Sambocity_PTAR Fase A_etapa 2
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PROYECTO SAMBOCITY FASE A – SEGUNDA ETAPA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEMORIA TECNICA Indice 1.Introducción pag. 2 2. Ubicación de la planta de tratamiento pag. 2 3.Marco legal pag. 3 4. Consumo diario de agua potable pag. 5 5. Volumen diario de aguas residuales pag. 5 6. Descripción del proceso de tratamiento pag. 6 7. Tanque aireación pag. 6 8.Clarificador pag. 10 9. Digestor de lodos pag. 11 10. Desinfección pag. 13 11. Medición de caudales pag. 13 12. Sopladores (Blowers) pag. 14 [email protected] 1
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Memoria técnica del diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales en Guayaquil, Ecuador.
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PROYECTO SAMBOCITYFASE A – SEGUNDA ETAPA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESMEMORIA TECNICA
Indice
1. Introducción pag. 22. Ubicación de la planta de tratamiento pag. 23. Marco legal pag. 34. Consumo diario de agua potable pag. 55. Volumen diario de aguas residuales pag. 56. Descripción del proceso de tratamiento pag. 67. Tanque aireación pag. 68. Clarificador pag. 109. Digestor de lodos pag. 1110. Desinfección pag. 1311. Medición de caudales pag. 1312. Sopladores (Blowers) pag. 14
Fecha: Abril 2013
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PROYECTO SAMBOCITYFASE A – SEGUNDA ETAPA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESMEMORIA TECNICA
1. Introducción.
La segunda etapa de la fase A del proyecto Sambocity estará ubicada a continuación de las urbanizaciones Hollywood y Manhattan del mismo proyecto. La segunda etapa comprende las urbanizaciones Mádison y Broadway.
En estas dos urbanizaciones se estima que se construirán 827 viviendas unifamiliares destinadas para personas de clase media. Se calcula una población de 4135 habitantes.
En este sector donde se desarrollará la fase 2 no existe infraestructura de alcantarillado sanitario por lo que se construirá una planta para el tratamiento de las aguas residuales que se produzcan en las viviendas. El efluente de la planta de tratamiento será vertido en el estero Sabanilla.
La planta de tratamiento para la segunda etapa de la fase A estará ubicada junto a planta construida para el tratamiento de aguas residuales de la primera etapa de la fase A. La planta será del tipo de lodos activados bajo la modalidad de aireación extendida.
Las aguas residuales de cada urbanización serán conducidas hasta la planta mediante bombeo.
2. Ubicación de la planta de tratamiento.
La planta de tratamiento para la segunda etapa de la fase A se la construirá junto a planta construida para el tratamiento de aguas residuales de la primera etapa. La planta será del tipo de lodos activados bajo la modalidad de aireación extendida.
3. Marco Legal.
El marco legal considerado para este estudio se sustenta en los siguientes documentos:
Constitución de la República del Ecuador.
La Constitución de la República del Ecuador, publicada en R.O. No. 1 del 11 de Agosto de 1998, garantiza la protección de los recursos naturales y la prevención de la contaminación y declara de interés público la preservación del medio ambiente y la conservación de los ecosistemas.
El artículo 86, numeral 2, dice: “El estado protegerá el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, que garantice un desarrollo sustentable. Velará para que este derecho no sea afectado y garantizará la preservación de la naturaleza”.
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Se declara de interés público y se regularán conforme a la ley:
La preservación del medio ambiente, la conservación de los ecosistemas, la biodiversidad y la integridad del patrimonio genético del país. La prevención de la contaminación ambiental, la recuperación de los espacios naturales degradados, el manejo sustentable de los recursos naturales y los requisitos que para estos fines deberán cumplir las actividades públicas o privadas.
Ley de Gestión Ambiental.
Es un cuerpo legal, publicado en el R.O. No. 245 con fecha 30 de Julio de 1999, cuyo principal objetivo es el establecer los principios y directrices de la temática ambiental; determina las obligaciones, responsabilidades, niveles de participación de los sectores público y privado en la gestión ambiental y señala los límites permisibles, controles y sanciones en esta materia.
La ley determina que la autoridad ambiental nacional será ejercida por el Ministerio de Medio Ambiente, que deberá actuar como instancia rectora, coordinadora y reguladora del Sistema Nacional Descentralizado de Gestión Ambiental.
