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
