examen resumen atca

7/21/2019 EXAMEN RESUMEN ATCA

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abla de contenidoNALISIS Y TRATAMIENTO DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA 2

Procesos De Transferencias En Tratamientos Del Agua ... 2

T.DE SOLIDOS. .......................................................... 2

T.DE IONES. .............................................................. 2

T.DE GASES: ............................................................. 2

T.MOLECULAR O NUTRIENTES: .................................. 2

Plantas de tratamiento de aguas o potabilizadoras......... 2

Plantas de filtración rápida:....................................... 2

plantas de filtración directa: ...................................... 2

Plantas de filtración lenta:......................................... 2

Selección de la tecnología de tratamiento del agua ............... 2

los factores básicos para la selección de la tecnología. ....... 2

Criterios de selección en la tecnología ............................... 2



AGUA

s Actividades humanas generan contaminantes F.Q.B

on procesos F.Q.B. son procesos unitarios que se somete el

ua para su purificación y potabilizar el agua para el consumo

umano.

Pr ocesos De Transferencias En Tratamientos Del

Agua

T.DE SOLIDOS.

CribadoOCernido: hacer pasar el agua través de un

sistema de rejas

Sedimentación: tener agua en reposo y se realizara el

proceso en acorde con su densidad sedimentándose los

que tienen menos

Flotación: adicionar una sustancia que estabiliza las

cargas eléctricas con un coagulante para que se

sedimente.

Filtración: método de eliminación de solidos queconsiste en pasar el agua por un filtro.

T.DE IONES.

COAGULACIONQUIMICA: aquí incorporas al agua un

coagulante que son sales de fierro o magnesio. Hace que

se junten las sustancias separadas y lo neutralizan.

PRESCIPITACIONQUIMICA: es el ablandamiento del agua

con una sustancia química soluble. Cal alumbre, etc.

INTERCAMBIOIONICO: reduce y elimina sustancias en el

agua

ABSORCION: adsorbe las sustancias en el agua.

T.DE GASES:

Aireación:mediante sistemas de chorros o artificial

Desinfección: adición de sustancias desinfectantes cloro

Descarbonatacion: para bajar el pH del agua.

T.MOLECULAR O NUTRIENTES:

realiza mediante la degradaciones la materia orgánica estepo de transferencia se realiza en la filtración y es eficaz por r

s microorganismos.

Plantas de tratamiento de aguas o potabilizadoras

una secuencia de procesos unitarios seleccionados

nvenientemente. Con el fin de remover los microorganismos

atógenos (totalmente) y los compuestos físico químicos

arcial).

clasifican de acuerdo con el tipo de proceso que lo conforma

Plantas de filtración rápida: los f iltros que las integran

aperan a velocidades altas entre 80 y 300 m3/m2.d.

Presenta dos soluciones

antadefiltraciónrápidacompleta: integrara procesos deagulación, decantación, fi ltración y desinfección.

En la Coagulación mezcla rápida y luego agitación lenta parapromover la rápida aglomeración y el crecimiento de floculo. Laetapa de floculación facilita la sedimentación en la etapa defil tración donde se da el pulimiento de las aguas y por último laDecantación: se estabiliza y de desinfecta finalmente.

LIMMITESDELACALIDADDELAGUAPARAELTRATAMIENTO

PORFILTRACIONCOPIARTABLA

plantas de filtración directa: constituida por por procesode mezcla rápida y fi ltración aquí se somete a filtración y

desinfección. Parámetros a toma en cuenta….copiar tablaPlantas de filtración lenta: operan entre los 0.10 y 0.30

m/h Simulan el tratamiento que se efectúan en lanaturaleza. Copiar Tabla

Selección de la t ecnolog ía d e trat amiento del agua

Debe ser eficaz y barato.

Los factores básicos para la selección de la tecnología.

Grado de complejidad: debe ser de fácil uso

La tecnología no opera por si misma: con contar con

operadores

Impacto indirecto en el agua: analizando sus impactos

Participación con la sociedad

Criterios de selección en la tecnología

Grado de complejidad

Confiabilidad

Flexibilidad

Tempo y plazo

Disponibi lidad de mano de obra

Accesibilidad

Recurso necesarios

Usos de materiales locales

Relación con otros proyectos

Organización administrativa

Exactitud de la estimaciones

Consideraciones políticas



oagulación y floculación

ATOS

audal de diseño: Q=0.3 m3/s

ncho de canal = B=1m

ngitud del plano x=1.60m

tura de la rampa E0= 0.82m

5.5 √ / = 2.736

10 ºC

1. Caudal unitario

q=Q/B= 0.3 m3/s/1m= 0.3 m3/s/m2. Inclinación de la rampa

= tan−∈ °/ = tan− (0.82160) = 27.14º

3. Factor de resolución de la ecuación

= cos+ cos/2 = 4.97

ansferencia Molecular:

n el proceso de purificación natural del agua. Las bacterias

profitas degradan la materia orgánica y transforman

stancias complejas en material celular vivo o en sustancias

ás simples y estables, incluidos los gases de descomposición

mbién los organismos fotosintéticos convierten sustancias

orgánicas simples en material celular, utilizando la luz solar y el

nhídrido carbónico producto de la actividad de las bacterias y, a

vez, generan el oxígeno necesario para la supervivencia de losicroorganismos aeróbicos presentes en el agua.

te tipo de transferencia se lleva a cabo en la filtración, en la

al los mecanismos de remoción más eficientes se deben a latividad de los microorganismos.

antas de Tratamiento de Agua

as plantas de tratamiento de agua se pueden clasificar, de

uerdo con el tipo de procesos que las conforman, en plantas

e fi ltración rápida y plantas de fi ltración lenta.

mbién se pueden clasificar, de acuerdo con la tecnología

ada en el proyecto, en plantas convencionales antiguas,

antas convencionales de tecnología apropiada y plantas de

cnología importada o de patente

antas de Filtración Rápida:

tas plantas se denominan así porque los fi ltros que las

tegran operan con velocidades altas, entre 80 y 300 m3/m2.d,e acuerdo con las características del agua, del medio filtrante y

e los recursos disponibles para operar y mantener estasstalaciones De acuerdo con la calidad del agua por tratar, se

esentan dos soluciones dentro de este tipo de plantas: plantas

e filtración rápida completa y plantas de filtración directa

anta de filtración rápida completa:

Una planta de filtración rápida completa normalmente está

integrada por los procesos de coagulación, decantación,

fil tración y desinfección.

El proceso de coagulación se realiza en dos etapas: una fuerte

agitación del agua para obtener una dispersión instantánea de la

sustancia coagulante en toda la masa de agua (mezcla rápida)

seguida de una agitación lenta para promover la rápida

aglomeración y crecimiento del floculo (etapa de floculación) La

coagulación tiene la finalidad de mejorar la eficiencia deremoción de partículas coloidales en el p roceso de decantación

(sedimentación de partículas floculentas). El proceso final de

fil tración desempeña una labor de acabado, le da el pulimentofinal al agua

Planta de filtración rápida completa:

Finalmente, se lleva a cabo la desinfección, proceso común a los

dos tipos de plantas, las de fi ltración rápida completa y las defil tración directa. La función principal de este proceso es

completar la remoción de microorganismos patógenos que no

quedaron retenidos en el filtro y servir de protección contra la

contaminación que el agua pueda encontrar en el sistema dedistribución.

La desinfección, en la forma en que normalmente se aplica (esto

es, con residual libre de 1 mg/L a la salida de la planta y tiempo

de contacto mínimo de 30 minutos), solo tiene la capacidad deremover bacterias

Planta de filtración Directa:

Es una alternativa a la fi ltración rápida, constituida por losprocesos de mezcla rápida y fil tración, apropiada solo para aguasclaras.

Plantas de Filtración Lenta

Los fi ltros lentos operan con tasas que normalmente varíanentre 0,10 y 0,30 m/h esto es, con tasas como 100 veces

menores que las tasas promedio empleadas en los filtros rápidos

de allí el nombre que tienen. Los filtros lentos simulan los

procesos de tratamiento que se efectúan en la naturaleza en

forma espontánea, puede estar constituida solo por filtroslentos, pero dependiendo de la calidad del agua, puede

comprender los procesos de desarenado, presedimentación,

sedimentación, filtración gruesa o filtración en grava y fil tración

lenta

Selección de la Tecnología de Tratamiento de Agua

La selección de la tecnología de producción y administración de

un sistema de agua potable debería realizarse considerando los

recursos, el grado de desarrollo socioeconómico y los patrones

de cultura existentes. La adopción de diseños basadosúnicamente en criterios de optimización técnica y soluciones

tecnológicas importadas de países industrializados ha conducido

a la elaboración de proyectos cuya operación y mantenimiento

por falta de sustancias químicas, repuestos y mano de obracalificada resultan inadecuados



s factores básicos que caracterizan la selección de lacnología apropiada son los siguientes.

