tp7

1

Datos:0.021 m³/seg (TP Nº 5 Red de Alcantarillado Cloacal)

Velocidad:Por norma: 0.30 m/seg ≤ v ≤ 0.60 m/seg

Adopto v = 0.30 m/seg

Separación:Por Norma: 0.025 m ≤ Sep. ≤ 0.05 m S/Metcalf - Eddy

Adopto Sep = 0.03 m

Área Útil de la Reja:0.070 m²

Ancho Útil (b):Adopto h = 0.40 m 0.18 m

Número de Espacios Libres :5.86 dopto Ne = 6

Número de Barras: Nb = Ne - 1 5

Adoptamos barras de sección rectangular de 20 x 10 mm con aristas rectas

Pérdida de Carga en la Reja:Barra: recta (20 x 10) mm w = 0.01 mAristas rectas 2.42Inclinación a = 60 º

0.00021 mDonde:b : Coeficiente que depende del tipo de barras de la reja.w: Ancho de la barra en el sentido perpendicular al flujo.hv: Altura de velocidad

0.005 m

Ancho Total de la Reja:

Cálculo y Diseño de una Planta de Tratamiento de Líquidos CloacalesTipo Convencional

Cálculo de las Rejas (estas serán de limpieza manual)

QM20 =

b =

a: Inclinación de la reja con respecto al flujo.

Nota: Esta es la pérdida de carga cuando la reja aun no ha retenido solidosUna vez que el proceso de retención de solido haya avanzado puede estimarse la pérdida de carga máxima de 15 cm

Au=QV=

b=Auh

=

Ne=bsep

=

ΔH=β×(ϖb )43×hv×sen α=

hv=v2

2×g=

2

Cálculo del Desarenador

Como: y →

De donde:

Según Normas la carga superficial (Cs) varía entre 1000 y 1600 m³/m²/día

Adopto: 1.65De donde

(tamiz de malla tipo 65)

###Por lo tanto:

### ### m³/m²/dia

0.30 m/seg

1.81 m²

Adopto unidad, donde el area necesaria del mismo será: 1.81 m²

13.50 m P: tiempo de permanencia = 45 seg

Adopto b = 0.60 m L = A/b = 3.02 m

Altura del desarenador: 0.52 m Adopto h= 0.55 m

En este se eliminan todas aquellas partículas discretas cuyo tamaño sea mayor que 0,2 mm

La relación V0/Cs, según normas varía entre 1,5 y 3,0

Para particulas de f ≥ 0,2 mm y g = 2,65 g/cm³

La velocidad de sedimentación recomendada (s/Metcalf) es de V0 = 1,15 m/min =

La velocidad óptima en sentido horizontal (Vh) es de

L = Vh × P =

(Carga Superficial)

hv

L

b

Area Superficial

Area Transversal

L

H

v

v

v1

v2

Zona de Fangos

Zon

a de

Ent

rada

Zon

a de

Sal

ida

Entrada Salida

Cs=v0

2

Cs= QAs

=v0

2=

Cs=QA

⇒ A=QCs

=

h=Q×LA×v

=

0

00 v

ht =

Q

Volt 0 =

Q

Vol

v

h

0

0 =

A

Q

hVol

Q

Vol

Qhv

000 ===

QA=v×SA

=v×b×hb×L

=v×hL

⇒h=Q×LA×v

3

Verificación de la Carga Superficial:

Cs = 1005.38 m³/m²/dia

4

VERTEDERO DE FLUJO PROPORCIONAL - TIPO SUTRO

Desarrollo:Qv: Caudal en el vertedero

Qd: Caudal en el desarenador

entonces:

adoptando b ancho del desarenador:

Calculo:Ancho del desarenador b = 0.60 mCaudal máximo del desarenador: 0.021 m³/segVelocidad horizontal: 0.30 m/seg

Se adopta: a = 0.03 m0.18 m²/seg

0.12 m0.12 m

long. min. = 0.20 mValores para graficar el vertedero:

hi (m) Li (m)0.050 0.3385 0.16922826505 -0.169228270.063 0.2924 0.14617926204 -0.146179260.075 0.2615 0.13077173495 -0.130771730.088 0.2389 0.11947050265 -0.11947050.100 0.2214 0.11070303587 -0.110703040.112 0.2073 0.10363643453 -0.103636430.125 0.1956 0.09777958084 -0.09777958

Estos vertederos se aplican a la salida de canales alargados de seccion rectangular. Se diseñan de manera que el caudal que circula por ellos sea proporcional a la altura de agua en el canal. De esta manera siendo el ancho del canal constante, la velocidad en el mismo no varía para diferentes tirantes. En los vertederos SUTRO, el tirante de agua debe ser h > 3 cm, por que de otra manera, se hace más importante la influencia de la viscosidad y la tensión superficial.

Qv = Qd

a dicho hmax le corresponde un Lmin

para cada hi le corresponde un Li

Luego, dando distintos valores para hi , se encuentran los valores de Li, los cuales nos permiten graficar el vertedero.

Qd =Vh =

k1 =hmax =

se adopta hmax =

b

a

hi

Li

Qv=π×μ×h×√2×g×a=K1×h

Qd=b×h×v

K1=b×v

hmax=Q v

K1

Li=(1− 2π×arc tang(√ hmax

a−1))∗b

5

CALCULO DEL SEDIMENTADOR PRIMARIO

Parámetros de diseñoCaracterística (s/Metcalf) Intervaloa) Carga superficial 24 - 48b) Permanencia (hs) 1,5 - 2,5c) Carga sobre vertedero (m3/m2.dia) 125 - 500

DATOSCaudal Q = 0.0211Carga superficial Cs = 40.00Velocidad Horizontal Vh = 0.009 m/s

Se proyecta construir sedimentadores rectangulares de flujo horizontal.Superficie total

