TRATAMIENTO DE AGUAS

TRATAMIENTO DE AGUASDISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

1.- OBJETO: -Establecer criterios para el diseo para las unidades de pre tratamientos y acondicionando previo, tanque, aireador, desarenador, canal Parshall, mezclador rpido, floculacin, sedimentacin, filtracin, tanque de reposo, cloracin, para sistemas de abastecimiento de agua rural.2.-APLICACIN: Del presente diseo ser en sistemas rurales y pequeas localidad como distritos y centros poblados.

3.-CONSIDERACIONES GENERALES.

3.1.-Retratamiento y acondicionamiento previo.- El sistema de pre tratamiento es una estructura auxiliar que debe preceder a cualquier sistema de tratamiento. Esta estructura persigue principalmente los objetivos de reducir los slidos en suspensin de distintos tamaos que traen con sigo las aguas.La mayora de las fuentes superficiales de agua tiene un elevado contenido de materia en estado de suspensin, siendo necesaria su remocin previa, especialmente en temporadas de lluvia.

Los procedimientos de separacin del material muy grueso se realizan o estn relacionados en las captaciones. Se considera como pre tratamiento y acondicionamientos previos en una planta a unidades como aireacin, desarenador, canal parshall, mezclador rpido, floculador, y sedimentador.

En estas unidades se considera que las partculas de diferentes tamaos se comportan como partculas discretas o aisladas. 3.2.-Informacin bsica para el diseo.

a.- Caudal del diseo.- Las unidades en una planta de tratamiento sern diseadas para el caudal mximo diario.

b.- Calidad: El agua residual ser tratado teniendo en cuenta todos los parmetros fiscoquimicos, biolgicos y bacteriolgicos.c.- Caractersticas del clima: Variaciones de temperatura y rgimen de lluvias.3.3.-Estudio de campo:a) Estudios de fuentes: Aguas servidas de la poblacin del distrito de Acora.

b) Zona de ubicacin: Provincia de Puno; departamento de Puno.c) coordenadas UTM: 19L/15 53' 25"de latitud sur y 69 33' 52" de longitud oeste, a una altitud comprendida de 3,825 m.s.n.m.d) Anlisis del suelo: Suelo arcilloso.

e) Anlisis de la calidad del agua: Agua servida.

3.4.- Alternativas de pre tratamiento, tratamiento y acondicionamiento previo:

La seleccin de los procesos depender de la calidad del agua, los riesgos sanitarios involucrados, y la capacidad del distrito. 3.5.- Anlisis de la calidad de agua de la fuente: Los anlisis requeridos para la seleccin de un sistema de tratamiento deben basarse como mnimos, en los siguientes parmetros bsicos de la calidad del agua.

- E. Coli, se acepta como alternativa de las bacterias coliformes fecales.

- Turbiedad.

En aquellos lugares donde se tenga evidencia de la existencia de sustancias nocivas o metales pesados se debern exigir los anlisis respectivos.

3.6.- anlisis de riesgo y vulnerabilidad de instalaciones:Las instalaciones de tratamiento deben de ser diseadas bajo un anlisis de riesgo o vulnerabilidad ante situaciones de desastres naturales y/o condiciones del entorno local a fin de proteger la infraestructura y el servicio de agua desage y alcantarillado a la poblacin.

a) Anlisis de riesgo.- los diseos se deben contemplar los riesgos que conllevan las amenazas mas frecuentes de fenmenos naturales y otros predominantes en la zona: lluvias, sequas, sismos. Etc. Principalmente en cuanto a su ubicacin.b) Vulnerabilidad.- De las estructuras e instalaciones a:

Crecidas e inundaciones.

Periodos de sequa.

Contaminacin a la fuente.

Intensidad y magnitud de los sismos.

Erosin.

CONSIDERACIONES GENERALES DEL DISEO

El objetivo bsico del diseo de una planta de purificacin de agua es el de integrar, de la manera ms econmica, los procesos y operaciones de tratamiento para que cuando sea operada adecuadamente, pueda proveer sin interrupcin del caudal del diseo y satisfacer los requerimientos de calidad del agua. Por lo tanto la planta de purificacin debe tener mxima confiabilidad y flexibilidad, mnima operacin y mantenimiento, y solamente los controles e instrumentacin indispensables.

