la limpieza de los sólidos.
Los sólidos evacuados por las rejas mecánicas serán comprimidos en los compactadores
para reducir su volumen. Los residuos sólidos serán descargados hacia un contenedor
para su disposición final en un relleno sanitario. Los sólidos durante su paso a través del
tornillo transportador son lavados con agua que salen a través de unas toberas, para que
la materia orgánica sea retornada con el agua de lavado hacia el desagüe
corresponden a valores detectados en el 50% de probabilidad, según lo señalado en el
capítulo 4. Los contaminantes cuyas concentraciones se consideran elevadas son NTK y
coliformes.
Cuadro 5.4
Caracterización de los desagües a ser tratados
VARIABLE UNIDAD CRITERIO
CONCEN
TRACION
% PROBA
BILIDAD
Streptococcus NMP/100mL 3,49 x 107
Fuente: Elaboración propia sobre la base de la información proporcionada por la I.P.
Las probabilidades que se presentan en el Cuadro No 5.4 resultan del procesamiento de la
información de diferentes fuentes que proporcionan valores de concentración de
parámetros analíticos y contaminantes resultantes de muestras puntuales y compuestas.
Existen otros parámetros de importancia en el diseño de los reactores anaeróbicos y se
relacionan con la concentración de materia orgánica carbonácea soluble, medida en
términos de la DBO y DQO. En la literatura se reconoce que la relación de la
concentración de material soluble respecto al total es del 60%. De esta forma se considera
una concentración de DBO SOLUBLE de 180 a 228 mg/L y de DQO SOLUBLE de 468
mg/L.
Resumen de los parámetros de diseño para las diferentes etapas
Caudales de aguas residuales
En diferentes etapas de estudios y proyectos se han realizado esfuerzos para determinar
los caudales de aguas residuales que se generan en el área de estudio, considerando la
cobertura de los servicios de agua potable y alcantarillado, la eficiencia del sistema de
recolección de las aguas, las infiltraciones de aguas freáticas y las expectativas de
crecimiento de la población. En el Cuadro siguiente se presentan los resultados
correspondientes, para los años que se consideran representativos en el proceso de
planeación.
Cuadro 5.5
Proyección de la Población y la Demanda de agua residual
Año Población Total m3/s
2005 4,334,213 10.38
2010 4,679,247 12.53
2015 5,067,386 11.53
2020 5,503,782 13.51
2025 5,994,224 15.77
De esta forma, se considera tres opciones en el manejo de las aguas.
Opción 1: el gasto máximo horario se trata a nivel preliminar y se desinfecta. El gasto
medio se hace pasar por los reactores anaeróbicos y desinfección.
Opción 2 se da tratamiento preliminar a todas las aguas y se desinfecta sin pasar por los
reactores anaeróbicos.
Opción 3: se hacen pasa las aguas por la rejilla gruesa y se envían al mar sin
desinfección.
Opción 4: se hacen pasar las aguas residuales del caudal máximo horario, disminuyendo
el período de retención en los RAFAs.
De esta forma se emplea el caudal medio para el diseño de las unidades de tratamiento
biológico anaerobio, para las de pretratamiento y desinfección los gastos máximos
horarios.
En la figura que sigue se muestra este concepto donde el caudal medio de diseño de las
unidades de tratamiento biológico, a nivel secundario, es de 14.0 m3/s, para las de
pretratamiento, desinfección y obras de desvío de 20.6 m3/. Es decir, la planta de
tratamiento es capaz de tratar perfectamente el flujo promedio que entra al sistema.
Figura 5.2 Manejo y tratamiento de aguas residuales.
En la práctica de la Ingeniería Sanitaria se considera conveniente distribuir las caudales a
tratar en un número determinado de módulos para facilitar que alguno de ellos pueda salir
de operación para mantenimiento preventivo o correctivo y su caudal pueda distribuirse
entre los módulos en operación. La calidad del agua tratada no deberá ser
apreciablemente diferente a la proporcionada por el conjunto total de unidades.
Calidad de las aguas residuales.
Los resultados de este estudio conducen al establecimiento de las concentraciones de los
principales parámetros de calidad para el diseño de las unidades de tratamiento de aguas
residuales; como son los relacionados con la concentración de la materia orgánica
carbonácea, grasas y aceites, y material particulado como sólidos suspendidos totales y
volátiles; además de bacterias coliformes fecal, ya discutidos anteriormente.
Calidad de las aguas residuales tratadas.
El proyecto de saneamiento de la Gran Lima se concibió precisamente para sanear el
entorno ecológico que actualmente se ve afectado por la descarga de las aguas residuales
de la población, sin tratamiento.
De esta forma el objetivo por alcanzar es el cumplimiento de las condiciones de descarga
fijadas por las autoridades competentes, en el que señalan las características físicas,
químicas y biológicas que deben tener las aguas residuales tratadas antes de su vertido al
mar. En la siguiente tabla se detallan los parámetros de calidad que la iniciativa privada
propone cumplir.
Cuadro 5.6
Calidad del Efluente Tratado.
Fuente: Iniciativa Privada
Estos valores serán los parámetros a cumplir por el Concesionario, siempre y cuando se
declare de interés la iniciativa privada y ésta obtenga la Buena Pro.
Tradicionalmente, el servicio de saneamiento de las aguas se ha considerado como una
obligación de las autoridades responsables de los servicios, más que de los responsables
de la contaminación de las aguas, como son los usuarios domésticos y los prestadores de
los servicios urbanos, industriales y comerciales. Una forma de contar con los recursos
económicos para el pago de los gastos de operación, mantenimiento y depreciación de las
instalaciones es propiciar el reúso de las aguas tratadas.
Se considera factible el reúso de las aguas en la agricultura para el riego de cultivos de
tallo alto tanto como con ciertas limitaciones para la industria. Los requerimientos de las
aguas se perfilan hacia la remoción de sólidos, bacterias y la conservación de la materia
orgánica carbonácea y nutrientes.
Lo anterior conduce a establecer opciones que permitan cumplir con la calidad de las
aguas residuales tratadas para su descarga al mar, para el riego agrícola en la época de
estiaje o uso industrial.
5.3.- Memoria descriptiva de la PTAR Taboada.
5.3.1 Memoria descriptiva de procesos e hidráulica
En el desarrollo de la memoria descriptiva de las unidades de tratamiento de aguas, lodos
y gases productores de malos olores se siguen los criterios de diseño empleados
generalmente en la Ingeniería Sanitaria. Se presentan las ecuaciones de cálculo con sus
correspondientes valores de diseño, gastos a tratar, gastos de operación constantes
cinéticas e hidráulicas, las que permiten determinar las dimensiones geométricas de las
unidades y los requerimientos de las potencias de los equipos que permiten su
funcionamiento.
En algunos casos se emplean criterios de diseño hidráulicos para determinar las
dimensiones de las tuberías que permiten la intercomunicación de las unidades de
tratamiento de aguas, lodos y gases.
Se emplean modelos matemáticos para la determinación de tasas de crecimiento y
mortandad de microorganismos en los reactores anaeróbicos, así como de las velocidades
de transformación de productos hasta su estabilización y transformación de productos
finales como metano, bióxido de carbono, biomasa y agua.
La determinación de la dosis de cloro para eliminar los organismos patógenos al hombre,
aún cuando las aguas no son para bebida, se realiza considerando un modelo matemático
que relaciona la concentración de cloro, variable en el tiempo, la concentración de
microorganismos y la potencia de mezclado empleada en el tanque correspondiente. No
se emplea el concepto de demanda de cloro al punto de quiebre para fijar la dosis de cloro
porque es un criterio empleado en los suministros de agua potable pero regularmente
usado en los proyectos de desinfección de aguas residuales tratadas. El empleo de este
criterio propicia la formación de compuestos organoclorados y cloraminas no deseadas en
los efluentes de este sistema de tratamiento.
El manejo de lodos mediante sistemas mecánicos es una opción que se plantea como
resultado del espacio de terreno disponible pero que no descarta la posibilidad de emplear
por ejemplo lechos de secado haciendo circular aire caliente por debajo del medio de
soporte para acelerar el secado de los lodos.
La producción de gases resultantes de la estabilización de la materia orgánica carbonácea
es un aspecto que permite evaluar la conveniencia del proceso, pues es factible el
aprovechamiento del biogás en la generación de energía eléctrica. Su análisis se presenta
con las debidas consideraciones.
Diagrama de Flujo.- en la siguiente figura se muestra el diagrama de flujo de la PTAR
Taboada, considerando los flujos de aguas, lodos y gases. Se considera importante
señalar las corrientes de aguas que resultan de tratamientos parciales como los
sobrenadantes de las unidades de deshidratación de lodos, las aguas a emplear en la
preparación de las soluciones de polímeros y de cloro.
Rejilla gruesa.- la eliminación de materiales de gran tamaño es indispensable a fin de
asegurar el correcto funcionamiento de los equipos de las siguientes unidades de
tratamiento preliminar.
La Cámara de Rejas de la planta de Tratamiento Taboada y obras conexas forma parte
de las obras proyectadas del Interceptor Norte, materia de la Licitación Pública Nacional
002-2003-Concurso Oferta - SEDAPAL.
El Interceptor Norte conducirá las dos terceras partes las aguas servidas generadas en la
Lima Metropolitana hacia la playa "Taboada", lugar donde se construirá una planta de
tratamiento de agua residual y obras para la disposición final del efluente, permitiendo con
ello la descontaminación del mar.
Los canales donde se emplazarán las rejas son de 3.20 m de ancho con constricciones a
la entrada y salida donde se emplazaran las cajuelas de 25cmx30cm para la instalación de
la reja de seguridad y cuando sea el caso las ataguías.
A la entrada del canal se hará un estrangulamiento del canal par la instalación de la
cajuela para la instalación de la ataguía.
Aguas arriba del canal de las rejas se colocará una ataguía para cortar el flujo de agua en
casos de mantenimiento de las rejas. Su empleo es temporal y ocasional. Las guías de las
ataguías empotradas en el concreto serán de acero inoxidable, de 4 mm de espesor.
Se instalaran en la misma ranura de la ataguía, aguas arriba, una reja de seguridad
conformada por una reja vertical separadas 10 cm, a fin de evitar que sólidos muy gruesos
estropeen las rejas, los que serán de acero inoxidable, los sólidos retenidos por esta reja
serán removidos manualmente. Su empleo es permanente.
La limpieza de la reja gruesa se efectuará con un rastrillo, arrastrado por el polipasto
eléctrico.
Las rejas serán pivotantes, de construcción robusta de acero inoxidable, con una
separación entre rejas de 25 mm, el ancho de la reja con frente a la corriente 12 mm. Con
una inclinación de 75º.
El retiro de los sólidos atrapados en las rejas mecánicas será mediante una reja de rastrillo
frontal, montados en cadenas, a ambos lados de su marco estructural.
Por cada dos rejas mecánicas se instalará un tornillo transportador y un compactador de
sólidos, con una ducha a su salida para la limpieza de los sólidos.
Los sólidos evacuados por las rejas mecánicas serán comprimidos en los compactadores
para reducir su volumen. Los residuos sólidos serán descargados hacia un contenedor
para su disposición final en un relleno sanitario. Los sólidos durante su paso a través del
tornillo transportador son lavados con agua que salen a través de unas toberas, para que
la materia orgánica sea retornada con el agua de lavado hacia el desagüe
Thursday, September 27, 2007
5.0 - page 31 to 40
2.- ESTACION DE BOMBEO DE AR.
2.1.- DATOS DEL DISEÑO.-
Caudal Mínimo Medio Máximo
Caudal total QT= 6.8 14.0 20.3 m3/s
Número de unidades No= 8 8 8
Caudal por unidad Qi= 0.844 1.750 2.534 m3/s
18% 0.999 2.072 3.000 m3/s
Dimensiones
Tirante de agua h= 1.56 1.56 1.56 m
Bordo Libre l= 0.40 0.40 0.40 m
Altura total H= 1.96 1.96 1.96 m
Largo L= 5.00 5.00 5.00 m
Ancho W= 2.75 2.75 2.75 m
Volumen del Tanque VT= 68.75 26.95 26.95 m3
Tiempo de retención t= 25 12 8 seg
0.42 0.20 0.14 min
2.2.- BOMBEO
CONCEPTO Unidad Qmed Qmed Qmax
Diámetro, D m 1.143 1.143 1.143 45 pulg
Gasto, Q m3/s 0.999 2.072 3.000
Coeficiente de Rugosidad, K4 0.00135 0.00135 0.00135
Longitud, L m 15 15 15
Material acero
Area transversal de flujo, A m2 1.0261 1.0261 1.0261
Velocidad de flujo, v m/s 0.9736 2.0193 2.9237
Pérdida de carga por fricción,
hf= K4 L v1.852 / D1.167 m 0.0165 0.0637 0.1264
Carga de velocidad, hv= v2/2g m 0.0483 0.2078 0.4357
PIEZA Número K
No hl,Qmin hl,Qmed hl,Qmax
Codo de 90 2 0.32 0.0309 0.1330 0.2788
Codo de 45 4 0.18 0.0348 0.1496 0.3137
Valvula de compuerta bridada 2 0.25 0.0242 0.1039 0.2178
Junta 4 0.1 0.0193 0.0831 0.1743
Entrada 1 0.5 0.0242 0.1039 0.2178
Salida 1 1 0.0483 0.2078 0.4357
Total 0.1817 0.7815 1.6381
CONCEPTO Unidad H,Qmin H,Qmed H,Qmax
Pérdida de carga total, Ha = hf + hl m 0.1981 0.8451 1.7645
Elevación cárcamo de bombeo, Z1 m 1.56 1.56 1.56
Elevación lago, Z2 m 7.50 7.50 7.50
Diferencia de alturas, Z2-Z1 m 5.94 5.94 5.94
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) m 6.14 6.79 7.70
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal, Q m3/s 0.999 2.072 3.000
Densidad, d kg/m3 1000 1000 1000
Eficiencia, h %/100 0.60 0.60 0.60
Potencia, P HP 134 308 507
3.1.- DATOS PARA DISEÑO.-
3.1.1.- Flujo
Diseño Q min.= 6,750 m3/s
Q med.= 14,000 m3/s
Q max.= 20,270 m3/s
3.1.2- Tipo de rejilla Fina
3.1.3- Número de tamices y caudales total y medio por tamiz
Caudal Operando Reserva Total Q total Q criba
Datos de diseño Mínimo 5 1 7 6,75 1,35
Medio 7 0 7 14,00 2,00
Máximo 9 0 9 20,27 2,25
3.1.4- Características de los tamices
Espesor de los hilos w= 1 mm
Ancho de los hilos a= 1 mm
Espacio libre entre hilos b= 6,1 mm Cribado fino (Asumido)
Angulo respecto horizontal: Q = 35 grados Inclinación adecuada
Limpieza de las barras Manual 1 a 2 ft/s
Automatica 2 a 3 ft/s
Velocidades adecuadas a través del tamiz
mínima v min.= 0,400 m/s
media v med.= 0,600 m/s
máxima de diseño v max.= 0,800 m/s Velocidad conveniente
3.2.- CALCULOS.-
3.2.1- Area entre barras.
A = Q max./v max A= 2,815 m2
3.2.2- Ancho del canal, No barras, velocidad aguas arriba y pérdida de carga.
Tirante de agua (supuesto) h max. (m) 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
A+bh m2 2,82 2,82 2,83 2,83 2,83 2,84 2,84 2,84
w+b m 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
bh m2 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03
En la zona de cribas: W=((A+bh)(w+b)/bh)-b W (m) 3,28 2,19 1,64 1,31 1,09 0,94 0,82 0,73
Número de barras: No=(W+b)/(w+b) No 462,52 308,68 231,76 185,61 154,84 132,86 116,38 103,56
Aguas arriba de cribas:W"=(A/h)+No*w W" (m) 3,28 2,19 1,64 1,31 1,09 0,94 0,82 0,73
Velocidad aguas arriba: u=Q/W''*h u (m/s) 0,687 0,732 0,732 0,732 0,732 0,732 0,732 0,732
Pérdida de carga: hs=(v2-u2)/(2*0.7*9.81) hs (cm) 1,22 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76
3.2.3- Selección del ancho según tirante:
Número de tamices
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
SELECCION: h max. 2,000 (m) Tirante selecionado
A+bh 2,83 m2
w+b 0,007 m
bh 0,012 m2
W 1,64 (m) Ancho obtenido
No 232
W" 1,64 (m)
u 0,69 (m/s)
hs 1,22 (cm)
3.2.4- Longitud de las barras.
l; Bordo libre l= 0,40 m
sen q= 0,574
Lb= (hmax.+l)/sen q Lb= 4,2 m
3.2.5- Revisión a diferentes flujos
Tirante:
H1=Qi/(No-1)*b*v (aguas arriba)
H2= H1-hs (aguas abajo)
Velocidad en el canal u=Q/W*H1
Pérdida de carga: hs=(v^2-u^2)/(2*0.7*9.81)
Caudal QT Canales Qi v H1 A u hs H2
(m3/s) Operando (m3/s) (m/s) (m) (m2) (m/s) (cm) cm
Mínimo 6,75 5 1,35 0,80 1,20 1,97 0,69 1,22 118,7
Medio 14,00 7 2,00 0,80 1,78 2,91 0,69 1,22 176,4
Máximo 20,27 9 2,25 0,80 2,00 3,28 0,69 1,22 198,8
3.2.6- Largo de los Canales de Rejillas
cos q= 0,819
L=Lbcosq L= 3,43 m
3.2.7- Estimación de sólidos retenidos en la criba.
Para un claro entre barras (mm) 6,10
Volumen de sólidos: Vs=V*Q
Masa de sólidos con una densidad de sólidos de 1200 Kg/m3: M=1200*V*Q
V= 1,45E-06 m3/m3
Condición Vs M
(m3/d) (Kg/d)
Mínima 0,8446 1013,47
Media 1,7517 2102,01
Máxima 2,5362 3043,41
Retención de Sólidos
Espacio Vmed. Vmed.
mm (ft3/MG) (m3/m3)
6,10 13,50 1,45E-06
12,70 9,50 1,02E-06
19,05 7,00 7,51E-07
25,40 5,00 5,36E-07
31,50 4,00 4,29E-07
38,10 3,30 3,54E-07
44,45 3,00 3,22E-07
50,80 2,50 2,68E-07
56,90 2,48 2,66E-07
63,00 2,46 2,64E-07
63,50 2,44 2,62E-07
0,00E+00
2,00E-07
4,00E-07
6,00E-07
8,00E-07
1,00E-06
1,20E-06
1,40E-06
1,60E-06
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
3.2.8.- Revisión bajo condiciones de operacción
Criba limpia: H1=Q/(No-1)*b*v tirante aguas arriba de rejilla
Criba obstruida: Hx= H1 + H1*(%AO/100)
Velocidad máxima através de la rejilla: vo (Criba Limpia)
Velocidad máxima através de la rejilla: vx=vo/(1-%AO/100); (Criba obstruida)
Porciento del área obstruida; %AO
Velocidad en el canal u=Q/W*h
Pérdida de carga: hs=(v2-u2) / (2*0.7*9.81) hs=(v2-u2)/(2*0.7*g) pérdida de carga
H2= H1 x 100 - hs tirante aguas abajo
AO QT Canales Qi v H1 A u hs H2
% (m3/s) Operando (m3/s) (m/s) (m) (m2) (m/s) (m) m
0 20,27 9,00 2,25 0,80 2,00 3,28 0,69 0,01 1,99
10 20,27 9,00 2,25 0,89 2,20 3,61 0,62 0,03 2,17
20 20,27 9,00 2,25 1,00 2,40 3,93 0,57 0,05 2,35
30 20,27 9,00 2,25 1,14 2,60 4,26 0,53 0,07 2,53
40 20,27 9,00 2,25 1,33 2,80 4,59 0,49 0,11 2,69
60 20,27 9,00 2,25 2,00 3,20 5,25 0,43 0,28 2,92
3.3.- EQUIPO
NÚMERO 9
REJILLA DE CRIBADO.