45.6 m²

Número de unidades a construir:Se adopta Nº = 1 sedimentadores primarios

Superficie de cada unidad: S = 45.6 m²Longitud:Se adopta L / b = 4

13.50 m

Luego, adoptamos L = 14.00 m

Ancho b = 3.25 mLuego, adoptamos b = 3.50 m

Altura: la norma recomienda que 2,10 ≤ h ≤ 3,60

0.67 m

Luego, adoptamos h = 2.50 m

VERIFICACION DE LA PERMANENCIA

1.61 hs Verifica (entre 1,5 y 2,5)

El tanque de sedimentación primaria puede ser: cuadrado, rectangular o circular.Adoptamos un tanque de sedimentación rectangular. En este caso se usará la sedimentación primaria como parte integrante de un tratamiento posterios con lechos percoladores, por lo cual habrá una cierta flexibilidad en el cálculo.

m3/sm3/m2.dia

CALCULO A PARTIR DE LA CARGA SUPERFICIAL Y VERIFICACION DE LA PERMANENCIA

SupTotal=QCs

=

Qu=V h×b×h ⇒ h=Qu

V h×b=

P=VolQ

=

S=b×L=L4×L⇒L=√4×S=

6

DISEÑO DE UN PROCESO DE BARRO ACTIVADOIntroducción:

Datos:Caudal afluente 1822.31DBO afluente 285 mg/lDBO efluente (máximo) S = 30 mg/l Consideraciones previas:1.- Los sólidos suspendidos volátiles del afluente al reactor son despreciables.

SSVLM / SSLM = 0.83.- Concentración del barro de retorno (Xr 10000 mg/l de sólidos suspendidos volátiles4.- Sólidos suspendidos volátiles del líquido mezcla. (SSVLM) = 3500 mg/l

10 días6.- Régimen hidráulico del reactor = Mezcla completa7.- El efluente contiene 22 mg/l de sólidos biológicos, de los cuales el 65 % es biodegradable.

10.- El caudal punta sostenido durante 1 día es 2,5 veces el caudal medio.

Resolución:1.- Estimar la concentración de DBO soluble en el efluente utilizando la siguiente relació

DBO del efluente = DBO soluble del afluente que escapa al tratamiento + DBO de los sólidos en suspensión del efluente

a) Determinación de la DBO de los sólidos en suspensión del efluente. - Fracción Biodegradable de los sólidos biológicos del efluente:

14.3 mg/l

20.3 mg/l - DBO de los sólidos en suspensión del efluente

13.8 mg/l

b) Calcular la DBO soluble del agua a tratar que escapa al tratamiento.

entonces: S = 6.5 mg/l

2.- Determinar la eficacia del tratamiento "E" por medio de la ecuación:

- La eficacia basada en la DBO soluble es: 97.7%

El procedimiento consiste en provocar el desarrollo de un flóculo bacteriano o masa floculenta biológicamente activa (barros activados) en un depósito de aereación. En este depósito, se agita mediante aereación el líquido y el fango en suspensión para mantener las condiciones aerobias. Posteriormente se pasa a un sedimentador con la finalidad de separar el líquido tratado de los barros y estos son devueltos, en parte, al depósito de aereación para mantener en el mismo una concentración suficiente barros activados (barros de recirculación o retorno), el resto se extrae y se envía a digestión de barros (barros en exceso)

Qa = m3/dS0 =

2.- Relación entre los sólidos suspendidos volátiles del liquido mezcla (SSVLM) y los sólidos suspendidos del liquido mezcla

5.- Tiempo medio de retención celular. f

8.- El valor de la DBO5 puede obtenerse multiplicando el valor de la DBOL por el factor 0,68.9.- El agua residual contiene nitrógeno y fósforo y otros nutrientes a nivel de trazas en cantidad suficiente para el crecimiento biológico.

- DBOL última de sólidos biodegradables del efluente.

Fracc Biod Sol Bio log Efluente=0 ,65×Sol Bio log ef=

DBOL=1 ,42×FBSBE=

DBOSSE=0 ,68×DBOL=

DBOL=S+DBOSSE

Es=S0−S

S0

×100=

Econjunta=S0−DBOL

S0

×100=

7

- La eficacia conjunta de la planta es: 92.9%

donde:

S = Concentración del efluente

Vol = Volumen del reactorQ = Caudal afluente

X = Concentración de microorganismos en el tanque de aireaciónY = Coeficiente de producción o crecimiento, en masa de microorganismos/masa de substrato utilizado

Sustituyendo el valor de q en la última ecuación y despejando el volumen obtenemos:

467.76

Datos para el cálculo:10 días S = 6.5 mg/l

Q = 1822.31 X = 3500 mg/l

Y = 0.5 0.055285 mg/l

4.- Calcular la cantidad de barro a purgar diariamente: - Determinar la producción de barros observada

0.32

Cálculo de la producción del fango expresada en kg/dia de sólidos suspensiones

Px = 163.72 kg/dia

Producción de Fango 204.64 KG(SS)/dia

3.- Calcular el volumen del reactor. Dicho volumen puede determinarse utilizando las ecuaciones:

S0 = Concentración del afluente

Kd = Coeficiente cinético experimental

q = Tiempo de retención en el reactorqc = Tiempo medio de retención celular

m3

qc =m3/d

Kd = d-1

S0 =

Econjunta=S0−DBOL

S0

×100=

θ=VolQ X=

θcθ×Y (S0−S )1+k d×θc

V ol=θc×Q×Y×(S0−S )X×(1+kd×θc )

=

dXdt

=X×Vθc

=

=dX /dt

SSVLM /SSLM=

Yobs=Y

1+kd×(θ )=

8

Despreciando los sólidos perdidos en el efluente, el caudal a purgar es: a) Desde el tanque de aireación:

46.78

b) Desde la línea de retorno de fango:

16.37

6.- Calcular la relación de recirculación haciendo un balance de masa respecto al reacto Concentración de SSV en el reactor = 3500 mg/l Concentración de SSV en el retorno = 8000 mg/l

3500×(Q + Qr) = 8000 × Qr 0.78

7.- Calcular el tiempo de detención hidráulica para el reactor.