Además en el Capítulo II, de la Evaluación de Impacto Ambiental y del ControlAmbiental, en su Artículo 19, se señala que:
“Las obras públicas, privadas o mixtas y los proyectos de inversión públicos o privados que puedan causar impactos ambientales, serán calificadas previamente a su ejecución, por los organismos descentralizados de control, conforme el Sistema único de Manejo Ambiental, cuyo principio rector será precautelatorio”.
Texto Unificado de la Legislación Ambiental Secundaria (TULAS) del Ministerio del Ambiente.
Es un código legal ambiental, Decreto Ejecutivo 3516 publicado en la edición especial No. 2 del R.O con fecha 31 de Marzo del 2003, que recoge las leyes ambientales del Ecuador y tipifica la reglamentación de las mismas en nueve libros con, algunos, sus respectivos anexos.
Según lo aprobado por la Dirección de Medio Ambiente de la M.I. Municipalidad de Guayaquil con su oficio DMA-2008-3630, la calidad del efluente de la planta de tratamiento deberá cumplir con los requisitos de la “Normas de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce” establecidas en el Anexo 1 del libro VI del “Texto Unificado de la Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente” (Edición especial #2 del R. O. del 31 de Marzo del 2003) las que se transcriben a continuación.
Parámetros Unidad Límite máximopermisible
Potencial hidrógeno (ph) mg/l 5 – 9Temperatura °C < 35Material flotante Ausencia Ausencia
3
Aceites y grasas visibles mg/l 0.3DQO mg/l 250Sólidos suspendidos mg/l 100DBO5 mg/l 100Coliformes fecales NMP/100 ml Remoción > al
99.9%Nitratos + nitritosExpresado comoNitrógeno (N)
mg/l 10
Ley de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental
Esta ley fue promulgada por Decreto 374 y publicado en el Registro Oficial No. 974 de 31 de Mayo de 1972, junto con el Código de la Salud, se encuentran bajo jurisdicción y competencia del Ministerio de Salud Pública, y de la Subsecretaría de Saneamiento Ambiental del Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, MIDUVI (ex-IEOS), que las aplica y ejecuta. La Subsecretaría de Saneamiento Ambiental, tiene las funciones de Secretario Técnico del Comité Interinstitucional de Protección del Ambiente, el que dirige la prevención y control de la contaminación.
Ley de Aguas
Expedida, mediante Decreto Supremo Nº 369, de 18-05-72, que regula el “aprovechamiento de las aguas marítimas, superficiales, subterráneas y atmosféricas del territorio nacional, en todos sus estados y formas”.
Respecto a la contaminación del recurso esta Ley prohíbe “la contaminación de las aguas que afectan a la salud humana o al desarrollo de la flora y fauna” Artículo Nº 22.
Respecto a organismos gubernamentales encargados de su aplicación, esta Ley determina que será aplicada por el Congreso Nacional de Recursos Hídricos (Ex INERHI), a través del CEDEGE, para la provincia del Guayas. “en colaboración con el Ministerio de salud Pública y las demás entidades estatales”.
Ley de Régimen Municipal
El Artículo 164 de la LRM, tiene relación con la salud y el saneamiento ambiental, ámbito dentro del cual el Municipio debe coordinar su actividad con otros entes públicos competentes, con los que actúa en forma compartida o excluyente, y en muchos de los casos subordinados a dichos Organismos. Así, el Artículo 164 establece:
Literal a, Inciso 1º.- "En materia de higiene y asistencia, la municipalidad coordinará su acción con la autoridad de salud, de acuerdo a lo dispuesto en el Título XIV del Código de la materia” y al efecto le compete.
Literal j.- Velar por el fiel cumplimiento de las normas legales sobre saneamiento ambiental y especialmente de las que tienen relación con ruidos, olores desagradables, humo, gases tóxicos, polvo atmosférico, emanaciones y demás factores que puedan afectar la salud y bienestar de la población”.
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4. Consumo Diario de Agua Potable.
Urbanización Mádison: 477 lotes x 5 hab. x 170 litros = 405450 litrosUrbanización Broadway: 350 lotes x 5 hab. x 170 litros = 297500 litros
Consumo diario de agua potable = 702950 litros (702.95 m3)
5. Caudal de diseño.
Caudal de aguas residuales = 702.95 x 0.85 = 597.51 m3/día
Caudal de aguas de infiltración = 4135 hab. x 0.011 m3 = 45.49 m3/día
Caudal de diseño = 643 m3
6. Descripción del proceso de tratamiento.
La planta de tratamiento de aguas residuales será del tipo de lodos activos, modalidad aireación extendida, tratando las aguas residuales mediante el proceso biológico denominado "Digestión aeróbica". En este proceso los microorganismos utilizan oxígeno para digerir las aguas residuales y transformarlas en un líquido claro e inodoro.