SERVICIO: eliminación de sólidos finos
ESPACIAMIENTO: 6,1 mm
TIPO DE MATERIAL: ACERO
ESPESOR DE BARRAS: 1 mm
ANCHO DE BARRAS: 1 mm
ANGULO RESPECTO A HORIZONTAL: 35 GRADOS
LONG DE LAS BARRAS 4,18 m
LARGO DE CANALES 3,43 m
BORDO LIBRE 0,40 m
TIRANTE 2,00 m
ALTURA TOTAL 2,40 m
TIRANTE AGUAS ARRIBA 1,20 m
ANCHO DE LA ZONA DE BARRAS 1,64 m
3,4 BOMBEO DE AGUAS PARA LAVADO DE TAMICES
3.4.1 DATOS DEL DISEÑO.-
Caudal Operando Reserva Total Q total Q criba
Datos de diseño Mínimo 5 1 7 6,75 1,35 m3/s
Medio 7 0 7 14,00 2,00 m3/s
Máximo 9 0 9 20,27 2,25 m3/s
máximo
Caudal por sistema QL / QT = 0,0025
Caudal por unidad QL = 0,005631 m3/s
Número de unidades operando No= 1
Caudal total Qi= 0,00563 m3/s
Niveles tanque de contacto de cloro
Nivel de agua h= 3,23 m
Nivel de fondo 2,30
Bordo Libre l= 0,40 m
Altura total H= 5,93 m
3.4.2 BOMBEO
CONCEPTO Unidad Qmáx
Diámetro, D m 0,0508 2 pulg
Gasto, Q m3/s 0,006
Coeficiente de Rugosidad, K4 0,00135
Longitud, L m 110
Material acero
Area transversal de flujo, A m2 0,0020
Velocidad de flujo, v m/s 2,7780
Pérdida de carga por fricción,
hf= K4 L v1.852 / D1.167 m 31,8990
Carga de velocidad, hv= v2/2g m 0,3933
PIEZA Número K hl=No*K*hv
No hl,Qmáx
Codo de 90 2 0,32 0,2517
Codo de 45 4 0,18 0,2832
Válvula de compuerta bridada 2 0,25 0,1967
Junta 4 0,1 0,1573
Entrada 1 0,5 0,1967
Salida 1 1 0,3933
Total 1,4790
CONCEPTO Unidad H,Qmáx
Pérdida de carga total, Ha = hf + hl m 33,3779
Elevación tq contacto de cloro, Z1 m 3,23
Elevación tamiz, Z2 m 9,45
Diferencia de alturas, Z2-Z1 m 6,22
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) m 39,60
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal, Q m3/s 0,006
Densidad, d kg/m3 1000
Eficiencia, h %/100 0,35
Potencia, P HP 8,4
kwh 6,25
4.- DESARENADOR AIREADO-DESGRASADOR
4.1.- DATOS PARA DISEÑO (DESARENADOR).-
DISEÑO REV OPER
Gasto mínimo Q min.= 6.750 9.000 m3/s
Gasto medio Q med = 14.000 18.667 m3/s
Gasto máximo QT max.= 20.270 27.027 m3/s
Tiempo de retención en la cámara desarenadora t= 3.93 3.93 min
4.1.2.- Número de unidades.
para condiciones de diseño Nud = 4 unidades
en operación Nuoper = 3 unidades
4.2.- CALCULOS (DESARENADOR).
4.2.1.- Volumen de la cámara ( a gasto máximo)
Flujo por unidad Qi mín= 101 180 m3/min
Volumen de la cámara V= 27 27 m3
Qi med= 210 373 m3/min
V= 2940 2940 m3
Qi max= 304 541 m3/min
V= 1195 1195 m3
4.2.2.- Dimensiones de cada cámara
Profundidad h= 4.900 4.90 m
Relación ancho-profundidad r= 1.99 1.99
Ancho; A = r x h A = 9.75 9.75 m
Largo; L = V / A x h L = 25.01 25.01 m
4.2.3.- Tiempo de retención a flujo mínimo, medio y máximo
Vi; Volumen Vi = 1195 1195 m3
Gasto Qmin = 101 180 m3/min
Qmed = 210 373 m3/min
Qmáx = 304 541 m3/min
Tiempo de retención t mín = 11.80 6.64 min
t=V/ Q t med = 5.69 3.20 min
t máx = 3.93 2.21 min
4.2.4.- Suministro de aire
Qaire/l; (m3/min*m de longitud) Qaire/l= 0.50 0.50
Flujo de aire Qaire 12.50 12.50 m3/min
4.2.5.- Volumen de agua - arena por desarenador
Generación de arena; Varena/Qmax 0.400 0.900
Volumen de agua - arena Varena= 58.32 233.28 m3/d
mín 0.0405 0.1620 m3/min
0.4703 1.8813 m3/hr
Volumen de agua - arena Varena= 120.96 483.84 m3/d
med 0.0840 0.3360 m3/min
0.9755 3.9019 m3/hr
Volumen de agua - arena Varena= 175.13 700.53 m3/d
máx 0.1216 0.4865 m3/min
1.4124 5.6494 m3/hr
MIN Veces de recorrido de limpieza V oper = 4.0 8.0 v/día
Gasto de arena agua por recorrido de operación Qoper = 14.5800 29.1600 m3
Tiempo de extracción Textr = 10.0000 10.0000 min
Qextrac = 1.5 2.9 m3/min
87.5 175.0 m3/hr
MED Veces de recorrido de limpieza V oper = 4.0 8.0 v/día
Gasto de arena agua por recorrido de operación Qoper = 30.2400 60.4800 m3
Tiempo de extracción Textr = 10.0000 10.0000 min
Qextrac = 3.0 6.0 m3/min
181.4 362.9 m3/hr
MAX Veces de recorrido de limpieza V oper = 4.0 8.0 v/día
Gasto de arena agua por recorrido de operación Qoper = 43.7832 87.5664 m3
Tiempo de extracción Textr = 10.0000 10.0000 min
Qextrac = 4.4 8.8 m3/min
262.7 525.4 m3/hr
Carga total H = Ha + (Z2 5.00 5.00 m
Caudal Qextrac = 0.073 0.146 m3/s
Densidad d = 1020 1020 kg/m3
Eficiencia h = 0.75 0.75 %/100
Potencia, P= (Q d H) / (76 h) P = 6.53 13 HP
Clasificador de arena
número de unidades para los cuatro desarenadores NC = 2 2
volumen de agua arena por desarenador 43.8 87.6 m3
volumen para un clasificador de arena 87.6 175.1 m3
base menor 9 16 m2
largo 3 4 m
ancho 3 4 m
base mayor 36 25 m2
largo 6 5 m
ancho 6 5 m
altura 5 5 m
volumen calculado 112.5 102.5 m3
Separación de arena
Generación de arena 0.300 0.300
Volumen mínimo de agua - arena 58.320 233.280 m3/d
volumen de arena 17.5 70.0 m3/d
0.0122 0.0486 m3/min
0.7290 2.9160 m3/hr
Generación de arena 0.300 0.300
Volumen medio de agua - arena 120.960 483.840 m3/d
volumen de arena 36.3 145.2 m3/d
0.0252 0.1008 m3/min
1.5120 6.0480 m3/hr
Generación de arena 0.300 0.300
Volumen máximo de agua - arena 175.133 700.531 m3/d
volumen de arena 52.5 210.2 m3/d
0.0365 0.1459 m3/min
2.1892 8.7566 m3/hr
Carga total H = Ha + (Z2 6.00 6.00 m
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal Qextrac = 0.002 0.0081 m3/s
Densidad d = 1020 1020 kg/m3
Eficiencia h = 0.60 0.60 %/100
Potencia P = 0.27 1.09 HP
4.3.- SEPARADOR DE GRASAS
4.3.1.- Canales laterales en el desarenador
MIN Carga hidráulica superficial; CHS=Qg/Ac CHS= 0.5 0.5 m3/m2/h
Longitud del canal Lc= 25.01 25.01 m
Ancho asumido ac= 1.20 1.20 m
Número de canales #c= 1 1
Area superficial por canal; Aci=ac*Lc/#u Aci= 30.01 30.01 m2
Caudal de agua con grasas por canal; Qgi= CHS*Aci Qgi= 0.004 0.004 m3/s
Caudal de agua con grasas por desarenador; QgT= Qgi*#c QgT= 0.004 0.004 m3/s
360 360 m3/d
MED Carga hidráulica superficial; CHS=Qg/Ac CHS= 1.25 1.25 m3/m2/h
Longitud del canal Lc= 25.01 25.01 m
Ancho asumido ac= 1.20 1.20 m
Número de canales #c= 1 1
Area superficial por canal; Aci=ac*Lc/#u Aci= 30.01 30.01 m2
Caudal de agua con grasas por canal; Qgi= CHS*Aci Qgi= 0.010 0.010 m3/s
Caudal de agua con grasas por desarenador; QgT= Qgi*#c QgT= 0.010 0.010 m3/s
900 900 m3/d
MAX Carga hidráulica superficial; CHS=Qg/Ac CHS= 2 1.25 m3/m2/h
Longitud del canal Lc= 25.01 25.01 m
Ancho asumido ac= 1.20 1.20 m
Número de canales #c= 1 1
Area superficial por canal; Aci=ac*Lc/#u Aci= 30.01 30.01 m2
Caudal de agua con grasas por canal; Qgi= CHS*Aci Qgi= 0.017 0.010 m3/s
Caudal de agua con grasas por desarenador; QgT= Qgi*#c QgT= 0.017 0.010 m3/s
1441 900 m3/d
Número de canales 4.00
Caudal de agua con grasas por los cuatro canales, mínimo QGTmín 1441 m3/d
Caudal de agua con grasas por los cuatro canales, medio QGTmed 3601 m3/d
Caudal de agua con grasas por los cuatro canales, máximo QGTmáx 5762 m3/d
4.3.2.- Caja de grasas
Número de unidades #cg 1.00 1.00
Caudal de desarenadores; Qdes=Nud*QgT Qdes= 0.01667 0.01250 m3/s
Caudal por caja; Qdesi=Qdes/#cg Qdesi= 0.01667 0.01250 m3/s
Ancho acg= 1.50 1.50 m
Largo lacg= 2.00 2.00 m
Alto total hTcg= 1.85 1.85 m
Bordo libre bcg= 0.40 0.40 m
Tirante de agua; hcg=hTcg-bcg hcg= 1.45 1.45 m
Volumen de agua; Vcgi=acg*lacg*hcg Vcgi= 4.35 4.35 m3
Tiempo de retención; tcgi=Vcg/#u*Qdesi tcgi= 260.91 347.88 s
Caja de grasas (dimensionamiento para bomba de tornillo)
Número de unidades #cg 1.00 1.00
Caudal de desarenadores; Qdes=Nud*QgT Qdes= 0.04168 0.03126 m3/s
Caudal por caja; Qdesi=Qdes/#cg Qdesi= 0.04168 0.03126 m3/s
Ancho acg= 0.80 0.80 m
Largo lacg= 1.50 1.50 m
Tirante de agua; hcg=hTcg-bcg hcg= 0.20 20.00 m
Bordo libre bcg= 0.80 0.80 m
Alto total hTcg= 1.00 1.00 m
Volumen de agua; Vcgi=acg*lacg*hcg Vcgi= 0.24 24.00 m3
Tiempo de retención; tcgi=Vcg/#u*Qdesi tcgi= 5.76 767.73 s
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) H = 5.00 5.00 m
Caudal, Q Q = 0.042 0.031 m3/s
Densidad, d d = 1000 1000 kg/m3
Eficiencia, h h = 0.75 0.75 %/100
Potencia, P= (Q d H) / (76 h) P = 4 3 HP
4.2.7.- RESUMEN
Tirante hmax= 4.90 4.90 m
Bordo libre b= 1.25 1.25 m
Ancho de cada cámara a= 9.75 9.75 m
Longitud de cada cámara Ld= 25.01 25.01 m
5.- CAJAS DE DISTRIBUCIÓN
5.1.- CAJA DE DISTRIBUCIÓN CAJA 1 CAJA 2
5.1.1.- DATOS PARA DISEÑO.-
5.1.1.1.- Flujo
Gasto mínimo Q min.= 4.80 m3/s 1.95
Gasto medio Q med.= 10.00 m3/s 4.00
Gasto máximo Q max.= 14.40 m3/s 5.87
Número de unidades #u= 4 2
Gasto mínimo Qi min.= 1.20 m3/s 0.98
Gasto medio Qi med.= 2.50 m3/s 2.00
Gasto máximo Qi max.= 3.60 m3/s 2.94
5.1.1.2.- Tubería de entrada
Diámetro Dl= 25 pulg 25
0.635 m 0.635
Area Al= 0.3167 m2 0.3167
Velocidad a tubo lleno v=Qmax/Al= 11.37 m/s 9.27
5.1.2.- CALCULOS
5.1.2.1.- Tirantes y alturas en la caja
h=(v/C)2/2g
Altura del centro de la tubería de salida hmin m
a la plantilla de la de excedencias
Altura del centro de la tubería de excedencias hmax m
al nivel máximo de agua
Velocidad en la tubería de salida de la caja v=Q/A m/s
Area de la tubería de salida A=(P*D2)/4 m2
Diámetro de la tubería de salida D =
Coficiente de descarga C= 0.82 0.82
Aceleración de la gravedad g= 9.81 m/s2 9.81
Relación diámetro a largo de la tuberís de salida e/D= 3 3
Qi min= 1.20 m3/s 0.98 m3/s
D D A v hmin e D A v hmin e
pulg m m2 m/s m m m m2 m/s m m
10 0.254 0.0507 23.68 42.51 0.76 0.254 0.0507 19.24 28.07 0.76
15 0.381 0.1140 10.53 8.40 1.14 0.381 0.1140 10.53 8.40 1.14
20 0.508 0.2027 5.92 2.66 1.52 0.508 0.2027 5.92 2.66 1.52
25 0.635 0.3167 3.79 1.09 1.91 0.635 0.3167 3.79 1.09 1.91
Qi med= 2.50 m3/s 2.00 m3/s
D D A v hmed e D A v hmed e
pulg m m2 m/s m m m m2 m/s m m
15 0.381 0.1140 21.93 36.45 1.14 0.381 0.1140 21.93 36.45 1.14
20 0.508 0.2027 12.33 11.53 1.52 0.508 0.2027 12.33 11.53 1.52
25 0.635 0.3167 7.89 4.72 1.91 0.635 0.3167 7.89 4.72 1.91
30 0.762 0.4560 5.48 2.28 2.29 0.762 0.4560 5.48 2.28 2.29
Qi max= 3.60 m3/s 2.94 m3/s
D D A v hmax e D A v hmax e
pulg m m2 m/s m m m m2 m/s m m
20 0.508 0.2027 17.76 23.91 1.52 0.508 0.2027 17.76 23.91 1.52
25 0.635 0.3167 11.37 9.79 1.91 0.635 0.3167 11.37 9.79 1.91
26.7 0.678 0.3612 9.97 7.53 2.03 0.678 0.3612 9.97 7.53 2.03
35 0.889 0.6207 5.80 2.55 2.67 0.889 0.6207 5.80 2.55 2.67
59 1.499 1.7639 2.04 0.32 4.50 1.499 1.7639 2.04 0.32 4.50
5.1.2.2.- Dimensiones de las cajas de derivación 1
Según especificaciones de diseño
Tiempo de retención t = 20.5 s 20.5
Volumen V= Qmax*t = 73.80 m3 60.17
hmax= 7.53 m 7.53
Area superficial As=V/hmax = 9.80 m2 7.99
Largo y ancho R a=(As/R)1/2 l=R*a R a=(As/R)1/2 l=R*a
1 3.13 3.13 1 3.13 3.13
2 2.21 4.43 2 2.21 4.43
3 1.81 5.42 3 1.81 5.42
4 1.57 6.26 4 1.57 6.26
a= 2.29 m a= 2.29
l= 4.57 m l= 4.57
5.2.- TORRE DE DISTRIBUCION DE AGUAS PRETRATADAS A CAJAS DE DISTRIBUCION
Q DEMASIAS
CONCEPTOS Unidad Qmín. Qmed. Qmáx. Qmín. Qmed. Qmáx. Q1 Q2 Q3
Gasto Q l/s 1950 4000 5870 4800 10000 14400 6270 10000 15000
Gasto Q m3/s 1.95 4 5.87 4.8 10 14.4 6.27 10 15
Longitud total Lt=Lj+Lm m 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15
DIMENSIONES DE LA CAJA
Tirante hidráulico PROPUESTO H m 7.948 8.090 8.198 7.946 8.090 8.192 8.090 8.154 8.23
Ancho de la caja W = B m 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36
Espacio de celosías Lc m 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Longitud de la caja Ltotal.= Lt + Lc m 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2
COLOCACION DE VERTEDORES DE DERIVACIÓN DE GASTO A CADA MODULO.
Longitud de cada de vertedor Lv m 2.4 2.4 2.4 3.0 3.0 3.0 23.00 23.0 23.0
Número de vertedores Nv 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 4.0 1.0 1.0 1.0
Longitud total de vertedores LTv 4.8 4.8 4.8 12.0 12.0 12.0 23.0 23.0 23.0
Carga sobre el vertedor Hvertedor=(Q/(1838*L))^0.6667 m 0.23 0.37 0.480 0.23 0.37 0.474 0.18 0.24 0.32
Cota de colocación del vertedor medido desde el piso de la caja de distribución a gasto medio.
Cota vertedor Z = (Tirante hidráulico- Hvertedor) m 7.718 7.718 7.718 7.718 7.718 7.718 7.914 7.913 7.913
Bordo libre Bl m 1.4 1.1 0.9 1.33 1.04 0.84 1.19 1.09 1.03
Altura total Htotal = H + Hvertedor + Bl m 9.58 9.56 9.58 9.50 9.50 9.51 9.46 9.48 9.57
Volumen de la caja VOL = L*W*H m3 910 908 910 903 903 903 898 901 910
Tiempo de retención T=Vol./Q seg 467 227 155 188 90 63 143 90 61
Distancia máxima a celosías m 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07
RAFAS 5 Y 6 RAFAS 1, 2, 3 Y 4
Reactor anaeróbico de manto de lodos de flujo ascendente, RAFA.
Los procesos de tratamiento anaeróbico consideran crecimiento anaeróbico suspendido,
crecimiento anaeróbico fijo de flujo ascendente y descendente, crecimiento fijo de lecho
fluidizado, flujo de lodo ascendente, RAFA, lagunas anaeróbicas, u procesos anaeróbicos
de separación de membrana. Los procesos anaeróbicos de crecimiento suspendido se
asocian con a remoción de fósforo.
El razonamiento e interés en el uso de procesos de tratamiento anaeróbicos se explica al
considerar las ventajas y desventajas de los procesos como se señala a continuación.
Ventajas.
Se requiere menor energía.
Es menor la producción biológica de lodos.
Se requieren bajas cantidades de nutrientes.