0.26 dias = 6.16 hs

746.35 kg/dia

b) Cálculo del oxígeno necesario por medio de la ecuación:

513.87 kg/dia

a) El aire teóricamente necesario, suponiendo que contiene el 23,2 % de oxígeno en peso, es:

1844.27

b) Determinar el aire necesario realmente

23053.40

c) Deternminar el aire necesario a los efectos del proyecto.

32.02

10.- Comprobar el caudal de aire, utilizando el valor real determinado en el paso 9b.

Aire necesario realmente × (1000 g/kg) = 45.42

SISTEMAS AIREADORES

5.- Cálculo de la cantidad de fango a purgar si la purga se realiza: a) Desde el tanque de aireación y b) desde la línea de retorno de barro.

m3/d

m3/d

8.- Calcular el oxígeno necesario basado en la demanda carbonosa última, DBOL. a) Calcular la masa de DBOL última del agua residual entrante que se convierte en el proceso, suponiendo que la DBOL es igual a 0,68 DBOL.

Masa de DBOL utilizada =

Siendo: f factor de conversión de DBO5 a DBOL

9.- Calcular el caudal de aire necesario, suponiendo que la eficacia de la transferencia de oxígeno del equipo de aireación a utilizar es del 8%. Debe emplearse un factor de seguridad de 2 para determinar el caudal real de proyecto para el dimensionamiento de los soplantes

m3/dia

m3/dia

2 x (3,2 m3/min) = m3/min

Aire necesario por Kg de DBO5 eliminada

m3/kg de DBO5 eliminada

(S0 - S) × 23053.40 m3/dia

El Sistema de barros activados es muy flexible y puede adaptarse a casi cualquier tipo de

Qr

Q=α=

θ=VolQ

=

Q×(S0−S )0 ,68

=

kg ,O2 /d=Q× (S0−S )

f−1, 42×(Px )=

kg ,O2 /d

(1 ,201 kg/m3 )×(23 ,2 % )=

1792 .55 m3 /dia0 ,08

=

Qw≃Vθc

≃¿ ¿

Qw' =

X×Vθc×X r

=

9

- Convencional.- Aireación Graduada.- Reactor de Mezcla completa.- Aireación con alimentación escalonada.- Aireación modificada.- Contacto y Estabilización.- Aireación prolongada.- Proceso de Kraus.- Aireación de alta carga.- Sistema de oxígeno puro.

Características:Modelo de Flujo: Reactor de mazcla completa.Sistema de aireación: Difusores de aire; Aireadores mecánicos.Eficiencia en la eliminación del DBO: 85 - 95%Observaciones: Utilizado en aplicaciones generales. El proceso es resistente a cargas de choque.

El Sistema de barros activados es muy flexible y puede adaptarse a casi cualquier tipo de problema relativo al tratamiento biológico de aguas residuales. A continuación se nombrarán los principales tipos de procesos.

A continuación se tratara solo el Proceso de Reactor de Mezcla completa.

El proceso de mezcla completa intenta imitar el régimen hidráulico existente de un reactor agitado mecánicamente. El agua residual sedimentada afluente y el barro de retorno se introducen en diversos puntos del tanque de aireación a lo largo de un canal central. El líquido mezcla es aireado conforme pasa a través del tanque de aireación. El efluente de este es recogido y sedimentado en el tanque de sedimentación del barro activado.

La carga orgánica y la demanda de oxígeno son uniformes de uno a otro extremo del tanque de aireación. El líquido mezcla al ir atravesando el tanque desde la entrada hasta el canal efluente se mezcla completamente por medio de la aireación mecanica o difusores de aire.

10

Parámetros de diseño:Tiempo de retención celular (días) qc = 5 - 15

F/M = 0,2 - 0,60,8 - 2,0

SSLM (mg/l) SSLM = 3000 - 6000Tiempo de detención (hs) 3 - 5

0,25 - 1,00

Diagrama de Mezcla Completa:

Aireación por difusión

Tipos de dispositivos de aireación por difusores, su tamaño de burbuja y eficiencia.1.- Granos de óxido de aluminio cristalino fundido ( Burbuja fina ; Eficiencia alta)2.- Granos de silice ligados por silicato vitreo (Burbuja fina; eficiencia alta)3.- Granos de resina ligados por resinas (burbuja fina; eficiencia alta)4.- Tubos difusores envueltos en plástico (burbuja media; eficiencia media)5.- Difusores de manguitos de tela (burbuja media; eficiencia media)6.- Diversos dispositivos con orificios (burbuja gruesa; eficiencia baja)

8.- Inyectores con orificios y ranuras. (burbuja gruesa; eficiencia baja)

Aireadores mecánicos

DISEÑO DE LOS TANQUES DE AIREACIÓN Y SUS ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS

Relación alimentos-microorganismos (díasCarga volumétrica kg DBO/m3.d

q =Relación caudal reactor - Caudal (Qr/Q)

Los difusores más frecuentemente utilizados en los sistemas de aireación están diseñados de modo tal que produzcan burbujas finas, medias o relativamente gruesas.

7.- El aire pulverizado se distribuye desde la periferia de un disco, flexible o rígido, que se desplaza cuando la presión e la tubería supera la carga del disco. (burbuja gruesa ; eficiencia baja)

Estos pueden clasificarse en aireadores de superficie y de turbina sumergida. En el primero de ellos, el oxígeno introducido proviene de la atmosfera. Mientras que en el segundo el oxígeno se introduce tanto desde la atmosfera como por su inyección en el fondo del tanque.

