ciudadela de paz- ptar 3 lps memcalc

ALVARO FERNANDO LARA ZAMBRANOINGENIERO CIVIL

MIGUEL HORACIO ROBLES GUERREROINGENIERO CIVIL

3. CÁLCULOS Y DISEÑOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

DE AGUAS RESIDUALES

3.1 NORMATIVIDAD.

Todos los cálculos y diseños contemplados en este aparte

estarán regidos por las recomendaciones dadas en el

REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE SANEAMIENTO

Y AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO – RAS 2000

(Resolución 1096 del 17 de noviembre de 2000, emanada del

Ministerio de Desarrollo Económico de la República de

Colombia).

3.2 CONSIDERACIONES GENERALES

3.2.1 ORIGEN Y FUENTES DE PRODUCCIÓN

Las aguas afluentes a la planta provendrán únicamente del

alcantarillado sanitario de la Urbanización Ciudadela de Paz,

ubicada en la vereda El Diamante del Municipio de Santa Rosa

del Sur, y por tanto no se considerarán caudales excesivos por

avenencia de aguas lluvias. Así mismo, dado que no se ha

construido la mencionada urbanización, se adoptaron las

características físico-químicas típicas de aguas residuales

domésticas.

3.2.2 DEFINICIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA URBANIZACIÓN CIUDADELA DE PAZ



De acuerdo con la información existente sobre la Urbanización

Ciudadela de la Paz, la proyección de crecimiento no se

consideró y la población adoptada es la resultante de aplicar

al número de familias que hacen parte de ella un promedio de

4.21 Hab. / vivienda

Así las cosas, la población establecida es de:

De acuerdo con la población establecida el nivel de

complejidad es bajo, pero, dadas las características

socioeconómicas de la población de la Urbanización Ciudadela

de Paz y de cuerdo con el numeral RAS A.3.3 se modifica

dicho nivel de complejidad y se estima conveniente establecer

para el presente proyecto un nivel de complejidad medio

(2.501 - 12.500 hab. A.3.1. - RAS 2000).

3.2.3 PERIODO DE DISEÑO

El periodo de diseño a tener en cuenta dentro de los

estimativos de población, y por consiguiente de caudal, será

de 20 años.

3.2.4 ESTIMACIÓN DE LOS CAUDALES DE DISEÑO

De acuerdo con lo establecido en el numeral D.3.2 RAS 2000, la dotación neta debe tomarse como 130.00 L / Hab. / Día.




Se adoptó un valor de

Hay que aclarar que en el tratamiento de Seguridad existe

una Caja Rebose de Seguridad que asegura la entrada de los

3 LPS al sistema de tratamiento, ya que se trata de un

sistema combinado y se verá afectado en el periodo de

invierno.

3.2.5 CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES.

En consideración a que la planta se diseñará para el

tratamiento exclusivo de las aguas residuales domésticas,

para efectos del diseño se tomarán los valores típicos de

éstas:

DBO = 400 mg / L

DQO = 1.000 mg / L

SS = 500 mg / L

SST = 1.200 mg / L

3.2.6 SISTEMA DE TRATAMIENTO.




Conforme a lo expuesto anteriormente, se seleccionó una

planta de tratamiento basada en un sistema que resulte

económico tanto en la etapa constructiva, como en la etapa

operativa, y que igualmente brinde una efectividad

importante en el proceso de descontaminación.

En general, se han tenido en cuenta algunas variables,

además de las físicas ya estimadas, otras tales como

Temperatura promedio del medio ambiente, características

físicas y topográficas para la localización de la Planta, para la

selección del sistema de tratamiento, compuesto por cada

uno de los componentes descritos brevemente a continuación:

3.2.6.1 PRETRATAMIENTO: Dentro de esta etapa se contempla un

canal de recepción provisto con una rejilla para cribado de

material grueso, se proyecta posteriormente una estructura

para desarenado por flujo horizontal, con una cámara inicial

que permita actuar como trampa de grasas, e igualmente un

sistema de aforo de caudal afluente, compuesto por una

canaleta Parshall.

3.2.6.2 BOMBEO Y EVACUACIÓN DE EXCESOS: Un equipo

compuesto por dos bombas alimentará el reactor anaeróbico

desde un pozo de succión, el cual estará dotado de un rebose

con el fin de disponer las aguas de exceso que lleguen a la

Planta.

3.2.6.3 REACTOR ANAERÓBICO DE FLUJO ASCENDENTE (UASB):

El tratamiento y purificación de aguas se hace en tanques de

diferentes tipos y formas, en condiciones de control diversas.