Se produce metano que es una fuente potencial de energía.
Se requieren volúmenes pequeños para los reactores
Se eliminan gases productores de contaminación.
Respuesta rápida a la adición de sustrato después de largos periodos sin suministro de
sustrato.
Desventajas.
Largos periodos de arranque para desarrollar la biomasa requerida en el proceso.
Se puede llegar a requerir la adición de alcalinidad.
Puede requerir un proceso de tratamiento aerobio complementario para alcanzar los
estándares de calidad.
No es factible la remoción biológica de nutrientes (nitrógeno y fósforo).
Es mucho más sensible a los efectos adversos de temperaturas bajas sobre las tasas de
reacción.
Pueden llegar a ser más sensibles a fallas por efecto de sustancias tóxicas.
Alto potencial para la producción de gases corrosivos y productores de malos olores.
El proceso de tratamiento anaerobio esta basado en un reactor anaerobio de lecho de
lodos de flujo ascendente (RAFA), de acuerdo con la bibliografía especializada, su
particularidad es la de retener dentro del reactor los microorganismos encargados de la
digestión anaerobia, lo que desliga el tiempo de retención hidráulica (TRH) del tiempo de
2.1.- DATOS DEL DISEÑO.-
Caudal Mínimo Medio Máximo
Caudal total QT= 6.8 14.0 20.3 m3/s
Número de unidades No= 8 8 8
Caudal por unidad Qi= 0.844 1.750 2.534 m3/s
18% 0.999 2.072 3.000 m3/s
Dimensiones
Tirante de agua h= 1.56 1.56 1.56 m
Bordo Libre l= 0.40 0.40 0.40 m
Altura total H= 1.96 1.96 1.96 m
Largo L= 5.00 5.00 5.00 m
Ancho W= 2.75 2.75 2.75 m
Volumen del Tanque VT= 68.75 26.95 26.95 m3
Tiempo de retención t= 25 12 8 seg
0.42 0.20 0.14 min
2.2.- BOMBEO
CONCEPTO Unidad Qmed Qmed Qmax
Diámetro, D m 1.143 1.143 1.143 45 pulg
Gasto, Q m3/s 0.999 2.072 3.000
Coeficiente de Rugosidad, K4 0.00135 0.00135 0.00135
Longitud, L m 15 15 15
Material acero
Area transversal de flujo, A m2 1.0261 1.0261 1.0261
Velocidad de flujo, v m/s 0.9736 2.0193 2.9237
Pérdida de carga por fricción,
hf= K4 L v1.852 / D1.167 m 0.0165 0.0637 0.1264
Carga de velocidad, hv= v2/2g m 0.0483 0.2078 0.4357
PIEZA Número K
No hl,Qmin hl,Qmed hl,Qmax
Codo de 90 2 0.32 0.0309 0.1330 0.2788
Codo de 45 4 0.18 0.0348 0.1496 0.3137
Valvula de compuerta bridada 2 0.25 0.0242 0.1039 0.2178
Junta 4 0.1 0.0193 0.0831 0.1743
Entrada 1 0.5 0.0242 0.1039 0.2178
Salida 1 1 0.0483 0.2078 0.4357
Total 0.1817 0.7815 1.6381
CONCEPTO Unidad H,Qmin H,Qmed H,Qmax
Pérdida de carga total, Ha = hf + hl m 0.1981 0.8451 1.7645
Elevación cárcamo de bombeo, Z1 m 1.56 1.56 1.56
Elevación lago, Z2 m 7.50 7.50 7.50
Diferencia de alturas, Z2-Z1 m 5.94 5.94 5.94
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) m 6.14 6.79 7.70
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal, Q m3/s 0.999 2.072 3.000
Densidad, d kg/m3 1000 1000 1000
Eficiencia, h %/100 0.60 0.60 0.60
Potencia, P HP 134 308 507
3.1.- DATOS PARA DISEÑO.-
3.1.1.- Flujo
Diseño Q min.= 6,750 m3/s
Q med.= 14,000 m3/s
Q max.= 20,270 m3/s
3.1.2- Tipo de rejilla Fina
3.1.3- Número de tamices y caudales total y medio por tamiz
Caudal Operando Reserva Total Q total Q criba
Datos de diseño Mínimo 5 1 7 6,75 1,35
Medio 7 0 7 14,00 2,00
Máximo 9 0 9 20,27 2,25
3.1.4- Características de los tamices
Espesor de los hilos w= 1 mm
Ancho de los hilos a= 1 mm
Espacio libre entre hilos b= 6,1 mm Cribado fino (Asumido)
Angulo respecto horizontal: Q = 35 grados Inclinación adecuada
Limpieza de las barras Manual 1 a 2 ft/s
Automatica 2 a 3 ft/s
Velocidades adecuadas a través del tamiz
mínima v min.= 0,400 m/s
media v med.= 0,600 m/s
máxima de diseño v max.= 0,800 m/s Velocidad conveniente
3.2.- CALCULOS.-
3.2.1- Area entre barras.
A = Q max./v max A= 2,815 m2
3.2.2- Ancho del canal, No barras, velocidad aguas arriba y pérdida de carga.
Tirante de agua (supuesto) h max. (m) 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
A+bh m2 2,82 2,82 2,83 2,83 2,83 2,84 2,84 2,84
w+b m 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
bh m2 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03
En la zona de cribas: W=((A+bh)(w+b)/bh)-b W (m) 3,28 2,19 1,64 1,31 1,09 0,94 0,82 0,73
Número de barras: No=(W+b)/(w+b) No 462,52 308,68 231,76 185,61 154,84 132,86 116,38 103,56
Aguas arriba de cribas:W"=(A/h)+No*w W" (m) 3,28 2,19 1,64 1,31 1,09 0,94 0,82 0,73
Velocidad aguas arriba: u=Q/W''*h u (m/s) 0,687 0,732 0,732 0,732 0,732 0,732 0,732 0,732
Pérdida de carga: hs=(v2-u2)/(2*0.7*9.81) hs (cm) 1,22 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76
3.2.3- Selección del ancho según tirante:
Número de tamices
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
SELECCION: h max. 2,000 (m) Tirante selecionado
A+bh 2,83 m2
w+b 0,007 m
bh 0,012 m2
W 1,64 (m) Ancho obtenido
No 232
W" 1,64 (m)
u 0,69 (m/s)
hs 1,22 (cm)
3.2.4- Longitud de las barras.
l; Bordo libre l= 0,40 m
sen q= 0,574
Lb= (hmax.+l)/sen q Lb= 4,2 m
3.2.5- Revisión a diferentes flujos
Tirante:
H1=Qi/(No-1)*b*v (aguas arriba)
H2= H1-hs (aguas abajo)
Velocidad en el canal u=Q/W*H1
Pérdida de carga: hs=(v^2-u^2)/(2*0.7*9.81)
Caudal QT Canales Qi v H1 A u hs H2
(m3/s) Operando (m3/s) (m/s) (m) (m2) (m/s) (cm) cm
Mínimo 6,75 5 1,35 0,80 1,20 1,97 0,69 1,22 118,7
Medio 14,00 7 2,00 0,80 1,78 2,91 0,69 1,22 176,4
Máximo 20,27 9 2,25 0,80 2,00 3,28 0,69 1,22 198,8
3.2.6- Largo de los Canales de Rejillas
cos q= 0,819
L=Lbcosq L= 3,43 m
3.2.7- Estimación de sólidos retenidos en la criba.
Para un claro entre barras (mm) 6,10
Volumen de sólidos: Vs=V*Q
Masa de sólidos con una densidad de sólidos de 1200 Kg/m3: M=1200*V*Q
V= 1,45E-06 m3/m3
Condición Vs M
(m3/d) (Kg/d)
Mínima 0,8446 1013,47
Media 1,7517 2102,01
Máxima 2,5362 3043,41
Retención de Sólidos
Espacio Vmed. Vmed.
mm (ft3/MG) (m3/m3)
6,10 13,50 1,45E-06
12,70 9,50 1,02E-06
19,05 7,00 7,51E-07
25,40 5,00 5,36E-07
31,50 4,00 4,29E-07
38,10 3,30 3,54E-07
44,45 3,00 3,22E-07
50,80 2,50 2,68E-07
56,90 2,48 2,66E-07
63,00 2,46 2,64E-07
63,50 2,44 2,62E-07
0,00E+00
2,00E-07
4,00E-07
6,00E-07
8,00E-07
1,00E-06
1,20E-06
1,40E-06
1,60E-06
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
3.2.8.- Revisión bajo condiciones de operacción
Criba limpia: H1=Q/(No-1)*b*v tirante aguas arriba de rejilla
Criba obstruida: Hx= H1 + H1*(%AO/100)
Velocidad máxima através de la rejilla: vo (Criba Limpia)
Velocidad máxima através de la rejilla: vx=vo/(1-%AO/100); (Criba obstruida)
Porciento del área obstruida; %AO
Velocidad en el canal u=Q/W*h
Pérdida de carga: hs=(v2-u2) / (2*0.7*9.81) hs=(v2-u2)/(2*0.7*g) pérdida de carga
H2= H1 x 100 - hs tirante aguas abajo
AO QT Canales Qi v H1 A u hs H2
% (m3/s) Operando (m3/s) (m/s) (m) (m2) (m/s) (m) m
0 20,27 9,00 2,25 0,80 2,00 3,28 0,69 0,01 1,99
10 20,27 9,00 2,25 0,89 2,20 3,61 0,62 0,03 2,17
20 20,27 9,00 2,25 1,00 2,40 3,93 0,57 0,05 2,35
30 20,27 9,00 2,25 1,14 2,60 4,26 0,53 0,07 2,53
40 20,27 9,00 2,25 1,33 2,80 4,59 0,49 0,11 2,69
60 20,27 9,00 2,25 2,00 3,20 5,25 0,43 0,28 2,92
3.3.- EQUIPO
NÚMERO 9
REJILLA DE CRIBADO.
SERVICIO: eliminación de sólidos finos
ESPACIAMIENTO: 6,1 mm
TIPO DE MATERIAL: ACERO
ESPESOR DE BARRAS: 1 mm
ANCHO DE BARRAS: 1 mm
ANGULO RESPECTO A HORIZONTAL: 35 GRADOS
LONG DE LAS BARRAS 4,18 m
LARGO DE CANALES 3,43 m
BORDO LIBRE 0,40 m
TIRANTE 2,00 m
ALTURA TOTAL 2,40 m
TIRANTE AGUAS ARRIBA 1,20 m
ANCHO DE LA ZONA DE BARRAS 1,64 m
3,4 BOMBEO DE AGUAS PARA LAVADO DE TAMICES
3.4.1 DATOS DEL DISEÑO.-
Caudal Operando Reserva Total Q total Q criba
Datos de diseño Mínimo 5 1 7 6,75 1,35 m3/s
Medio 7 0 7 14,00 2,00 m3/s
Máximo 9 0 9 20,27 2,25 m3/s
máximo
Caudal por sistema QL / QT = 0,0025
Caudal por unidad QL = 0,005631 m3/s
Número de unidades operando No= 1
Caudal total Qi= 0,00563 m3/s
Niveles tanque de contacto de cloro
Nivel de agua h= 3,23 m
Nivel de fondo 2,30
Bordo Libre l= 0,40 m
Altura total H= 5,93 m
3.4.2 BOMBEO
CONCEPTO Unidad Qmáx
Diámetro, D m 0,0508 2 pulg
Gasto, Q m3/s 0,006
Coeficiente de Rugosidad, K4 0,00135
Longitud, L m 110
Material acero
Area transversal de flujo, A m2 0,0020
Velocidad de flujo, v m/s 2,7780
Pérdida de carga por fricción,
hf= K4 L v1.852 / D1.167 m 31,8990
Carga de velocidad, hv= v2/2g m 0,3933
PIEZA Número K hl=No*K*hv
No hl,Qmáx
Codo de 90 2 0,32 0,2517
Codo de 45 4 0,18 0,2832
Válvula de compuerta bridada 2 0,25 0,1967
Junta 4 0,1 0,1573
Entrada 1 0,5 0,1967
Salida 1 1 0,3933
Total 1,4790
CONCEPTO Unidad H,Qmáx
Pérdida de carga total, Ha = hf + hl m 33,3779
Elevación tq contacto de cloro, Z1 m 3,23
Elevación tamiz, Z2 m 9,45
Diferencia de alturas, Z2-Z1 m 6,22
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) m 39,60
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal, Q m3/s 0,006
Densidad, d kg/m3 1000
Eficiencia, h %/100 0,35
Potencia, P HP 8,4
kwh 6,25
4.- DESARENADOR AIREADO-DESGRASADOR
4.1.- DATOS PARA DISEÑO (DESARENADOR).-
DISEÑO REV OPER
Gasto mínimo Q min.= 6.750 9.000 m3/s
Gasto medio Q med = 14.000 18.667 m3/s
Gasto máximo QT max.= 20.270 27.027 m3/s
Tiempo de retención en la cámara desarenadora t= 3.93 3.93 min
4.1.2.- Número de unidades.
para condiciones de diseño Nud = 4 unidades
en operación Nuoper = 3 unidades
4.2.- CALCULOS (DESARENADOR).
4.2.1.- Volumen de la cámara ( a gasto máximo)
Flujo por unidad Qi mín= 101 180 m3/min
Volumen de la cámara V= 27 27 m3
Qi med= 210 373 m3/min
V= 2940 2940 m3
Qi max= 304 541 m3/min
V= 1195 1195 m3
4.2.2.- Dimensiones de cada cámara
Profundidad h= 4.900 4.90 m
Relación ancho-profundidad r= 1.99 1.99
Ancho; A = r x h A = 9.75 9.75 m
Largo; L = V / A x h L = 25.01 25.01 m
4.2.3.- Tiempo de retención a flujo mínimo, medio y máximo
Vi; Volumen Vi = 1195 1195 m3
Gasto Qmin = 101 180 m3/min
Qmed = 210 373 m3/min
Qmáx = 304 541 m3/min
Tiempo de retención t mín = 11.80 6.64 min
t=V/ Q t med = 5.69 3.20 min
t máx = 3.93 2.21 min
4.2.4.- Suministro de aire
Qaire/l; (m3/min*m de longitud) Qaire/l= 0.50 0.50
Flujo de aire Qaire 12.50 12.50 m3/min
4.2.5.- Volumen de agua - arena por desarenador
Generación de arena; Varena/Qmax 0.400 0.900
Volumen de agua - arena Varena= 58.32 233.28 m3/d
mín 0.0405 0.1620 m3/min
0.4703 1.8813 m3/hr
Volumen de agua - arena Varena= 120.96 483.84 m3/d
med 0.0840 0.3360 m3/min
0.9755 3.9019 m3/hr
Volumen de agua - arena Varena= 175.13 700.53 m3/d
máx 0.1216 0.4865 m3/min
1.4124 5.6494 m3/hr
MIN Veces de recorrido de limpieza V oper = 4.0 8.0 v/día
Gasto de arena agua por recorrido de operación Qoper = 14.5800 29.1600 m3
Tiempo de extracción Textr = 10.0000 10.0000 min
Qextrac = 1.5 2.9 m3/min
87.5 175.0 m3/hr
MED Veces de recorrido de limpieza V oper = 4.0 8.0 v/día
Gasto de arena agua por recorrido de operación Qoper = 30.2400 60.4800 m3
Tiempo de extracción Textr = 10.0000 10.0000 min
Qextrac = 3.0 6.0 m3/min
181.4 362.9 m3/hr
MAX Veces de recorrido de limpieza V oper = 4.0 8.0 v/día
Gasto de arena agua por recorrido de operación Qoper = 43.7832 87.5664 m3
Tiempo de extracción Textr = 10.0000 10.0000 min
Qextrac = 4.4 8.8 m3/min
262.7 525.4 m3/hr
Carga total H = Ha + (Z2 5.00 5.00 m
Caudal Qextrac = 0.073 0.146 m3/s
Densidad d = 1020 1020 kg/m3
Eficiencia h = 0.75 0.75 %/100
Potencia, P= (Q d H) / (76 h) P = 6.53 13 HP
Clasificador de arena
número de unidades para los cuatro desarenadores NC = 2 2
volumen de agua arena por desarenador 43.8 87.6 m3
volumen para un clasificador de arena 87.6 175.1 m3
base menor 9 16 m2
largo 3 4 m
ancho 3 4 m
base mayor 36 25 m2
largo 6 5 m
ancho 6 5 m
altura 5 5 m
volumen calculado 112.5 102.5 m3
Separación de arena
Generación de arena 0.300 0.300
Volumen mínimo de agua - arena 58.320 233.280 m3/d
volumen de arena 17.5 70.0 m3/d
0.0122 0.0486 m3/min
0.7290 2.9160 m3/hr
Generación de arena 0.300 0.300
Volumen medio de agua - arena 120.960 483.840 m3/d
volumen de arena 36.3 145.2 m3/d
0.0252 0.1008 m3/min
1.5120 6.0480 m3/hr
Generación de arena 0.300 0.300
Volumen máximo de agua - arena 175.133 700.531 m3/d
volumen de arena 52.5 210.2 m3/d
0.0365 0.1459 m3/min
2.1892 8.7566 m3/hr
Carga total H = Ha + (Z2 6.00 6.00 m
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal Qextrac = 0.002 0.0081 m3/s
Densidad d = 1020 1020 kg/m3
Eficiencia h = 0.60 0.60 %/100
Potencia P = 0.27 1.09 HP
4.3.- SEPARADOR DE GRASAS
4.3.1.- Canales laterales en el desarenador
MIN Carga hidráulica superficial; CHS=Qg/Ac CHS= 0.5 0.5 m3/m2/h
Longitud del canal Lc= 25.01 25.01 m
Ancho asumido ac= 1.20 1.20 m
Número de canales #c= 1 1
Area superficial por canal; Aci=ac*Lc/#u Aci= 30.01 30.01 m2
Caudal de agua con grasas por canal; Qgi= CHS*Aci Qgi= 0.004 0.004 m3/s
Caudal de agua con grasas por desarenador; QgT= Qgi*#c QgT= 0.004 0.004 m3/s
360 360 m3/d
MED Carga hidráulica superficial; CHS=Qg/Ac CHS= 1.25 1.25 m3/m2/h
Longitud del canal Lc= 25.01 25.01 m
Ancho asumido ac= 1.20 1.20 m
Número de canales #c= 1 1
Area superficial por canal; Aci=ac*Lc/#u Aci= 30.01 30.01 m2
Caudal de agua con grasas por canal; Qgi= CHS*Aci Qgi= 0.010 0.010 m3/s
Caudal de agua con grasas por desarenador; QgT= Qgi*#c QgT= 0.010 0.010 m3/s
900 900 m3/d
MAX Carga hidráulica superficial; CHS=Qg/Ac CHS= 2 1.25 m3/m2/h
Longitud del canal Lc= 25.01 25.01 m
Ancho asumido ac= 1.20 1.20 m
Número de canales #c= 1 1
Area superficial por canal; Aci=ac*Lc/#u Aci= 30.01 30.01 m2
Caudal de agua con grasas por canal; Qgi= CHS*Aci Qgi= 0.017 0.010 m3/s
Caudal de agua con grasas por desarenador; QgT= Qgi*#c QgT= 0.017 0.010 m3/s
1441 900 m3/d
Número de canales 4.00
Caudal de agua con grasas por los cuatro canales, mínimo QGTmín 1441 m3/d
Caudal de agua con grasas por los cuatro canales, medio QGTmed 3601 m3/d
Caudal de agua con grasas por los cuatro canales, máximo QGTmáx 5762 m3/d
4.3.2.- Caja de grasas
Número de unidades #cg 1.00 1.00
Caudal de desarenadores; Qdes=Nud*QgT Qdes= 0.01667 0.01250 m3/s
Caudal por caja; Qdesi=Qdes/#cg Qdesi= 0.01667 0.01250 m3/s
Ancho acg= 1.50 1.50 m
Largo lacg= 2.00 2.00 m
Alto total hTcg= 1.85 1.85 m
Bordo libre bcg= 0.40 0.40 m
Tirante de agua; hcg=hTcg-bcg hcg= 1.45 1.45 m
Volumen de agua; Vcgi=acg*lacg*hcg Vcgi= 4.35 4.35 m3
Tiempo de retención; tcgi=Vcg/#u*Qdesi tcgi= 260.91 347.88 s
