5.5.3.2 Sedimentador Secundario
a. Los criterios de diseño para los sedimentadores secundarios deben
determinarse experimentalmente.
b. En ausencia de pruebas de sedimentación, se debe tener en cuenta las
siguientes recomendaciones:
- el diseño se debe efectuar para caudales máximos horarios;
- para todas las variaciones del proceso de lodos activados
(excluyendo aeración prolongada) se recomienda los siguientes
parámetros:
Las cargas hidráulicas anteriormente indicadas están basadas en el
caudal del agua residual sin considerar la recirculación, puesto que la
misma es retirada del fondo al mismo tiempo y no tiene influencia en la
velocidad ascensional del sedimentador.
c. Para decantadores secundarios circulares se deben tener en cuenta las
siguientes recomendaciones:
- Los decantadores con capacidades de hasta 300 m3 pueden ser
diseñados sin mecanismo de barrido de lodos, debiendo ser de tipo
CARGA DE
SUPERFICIE
m3/m2.d
CARGA
kg/m2.h
TIPO DE
TRATAMIENTO
Media
Máx.
Media
Máx.
PROFUNDIDAD
m
Sedimentación a
continuación de
lodos activados
(excluida la
aeración
prolongada)
16-32
40-48
3,0-6,0
9,0
3,5-5
Sedimentación a
continuación de
aeración
prolongada
8-16
24-32
1,0-5,0
7,0
3,5-5
48
cónico o piramidal, con una inclinación mínima de las paredes de la
tolva de 60 grados (tipo Dormund). Para estos casos la remoción de
lodos debe ser hecha a través de tuberías con un diámetro mínimo
de 200 mm.
- Los decantadores circulares con mecanismo de barrido de lodos
deben diseñarse con una tolva central para acumulación de lodos
de por lo menos 0,6 m de diámetro y profundidad máxima de 4 m.
Las paredes de la tolva deben tener una inclinación de por lo menos
60 grados.
- El fondo de los decantadores circulares debe tener una inclinación
de alrededor de 1:12 (vertical: horizontal).
- El diámetro de la zona de entrada en el centro del tanque debe ser
aproximadamente 15 a 20% del diámetro del decantador. Las
paredes del pozo de ingreso no deben profundizarse más de 1 m
por debajo de la superficie para evitar el arrastre de los lodos.
- La velocidad periférica del barredor de lodos debe estar
comprendida entre 1,5 a 2,5 m/min y no mayor de 3 revoluciones
por hora.
d. Los decantadores secundarios rectangulares serán la segunda opción
después de los circulares. Para estos casos se debe tener en cuenta las
siguientes recomendaciones:
- La relación largo / ancho debe ser 4/1 como mínimo.
- La relación ancho / profundidad debe estar comprendida entre 1 y
2.
- Para las instalaciones pequeñas (hasta 300 m3) se podrá diseñar
sedimentadores rectangulares sin mecanismos de barrido de lodos,
en cuyo caso se diseñarán pirámides invertidas con ángulos
mínimos de 60º respecto a la horizontal.
e. Para zanjas de oxidación se admite el diseño de la zanja con
sedimentador secundario incorporado, para lo cual el proyectista deberá
justificar debidamente los criterios de diseño.
f. Para facilitar el retorno de lodos, se deben tener en cuenta las siguientes
recomendaciones:
- Para decantadores circulares, el retorno del lodo será continuo y se
podrá usar bombas centrífugas o de desplazamiento positivo. La
capacidad instalada de la estación de bombeo de lodos de retorno
será por lo menos 100% por encima de la capacidad operativa. La
capacidad de bombeo será suficientemente flexible (con motores de
velocidad variable o número de bombas) de modo que se pueda
operar la planta en todas las condiciones a lo largo de la vida de la
planta.
- Para decantadores rectangulares con mecanismo de barrido de
movimiento longitudinal, se considerará la remoción de lodos en
forma intermitente, entre períodos de viajes del mecanismo.