Grado de complejidad

La tecnología no opera por sí misma

Impacto indirecto en el área

Participación local

iterios de selección de una solución tecnológica

Grado de complejidad Confiabilidad FlexibilidadTiempo y plazo

Disponibi lidad de mano de obra

Costo Accesibilidad

Recursos necesarios

Uso de materiales locales

Relación con otros proyectos

Organización administrativa Exactitud de las

estimaciones

Consideraciones políticas

ARTÍCULAS COLOIDALES

s partículas coloidales en el agua por lo general presentan un

ámetro entre 1 y 1.000 milimicrómetros y su comportamiento

epende de su naturaleza y origen. Estas partículas presentes enagua son las principales responsables de la turbiedad.

pos de coloides de acuerdo con su comportamiento en el

gua

n el tratamiento del agua, es común referirse a los sistemas

loidales como hidrófobos o suspensores cuando repelen elua, e hidrófilos o emulsores cuando presentan afinidad con

a.

empos de decantación de las diferentes partículas

AS ARCILLAS

s arcillas están principalmente constituidas por partículas

inerales: cuarzo, mica, pirita, calcita, etc. Los constituyentes

ás importantes de las arcillas son los silicatos hidratados de

uminio y hierro, también algunos elementos alcalinos y

calino-térreos. Morfológicamente, las partículas de arcillas sepresentan en forma de plaquetas compuestas de láminas muy

nas.

s partículas coloidales están sometidos a dos grandes deerzas :

uerzas de atracción de Van der Waals : Ea (factores de

estabil idad); son fuerzas de atracción producidas por el

ovimiento continuo de las partículas.

Fuerzas de repulsión electrostáticas : Eb (columbicas factor

e estabilidad); son fuerzas que impiden la aglomeración de las

artículas cuando estas se acercan unas a otras; por ejemplo 2

partículas de igual signo no se pueden aproximar , estasrechazan.

COAGULACIÓN

Es un proceso de desestabilización química de las partículas

coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los

mantienen separados, por medio de la adición de los

coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado

El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las

partículas coloidales que se encuentran en suspensión, parafavorecer su aglomeración; en consecuencia se eliminan las

materias en suspensión estables; la coagulación no solo elimina

la turbiedad sino también la concentración de las materiasorgánicas y los microorganismos.

SUSTANCIAS QUÍMICAS EMPLEADAS EN LA COAGULACIÓN

Los productos químicos más usados como coagulantes en el

tratamiento de las aguas son el sulfato de aluminio, el cloruro

férrico, el sulfato ferroso y férrico y el clorosulfato férrico.

Esquematización de Polímeros adsorbidos en la superficie decoloides

Sulfato de aluminio

Cloruro férrico FeCl3

Se presenta en forma sólida o líquida; esta última es la másutilizada en el tratamiento del agua.

Sulfato férrico Fe2 (SO4)3

El sulfato férrico es un polvo blanco verdoso, muy soluble en el

agua, su masa volumétrica aparente es 1.000 kg/m3. Debido aque en solución acuosa se hidroliza y forma ácido sulfúrico, esnecesario prevenir los efectos de su acidez.

MECANISMOS DE COAGULACIÓN

Compresión de capa difusa;

2. Adsorción y neutralización; Barrido;

Adsorción y formación del puente.

Compresión de la doble capa

Cabe destacar dos aspectos mecanismo de coagulación:

interesantes sobre ese

a. La concentración del electrolito que causa la coagulación es

prácticamente independiente de la concentración de coloides enel agua.

b. Es imposible causar la reestabilización de las partículas

coloidales con la adición de mayores cantidades de electrolitos

debido a que ha ocurrido una reversión de la carga de lasmismas, que pasa a ser positiva

Compresión de la doble capa

Adsorción y neutralización de la carga

La desestabilización de una dispersión coloidal consiste en las

interacciones entre coagulante-coloide, coagulante solvente y



loidesolvente. El efecto de adsorción y neutralización de la

rga se encuentra estrechamente ligado al de compresión de la

oble capa

aptura en un precipitado de hidróxido metálico o captura porarrido

mecanismo de barrido, es ampliamente utilizado en las

taciones de tratamiento donde la floculación y la

dimentación anteceden a la fi ltración, pues los flóculos

sultantes son de mayor tamaño y presentan velocidades dedimentación relativamente altas, en comparación con los queobtienen con la coagulación por adsorción neutralización.

aptura en un precipitado de hidróxido metálico o captura por

arrido

ACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN

fluencia del pH

pH es la variable mas importante a tener en cuenta al

omento de la coagulación, para cada agua existe un rango deH óptimo para la cual la coagulación tiene lugar rápidamente,

o depende de la naturaleza de los iones y de la alcalinidad delua.

rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utili zado y

e la naturaleza del agua a tratar; si la coagulación se realiza

era del rango de pH óptimo entonces se debe aumentar la

ntidad del coagulante; por lo tanto la dosis requerida es alta

ra sales de aluminio el rango de pH para la coagulación es de

5 a 8.0 y para las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de5 a 8.5 unidades

fluencia de las Sales Disueltas

s sales contenidas dentro del agua ejercen las influenciasguientes sobre la coagulación y floculación:

Modificación del rango de pH óptimo. - Modificación del

empo requerido para la floculación. - Modificación de la

ntidad de coagulantes requeridos. - Modificación de lantidad residual del coagulante dentro del efluente

fluencia de la Dosis del Coagulante

oca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga

e la partícula, la formación de los microflóculos es muy escaso,

or lo tanto la turbiedad residual es elevada. Alta cantidad deagulante produce la inversión de la carga de la partícula,

nduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con

maños muy pequeños cuyas velocidades de sedimentación

uy bajas, por lo tanto la turbiedad residual es igualmenteevada

fluencia de Mezcla

grado de agitación que se da a la masa de agua durante la

dición del coagulante, determina si la coagulación es completa;

rbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga

mayor concentración de coagulantes y la otra parte tenga poco

o casi nada; la agitación debe ser uniforme e intensa en toda la

masa de agua, para asegurar que la mezcla entre el agua y el

coagulante haya sido bien hecho y que se haya producido lareacción química de neutralización de cargas correspondiente

Influencia de la Turbiedad

- Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar la cantidad de

coagulante no es mucho debido a que la probabilidad de colisión

entre las partículas es muy elevada; por lo que la coagulación serealiza con facilidad; por el contrario cuando la turbiedad es baja

la coagulación se realiza muy difícilmente, y la cantidad delcoagulante es igual o mayor que si la turbiedad fuese alta.

- Cuando la turbiedad es muy alta, conviene realizar una

presedimentación natural o forzada, en este caso con el empleo

de un polímero aniónico. - Es siempre más fácil coagular las

aguas de baja turbiedad y aquellas contaminadas por desagüesdomésticos industriales, por que requieren mayor cantidad decoagulante que los no contaminados

MECANISMOS DE COAGULACIÓN PREDOMINANTES

La coagulación mediante sales inorgánicas se produce

predominantemente por medio de dos mecanismos:

1) Adsorción de las especies hidrolíticas por el coloide, lo queprovoca la neutralización de la carga, y

2) coagulación de barrido, en la que se producen las

interacciones entre el coloide y el hidróxido precipitado

Coagulación por adsorción

Coagulación por barrido

INTRODUCCIÓN

Los mezcladores tienen como objetivo la dispersión instantánea

del coagulante en toda la masa de agua que se va a tratar. Esta

dispersión debe ser lo más homogénea posible, con el objeto de

desestabilizar todas las partículas presentes en el agua y

optimizar el proceso de coagulación. La coagulación es elproceso más importante en una planta de fil tración rápida; de

ella depende la eficiencia de todo el sistema. No importa que los

demás procesos siguientes sean muy eficientes; si la coagulación

es defectuosa, la eficiencia final del sistema es baja.

La eficiencia de la coagulación depende de la dosificación y de la

mezcla rápida. En la unidad de mezcla la aplicación del

coagulante debe ser constante y distribuirse de manera

uniforme en toda la sección. Debe existir una fuerte turbulencia

para que la mezcla del coagulante y la masa de agua se dé en

forma instantánea.

PARÁMETROS GENERALES DE DISEÑO

UNIDADES HIDRÁULICAS



ntre los mezcladores de este tipo se pueden citar, entre los más

ilizados por su simplicidad y eficiencia, los siguientes:

anales con cambio de pendiente o rampas; Canaletas parshall;ertederos rectangulares y triangulares;

Difusores; Inyectores

s unidades de resalto hidráulico son adecuadas para todo tipo

e aguas; es decir, tanto para las que coagulan por el

ecanismo de absorción o neutralización de carga como para las

e barrido La canaleta Parshall es adecuada exclusivamente paraantas de medianas a grandes (Q 500 L/s). El canal con cambio

e pendiente se adecúa a cualquier rango de caudal, y los

rtederos rectangular y triangular solo a caudales pequeños; eltimo, preferiblemente a caudales menores de 30 L/s.

ezcladores de Resalto Hidráulico

tas unidades son especialmente adecuadas para aguas que la

ayor parte del tiempo están coagulando mediante el

ecanismo de adsorción; es decir, aguas que presentan alta

ncentración de coloides. Los tipos más frecuentes tienen lantaja de servir de unidades de medición de caudal y de

nidades de mezcla rápida, por lo cual son muy populares.