Aireadores de superficie: son los más sencillos de los sistemas de aireación. Pueden construirse en tamaños de 0,75 a 75 KW. Consisten en rotores sumergidos total o parcialmente, acoplados a motores que se encuentran montados en estructuras fijas o flotan

Aireadores de Turbina sumergida: el oxígeno puro o aire es introducido en el agua residual por difusión debajo del impulsor de los aireadores de flujo descendente, utilizandose el impulsor para dispersar las burbujas de aire y mezclar el contenido del tanque. El tubo de aspiración consiste en un cilindro con extremos ensanchados montado concentricamente respecto al impulsor y que se extiende exactamente desde encima de la solera del tanque de aireación hasta justo por debajo del impulsor.

Una vez elegido el proceso de barro activado y el sistema de aireación, el siguiente paso es el diseño de los tanques de aireación e instalaciones relacionadas con el mismo.

11

diseño de los tanques de aireación e instalaciones relacionadas con el mismo.

1) Tanques de aireación: Son abiertos y se construyen de Hº Aº. Son de forma rectangular, lo que permite la construcción de paredes comunes para varios tanques. El volumen total del tanque se suele dividir entre dos o mas unidades capaces de funcionar independientemente si la capacidad total excede los 140 m3. La capacidad total requerida se determina a partir del diseño del proceso biológico. Aunque las burbujas de aire dispersas en el agua residual llegan a ocupar el 1% del volumen total esto no se tiene en cuenta a la hora de su diseño. También el volumen ocupado por las conducciones sumergidas carece de importancia.

Si el sistema de aireación del tanque es por difusores, las dimensiones de aquel pueden afectar notoriamente la eficiencia de la aireación, asi como el grado de mezclado obtenido, a menos que se elijan adecuadamente el tipo, número y situación de los difusores puedan funcionar eficazmente. Deberá preveerse un resguardo de 0,3 a 0,6 m sobre la superficie del agua. La anchura del tanque respecto a su profundidad es importante y puede variar de 1:1 a 2,2:1, esto hace que se limite la anchura de un tanque entre 6 y 12 m.

Los tanques individualmente deberán tener válvulas o compuertas de entrada y salida de modo que puedan desmontarse en un momento dado para su inspección y reparación.

2) Sistemas de control de espumas: El agua residual contiene normalmente jabón, detergentes, y otros agentes tensioactivos que producen espuma. Si la concentración de SSLM es alta, la tendencia a la formación se reduce a un mínimo. En el comienzo del proceso suele producirse una gran cantidad de espuma cuando la cantidad de SSLM es baja o siempre que haya grandes concentraciones de agentes tensioactivos en el agua residual. Este hecho da lugar a la formación de una espuma que contiene sólidos del barro, grasa y gran número de bacterias del agua residual.

El viento puede levantar la espuma de la superficie del tanque y extenderla por los alrededores, contaminando todo lo que toque. Además de antiestética, la espuma es un riesgo para los trabajadores por lo resbaladiza. Un sistema muy utilizado para su control consiste en una serie de boquillas pulverizadoras montadas a lo largo del borde superior del tanque de aireación enfrente de los difusores de aire. Agua limpia o efluente filtrado es rociado por estas boquillas continuamente o a intervalos por medio de un temporizador programado , lo que hace que la espuma se destruya a medida que se produce. Otra manera es la adición de pequeñas cantidades de un aditivo químico antiespumante en la entrada del tanque de aireación, o preferiblemente en el agua de rociado.

12

DISEÑO DE INSTALACIONES PARA LA SEPARACIÓN DE SÓLIDOS

3) Recirculacion de Barros: La finalidad de dicho retorno es mantener una concentración suficiente de barro activado en el tanque de aireación, de modo que pueda obtenerse el grado requerido de tratamiento en el intervalo de tiempo deseado. El retorno del barro activado desde el clarificador hasta la entrada del tanque de aireación es la característica esencial del proceso. La capacidad de bombeo de retorno de barros debe ser grande y ello es esencial para que no se produzcan pérdidas de sólido de barro con el efluente. La razón de ello es que los sólidos tienden a formar una gruesa capa de barros en el fondo del tanque que varía de espesor de vez en cuando y que puede llegar a llenar toda la profundidad del mismo en momentos de caudal punta si fuese inadecuada la capacidad del bombeo de retorno de barros.

Por lo gral., las bombas de retorno de barro deben funcionar de manera que el caudal de retorno sea aproximadamente igual a la relación porcentual entre el volumen ocupado por los sólidos sedimentables procedentes del efluente del tanque de aireación y el volumen del líquido clarificado (sobrenadante) después de una sedimentación durante 30 minutos en un cilindro graduado de 1000 ml. Esta relación no deberá ser, en modo alguno inferior al 15%.

Otro metodo también muy usado se basa en una medida empírica conocida como indice de volumen del fango (IVF). Este indice se define como el volumen en ml ocupado por un gramo de sólido del líquido mezcla del fango activado, en peso seco, tras una sedimentación de 30 minutos en un cilindro graduado de 1000 ml. En la práctica, se obtiene dividiendo el volumen porcentual ocupado por el fango en una muestra de líquido mezcla (tomada a la salida del tanque de aireación) despues de 30 minutos de sedimentación por la concentración de sólidos suspendidos del líquido mezcla expresada en tanto por ciento.

4) Purga de Barros: Para mantener constantes el nivel de SSLM y del tiempo medio de retención celular en el sistema es preciso eliminar cierta cantidad de fango activado. Esto puede lograrse mejor, y con mayor precisión purgando el líquido mezcla directamente del tanque de aireación o de la tubería efluente de dicho tanque cuando la concentración de sólidos sea uniforme. El líquido mezcla purgado puede, a continuación, evacuarse a un espesador de fango o a los tanques de sedimentación primaria e los que sedimenta el fango y se mezcla con el primero sin tratar.

La misión del tanque de sedimentación de barros activados es separar los sólidos del fango del líquido mezcla. Se trata del último paso en la consecución de un efluente bien clarificado, estable, de bajo contenido de D.B.O. Y solidos suspendidos, y como tal, representa un punto crítico en el proceso de tratamiento de fangos activados.