Caja de grasas (dimensionamiento para bomba de tornillo)
Número de unidades #cg 1.00 1.00
Caudal de desarenadores; Qdes=Nud*QgT Qdes= 0.04168 0.03126 m3/s
Caudal por caja; Qdesi=Qdes/#cg Qdesi= 0.04168 0.03126 m3/s
Ancho acg= 0.80 0.80 m
Largo lacg= 1.50 1.50 m
Tirante de agua; hcg=hTcg-bcg hcg= 0.20 20.00 m
Bordo libre bcg= 0.80 0.80 m
Alto total hTcg= 1.00 1.00 m
Volumen de agua; Vcgi=acg*lacg*hcg Vcgi= 0.24 24.00 m3
Tiempo de retención; tcgi=Vcg/#u*Qdesi tcgi= 5.76 767.73 s
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) H = 5.00 5.00 m
Caudal, Q Q = 0.042 0.031 m3/s
Densidad, d d = 1000 1000 kg/m3
Eficiencia, h h = 0.75 0.75 %/100
Potencia, P= (Q d H) / (76 h) P = 4 3 HP
4.2.7.- RESUMEN
Tirante hmax= 4.90 4.90 m
Bordo libre b= 1.25 1.25 m
Ancho de cada cámara a= 9.75 9.75 m
Longitud de cada cámara Ld= 25.01 25.01 m
5.- CAJAS DE DISTRIBUCIÓN
5.1.- CAJA DE DISTRIBUCIÓN CAJA 1 CAJA 2
5.1.1.- DATOS PARA DISEÑO.-
5.1.1.1.- Flujo
Gasto mínimo Q min.= 4.80 m3/s 1.95
Gasto medio Q med.= 10.00 m3/s 4.00
Gasto máximo Q max.= 14.40 m3/s 5.87
Número de unidades #u= 4 2
Gasto mínimo Qi min.= 1.20 m3/s 0.98
Gasto medio Qi med.= 2.50 m3/s 2.00
Gasto máximo Qi max.= 3.60 m3/s 2.94
5.1.1.2.- Tubería de entrada
Diámetro Dl= 25 pulg 25
0.635 m 0.635
Area Al= 0.3167 m2 0.3167
Velocidad a tubo lleno v=Qmax/Al= 11.37 m/s 9.27
5.1.2.- CALCULOS
5.1.2.1.- Tirantes y alturas en la caja
h=(v/C)2/2g
Altura del centro de la tubería de salida hmin m
a la plantilla de la de excedencias
Altura del centro de la tubería de excedencias hmax m
al nivel máximo de agua
Velocidad en la tubería de salida de la caja v=Q/A m/s
Area de la tubería de salida A=(P*D2)/4 m2
Diámetro de la tubería de salida D =
Coficiente de descarga C= 0.82 0.82
Aceleración de la gravedad g= 9.81 m/s2 9.81
Relación diámetro a largo de la tuberís de salida e/D= 3 3
Qi min= 1.20 m3/s 0.98 m3/s
D D A v hmin e D A v hmin e
pulg m m2 m/s m m m m2 m/s m m
10 0.254 0.0507 23.68 42.51 0.76 0.254 0.0507 19.24 28.07 0.76
15 0.381 0.1140 10.53 8.40 1.14 0.381 0.1140 10.53 8.40 1.14
20 0.508 0.2027 5.92 2.66 1.52 0.508 0.2027 5.92 2.66 1.52
25 0.635 0.3167 3.79 1.09 1.91 0.635 0.3167 3.79 1.09 1.91
Qi med= 2.50 m3/s 2.00 m3/s
D D A v hmed e D A v hmed e
pulg m m2 m/s m m m m2 m/s m m
15 0.381 0.1140 21.93 36.45 1.14 0.381 0.1140 21.93 36.45 1.14
20 0.508 0.2027 12.33 11.53 1.52 0.508 0.2027 12.33 11.53 1.52
25 0.635 0.3167 7.89 4.72 1.91 0.635 0.3167 7.89 4.72 1.91
30 0.762 0.4560 5.48 2.28 2.29 0.762 0.4560 5.48 2.28 2.29
Qi max= 3.60 m3/s 2.94 m3/s
D D A v hmax e D A v hmax e
pulg m m2 m/s m m m m2 m/s m m
20 0.508 0.2027 17.76 23.91 1.52 0.508 0.2027 17.76 23.91 1.52
25 0.635 0.3167 11.37 9.79 1.91 0.635 0.3167 11.37 9.79 1.91
26.7 0.678 0.3612 9.97 7.53 2.03 0.678 0.3612 9.97 7.53 2.03
35 0.889 0.6207 5.80 2.55 2.67 0.889 0.6207 5.80 2.55 2.67
59 1.499 1.7639 2.04 0.32 4.50 1.499 1.7639 2.04 0.32 4.50
5.1.2.2.- Dimensiones de las cajas de derivación 1
Según especificaciones de diseño
Tiempo de retención t = 20.5 s 20.5
Volumen V= Qmax*t = 73.80 m3 60.17
hmax= 7.53 m 7.53
Area superficial As=V/hmax = 9.80 m2 7.99
Largo y ancho R a=(As/R)1/2 l=R*a R a=(As/R)1/2 l=R*a
1 3.13 3.13 1 3.13 3.13
2 2.21 4.43 2 2.21 4.43
3 1.81 5.42 3 1.81 5.42
4 1.57 6.26 4 1.57 6.26
a= 2.29 m a= 2.29
l= 4.57 m l= 4.57
5.2.- TORRE DE DISTRIBUCION DE AGUAS PRETRATADAS A CAJAS DE DISTRIBUCION
Q DEMASIAS
CONCEPTOS Unidad Qmín. Qmed. Qmáx. Qmín. Qmed. Qmáx. Q1 Q2 Q3
Gasto Q l/s 1950 4000 5870 4800 10000 14400 6270 10000 15000
Gasto Q m3/s 1.95 4 5.87 4.8 10 14.4 6.27 10 15
Longitud total Lt=Lj+Lm m 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15 10.15
DIMENSIONES DE LA CAJA
Tirante hidráulico PROPUESTO H m 7.948 8.090 8.198 7.946 8.090 8.192 8.090 8.154 8.23
Ancho de la caja W = B m 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36 9.36
Espacio de celosías Lc m 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Longitud de la caja Ltotal.= Lt + Lc m 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2
COLOCACION DE VERTEDORES DE DERIVACIÓN DE GASTO A CADA MODULO.
Longitud de cada de vertedor Lv m 2.4 2.4 2.4 3.0 3.0 3.0 23.00 23.0 23.0
Número de vertedores Nv 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 4.0 1.0 1.0 1.0
Longitud total de vertedores LTv 4.8 4.8 4.8 12.0 12.0 12.0 23.0 23.0 23.0
Carga sobre el vertedor Hvertedor=(Q/(1838*L))^0.6667 m 0.23 0.37 0.480 0.23 0.37 0.474 0.18 0.24 0.32
Cota de colocación del vertedor medido desde el piso de la caja de distribución a gasto medio.
Cota vertedor Z = (Tirante hidráulico- Hvertedor) m 7.718 7.718 7.718 7.718 7.718 7.718 7.914 7.913 7.913
Bordo libre Bl m 1.4 1.1 0.9 1.33 1.04 0.84 1.19 1.09 1.03
Altura total Htotal = H + Hvertedor + Bl m 9.58 9.56 9.58 9.50 9.50 9.51 9.46 9.48 9.57
Volumen de la caja VOL = L*W*H m3 910 908 910 903 903 903 898 901 910
Tiempo de retención T=Vol./Q seg 467 227 155 188 90 63 143 90 61
Distancia máxima a celosías m 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07
RAFAS 5 Y 6 RAFAS 1, 2, 3 Y 4
Reactor anaeróbico de manto de lodos de flujo ascendente, RAFA.
Los procesos de tratamiento anaeróbico consideran crecimiento anaeróbico suspendido,
crecimiento anaeróbico fijo de flujo ascendente y descendente, crecimiento fijo de lecho
fluidizado, flujo de lodo ascendente, RAFA, lagunas anaeróbicas, u procesos anaeróbicos
de separación de membrana. Los procesos anaeróbicos de crecimiento suspendido se
asocian con a remoción de fósforo.
El razonamiento e interés en el uso de procesos de tratamiento anaeróbicos se explica al
considerar las ventajas y desventajas de los procesos como se señala a continuación.
Ventajas.
Se requiere menor energía.
Es menor la producción biológica de lodos.
Se requieren bajas cantidades de nutrientes.
Se produce metano que es una fuente potencial de energía.
Se requieren volúmenes pequeños para los reactores
Se eliminan gases productores de contaminación.
Respuesta rápida a la adición de sustrato después de largos periodos sin suministro de
sustrato.
Desventajas.
Largos periodos de arranque para desarrollar la biomasa requerida en el proceso.
Se puede llegar a requerir la adición de alcalinidad.
Puede requerir un proceso de tratamiento aerobio complementario para alcanzar los
estándares de calidad.
No es factible la remoción biológica de nutrientes (nitrógeno y fósforo).
Es mucho más sensible a los efectos adversos de temperaturas bajas sobre las tasas de
reacción.
Pueden llegar a ser más sensibles a fallas por efecto de sustancias tóxicas.
Alto potencial para la producción de gases corrosivos y productores de malos olores.
El proceso de tratamiento anaerobio esta basado en un reactor anaerobio de lecho de
lodos de flujo ascendente (RAFA), de acuerdo con la bibliografía especializada, su
particularidad es la de retener dentro del reactor los microorganismos encargados de la
digestión anaerobia, lo que desliga el tiempo de retención hidráulica (TRH) del tiempo de
Wednesday, September 26, 2007
5.0 - page 61 to 70
CAJA DE MEZCLA DE LODOS CON POLIMERO.
VOLUMEN Y GASTO OPCION #1 OPCION #2 OPCION #3
Diámetro del tanque d m 1,5 1,5 1,5
Area A m2 1,77 1,77 1,77
Tirante de lodos H m 1,04 1,04 1,04
Volumen efectivo V m3 1,8 1,8 1,8
TIEMPO DE OPERACIÓN 24 h oper 20 hr oper 12 hr oper
Gasto de lodos Q m3/d 1369 1642,8 2738
lps 15,8 19,0 31,7
m3/s 0,0158 0,0190 0,0317
GRADIENTE DE VELOCIDAD
gradiente de velocidad G seg-1
energía aplicada kW kW
energía aplicada P W
volumen V m3 1,8 1,8 1,8
viscosidad del agua m N x s / m2 1,022E-03 1,022E-03 1,022E-03
AGUA LODO
CARACTERISTICAS DE LODOS Temp m m
°C N x s / m2 N x s / m3
0 1,781E-03 1,817E-03
5 1,518E-03 1,548E-03
10 1,307E-03 1,333E-03
15 1,139E-03 1,162E-03
20 1,002E-03 1,022E-03
25 8,900E-04 9,078E-04
30 7,980E-04 8,140E-04
OPCION #1 OPCION #2 OPCION #3
potencia energía energía
HP Kw= HP x 0.7457 W = kW x 1000 seg-1 seg-1 seg-1
1 0,7457 745,7 454 454 454
2 1,4914 1491,4 643 643 643
3 2,2371 2237,1 787 787 787
4 2,9828 2982,8 909 909 909
5 3,7285 3728,5 1016 1016 1016
6 4,4742 4474,2 1113 1113 1113
7 5,2199 5219,9 1202 1202 1202
8 5,9656 5965,6 1285 1285 1285
9 6,7113 6711,3 1363 1363 1363
10 7,457 7457 1437 1437 1437
Q V t
m3/s m3 s
Gast de lodos constante las 24 hr 0,0158 1,8 116
Gast de lodos constante las 20 hr 0,0190 1,8 97
Gast de lodos constante las 12 hr 0,0317 1,8 58
OPCION #1 OPCION #2 OPCION #3
Gasto 0,0158 Gasto 0,0190 Gasto 0,0317
Potencia Grad Vel TRH, en s Grad Vel TRH, en s Grad Vel TRH, en s
Equipo G 116 G 97 G 58
HP seg-1 Valor de Gt seg-1 Valor de Gt seg-1 Valor de Gt
1 454 52700 454 43917 454 26350
2 643 74530 643 62108 643 37265
3 787 91280 787 76066 787 45640
4 909 105401 909 87834 909 52700
5 1016 117842 1016 98201 1016 58921
6 1113 129089 1113 107574 1113 64544
7 1202 139432 1202 116193 1202 69716
8 1285 149059 1285 124216 1285 74530
9 1363 158101 1363 131751 1363 79051
10 1437 166653 1437 138878 1437 83327
PROCESO
canales de distribución (MR a Floc) 100 150
floculación de alta energía 20 75 900 1500 40000 75000
floculación convencional 10 60 1000 1500 30000 60000
floculación de lodos (ayuda a espesamiento) 60 120 60 180 3600 21600
MEZCLA DE POLIMERO CON LODOS EN LINEA
Diámetro de la tubería y gasto de lodos variables.
Gasto de lodos Q 0,0158 0,0190 0,0317 0,0475 m3/seg
Diámetro tubería D 4 6 6 8 pulg
Diámetro tubería D 0,1016 0,1524 0,1524 0,2032 m
Area sec transv tubería A 0,008 0,018 0,018 0,032 m2
Velocidad v = Q / A 1,95 1,04 1,74 1,47 m/seg
Long tubería L 5 5 5 5 m
Aceleración de la gravedad g 9,81 9,91 9,81 9,81 m/seg2
Factor de fricc f = f ( e/D, NR) 0,07 0,07 0,07 0,07
Pérdida de carga hL= f x (( L x v2) / (D x 2g)) 0,6707 0,1259 0,3533 0,1886 m
Densidad del agua r (a 20°C) 998,2 998,2 998,2 998,2 Kg / m3
Potencia disipada P = r x g x Q x hL 104,06 23,68 109,62 87,80
Viscosidad del lodo m (a 20°C) 1,02E-03 1,02E-03 1,02E-03 1,02E-03 N-s/m
Volumen V = A x L 0,04 0,09 0,09 0,16 m3
Gradiente G = ( P / m x V ) 1/2 1585 504 1084 728 s-1
Tiempo retención t = V / Q 2,6 4,8 2,9 3,4 seg
Parámetro, Gt 4055 2418 3121 2483
Diámetro de la tubería constante, se varía el gasto de lodos.
Gasto Q 0,0158 0,0190 0,0317 0,0475 m3/seg
Diámetro tubería D 3 3 6 8 pulg
Diámetro tubería D 0,0762 0,0762 0,1524 0,2032 m
Area sec transv tubería A 0,005 0,005 0,018 0,032 m2
Velocidad v = Q / A 3,47 4,17 1,74 1,47 m/seg
Long tubería L 5 5 5 5 m
Aceleración de la gravedad g 9,81 9,91 9,81 9,81 m/seg2
Factor de fricc f = f ( e/D, NR) 0,07 0,07 0,07 0,07
Pérdida de carga hL= f x (( L x v2) / (D x 2g)) 2,83 4,0286 0,3533 0,1886 m
Densidad del agua r (a 20°C) 998,2 998,2 998,2 998,2 Kg / m3
Potencia disipada P = r x g x Q x hL 438,50 757,73 109,62 87,80
Viscosidad del agua m (a 20°C) 1,00E-03 1,00E-03 1,00E-03 1,00E-03 N-s/m
Volumen V = A x L 0,02 0,02 0,09 0,16 m3
Gradiente G = ( P / m x V ) 1/2 4381 5759 1095 735 s-1
Tiempo retención t = V / Q 1,4 1,2 2,9 3,4 seg
Parámetro, Gt 6304 6906 3152 2508
HORNOS
Descripcion Valor Unidades
Concentración de sólidos en la torta de lodos 90% % materia seca
Cantidad total de tortas producidas 61 ton tortas/dia
Cantidad de agua presente 6,1 ton H2O/dia
Cantidad a evaporar 188,1 ton H2O/dia
Número de secadores 5 und
DISP FINAL
Description Valor Unidades
Distancia al sitio de disposición final 30 km
Horas de operación diarias 8 hr
Tiempo de carga por vehículo 0,75 hr
Tiempo de recorrido por viaje 1 hr
Volumen de lodos 82,6 m3/d
Capacidad del camión 14,5 m3
Tiempo de recorrido al sitio de disposición 1 hr
Tiempo de carga del camión 0,75 hr
Horas de operación al día 8 hr
Número de camiones necesarios 1
En la siguiente figura se presenta el Balance de Masa que relaciona los gastos de las
diferentes corrientes de aguas que se tratan y de los subproductos que se generan, lodos,
como resultado de la purificación de las aguas.
AUTOMATIZACION Y CONTROL DE LA PTAR.
La planta de tratamiento presenta unidades que requieren limitados requerimiento de
atención en su operación pero ciertas necesidades de vigilancia. Por tal razón se
considera la automatización de ciertas operaciones que se identifican en la siguiente figura
y que se detallan a continuación.
La medición de la calidad de las aguas es necesaria en ciertos puntos de vigilancia como
en el influente y en el efluente, a fin de determinar la eficiencia de remoción de
contaminantes. En algunos sitios la medición de la calidad de las aguas permite su control
como es el caso de la medición de ciertos parámetros en la torre de distribución de aguas,
los efluentes de los reactores anaeróbicos, el influente y efluente al tanque de contacto de
cloro.
La medición d caudales se hace necesaria en el influente y en el efluente, para determinar
la eficiencia del sistema, en la torre de distribución para vigilar la correcta repartición de
aguas a los módulos, que siendo de diferente tamaño los módulos 5 y 6 de los restantes,
requieren menor cantidad de aguas. Es necesaria la medición de los gastos de los lodos
purgados de los reactores para asegurar su correcto funcionamiento. La medición de
caudales de las corrientes de lodos que se bombean a las unidades de deshidratación
permite la dosificación correcta del polímero.
La medición de los volúmenes de gases que se generan en los reactores permitirá evaluar
la correcta degradación de la materia orgánica y el desarrollo adecuado de los
microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica.
En algunos puntos será necesario determinar el peso de los materiales gruesos generados
en las rejillas gruesas y tamices, así como la cantidad de arenas producidas en los
desarenadores.
La información que se colecte se capturará en un sistema que a la vez permitirá el control
de las principales operaciones como la purga de lodos de los reactores que requerirá la
programación que permita obtener un caudal constante de alimentación a las centrífugas.
Es recomendable que el sistema de control de automatización de la PTAR Taboada esté
interconectado al sistema SCADA de Sedapal, el cual permita la transferencia de
información o datos en tiempo real de la operación de dicha PTAR.