Modelos de Comprobación

mbio de pendiente o rampa) Un cambio de pendiente en un

nal es uno de los medios más simples de producir un salto

dráulico con fines de mezcla. Para comprobar si se están

oduciendo los valores recomendados de gradiente de

locidad y tiempo de retención una vez asumida la geometría

el canal, es necesario calcular las alturas y velocidadesnjugadas en las secciones (1) y (2) CANAL RECTANGULAR CON

AMBIO DE PENDIENTE (Canal rectangular con cambio de

endiente o rampa) (Canal rectangular con Si el cálculo no es

nforme, hay que seguir modificando los datos hasta que los

sultados satisfagan esta condición

Recomendaciones de Diseño

ra conseguir un comportamiento hidráulico óptimo en la

nidad, además de un buen dimensionamiento, es necesario

ue esta se ubique correctamente con respecto a la siguientenidad, que normalmente es el floculador y que los niveles de

mbos el de salida de la rampa con el nivel de entrada aloculador estén bien empalmados.

analeta Parshall

Se usa la canaleta Parshall normalmente con la doble finalidadde medir el caudal afluente y realizar la mezcla rápida.

Generalmente, trabaja con descarga libre.

La altura de agua en la sección de medición puede ser

calculada por la siguiente ecuaciónLos valores de K y m se pueden obtener del cuadro siguiente

La velocidad en la sección de medición se calcula mediante lasiguiente relación:

Por relaciones geométricas: D, N y W son las dimensiones dadasen cuadro

Canaleta Parshall

Se puede considerar que toda la energía disipada en la canaleta

Parshall se da entre la salida de la garganta (sección 2) y la

sección de salida de la canaleta (sección 3) y que en este

volumen la mezcla es prácticamente completa: · Bajo

condiciones de flujo con descarga libre, la pérdida de carga

puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

En el caso de mezcladores de tipo canaleta Parshall, también

debe empalmarse el nivel de salida de la canaleta con el nivel de

entrada del floculador para que el resalto se produzca en la

garganta de la unidad

CONCEPTOS GENERALES

Se entiende por sedimentación la remoción por efecto

gravitacional de las partículas en suspensión presentes en el

agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayorque el fluido. La sedimentación es, en esencia, un fenómeno

netamente físico y constituye uno de los procesos utilizados en

el tratamiento del agua para conseguir su clarificación. Está

relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las

partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una

suspensión de partículas, el resultado final será siempre un

fluido clarificado y una suspensión más concentrada. A menudo

se utilizan para designar la sedimentación los términos de

clarificación y espesamiento . Las partículas en suspensión

sedimentan en diferente forma, dependiendo de las

características de las partículas, así como de su concentración.

Es así que podemos referirnos a la sedimentación de partículas

discretas, sedimentación de partículas floculentas ysedimentación de partículas por caída libre e interferida.

Sedimentación de partículas discretas

Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no

cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la

caída.

Se denomina sedimentación o sedimentación simple al procesode depósito de partículas discretas. Este tipo de partículas y esta

forma de sedimentación se presentan en los desarenadores, en

los sedimentadores y en los presedimentadores como paso

previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y

también en sedimentadores como paso previo a la f iltraciónlenta

Sedimentación de partículas floculentas

Partículas floculentas son aquellas producidas por laaglomeración de partículas coloides desestabilizadas a

consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia

de las partículas discretas, las características de este tipo de

partículas forma, tamaño, densidad sí cambian durante la caída.



denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso

e depósito de partículas floculentas. Este tipo de

dimentación se presenta en la clarificación de aguas, como

oceso intermedio entre la coagulaciónfloculación y la fil traciónpida

edimentación por caída libre e interferida

uando existe una baja concentración de partículas en el agua,

tas se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno

ída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones deartículas, se producen colisiones que las mantienen en una

osición fi ja y ocurre un depósito masivo en lugar de individual.

este proceso de sedimentación se le denomina depósito oída interferida o sedimentación zonal.

uando las partículas ya en contacto forman una masa compacta

ue inhibe una mayor consolidación, se produce una

mpresión o zona de compresión.

ASIFICACIÓN UNIDADES DE SEDIMENTACION

sedimentación o la decantación se realizan en reactores

enominados sedimentadores o decantadores, de acuerdo con

tipo de partícula que se remueva en cada unidad. La

asificación más recomendable es la siguiente:

edimentadores o decantadores estáticos

ecantadores dinámicos Decantadores laminares

Sedimentadores y decantadores estáticos

1 Criterios generalesn este tipo de unidades puede producirse sedimentación o

ecantación, normalmente con caída libre, en régimen laminarrbulento o de transición.

n estas unidades la masa líquida se traslada de un punto a otro

n movimiento uniforme y velocidad VH constante. Cualquier

artícula que se encuentre en suspensión en el l íquido en

ovimiento, se moverá según la resultante de dos velocidades

mponentes: la velocidad horizontal del l íquido (VH ) y suopia velocidad de sedimentación (VS ).

1 Criterios generales

n un sedimentador ideal de forma rectangular y con flujo

orizontal, la resultante será una línea recta. Asimismo, otras

artículas discretas se moverán en lugares geométricos

aralelos. Estableciendo semejanzas entre los triángulos

rmados por las velocidades y las dimensiones del decantador,onde (L) es la longitud y (H) la altura.

ntonces, se obtiene:

omo la partícula tiene movimiento uniforme

T0 es el tiempo de retención

onde V = volumen de la unidad, se obtendrá:

Este criterio sirve exclusivamente para explicar la teoría básica

de la clarificación y es útil para diseñar ciertos tipos de

sedimentadores y desarenadores

1.2 Componentes de una unidad

Una unidad de sedimentación consta de las siguientes zonas,

con diferentes funciones específicas: Zona de entrada

distribución de agua y Zona de sedimentación propiamente

dicha Zona de salida recolección de agua Zona de depósito de

lodos o

1.3 Tipos de unidades

Desarenadores:

Los desarenadores tienen por objeto remover del agua cruda la

arena y las partículas minerales más o menos finas, con el fin de

evitar que se produzcan sedimentos en los canales y

conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra

la abrasión y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento

siguiente y la interferencia en los procesos de coagulación floculación.

El desarenado se refiere normalmente a la remoción de las

partículas superiores a 0,2 milímetros. Una granulometría

inferior corresponde a los procesos de presedimentación o

sedimentación. En el caso particular de que se incluya en la

instalación un presedimentador, se podrán eliminar en el

desarenador solamente partículas de dimensiones superiores a

0,3 mi límetros de diámetro. Si la instalación incluye tamizado o

microcernido (con mallas de 1 a 2 milímetros, por ejemplo),

deberá efectuarse un desarenado previo para evitar problemasen los tamices.

Generalmente, los desarenadores tienen forma rectangular

Unidades de flujo horizontal:

Los decantadores o sedimentadores rectangulares tienen la

forma y características detalladas en la figura, con la ventaja de

que permiten una implantación más compacta, aunque su costo

es más elevado. Normalmente, tienen una relación

longitud/ancho comprendida entre 3 y 6 y una profundidad de2,50 a 4,00 metros.

Los sedimentadores o decantadores de forma circular ocuadrada disponen normalmente de una zona de entrada

ubicada en el centro de la unidad. Están provistos generalmente

de una pantalla deflectora que desvía el agua hacia el fondo de

la unidad. El flujo en la zona de sedimentación es horizontal.

Están provistos de canaletas (periféricas y/o radiales) para la

recolección de agua sedimentada. El fondo es inclinado hacia el

centro de la unidad, donde se ubica un sumidero para la

recolección de lodos. La profundidad normal de estas unidadesestá comprendida entre 2,00 y 3,50 metros.

En los diferentes tipos de unidades de flujo horizontal, la

remoción de los lodos o sedimentos puede hacerse en forma

intermitente o continua. Se usa el sistema de remoción



termitente de lodos en pequeñas instalaciones o cuando se

ata un agua relativamente clara. Es necesario vaciar el tanque

da cierto tiempo y extraer los lodos manualmente, con la

uda de mangueras de agua a presión. Usualmente, los

dimentos se compactan y transforman en una masa pastosa

ue resbala muy difícilmente se requieren pendientes de 45º a

0º en el fondo de los tanques. El tamaño de la zona de lodos

ependerá del periodo de funcionamiento del sedimentador y

e la cantidad de lodos producidos.

nidades de flujo vertical:

tas unidades tienen forma cilíndrica. La entrada del agua cruda

realiza por el centro de la unidad en forma descendente. En la

arte inferior está ubicada la zona de lodos, que tiene forma

nica con pendiente de 45º a 60º, según la naturaleza del agua

el tratamiento aplicado. La recolección del agua sedimentadarealiza en la parte periférica superior de la unidad.