Estos sólidos tienden a formar una capa de fangos en el fondo del tanque cuyo espesor variará según las circunstancias. Dicha capa puede ocupar toda la capacidad del tanque y rebosar por los vertederos en momentos de caudales punta si la capacidad del bombeo de retorno del fango fuese indecuada. Los factores a tener en cuenta en el diseño de los tanques para hacer frente a las carcterísticas citadas son:1) Tipo de tanque utilizado: pueden ser circulares o rectangulares con diámetros de 3,6 a 60 metros. Básicamente existen dos tipos de tanques circulares. Uno con clarificador de alimentación periférica y otro de alimentación central, ambos usan un mecanismo giratorio para transportar y extraer el barro del fondo. Un sistema patentado de succión, el fango se extrae por medio de una tubería con bombeo. Los tanques rectangulares deben tener dimensiones proporcionales de modo de lograr una buena distribución del flujo entrante y que las velocidades horizontales no sean excesivas. Se recomiendan que las longitudes máximas no excedan 10 veces la profundidad.

Se usan normalmente dos tipos de sistemas de extracción de barros: uno por rascadores múltiples y otro por puentes de traslación. En el rascador múltiple el mecanismo de rascado transporta el fango hasta el extremo de salida del efluente en la misma dirección que la corriente. En puente de traslación, similar a un puente grúa, se mueve apoyándose en los muros laterales y el puente aloja el sistema de extracción de fango el que consiste en un rascador y un conjunto de tubos de aspiración para bombear el fango, el cual se descarga en un canal lateral que se extiende a lo largo de todo el tanque.

13

Cálculo de instalación de sedimentación secundaria.Datos de sedimentación deducidos de un estudio de planta piloto.

SSLM (mg/l) 1600 2500 2600 4000 5000 8000

3.353 2.438 1.524 0.61 0.305 0.091

Solución:1) Construir la curva de flujo de sólidos por gravedad a partir de los datosa) Representar los datos de los ensayos de sedimentación en columnas.

c) Representar los valores del flujo de sólidos determinados en el plazo b) respecto a la concentración

b)Datos obtenidos del gráfico del punto a)

1000 4.2 4.21500 3.75 5.6252000 3 62500 2 53000 1.3 3.94000 0.6 2.45000 0.31 1.556000 0.2 1.27000 0.13 0.918000 0.094 0.7529000 0.07 0.63

Veloc. Inicial de sedim.

(m/h)

b) Utilizando la curva dibujada en el punto a), obtener los datos necesarios para desarrollar la curva de flujo de sólidos.

Concentración de sólidos X (gr/m3)

Velocidad inicial de

sedimentación Vi (gr/m3)

Flujo de sólidos

X * Vi (kg/m2)

1000 10000

0.01

0.1

1

10Grafico del punto a)

Conc. SSLM (mg/l)

Ve

loc

Se

d. In

icia

l (m

/h)

14

c) Curva del flujo de sólidos

8000 9000 10000 11000 12000

4.000 3.420 2.96 2.50 2.18

donde:

8000 9000 10000 11000 12000

2. Utilizando la curva del flujo de sólidos desarrollada en el paso 1. Determinar los valores límite del flujo de sólidos para concentraciones del fango variando entre 8000 y 12000 mg/l.

a) Utilizando el procedimiento alternativo de construcción geométrica, trazar las tangentes a la curva de flujo de sólidos en los puntos de concentración del fango del fondo deseados.

b) Preparar una tabla resumen de los valores límites del flujo (intersección en el eje Y) para las diversas concentraciones del fango del fondo.

Concentración del fango del fondo, (g/m3)

Flujo limitante de sólidos SFL (kg/m2.h)

3) Determinar la relación de recirculación necesaria para mantener la concentración de sólidos en suspensión del líquido mezcla en 4375 mg/l = (3500 mg/l)/0,8

a) La relación de recirculación necesaria puede determinarse realizando un balance de masa en el afluente al reactor. La expresión resultante es:

Q = caudal afluente (m3/s)

Qr = caudal de recirculación (m3/s)

X0 = sólidos suspendidos en el afluente (g/m3)

Xu = sólidos suspendidos en el fango de fondo (g/m3)

Suponiendo: X0 = 0 y Qr = a.Q, la expresión anterior puede expresarse como:

b) Determinar las relaciones de recirculación necesaria para las diversas concentraciones del fango de fondo.

Xw (mg/l)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0

1

2

3

4

5

6

7

Grafico del Pto c)

Conc. de solidos X (mg/l)

Flu

jo d

e s

oli

do

s (

kg

/m2

.h)

Q (X 0)+Q r (Xu)=(Q+Q r)×4375 mg/l

α⋅Q⋅Xu−α⋅(4375 mg/l )⋅Q=Q⋅(4375 mg/l )

α=4375 (mg/l )X u (mg / l )−4375 (mg /l )

donde α=relacion de redirculacion Qr /Q

15

3625 4625 5625 6625 7625a 1.21 0.95 0.78 0.66 0.57

donde:

b) Establecer una tabla de cálculo para determinar el área necesaria.

8000 9000 10000 11000 12000

4.2 3.4 2.85 2.5 2.1a 1.21 0.95 0.78 0.66 0.57

319.63 391.93 474.23 554.59 681.20

5. Determinar las cargas de superficie correspondientes a la carga de sólidos calculada en el paso 4b.

8000 9000 10000 11000 120004.2 3.4 2.85 2.5 2.1

5.70 4.65 3.84 3.29 2.68

CS = carga de superficie basada en el caudal y superficie de la planta calculados en el paso 4b.

0.7417 m/h

aa) Determinar la masa de sólidos, en el tanque de aireación.

2046.44 kg

bb) Determinar la masa de sólidos, en el tanque de sedimentación.

613.93 kg

Xu - 4375 (mg/l)

4. Determinar la superficie de espesamiento necesaria del clarificador para las diferentes concentraciones del fango del fondo y relaciones de recirculación utilizando la siguiente expresión.

