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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL CHIMBORAZO
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA DE CIENCIAS QUÍMICAS
BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
TRATAMIENTO DE AGUA II
Tema:
“DISEÑO DE UNA PLANTA DE TARTAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA LA ZONA URBANA DE TISALEO”
Nombres:
Gloria Chango Pamela Novillo Carla V. Valle Ch. Jairo Viteri Nivel:
OctavoFecha: 02 de julo del 2012
RIOBAMBA- ECUADOR
1
TABLA DE CONTENIDO. (ÍNDICE)
Introducción…………………………………………………………………………………1
Resumen……………………………………………………………………………………..2
Justificativo………………………………………………………………………………….2
Objetivos…………………………………………………………………………………….3
Marco Teórico……………………………………………………………………………….3
Generalidades del área de estudio…………………………………………………...4
Sistemas de tratamiento de aguas residuales a implementar en el área de estudio….4Rejillas……………………………………………………………………….5Sedimentador………………………………………………………………...5Trampa de grasas…………………………………………………………….6Tanque Imhoff……………………………………………………………….6ERAS de secado……………………………………………………………..8FAFA (filtro anaeróbico de flujo ascendente)…..…………………………...8Lagunaje……………………………………………………………………10
Normativa Legal……………………………………………………………………11
Parte experimental………………………………………………………………………….13
Resultados………………………………………………………………………………….15
Dimensionado de la planta…………………………………………………………………25
Resumen del dimensionado………………………………………………………………...37
Cumplimiento de la norma…………………………………………………………………38
Conclusiones……………………………………………………………………………….40
Recomendaciones…………………………………………………………………………40
Bibliografía………………………………………………………………………………...40
Anexos……………………………………………………………………………………...41
2
1. INTRODUCCIÓN.La contaminación es un fenómeno global que está afectando al ambiente y claro a los receptores externos como son el agua, aire y suelo. La prevención, reducción y eliminación de los contaminantes vertidos hacia los mismos, es lo ideal para reducir los impactos ambientales negativos.
La contaminación de causes hídricos ha sido perjudicial desde sus inicios para la productividad de las zonas aledañas a los mismos, ocasionando un impacto severo en el ambiente.
A comienzos del siglo XX, algunas ciudades e industrias empezaron a reconocer que el vertido directo de desechos en los ríos provocaba problemas sanitarios. Esto llevó a la construcción de instalaciones de depuración.
Aproximadamente en aquellos mismos años se introdujo la fosa séptica como mecanismo para el tratamiento de las aguas residuales domésticas tanto en las áreas suburbanas como en las rurales. Para el tratamiento en instalaciones públicas se adoptó primero la técnica del filtro de goteo que en muchos estudios y trabajos realizados y desarrollados se llego a lo que se conoce como la planta de tratamiento de aguas residuales a nivel doméstico e industrial
Es por estos que es necesario el diseño e implementación estaciones depuradoras (plantas de tratamiento) de aguas residuales, para de esta manera lograr reducir la contaminación de estos efluentes hasta niveles aceptables para ser vertidos a redes de alcantarillado, cursos naturales de agua, o suelo.
2. RESUMEN
El presente proyecto tiene como tema “DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA AGUAS RESIDUALES PARA LA ZONA URBANA DEL CANTÓN TISALEO”
La importancia que tiene este proyecto es dar un adecuado tratamiento de las aguas residuales que genera la zona urbana del cantón Tisaleo
En vista de que actualmente no son tratadas técnicamente, afectando al ambiente y a sus habitantes. Por tal razón se desea diseñar una planta de tratamientos para aguas residuales con la finalidad de mitigar el impacto ambiental que desembocarán en el río Pachanlica.
3
Realizándose mediciones del caudal de descarga durante 1 hora se obtuvo el caudal máximo, mínimo y medio mediante un muestreo compuesto, y a más de esto se tomaron muestras de agua residual para el análisis de características físicas, químicas y biológicas de forma, y el resultado nos dio un valor de 316,16 mg/L en DBO y comparando con la Tabla XII del Libro VI, Anexo 1 del TULAS indican que están contaminando el ambiente, a mas de esto se realizo el hidrograma en función del caudal y del tiempo, ya que esto ayuda para el dimensionamiento y elección de las unidades físicas de la planta de tratamiento, cabe explicar que se realizo un levantamiento topográfico del lugar donde se encuentra la empresa y del lugar donde se va a ubicar la planta de tratamiento de las aguas residuales de dicho cantón.
Al recopilar la información necesaria de interés nuestro para llegar a nuestro objetivo, se procedió a realizar el dimensionamiento y selección de las unidades físicas de la planta de tratamiento, constituida por: un canal de conducción que lleva el flujo de agua hacia la planta, está provisto de un sistema de rejillas, desarenador, sedimentador, tanque Inhoff, ERAS de secado, filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA), con esto se pretende mejorar la calidad del efluente en un del 79,11% y para lo sólidos suspendidos del 94,672%. Con la planta diseñada se prevé disminuir la contaminación en los factores ambientales.