Decantadores dinámicos

1 Criterios Generales

teoría de la decantación interferida se aplica a este tipo de

nidades. Se requiere una alta concentración de partículas para

crementar las posibi lidades de contacto en un manto de lodos

ue tiene una concentración de partículas de 10 a 20% enolumen.

n el proceso, el flóculo no conserva su peso específico, su

maño ni su forma constante. Las partículas pequeñas que

ntran por el fondo son arrastradas por el flujo. Al chocar estas

n otras, incrementan su tamaño. Se entiende que en la zona

el manto de lodos se promueve la floculación y en la parteperior a ella ocurre la decantación

s decantadores de manto de lodos se pueden clasificar deuerdo con las condiciones y características de la zona de

rmación de lodos, que se resumen en el siguiente cuadro:

nidades de manto de lodos con suspensión hidráulica:

onsisten esencialmente en un tanque de fondo cónico o troncoramidal, en cuya parte inferior se inyecta el agua cruda que

ciende disminuyendo la velocidad a medida que el áreaumenta y manteniendo así un manto de lodos hidráulicamente

spendido.

s lodos se extraen periódicamente por un tubo que baja hasta

fondo. Esta extracción puede ser hecha en forma manual outomática.

entrada del agua puede hacerse inyectando el flujo

rectamente en el fondo para que se produzca turbulencia alocar contra las paredes del fondo

s unidades que usan sistemas mecánicos para mantener el

anto de lodos en suspensión pueden ser, en general, de tres

ases:

a) De agitación

b) De separación c) Pulsante o de vacío

a) Unidades de manto de lodos con agitación simple. Las

unidades de agitación simple consisten en tanques por lo

general circulares, en los cuales al agua es inyectada por abajo,de tal forma que se distribuya en el fondo.

Unidades de manto de lodos con suspensión mecánica:

a) Unidades de manto de lodos con agitación simple.

Un agitador mecánico que gira lentamente en el fondo, movido

por un motor o por agua a presión, mantiene las partículas en

suspensión y recolecta los lodos en un concentrador, de donde

son removidos periódicamente . El agua tiene que ascender

hasta las canaletas periféricas superiores y se filtra a través del

manto de lodos. En estas unidades no existe recirculación de

lodos.

b) Unidades de manto de lodos con separación dinámica.

Las unidades que emplean separación dinámica utilizan una

turbina que gira a alta velocidad, colocada en el centro del

tanque, la cual impulsa el f lujo hacia abajo a través del orificio

periférico, de forma tal que las partículas que descienden

empujadas por la energía mecánica de la turbina choquen conlas que ascienden con el flujo del tanque.

c) Unidad de manto de lodos pulsante o de vacío

Este tipo de unidades consiste esencialmente en un tanque

cuadrado o circular, en cuyo centro se coloca una campana ocápsula de vacío, en la cual periódicamente se disminuye la

presión interna con una bomba especial, de modo que el agua

ascienda por la campana hasta un cierto nivel y luego se

descargue en el tanque y se produzca la expansión de los lodos y

se bote el exceso de estos a los concentradores. Esta periódica

expansión y contracción del manto se usa para homogeneizarlo.

Se evitan las grietas o canales que permiten el paso directo de la

turbiedad y la sedimentación de las partículas más pesadas en el

fondo de la unidad.


El sistema requiere, por lo tanto, dos tiempos En el primero, la

válvula de aire V se encuentra cerrada. El flujo asciende por la

campana A, mientras que el agua en el decantador D permaneceen reposo, de manera que puede decantar.

c) Unidad de manto de lodos pulsante o de vacío En el segundo

tiempo, al alcanzar el agua el nivel S en la campana, la válvula de

aire V se abre y el agua de la campana penetra en el decantador

D. Entonces, los lodos se elevan con el flujo y el exceso penetra

en el concentrador C. El agua decantada se recoge en E. Cuandoel flujo alcanza el nivel I en la campana A, se cierra la válvula V.

Los fangos depositados en el concentrador se extraen

automáticamente por medio de válvulas F.

3.1 Teoría de la sedimentación laminar



eficiencia de los decantadores clásicos de flujo horizontal

epende, principalmente, del área. De este modo, si se

troduce un piso intermedio a una altura (h) a partir de la

perficie, las partículas con una velocidad de sedimentaciónSb < VSC serían removidas. Decantadores laminares

podría admitir quela capacidad de clarificación del

ecantador aumentaría con la duplicación del área horizontal.

considera que tres son los efectos que favorecen la remoción

e las partículas en este tipo de unidades: (i) Aumento del áreae sedimentación,

) Disminución de la altura de caída de la partícula y

i) Régimen de flujo laminar.

cremento de la capacidad de sedimentación al aumentar elea superficial

2 Tipos de decantadores laminares

e flujo horizontal:figura representa un sedimentador laminar con láminas

eramente inclinadas con un ángulo de 5° (ángulo de máxima

iciencia remocional). En esta solución, se requiere invertir el

ujo para realizar la limpieza del sedimentador. Esta solución es

uy utili zada en plantas comerciales o plantas de pequeñapacidad (inferior a 50 litros por segundo).

e flujo inclinado:

te tipo de decantadores es el más usado. Generalmente, en la

arte inferior del decantador se presenta una zona destribución de agua. En la parte media existen módulos

clinados con un ángulo de 60°. El agua decantada se recolecta

teralmente en la parte superior. Decantador de placas con

naletas laterales de recolección de agua decantada, tolvasntinuas para lodos y extracción mediante sifones

ecantadores laminares

ecantador de placas adecuado para plantas grandes: canal

ntral de distribución, sistemas de recolección mediante

berías y tolvas de lodos con colectores de extracción uniforme

ecantador de placas adecuado para plantas pequeñas: tuberías

e distribución uniforme, vertederos de recolección y canal detracción uniforme de lodos

CONSIDERACIONES GENERALES

1 Pretratamiento y acondicionamiento previos

sistema de pretratamiento es una estructura auxil iar que debe

eceder a cualquier sistema de tratamiento. Esta estructura

ersigue principalmente los objetivos de reducir los sólidos enspensión de distintos tamaños que traen consigo las aguas.

La mayoría de las fuentes superficiales de agua tienen un

elevado contenido de materia en estado de suspensión, siendo

necesaria su remoción previa, especialmente en temporada de

lluvias. Los procedimientos de separación de material muy

grueso (rejillas: gruesas y finas) se realizan o están relacionados

a las captaciones. Se considera como pretratamientos y

acondicionamientos previos en la planta, a unidades comodesarenadores y sedimentadores

1. CONSIDERACIONES GENERALES1.2 Unidades pretratamiento

a) Desarenador: de acondicionamiento previo y Tiene por objeto

separar del agua cruda la arena y partículas en suspensión

gruesa, con el fin de evitar se produzcan depósitos en las obras

de conducción, proteger las bombas de la abrasión y evitar

sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. El

desarenado se refiere normalmente a la remoción de laspartículas superiores a 0,2 mm a) Sedimentador:

Similar objeto al desarenador pero correspondiente a laremoción de partículas inferiores a 0,2 mm y superiores a 0,05

mm.

1.3 Información básica para el diseño

a) Caudal de Diseño Las unidades en una planta de tratamientoserán diseñadas para el caudal máximo diario.

b) Calidad fisicoquímico del agua

Dependiendo del la calidad del agua cruda, se seleccionarán los

procesos de pretratamiento y acondicionamiento previo.

c) Características del clima

Variaciones de temperatura y régimen de lluvias

1.4 Estudio de campo

a) Estudio de fuentes: que incluya los aforos y los regímenes de

caudal de por lo menos los últimos tres años.

b) Zona de ubicación: levantamiento topográfico a detalle,análisis de riesgo y vulnerabilidad de ella a desastres naturales .

c) Análisis de suelos y geodinámica

d) Análisis de la calidad del agua

DISEÑO DEL DESARENADOR

2.1 Componentes

a) Zona de entrada Tiene como función el conseguir una

distribución uniforme de las líneas de flujo dentro de la unidad,uniformizando a su vez la velocidad.

b) Zona de desarenación

Parte de la estructura en la cual se real iza el proceso de depósito

de partículas por acción de la gravedad. c) Zona de salida



onformada por un vertedero de rebose diseñado para

antener una velocidad que no altere el reposo de la arena

dimentada d) Zona de depósito y eliminación de la arenadimentada

onstituida por una tolva con pendiente mínima de 10% que

ermita el deslizamiento de la arena hacia el canal de limpieza

e los sedimentos

2 Criterios de diseño

periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos ycnicos es de 8 a 16 años.

número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de

antenimiento. En caso de caudales pequeños y turbiedades

ajas se podrá contar con una sola unidad que debe contar con

n canal de by-pass para efectos de mantenimiento

periodo de operación es de 24 horas por día.

ebe existir una transición en la unión del canal o tubería de

gada al desarenador para asegurar la uniformidad de lalocidad en la zona de entrada La transición debe tener un

ngulo divergencia suave no mayor de 12° 30´ de

a velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser

equeña para causar menor turbulencia y arrastre de materialrochin,V=1m/s)

a l legada del flujo de agua a la zona de transición no debe

oyectarse en curva pues produce velocidades altas en losdos de la cámara

relación largo/ancho debe ser entre 10 y 20.

sedimentación de arena fina (d<0.01 cm) se efectúa en forma

ás eficiente en régimen laminar con valores de número de

eynolds menores de uno (Re<1.0). La sedimentación de arena

uesa se efectúa en régimen de transición con valores de

eynolds entre 1.0 y 1 000. La sedimentación de grava se

ectúa en régimen turbulento con valores de número de

eynolds mayores de 1 000 La descarga del flujo puede ser

ntrolada a través de dispositivos como vertederos (sutro) o

nales Parshall (garganta).