La planta de tratamiento se compone de:
A) Estanques para equalización.B) Estanques para aireación de las aguas residuales.C) Unidades de clarificación.D) Estanques para almacenamiento y digestión aeróbica de lodos.E) Un sistema electromecánico formado por sopladores con sus motores y un panel de control eléctrico.F) Un sistema de conducción y distribución de aire compuesto por tuberias de acero galvanizado y PVC y difusores de aire.G) Cloradores que usen tabletas de cloro y un tanque de retención para la desinfección del efluente de la planta.H) Equipamiento adicional como desnatadores, bombas airlift, etc.
7. Tanque de Aireación.
Datos de diseño:
Caudal = 643 m3/dDBO5 en el afluente = 225 mg/lNH3-N en el afluente = 25 mg/lDBO5 en el efluente = 30 mg/lSS en el efluente = 25 mg/l
7.1. Volumen.
Criterios de diseño:
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Carga orgánica = F/M = 0.05 – 0.15 Kg DBO5/Kg MLSS-d. Se adopta 0.10.Carga Volumétrica = 0.16 – 0.40 Kg DBO5/m3-dTiempo de residencia de las células = 10 – ∞ díasTiempo de retención hidráulico = 12 – 36 horasX = SSVLM = 3000 mg/l.Y = coeficiente de producción de lodos = 0.65Kd = coeficiente de producción celular = 0.04 d-1
Para determinar el volumen del tanque de aireación se utiliza la siguiente ecuación:
V = = = 482.25 m3
Comprobamos el tiempo de retención hidráulico:
= V/Q = 482.25/643 = 0.75 d = 18 horas
La edad del lodo se la calcula con la siguiente ecuación:
= 40 días
Comprobamos la carga volumétrica:
= = 0.30 Kg DBO5/m3-d.
El valor obtenido es aceptable ya que está dentro del rango adoptado en los criterios de diseño (0.16 – 0.40).
Se construirán dos tanques de aireación, cada uno de 4.45 m x 14.50 m en planta y 4.00 m de profundidad útil. La profundidad total de los tanques será de 4,40 m. El volumen total de almacenamiento de los tanques es 516.2 m3.
7.2. Requerimiento de oxígeno en el tanque de aireación.
7.2.1 Oxígeno requerido basado en la DBO última:
O2 =
Calculamos la producción de lodo en base a la masa:
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= = 36.17 kg SSV/d
Estimamos la DBO soluble en el efluente:
Se = DBOe – 0.63 x SSe
Se = 30 - 0.63x25 = 14.25 mg/l|
O2 = = 147.92 x 106 mg/d = 147.92kg/d
7.2.2 Oxígeno requerido por nitrificación:
Adoptamos una demanda de 4.6 kg O2/kg NH3
O2 = 25 x 643 x 4.6 x 10-3 = 73.95 kg/d
7.2.3 Oxígeno total requerido en el tanque de aireación:
O2 = 147.92 + 73.95 = 221.87 kg/d
7.3. Denitrificación.
En los procesos de aireación extendida el nitrógeno en el influente, en la forma de amoniaco y nitrógeno orgánico, es convertido en nitratos. Cuando estos nitratos son vertidos en los cuerpos de agua causan problemas de salud al ser humano y ocasionan problemas al medio ambiente.
Para reducir los nitratos en el efluente de la planta de tratamiento es necesario la denitrificación. La denitrificación ocurre cuando el nivel de oxígeno en el agua es escaso y los nitratos se convierten en la fuente de oxígeno de los microorganismos. En este proceso los nitratos son reducidos a óxido nitroso (NO2) y a gas nitrógeno (N2).
La acción mas comúnmente utilizada en plantas de aireación extendida para el control de los nitratos es la del ciclaje del abastecimiento de aire. Experiencias obtenidas en plantas similares existentes recomiendan que el total del tiempo que los sopladores que proporcionan el aire deben estar apagados es del orden del 35 a 45% del día.