- El lodo de retorno debe ser bombeado a una cámara de repartición
49
con compuertas manuales y vertederos para separar el lodo de
exceso.
- Alternativamente se puede controlar el proceso descargando el lodo
de exceso directamente del tanque de aeración, usando la edad de
lodo como parámetro de control. Por ejemplo si la edad del lodo es
de 20 días, se deberá desechar 1/20 del volumen del tanque de
aeración cada día. Esta es la única forma de operación en el caso
de zanjas de oxidación con sedimentador incorporado. En este caso
el licor mezclado debe ser retirado en forma intermitente (de 6 a 8
retiros) a un tanque de concentración (en el caso de zanja de
oxidación) o a un espesador, en el caso de otros sistemas de baja
edad del lodo.
5.5.3.3 Zanjas de oxidación
a. Las zanjas de oxidación son adecuadas para pequeñas y grandes
comunidades y constituyen una forma especial de aeración prolongada
con bajos costos de instalación por cuanto no es necesario el uso de
decantación primaria y el lodo estabilizado en el proceso puede ser
desaguado directamente en lechos de secado. Este tipo de tratamiento
es además de simple operación y capaz de absorber variaciones bruscas
de carga.
b. Los criterios de diseño para las zanjas de oxidación son los mismos que
se ha enunciado en el capítulo anterior (lodos activados) en lo que se
refiere a parámetros de diseño del reactor y sedimentador secundario y
requisitos de oxigeno. En el presente capitulo se dan recomendaciones
adicionales propias de este proceso.
c. Para las poblaciones de hasta 10000 habitantes se pueden diseñar
zanjas de tipo convencional, con rotores horizontales. Para este caso se
debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
- La forma de la zanja convencional es ovalada, con un simple
tabique de nivel soportante en la mitad. Para una adecuada
distribución de las líneas de flujo, se recomienda la instalación de
por lo menos dos tabiques semicirculares localizados en los
extremos, a 1/3 del ancho del canal.
- La entrada puede ser un simple tubo con descarga libre, localizado
preferiblemente antes del rotor. Si se tiene más de dos zanjas se
deberá considerar una caja de repartición de caudales.
- El rotor horizontal a seleccionarse debe ser de tal característica que
permita la circulación del líquido con una velocidad de por lo menos
25 cm/seg. En este caso la profundidad de la zanja no deberá ser
mayor de 1,50 m para una adecuada transferencia de momento. No
es necesario la profundización del canal debajo de la zona de
aeración.
- Los rotores son cuerpos cilíndricos de varios tipos, apoyados en
cajas de rodamiento en sus extremos, por lo cual su longitud
depende de la estructura y estabilidad de cada modelo. Para
rotores de longitud mayor de 3,0 m se recomienda el uso de apoyos
intermedios. Los apoyos en los extremos deben tener
50
obligatoriamente cajas de rodetes autoalineantes, capaces de
absorber las deflexiones del rotor sin causar problemas mecánicos.
- La determinación de las características del rotor como diámetro,
longitud, velocidad de rotación y profundidad de inmersión, debe
efectuarse de modo que se puedan suministrar los requisitos de
oxígeno al proceso en todas las condiciones operativas posibles.
Para el efecto se debe disponer de las curvas características del
rendimiento del modelo considerado en condiciones estándar. Los
rendimientos estándares de rotores horizontales son del orden de
1,8 a 2,8 kg O2/Kwh.
- El procedimiento normal es diseñar primero el vertedero de salida
de la zanja, el mismo que puede ser de altura fija o regulable y
determinar el intervalo de inmersiones del rotor para las diferentes
condiciones de operación.
- Para instalaciones de hasta 20 l/s se puede considerar el uso de
zanjas de operación intermitente, sin sedimentadores secundarios.
En este caso se debe proveer almacenamiento del desecho por un
período de hasta 2 horas, ya sea en el interceptor o en una zanja
accesoria.