Si el flujo es controlado por un vertedero sutro tenemos la

lación

na alternativa de cálculo para este tipo de vertedero esartiendo de la ecuación:

Si el flujo es controlado por un Parshall (garganta), tenemos lauación

3 Dimensionamiento

determina la velocidad de sedimentación de acuerdo a los

iterios indicados anteriormente en relación a los diámetros de

las partículas. Como primera aproximación utilizamos la ley deStokes:

Al disminuir la temperatura aumenta la viscosidad afectando la

velocidad de sedimentación de las partículas. (aguas frías

retienen sedimentos por periodos más largos que cursos de

agua más calientes). Según tabla. Se comprueba el número de

Reynolds

En caso que el número de Reynolds no cumpla para la aplicación

de la ley de Stokes (Re<0.5), se realizará un reajuste al valor deVs considerando la sedimentación de la partícula en régimen de

transición, mediante el término del diámetro y el término de

velocidad de sedimentación (Grafico 01) Se determina el

coeficiente de arrastre (CD), con el valor del número deReynolds a partir del nuevo valor de Vs hallado

Se determina la velocidad de sedimentación de la partícula en la

zona de transición mediante la ecuaciónOtra alternativa para ladeterminación de la velocidad de sedimentación es util izando el

gráfico 02. Se realiza un ajuste tomando en cuenta el tiempo de

retención teórico del agua respecto al práctico (coeficiente deseguridad), mediante el gráfico 03 Así tenemos que:

Determinamos la velocidad limite que resuspende el material ovelocidad de desplazamiento:

Luego se debe cumplir la relación Vd > Vh, lo que asegura que no

se producirá la resuspensión: Las dimensiones de ancho, largo y

profundidad serán de tal forma que se cumpla las relaciones

determinadas en los criterios de diseño mencionadas

anteriormente. La longitud de la transición de ingreso ladeterminamos mediante la ecuación

Estructura hidráulica de transición, que permite una distribuciónuniforme del flujo dentro del sedimentador.

b) Zona de desarenación

Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y

condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las

partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es lamisma en todos los puntos, flujo pistón.

c) Zona de salida

Constituida por un vertedero, canaletas o tubos conperforaciones que tienen la finalidad de recolectar el ef luente

sin perturbar la sedi mentación de las partículas depositadas.

d) Zona de recolección de lodos

Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos

sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuaciónperiódica.

El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y

técnicos es de 8 a 16 años. El número de unidades mínimas enparalelo es de dos (2) para efectos de mantenimiento.



periodo de operación es de 24 horas por día. El tiempo de

tención será entre 2 - 6 horas. La carga superficial será entre

s valores de 2 - 10 m3/m2/día. La profundidad del

dimentador será entre 1,5 2,5 m. La relación de las

mensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 -

La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H)rá entre los valores de 5 - 20.

fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10%

ara facilitar el deslizamiento del sedimento. La velocidad en losificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear

erturbaciones dentro de la zona de sedimentación.

e debe aboquillar los orificios en un ángulo de 15° en el sentido

el flujo. La descarga de lodos se debe ubicar en el primer tercio

e la unidad, pues el 80% del volumen de los lodos se deposita

n esa zona. Se debe efectuar experimentalmente la

eterminación del volumen máximo que se va a producir. El

udal por metro lineal de recolección en la zona de salida debe

r igual o inferior a 3 l/s.

debe guardar la relación de las velocidades de flujo y lasmensiones de largo y altura.

sección de la compuerta de la evacuación de lodos (A2) debeantener la relación. Donde t es el tiempo de vaciado.

ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m

e distancia de la pared de entrada.

urso: Análisis y Tratamiento de la Contaminación del Agua

s orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o

6 de la altura (H) a partir de la superficie del agua y los más

ajos entre 1/4 ó 1/5 de la altura (H) a partir de la superficie del

ndo.

eterminar el área superficial de la unidad (As), que es el área

perficial de la zona de sedimentación, de acuerdo a lalación:

eterminar las dimensiones de largo L (m), ancho B (m) y altura

(m) de manera tal que se cumplan las relaciones o criterios

encionados anteriormente. Considerando el espaciamiento

ntre la entrada y la cortina o pared de distribución de flujo:

eterminar la velocidad horizontal VH (m/seg) de la unidad

ediante la ecuación. El cual debe cumplir con las relacionesencionadas anteriormente.

eterminar el tiempo de retención To (horas), mediante lalación:

eterminar el número de orificios, cumpliendo con los criterios

e diseño.

1 Estudio de campo

nálisis detallado de las características de la zona de estudio. Se

nsidera el análisis de fuentes, de calidad de agua, análisis delnerabilidad y riesgo, levantamiento topográfico, entre otros.

1.2 La fuente

El agua que ingresa al sistema es de tipo superficial, proviene de

un río o riachuelo de montaña. Por lo tanto, se debe disponer de

toda la información posible sobre la fuente: caudales,

variaciones por estación, niveles máximos y mínimos, calidad deagua cruda, por lo menos en los tres últimos años.

1.3 Calidad de agua cruda

Resumen de rangos de calidad de agua en fuentes superficialespara orientar la selección de opciones de FIME

1.4 Captación del agua

La forma más simple de captar el agua es a través de una tubería

o un canal. Se debe considerar las posibles inundaciones, épocas

de avenida y estiaje, evaluar la topografía del terreno paraasegurar un buen nivel de entrada al fi ltro.

1.5 Canal de entrada Se recomienda construir un canal en lugar

de una tubería, ya que el canal facili ta la limpieza e inspección.

1.6 Control y medición de caudal

Se debe controlar y medir el caudal total que se va a tomar del

río y el caudal del agua filtrada que abastecerá a la comunidad.

Para la primera tarea se util iza un canal de entrada con una

compuerta regulable y por medio de un vertedero

independiente en "V" se realiza una regulación más exacta. Para

la segunda medición se puede utilizar un medidor de efluente

instantáneo y otro

2. FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPASLa fil tración en múltiples etapas (FIME) es la combinación

unidades de pretratamiento con filtración en grava y unidades

de tratamiento con filtración lenta en arena (FLA) con la

finalidad de obtener un efluente de calidad sin necesidad de lautilización reactivos químicos durante el proceso.

2.1 Fi ltración Gruesa Dinámica (FGDi)

Los filtros dinámicos son tanques que contienen una capa

delgada de grava fina (6 a 13mm) en la superficie, sobre un lecho

de grava más grueso (13-25mm) y un sistema de drenaje en elfondo.

Esta unidad es util izada para reducir los extremos de los picos de

turbiedad y proteger de esta manera la planta de tratamiento

ante altas cargas de sólidos transportadas por la fuente durante

unas pocas horas. Cuando la fuente transporta valores elevados

de sólidos fácilmente sedimentables, estos se depositan en la

superficie del lecho de grava, colmatándolo rápidamente y

restringiendo parcial o totalmente el paso de agua

2.2 Filtración Gruesa (FG)



s fi ltros gruesos de grava pueden ser de flujo horizontal o

rtical. Consiste en un compartimiento principal donde se ubica

n lecho filtrante de grava. El tamaño de los granos de gravasminuye con la dirección del flujo.

ara el caso de un filtro de flujo ascendente se tiene un sistema

e tuberías, ubicado en el fondo de la estructura, permite

stribuir el flujo de agua en forma uniforme dentro del filtro.

onforme funciona el filtro, los espacios vacíos se van

lmatando con las partículas retenidas del agua, por lo cual sequiere una limpieza semanal controlada mediante las válvulas

e apertura a la salida de la unidad

3 Fil tración Lenta en Arena (FLA)

tratamiento del agua en una unidad de FLA es el producto de

n conjunto de mecanismos de naturaleza biológica y física, los

ales interactúan de manera compleja para mejorar la calidad

icrobiológica del agua. Consiste en un tanque con un lecho deena fina, colocado sobre una capa de grava que constituye el

porte de la arena la cual, a su vez, se encuentra sobre un

stema de tuberías perforadas que recolectan el agua filtrada. El

ujo es descendente, con una velocidad de fi ltración muy bajaue puede ser controlada preferiblemente al ingreso del tanque

ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO FIME

ependiendo de los parámetros seleccionados de calidad de

ua, la eficiencia de las etapas de tratamiento y

nsideraciones de costos se pueden adoptar las siguientesternativas de tratamiento FiME

odelo para la selección de un sistema de tratamiento de aguaor fi ltración en múltiples etapas, FiME. (Todas las opcionescluyen FGDi 2.0 y FLA0.15)

OTRAS ALTERNATIVAS DE PRETRATAMIENTO

Pozo de Infiltración Filtración del agua a orillas de los ríosediante pozos. b) Galería de Infiltración

aptación del agua infiltrada mediante tuberías perforadas

locadas en los lechos de los ríos.