Las condiciones locales predominantes determinan la importancia de los factores previamente mencionados y su incidencia en cada diseo en particular. En general se recomienda tener en cuenta, entre otros, los siguientes preceptos de diseo: No existe un problema tpico de diseo de una planta de purificacin. En la prctica los proyectos varan desde una pequea adicin a un sistema existente hasta el diseo de un sistema completo. Aunque la planta de tratamiento juega, en muchos casos el papel primordial en el mejoramiento de la calidad del agua.

El ingeniero diseador debe familiarizarse con todas las normas, leyes y requerimientos oficiales aplicables al proyecto.

El tipo de tratamiento depende de la calidad de la fuente de suministro y de la calidad deseada en el agua producida. Por lo tanto, una informacin adecuada sobre la fuente es prerrequisito del diseo.

Cuando no existe informacin suficiente sobre el tratamiento de aguas servidas, adems de un programa de muestras y anlisis, debe recogerse informacin proveniente de plantas en operacin de fuentes semejantes en el rea.

En la seleccin del periodo del diseo de los componentes de la planta se debe tener en cuenta la vida til de la estructura y el equipo, la fabricacin de expansin, la tasa de crecimiento del rea de servicio, etc.

Para la localizacin de la planta se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: rea futura de servicio, costo bajo del terreno, ubicacin con respecto a la laguna de stabilizacion, topografa, disponibilidad de energa elctrica, facilidades de acceso, facilidad de disposicin de residuos, actitud de la comunidad, defensa civil, belleza natural y paisajstica.DISEO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESEn el diseo de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales buscamos combinar eficiencia y economa de los procesos de tratamiento mediante procesos que requieren de muy poca energa elctrica, bajos costos operacionales, operacin, facilidad en la operacin y el mantenimiento y alta eficiencia del proceso, debido a que utiliza un proceso anaerobio basado en un sistema Imhoff modificado y un proceso aerobio mediante un filtro o percolador biolgico. Este sistema es una de las mejores alternativas para los municipios Peruanos, ya que est en concordancia con la realidad econmica de la regin, debido a que no requiere altos costos de operacin y adems permite utilizar operadores con bajo grado de escolaridad, debido a su gran facilidad en la operacin.El diseo propuesto para la Planta de Tratamiento de Aguas Polutas o Residuales cumple con los siguientes principios ambientales:a) El concepto de sostenibilidad en cuanto al ciclo del agua reconociendo su importancia para la vida humana, la produccin de alimentos y la Pesca.

b) Justicia social en cuanto a la equidad con respecto al uso del recurso hdrico para todas las clases sociales. Es decir brindarle a la poblacin que depende directamente del agua del ro, la oportunidad de disfrutar de una mejor calidad de agua, bsica para sus cultivos, bebederos de animales y uso humano

c) Un menor uso de energa elctrica, la cual es costosa en nuestro pas

d) Depuracin del agua y reciclaje de la materia orgnica (abono a partir de los lodos orgnicos)

e) Eliminacin de la transferencia de problemas en el espacio, el tiempo y las futuras administraciones municipales, as como a la poblacin en general

f) Eliminacin o reduccin en la degradacin de los recursos hdricos y del suelo a largo plazo.

g) La integracin de las actividades humanas preferentemente dentro de los ciclos hidrogeolgicos, es decir, ayudar a la naturaleza a su pronta biodegradacin de la materia orgnica, depuracin de las aguas, recuperacin de suelos y saneamiento de los ecosistemas.

ETAPAS DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL

El tratamiento del agua se ha dividido en cuatro etapas:Tratamiento Primario: Consiste bsicamente en una etapa preliminar como lo es la medicin del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales flotantes o pesados que comnmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la eficiencia del tratamiento tales como plsticos, papeles, arenas y dems slidos no orgnicos, que solo ocasionan daos al proceso. Los residuos que realmente interesan para el proceso son los de tipo orgnico (heces fecales, residuos de alimentos, etc). Estos son:

a) Medicin de caudal (Canaleta Parshall)

b) DesarenadoTratamiento Secundario: Consiste en la biodegradacin de la materia orgnica a travs de la combinacin de procesos anaerobios y aerobios para que se generen las bacterias responsables de realizar la descomposicin y asimilacin de los nutrientes provenientes del agua residual y consecuentemente la reduccin de la contaminacin (medida como DBO y DQO). Estos son:a) Tanque imhoff modificado (Proceso Anaerobio)

b) Tanque de aireacin

c) Filtro percolador aerobio (con recirculacin)Tratamiento Terciario: Consiste en acondicionar el agua para las condiciones ideales para que se desarrolle la vida acutica superior (peces, tortugas, ranas, etc) y pueda ser aprovechada por el hombre para sus cultivos, ganadera, recreacin, aseo, alimentacin y dems usos del hogar.a) Desinfeccin con Perxido de Hidrgeno (H2O2)