Adoptamos un ciclo “on/off” igual a 5 hr/3 hr, lo que se logrará con un switch de control de tiempo de operación (timer) tipo digital para los sopladores. El tiempo total que los sopladores estarán sin funcionar durante el día será de 9 horas (37.5% del día).
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TIMER
El abastecimiento de aire para abastecer el requerimiento diario de oxígeno en el reactor de aireación, deberá ser calculado para hacerlo en 15 horas.
7.4. Requerimiento de aire en el tanque de aireación.
= = 361.94 kg/d
Tiempo de aireación = 15 horas
Tipo de difusores a utilizarse: burbuja gruesa.
Eficiencia de transferencia de oxígeno = 8%.
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Masa específica del aire a 20°C y al nivel del mar = 1.20 Kg/m3
Volumen requerido = = 1083.39 m3/h = 18.05 m3/min
El volumen de aire requerido por unidad de DBO5 removido es:
= 126.93 m3/kg
Volumen de aire requerido para mantener los sólidos en suspensión:
516.20 m3 x 30 m3 aire/min/1000 m3 = 15.48 m3/min < 18.05 O.K.
8. Clarificador.
8.1. Area superficial.
El clarificador se lo ha diseñado considerando un caudal pico igual a dos veces el caudal promedio diario de aguas residuales.
Caudal pico = 2 x 643 m3/d = 1286 m3/d
SSLM en el tanque de aireación = = 3750 mg/l
La carga se sólidos es:
= 200.94 kg/h
Adoptando una rata de carga de sólidos igual 5 kg/h/m2 (ver texto “Water Supply and Sewerage” por Steel and McGhee, pág. 514) el área superficial requerida para el clarificador es:
9
= 40.19 m2
Con esta área la carga hidráulica es:
Con caudal máximo: = 32 m3/m2
Con caudal promedio: = 16 m3/m2
Se construirán dos clarificadores, cada uno de 4.45 m x 4.45 m, con un área superficial total igual a 39.605 m2.
8.2. Volumen.
El volumen útil del clarificador se lo calcula con un tiempo de retención de cuatro horas, valor recomendado para procesos de aireación prolongada. Este volumen incluye 1/3 del volumen superior de las tolvas.
Caudal promedio = 643 m3/d
Volumen útil del clarificador = = 107.17 m3
Los dos clarificadores tendrán un volumen útil igual a 117.67 m3.
8.3. Longitud del vertedero.
La longitud del vertedero deberá tener una rata de vertido para tanques pequeños no mayor a 124 m3 por metro y por día basada en el caso del caudal promedio (ver texto “Wastewater Engineering” por Metcalf & Eddy, Inc., pág. 530).
Longitud del vertedero = 8.90 m
Caudal promedio = 643 m3/d
Rata de vertido = = 72.25 m3/m/d < 124
9. Digestor de lodos.
9.1. Volumen.
Rata de producción de sólidos (SSV/d) = = 30.39 kgSSV/d
= 29.02 KgSSV/d
Asumiendo que el 80% de los sólidos son volátiles, la producción total será:
= 36.27 Kg SS/d
Adoptando para el lodo mezclado una concentración igual al 4 por ciento y un peso específico de 1.01, el volumen de lodo que ingresa al digestor será:
10
= 0.90 m3/d
DBO5 diaria = = 144.68 Kg/día
= 0.25 Kg SS/Kg DBO5
El volumen requerido del digestor se lo calcula para un tiempo de almacenamiento de 20 días:
= 18 m3
La carga de sólidos es:
= 2.02 Kg SSV/m3 por día
La carga obtenida está dentro del rango recomendado para el diseño de digestores aeróbicos: 1.6 – 3.2 KgSSV/m3 por día (Ref.: Texto “Water Supply and Sewerage” por Steel and McGhee, pág. 529).
Se ha estimado conveniente, para facilitar las operaciones de vaciado del digestor, tener un mayor volumen de almacenamiento y por lo tanto un mayor intervalo entre vaciados.
Se han proyectado dos unidades, cada una de 2.30 x 4.45 x 4.40 m. La altura útil de cada una es de 4.0 m. El volumen total de almacenamiento es 81.88 m3 con lo que el tiempo entre vaciados puede extenderse hasta 90 días.
9.2. Requerimientos de oxígeno en el digestor.
Asumimos que en el digestor habrá una reducción de sólidos suspendidos volátiles igual a 45%.
Reducción SSV = 0.45 x 30.39 = 13.68 kg SSV/d
El oxígeno requerido lo calculamos usando 2.3 kg O2/kg SSV reducido.