3. JUSTIFICATIVO
Como consecuencia del crecimiento poblacional la contaminación es cada vez más creciente todo para satisfacer el actual estilo de vida, es por esto existe una notable disminución de fuentes hídricas para dotar de agua a los humanos y las pocas existentes están siendo contaminadas
Las autoridades regionales, tanto aquellas que tienen competencia en el desarrollo productivo como las interesadas en el desarrollo ambiental de la región, consideran que este sector puede y debe avanzar en materias de eficiencia productiva y ambiental, protegiendo la salud de las personas y el ambiente.
En la provincia de Tungurahua como en todas las poblaciones del mundo, requieren de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas antes de ser vertidas a los cuerpos de agua dulce para disminuir el impacto y ayudar a la rápida recuperación de los cauces hídricos por ello el proyecto está enfocado en mejorarla calidad del agua residual disminuyendo la carga contaminante generada por la zona urbana del cantón Tisaleo
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4. OBJETIVOS
4.1. GENERAL Diseñar una planta de tratamiento para aguas residuales de la zona urbana del
cantón Tisaleo.
4.2. ESPECÍFICOS Caracterizar del agua residual de la zona urbana del cantón Tisaleo. Elaborar el levantamiento topográfico del lugar donde se ubicará la planta de
tratamiento de aguas residuales Realizar los cálculos necesarios para un correcto diseño de la planta.
5. MARCO TEÓRICO
5.1. GENERALIDADES DEL ÁREA DE ESTUDIOGENERALIDADES DEL ÁREA DE ESTUDIO
El cantón Tisaleo, pertenece a la provincia del Tungurahua, tiene una población total de 2744 habitantes distribuidos en dos parroquias:
Parroquia Urbana - Tisaleo (88.28% de sus habitantes)
Parroquia Rural - Quinchicoto y Tisaleo (11.72 % de de sus habitantes)
5
MICROCLIMA
Piso Templado Subandino: Comprende desde los 2.500 metros hasta los 3.200 metros de altura, con temperaturas de 10 a 15 grados centígrados. El relieve en su mayor parte es montañoso.
PRECIPITACIONES
Posee una precipitación anual promedio de 210.4 mm
Servicios básicos
Tienen acceso a la red de alcantarillado, el 61% de las viviendas. Agua entubada por red pública dentro de la vivienda: 76%. Energía eléctrica 61%. Servicio telefónico 31%. (9)
5.2. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES A IMPLEMENTAR EN EL ÁREA DE ESTUDIO
5.2.1. REJILLAS
El propósito fundamental de estos dispositivos es permitir el desarrollo eficaz de tratamientos posteriores.Pueden ser de limpieza manual o mecánica. Se recomiendas instalar rejillas de limpieza manual para gastos menores a 50L/s; cuando el gasto es mayor o igual, es conveniente utilizar rejillas con limpieza mecánica.
6
El canal de aproximación a la rejilla debe ser diseñado para prevenir la acumulación de arena u otro material pesado aguas arriba de está. Además, debe tener preferiblemente una dirección perpendicular a las barras de la rejilla.
5.2.2. DESARENADOR
Desarenador es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen. Existen varios tipos de desarenadores, los principales son:
Desarenador Longitudinal; Desarenador de vórtice.
La velocidad buscada del agua es de 0,3 m/s.
Su funcionamiento se basa en la reducción de la velocidad del agua y de las turbulencias, permitiendo así que el material sólido transportado en suspensión se deposite en el fondo, de donde es retirado periódicamente.
Normalmente se construyen dos estructuras paralelas, para permitir la limpieza de una de las estructuras mientras la otra está operando.
5.2.3. CANAL PARSHALL
La canaleta Parshall es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones para medir el flujo en canales abiertos. Puede ser usado para medir el flujo en ríos, canales de irrigación y/o de desagüe, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fabricas, etc. La medida del flujo esta basada en la asunción de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base.
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VENTAJAS CANALETA
Baja inversión Más resistente que cualquier metal Dimensiones estables Es una canaleta prefabricada, se tiene seguridad en sus dimensiones, moldeada en
una sola pieza. Construcción resistente Resistente a la corrosión Fácil instalación Ligera y resistente; puede ser instalado en líneas de concreto Esta característica minimiza la acumulación de suciedad. Durable
5.2.4. SEDIMENTADOR
Es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una partícula más densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el fondo del sedimentador. Está en función de la densidad del líquido, del tamaño, del peso específico y de la morfología de las partículas. Esta operación será más eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le suele denominar también decantación.