b) Aireacin final (en graderas)Tratamiento de lodos: Consiste en acondicionar la recepcin, filtrado, secado y acondicionamiento de los lodos con el fin de evitar que stos contaminen de nuevo el agua depurada o la fuente hdrica en forma directa o indirecta. A travs de este tratamiento se hace posible el aprovechamiento de los lodos para la agricultura. Estos son:c) Lecho de secado

d) Recirculacin de lixiviados (al desarenador)

e) Compostaje.

Ejemplo representativo para una planta de tratamiento de aguas residuales.AIREACIN

En purificacin y tratamiento de aguas se entiende por aireacin al proceso mediante el cual el agua es puesta en contacto ntimo con el aire con el propsito de modificar las concentraciones de sustancias voltiles contenidas en ella. En resumen, es el proceso de introducir aire al agua.

Las funciones ms importantes de aireacin son:

Transferir oxgeno al agua para aumentar en OD.

Disminuir la concentracin de CO2.

Disminuir la concentracin de H2S.

Remover gases como metano, cloro y amoniaco.

Oxidar hierro y manganeso.

Remover compuestos orgnicos voltiles.

Remover sustancias voltiles productoras de olores y sabores.

En tratamiento de aguas residuales la funcin ms comn del sistema de aireacin es la de transferir oxgeno al lquido, a las tasas requeridas para que el oxgeno no limite la utilizacin de la materia orgnica y las funciones metablicas de los microorganismos. La aireacin representa una de las operaciones de uso ms intenso de energa en los sistemas de tratamiento, mediante equipos de aireacin difusa, equipos de turbina y aireadores mecnicos.

En purificacin de aguas se agrega oxgeno mediante aireacin para la remocin de hierro y manganeso principalmente. En plantas de ablandamiento se utiliza la aireacin para remover el CO2 antes de ablandar con cal. Aunque tambin se usa la aireacin para la remocin de olores y sabores causados por sustancias voltiles en el agua, en la mayora de los casos la aireacin es poco efectiva en la solucin de dichos problemas.

La aireacin cumple sus objetivos de purificacin del agua mediante arrastre o barrido de las sustancias voltiles causado por la mezcla turbulenta del agua con el aire y por el proceso de oxidacin de los metales y los gases.

El agua aireada es ms agradable al paladar; la aireacin reduce el nivel de CO2 hasta unos 4,5 mg/L, pero la corrosin slo se previene si la alcalinidad del agua excede de 100 mg/L.

Los principales aireadores, utilizados comnmente en la purificacin de aguas de pozos, son de los de toberas, cascadas, canales inclinados y aireadores de bandejas. En aguas residuales se utilizan aireadores por difusores y aireadores mecnicos superficiales o sumergidos.

FUNDAMENTO: Todo soluto tiende a difundirse en una solucin hasta que la composicin se hace homognea. La tasa a la cual un soluto se difunde a travs de un rea transversal uniforme depende de su tamao y forma molecular as como la gradiente de concentracin de las sustancias.

Una sustancia se mueve espontneamente de una zona de alta concentracin a una zona de baja concentracin, por lo tanto, la concentracin de las sustancias voltiles en el aire y en el agua, as como la concentracin de saturacin, son factores que controlan la tasa a la cual se efectuar el intercambio. Como las temperaturas altas aumentan la volatilidad de los compuestos y disminuyen su valor de saturacin, la aireacin, para la remocin de sustancias voltiles, es ms eficiente en aguas clidas que fras.

A la vez, la remocin, por aireacin, de gases como el H2S, CO2 y NH3 es funcin del pH del agua.

AIREADORES EN VERTEDERO: En este tipo de aireadores el agua se deja caer, en lminas o capas delgadas, sobre uno o ms escalones de concreto. El aireador de cascada produce una prdida de energa grande, pero es muy sencillo. Algunos autores como Overman sealan que con una cascada de 40 cm de profundidad de suministro se puede airear 9000m3/d de agua con remociones del 50 60% de CO2.

El aireador de cascada se disea como una escalera; entre ms grande sea el rea horizontal ms completa es la aireacin. La aireacin ocurre en el rea de salpicamiento en forma similar a la que ocurre en un ro turbulento; por ello se acostumbra colocar salientes, bloques o vertederos con los extremos de los escalones.