- El conjunto motor-reductor debe ser escogido de tal manera que la
velocidad de rotación sea entre 60 y 110 RPM y que la velocidad
periférica del rotor sea alrededor de 2,5 m/s.
d. Para poblaciones mayores de 10000 habitantes se deberá considerar
obligatoriamente la zanja de oxidación profunda (reactor de flujo orbital)
con aeradores de eje vertical y de baja velocidad de rotación. Estos
aereadores tienen la característica de transferir a la masa líquida en
forma eficiente de modo que imparten una velocidad adecuada y un flujo
de tipo helicoidal. Para este caso se deben tener en cuenta las
siguientes recomendaciones:
- La profundidad de la zanja será de 5 m y el ancho de 10 m como
máximo. La densidad de energía deberá ser superior a 10 W/m3
- Los reactores pueden tener formas variadas, siempre que se
localicen los aeradores en los extremos y en forma tangencial a los
tabiques de separación. Se dan como guía los siguientes anchos y
profundidades de los canales:
Habitantes equivalentes Ancho, m Profundidad, m
10000 5,00 1,50
25000 6,25 2,00
50000 8,00 3,50
75000 8,00 4,00
100000 9,00 4,50
200000 10,00 5,00
Con relación a la forma de los canales se dan las siguientes
recomendaciones:
51
- la profundidad del canal debe ser entre 0,8 y 1,4 veces el diámetro
del rotor seleccionado;
- el ancho de los canales debe ser entre 2 y 3 veces el diámetro del
rotor seleccionado;
- la longitud desarrollada del canal no debe sobrepasar 250 m;
Para los aereadores de eje vertical se dan las siguientes
recomendaciones:
- La velocidad de rotación para los aereadores pequeños debe ser de
36 a 40 RPM y para los aereadores grandes de 25 a 40 RPM.
- La distancia entre el fin del tabique divisorio y los extremos de las
paletas del rotor debe ser alrededor de 1,5% del diámetro total del
rotor (incluidas las paletas).
- La profundidad de inmersión del rotor debe ser de 0,15 a 0,20 m.
- La densidad de energía en la zona de mezcla total debe ser de 20 a
60 W/m3.
Se pueden considerar zanjas de oxidación de funcionamiento continuo
con zonas de denitrificación antes de una zona de aeración. Para el
efecto hay que considerar los siguientes aspectos:
- En el diseño de sedimentadores secundarios, para zanjas con
denitrificación se debe asegurar un rápido retiro del lodo, para
impedir la flotación del mismo.
- El vertedero de salida debe estar localizado al final de la zona de
denitrificación.
5.5.4 Filtros percoladores
5.5.4.1 Los filtros percoladores deberán diseñarse de modo que se reduzca al mínimo
la utilización de equipo mecánico. Para ello se preferirá las siguientes
opciones: lechos de piedra, distribución del efluente primario (tratado en
tanques Imhoff) por medio de boquillas o mecanismos de brazo giratorios
autopropulsados, sedimentadores secundarios sin mecanismos de barrido (con
tolvas de lodos) y retorno del lodo secundario al tratamiento primario.
5.5.4.2 El tratamiento previo a los filtros percoladores será: cribas, desarenadores y
sedimentación primaria.
5.5.4.3 Los filtros podrán ser de alta o baja carga, para lo cual se tendrán en
consideración los siguientes parámetros de diseño:
Tipo de carga
Parámetro
Baja Alta
Carga hidráulica, m3/m2/d 1,00 - 4,00 8.00 - 40,00
Carga orgánica, kg DBO/m3/d 0,08 - 0,40 0,40 - 4,80
Profundidad (lecho de piedra), m 1,50 - 3,00 1,00 - 2,00
(medio plástico), m Hasta 12 m
Razón de recirculación 0 1,00 - 2,00
52
5.5.4.4 En los filtros de baja carga la dosificación debe efectuarse por medio de
sifones, con un intervalo de 5 minutos. Para los filtros de alta carga la
dosificación es continua por efecto de la recirculación y en caso de usarse
sifones, el intervalo de dosificación será inferior de 15 segundos.