El objetivo fundamental de la decantación primaria es doble: por un lado permite eliminar los sólidos en suspensión (en un 60%, aproximadamente) presentes en la aguas residuales y la materia orgánica (en un 30%, aproximadamente) y por otro lado, protegen los procesos posteriores de oxidación biológica de la intrusión de fangos inertes de densidad elevada.
La forma de los equipos donde llevar a cabo la sedimentación es variable, en función de las características de las partículas a sedimentar (tamaño, forma, concentración, densidad, etc.).
1. Sedimentadores rectangulares: La velocidad de desplazamiento horizontal del agua es constante y se suelen utilizar para separar partículas densas y grandes (arenas).Suelen ser equipos poco profundos.
2. Sedimentadores circulares: En ellos el flujo de agua suele ser radial desde el centro hacia el exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento del agua disminuye al alejarnos del centro del sedimentador.
3. Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa a los sedimentadores poco profundos, al conseguirse una mayor área de sedimentación en el mismo espacio. Consisten en tanques de poca profundidad que contienen paquetes de placas (lamelas) o tubos inclinados respecto a la base, y por cuyo interior se hace fluir el agua de manera ascendente. En la superficie inferior se van acumulando las partículas, desplazándose de forma descendente y recogiéndose en el fondo del sedimentador.
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Las partículas depositadas en el fondo de los equipos (denominados fangos) se arrastran mediante rasquetas desde en fondo donde se “empujan” hacia la salida. Estos fangos, en muchas ocasiones y en la misma planta de tratamiento, se someten a distintas operaciones para reducir su volumen y darles un destino final. (2)
5.2.5. TANQUE IMHOFF
El tanque imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos.
Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena.
Esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con grandes áreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como es el caso de las lagunas de estabilización, además de que el tanque imhoff deberá estar instalado alejado de la población, debido a que produce malos olores.
El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce la DBO de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secados.
Debido a esta baja remoción de la DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente.
COMPONENTES DEL TANQUE
1. Cámara de sedimentación: Unidad del tanque imhoff, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables.
2. Cámara de digestión de lodos: Unidad de los tanques imhoff, donde se almacenan y digieren los lodos.
3. Área de ventilación y acumulación de espumas: Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. (4)
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TANQUE IMHOFF
Fuente: Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000.
5.2.6. ERAS DE SECADO
Los lechos de secado son generalmente el método más simple y económico de deshidratar los lodos digeridos, son dispositivos que eliminan una cantidad de agua suficiente de los lodos para que el resto pueda manejarse como material sólido, con un contenido de humedad inferior al 70 %. El lecho típico de secado es de forma rectangular poco profundo, con fondos porosos colocados sobre un sistema de drenaje. El lodo se aplica sobre el lecho en capas de 20 a 40 cm y se deja secar. (5)
5.2.7. FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTEEl filtro anaerobio de flujo ascendente es un proceso para el tratamiento de residuos solubles.
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Fuente: Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000.
De los sistemas de tratamiento anaerobio es el más sencillo de mantener porque la biomasa permanece como una película microbial adherida y porque como el flujo es ascensional, el riesgo de taponamiento es mínimo. El agua residual es puesta en contacto con el crecimiento biológico anaerobio adherido al medio y como las bacterias son retenidas sobre el medio no salen en el efluente, es posible obtener tiempos de retención celular del orden de cien días con tiempos de retención hidráulica cortos. Estos filtros también pueden ser útilies para desnitrificar efluentes ricos en nitratos.
El medio permanece sumergido en el agua residual, permitiendo una concentración de biomasa alta y un efluente clarificado; el proceso se usado a bajas temperaturas, pero preferiblemente la temperatura debe ser mayor de 25C. El espesor observado de biopelícula sobre diferentes medios plásticos es de 1 a 3mm. El residuo debe contener alcalinidad suficiente para mantener un pH, en la zona de lodos mayor de 6.5, sin embargo, el amonio liberado en la hidrólisis de las proteínas puede reducir la alcalinidad requerida de fuentes externas.
El arranque de un proceso de crecimiento adherido puede ser más lento que el de un proceso de crecimiento suspendido, puede demorar unos seis meses en aguas residuales de baja concentración y de temperatura baja; pero la ventaja es que el filtro anaerobio es poco sensible a variaciones de carga hidráulica y a la operación discontinua pues el medio retiene los sólidos y la biomas formada en él.
En estudios hechos en Brasil se indica que estos filtros logran remociones de DBO del 80% con lechos de piedra de 4 y 7mm y una altura de 1.20m. (6)
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NORMATIVA AMBIENTAL.
El proyecto se fundamentará en el Texto Unificado de Legislación Ambiental (TULAS) Libro VI, Anexo I, que establece los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para las descargas en cuerpos de aguas o sistemas de alcantarillado.
Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce o sistemas de alcantarillado
PARÁMETROS EXPRESADO COMO
UNIDAD LÍMITE MÁXIMO
PERMISIBLEAceites y Grasas. Sustancias
solubles en hexano
mg/l0,3
Alkil mercurio mg/lNo detectable
Aldehídos mg/l 2,0
Aluminio Al mg/l 5,0
Arsénico total As mg/l 0,1
Bario Ba mg/l 2,0
Boro total B mg/l 2,0
Cadmio Cd mg/l 0,02
Cianuro total CN- mg/l 0,1
Cloro Activo Cl mg/l 0,5
Cloroformo Extracto carbón cloroformo ECC
mg/l 0,1
Cloruros Cl- mg/l 1 000
Cobre Cu mg/l 1,0
Cobalto Co mg/l 0,5
12
Coliformes Fecales
Nmp/100 ml 1Remoción > al 99,9 %
Color real Color real unidades de color
* Inapreciable en dilución:
1/20
Compuestos fenólicos
Fenol mg/l 0,2
Cromo hexavalente
Cr+6 mg/l 0,5
Demanda Bioquímica de
Oxígeno (5 días)
D.B.O5. mg/l 100
Demanda Química de Oxígeno
D.Q.O. mg/l 250
Dicloroetileno Dicloroetileno mg/l 1,0
Estaño Sn mg/l 5,0
Fluoruros F mg/l 5,0
Fósforo Total P mg/l 10
Hierro total Fe mg/l 10,0
Hidrocarburos Totales de Petróleo
TPH mg/l 20,0
Manganeso total Mn mg/l 2,0
Materia flotante Visibles Ausencia
Mercurio total Hg mg/l 0,005
Níquel Ni mg/l 2,0
Nitratos + Nitritos Expresado como mg/l 10,0
1
13
Nitrógeno (N)
Nitrógeno Total Kjedahl
N mg/l 15
Organoclorados totales
Concentración de organoclorados
totales
mg/l 0,05
Organofosforados totales
Concentración de organofosforados
totales.
mg/l 0,1
Plata Ag mg/l 0,1
Plomo Pb mg/l 0,2
Potencial de hidrógeno
pH 5-9
Selenio Se mg/l 0,1
Sólidos Sedimentables
ml/l 1,0
Sólidos Suspendidos
Totales
mg/l 100
Sólidos totales mg/l 1 600
Sulfatos SO4= mg/l 1000
Sulfitos SO3 mg/l 2,0
Sulfuros S mg/l 0,5
Temperatura oC < 35
Tensoactivos Sustancias activas al azul de
metileno
mg/l 0,5
Tetracloruro de carbono
Tetracloruro de carbono
mg/l 1,0
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Tricloroetileno Tricloroetileno mg/l 1,0
Vanadio mg/l 5,0
Zinc Zn mg/l 5,0
Fuente: Libro VI, Anexo 1 del TULAS
6. PARTE EXPERIMENTAL:
6.1. METODOLOGÍA
6.1.1. Materiales y equipos:
Entre los materiales y equipos utilizados se usaron:
MEDICIÓN DE CAUDAL
Balde de 6 litros Cronómetro Mandil Guantes Cuaderno de apuntes
TOMA DE MUESTRA
Mandil Guantes Cuaderno de apuntes Frasco de plástico Termómetro
6.1.2. Metodología:
El sector elegido fue la zona urbana del cantón Tisaleo, en la provincia de Tungurahua, para el proyecto se realizó:
Ubicación del lugarMuestreoAnálisis de laboratorio (se edito el valor de DBO a la temperatura del lugar)Medición de caudal
Planimetría del lugar y localización (GPS)
15
Dimensionado de la planta de tratamiento de aguas residuales (cálculos)Diseño en civilcad y autocadVerificación teórica de la legislación ambiental vigente
7. RESULTADOS:
UBICACIÓN DEL LUGAR
TISALEO ZONA URBANA
16
UBICACIÓN DE LA PLANTA
PLANIMETRÍA DEL LUGAR
Para la planimetría del lugar primero nos ubicamos la zona donde será la planta de tratamiento de aguas residualesSe alinea con los satélitesSe camina con el GPS fijo por todo el área para sacar altimetríaSe descargan los datos del GPS y se traslada a Autocad
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MEDICIÓN DE CAUDAL
1. Con un balde o recipiente con capacidad de 5 litros se lo llenaba con el agua residual que era recolectada en un canal y luego expulsado por una tubería