BALANCE DE MASA PTAR TABOADA
AUTOMATIZACION PTAR TABOADA
5.3.2 Memoria Descriptiva de Estructuras
A. Objeto
El presente tiene por objeto describir las estructuras de la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales “Taboada” la cual comprende las siguientes estructuras principales:
Estación de bombeo y canal de tamices
Desarenadotes y separador de grasas
Reactores UASB
Cámara de Contacto
Cámara de Bombeo de Lodos
Edificio de desagüe de lodos
Sala de secado de lodos
Edificios Administrativos
Subestación Eléctrica
Esta Memoria Descriptiva debe leerse juntamente con los “Criterios de Diseño”
B. Materiales
Los materiales predominantes en la planta son los constituyentes del concreto reforzado, es
decir: cemento, agregados, aditivos, acero de refuerzo.
Debido a la cercanía del mar y la agresividad de las aguas residuales deberá emplearse
cemento Pórtland tipo V para todas las estructuras así como un aditivo hidrófugo tipo EUCO
DM o similar, con una resistencia mínima del concreto de f´c=280Kg/cm2 y una relación aguamateriales
cementicios de 0.45 como máximo.
El acero de refuerzo a utilizar será el de la especificación ASTM A615- Grado 60 ó ASTM A-
706.
En las estructuras hidráulicas debe preferirse el acero cuya especificación es ASTM A-706, por
garantizarse la soldabilidad, especialmente si se prevé que las estructuras sufrirán
modificaciones y/o reforzamiento a lo largo de su vida útil.
C. Suelos
Los suelos sobre los que se cimentaran las estructuras es el hormigón típico de río que se
encuentra en la cota 1.00 m.s.n.m. aproximadamente, consistente en gravas subredondeadas
con matriz arenosa, no plástica, color plomizo saturado, predominando las partículas de 25 a
50 mm y de 200 a 250 mm aisladas, el nivel freático se encuentra en la cota 2.50 m.s.n.m.
aproximadamente.
El ángulo de fricción interna de estos suelos es de 35º con un peso volumétrico de 1.25 gr/cm3
y una capacidad portante de 4 Kg/cm2.
Estos datos son preliminares y se han obtenido de los estudios de suelos del Interceptor Norte
y de la experiencia de la construcción de la Cámara de Rejas. En el Proyecto Definitivo se
deberán hacer mayores investigaciones a fin de precisar el tipo de suelo en que se cimentará
cada estructura.
En las estructuras cuyo fondo de cimentación quede en un nivel mas alto, por razones de
configuración del perfil hidráulico, deberá reemplazarse el suelo hasta el nivel donde se
encuentre el terreno descrito arriba, con un relleno de ingeniería , especificado en la norma E-
050 del RNE, con una capacidad portante de por lo menos 2 Kg/cm2
Se estima que la excavación se deberá hacer por partes y con bombeo permanente de la zona
involucrada.
Todas las cimentaciones de concreto reforzado tienen un solado debajo de 0.10m de espesor
a fin de reducir el recubrimiento inferior y tener una superficie nivelada para apoyar la malla de
refuerzo del fondo.
D. Cargas
Las cargas a las que estarán sometidas las estructuras son las de peso propio, solicitaciones
sísmicas, cargas vivas, cargas inducidas por los equipos permanentes y/o semipermanentes,
empujes laterales del suelo circundante o rellenos y del agua, supresión debida al nivel freático
si esta mas alto que el nivel de cimentación.
Los parámetros sísmicos a considerar son:
La planta se encuentra en la zona 3 del mapa de zonificación sísmica del Perú de la norma E-
030 del Reglamento Nacional de Edificaciones, correspondiéndole un factor de Z= 0.4.
El factor de suelo, de acuerdo a la descripción del suelo de cimentación indicado, es de S=1 y
el periodo predominante de Ts= 0.4.
El coeficiente de uso e importancia es U=1.50, por tratarse de una estructura esencial.
E. Componentes de la Planta De Tratamiento
ESTACIÓN DE BOMBEO
Desde el punto de vista estructural la estación de bombeo es una estructura hidráulica
enterrada compuesta de ocho compartimientos: donde se alojan los ocho equipos de bombeo
tipo tornillo. Tiene la forma de una caja rectangular de dimensiones interiores en planta 28.50 x
23.02 m y una profundidad de 8.80 m.
La cota de cimentación esta a 0.62 m.s.n.m.
Los muros exteriores tienen un espesor de 0.40 m y los muros que separa las cámaras 0.30 m,
La losa inclinada de fondo esta sobre relleno, tiene un espesor de 0.40 m y sirve de piso de los equipos.
El espesor de la losa de fondo es de 0.60 m
Las cargas exteriores a las que esta sujeta la cámara son:
- el empuje del terreno circundante
- el agua intersticial,
- La sub-presión
- la reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
El método de excavación bajo agua será mediante el uso de bombas en forma permanente.
Para evitar la flotación, el bombeo deberá retirarse cuando estén construidos la losa de
cimentación, los muros y la losa inclinada, incluyendo el relleno.
Se deberá utilizar Cemento Pórtland tipo V en la preparación del concreto, así como un aditivo
hidrófugo tipo EUCO DM o similar, para proteger el acero de refuerzo de la corrosión.
CANAL DE TAMICES
El canal de Tamices esta inmediatamente después de la estación de bombeo, es una
estructura hidráulica enterrada compuesta de seis compartimientos o subcanales. Tiene la
forma de una caja rectangular con dos transiciones de forma trapezoidal en planta, una anterior
y otra posterior, las dimensiones interiores en planta son 21.20 x 19.98 m y la profundidad es
3.00 m. en promedio.
La cota de cimentación esta a 7.25 m.s.n.m. en promedio, por tanto deberá reemplazarse el
terreno con material de préstamo constituyendo un relleno de ingeniería de acuerdo a la norma
E-030 del RNE, hasta encontrar el terreno de cimentación constituido por el hormigón típico de
río, a una cota de 0.62 m.s.n.m. semejante a la de la estación de bombeo.
Los muros exteriores tienen un espesor de 0.40 m y los muros que separa las cámaras 0.30 m.
La losa de fondo esta sobre relleno, tiene un espesor de 0.40 m y sirve de piso de los canales.
Las cargas exteriores a las que esta sujeta la cámara son:
- el empuje del terreno circundante
- la reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
El método de excavación bajo agua será mediante el uso de bombas en forma permanente.
Se deberá utilizar Cemento Pórtland tipo V en la preparación del concreto, así como un aditivo
hidrófugo tipo EUCO DM o similar, para proteger el acero de refuerzo de la corrosión.
DESARENADORES
Los desarenadores son estructuras enterradas de 27.10m de largo y 9.00m de ancho, con una
altura interior de 6.15m. Los muros tienen un espesor de 0.30 m y la losa de fondo 0.50m. los
dos desarenadores están separados por una junta de contracción.
La cota de cimentación es de 4.15m.s.n.m. por tanto deberá cimentarse sobre un relleno de
reemplazo con material de préstamo, constituyendo un relleno de ingeniería de acuerdo a la
norma E-030 del RNE, hasta encontrar el terreno de cimentación constituido por el hormigón
típico de río, a una cota de 0.62 m.s.n.m. semejante a la de la estación de bombeo.
Las cargas exteriores a las que esta sujeta la cámara son:
- el empuje del terreno circundante
- La reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
El método de excavación para el relleno será bajo agua y será mediante el uso de bombas en
forma permanente.
Se deberá utilizar Cemento Pórtland tipo V en la preparación del concreto, así como un aditivo
hidrófugo tipo EUCO DM o similar, para proteger el acero de refuerzo de la corrosión
REACTORES UASB
Son de forma rectangular modular en planta constituidos por seis grupos de doce módulos
cada uno.
Cada módulo tiene forma cuadrada en planta con 30.50m aproximadamente por lado y una
altura interior de 6.95m,
Los muros exteriores tienen un espesor de 0.50m. El nivel de fondo de cimentación es -0.16
m.b.n.m. El espesor de la losa de fondo es de 0.60m
Los muros y losa de fondo serán vaciados en sitio, mientras que los demás elementos
interiores serán prefabricados, incluyendo las columnas, las vigas y las canaletas, así como la
losa de techo, la que estará constituida por módulos prefabricados apoyados en las canaletas
tipo omega, las que a su vez se apoyan en las vigas transversales de sección 30 x 50 cm., las
que se apoyan en las columnas de diámetro 0.40 m
Las cargas exteriores a las que están sujetos los módulos son:
- el empuje del terreno circundante
- el agua intersticial
- la reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
- la subpresión
El método de excavación bajo agua será mediante el uso de bombas en forma permanente.
Para evitar la flotación, el bombeo deberá retirarse cuando estén construidos la losa de
cimentación y los muros.
VOLUMEN Y GASTO OPCION #1 OPCION #2 OPCION #3
Diámetro del tanque d m 1,5 1,5 1,5
Area A m2 1,77 1,77 1,77
Tirante de lodos H m 1,04 1,04 1,04
Volumen efectivo V m3 1,8 1,8 1,8
TIEMPO DE OPERACIÓN 24 h oper 20 hr oper 12 hr oper
Gasto de lodos Q m3/d 1369 1642,8 2738
lps 15,8 19,0 31,7
m3/s 0,0158 0,0190 0,0317
GRADIENTE DE VELOCIDAD
gradiente de velocidad G seg-1
energía aplicada kW kW
energía aplicada P W
volumen V m3 1,8 1,8 1,8
viscosidad del agua m N x s / m2 1,022E-03 1,022E-03 1,022E-03
AGUA LODO
CARACTERISTICAS DE LODOS Temp m m
°C N x s / m2 N x s / m3
0 1,781E-03 1,817E-03
5 1,518E-03 1,548E-03
10 1,307E-03 1,333E-03
15 1,139E-03 1,162E-03
20 1,002E-03 1,022E-03
25 8,900E-04 9,078E-04
30 7,980E-04 8,140E-04
OPCION #1 OPCION #2 OPCION #3
potencia energía energía
HP Kw= HP x 0.7457 W = kW x 1000 seg-1 seg-1 seg-1
1 0,7457 745,7 454 454 454
2 1,4914 1491,4 643 643 643
3 2,2371 2237,1 787 787 787
4 2,9828 2982,8 909 909 909
5 3,7285 3728,5 1016 1016 1016
6 4,4742 4474,2 1113 1113 1113
7 5,2199 5219,9 1202 1202 1202
8 5,9656 5965,6 1285 1285 1285
9 6,7113 6711,3 1363 1363 1363
10 7,457 7457 1437 1437 1437
Q V t
m3/s m3 s
Gast de lodos constante las 24 hr 0,0158 1,8 116
Gast de lodos constante las 20 hr 0,0190 1,8 97
Gast de lodos constante las 12 hr 0,0317 1,8 58
OPCION #1 OPCION #2 OPCION #3
Gasto 0,0158 Gasto 0,0190 Gasto 0,0317
Potencia Grad Vel TRH, en s Grad Vel TRH, en s Grad Vel TRH, en s
Equipo G 116 G 97 G 58
HP seg-1 Valor de Gt seg-1 Valor de Gt seg-1 Valor de Gt
1 454 52700 454 43917 454 26350
2 643 74530 643 62108 643 37265
3 787 91280 787 76066 787 45640
4 909 105401 909 87834 909 52700
5 1016 117842 1016 98201 1016 58921
6 1113 129089 1113 107574 1113 64544
7 1202 139432 1202 116193 1202 69716
8 1285 149059 1285 124216 1285 74530
9 1363 158101 1363 131751 1363 79051
10 1437 166653 1437 138878 1437 83327
PROCESO
canales de distribución (MR a Floc) 100 150
floculación de alta energía 20 75 900 1500 40000 75000
floculación convencional 10 60 1000 1500 30000 60000
floculación de lodos (ayuda a espesamiento) 60 120 60 180 3600 21600
MEZCLA DE POLIMERO CON LODOS EN LINEA
Diámetro de la tubería y gasto de lodos variables.
Gasto de lodos Q 0,0158 0,0190 0,0317 0,0475 m3/seg
Diámetro tubería D 4 6 6 8 pulg
Diámetro tubería D 0,1016 0,1524 0,1524 0,2032 m
Area sec transv tubería A 0,008 0,018 0,018 0,032 m2
Velocidad v = Q / A 1,95 1,04 1,74 1,47 m/seg
Long tubería L 5 5 5 5 m
Aceleración de la gravedad g 9,81 9,91 9,81 9,81 m/seg2
Factor de fricc f = f ( e/D, NR) 0,07 0,07 0,07 0,07
Pérdida de carga hL= f x (( L x v2) / (D x 2g)) 0,6707 0,1259 0,3533 0,1886 m
Densidad del agua r (a 20°C) 998,2 998,2 998,2 998,2 Kg / m3
Potencia disipada P = r x g x Q x hL 104,06 23,68 109,62 87,80
Viscosidad del lodo m (a 20°C) 1,02E-03 1,02E-03 1,02E-03 1,02E-03 N-s/m
Volumen V = A x L 0,04 0,09 0,09 0,16 m3
Gradiente G = ( P / m x V ) 1/2 1585 504 1084 728 s-1
Tiempo retención t = V / Q 2,6 4,8 2,9 3,4 seg
Parámetro, Gt 4055 2418 3121 2483
Diámetro de la tubería constante, se varía el gasto de lodos.
Gasto Q 0,0158 0,0190 0,0317 0,0475 m3/seg
Diámetro tubería D 3 3 6 8 pulg
Diámetro tubería D 0,0762 0,0762 0,1524 0,2032 m
Area sec transv tubería A 0,005 0,005 0,018 0,032 m2
Velocidad v = Q / A 3,47 4,17 1,74 1,47 m/seg
Long tubería L 5 5 5 5 m
Aceleración de la gravedad g 9,81 9,91 9,81 9,81 m/seg2
Factor de fricc f = f ( e/D, NR) 0,07 0,07 0,07 0,07
Pérdida de carga hL= f x (( L x v2) / (D x 2g)) 2,83 4,0286 0,3533 0,1886 m
Densidad del agua r (a 20°C) 998,2 998,2 998,2 998,2 Kg / m3
Potencia disipada P = r x g x Q x hL 438,50 757,73 109,62 87,80
Viscosidad del agua m (a 20°C) 1,00E-03 1,00E-03 1,00E-03 1,00E-03 N-s/m
Volumen V = A x L 0,02 0,02 0,09 0,16 m3
Gradiente G = ( P / m x V ) 1/2 4381 5759 1095 735 s-1
Tiempo retención t = V / Q 1,4 1,2 2,9 3,4 seg
Parámetro, Gt 6304 6906 3152 2508
HORNOS
Descripcion Valor Unidades
Concentración de sólidos en la torta de lodos 90% % materia seca
Cantidad total de tortas producidas 61 ton tortas/dia
Cantidad de agua presente 6,1 ton H2O/dia
Cantidad a evaporar 188,1 ton H2O/dia
Número de secadores 5 und
DISP FINAL
Description Valor Unidades
Distancia al sitio de disposición final 30 km
Horas de operación diarias 8 hr
Tiempo de carga por vehículo 0,75 hr
Tiempo de recorrido por viaje 1 hr
Volumen de lodos 82,6 m3/d
Capacidad del camión 14,5 m3
Tiempo de recorrido al sitio de disposición 1 hr
Tiempo de carga del camión 0,75 hr
Horas de operación al día 8 hr
Número de camiones necesarios 1
En la siguiente figura se presenta el Balance de Masa que relaciona los gastos de las
diferentes corrientes de aguas que se tratan y de los subproductos que se generan, lodos,
como resultado de la purificación de las aguas.
AUTOMATIZACION Y CONTROL DE LA PTAR.
La planta de tratamiento presenta unidades que requieren limitados requerimiento de
atención en su operación pero ciertas necesidades de vigilancia. Por tal razón se
considera la automatización de ciertas operaciones que se identifican en la siguiente figura
y que se detallan a continuación.
La medición de la calidad de las aguas es necesaria en ciertos puntos de vigilancia como
en el influente y en el efluente, a fin de determinar la eficiencia de remoción de
contaminantes. En algunos sitios la medición de la calidad de las aguas permite su control
como es el caso de la medición de ciertos parámetros en la torre de distribución de aguas,
los efluentes de los reactores anaeróbicos, el influente y efluente al tanque de contacto de
cloro.
La medición d caudales se hace necesaria en el influente y en el efluente, para determinar
la eficiencia del sistema, en la torre de distribución para vigilar la correcta repartición de
aguas a los módulos, que siendo de diferente tamaño los módulos 5 y 6 de los restantes,
requieren menor cantidad de aguas. Es necesaria la medición de los gastos de los lodos
purgados de los reactores para asegurar su correcto funcionamiento. La medición de
caudales de las corrientes de lodos que se bombean a las unidades de deshidratación
permite la dosificación correcta del polímero.
La medición de los volúmenes de gases que se generan en los reactores permitirá evaluar
la correcta degradación de la materia orgánica y el desarrollo adecuado de los
microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica.
En algunos puntos será necesario determinar el peso de los materiales gruesos generados
en las rejillas gruesas y tamices, así como la cantidad de arenas producidas en los
desarenadores.
La información que se colecte se capturará en un sistema que a la vez permitirá el control
de las principales operaciones como la purga de lodos de los reactores que requerirá la
programación que permita obtener un caudal constante de alimentación a las centrífugas.
Es recomendable que el sistema de control de automatización de la PTAR Taboada esté
interconectado al sistema SCADA de Sedapal, el cual permita la transferencia de
información o datos en tiempo real de la operación de dicha PTAR.
BALANCE DE MASA PTAR TABOADA
AUTOMATIZACION PTAR TABOADA
5.3.2 Memoria Descriptiva de Estructuras
A. Objeto
El presente tiene por objeto describir las estructuras de la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales “Taboada” la cual comprende las siguientes estructuras principales:
Estación de bombeo y canal de tamices
Desarenadotes y separador de grasas
Reactores UASB
Cámara de Contacto
Cámara de Bombeo de Lodos
Edificio de desagüe de lodos
Sala de secado de lodos
Edificios Administrativos
Subestación Eléctrica
Esta Memoria Descriptiva debe leerse juntamente con los “Criterios de Diseño”
B. Materiales
Los materiales predominantes en la planta son los constituyentes del concreto reforzado, es
decir: cemento, agregados, aditivos, acero de refuerzo.
Debido a la cercanía del mar y la agresividad de las aguas residuales deberá emplearse
cemento Pórtland tipo V para todas las estructuras así como un aditivo hidrófugo tipo EUCO
DM o similar, con una resistencia mínima del concreto de f´c=280Kg/cm2 y una relación aguamateriales
cementicios de 0.45 como máximo.
El acero de refuerzo a utilizar será el de la especificación ASTM A615- Grado 60 ó ASTM A-
706.
En las estructuras hidráulicas debe preferirse el acero cuya especificación es ASTM A-706, por
garantizarse la soldabilidad, especialmente si se prevé que las estructuras sufrirán
modificaciones y/o reforzamiento a lo largo de su vida útil.
C. Suelos
Los suelos sobre los que se cimentaran las estructuras es el hormigón típico de río que se
encuentra en la cota 1.00 m.s.n.m. aproximadamente, consistente en gravas subredondeadas
con matriz arenosa, no plástica, color plomizo saturado, predominando las partículas de 25 a
50 mm y de 200 a 250 mm aisladas, el nivel freático se encuentra en la cota 2.50 m.s.n.m.
aproximadamente.
El ángulo de fricción interna de estos suelos es de 35º con un peso volumétrico de 1.25 gr/cm3
y una capacidad portante de 4 Kg/cm2.