O2 requerido = 2.3 x 13.68 = 31.46 kg/d
9.3. Requerimientos de aire en el digestor.
= = 51.32 kg/d
Tiempo de aireación = 15 horas
Tipo de difusores a utilizarse: burbuja gruesa.
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Volumen requerido = = 153.62 m3/h = 2.56 m3/min
Volumen de aire requerido para mantener los sólidos en suspensión:
81.88 m3 x 30 m3 aire/min/1000 m3 = 2.45 m3/min < 2.56 O.K.
10. Desinfección.
Para la desinfección del efluente de la planta de tratamiento (efluente del clarificador) se utilizarán cuatro cloradores que usen tabletas de cloro, cada uno con capacidad igual a 50000 galones por día (189000 litros).
Los cloradores podrán ser similares al Bio-Dynamics series 4000 fabricado por Norweco o al Sanuril model 1000 fabricado por Severn Trent Services.
El tanque de cloración se lo ha dimensionado para un tiempo de retención no menor a 15 minutos y tendrá un flujo por arriba y abajo mediante pantallas para lograr una buena mezcla del cloro con las aguas residuales tratadas.
Se calibrarán los cloradores para aplicar al efluente de la planta de tratamiento una dosificación de cloro igual a 5 mg/lt. El operador de la planta deberá comprobar que el efluente del tanque de cloración tenga un cloro residual no menor a 0.6 mg/lt. La comprobación de que se está obteniendo el cloro residual especificado se deberá realizar por lo menos tres veces al día y se podrá utilizar para el efecto un kit de comprobación similar al utilizado para las piscinas.
El operador deberá emplear durante el manejo de los productos clorados guantes, lentes y ropa adecuados ya que se trata de productos altamente agresivos. Se deberá observar en todo momento las recomendaciones dadas por el fabricante de los productos clorados.
11. Medición de caudales.
Para la medición de caudales se utilizará un medidor vertedero en “V” que estará ubicado luego de la unidad de desinfección en una cámara en la que también se podrán tomar muestras para el control de la calidad del efluente de la planta. El medidor se lo ha dimensionado para un caudal igual a 1.5 veces el caudal promedio.
Volumen diario de aguas residuales = 643 m3/d
Caudal máximo = 1.5 x 643 = 964.5 m3/d = 11.16 l/s
La ecuación del vertedero es Q =
Q = caudal en m3/sh = carga en m
Para un caudal igual a 11.16 l/s se obtiene una carga h = 0.145 m.
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12. Sopladores (Blowers).
Para suministrar el aire necesario para proporcionar mezcla y oxígeno en las cámaras de aireación, para suministrar oxígeno en los digestores de lodos y adicionalmente para la operación de las bombas de retorno de lodos y desnatadores instalados en los clarificadores, se utilizarán dos sopladores rotatorios de desplazamiento positivo (blowers) accionados por motor eléctrico y un sistema de transmisión de bandas en V.
Caudal de aire requerido en las cámaras de aireación = 18.05 m3/min
Caudal de aire requerido en los digestores de lodos = 2.56 m3/min
Caudal total requerido = 1.10 x (18.05 + 2.56) = 22.67 m3/min (800.62 pies3/min)
El caudal de aire que debe producir cada soplador es igual al 100% del caudal total requerido.
Caudal que debe producir cada soplador a 6.0 psig = 22.67 m3/min (800.62 pies3/min)
Los sopladores deben ser similares al modelo 5LP con motor de 25 HP, 230/460 V, 3F, 60 Hz, 2850 rpm, fabricado por Sutorbilt. El nivel de ruido a 1 m no debe ser superior a 85 dB(A).
Los sopladores deberán trabajar en forma alterna, de esta manera un soplador estará siempre en stand-by y servirá para casos de para por daños o mantenimiento del soplador en uso.
La tubería que conduce el aire desde los sopladores hasta la planta de tratamiento será de acero de 6 pulgadas, cédula 40.
Cada soplador debe incluir los siguientes accesorios:
Filtro de entrada Silenciador de entrada Silenciador de descarga Válvula de alivio 6 psig Válvula check Manómetro para presión de descarga 0-30 PSI Manómetro indicador de restricción filtro Poleas y bandas
El blower, motor, poleas y accesorios deben ser entregados preensamblados
Abril 2013.
Responsable Técnico
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