2. Se tomó el tiempo con un cronómetro 3. Se repite por tres veces cada 15 minutos hasta completar una hora4. Se obtuvieron los siguientes datos
Muestra Volumen (L) Tiempo(seg) Caudal (L/seg)1 (1 min) 5 5,51 0,9082 (15 min) 5 5,78 0,8643 (30 min) 5 6,07 0,8234 (45 min) 5 4,59 1,0895 (60 min) 5 5,84 0,856
TOTAL 4,54
HIDROGRAMA
0 10 20 30 40 50 60 700.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
Caudal vs Minuto
MUESTREO
V muestra=QtV total
QmNmuestras
V muestra=0,864
Lseg
1L
0,908Lseg
5
V muestra=5mlcada15minutos
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ANÁLISIS DE LABORATORIO
DATOS DE LA MUESTRA
FUENTE: Zona urbana cantón Mocha
FECHA DE RECOLECCIÓN: 06/06/2012 RECOLECCIÓN POR:
- Chango Gloria - Novillo Pamela- Valle Carla - Viteri Jairo
TIPO DE AGUA: Agua residual de zona urbana
FECHA DE ANÁLISIS: 06/06/2012
Cantón: Mocha LOCALIDAD: Zona rural
ANÁLISIS FÍSICO - QUÍMICO
1) CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
PARÁMETRO EXPRESADO COMO
LIMITE PERMISIBLE RESULTADO
PH Unidades 6,5 - 8,5* 7,94
TURBIEDAD U.N.T 5* 152,91
TEMPERATURA C < 35* 15,30
SOLIDOS SEDIMENTABLES
0,1 247
SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES
mg/l 100* 613
CONDUCTIVIDAD uS/cm ------- 495
2) CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
PARÁMETRO EXPRESADO COMO
LIMITE PERMISIBLE RESULTADO
DBO DBO5 mg/l 100* 316,16
DQO mg/l 250* 533,33
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* Límites permisibles para descarga de agua en un cuerpo de agua dulce TULAS, Libro IV, anexo I, Tabla 12
CAUDAL DE DISEÑO
DATOS
Caudal (D)= 108,96 L/díahabPoblación= 2744 habitantes
Población futura.
Pn=P0(100+P
100)n
Pn= población futuraP0= población activaP= % de crecimiento poblacional (1,2 en el cantón Mocha)n= número de años.
P30=2744 ( 100+1,2100
)30
P30=3924,64→3925habitantes
Qf=P30D
Qf=108,96L
habdía3925hab
Qf=427668Ldía
Qf=427,668m3
día
DIMENSIONADO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DISEÑO DE DESARENADOR
CÁLCULO DEL ÁREA
A=Qv
20
w= 2√ A1,5
El alto se le considera 1,5w
alto=1,5w
El largo es 10 veces w
largo=10w
DISEÑO DE REJILLAS (n)
Se da las características de separación (e) y espesor de barras (S), para calcular el ancho del canal:
DATOS
e = 15 mm
S = 15 mm
n= wS+e
Como son rejillas de limpieza manual se utiliza un ángulo de 60°
Pérdida de carga
h=β ( Se )4 /3( v2
2 g )sen60
21
PENDIENTE (ECUACIÓN DE MANNING)
v=1nR
23 S
12
Donde
R= (área) (perímetro)
S= ΔH (L)
∆ H=( v
( 1nAP
23 ))
2
∗L
CANAL PARSHALL
Este canal se lo realiza de acuerdo a la siguiente tabla tomando como caudal máximo
DISEÑO DEL SEDIMENTADOR
A= QCS
D= 2√ 4 AΠ
Diámetro interno de arqueta (15-20%)
22
v
Ø i=0,15 (D)
Si h= 3m según Metcalf Eddy
V=h A
Tiempo de retención
Tr=VQ
y=D2
(0,08( pendiente))
Altura del diámetro interno de arqueta (1/3 a 1/5)
TANQUE INHOFF
Datos
C s=24m3
díam2
Área Superficial
A s=QCs
Se asume el valor de b=0,65m (parámetros de diseño)
Longitud
L=A s
b
Tiempo de retención de 2 horas= 0,0833 días
Velocidad de sedimentación
v= LTr
23
Volumen de sedimentación
V s=QTr
Área Transversal
At=V s
L
Ángulo 60° (Según OPS)
C=A t−(B∗D
2)
B
Área de la cámara
Acámara=(B∗C )+(B∗D2 )
Se asume a = 0,6m
h=b+2a
Se toma un ángulo de 30°
g=
h2
tg 30
Altura total (9 a 11 m como máximo)
ERAS DE SECADO
Carga de sólidos en el sedimentador (Cs) = 90 grSS/hab día