Estos datos son preliminares y se han obtenido de los estudios de suelos del Interceptor Norte
y de la experiencia de la construcción de la Cámara de Rejas. En el Proyecto Definitivo se
deberán hacer mayores investigaciones a fin de precisar el tipo de suelo en que se cimentará
cada estructura.
En las estructuras cuyo fondo de cimentación quede en un nivel mas alto, por razones de
configuración del perfil hidráulico, deberá reemplazarse el suelo hasta el nivel donde se
encuentre el terreno descrito arriba, con un relleno de ingeniería , especificado en la norma E-
050 del RNE, con una capacidad portante de por lo menos 2 Kg/cm2
Se estima que la excavación se deberá hacer por partes y con bombeo permanente de la zona
involucrada.
Todas las cimentaciones de concreto reforzado tienen un solado debajo de 0.10m de espesor
a fin de reducir el recubrimiento inferior y tener una superficie nivelada para apoyar la malla de
refuerzo del fondo.
D. Cargas
Las cargas a las que estarán sometidas las estructuras son las de peso propio, solicitaciones
sísmicas, cargas vivas, cargas inducidas por los equipos permanentes y/o semipermanentes,
empujes laterales del suelo circundante o rellenos y del agua, supresión debida al nivel freático
si esta mas alto que el nivel de cimentación.
Los parámetros sísmicos a considerar son:
La planta se encuentra en la zona 3 del mapa de zonificación sísmica del Perú de la norma E-
030 del Reglamento Nacional de Edificaciones, correspondiéndole un factor de Z= 0.4.
El factor de suelo, de acuerdo a la descripción del suelo de cimentación indicado, es de S=1 y
el periodo predominante de Ts= 0.4.
El coeficiente de uso e importancia es U=1.50, por tratarse de una estructura esencial.
E. Componentes de la Planta De Tratamiento
ESTACIÓN DE BOMBEO
Desde el punto de vista estructural la estación de bombeo es una estructura hidráulica
enterrada compuesta de ocho compartimientos: donde se alojan los ocho equipos de bombeo
tipo tornillo. Tiene la forma de una caja rectangular de dimensiones interiores en planta 28.50 x
23.02 m y una profundidad de 8.80 m.
La cota de cimentación esta a 0.62 m.s.n.m.
Los muros exteriores tienen un espesor de 0.40 m y los muros que separa las cámaras 0.30 m,
La losa inclinada de fondo esta sobre relleno, tiene un espesor de 0.40 m y sirve de piso de los equipos.
El espesor de la losa de fondo es de 0.60 m
Las cargas exteriores a las que esta sujeta la cámara son:
- el empuje del terreno circundante
- el agua intersticial,
- La sub-presión
- la reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
El método de excavación bajo agua será mediante el uso de bombas en forma permanente.
Para evitar la flotación, el bombeo deberá retirarse cuando estén construidos la losa de
cimentación, los muros y la losa inclinada, incluyendo el relleno.
Se deberá utilizar Cemento Pórtland tipo V en la preparación del concreto, así como un aditivo
hidrófugo tipo EUCO DM o similar, para proteger el acero de refuerzo de la corrosión.
CANAL DE TAMICES
El canal de Tamices esta inmediatamente después de la estación de bombeo, es una
estructura hidráulica enterrada compuesta de seis compartimientos o subcanales. Tiene la
forma de una caja rectangular con dos transiciones de forma trapezoidal en planta, una anterior
y otra posterior, las dimensiones interiores en planta son 21.20 x 19.98 m y la profundidad es
3.00 m. en promedio.
La cota de cimentación esta a 7.25 m.s.n.m. en promedio, por tanto deberá reemplazarse el
terreno con material de préstamo constituyendo un relleno de ingeniería de acuerdo a la norma
E-030 del RNE, hasta encontrar el terreno de cimentación constituido por el hormigón típico de
río, a una cota de 0.62 m.s.n.m. semejante a la de la estación de bombeo.
Los muros exteriores tienen un espesor de 0.40 m y los muros que separa las cámaras 0.30 m.
La losa de fondo esta sobre relleno, tiene un espesor de 0.40 m y sirve de piso de los canales.
Las cargas exteriores a las que esta sujeta la cámara son:
- el empuje del terreno circundante
- la reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
El método de excavación bajo agua será mediante el uso de bombas en forma permanente.
Se deberá utilizar Cemento Pórtland tipo V en la preparación del concreto, así como un aditivo
hidrófugo tipo EUCO DM o similar, para proteger el acero de refuerzo de la corrosión.
DESARENADORES
Los desarenadores son estructuras enterradas de 27.10m de largo y 9.00m de ancho, con una
altura interior de 6.15m. Los muros tienen un espesor de 0.30 m y la losa de fondo 0.50m. los
dos desarenadores están separados por una junta de contracción.
La cota de cimentación es de 4.15m.s.n.m. por tanto deberá cimentarse sobre un relleno de
reemplazo con material de préstamo, constituyendo un relleno de ingeniería de acuerdo a la
norma E-030 del RNE, hasta encontrar el terreno de cimentación constituido por el hormigón
típico de río, a una cota de 0.62 m.s.n.m. semejante a la de la estación de bombeo.
Las cargas exteriores a las que esta sujeta la cámara son:
- el empuje del terreno circundante
- La reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
El método de excavación para el relleno será bajo agua y será mediante el uso de bombas en
forma permanente.
Se deberá utilizar Cemento Pórtland tipo V en la preparación del concreto, así como un aditivo
hidrófugo tipo EUCO DM o similar, para proteger el acero de refuerzo de la corrosión
REACTORES UASB
Son de forma rectangular modular en planta constituidos por seis grupos de doce módulos
cada uno.
Cada módulo tiene forma cuadrada en planta con 30.50m aproximadamente por lado y una
altura interior de 6.95m,
Los muros exteriores tienen un espesor de 0.50m. El nivel de fondo de cimentación es -0.16
m.b.n.m. El espesor de la losa de fondo es de 0.60m
Los muros y losa de fondo serán vaciados en sitio, mientras que los demás elementos
interiores serán prefabricados, incluyendo las columnas, las vigas y las canaletas, así como la
losa de techo, la que estará constituida por módulos prefabricados apoyados en las canaletas
tipo omega, las que a su vez se apoyan en las vigas transversales de sección 30 x 50 cm., las
que se apoyan en las columnas de diámetro 0.40 m
Las cargas exteriores a las que están sujetos los módulos son:
- el empuje del terreno circundante
- el agua intersticial
- la reacción del terreno en el fondo debida a las cargas transmitidas por los muros entre otras
- la subpresión
El método de excavación bajo agua será mediante el uso de bombas en forma permanente.
Para evitar la flotación, el bombeo deberá retirarse cuando estén construidos la losa de
cimentación y los muros.
5.0 - page 51 to 60
Usualmente se emplea el concepto de desinfección empleando los resultados de las
pruebas de demanda de cloro al punto de quiebre, similar al procedimiento de
desinfección de agua potable, para determinar la dosis de cloro, considerando una
concentración residual. Estudios recientes permiten modificar este concepto si se propicia
la mezcla rápida del desinfectante con la masa de agua fin de lograr la oxidación de la
biomasa celular antes de formar compuestos orgánicos sintéticos o cloraminas. El modelo
matemático que se emplea es el propuesto por Collins y modificado por Selleck, dado por
la siguiente ecuación:
N / No = (C x t / b) -n
Donde:
No, concentración de microorganismos (colis fecales), en NMP/100 mL.
Nt, concentración de microorganismos (colis fecales), en NMP/100 mL, en el tiempo t.
t, tiempo de reacción del cloro con la biomasa celular y otros compuestos, en seg.
C, concentración de desinfectante (cloro), en mg/L.
b = 5.422, pendiente de la curva de inactivación de microorganismos VS concentración de
cloro
n = -2.5737, intercepción con el eje de las X, cuando N/No = 1, log N/No = 0
En el diseño de la caja de mezcla rápida se consideran los conceptos de gradiente de
velocidad que evalúa la oportunidad de contacto entre la molécula de desinfectante, en su
forma más oxidante, y la biomasa a inactivar y el tiempo de contacto. Ambos factores se
combinan para dar el valor Gt que permite determinar la potencia de equipo y el tiempo de
reacción. En la memoria de cálculo se presenta el desarrollo correspondiente.
Para el dimensionamiento del sistema de desinfección es necesario determinar, a través
de un balance de masa, la concentración de microorganismos a eliminar de la masa de
agua, considerando que el gasto medio de los reactores se ha fijado en 14.00 m3/seg y
los gastos superiores a ese valor recibirán tratamiento preliminar. A continuación se
muestran los valores de los gastos y volúmenes de aguas que circulan por las unidades
de tratamiento.
BALANCE DE MASA ALREDEDOR DEL
TANQUE DE CLORACION
En la siguiente tabla se muestra el balance de masa para determinar la concentración de
Coliformes Fecales que ingresarán al tanque de cloración. Se observa un valor de
7.43x106 NMP/100 mL, para la mezcla de aguas efluentes de los rafas y del tratamiento
preliminar.
entra a rafa m3/d 998591
no entra a rafa m3/d 196177
gasto m3/seg 11.5577676 2.2705714
CF efluente del rafa 3.00E+06
CF efluente del tratamiento preliminar NMP/100mL 3.00E+07
carga 3.00E+12 5.89E+12
Caudal de la mezcla de aguas al tq de contacto 1194768
CF en la mezcla de aguas al tanque de contacto 7.43E+06
BALANCE DE MASA EN EL TANQUE DE CONTACTO DE CLORO
Una vez calculada la masa de microorganismos, se calcula la dosis de cloro que se debe
aplicar para alcanzar la concentración de coliformes fecales menor a 1000 NMP/100mL,
de acuerdo al tiempo de contacto en la cámara de mezcla y a los valores del modelo
cinético aplicado.
Concentración de Colis Fecales de AR No= 3,00E+07 3,00E+07 3,00E+07 NMP/100ml
K = 0,10 0,10 0,10
Concentración de Colis Fecales de un tratam anaeróbico Nclorac = K x No 3,00E+06 3,00E+06 3,00E+06
C = 3,5 4,134 5 mg/L
t = 30,00 30,00 30,00 seg
N = 1461 952 583 NMP/100ml
Concentración de Colis Fecales descarga al mar N < = 1,00E+03 1,00E+03 1,00E+03 NMP/100ml
En la siguiente tabla se muestran los requerimientos de cloro para la desinfección de las
aguas considerando tres condiciones de flujo y tratamiento, como se detalla a
continuación.
1ª condición: las aguas provienen del tratamiento anaeróbico, observándose que el caudal
es menor a 14 m3/seg.
2ª condición: entran al sistema de desinfección la mezcla de aguas provenientes del
tratamiento anaeróbico y del preliminar, pasando por los reactores 14.00 m3/seg
solamente. En las horas pico los caudales superiores a esta cantidad se desvían desde la
torre de distribución al tanque de contacto de cloro.
3ª condición: resume las demandas de cloro si se tuviera la capacidad de tratamiento de
todas las aguas haciéndolas pasar por los reactores anaeróbicos.
1a condición 2a condición 3a condición
Caudal de aguas Qf"= l/s 3974 9854 14000
Qf"= m3/min. 238,44 591,24 840,00
Dosis de cloro DCl2= mg/l 5 6,6 4,13
Cantidad requerida Q*DCl2= g/min 1192 3902 3473
kg/d 1717 5619 5000
PARAMETROS DE DISEÑO.- 1a condición 2a condición 3a condición 4a condición
Flujo Qf"= 4000 6750 14000 20270 l/s
Qf"= 240,00 405,00 840,00 1216,20 m3/min.
Tiempo de retención t= 110,5 65,5 31,6 21,8 min.
Relación de longitud de flujo a ancho de canal l/a= 72 72 72 72
Relación de Largo del tanque a ancho del canal L/a= 18 18 18 18
Relación del ancho del canal al tirante de agua a/h= 0,5 0,5 0,5 0,50
Dosis de cloro DCl2= 4,134 4,13 4,13 4,13 mg/l
Cantidad requerida Q*DCl2= 992 1674 3473 5028 g/min
1429 2411 5000 7240 kg/d
Volumen del tanque de contacto V=Qf"*t 26513 26513 26513 26513 m3
V=a*l*h=a*(72a)*(a/0.5)= 144*a^3
Ancho del canal a=(V/26.5)^1/3 10,0 10,0 10,0 10,0 m
Longitud del flujo l=48*a= 480 480 480 480 m
Largo del tanque L=12*a= 120 120 120 120 m
Número de secciones del tanque #S=l/L = 4,0 4,0 4,0 4,0
Número de secciones reales del tanque #S'=redondeo #S = 4 4 4 4
Ancho mamp div am = 0,40 0,20 0,20 0,20 m
Ancho del tanque aT=(#S' x a)+(#S' - 1) x am = 41,21 40,61 40,61 40,61 m
Tirante de agua h=a/1.815 = 5,51 5,51 5,51 5,51 m
Dosificación de cloro mCl2=Qf"*DCl2 = 1429 2411 5000 7240 Kg/d
RESUMEN
Tirante de agua h= 5,51 5,51 5,51 5,51 m
Bordo libre hb= 0,40 0,40 0,40 0,40 m
Altura total h+hb= 5,91 5,91 5,91 5,91 m
Ancho del canal a= 10,0 10,0 10,0 10,0 m
Largo del tanque L= 120 120 120 120 m
Ancho de mamparas divisorias am= 0,40 0,20 0,20 0,20 m
Ancho del tanque aT= 41,21 40,61 40,61 40,61 m
Núm de unidades Un= 1,00 1,00 1,00 1,00
Núm de secciones Nsec= 4,00 4,00 4,00 4,00
MEZCLA RAPIDA.- 1a condición 2a condición 3a condición 4a condición
Flujo: Q= 240000 405000 840000 1216200 lpm.
Q= 14400 24300 50400 72972 m3/hr.
Temperatura del agua (promedio): T= 20 20 20 20 ºC
Densidad del agua: d= 1,0 1,0 1,0 1,0 g/cm3
d= 1000 1000 1000 1000 Kg/m3
Viscosidad absoluta del agua a T: μ= 1,16 1,16 1,16 1,16 cp.
μ= 0,0116 0,0116 0,0116 0,0116 g/cm-s
μ= 0,00011832 0,00011832 0,000118 0,00011832 Kgf-s/m²
Relaciones geométricas recomendables
D; Diámetro del impulsor. D/L= 0,33
L; Ancho, largo o diámetro del tanque. H/L= 1,5
H; Tirante de agua. J/L= 0,075
J; Ancho de deflectores supresores vortice. E/L= 0,333
E; Nivel del impulsor respecto al piso del tanque W/D= 0,2
W; Ancho de los alabes del impulsor. l/D= 0,25
l; Alto de los alabes del impulsor.
DIMENSIONAMIENTO DE TANQUE DE MEZCLA RAPIDA E IMPULSOR.- 1a condición 2a condición 3a condición 4a condición
Largo: L=(V/H/L)^0.33 10,00 10,00 10,00 10,00 m.
Ancho= 10,00 10,00 10,00 10,00
Tirante de agua: H=L*(L/H) 5,51 5,51 5,51 5,51 m.
Volumen del tanque: V=H*L2 551 551 551 551 m3.
Características del impulsor Tipo: Turbina
Número de impulsión: K= 5 5 5 5
Diámetro del impulsor: D=L*(D/L) = 3,300 3,300 3,300 3,300 m.
Ancho deflectores: J=L*(J/L) = 0,750 0,750 0,750 0,750 m.
Nivel del impulsor: E=L*(E/L) = 3,333 3,333 3,333 3,333 m.
Ancho de los alabes: W=D*(W/D) = 0,660 0,660 0,660 0,660 m.
Alto de los alabes: l=D*(l/D) = 0,825 0,825 0,825 0,825 m.
Tiempo de retención: t= 2,30 1,36 0,66 0,45 min.
t= 137,8 81,6 39,4 27,2 seg
Parámetro Gt entre 10000 y 100000. Gt= 9000 9000 9000 9000
Eficiencia mecánica: ef.= 0,6 0,6 0,6 0,6
REQUERIMIENTOS DE POTENCIA DE IMPULSION.-
Gradiente hidráulico: G = Gt / t = 65 110 229 331 s-1
Potencia: P=G²*μ*V = 278 792 3409 7146 Kgf-m/s.
P = (G²*μ*V)/(ef*76) = 6 17 75 157 HP
P = 746 x P = 4552 12964 55767 116904 watts.
VELOCIDAD DE ROTACION.- n=[P*gc/K*d*D^5]^0.33 = 0,11 0,16 0,26 0,33 rps.
n=[P*9.81/K*d*D^5]^0.33 = 6,9 9,7 15,7 20,0 rpm.
NUMERO DE REYNOLDS.- Re=d*n*D²/μ = 1.072.228 1.514.495 2.451.161 3.129.326
Re>10000 (Régimen turbulento) BIEN. BIEN. BIEN. BIEN.
TORQUE.-
T'=(P)/(2*3.1416*n) T'= 6343,72 12789,41 33993,44 55817,14 Nt-m
T'' = T' / g 646,66 1303,71 3465,18 5689,82 Kgf-m.
T''' = T'' x 3.28 / 0.454 4671,89 9418,89 25034,80 41107,07 lbf-ft.
T'''' =T''' x 12 56062,72 113026,64 300417,58 493284,88 lbf-pg.
Carga sobre el vertedor rectangular de la caja de mezcla rápida y del muro de salida
hv=(Q/(1838*Lv))0.6667
Mampara 1
Q; Caudal, l/s Q (m3/s)= 6,750 14,000 20,270
Lv; Longitud del vertedor, m Lv= 10,00 10,00 10,00
hv en m hv= 0,513 0,834 1,067
Altura a la base del vertedor, m hbv= 4,29 4,29 4,29
Alto de la placa vertedora, m hpv= 0,15 0,15 0,15
h, Tirante de agua h= 4,95 5,27 5,51
Velocidad y pérdida de carga Sección
Fórmula de Manning Q (m3/s)= 6,750 14,000 20,270
v=(R2/3S1/2)/n h (m)= 4,95 5,27 5,51
R=A/P (Radio Hidráulico) a(m)= 10,00 10,00 10,00
A, Area A (m2)= 49,528 52,740 55,074
P, Perímetro mojado P(m)= 19,91 20,55 21,01
P= (a+2h) R(m)= 2,488 2,567 2,621
S; Pendiente, en milésimas de metro R2/3= 1,836 1,875 1,901
n; Factor de rugosidad S= 1,60E-04 1,60E-07 1,60E-07
hf= LS (Pérdida de carga por sección) S1/2= 0,0126 0,0004 0,0004
n= 0,013 0,013 0,013
v (m/s)= 1,787 0,058 0,058
L(m)= 480,00 480,00 480,00
hf(m)= 0,077 7,68E-05 7,68E-05
V, Volumen V (m3)= 23773 25315 26436
t; Tiempo de retención t(min)= 58,7 30,1 21,7
Dimensiones de la sección de paso Mamparas
Q (m3/s)= 6,750 14,000 20,270
v (m/s)= 0,200 0,300 0,400
A=Q/v (m2)= 33,750 46,667 50,675
a(m)= 10,00 10,00 10,00
b(m)= 3,38 4,67 5,07
haciendo b= 2,00 2,00 2,00
v (m/s)= 0,338 0,700 1,014
La inquietud de los profesionales responsables del proyecto, por la posible formación de
compuestos organoclorados, han solicitado la revisión de sistemas alternos de
desinfección. Entre los procesos de importancia se tiene el uso de radiaciones con luz
ultravioleta y de materiales con alto poder de oxidación como el ozono.