Sedimentador La sedimentación es un proceso físico queermite reducir el contenido de sólidos suspendidos presentes

n el agua d) Desarenador Tiene por objeto separar del aguauda arena y partículas e suspensión gruesa

CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES

Periodo de diseño Se recomienda un período de diseño de las

stalaciones entre 8 y 12 años. b) Periodo de operación Las

nidades de tratamiento deben ser diseñados para periodos de

peración de 24 horas, siendo 2 el número mínimo de unidades

n paralelo y así alternarlas cada vez que se requiera realizar

antenimiento. La continuidad en la prestación del servicio

vita riesgos de contaminación en la distribución, en

macenamientos inadecuados o en la operación de la planta. c)

Caudal de diseño Las unidades en una planta de tratamientoserán diseñadas para el caudal máximo diario.

5. CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES

5.1 Filtro grueso dinámico

a) Cámara de fil tración

La cámara debe tener la capacidad suficiente para contener el

sistema de drenaje, lecho filtrante y la altura de agua sobre el

lecho (carga hidráulica). El borde libre debe tener 0.2 metros. La

razón largo / ancho será de 3:1 a 6:1, recomendable para diseño5:1 b) Lecho filtrante

c) Lecho de soporte

La velocidad de filtración varía entre los 2.0 a 3.0 m/h

dependiendo de la calidad del agua cruda. A mayorcontaminación del agua afluente menor velocidad de filtración

Curso: Análisis y Tratamiento de la Contaminación del Agua

Oscar H. Vásquez C.5.1 Filtro grueso dinámico

d) Sistema de drenaje y cámara de lavado El sistema de drenaje

es una tubería de perforada que cumple la función derecolección de agua filtrada también y regulado por válvulas.

Las cámaras de lavado deben ser amplias, seguras y de fácil

acceso, sus dimensiones deben ser tales que faciliten el

desplazamiento y maniobrabilidad del operador,

recomendándose áreas superficiales entre 3 y 5 m2

profundidades entre 0.20 y 0.40 m. La cámara debe serabastecida con agua cruda para facilitar el mantenimiento

eventual del FGDi. El conducto de desagüe debe ser calculado

para evacuar el caudal máximo de lavado y evitar sedimentación

en su interior.

La velocidad superficial de lavado (Vs) puede variar entre 0.15 y

0.3 m/s, dependiendo del tipo de material predominante en el

agua cruda; se asume una velocidad cercana a 0.15 m/s cuando

predominan limos y material orgánico y superior a los 0.2 m/spara arenas y arcillas.

Curso: Análisis y Tratamiento de la Contaminación del AguaOscar H. Vásquez C.

5.1 Fi ltro grueso dinámico (Dimensionamiento)

a) Número de filtros (N)

Normalmente se consideran como mínimo 2 unidades paracasos de mantenimiento o falla de uno de los fi ltros:

b) Área total del filtro (At)

c) Área del fil tro de cada unidad (Af)


5.1 Fi ltro grueso dinámico (Dimensionamiento)



Caudal del f iltro (Qf)

Caudal total (Qt)

Caudal de diseño (Qd)

CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES

1 Fi ltro grueso dinámico (Dimensionamiento)

Caja de filtro

elación largo/ancho: M = L/b, ambos en (m)

valor de la caja de recuperación de arena (que debe ser 1/50%) de la longitud del filtro) se debe sumar al valor de L

2 Fil tro grueso ascendente

Cámara de fil tración

altura total del fil tro está determinada por la altura del lechoe grava (incluyendo la capa de soporte), el nivel de agua

brenadante, la altura de agua adicional para facilitar y mejorar

lavado hidráulico y el borde libre. Está en el rango de 1.1 a 1.5

Lecho filtrante

Estructuras de entrada y salida

estructura de entrada consiste de un canal pequeño que

nduce el agua previamente acondicionada hasta la cámara de

ntrada a los fil tros gruesos. En ella se reúnen 3 tuberías:

ubería de entrada de agua, tubería de rebose y tubería de

stribución hacia los el lecho filtrante. La salida es porcolección del sobrenadante en tuberías que distribuyen el

ua filtrada en una cámara que contiene una tubería en la

arte inferior para el efluente tratado

Sistema de drenaje y cámara de lavado

descarga de la tubería de drenaje, debe ubicarse entre 1.5 y

0 m por debajo de la losa de fondo del f il tro grueso. La carga

tática de agua para lavado en contraflujo, que es la diferencia

ntre el nivel de agua máximo en el filtro grueso ascendente

urante el lavado y el nivel de descarga de la tubería de drenajen la cámara de lavado debe de estar entre los 2.5 y 3.0 m

Accesorios de regulación y control

2 Filtro grueso ascendente (Dimensionamiento)

Área superficial (As)

Sistema de distribución

ta compuesto por un distribuidor y tuberías laterales conificios

Sistema de drenaje

3 Fil tro lento de arena

na unidad de filtración lenta en arena consta generalmente de

s siguientes elementos: a) caja de fi ltración y estructura de

entrada, b) sistema de drenaje, c) lecho filtrante, d) capa de

agua sobrenadante y e) dispositivos para regulación, control y

rebose

a) Caja de fil tración y su estructura de entrada La caja del filtro

posee un área superficial condicionada por el caudal a tratar, la

velocidad de fil tración y el número de fil tros especificados para

operar en paralelo. Se recomiendan áreas de filtración máxima

por modulo de 100 m2 para facilitar las labores manuales de

operación y mantenimiento el fi ltro. La estructura consta de unvertedor de excesos, canales o conductos para distribución,

dispositivos para medición y control de f lujo, cámara de entrada

y ventana de acceso al fi ltro propiamente dicho b) Lechofiltrante

El medio filtrante debe estar compuesto por granos de arena

duros y redondeados, libres de arcilla y materia orgánica. La

arena no debe contener más de 2% de carbonato de calcio ymagnesio.

b) Sistema de drenaje, que incluye lecho de soporte y cámara de

salida

El nivel mínimo del filtro se controla mediante el vertedero de

salida, el cual se debe ubicar en el mismo nivel o 0.10 m. porencima de la superficie del lecho filtrante

d) Capa de agua sobrenadante

Se recomienda una altura de agua sobrenadante de 1.0 a 1.5 m.

y un borde libre entre los 0.2 y 0.3 m

e) Conjunto de dispositivos para regulación, control y rebose deflujo

Válvula para controlar entrada de agua pretratada y regular

velocidad de filtración Dispositivo para drenar capa de agua

sobrenadante, "cuello de ganso". Conexión para llenar lecho

fil trante con agua limpia Válvula para drenar lecho filtranteVálvula para desechar agua tratada Válvula para suministrar

agua tratada al depósito de agua limpia Vertedero de entrada

Indicador calibrado de flujo Vertedero de salida Vertedero deexcesos


5.3 Fi ltro lento de arena (Dimensionamiento)

a) Caudal de diseño (Qd)

Se expresa en (m3/h)

b) Numero de unidades (N)

Mínimo dos unidades de filtración

c) Área superficial (As)

d) Coeficiente de mínimo costo (K)

e) Longitud de unidad

f) Ancho de unidad



Velocidad de filtración real (VR)

Sistema de drenaje

s drenes se diseñarán con el criterio de que la velocidad límite

n cualquier punto de estos no sobrepase de 0.30 m/s. La

lación de velocidades entre el dren principal (Vp) y los drenes

cundarios (Vs) debe ser de: Vp/Vs < 0.15, para obtener unalección uniforme del agua fil trada

Pérdidas de carga

producen pérdidas de carga en las tuberías, en las válvulas,cho filtrante, drenes y vertederos

echo filtrante: Esta en función de la granulometría del material,

locidad de filtración. Drenes: (menor a 10%)

Pérdidas de carga

ompuerta de entrada: Vertedero de salida:



LA DESINFECCIÓN

significa el iminar del agua los microorganismos existentes,

capaces de producir enfermedades/es un proceso selectivo:

no destruye todos los organismos presentes en el agua y no

siempre elimina todos los organismos patógenos. Por eso

requiere procesos que los eliminen mediante lacoagulación, sedimentación y filtración.