SFa = flujo medio de sólidos aplicado (kg/m2.h)a = relación de recirculaciónQ = caudal (m3/s)X = concentración de sólidos suspendidos del líquido mezcla (g/m3)A = sección transversal del clarificador (m2)

a) Suponer que SFa = SFL , flujo límite de sólidos.

Xw (mg/l)

SFL (kg/m2.h)

A (m2)

Xw (mg/l)Carga de sólidos (kg/m2.h)

CSb (m3/m2.d)

6. Comprobar que se cumplen las exigencias de clarificación suponiendo que el diseño final estará basado en una concentración del fango del fondo de 10000 g/m3

a) como se muestra en el paso 5, la carga de superficie para una concentración del fango del fondo de 10000 g/m3 es igual a 3,84 m3/m2.d equivalente a una velocidad de sedimentación de:

b) En relación a la curva de sedimentación de la figura del punto a) una velocidad de 0,741 m/h correspondería a una concentración de sólidos de 4700 mg/l dado que la concentración de sólidos en la interfase estará por debajo de este valor, el área para la clarificación parece conservadora.

7. Estimar la profundidad necesaria para el espesamiento. Suponer que la profundidad mínima permisible en la zona clarificada del tanque de sedimentación se establece en 1,5 m.

a) Estimar la profundidad necesaria de la zona de espesamiento. Suponer que bajo condiciones normales, la masa de fango retenida en el tanque de sedimentación secundaria es igual al 30% de la masa del tanque de aireación y que la concentración media de sólidos en la zona de fango es aproximadamente 7000 mg/l.

== 1000CSSFV

i

SFa=(1+α )×(QX )×(3600 s /h )

A×103 (g/kg )

Solidosen tan que deaireacion=Volreactor×Conc . sol .liq .mezcla=

Solidosen tanque dese dimentacion=0,3×Sol . en tanque sedim .=

16

613.93 kg

donde:d : profundidad en la zona de fangoA : área superficial del clarificador

despejando d queda: d = 0.18 m

aa) Estimar los sólidos producidos bajo las condiciones indicadas utilizando la ecuación siguiente:

0.32Q = 1822.31

1,5 x 285 = 427.5 mg/lS = 15 mg/l

368.14 kg/dia

736.27 kg

STS + Px = 1350.20d = 0.41 m

c) Estimar la profundidad total necesaria.Profundidad = 1,5 + 0,41 = 1.91 m

adopto d = 2.00 m

8. Comprobar la carga de superficie en condiciones de caudal punta.a) El caudal punta es:

4555.78

b) La carga de superficie en condiciones de caudal punta es:

9.61

9. Tabla ResumenItem Valor Unidades

Area Superficial 474.23Profundidad 2.00 m Tiempo de detención h

cc) Determinar la profundidad en la zona de fango en el tanque de sedimentación usando la siguiente relación

b) Estimar la capacidad de almacenamiento necesaria en la zona de fango suponiendo que el exceso de sólidos debe almacenarse en el tanque de sedimentación en condiciones de caudal punta a causa de las limitaciones existentes en las instalaciones de tratamiento de fangos. Suponer que el caudal de punta sostenido durante dos días, de valor 2,5 Qmedio y que la carga punta de DBO sostenida durante siete días, de valor 1,5 DBOmedio se produce simultáneamente. Suponer también que el exceso de sólidos debe almacenarse en el tanque de sedimentación secundaria en condiciones de caudal punta a causa de las limtaciones existentes en las instalaciones de tratamiento de fango.

Yobs =

m3/dS0 =

Px =

bb) Dado que el caudal punta se mantiene por dos días, los sólidos totales en ese período alcanzan la cantidad de:

Px =

cc) Calcular la profundidad necesaria para el almacenamiento de fango en el tanque de sedimentación. Suponer que los sólidos totales del tanque de sedimentación son ahora: 209,90 kg (92,54 + 117,36)

Qp = 2,5 x Q = m3/d

m3/m2.d

m2

Solidosen tanque dese dimentacion=0,3×Sol . en tanque sedim .=

A (m2)×d (m )×7000 (g/m3 )103 (g /kg )

=

Px=Y obs×Q×(S0−S )× (103 g /kg )−1

Carga de superficie punta=Qr

A=

17

Sólidos suspendidos en el líquido mezcla 4375 mg/lFlujo limitante de sólidos 2.85Carga de superficieMedia 3.84Punta 9.61

kg/m2.h

m3/m2.dm3/m2.d

18

Tratamiento de BarrosDigestión Anaerobica

1- Producir un barro digerido inofensivo apropiado para su posterior disposición.2- Reducir el volumen de barros.3- Producir un barro más facil de deshidratar.

El tratamiento y evacuación de fangos se hara mediante digestores anaerobicos de dos fases.

- Volumen por habitante- Reducción de volumen- Definición de factores de carga

Cabe acotar que este método lo utilizamos por no tener los suficientes datos disponibles.

Fango Humedo Volumen Requerido

Tipo de PlantasSólidos Secos

[m³/hab/dia][kg/hab/dia]

Primaria 0,0544 5 0.0010

0.0810 4 0.0020

0.0860 3 0.0028

4449 hab

Tiempo de retención adoptado: 45 dias

###

Determinación del Volumen del Digestor:

489.42 m³

Dimensiones para 2 Digestores

adopto h = 8 m

La digestión anaerobica es un proceso biológico por el cual se descompone la materia orgánica en ausencia de oxígeno.Se utiliza este proceso para el tratamiento de los barros separados del líquido cloacal en la sedimentación primaria y de los separables del líquido cloacal como consecuencia del tratamiento biológico aerobico del mismo (lecho percolador, barros activados).En ausencia de aire, procesos bacterianos anaerobicos permiten descomponer la materia orgánica del barro cloacal produciendo gases líquidos y un barro digerido, que puede decidratarse fácilmente y disponerse mejor que el barro crudo original.Los objetivos a lograr con la digestión anaerobica son los siguientes:

4- Lograr una suficiente estabilización de los sólidos con producción de un material con posible valor como mejorado de suelos y tambien de gases útiles.