Las propiedades germicidas de las radiaciones emitidas fuentes de luz ultravioleta han
sido usadas en una amplia variedad de aplicaciones desde sus primeros usos en 1900. a
dosis convenientes de radiación la luz UV tiene un efectivo poder bactericida y virucida
para aguas residuales y no contribuye a la formación de subproductos tóxicos. Los
factores y temas relacionados son: fuentes de radiación, componentes y configuraciones
de sistemas UV, modelación de los procesos de desinfección con UV, estimación de la
dosis de UV, validación del comportamiento de los sistemas de UV, diseño de los
sistemas de UV, problemática de los sistemas de UV e impacto en el medio ambiente de
los sistemas de desinfección con UV.
De los temas mencionados el de mayor importancia es el que se refiere a la efectividad
bactericida de la radiación de UV, pues es más un agente desinfectante físico que
químico. La radiación penetra la pared celular de los microorganismos y es absorbida por
los ácidos nucleicos lo que provoca deficiencia en reproducción o la muerte. La efectividad
del proceso depende de un gran número de variables como las características de los
sistemas de UV, la hidráulica del sistema, la presencia de partículas, las características de
los microorganismos, y las características químicas de las aguas residuales. La efectividad
de la desinfección con UV esta basada en la dosis de UV a la que están expuestos los
microorganismos. La dosis de de UV se define mediante la siguiente expresión:
D = I x t
Donde: D, dosis de UV, en mJ/cm2 (equivalente a mJ/cm2 = mW x seg / cm2)
I, intensidad de UV, en mW/cm2
t, tiempo de exposición, en seg
Para la presente aplicación se han considerado adecuados los valores de diseño y costo
de la empresa Aguas Latinas SAC (CEDECO Inc) que se muestran a continuación.
8.2 EQUIPO DE DESINFECCION CON LUZ ULTRAVIOLETA
8.2.2 Performance Requirements
TAK55
Application wastewater
Design peak flow rate 20.3 m³/s
Max hydraulic flow rate 21.0 m³/s
UV transmittance at 253.7 nm min. 20 % (1 cm)
UV dose (end of lamp life) min. 480 J/m²
Suspended solids 100 mg/l @ maximum
Particle size < 30 μm
Water temperature 5 - 30 °C
Fecal coliforms (at UV inlet) max. 1,000,000 CFU / 100 ml
Fecal coliforms (after UV disinfection) < 10,000 CFU / 100 ml
@ 30 days geometric mean
8.2.3 UV Dis infection Sys tem Description
Type of Sys tem TAK55
Design peak flow rate 20.3 m³/s
UV transmittance (min.) 20 % (1 cm)
Min. UV dose (= design dose) 480 J /m²
No. of channels 12
Channel dimensions : 3,185 mm
Width at UV lamps 3,185 mm
Width at level control < 12,000 mm
Length (baffle plate – weir) 1,290 mm
Depth 885 mm
Water level
No. of banks per channel 3
UV lamps per bank 288
UV lamps per channel 864
Total number of UV lamps 10368
Type of UV lamp
High intens ity, low pressure, variable output
S pektrotherm® HP
Max. power consumption 3,732 kW @ 100% power level
(UV lamps and ballasts only)
Lamp lifetime 12,000 hrs (aprox 16.7 meses)
(warranty on a prorated bas is )
Cleaning sys tem Automatic wiping system
Level control Downward opening penstock
8.2.4 Dose Pacing and Variable Power
WEDECO's UV Dis infection Management Sys tem takes all important parameters
into account and controls the UV dis infection s ys tem based upon the Applied UV Dose:
A minimum of one (1) fully certified UV sens or will be ins talled in each bank.
The factory calibrated UV sens or(s ) give a specified output in mW/cm² and will accurately
reflect any change in the UV transmittance rate as well as indicating any reduction in the UV-C
output due to lamp aging. The output of the sens ors will be in analogue form (4 - 20 mA)
and is the input to the PLC controlling the UV plant. The signals derived from the UV sensors and the
flow meter (by others) are used to calculate the Applied UV Dose which, at any given time, is applied to the
waste water passing through the UV system.
The latest development regarding the Spektrotherm® lamp technology are lamps with variable output.
These lamps not only have an enhanced UV-C output but also allow the continuous variation of the lamp
output from 50 - 100%.
With these new lamps the above described control philosophies can therefore be improved.
Even one bank systems can now be modified to employ the above described 'Dose Pacing'. While including
all the benefits of 'Dose Pacing' these lamps allow an even more optimized adjustment of the UV output
according to the water characteristics.
Depending on the customers requirements the PLC-program will manage the lamp life by
switching on and off preferably either a few banks often or all banks in nearly equivalent time intervals.
These alternatives allow to concentrate the aging on few lamps or to distribute lamps aging in the same
form over all lamps installed.
8.2.5 Terms & Conditions
8.2.6 Documentation
Three (3) manuals in Englis h language are included in the price of each TAK UV s ys tem and
additional documentation is available. All WEDECO UV units are fully tested in our factory
prior to delivery.
8.2.7 Inves tment Figures
All Figures in US$
Type of s ys tem TAK55
UV equipment including:
- UV lamps and electrical equipment
- Automatic wiping sys tem
- Downward opening pens tock
- Dose Pacing and Variable Power
- Remote Service Support
- Packaging
- Manufacturer's field services
Total amount 16,590,000.00.-
A este costo es necesario agregar los requerimientos de inversión de la obra civil
Costos por consumo de energía eléctrica
$ us/kwh $US/hr $US/año
0.049 182.868 $1,601,924
Costos por mantenimiento por sustitución de lámparas cada 12000 horas ó 16.67 meses
$/lámp total de 10368 lámparas Costo anual (considerado como mantenimiento)
$368 $3,815,424 $2,746,556
El ozono se empleó por primera vez en Francia para desinfectar suministros de agua potable.
Aunque tradicionalmente se ha empleado en la desinfección de aguas para suministro a la
población, con fines de bebida, los recientes avances en la tecnología para la generación de
ozono y sus sistemas de aplicación, la hecho competitiva para los procesos de desinfección de
aguas residuales tratadas. El ozono se puede emplear en el tratamiento de aguas residuales para
el control de olor y en el tratamiento avanzado de aguas residuales para la remoción de
compuestos orgánicos refractarios en competencia con los procesos de carbón activado. Los
factores de interés en el análisis y evaluación de la tecnología se relacionan con los siguientes
temas: química del ozono, generación de ozono, comportamiento del ozono como desinfectante y
la aplicación de los procesos de ozonación.
Las relaciones matemáticas que permiten determinar las dosis de ozono para desinfectar son
similares a las empleadas para cloro. Se generan productos de reacción secundaria con el ozono
y materiales orgánicos presentes en las aguas residuales, similares a las del cloro pero de
diferente composición química. Es necesario realizar pruebas piloto para determinar las dosis de
ozono y los tiempos de contacto. En el siguiente cuadro se presenta el cálculo de los costos del
sistema de generación de una planta de ozono, las unidades de contacto y los costos de energía
eléctrica. La propuesta por la empresa es sólo con fines comparativos con los procesos de
desinfección con cloro y luz UV.
POR CÁLCULO EE
CALCULO DE LOS COSTOS DE CONSTRUCCION PARA UNA MODIFICADO KWh REAL OPCION (1)
UNIDAD DE DESINFECCION CON OZONO No 1
DOSIFICACION DE OZONO DE 30 mg/L
Y UN TIEMPO DE CONTACTO DE 25 MIN. Giro
costos en $US americanos GASTO, en LPS 14000 14000 14000
m3/min 840.00
MGD 322.000
PARA LAS CONDICIONES CONC O3, en mg/L 12 12 19.84
TGO, Kg/hr 600 600 1000
TGO, Kg/día 14400 14400 24000
TIEMPO CONT, en min 25
VOL CCO, m3 21000
y =6 x (6820.5 x (TGO) 0.6471) SISTEMA DE PRODUCCION $ $20,083,705 $20,000,000.00
y = 6 x (1239.5 x (TGO) 0.6123) CAMARA DE CONTACTO $ $3,295,283
COSTO TOTAL DE CONSTRUCCION $ $23,378,987
y = 3 x ((156.99 x (TGO) 0.303) x 0.45) HH MTO HH/año 3856
y = 3 x ((156.99 x (TGO) 0.303) x 0.55) HH OPER HH/año 4713
y = 2.5 x (86.483 x (TGO) 0.8995) COSTO CONSUMO DE EE $/año $1,625,428
$1,436,640 4000
$1,795,800 5000
y = 210.05 x (TGO) 0.543 MATS DE MTO $/año $114,139
* A $US 0.049 KWh
(1) por presentar propuesta
MANEJO DE LODOS.
10.- CÁMARA DE LODOS PURGADOS DE LOS RAFAs.
10.1.- DATOS DEL DISEÑO.-
10.1.1.- Volumen y caudal Cámara 1 Cámara 2
Volumen de lodos purgados Vp= 913 456 m3
Número de purgas por día Np= 6 6
Volumen por purga Vpi= 152,14 76,07 m3
Tiempo de purga tp= 15 15 min
Caudal de purga Qpi= 0,1690 0,0845 m3/s
Caudal de purga constante Qpi= 0,0106 0,0053 m3/s
10.1.2.- Dimensiones
Volumen de Agua en el cárcamo 1.5*Vi= 228,21 114,10 m3
Tirante de lodos hmáx= 3,84 3,84 m
Diámetro D= 10,00 7,20 m2
Area A = 78,54 40,72 m
Bordo Libre l= 0,40 0,40 m
Altura Total H= 4,24 4,24 m
Volumen del Tanque VT= 333 173 m3
10.1.3.- Niveles y Tirantes (m)
Estructura Desplante Fondo Corona Terreno
Mínimo Máximo
Cámara de Bombeo 1
Nivel -0,36 1,94 3,80 4,35 4,30
Tirante de Agua 2,30 4,16
Cámara de Bombeo 2
Nivel -0,36 1,94 3,80 4,35 4,30
Tirante de Agua 2,30 4,16
10.2.- BOMBEO
CONCEPTO Unidad Q 1 Q 2
Diámetro, D m 0,1016 0,0762 4 pulg para Q 1
Gasto, Q m3/s 0,0106 0,0053 3 pulg para Q 2
Coeficiente de Rugosidad, K4 0,00135 0,00135
Longitud, L m 200 200
Material acero
Area transversal de flujo, A m2 0,0081 0,0046
Velocidad de flujo, v m/s 1,30 1,16 Recomendable 1.22 a 3.05 m/s
Pérdida de carga por fricción, hf= K4 L v1.852 / D1.167 m 6,3577 7,1510
Carga de velocidad, hv= v2/2g m 0,0866 0,0684
PIEZA Número K
No hl,Q 1 hl,Q 2
Codo de 90 2 0,32 0,0554 0,0438
Codo de 45 2 0,18 0,0312 0,0246
Válvula de compuerta bridada 1 0,25 0,0216 0,0171
Junta 1 0,1 0,0087 0,0068
Entrada 1 0,5 0,0433 0,0342
Salida 1 1 0,0866 0,0684
mezclador 1 40 3,4623 2,7356
Total 3,7089 2,9305
CONCEPTO Unidad H,Qmed H,Qmax
Pérdida de carga total, Ha = hf + hl m 10,07 10,08
Elevación cárcamo de bombeo, Z1 m 3,80 3,80
Elevación centrífugas, Z2 m 5,00 5,00
Diferencia de alturas, Z2-Z1 m 1,20 1,20
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) m 11,27 11,28
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal, Q m3/s 0,011 0,005
Densidad, d kg/m3 1200 1200
Eficiencia, h %/100 0,35 0,35
Potencia, P HP 5,4 2,7 2 bombas de 10 HP para Q 1
2 bombas de 5 HP para Q 2
CENTRIFUGAS
Descripcion Valor Unidades
Concentración de sólidos en la torta de lodos 22% % materia seca
Tiempo de operación al día 20 hr/d
Días de la semana de operación 7 d/wk
Número de unidades 4
Cantidad Total de Sólidos producidos al día 54,77 Tn/d
Contenido de MS en lodos del UASB 4%
Purga de lodos 1369 m3/d
Cantidad total de tortas producidas 249 ton tortas/dia
Cantidad de agua presente en tortas 194,2 ton H2O/dia
Sistema de dosificación de polímeros
Dosis de polímero 643,80 kg/d
Requerimientos de energía 4,06 kW/m3/d
Potencia Total requerida 540 kW
Potencia requerida por unidad 135 kW
Centrifuga (vida útil) 15 years
Estructuras (vida útil) 40 years
Area de edificios 110 m2
Personal de operación 40600 pers-hours/yr
Personal de mantenimiento 6600 pers-hours/yr
Energía eléctrica 2680000 kW/yr
Personal de oper y mant 23200 pers-hours/yr
Personal de manejo de sustancias y peparación de polímeros 2510 pers-hours/yr
Personal de oper y mant 25700 pers-hours/yr
pruebas de demanda de cloro al punto de quiebre, similar al procedimiento de
desinfección de agua potable, para determinar la dosis de cloro, considerando una
concentración residual. Estudios recientes permiten modificar este concepto si se propicia
la mezcla rápida del desinfectante con la masa de agua fin de lograr la oxidación de la
biomasa celular antes de formar compuestos orgánicos sintéticos o cloraminas. El modelo
matemático que se emplea es el propuesto por Collins y modificado por Selleck, dado por
la siguiente ecuación:
N / No = (C x t / b) -n
Donde:
No, concentración de microorganismos (colis fecales), en NMP/100 mL.
Nt, concentración de microorganismos (colis fecales), en NMP/100 mL, en el tiempo t.
t, tiempo de reacción del cloro con la biomasa celular y otros compuestos, en seg.
C, concentración de desinfectante (cloro), en mg/L.
b = 5.422, pendiente de la curva de inactivación de microorganismos VS concentración de
cloro
n = -2.5737, intercepción con el eje de las X, cuando N/No = 1, log N/No = 0
En el diseño de la caja de mezcla rápida se consideran los conceptos de gradiente de
velocidad que evalúa la oportunidad de contacto entre la molécula de desinfectante, en su
forma más oxidante, y la biomasa a inactivar y el tiempo de contacto. Ambos factores se
combinan para dar el valor Gt que permite determinar la potencia de equipo y el tiempo de
reacción. En la memoria de cálculo se presenta el desarrollo correspondiente.
Para el dimensionamiento del sistema de desinfección es necesario determinar, a través
de un balance de masa, la concentración de microorganismos a eliminar de la masa de
agua, considerando que el gasto medio de los reactores se ha fijado en 14.00 m3/seg y
los gastos superiores a ese valor recibirán tratamiento preliminar. A continuación se
muestran los valores de los gastos y volúmenes de aguas que circulan por las unidades
de tratamiento.
BALANCE DE MASA ALREDEDOR DEL
TANQUE DE CLORACION
En la siguiente tabla se muestra el balance de masa para determinar la concentración de
Coliformes Fecales que ingresarán al tanque de cloración. Se observa un valor de
7.43x106 NMP/100 mL, para la mezcla de aguas efluentes de los rafas y del tratamiento
preliminar.
entra a rafa m3/d 998591
no entra a rafa m3/d 196177
gasto m3/seg 11.5577676 2.2705714
CF efluente del rafa 3.00E+06
CF efluente del tratamiento preliminar NMP/100mL 3.00E+07
carga 3.00E+12 5.89E+12
Caudal de la mezcla de aguas al tq de contacto 1194768
CF en la mezcla de aguas al tanque de contacto 7.43E+06
BALANCE DE MASA EN EL TANQUE DE CONTACTO DE CLORO
Una vez calculada la masa de microorganismos, se calcula la dosis de cloro que se debe
aplicar para alcanzar la concentración de coliformes fecales menor a 1000 NMP/100mL,
de acuerdo al tiempo de contacto en la cámara de mezcla y a los valores del modelo
cinético aplicado.
Concentración de Colis Fecales de AR No= 3,00E+07 3,00E+07 3,00E+07 NMP/100ml
K = 0,10 0,10 0,10
Concentración de Colis Fecales de un tratam anaeróbico Nclorac = K x No 3,00E+06 3,00E+06 3,00E+06
C = 3,5 4,134 5 mg/L
t = 30,00 30,00 30,00 seg
N = 1461 952 583 NMP/100ml
Concentración de Colis Fecales descarga al mar N < = 1,00E+03 1,00E+03 1,00E+03 NMP/100ml
En la siguiente tabla se muestran los requerimientos de cloro para la desinfección de las
aguas considerando tres condiciones de flujo y tratamiento, como se detalla a
continuación.
1ª condición: las aguas provienen del tratamiento anaeróbico, observándose que el caudal
es menor a 14 m3/seg.
2ª condición: entran al sistema de desinfección la mezcla de aguas provenientes del
tratamiento anaeróbico y del preliminar, pasando por los reactores 14.00 m3/seg
solamente. En las horas pico los caudales superiores a esta cantidad se desvían desde la
torre de distribución al tanque de contacto de cloro.
3ª condición: resume las demandas de cloro si se tuviera la capacidad de tratamiento de
todas las aguas haciéndolas pasar por los reactores anaeróbicos.
1a condición 2a condición 3a condición
Caudal de aguas Qf"= l/s 3974 9854 14000
Qf"= m3/min. 238,44 591,24 840,00
Dosis de cloro DCl2= mg/l 5 6,6 4,13
Cantidad requerida Q*DCl2= g/min 1192 3902 3473
kg/d 1717 5619 5000
PARAMETROS DE DISEÑO.- 1a condición 2a condición 3a condición 4a condición
Flujo Qf"= 4000 6750 14000 20270 l/s
Qf"= 240,00 405,00 840,00 1216,20 m3/min.
Tiempo de retención t= 110,5 65,5 31,6 21,8 min.
Relación de longitud de flujo a ancho de canal l/a= 72 72 72 72
Relación de Largo del tanque a ancho del canal L/a= 18 18 18 18
Relación del ancho del canal al tirante de agua a/h= 0,5 0,5 0,5 0,50
Dosis de cloro DCl2= 4,134 4,13 4,13 4,13 mg/l
Cantidad requerida Q*DCl2= 992 1674 3473 5028 g/min
1429 2411 5000 7240 kg/d
Volumen del tanque de contacto V=Qf"*t 26513 26513 26513 26513 m3
V=a*l*h=a*(72a)*(a/0.5)= 144*a^3
Ancho del canal a=(V/26.5)^1/3 10,0 10,0 10,0 10,0 m
Longitud del flujo l=48*a= 480 480 480 480 m
Largo del tanque L=12*a= 120 120 120 120 m
Número de secciones del tanque #S=l/L = 4,0 4,0 4,0 4,0
Número de secciones reales del tanque #S'=redondeo #S = 4 4 4 4
Ancho mamp div am = 0,40 0,20 0,20 0,20 m
Ancho del tanque aT=(#S' x a)+(#S' - 1) x am = 41,21 40,61 40,61 40,61 m
Tirante de agua h=a/1.815 = 5,51 5,51 5,51 5,51 m
Dosificación de cloro mCl2=Qf"*DCl2 = 1429 2411 5000 7240 Kg/d
RESUMEN
Tirante de agua h= 5,51 5,51 5,51 5,51 m
Bordo libre hb= 0,40 0,40 0,40 0,40 m
Altura total h+hb= 5,91 5,91 5,91 5,91 m
Ancho del canal a= 10,0 10,0 10,0 10,0 m
Largo del tanque L= 120 120 120 120 m
Ancho de mamparas divisorias am= 0,40 0,20 0,20 0,20 m
Ancho del tanque aT= 41,21 40,61 40,61 40,61 m
Núm de unidades Un= 1,00 1,00 1,00 1,00
Núm de secciones Nsec= 4,00 4,00 4,00 4,00
MEZCLA RAPIDA.- 1a condición 2a condición 3a condición 4a condición
Flujo: Q= 240000 405000 840000 1216200 lpm.
