Memoria de Cálculo PTAS

8/20/2019 Memoria de Cálculo PTAS

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

MEMORIA DE CÁLCULOPLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Preparador por:José Espinoza – Alejandro Molina - Aldo Moraga – Víctor Pozo

Revisado por:Dr. Christian Seal Mery

Enero 2015


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Ingeniería Sanitaria - USACH

Memoría de Cálculo PTAS

J. Espinoza - A. Moraga - A. Molina - V. Pozo

Enero 2015 Página 2 de 26

TABLA DE CONTENIDO

1

OBJETIVO ..................................................................................................................... 5

2 ALCANCE ..................................................................................................................... 5

3 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................................. 5

4 COMPONENTES DE LA PLANTA ............................................................................... 5

4.1 Cámara de rejas ........................................................................................................... 6

4.2 Canaleta Parshall ......................................................................................................... 6

4.3 Estanque ecualizador .................................................................................................. 6

4.4 Desarenado - Desengrasado ....................................................................................... 6

4.5 Reactor biológico ......................................................................................................... 6

4.6 Decantador secundario ............................................................................................... 7

4.7 Purga y digestión de lodos ......................................................................................... 7

4.8 Cloración y decloración .............................................................................................. 7

5 BASES DE CÁLCULO Y CRITERIOS DE DISEÑO ...................................................... 7

5.1 Caracterización de las aguas servidas ...................................................................... 7

5.2 Período de Previsión ................................................................................................... 8

5.3 Población estimada y Dotación de consumo ............................................................ 8

5.4 Coeficiente de Recuperación ...................................................................................... 8

5.5 Caudales de diseño ..................................................................................................... 8

6 CAUDALES ................................................................................................................... 8

6.1 Caudal medio diario (Qm) ........................................................................................... 8

6.2 Caudal máximo............................................................................................................. 9

7 CARGAS CONTAMINANTES ....................................................................................... 9

8 PRETRATAMIENTO ...................................................................................................... 9

8.1 Canal de aproximación ................................................................................................ 9 8.2 Cámara de rejas ......................................................................................................... 10

8.2.1 Pérdida de carga a través de una reja ...................................................................... 12 8.2.2 Pérdida de carga por Kirchner .................................................................................. 14

8.3 Canaleta Parshall ....................................................................................................... 14

8.4 Desarenador aireado ................................................................................................. 15

8.5 Ecualizador ................................................................................................................. 18


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9 TRATAMIENTO PRIMARIO ........................................................................................ 18

9.1 Reactor biológico ....................................................................................................... 18

9.1.1 Concentración del sustrato (S0) ................................................................................ 18 9.1.2 DBO5 que escapa al tratamiento (S) ........................................................................ 19 9.1.3 Volumen del reactor ................................................................................................. 19 9.1.4 Eficiencia .................................................................................................................. 20 9.1.5 Demanda de oxígeno ............................................................................................... 20 9.1.6 Lodo a purgar en el reactor ...................................................................................... 20 9.1.7 Tiempo de retención hidráulica del reactor ............................................................... 21 9.1.8 Relación F/M ............................................................................................................ 21 9.1.9 Carga volumétrica .................................................................................................... 21

10 DECANTADOR SECUNDARIO ................................................................................... 21

10.1 Diseño de vertedero convencional ........................................................................... 21

10.2 Campana y espesadores ........................................................................................... 22

11 DIGESTOR DE FANGO .............................................................................................. 23

12 CÁMARA DE CONTACTO Y DESINFECCIÓN ........................................................... 24

13 DIAGRAMA DEL TRATAMIENTO .............................................................................. 25

14 DOCUMENTOS DE REFERENCIA ............................................................................. 26


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LISTADO DE FIGURAS

Figura No. 4-1 Principio básico del proceso de lodos activados .............................................. 7 Figura No. 8-1 Coeficientes K2 según tipo de rejilla .............................................................. 12 Figura No. 8-2 Coeficientes K según tipo de rejilla pérdida de carga por Kirchner ................ 14 Figura No. 8-3 Curvas de Hazen para eliminación de arenas ............................................... 17