Las transformaciones biológicas y químicas, que ocurren en

dichos reactores, por lo general se concretan en la formación

de un floc biológico o químico que se separa económicamente

en un tanque de sedimentación.

Dentro de un reactor, una sustancia puede reaccionar de

diferentes maneras, La sustancia es transportada al reactor

por el flujo afluente y extraída por el flujo efluente. El

transporte por convección o advección propaga la sustancia

por el movimiento del flujo; la dispersión disemina la

sustancia en el reactor mediante el movimiento aleatorio de

las moléculas y es función de la turbulencia. La sustancia

reacciona física, química o biológicamente, dentro del reactor,

para que se obtenga una producción o destrucción de la

misma. Para el tiempo el cual la sustancia reside en el reactor,

su mecanismo de reacción produce una alteración en su

concentración.

En un reactor UASB (Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket),

el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte

inferior del reactor. El agua residual fluye en sentido

ascendente a través de un manto de lodos constituido por

gránulos o partículas formadas biológicamente.

El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua

residual y las partículas. Los gases producidos en condiciones

anaeróbicas (principalmente metano y dióxido de carbono)

provocan una circulación interior, que colabora en la

formación y mantenimiento de los gránulos, evitando la

utilización de algún equipo mecánico. Parte del gas generado




dentro del manto de lodo se adhiere a las partículas

biológicas. Tanto el gas libre como las partículas a las que se

ha adherido gas, ascienden hacia la parte superior del reactor.

Allí se produce la liberación del gas adherido a las partículas,

al entrar éstas en contacto con unos deflectores

desgasificadores. Las partículas desgasificadas suelen volver

a caer hasta la superficie del manto de lodo.

El gas libre y el gas liberado de las partículas se capturan en

una bóveda o campana de recogida de gases instalada en la

parte superior del reactor. El líquido, que contiene algunos

sólidos residuales y algunos de los gránulos biológicos, se

conduce a una cámara de sedimentación, donde se separan

los sólidos residuales. Los sólidos separados se reconducen a

la superficie del manto de lodo a través del sistema de

deflectores.

Para mantener el manto de lodo en suspensión, es necesario

que la velocidad de flujo ascendente tenga un valor entre 0,60

y 0,90 m/h.

3.2.6.4 SEDIMENTADOR SECUNDARIO: Una vez realizado el

tratamiento en el reactor, y para aumentar la eficiencia del

proceso se procede a realizar el proceso de separación del

agua con el lodo resultante de la reacción y que es arrastrado

por el efluente, conforme a unos niveles de concentración

previstos.

Dada la magnitud del caudal a tratar, se selecciona un tanque

de sedimentación de flujo ascensional. Estos tanques




permiten extraer lodos sin desocupar el tanque, con bastante

comodidad de operación y producen un buen efluente.

3.2.6.5 DESINFECCIÓN: Se realiza este proceso en el flujo

proveniente del sedimentador, con el fin de eliminar la

presencia de patógenos difícilmente retenidos en los procesos

anteriores y que pueden causar enfermedades a las

poblaciones que se abastecen aguas abajo de la corriente

donde se efectúa el vertido.

Dadas las condiciones previstas de operabilidad, se decide

implementar un sistema de cloración con bomba dosificadora

complementado con una cámara de contacto que hará más

eficiente el proceso.

3.2.6.6 TRATAMIENTO DE LODOS: Los lodos provenientes de las

purgas realizadas tanto al reactor como al sedimentador, se

dispondrán en primera instancia en lechos de secado, hasta

que alcancen el grado de deshidratación y maduración para

su disposición final.

3.2.6.7 MANEJO DEL BIOGAS: En plantas de tratamiento domésticas

se recolectan cantidades de biogás que usualmente no

ameritan su purificación y utilización como combustible. Sin

embargo, sí representan un peligro debido a que el metano en

mezcla con el aire en proporciones del 5% al 15% es

explosivo. Por lo tanto, el gas acumulado en las campanas se




recolectará por una tubería y se quemará mediante la

implementación de un sistema de quemador eléctrico.

3.2.7 DISEÑO DEL SISTEMA DE PRETRATAMIENTO

3.2.7.1 CANAL Y REJILLA DE CRIBADO

Dimensionamiento del canal:

Si se asume B=0.40 m

Para el diseño de las rejillas, se seleccionan los siguientes

parámetros:

Rejilla gruesa:

Ancho y forma de las barras: redonda

Ø 1/2” = 1,27 cm

Espaciamiento: 20 mm = 2 cm

Inclinación con la vertical: 45°

Profundidad: 12 cm

Verificando velocidad de aproximación:

Verificando pérdida de energía en la rejilla:




; para barras redondas

Verificando pérdida de energía en la rejilla:

por Kirschner:

;

3.2.7.2 DESARENADOR

Conforme a los siguientes parámetros:

Tiempo de retención hidráulica (TRH): 45 s

Velocidad de transición (v): 0,30 m/s

predimensionando, B = 0,40 m

Luego:




3.2.7.3 REACTOR ANAERÓBICO (UASB)

Tiempo de retención hidráulica (TRH): 8 h = 28.800 s

Altura efectiva del reactor: 2,50 m

Se implementarán dos módulos rectangulares en concreto

reforzado.