Q= 14400 24300 50400 72972 m3/hr.
Temperatura del agua (promedio): T= 20 20 20 20 ºC
Densidad del agua: d= 1,0 1,0 1,0 1,0 g/cm3
d= 1000 1000 1000 1000 Kg/m3
Viscosidad absoluta del agua a T: μ= 1,16 1,16 1,16 1,16 cp.
μ= 0,0116 0,0116 0,0116 0,0116 g/cm-s
μ= 0,00011832 0,00011832 0,000118 0,00011832 Kgf-s/m²
Relaciones geométricas recomendables
D; Diámetro del impulsor. D/L= 0,33
L; Ancho, largo o diámetro del tanque. H/L= 1,5
H; Tirante de agua. J/L= 0,075
J; Ancho de deflectores supresores vortice. E/L= 0,333
E; Nivel del impulsor respecto al piso del tanque W/D= 0,2
W; Ancho de los alabes del impulsor. l/D= 0,25
l; Alto de los alabes del impulsor.
DIMENSIONAMIENTO DE TANQUE DE MEZCLA RAPIDA E IMPULSOR.- 1a condición 2a condición 3a condición 4a condición
Largo: L=(V/H/L)^0.33 10,00 10,00 10,00 10,00 m.
Ancho= 10,00 10,00 10,00 10,00
Tirante de agua: H=L*(L/H) 5,51 5,51 5,51 5,51 m.
Volumen del tanque: V=H*L2 551 551 551 551 m3.
Características del impulsor Tipo: Turbina
Número de impulsión: K= 5 5 5 5
Diámetro del impulsor: D=L*(D/L) = 3,300 3,300 3,300 3,300 m.
Ancho deflectores: J=L*(J/L) = 0,750 0,750 0,750 0,750 m.
Nivel del impulsor: E=L*(E/L) = 3,333 3,333 3,333 3,333 m.
Ancho de los alabes: W=D*(W/D) = 0,660 0,660 0,660 0,660 m.
Alto de los alabes: l=D*(l/D) = 0,825 0,825 0,825 0,825 m.
Tiempo de retención: t= 2,30 1,36 0,66 0,45 min.
t= 137,8 81,6 39,4 27,2 seg
Parámetro Gt entre 10000 y 100000. Gt= 9000 9000 9000 9000
Eficiencia mecánica: ef.= 0,6 0,6 0,6 0,6
REQUERIMIENTOS DE POTENCIA DE IMPULSION.-
Gradiente hidráulico: G = Gt / t = 65 110 229 331 s-1
Potencia: P=G²*μ*V = 278 792 3409 7146 Kgf-m/s.
P = (G²*μ*V)/(ef*76) = 6 17 75 157 HP
P = 746 x P = 4552 12964 55767 116904 watts.
VELOCIDAD DE ROTACION.- n=[P*gc/K*d*D^5]^0.33 = 0,11 0,16 0,26 0,33 rps.
n=[P*9.81/K*d*D^5]^0.33 = 6,9 9,7 15,7 20,0 rpm.
NUMERO DE REYNOLDS.- Re=d*n*D²/μ = 1.072.228 1.514.495 2.451.161 3.129.326
Re>10000 (Régimen turbulento) BIEN. BIEN. BIEN. BIEN.
TORQUE.-
T'=(P)/(2*3.1416*n) T'= 6343,72 12789,41 33993,44 55817,14 Nt-m
T'' = T' / g 646,66 1303,71 3465,18 5689,82 Kgf-m.
T''' = T'' x 3.28 / 0.454 4671,89 9418,89 25034,80 41107,07 lbf-ft.
T'''' =T''' x 12 56062,72 113026,64 300417,58 493284,88 lbf-pg.
Carga sobre el vertedor rectangular de la caja de mezcla rápida y del muro de salida
hv=(Q/(1838*Lv))0.6667
Mampara 1
Q; Caudal, l/s Q (m3/s)= 6,750 14,000 20,270
Lv; Longitud del vertedor, m Lv= 10,00 10,00 10,00
hv en m hv= 0,513 0,834 1,067
Altura a la base del vertedor, m hbv= 4,29 4,29 4,29
Alto de la placa vertedora, m hpv= 0,15 0,15 0,15
h, Tirante de agua h= 4,95 5,27 5,51
Velocidad y pérdida de carga Sección
Fórmula de Manning Q (m3/s)= 6,750 14,000 20,270
v=(R2/3S1/2)/n h (m)= 4,95 5,27 5,51
R=A/P (Radio Hidráulico) a(m)= 10,00 10,00 10,00
A, Area A (m2)= 49,528 52,740 55,074
P, Perímetro mojado P(m)= 19,91 20,55 21,01
P= (a+2h) R(m)= 2,488 2,567 2,621
S; Pendiente, en milésimas de metro R2/3= 1,836 1,875 1,901
n; Factor de rugosidad S= 1,60E-04 1,60E-07 1,60E-07
hf= LS (Pérdida de carga por sección) S1/2= 0,0126 0,0004 0,0004
n= 0,013 0,013 0,013
v (m/s)= 1,787 0,058 0,058
L(m)= 480,00 480,00 480,00
hf(m)= 0,077 7,68E-05 7,68E-05
V, Volumen V (m3)= 23773 25315 26436
t; Tiempo de retención t(min)= 58,7 30,1 21,7
Dimensiones de la sección de paso Mamparas
Q (m3/s)= 6,750 14,000 20,270
v (m/s)= 0,200 0,300 0,400
A=Q/v (m2)= 33,750 46,667 50,675
a(m)= 10,00 10,00 10,00
b(m)= 3,38 4,67 5,07
haciendo b= 2,00 2,00 2,00
v (m/s)= 0,338 0,700 1,014
La inquietud de los profesionales responsables del proyecto, por la posible formación de
compuestos organoclorados, han solicitado la revisión de sistemas alternos de
desinfección. Entre los procesos de importancia se tiene el uso de radiaciones con luz
ultravioleta y de materiales con alto poder de oxidación como el ozono.
Las propiedades germicidas de las radiaciones emitidas fuentes de luz ultravioleta han
sido usadas en una amplia variedad de aplicaciones desde sus primeros usos en 1900. a
dosis convenientes de radiación la luz UV tiene un efectivo poder bactericida y virucida
para aguas residuales y no contribuye a la formación de subproductos tóxicos. Los
factores y temas relacionados son: fuentes de radiación, componentes y configuraciones
de sistemas UV, modelación de los procesos de desinfección con UV, estimación de la
dosis de UV, validación del comportamiento de los sistemas de UV, diseño de los
sistemas de UV, problemática de los sistemas de UV e impacto en el medio ambiente de
los sistemas de desinfección con UV.
De los temas mencionados el de mayor importancia es el que se refiere a la efectividad
bactericida de la radiación de UV, pues es más un agente desinfectante físico que
químico. La radiación penetra la pared celular de los microorganismos y es absorbida por
los ácidos nucleicos lo que provoca deficiencia en reproducción o la muerte. La efectividad
del proceso depende de un gran número de variables como las características de los
sistemas de UV, la hidráulica del sistema, la presencia de partículas, las características de
los microorganismos, y las características químicas de las aguas residuales. La efectividad
de la desinfección con UV esta basada en la dosis de UV a la que están expuestos los
microorganismos. La dosis de de UV se define mediante la siguiente expresión:
D = I x t
Donde: D, dosis de UV, en mJ/cm2 (equivalente a mJ/cm2 = mW x seg / cm2)
I, intensidad de UV, en mW/cm2
t, tiempo de exposición, en seg
Para la presente aplicación se han considerado adecuados los valores de diseño y costo
de la empresa Aguas Latinas SAC (CEDECO Inc) que se muestran a continuación.
8.2 EQUIPO DE DESINFECCION CON LUZ ULTRAVIOLETA
8.2.2 Performance Requirements
TAK55
Application wastewater
Design peak flow rate 20.3 m³/s
Max hydraulic flow rate 21.0 m³/s
UV transmittance at 253.7 nm min. 20 % (1 cm)
UV dose (end of lamp life) min. 480 J/m²
Suspended solids 100 mg/l @ maximum
Particle size < 30 μm
Water temperature 5 - 30 °C
Fecal coliforms (at UV inlet) max. 1,000,000 CFU / 100 ml
Fecal coliforms (after UV disinfection) < 10,000 CFU / 100 ml
@ 30 days geometric mean
8.2.3 UV Dis infection Sys tem Description
Type of Sys tem TAK55
Design peak flow rate 20.3 m³/s
UV transmittance (min.) 20 % (1 cm)
Min. UV dose (= design dose) 480 J /m²
No. of channels 12
Channel dimensions : 3,185 mm
Width at UV lamps 3,185 mm
Width at level control < 12,000 mm
Length (baffle plate – weir) 1,290 mm
Depth 885 mm
Water level
No. of banks per channel 3
UV lamps per bank 288
UV lamps per channel 864
Total number of UV lamps 10368
Type of UV lamp
High intens ity, low pressure, variable output
S pektrotherm® HP
Max. power consumption 3,732 kW @ 100% power level
(UV lamps and ballasts only)
Lamp lifetime 12,000 hrs (aprox 16.7 meses)
(warranty on a prorated bas is )
Cleaning sys tem Automatic wiping system
Level control Downward opening penstock
8.2.4 Dose Pacing and Variable Power
WEDECO's UV Dis infection Management Sys tem takes all important parameters
into account and controls the UV dis infection s ys tem based upon the Applied UV Dose:
A minimum of one (1) fully certified UV sens or will be ins talled in each bank.
The factory calibrated UV sens or(s ) give a specified output in mW/cm² and will accurately
reflect any change in the UV transmittance rate as well as indicating any reduction in the UV-C
output due to lamp aging. The output of the sens ors will be in analogue form (4 - 20 mA)
and is the input to the PLC controlling the UV plant. The signals derived from the UV sensors and the
flow meter (by others) are used to calculate the Applied UV Dose which, at any given time, is applied to the
waste water passing through the UV system.
The latest development regarding the Spektrotherm® lamp technology are lamps with variable output.
These lamps not only have an enhanced UV-C output but also allow the continuous variation of the lamp
output from 50 - 100%.
With these new lamps the above described control philosophies can therefore be improved.
Even one bank systems can now be modified to employ the above described 'Dose Pacing'. While including
all the benefits of 'Dose Pacing' these lamps allow an even more optimized adjustment of the UV output
according to the water characteristics.
Depending on the customers requirements the PLC-program will manage the lamp life by
switching on and off preferably either a few banks often or all banks in nearly equivalent time intervals.
These alternatives allow to concentrate the aging on few lamps or to distribute lamps aging in the same
form over all lamps installed.
8.2.5 Terms & Conditions
8.2.6 Documentation
Three (3) manuals in Englis h language are included in the price of each TAK UV s ys tem and
additional documentation is available. All WEDECO UV units are fully tested in our factory
prior to delivery.
8.2.7 Inves tment Figures
All Figures in US$
Type of s ys tem TAK55
UV equipment including:
- UV lamps and electrical equipment
- Automatic wiping sys tem
- Downward opening pens tock
- Dose Pacing and Variable Power
- Remote Service Support
- Packaging
- Manufacturer's field services
Total amount 16,590,000.00.-
A este costo es necesario agregar los requerimientos de inversión de la obra civil
Costos por consumo de energía eléctrica
$ us/kwh $US/hr $US/año
0.049 182.868 $1,601,924
Costos por mantenimiento por sustitución de lámparas cada 12000 horas ó 16.67 meses
$/lámp total de 10368 lámparas Costo anual (considerado como mantenimiento)
$368 $3,815,424 $2,746,556
El ozono se empleó por primera vez en Francia para desinfectar suministros de agua potable.
Aunque tradicionalmente se ha empleado en la desinfección de aguas para suministro a la
población, con fines de bebida, los recientes avances en la tecnología para la generación de
ozono y sus sistemas de aplicación, la hecho competitiva para los procesos de desinfección de
aguas residuales tratadas. El ozono se puede emplear en el tratamiento de aguas residuales para
el control de olor y en el tratamiento avanzado de aguas residuales para la remoción de
compuestos orgánicos refractarios en competencia con los procesos de carbón activado. Los
factores de interés en el análisis y evaluación de la tecnología se relacionan con los siguientes
temas: química del ozono, generación de ozono, comportamiento del ozono como desinfectante y
la aplicación de los procesos de ozonación.
Las relaciones matemáticas que permiten determinar las dosis de ozono para desinfectar son
similares a las empleadas para cloro. Se generan productos de reacción secundaria con el ozono
y materiales orgánicos presentes en las aguas residuales, similares a las del cloro pero de
diferente composición química. Es necesario realizar pruebas piloto para determinar las dosis de
ozono y los tiempos de contacto. En el siguiente cuadro se presenta el cálculo de los costos del
sistema de generación de una planta de ozono, las unidades de contacto y los costos de energía
eléctrica. La propuesta por la empresa es sólo con fines comparativos con los procesos de
desinfección con cloro y luz UV.
POR CÁLCULO EE
CALCULO DE LOS COSTOS DE CONSTRUCCION PARA UNA MODIFICADO KWh REAL OPCION (1)
UNIDAD DE DESINFECCION CON OZONO No 1
DOSIFICACION DE OZONO DE 30 mg/L
Y UN TIEMPO DE CONTACTO DE 25 MIN. Giro
costos en $US americanos GASTO, en LPS 14000 14000 14000
m3/min 840.00
MGD 322.000
PARA LAS CONDICIONES CONC O3, en mg/L 12 12 19.84
TGO, Kg/hr 600 600 1000
TGO, Kg/día 14400 14400 24000
TIEMPO CONT, en min 25
VOL CCO, m3 21000
y =6 x (6820.5 x (TGO) 0.6471) SISTEMA DE PRODUCCION $ $20,083,705 $20,000,000.00
y = 6 x (1239.5 x (TGO) 0.6123) CAMARA DE CONTACTO $ $3,295,283
COSTO TOTAL DE CONSTRUCCION $ $23,378,987
y = 3 x ((156.99 x (TGO) 0.303) x 0.45) HH MTO HH/año 3856
y = 3 x ((156.99 x (TGO) 0.303) x 0.55) HH OPER HH/año 4713
y = 2.5 x (86.483 x (TGO) 0.8995) COSTO CONSUMO DE EE $/año $1,625,428
$1,436,640 4000
$1,795,800 5000
y = 210.05 x (TGO) 0.543 MATS DE MTO $/año $114,139
* A $US 0.049 KWh
(1) por presentar propuesta
MANEJO DE LODOS.
10.- CÁMARA DE LODOS PURGADOS DE LOS RAFAs.
10.1.- DATOS DEL DISEÑO.-
10.1.1.- Volumen y caudal Cámara 1 Cámara 2
Volumen de lodos purgados Vp= 913 456 m3
Número de purgas por día Np= 6 6
Volumen por purga Vpi= 152,14 76,07 m3
Tiempo de purga tp= 15 15 min
Caudal de purga Qpi= 0,1690 0,0845 m3/s
Caudal de purga constante Qpi= 0,0106 0,0053 m3/s
10.1.2.- Dimensiones
Volumen de Agua en el cárcamo 1.5*Vi= 228,21 114,10 m3
Tirante de lodos hmáx= 3,84 3,84 m
Diámetro D= 10,00 7,20 m2
Area A = 78,54 40,72 m
Bordo Libre l= 0,40 0,40 m
Altura Total H= 4,24 4,24 m
Volumen del Tanque VT= 333 173 m3
10.1.3.- Niveles y Tirantes (m)
Estructura Desplante Fondo Corona Terreno
Mínimo Máximo
Cámara de Bombeo 1
Nivel -0,36 1,94 3,80 4,35 4,30
Tirante de Agua 2,30 4,16
Cámara de Bombeo 2
Nivel -0,36 1,94 3,80 4,35 4,30
Tirante de Agua 2,30 4,16
10.2.- BOMBEO
CONCEPTO Unidad Q 1 Q 2
Diámetro, D m 0,1016 0,0762 4 pulg para Q 1
Gasto, Q m3/s 0,0106 0,0053 3 pulg para Q 2
Coeficiente de Rugosidad, K4 0,00135 0,00135
Longitud, L m 200 200
Material acero
Area transversal de flujo, A m2 0,0081 0,0046
Velocidad de flujo, v m/s 1,30 1,16 Recomendable 1.22 a 3.05 m/s
Pérdida de carga por fricción, hf= K4 L v1.852 / D1.167 m 6,3577 7,1510
Carga de velocidad, hv= v2/2g m 0,0866 0,0684
PIEZA Número K
No hl,Q 1 hl,Q 2
Codo de 90 2 0,32 0,0554 0,0438
Codo de 45 2 0,18 0,0312 0,0246
Válvula de compuerta bridada 1 0,25 0,0216 0,0171
Junta 1 0,1 0,0087 0,0068
Entrada 1 0,5 0,0433 0,0342
Salida 1 1 0,0866 0,0684
mezclador 1 40 3,4623 2,7356
Total 3,7089 2,9305
CONCEPTO Unidad H,Qmed H,Qmax
Pérdida de carga total, Ha = hf + hl m 10,07 10,08
Elevación cárcamo de bombeo, Z1 m 3,80 3,80
Elevación centrífugas, Z2 m 5,00 5,00
Diferencia de alturas, Z2-Z1 m 1,20 1,20
Carga total, H = Ha + (Z2-Z1) m 11,27 11,28
Potencia, P= (Q d H) / (76 h)
Caudal, Q m3/s 0,011 0,005
Densidad, d kg/m3 1200 1200
Eficiencia, h %/100 0,35 0,35
Potencia, P HP 5,4 2,7 2 bombas de 10 HP para Q 1
2 bombas de 5 HP para Q 2
CENTRIFUGAS
Descripcion Valor Unidades
Concentración de sólidos en la torta de lodos 22% % materia seca
Tiempo de operación al día 20 hr/d
Días de la semana de operación 7 d/wk
Número de unidades 4
Cantidad Total de Sólidos producidos al día 54,77 Tn/d
Contenido de MS en lodos del UASB 4%
Purga de lodos 1369 m3/d
Cantidad total de tortas producidas 249 ton tortas/dia
Cantidad de agua presente en tortas 194,2 ton H2O/dia
Sistema de dosificación de polímeros
Dosis de polímero 643,80 kg/d
Requerimientos de energía 4,06 kW/m3/d
Potencia Total requerida 540 kW
Potencia requerida por unidad 135 kW
Centrifuga (vida útil) 15 years
Estructuras (vida útil) 40 years
Area de edificios 110 m2
Personal de operación 40600 pers-hours/yr
Personal de mantenimiento 6600 pers-hours/yr
Energía eléctrica 2680000 kW/yr
Personal de oper y mant 23200 pers-hours/yr
Personal de manejo de sustancias y peparación de polímeros 2510 pers-hours/yr
Personal de oper y mant 25700 pers-hours/yr
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