Masa desólidos queconforman loslodos= (0,5∗0,7∗0,5∗Cs )+(0,5∗0,3∗Cs)
Se toma que la densidad de los lodos = 1,04Kg/L
% sólidos (varía del 8 al 10%)= 10 %
Volumendiariode lodos digeridos=Masa de sólidosque conformanloslodoslodos∗(% /100)
24
Volumende lodos aextraerse=Volumendiario de lodos digeridos∗55días1000
Profundidad varía de 0,20 a 0,40 m, en este caso es de 0,30m
Áreadel lecho de secado=Volumende lodos aextraerseprof undidad
Ancho varía de 3 a 6 m, en este caso de 4m
Largo= Área del lecho desecadoancho
FAFA
Altura varía de 1,8 a 2 m, en este caso es de 1,8 m
Tiempo de retención de 12h
Volumen
V=1,6Q PD
Área del FAFA
A=Vh
L= 2√A
DISEÑO EN CIVILCAD Y AUTOCAD
Para el dimensionamiento de la planta de aguas residuales se partió del plano topográfico del área a considerarPosteriormente con los cálculos obtenidos en Word se procede a dibujar cada componente, con sus cortes respectivos, básicamente consiste en:
1. Rejilla2. Desarenador3. Canal parshall4. Sedimentador5. Tanque Inhoff6. ERAS de secado7. Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA)
25
8. DIMENSIONADO DE LA PLANTA:
DIMENSIONADO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DISEÑO DE DESARENADOR
DATOS
Qf=427,668m3
día
V= 0,03 mseg
= 25920 mdía
CÁLCULO DEL ÁREA
A=Qv
A=427,668
m3
día
25920mdía
A=¿ 0,0165 m2
w= 2√ A1,5
w= 2√ 0,0165m2
1,5
w=0,105m
Aproximando más seguridad
w=0,15m
El alto se le considera 1,5w
alto=1,5w
alto=1,5(0,15m)
alto=0,225m
Más altura de seguridad
alto=0,30m
26
El largo es 10 veces w
largo=10w
largo=10(0,15m)
largo=1,5m
DISEÑO DE REJILLAS (n)
Se da las características de separación (e) y espesor de barras (S), para calcular el ancho del canal:
DATOS
e = 15 mm
S = 15 mm
n= wS+e
n=(0,15m)
0,015m+0,015m
n=5barras
Como son rejillas de limpieza manual se utiliza un ángulo de 60°
X=0,30msen60
X = 0,34 m
Y=cos60(0,34m)
Y=0,15m
27
0,30
Pérdida de carga
h=β ( Se )4 /3( v2
2 g )sen60
h=1,79( 0,015m0,015m )
4 /3( (0,3m /s)2
2(9,8m /s2))sen60
h=0,7cm(máximode15 cm)
PENDIENTE (ECUACIÓN DE MANNING)
v=1nR
23 S
12
Donde
R= (área) (perímetro)
S= ΔH (L)
∆ H=( v
( 1nAP
23 ))
2
∗L
∆ H=( 0,3mseg
( 10,013 ( 0,0165m2
0,75m )23) )
2
∗1,5m
28
∆ H=0,0037m
CANAL PARSHALL
Este canal se lo realiza de acuerdo a la siguiente tabla tomando como caudal máximo
Qf=427,668m3
día
Qf=4,94Lseg
DISEÑO DEL SEDIMENTADOR
DATOS
Qf=427,668m3
día
29
V= 0,03 mseg
= 25920 mdía
CS=24m3
m2día
A= QCS
A=427,668
m3
día
32m3
m2día
A=13,36m2
D= 2√ 4 AΠ
D=2√ 13,36m2(4)
Π
D=4 ,12m
Aproximando
D=4,5m
Diámetro interno de arqueta (15-20%)
v
Ø i=0,15 (5m)
Ø i=0,75m
Si h= 3m según Metcalf Eddy
V=h A
V=(3m)13,36m2
30
V=40,08m3
Tiempo de retención
Tr=VQ
Tr= 40,08m3
427,668m3
día
Tr=0,0937días
Tr=2,25h
y=D2
(0,08)
y= 4,5m2
(0,08)
y=0,18m
Aproximado
y=0,20m
H total=3m+0,20m
H total=3,20m
Altura del diámetro interno de arqueta (1/3 a 1/5)
hi=13
3,20m
hi=1,06m
TANQUE INHOFF
Datos
C s=24m3
díam2
31
Área Superficial
A s=427,668
m3
día
24m 3
díam2
A s=17,82m2
Se asume el valor de b=0,65m
Longitud
L=A s
b
L=17,82m2
0,65m
L=27,42m
Tiempo de retención de 2 horas= 0,0833 días
Velocidad de sedimentación
v= LTr
v= 27,42m0,0833días
v=329,17mdía
Volumen de sedimentación
V s=QTr
32
V s=(427,668m3
día)0,0833días
V s=35,62m3
Área Transversal
At=V s
L
At=35,62m3
27,42m
At=1,30m
Ángulo 60° (Según OPS)
C=A t−(B∗D
2)
B
C=1,30−(0,65∗0,49
2)
0,65
C=0,70m