La digestión de barros, en terminos generales, es un proceso anaerobico en el cual la materia orgánica del mismo es licuada, gasificada, mineralizada y transformada parcialmente en materia orgánica más estable con características de humus.

Para el cálculo de digestores (volumenes necesarios) existen métodos racionales y métodos empíricos. En estos podemos citar los siguientes:

Para nuestro proyecto adoptaremos el método empírico de volumen por habitante, el cual se basa en lo siguiente:

Porcentaje de Sólidos

35 - 45 Días de Retención

Met. de los 10 Estados0.036

m³/hab0.087

m³/hab

0,00560,0840

Primaria + Filtro Percolador

0.07 m³/hab0.09 m³/hab

0,1120,140

Primaria + Fangos Activados

0.10 m³/hab0.12 m³/hab

0,1120,168

La población en cuestión es P20años =

Volumen requerido por habitante Vd:

VD = P20años × Vd =

19

Area Sup. = 30.6 m2

entonces D = 6.2 madopto D = 6.5 m

20

El tratamiento y evacuación de fangos se hara mediante digestores anaerobicos de dos fases.

21

CALCULO DE LA PLAYA DE SECADOSuperficie Requerida:

Tipo de Tratamiento Lechos Descubiertos Lechos Cubiertos

Primario Digerido 0,09 a 0,14 m²/hab 0,07 a 0,09 m²/hab

0,16 a 0,23 m²/hab 0,11 a 0,14 m²/hab

0,18 a 0,23 m²/hab 0,11 a 0,14 m²/hab

Datos:Caudal: Q = ###Población a 20 años: 4449 habProcedencia del barro: Sedimentador primario mas lecho percoladorSuperficie unitaria requerid 0.20 m²/hab

Resolución:Superficie total: 889.85 m²

Número de unidades: N = 2

Superficie de cada playa:444.92 m²

Ancho de la playa:Se adopta B = 20.00 m

Longitud de la playa:22.25 m

23.00 m

Primario y Lecho Percolador Digerido

Primario y Barros Activados Digeridos

P20 =

Sr =

Adopto Lplaya =

Sup Total=Sr×P20=

Sup Playa=SupTotal

N=

Lplaya=Sup Playa

B=

22

PLANTA DE TRATAMIENTO CON LAGUNAS DE ESTABILIZACION

Cálculo de las Lagunas Anaerobicas (primer parte del proceso)Parámetros de Diseño (Según Metcalf -Eddy)

Característica IntervaloPeríodo de retención (días) 20 - 50

Profundidad (m) 2,5 - 5,0Eficiencia de eliminación DBO (%) 50 - 85

Datos:Caudal a tratar: Q = 21.09 l/seg 1822.3104DBO afluente DBOaf = 280 mg/l 25.0 kg/dCarga orgánica Superficial: CO = 300 kgDBO/ha.dProfundidad: h = 3.0 m

Superficie total de las lagunas:1.70 Ha

Volumen total de las lagunas51024.7 m³

Período de retención28.00 dias

Número de lagunas a construir:N = 4 unidades

Volumen de cada lagunaVol = 12756.2 m³

Superficie de cada lagunaS = 0.43 Ha

DBO del efluente:Se supone una eficicencia en la eliminación: Efic = 60.0%

112 mg/l

Dimensiones de las Lagunas AnaerobicasVolumen Vol = 12756.2 m³Profundidad h = 3.00 mTalud interno (m.h:v) m = 3Revancha: h' = 0.20 mNivel muerto h'' = 0.30 mRelación Longitud / Ancho L/B = 3

b = 15.00 mht =h' + h'' + h = 3.50 mB =b + 2m×ht = 36.00 mL = L/B × B = 108.00 m

Linf = L - 2m×ht = 87.00 mSinf = b × L = 1305.00 m²

Ssup = B × Lt = 3888.00 m²

Volumen para una unidad:

8686.4 m³

Vol total para las cuatro unidades: Vol Total = ### (ver plano CAD)

Se proyecta una planta de tratamiento con lagunas anaerobicas seguidas de lagunas facultativas.(Sistema Convinado)

m3/d

DBOefl = (1-Efic.) × DBOafl =

SupTotal=Q×DBO

CO=

Vol Total=SupTotal×h=

t=Vol Total

Q=

VolTotal =( ht3 )×[ (Sin+S sup )+√S sup×S inf ]=

23

Cálculo de Lagunas Facultativas (segunda parte del proceso)Caudal a tratar Q = 1822.31Sólidos suspendidos en el afluente: SSA = 60 mg/lDBO afluente: DBO = 112 mg/lTº del líquido en verano tº = 25 ºCTº del líquido en invierno tº = 15 ºCCtte de eliminación ko = 0.25 20 ºCCoef. de Temperatura C = 1.06Profundidad h = 3.00 mFactor de dispersión d = 0.5Eficiencia de eliminación del DBO Efic = 80%

Calculo de ktS/So = 20% vamos a fig 10.44 (Metcalf - Eddy) Kt = 2.4

Correccion de K por Temperatura

a) Invierno K = 0.187b) Verano K = 0.335

Tiempo de Detención

a) Invierno t = 12.85 db) Verano t = 7.17 d

VOLUMEN TOTAL DE LAS LAGUNASa) Invierno Vol Total = ###

b) Verano Vol Total = ###

Las condiciones presentes en invierno dominan el diseñoVol Total = ###

Superficie total de las lagunas0.78 Ha

Número de Lagunas a construirN = 2

Volumen de cada Laguna:Vol = ###

Superficie de cada Laguna:S = 0.39 Ha

Carga de superficie aplicada:261.54 kg DBO/ Ha.d

DBO del efluenteEficiencia de la eliminación

80%

22 mg/l

DIMENSIONES DE LAS LAGUNAS FACULTATIVASVolumen Vol = ###Profundidad h = 3.00 mTalud (M.h : v) m = 3Revancha h' = 0.20 mNivel muerto h'' = 0.30 mRelación Longitud / Ancho L/B = 3