5.5.4.5 Se utilizará cualquier sistema de distribución que garantice la repartición
uniforme del efluente primario sobre la superficie del medio de contacto.
5.5.4.6 Cuando se usen boquillas fijas, se las ubicará en los vértices de triángulos
equiláteros que cubran toda la superficie del filtro. El dimensionamiento de las
tuberías dependerá de la distribución, la que puede ser intermitente o continua.
5.5.4.7 Se permitirá cualquier medio de contacto que promueva el desarrollo de la
mayor cantidad de Biopelícula y que permita la libre circulación del líquido y del
aire, sin producir obstrucciones. Cuando se utilicen piedras pequeñas, el
tamaño mínimo será de 25 mm y el máximo de 75 mm. Para piedras grandes,
su tamaño oscilará entre 10 y 12 cm.
5.5.4.8 Se diseñará un sistema de ventilación de modo que exista una circulación
natural del aire, por diferencia de temperatura, a través del sistema de drenaje
y a través del lecho de contacto.
5.5.4.9 El sistema de drenaje debe cumplir con los siguientes objetivos:
• proveer un soporte físico al medio de contacto;
• recolectar el líquido, para lo cual el fondo debe tener una pendiente entre
1 y 2%;
• permitir una recirculación adecuada de aire.
5.5.4.10 El sistema de drenaje deberá cumplir con las siguientes recomendaciones:
• Los canales de recolección de agua deberán trabajar con un tirante
máximo de 50% con relación a su máxima capacidad de conducción, y
para tirantes mínimos deberá asegurar velocidades de arrastre.
• Deben ubicarse pozos de ventilación en los extremos del canal central de
ventilación.
• En caso de filtros de gran superficie deben diseñarse pozos de
ventilación en la periferia de la unidad. La superficie abierta de estos
pozos será de 1 m2 por cada 250 m2 de superficie de lecho.
• El falso fondo del sistema de drenaje tendrá un área de orificios no menor
a 15% del área total del filtro.
• En filtros de baja carga sin recirculación, el sistema de drenaje deberá
diseñarse de modo que se pueda inundar el lecho para controlar el
desarrollo de insectos.
5.5.4.11 Se deben diseñar instalaciones de sedimentación secundaria. El propósito de
estas unidades es separar la biomasa en exceso producida en el filtro. El
diseño podrá ser similar al de los sedimentadores primarios con la condición
de que la carga de diseño se base en el flujo de la planta más el flujo de
recirculación. La carga superficial no debe exceder de 48 m3/m2/d basada en
el caudal máximo.
53
5.5.5. Sistemas Biológicos Rotativos de Contacto
5.5.5.1 Son unidades que tienen un medio de contacto colocado en módulos discos o
módulos cilíndricos que rotan alrededor de su eje. Los módulos discos o
cilíndricos generalmente están sumergidos hasta 40% de su diámetro, de
modo que al rotar permiten que la Biopelícula se ponga en contacto
alternadamente con el efluente primario y con el aire. Las condiciones de
aplicación de este proceso son similares a las de los filtros biológicos en lo que
se refiere a eficiencia.
5.5.5.2 Necesariamente el tratamiento previo a los sistemas biológicos de contacto
será: cribas, desarenadores y sedimentador primario.
5.5.5.2 Los módulos rotatorios pueden tener los siguientes medios de contacto:
• discos de madera, material plástico o metal ubicados en forma paralela
de modo que provean una alta superficie de contacto para el desarrollo
de la Biopelícula;
• mallas cilíndricas rellenas de material liviano.
5.5.5.4 Para el diseño de estas unidades se observará las siguientes
recomendaciones:
• carga hidráulica entre 0,03 y 0,16 m3/m2/d.
• la velocidad periférica de rotación para aguas residuales municipales
debe mantenerse alrededor de 0,3 m/s.