Área de la cámara
Acámara=(B∗C )+(B∗D2 )
Acámara=(0,65∗0,70 )+( 0,65∗0,702
)
Acámara=0,69m2
Se asume a = 0,6m
h=b+2a
h=0,65+2(0,60)
h=1,85m
33
Se toma un ángulo de 30°
g=
h2
tg 30
g=
1,85m2
tg 30
g=0,46m
Altura total (9 a 11 m como máximo)
H total=d+c+e+g+ f + y
H total=10,03m
ERAS DE SECADO
Carga de sólidos en el sedimentador (Cs) = 90 grSS/hab día
Masa desólidos queconforman loslodos= (0,5∗0,7∗0,5∗Cs )+(0,5∗0,3∗Cs)
Masa desólidos queconforman loslodos= (0,5∗0,7∗0,5∗90 )+(0,5∗0,3∗90)
Masa desólidos queconfo rman loslodos=29,25kg
hab día
Se toma que la densidad de los lodos = 1,04Kg/L
% sólidos (varía del 8 al 10%)= 10 %
Volumendiariode lodos digeridos=Masa de sólidosque conformanloslodoslodos∗(% /100)
Volumendiariode lodos digeridos=29,25
kghabdía
1,04Kg /L∗(10 /100)
Volumendiariode lodos digeridos=281,25Ldía
Volumende lodos aextraerse=Volumendiario de lodos digeridos∗55días1000
34
Volumende lodos aextraerse=281,25
Ldía
∗55días
1000
Volumende lodos aextr aerse=15,47m3
Profundidad varía de 0,20 a 0,40 m, en este caso es de 0,30m
Áreadel lecho de secado=Volumende lodos aextraerseprofundidad
Áreadel lecho de secado=15,47m3
0,3m
Áreadel lecho de secado=51,56m2
Ancho varía de 3 a 6 m, en este caso de 4m
Largo= Área del lecho desecadoancho
Largo=51,56m2
4m
Largo=12 ,89m
FAFA
Altura varía de 1,8 a 2 m, en este caso es de 1,8 m
Tiempo de retención de 12h
Volumen
V=1,6Q PD
V=1,6 427,668m3
día3925hab0,108
m3
habdía
V=339,12m3
Área del FAFA
35
A=Vh
A=339,12m3
1,8m
A=37,68m2
L= 2√A
L= 2√37,68m2
L=6,14m
TUBERÍAS PARA LA EXTRACCIÓN DE LODOS
Según el plano de Autocad:
Ø= 8“
Longitud= 10,50 m
TUBERÍAS PARAEL TRANSPORTE DE AGUA
Longitud= 11,50 m pa sed 1,50 sed inhiff 5m 4 m
QDa
QDf
=298,98
m3
día
427,68m3
día
QDa
QDf
=0,70
Se asume una velocidad de 0,3m/s
D= 2√ 4Qπ v
36
D=2√(4)0,00495
m3
s
π 0,3ms
D=144,94mm
Gradiente
N =
S=( nv
( D4
)23 )
2
S=((0,009)0,3ms
( 0,1449m4
)23 )
2
S=0,000613m
Interpolación
hH
=0,61m
dD
=0,61m
sS=0,59
vsV s
=1,19
Valores reales
d=0,61D
d=0,61(144,94mm)
d=88,94mm
37
s=0,59S
s=0,590,000613
s=0,000362
vs=1,19V s
vs=1,19 0,3ms
vs=0,36ms
9. RESUMEN DEL DIMENSIONADO:
TRATAMIENTO ANCHO (m) ALTO (m) LARGO (m)Canal de entrada 0,15 0,30 0,5
TRATAMIENTO X Y NÚMERO DE BARRAS
ESPACIO ENTRE
BARRAS
GROSOR DE
BARRAS
Rejillas
0,34
0,15 5 0,015 0,015
38
0,30
TRATAMIENTO ANCHO (m) ALTO (m) LARGO (m)Desarenador 0,15 0,30 0,5
CANALETA PARSHALL
TRATAMIENTO DIÁMETRO (m)
DIÁMETRO INTERNO
(m)
h (m)
y (m)
hi (m) A sctrl
Cd Ht
Sedimentador 4,5 0,75 0,5 0,20
1,06 0,016 0,18 3,20
TRATAMIENTO a (m) b(m) h(m)
y (m) c(m) d(m) e (m) f (m) g (m)
Tanque Inhoff 0,60 0,65 1,85 0,50 0,70 0,49 0,30 0,5 0,46
TRATAMIENTO NÚMERO ANCHO (m) ALTO (m) LARGO (m)ERAS 3 4 0,30 1,5
TRATAMIENTO NÚMERO LARGO (m) ALTO (m)FAFA 4 6,15 1,8
TUBERÍA PVCDiámetro (pulgadas) Longitud (m)
8“ 10,503,5“ 11,50
ACCESORIOS
39
Cantidad Tipo Diámetro (pulgadas)4 Codos 45 3,5“2 T 3,5“
BOMBA EXTRACCIÓN DE LODOSCantidad Tipo
1 Bomba tornillo sin fin3 Válvulas Globo
10. CUMPLIMIENTO DE LA NORMALas constantes a y b toman los siguientes valores según Crites y Tchobanoglous
Variable a bDBO 0,018 0,020SST 0,0075 0,014
RSST=t
a+bt
RSST=2,25h
0,0075+0,014 (2,25)
RSST=57,69 %
SST inicial= 429,1 mg/L
SST final= 429,10- ((57,69 x 420,10 mg/L)/100)
SST final= 181,55 mg/L
RDBO=t
a+bt
RDBO=2,25h