Cálculo del volumen de cada unidadb = 15.00 m

ht =h' + h'' + h = 3.50 mB =b + 2m×ht = 36.00 mL = L/B × B = 108.00 m

Linf = L - 2m×ht = 87.00 mSinf = b × L = 1305.00 m²

Ssup = B × Lt = 3888.00 m²Volumen para una unidad:

8686.4 m³

m3/d

d-1 tº =

d-1

d-1

K=K o×C(t−to)

SupTotal=VolTotal

h=

Csa=Q×DBOafl

SupTotal=

Efic=1−( SSo )=

DBOefl=(1−Efic )×DBOafl=

t=KtK


24

Vol total para las dos unidades: Vol Total = 17372.9 m³


25

VERIFICACION DEL OXIGENO DISUELTO EN EL RÍO

Se considera:Qrio = 90

O.D.río = 10 mg/lQe = 0.0211

ECUACION DE EQUILIBRIO

La D.B.O. Del efluente es:0.090 kg/m³

Donde :A = Superficie total de lagunas facultati 0.78 Ha

209.23 kg DBO/ Ha.d89.6 mg/l

0.010 0.008

Se debe verificar el oxígeno disuelto (O.D.) en el río luego de ser vertidas las aguas provenientes de las lagunas facultativas, para saber si se produce contaminación

m3/seg

m3/seg

Se pretende que el O.D. Final del río luego de vertidas las aguas sea de 8 mg/dm3 o mas.

CSR = Carga orgánica removida =D.B.O.e =

Finalmente el O.D.final = kg/m3 > kg/m3 Verifica

Qe

DBOe

Qrio

OD1

Qrio+Qe

OD2

Qe×D .B .O .e+Qrio×O . D .rio=(Qe+Qrio )×O . D . final

O .D . final=Qe×D . B .O .e+Q rio×O . D .rioQe+Qrio

SA=A×CSR

Qe

=

26

CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA

VERTEDEROS DE SALIDA DE LAS LAGUNAS ANAEROBICAS

Se colocarán 2 salidas c/vertederos por laguna

Nº de Lagunas Anaerobicas 4 Salidas por laguna: 2

Q= caudal afl + Q" = 0.30 m/semana (Recomendación Metcalf-Eddy Q" = 0.30 m/sem

Q afl. normal por salida: Q' = 0.0026 m3/s = 227.79

Superficie de c/laguna: S = 0.43 Ha 4252.06Q" = 0.0021 m3/s = 182.23

Caudal de calc. salida: Q = 0.0047 m3/s = 410.02

Para un vertedero triangular se tiene

Número de vert. por salida: Nº = 2.00

Q por vertedero: q = 0.0024

Tirante del vertedero : h = 0.08 m

DISEÑO DE LOS VERTEDEROS DE LA SALIDA

Revancha: r = 0.10 mLong. de c/vertedero: Lv = 0.36 mSep. entre vertederos: a = 1.00 m

PÉRDIDA DE CARGA EN LAS SALIDAS

Se considera: 2.5 * h

0.19 m

CANAL DE ENLACE ENTRE LAGUNAS

Se construirá un canal de sección rectangular

CÁLCULO DE UN CANAL DE SECCIÓN RECTANGULAR

Caudal de cálculo: Qc = 0.0047

Ancho : b = 0.30 mTirante : h = 0.10 m ht 0.20 mPendiente : So = 0.002Número de Manning : n = 0.016

Sección transversal : A = 0.0300

CALCULO DEL PERFIL HIDRAULICO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE LIQUIDOS CLOACALES CON LAGUNAS DE ESTABILIZACION

m3/d

m2

m3/d

m3/d

m3/s

DH =

DH =

m3/s

m2

q=1,4×h2,5

27

Perímetro mojado : P = 0.50 mRadio hidráulico : R = 0.06 mVelociad media : V = 0.43 m/sCaudal : Q = 0.013 VERIFICA Q

PÉRDIDA DE CARGA EN EL CANAL:

Longitud del canal: L = 30.00 mPendiente: So = 0.002Pérdida de carga: 0.06 m

CÁLCULO DE LAS COTAS EN EL PERFIL HIDRÁULICO

TUBERÍA AFLUENTE

Cota terreno natural TN = 10.00 mCota intradós tubería CI = 9.80 m Tapada = 0.20 m

REJAS

Cota sup. libre entrada SLe = 9.65 m Revancha = 0.15 mCota de fondo CFR = 9.47 mCota sup. libre salida SLs = 9.65 m

TUBERÍA REJAS-DESARENADOR

Cota intradós entrada CIe = 9.65 mCota intradós de salida CIs = 9.42 m

DESARENADOR

Cota sup. libre SL = 9.42 m (rev = 0.20 m)Cota de fondo CFD = 8.87 mCota SL canal colector SLC = 9.30 mCota fondo canal colector CFC = 9.15 m

CANAL DESARENADOR - LAGUNA ANAEROBICA

Cota SL entrada SLe = 9.30 m (rev = 0.20 m)Cota fondo entrada CFe = 9.20 mCota SL salida SLs = 9.24 mCota fondo salida CFs = 9.14 m

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ANAERÓBICAS

Cota SL laguna 8.94 m revancha = 0,20 mCota de fondo laguna 5.64 m ht = 3,5 mCota SL canal colector SLC 8.84 mCota fondo canal colector CFC 8.64 m h = 0,2 m

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN FACULTATIVAS

Cota SLcanal entrada SLC 8.78 m

m3/s

DH =

DH = 0,10 m

28

Cota fondo canal entrada CF 8.58 mCota SL laguna 8.28 mCota de fondo laguna 4.98 mCota SL canal colector SLC 8.03 mCota fondo canal colector CFC 7.83 m ht = 0,20 m

DH = 0,30 m

DH = 0,25m

tp7

Documents