Predimensionando el ancho unitario: A = 2.00 m

N° de puntos de carga:

Para el distribuidor de caudales, teniendo en cuenta lo

establecido en la Tabla E.4.27 de la RAS 2000, se

selecciona 1 m2 por punto de carga, ya que las

concentraciones de DQO son relativamente bajas:

Es decir, que para cada reactor se necesitan 18 puntos de

entrada.




El valor de la tasa de carga volumétrica oscilará, de acuerdo

al diseño obtenido, alrededor de 2 kg DQO / m3, con el que

se espera obtener una remoción de SS bastante aceptable.

Verificación de la velocidad a través del sustrato:

Teniendo en cuenta que se debe cumplir

Producción de gas:

; en la que:

fm = Fracción del gas que se recoge realmente

Pm = Presión parcial del CH4 típico (Ptotal x 0,8) atm

T = Temperatura del agua residual ºC

Luego el caudal de gas (Qg) será:




Puesto que la máxima velocidad del gas permisible es de 1,00

m3/m2/h

3.2.7.4 SEDIMENTADOR SECUNDARIO

Tomando como base los siguientes parámetros:

Concentración pico (SST) = 2.500 mg/L

Caudal de diseño (QMH) = 3.00 L /s x 1,55 = 4.65 L/s

QMH = 401.76 m3 /día

carga superficial (CS) = 60 m/d (alta tasa con paneles)

Para hallar el área efectiva:

Puesto que el diseño de los tanques consta de una cámara

circular interna cuya función principal es la de regularizar el

flujo de llegada y entregarlo estabilizado a la zona de

sedimentación, el área de esta sub-estructura no es efectiva.

Por razones operativas, es deseable contar con 2 tanques

sedimentadores, luego el área efectiva de cada tanque deberá

ser de al menos de 3.35 m2

Predimensionando:

Diámetro externo = 3.00 m




3.2.7.5 ESPESADOR DE LODOS

Es un equipo de similar funcionamiento al sedimentador, pero

que lo hace por cochadas y que se diseña de acuerdo con los

siguientes parámetros de funcionamiento:1

Tipo de flujo = en cochada

Concentración inicial Co (típica) = 4.000 mg /L

Concentración última Cu (deseada) = 24.000 mg/L

Determinación de la profundidad (Hu)

;

si se establece una altura de la interfaz, Hu = 0.40 m

1 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Teoría y principios de diseño. Fig. 22.9. Segunda edición. 2002.




El área requerida por espesamiento será:

Se selecciona D = 1,60 m para considerar las pérdidas de

área por la cámara interior.

3.2.7.6 CLORACIÓN

La cámara de contacto se diseña bajo los siguientes

parámetros:

TRH = 30 min = 1.800 s

El volumen de la cámara es:

Se predimensiona:

Ancho = 2,00 m

Alto efectivo = 1,50 m

Alto total = (1.50+0.20) =1.70 m

Largo (L) ≈ 2.00 m




La cámara de contacto deberá proveerse con bafles

deflectores distanciados cada 0,50 m aproximadamente, y

separados del muro 0,20 m.

La aplicación del cloro se hará mediante bomba dosificadora,

que permita una concentración de 3 a 15 mg/L en el proceso

de desinfección, y al menos 2 mg/L de cloro residual en el

efluente.

3.2.7.7 LECHOS DE SECADO

Se proyecta la construcción de los lechos teniendo en cuenta

que el área requerida se reduce por la utilización del

espesador:

Área requerida (A) = 0,005 m2 / hab

A = 0,005 (792)

Se dispondrán 2 lechos de 1,00 m de ancho por 2.00 m de

largo cada uno. Adicionalmente se construirán 2 lechos más

de las mismas dimensiones anteriores.

Además de lo anterior, se deben tener en cuenta las

siguientes características:

Diámetro de tubería de drenaje principal: Ø 4”

Pendiente tubería de drenaje principal: S 1%

Espesor de grava: 20 cm

Tamaño de grava: 3 – 25 mm




Espesor de arena: 20 cm

Coeficiente de uniformidad de la arena: C.U. < 4

Tamaño efectivo de la arena: 0,3 – 0,75 mm


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