0,018+0,02(2,25h)
RDBO=35,71%
DBO inicial= 316,16 mg/L
40
DBO final= 316,16- ((35,71 x 316,16 mg/L)/100)
DBO final= 203,26 mg/L
TRATAMIENTO DBO
EFICIENCIA ASUMIDA (%)
RESULTADO (mg/L)
Sedimentador 35,71 % 203,26
Imhoff 50 101,64
FAFA 35 66,06
TRATAMIENTO SST
EFICIENCIA ASUMIDA (%)
RESULTADO (mg/L)
Desarenador 30 429,10Sedimentador 57,69 181,55
Imhoff 50 90,77FAFA 80 32,67
• Obteniendo una eficiencia total de la planta para la remoción de la DBO del 79,11% y para lo sólidos suspendidos del 94,672%, de igual manera asumiendo que la DQO es el doble de la DBO se obtiene una descarga de 132,12mg/L, CUMPLIENDO CON LA NORMA AMBIENTAL DE LOS LÍMITES PERMISIBLES PARA DESCARGA DE AGUA EN UN CUERPO DE AGUA DULCE TULAS, LIBRO IV, ANEXO I, TABLA 12 YA QUE LAS DESCARGAS SON DE 100 PARA DBO, 250 DQO Y 100 PARA SST
11. CONCLUSIONES Se diseñó una planta de tratamiento para aguas residuales que contiene rejillas,
desarenador, canal Parshall, sedimentador, tanque Inhoff, ERAS de secado, FAFA, ubicado en la zona urbana del cantón Tisaleo, con una población futura de 39,25
habitantes, un caudal de 427,668m3
d í a y una eficiencia de remoción de de la DBO
del 79,11% y para lo sólidos suspendidos del 94,672%
41
Se caracterizó el agua residual generada en la zona urbana del cantón Tisaleo en las que se puede recalcar que tiene una DBO inicial 316,16 mg/L y SST de 613 mg/L, respectivamente, denotando así valores sobre los límites permitidos
Se elaboró el levantamiento topográfico del lugar donde se ubicará la planta de tratamiento de aguas residuales
Se realizó los cálculos necesarios para el correcto diseño de la planta.
12. RECOMENDACIONES Tener precaución y el equipo necesario para realizar la medición de caudal Tratar de ser lo más precisos en caso que se tome una muestra compuesta
13. BIBLIOGRAFÍA.1. “Manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales”; disponible en;
www.frbb.utn.edu.ar/carreras/efluentes/manual_tratamiento.pdf; (18/06/2012)2. “Rejillas”; disponible en; http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoenca
nales/residuales/Tipos%20de%20Tratamiento.htm; (18/06/2012)3. “Sedimentador”; disponible en; http://ar.answers.yahoo.com/question/index?Q
id=20080923062047aakyggl; (18/06/2012)4. “Sedimentador”; disponible en; http://www.monografias.com/trabajos10
/tratami/tratami.shtml; (18/06/2012)5. “Tanque Imhoff”; disponible en; http://es.wikipedia.org/wiki/Tanque_Imhoff;
(18/06/2012)6. “ERAS de secado”; disponible en; http://emison.es/medioambiente/AGUAS/lodo
s/eras%20secado.pdf; (18/06/2012)7. “FAFA”; disponible en; www.bvsde.paho.org/bvsaidis/aresidua/mexico/01512e
07.pdf; (18/06/2012)8. “Lagunaje”; disponible en; http://www.biologia.edu.ar/tesis/forcillo/d epuraci
%C3%b3n_de_aguas_residuales.htm; (18/06/2012)9. “Generalidades de la zona de estudio, Mocha”; disponible en;
http://www.eruditos.net/mediawiki/index.php?Title=Tisaleo_%28Par roquia%29; (18/06/2012)
42
14. ANEXOS:
Anexos fotográficos
Medición de la topografía del lugar con GPS
GPS
43
Medición del caudal
44
Aguas residuales Tisaleo
Río Pachanlica
45
Tisaleo
7.1. ANÁLISIS LABORATORIO
Ph Y CONDUCTIVIDAD
TURBIEDAD
46
FOSFATOS
47
NITRATOS
48
49
7.2. Planos con sus respectivos cortes y secciones. 7.2.1. Secciones y cortes de cada componente.
50
51
1
1
7.2.2. Plano vista planta
t
1