1.1.Utilidad desinfectar el agua de la

fil tración.Teóricamente, la acción desinfectante de lassustancias químicas se realiza en dos etapas:La penetración

de la pared celular/La reacción con las enzimas, inhibiendo

al metabolismo de la glucosa y, por tanto, probando lamuerte del organismo.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LADESINFECCION.A)los

microorganismos presentes y su comportamiento:el# d

microorganismos presents enel agua no afecta el

proceso de desinfección. La naturaleza y concentración del

agente desinfectante.B)La temperatura del agua:la

temperatura favorece el proceso de desinfección.C)Lanaturaleza y calidad del agua:La materia en suspensión

puede proteger a los microorganismos existentes en el agua

e interferir en la desinfección.D)El PH:la acción de los

desinfectantes es fuertemente influenciada por el pH del

agua; cuanto más alcalina es el agua requiere mayor dosis de

desinfectante para una misma temperatura y tiempo de

contacto.E)El tiempo de contacto:Cuanto mayor es el

tiempo de contacto, mayor será la posibilidad de

destrucción de los microorganismos para una cierta

dosis de cloro aplicado.FORMAS DE DESINFECCIÓN..1)Agentes físicos: a).Sedimentación natural:es un proceso por

el cual se realiza la decantación de partículas en suspensión

por la acción de la gravedad.b).Coagulación –floculación –sedimentación:este proceso de mezcla son bastantes

eficientes en la remoción de la mayoría de las bacterias,

protozoarios y virus que se encuentran en el agua, debido a

que estos microorganismos son partículas coloidales y por

ello se encuentran sometidos al mismo mecanismo de

remoción de los demás coloides.c) La fil tración: Los fi ltros

lentos pueden llegar a remover 96% de bacterias, cuando elagua no presenta más de 100 ppm de materias en

suspensión y 200 bacterias por mili litro.Los filtros rápidos

pueden llegar hasta 98% de eficiencia en la remoción

de Bacterias, pero los olores y sabores no son

eliminados.d)El calor:e) La luz y los rayos

ultravioleta:mediante este procedimiento se actúa sobre

los microorganismos no por vía química sino por vía

fotoquímica. La absorción de luz por los seres vivos

provoca alteraciones de los compuestos moleculares

esenciales en la función celular.2)Agentes químicos:usados

en la desinfección del agua son:Los halógenos como el cloro

el bromo y el yodo./El osono /El permanganato de

potacio/El agua oxigenada y los iones metálicos.a)El ozono:El

ozono es inestable y se descompone con cierta facilidad en

oxígeno normal y oxígeno naciente debido a esta

característica, actúa con gran eficiencia como

desinfectante y se constituye como el más serio competidor

del cloro.dosis de ozono:para aguas superficiales de buena

calidad bacteriológica ,luego de la filtración se requiere de

dos a 3 mg/l de ozono./Para aguas contaminantes, luego de

la filtración, se debe aplicar entre 2,5 y 5 de ozono. cuando

el ozono es transferido al agua mediante un mesclador en

línea sin movimiento, las bacterias son destruidas en dos

segundos.b) El yodo: el yodo se disocia en el agua

formando ácido hipoyodoso:I2+H2O = HOI+H+I/desventajaes kel yodo es+ caro que el cloro./La tintura de yodo (6,5

g/100 mL de yodo), de expendio en farmacias, puede ser

usada en la desinfección de aguas para uso doméstico.

Bastarán 3 gotas por litro de agua, con un tiempo de

contacto de 15 minutos.c)El bromo:reacciona con el agua en

forma de ácido hipobromoso:Br2+H2O=HOBr+H+B /suventaja al cloro en la desinfección del agua de piscinas es

que la dosis minima residual recomendada de a,4 g/m3 no

importe olor al agua ni provoca en los ojos, independientes

del valor de ph.d)El cloro:..LA CLORACIÓN.- el cloro es eldesinfectante más importante que existe, debido a que

reúne todos las ventajas requeridas, incluyendo su fácil

dosificación y costo conveniente./desventajas:Es muy

corrosivo./Puede producir sabor desagradable en el agua,

incluso en concentraciones que no significan riesgos en la

salud de los operadores. 1. Características del

cloro:Destruyen los organimos patógenos del agua en

condiciones ambientales y en tiempo corto./Es de fácil

aplicación, manejo sencillo y bajo costo./La determinación

de su concentración en el agua es sencilla y de bajocosto./En las dosis utilizadas en la desinfección de las aguas,

no constituyen riesgo para el hombre ni para los

animales./Deja un efecto residual que protege el agua de

una posterior contaminación en la red de distribución. 2.

Reacciones del cloro en el agua:El ácido hipoclorito es

después del dióxido de cloro el germicida de todos los

compuestos del cloro y forma con mayor potencia de

oxidación reducción.Cl2 +H2O=HOCl+ HOCl + H+ Cl/NaOCl+

H2O=HOCl+Na+ OH.DISEÑO DE FILTRACION EN MULTIPLES

ETAPAS.1.consideraciones generales. a).Calidad de agua

cruda.-Resumen de rangos de calidad de agua en fuentessuperficiales para orientar la selección de opciones de

FIME.b).Control y medición de caudal.-Se debe controlar y

medir el caudal total que se va a tomar del río y el caudal del

agua fi ltrada que abastecerá a la comunidad.c).filtración en

múltiples etapas(FIME).-esla combinación unidades de

pretratamiento con fil tración en grava y unidades de

tratamiento con fil tración lenta en arena(FLA)conla finalidad

deobtener un efluente de calidad sin necesidad de la

utili zación reactivos químicos durante el proceso.d)

Filtración Gruesa Dinámica (FGDi). -Los filtros dinámicos sontanques que contienen una capa delgada de grava

fina(6a13mm)en la superficie,sobre un lecho de grava más

grueso(13-25mm) y un sistema de drenaje en el

fondo.e)Filtración Gruesa (FG).-Los filtros gruesos de grava



pueden ser de flujo horizontal o vertical.Consiste en un

compartimiento principal donde se ubica un lecho

fil trante de grava. El tamaño de los granos de grava

disminuye con la dirección del flujo.f) Filtración Lenta en

Arena (FLA).-El tratamiento del agua en una unidad de

FLA es el producto de un conjunto de mecanismos de

naturaleza biológica y física, los cuales interactúan de

manera compleja para mejorar la calidad microbiológica del

agua. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO FIME. Dependiendo

de los parámetros seleccionados de calidad de agua, laeficiencia de las etapas de tratamiento y consideraciones de

costos se pueden adoptar las siguientes alternativas de

tratamiento FiME: FGDi+FLA/FGDi + FGAC+FGAC+FLA/FGDi +

FGAS + FLA..OTRAS ALTERNATIVAS DE PRETRATAMIENTO:

a)Pozo de Infiltración:Filtración del agua a orillas de los ríos

mediante pozos.b)Galería de Infiltración:Captación del aguainfi ltrada mediante tuberías perforadas colocadas en los

lechos de los ríos.c)Sedimentador:La sedimentación es un

proceso físico que permite reducir el contenido de sólidos

suspendidos presentes en el agu.d)Desarenador:Tiene porobjeto separar del agua cruda arena y partículas e

suspensión gruesa.I) CRITERIOS DE DISEÑO DE LOS

COMPONENTES:A)Periodo de diseño:Se recomienda un

período de diseño de las instalaciones entre 8 y 12

años.B)Periodo de operación:Las unidades de tratamiento

deben ser diseñados para periodos de operación de 24

horas, siendo 2 el número mínimo de unidades en

paralelo y así alternarlas cada vez que se requiera

realizar mantenimiento. La continuidad en la prestación del

servicio evita riesgos de contaminación en la distribución, enalmacenamientos inadecuados o en la operación de la

planta.C)Caudal de diseño: Las unidades enuna planta

de tratamiento serán diseñadas parael caudal

máximo diario.I.1).Filtro grueso dinámico:a)Cámara de

fil tración: La cámara debe tener la capacidad suficiente para

contener el sistema de drenaje, lecho filtrante y la altura

de agua sobre el lecho (carga hidráulica). El borde libre

debe tener 0.2 metros./La razón largo / ancho será de 3:1 a

6:1, recomendable para diseño 5:1.b)lecho filtrante:c)Lecho

de soporte:d)Sistema de drenaje y cámara de lavado:El

sistema de drenaje es una tubería de perforada quecumple la función de recolección de agua filtrada también y