La carga hidrulica de estos aireadores puede ser de 10 30 L/s.m2 u 864 2592 m/d, donde la carga hidrulica es la relacin entre el caudal aplicado y el rea horizontal del aireador; la altura de los escalones, de 20 40 cm, y la altura total, de 1 3 m.

La aireacin en vertedero es factible cuando existe suficiente energa disponible, en ese caso el sistema es econmico, no se requiere energa adicional y el mantenimiento es sencillo. El sistema de aireacin con vertederos es ms eficiente. Es posible mejorar la aireacin creando turbulencia, mayor relacin de rea/volumen.

En un vertedero la aireacin ocurre durante la formacin de la capa agua aire en la cresta del vertedero en cada libre. La transferencia de gases se mejora por enfriamiento y salpicamiento en la superficie inferior de agua.

La aireacin se efecta mediante cadas de agua en escaleras, cascadas, chorros y tambin aplicando el gas a la masa de agua mediante aspersin o burbujeo.

Se usa en la remocin de hierro y manganeso, as como tambin de anhdrido carbnico, cido sulfhdrico y sustancias voltiles, para controlar la corrosin y olores.

DESARENADORTiene por objeto separar del agua servida la arena y partculas en suspensin gruesa, con el fin de evitar se produzcan depsitos en las obras de conduccin, proteger las bombas de la abrasin y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. El desarenado se refiere normalmente a la remocin de las partculas superiores a 0,2 mm.

Diseo del desarenador

ComponentesEsta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas.

a) Zona de entradaTiene como funcin el conseguir una distribucin uniforme de las lneas de flujo dentro de la unidad, uniformizando a su vez la velocidad.

b) Zona de desarenacin

Parte de la estructura en la cual se realiza el proceso de depsito de partculas por accin de la gravedad.

c) Zona de salida

Conformada por un vertedero de rebose diseado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada.

d) Zona de depsito y eliminacin de la arena sedimentada

Constituida por una tolva con pendiente mnima de 10% que permita el deslizamiento de la arena hacia el canal de limpieza de los sedimentos.

Criterios de diseo

- El periodo de diseo, teniendo en cuenta criterios econmicos y tcnicos es de 8 a 16 aos.

- El nmero de unidades mnimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En caso de caudales pequeos y turbiedades bajas se podr contar con una sola unidad que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento.

- La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequea para causar menor turbulencia y arrastre de material (Krochin,V=1m/s).

- La llegada del flujo de agua a la zona de transicin no debe proyectarse en curva pues produce velocidades altas en los lados de la cmara.

- La sedimentacin de arena fina (d

7.- El rea de flujo para una velocidad de paso de 1,5cm/s es:

( Entonces el rea tendr 7 orificios de 10cm por 10cm.

8.- Longitud del vertedero de salida:

( Para floculo de alumbre de 2L/s.m

C2 = a2+b2

C2 = 0,8342 + 102

C = 10,034

(

a`=3m

L = 10,034

e = 5cm

Si a = 3,76

a` = 3m

L = 10,03m

e = 5cm( 90 ---------- 100%

X ----------- 2%

X = 18

de una parte de L = 11,29/10 = 3,129m

CLCULOS PARA EL DISEO DEL FILTRADOR:

La filtracin de la arena se utiliza con frecuencia y mtodo muy robusto para separar los slidos suspendidos del agua. La filtracion media consiste en una capa mltiple de la arena con una variedad en tamao y gravedad especfica. Los filtros de arena se pueden proveer en diversos tamaos y ambos pueden ser manejados manualmente o de forma totalmente automatica.Aplicaciones para la filtracion de arena:

Preperacion de agua fria

tratamiento de aguas residuales

Produccion de agua potable

Filtracion en piscinas

Pre Filtracion para sistemas de membran

HYPERLINK "http://www.lenntech.com/rosmosis.htm" a

Filtracion de agua gris o de superficieCALCULOS: ( Ley de Darcy

V=K

V=velocidad superficial

h = prdida por friccin

L = profundidad de carga en el lecho

K = coeficiente de permeabilidad

( Para el filtro lento:

rea superficial del grano:

-( tabla 6,5 de libro tratamiento de aguas residuales

De la ecuacin:

De la ecuacin

(

( Aplicando la ecuacin de Rose:

TANQUE DE REPOSO

El tanque de reposo tiene un motor hidrulico para la mezcla total y aireamiento:

Las dimensiones son de 10 X 10 X 10.

ANEXO N 3

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