• el volumen mínimo de las unidades deben ser de 4,88 litros por cada m2
de superficie de medio de contacto.
• para módulos en serie se utilizará un mínimo de cuatro unidades.
5.5.5.5 El efluente de estos sistemas debe tratarse en un sedimentador secundario
para separar la biomasa proveniente del reactor biológico. Los criterios de
diseño de esta unidad son similares a los del sedimentador secundario de
filtros biológicos.
5.6 Otros Tipos de Tratamiento
5.6.1 Aplicación sobre el terreno y reuso agrícola
5.6.1.1 La aplicación en el terreno de aguas residuales pretratadas es un tipo de
tratamiento que puede o no producir un efluente final. Si existe reuso agrícola
se deberá cumplir con los requisitos de la legislación vigente.
5.6.1.2 El estudio de factibilidad de estos sistemas debe incluir los aspectos agrícola y
de suelos considerando por lo menos lo siguiente:
• evaluación de suelos: problemas de salinidad, infiltración, drenaje, aguas
subterráneas, etc.;
• evaluación de la calidad del agua: posibles problemas de toxicidad,
tolerancia de cultivos, etc.;
54
• tipos de cultivos, formas de irrigación, necesidades de almacenamiento,
obras de infraestructura, costos y rentabilidad.
5.6.1.3 Los tres principales procesos de aplicación en el terreno son: riego a tasa
lenta, infiltración rápida y flujo superficial.
5.6.1.4 Para sistemas de riego de tasa lenta se sugieren los siguientes parámetros de
diseño:
a. Se escogerán suelos que tengan un buen drenaje y una permeabilidad no
mayor de 5 cm/d.
b. Pendiente del terreno: para cultivos 20% como máximo y para bosques
hasta 40%.
c. Profundidad de la napa freática: mínimo 1,5 m y preferiblemente más de
3 m.
d. Pretratamiento requerido: según los lineamientos del numeral anterior.
e. Requisitos de almacenamiento: se debe analizar cuidadosamente
efectuando un balance hídrico. Las variables a considerarse son por lo
menos:
- capacidad de infiltración
- régimen de lluvias
- tipo de suelo y de cultivo
- evapotranspiración y evaporación
- carga hidráulica aplicable
- períodos de descanso
- tratamiento adicional que se produce en el almacenamiento.
f. La carga de nitrógeno se comprobará de modo que al efectuar el balance
hídrico, la concentración calculada de nitratos en las aguas subterráneas
sea inferior de 10 mg/l (como nitrógeno).
g. La carga orgánica será entre 11 y 28 kg DBO / (ha.d), para impedir el
desarrollo exagerado de biomasa. Las cargas bajas se utilizarán con
efluentes secundarios y las cargas altas con efluentes primarios.
h. Los períodos de descanso usualmente varía entre 1 y 2 semanas.
i. Para defensa de la calidad del agua subterránea se preferirán los cultivos
con alta utilización de nitrógeno.
5.6.1.5 Para los sistemas de infiltración rápida se recomiendan los siguientes
parámetros:
a. Se requieren suelos capaces de infiltrar de 10 a 60 cm/d, como arena,
limos arenosos, arenas limosas y grava fina. Se requiere también un
adecuado conocimiento de las variaciones del nivel freático.
b. El pretratamiento requerido es primario como mínimo.
c. La capa freática debe estar entre 3 y 4,5 m de profundidad como mínimo.
d. La carga hidráulica puede variar entre 2 y 10 cm por semana,
dependiendo de varios factores.
e. Se debe determinar el almacenamiento necesario considerando las
55
variables indicadas en el numeral anterior. Se debe mantener períodos
de descanso entre 5 y 20 días para mantener condiciones aerobias en el
suelo. Los períodos de aplicación se escogerán manteniendo una
relación entre 2:1 a 7:1 entre el descanso y la aplicación.
f. La carga orgánica recomendada debe mantenerse entre 10 y 60 kg
DBO/(ha.d).