regulado por válvulas.Las cámaras de lavado deben ser

amplias, seguras y de fácil acceso, sus dimensiones deben

ser tales que faciliten el desplazamiento y

maniobrabilidad del operador, recomendándose áreas

superficiales entre 3 y 5 m2 profundidades entre 0.20 y 0.40

m. La cámara debe ser abastecida con agua cruda para

facilitar el mantenimiento eventual del FGDi..I.2)Filtro

grueso ascendente:A)Cámara de fil tración: La altura total del

fil tro está determinada por la altura del lecho de grava(incluyendo la capa de soporte), el nivel de agua

sobrenadante, la altura de agua adicional para facilitar y

mejorar el lavado hidráulico y el borde libre. Está en el rango

de 1.1 a 1.5 M.B)Lecho filtrante:C) Estructuras de entrada y

salida: La estructura de entrada consiste de un canal

pequeño que conduce el agua previamente acondicionada

hasta la cámara de entrada a los filtros gruesos. En ella se

reúnen 3 tuberías: Tubería de entrada de agua, tubería

de rebose y tubería de distribución hacia los el lecho

fil trante. D)Sistema de drenaje y cámara de lavado: La

descarga de la tubería de drenaje, debe ubicarse entre

1.5 y 2.0 m por debajo de la losa de fondo del fi ltro

grueso. La carga estática de agua para lavado en

contraflujo, que es la diferencia entre el nivel de aguamáximo en el fi ltro grueso ascendente durante el lavado y el

nivel de descarga de la tubería de drenaje en la cámara de

lavado debe de estar entre los 2.5 y 3.0 m. E) Accesorios de

regulación y control.I.3)Fi ltro lento de arena:Una unidad de

fil tración lenta en arena consta generalmente de los

siguientes elementos:a)Caja de filtración y su estructura deentrada:La caja del f iltro posee un área superficial

condicionada por el caudal a tratar, la velocidad de filtración

y el número de fil tros especificados para operar en

paralelo/La estructura consta de un vertedor de excesos,canales o conductos para distribución, dispositivos para

medición y control de flujo, cámara de entrada y ventana de

acceso al fi ltro propiamente dicho. b) Lecho filtrante:El

medio filtrante debe estar compuesto por granos de

arena duros y redondeados, libres de arcilla y materia

orgánica. La arena no debe contener más de 2% de

carbonato de calcio y magnesio.c)Sistema de drenaje, que

incluye lecho de soporte y cámara de salida:El nivel mínimo

del filtro se controla mediante el vertedero de salida, el cual

se debe ubicar en el mismo nivel o 0.10 m. por encima de lasuperficie del lecho filtrante.d)Capa de agua

sobrenadante:Se recomienda una altura de agua

sobrenadante de 1.0 a 1.5 m. y un borde libre entre los 0.2 y

0.3 m.e)Conjunto de dispositivos para regulación, control y

rebose de flujo: Válvula para controlar entrada de agua

pretratada y regular velocidad de filtración/Dispositivo para

drenar capa de agua sobrenadante, “cuello de

ganso”./Conexión para llenar lecho fi ltrante con agua

limpia/Válvula para drenar lecho filtrante/Válvula para

desechar agua tratada/Válvula para suministrar agua tratada

al depósito de agua limpia/Vertedero de entrada/Indicadorcalibrado de flujo/Vertedero de salida/Vertedero deexcesos.

SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS DISCRETAS

Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no

cambian de características (forma, tamaño, densidad)durante la caída.

Se denomina sedimentación o sedimentación simple al

proceso de depósito de partículas discretas. Este tipo de

partículas y esta forma de sedimentación se presentan en



los desarenadores, en los sedimentadores y en los

presedimentadores como paso previo a la coagulación en

las plantas de filtración rápida y también ensedimentadores como paso previo a la filtración lenta

Sedimentación de partículas floculentas

Partículas floculentas son aquellas producidas

por la aglomeración de partículas coloides

desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de

agentes químicos. A diferencia de las partículas discretas,las características de este tipo de partículas forma,tamaño, densidad sí cambian durante la caída.

Se denomina sedimentación floculenta o decantación al

proceso de depósito de partículas floculentas. Este tipo de

sedimento se presenta en la clarificación de aguas, como

proceso intermedio entre la coagulación floculación y lafiltración rápida.

Sedimentación por caída libre e interferidaCuando existe una baja concentración de partículas en el

agua, éstas se depositan sin interferir. Se denomina a este

fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas

concentraciones de partículas, se producen colisiones que

las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito

masivo en lugar de individual. A este proceso de

sedimentación se le denomina depósito

o caída interferida o sedimentación zonal.

Cuando las partículas ya en contacto forman una masa

compacta que inhibe una mayor consolidación, seproduce una compresión o zona de compresión.

CLASIFICACIÓN DE UNIDADES

La sedimentación o la decantación se

realizanen

reactores denominados sedimentadores o decantadores,de acuerdo con el tipo de partícula que se remueva en

cada unidad. La clasificación más recomendable es lasiguiente:

Sedimentadores o decantadores estáticos

Decantadores dinámicos

Decantadores laminares

1. Sedimentadores y decantadores estáticos

1.1 Criterios generales

En este tipo de unidades puede

producirse sedimentación o decantación,

normalmente con caída libre, en régimenturbulento o de transición.

1.2 Componentes de una unidad

Zona de entrada y distribución de agua.

Zona de sedimentación propiamente dicha.

Zona de salida o recolección de agua.

Zona de depósito de lodos.

1.3 Tipos de unidades

Desarenadores:

Los desarenadores tienen por objeto remover del agua

cruda la arena y las partículas minerales más o menos

finas, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos

en los canales y conducciones, para proteger las bombas y

otros aparatos contra la abrasión y para evitar sobrecargas

en las fases de tratamiento siguiente y la interferencia

en los procesos de coagulación – floculación.

El desarenado se refiere normalmente a la remoción de

las partículas superiores a 0,2 milímetros. Una

granulometría inferior corresponde a los procesos depresedimentación o sedimentación.

En el caso particular de que se incluya en la

instalación un presedimentador, se podrán eliminar en

el desarenador solamente partículas de dimensiones

superiores a 0,3 milímetros de diámetro. Si la instalación

incluye tamizado o microcernido (con mallas de 1 a2 milímetros, por ejemplo), deberá efectuarse undesarenado previo para evitar problemas en los tamices.

Desarenadores:

Generalmente,

los desarenadores tienen forma rectangular

2. Decantadores dinámicos2.1 Criterios Generales

La teoría de la decantación interferida se aplica a este

tipo de unidades. Se requiere una alta concentración de

partículas para incrementar las posibilidades de contacto en

un manto de lodos que tiene una concentración departículas de 10 a 20% en volumen.

En el proceso, el flóculo no conserva su peso específico,

su tamaño ni su forma constante. Las partículas

pequeñas que entran por el fondo son arrastradas por elflujo. Al chocar estas con otras, incrementan su tamaño. Se

entiende que en la zona del manto de lodos se promueve la

floculación y en la parte superior a ella ocurre la decantación

2.2 Componentes de la unidad



Entrada, recolección de agua clarificada, zona de

clarificación, zona del manto de lodos, salida del

concentrador de lodos.

1. Tipos de unidades dinámicas

Unidades de manto de lodos con suspensión mecánica:

a) Unidades de manto de lodos con agitación simple

Un agitador mecánico que gira en el fondo, moviendo por un

motor o por agua a presión, mantiene las partículas en

suspensión y recolecta lodos en un concentrador de dondeson removidos periódicamente.

b) Unidades de manto de lodos con separación dinámica.

Las unidades que emplean separación dinámica utilizan una

turbina que gira a alta velocidad, colocada en el centro del

tanque , la cual impulsa el flujo hacia abajo a través del

orificio periférico , de forma tal que las partículas que

descienden impulsadas por la energía mecánica de la turbina

choquen con las que ascienden con el flujo del tanque.


Este tipo de unidades consiste esencialmente en un

tanque cuadrado o circular, en cuyo centro se coloca

una campana o cápsula de vacío, en la cual

periódicamente se disminuye la presión interna con

una bomba especial , de modo que el agua ascienda por la

campana hasta un cierto nivel y luego se descargue en el

tanque y se produzca la expansión de los lodos y se bote el

exceso de estos a los concentradores. Esta periódicaexpansión y contracción del manto se usa para

homogeneizarlo. Se evitan las grietas o canales que

permiten el paso directo de la turbiedad y la sedimentación

de las partículas más pesadas en el fondo de la unidad.

3 Decantadores laminares

1. Tipos de decantadores laminares

a) De flujo horizontal:

La figura representa un sedimentador laminar con láminasligeramente inclinadas con un ángulo de 5° (ángulo de

máxima eficiencia remocional). En esta solución, se requiere

invertir el flujo para realizar la limpieza del

sedimentador. Esta solución es muy utilizada en plantascomerciales o plantas de pequeña capacidad (inferior a 50litros por segundo).

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