LISTADO DE TABLASTabla No. 7-1 Calidad del efluente de la PTAS ........................................................................ 9 Tabla No. 7-2 Calidad del afluente de la PTAS ........................................................................ 9 Tabla No. 8-1 Datos de entrada canal de aproximación ......................................................... 10 Tabla No. 8-2 Iteración velocidad de aproximación ................................................................ 10

Tabla No. 8-3 Sección del canal de aproximación .................................................................. 10

Tabla No. 8-4 Cámara de rejas ............................................................................................... 11 Tabla No. 8-5 Ancho de la cámara de rejas ............................................................................ 11 Tabla No. 8-6 Ancho de la cámara de rejas ............................................................................ 11 Tabla No. 8-7 Ancho de la cámara de rejas ............................................................................ 13 Tabla No. 8-8 Pérdida de carga por Kirchner ......................................................................... 14 Tabla No. 8-9 Diseño del vertedero Parshall .......................................................................... 14 Tabla No. 8-10 Datos de entrada desarenador aireado .......................................................... 15 Tabla No. 8-11 Sedimentación por Ley de Allen ..................................................................... 15 Tabla No. 8-12 Diseño de velocidades desarenador .............................................................. 16 Tabla No. 8-13 Dimensiones del desarenador ........................................................................ 16 Tabla No. 8-14 Longitud del desarenador ............................................................................... 17 Tabla No. 8-15 Resumen de diseño desarenador .................................................................. 17 Tabla No. 8-16 Resumen de diseño ecualizador .................................................................... 18 Tabla No. 9-1 Cargas contaminantes y concentración del sustrato ........................................ 18 Tabla No. 9-2 Concentración del sustrato ............................................................................... 18 Tabla No. 9-3 DBO5 que escapa al tratamiento ...................................................................... 19 Tabla No. 9-4 Cálculo de volumen reactor biológico .............................................................. 19 Tabla No. 9-5 Dimensiones del reactor biológico ................................................................... 19 Tabla No. 9-6 Demanda de oxígeno en reactor ...................................................................... 20 Tabla No. 9-7 Lodos a purgar en reactor ................................................................................ 20 Tabla No. 9-8 Masa de fango a purgar ................................................................................... 21 Tabla No. 10-1 Constantes de diseño para decantador secundario ....................................... 21 Tabla No. 10-2 Dimensiones decantador secundario ............................................................. 23 Tabla No. 10-3 Fangos espesados ......................................................................................... 23 Tabla No. 11-1 Cálculo de sólidos volátiles y producción de gas en el digestor ..................... 24 Tabla No. 12-1 Dimensiones de cámara de contacto ............................................................. 25


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1 OBJETIVO

Realizar el análisis y diseño para una planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) que

hará parte del proyecto de urbanización en la localidad de San Carlos, comuna de Graneros,VI Región.

2 ALCANCE

Presentar la memoria de cálculo, dimensionamiento y procesos involucrados en cada una delas unidades que compondrán el sistema biológico aeróbico de lodos activados en modalidadconvencional, para el tratamiento de aguas servidas de 2.000 habitantes en la localidad deSan Carlos.

La ingeniería básica para el diseño de la planta consideró lo dispuesto en la normativaambiental vigente [2] y con respecto a la disposición final del efluente, con la descarga deeste en aguas continentales [4].

3 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

La planta de tratamiento propuesta corresponde al tipo lodos activados con modalidad deaireación extendida, considerando en su construcción una planta compacta.

El diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales San Carlos considera unapoblación de 2000 personas donde el efluente será utilizado para riego [3].

4 COMPONENTES DE LA PLANTA

El sistema de lodos activados de la planta se basa conceptualmente en los siguientescomponentes:

Tratamiento preliminar

Reja de limpieza manual

Medición de caudal afluente (canaleta Parshall)

Desarenado - Desengrasado.

Estanque ecualizador con planta elevadora

Tratamiento secundario y desinfección

Tratamiento biológico (reactor)

Sedimentación biológica (sedimentador secundario)

Medidor de caudal efluente tratado

Purga y digestión de lodos

Cloración

Decloración


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Se hace una breve descripción de los elementos considerados en la planta y sufuncionamiento:

4.1 Cámara de rejasEl desbaste de los sólidos gruesos en el afluente se realiza mediante el empleo de unacámara de rejas manual, que tendrá por objetivo el retener y separar los cuerposvoluminosos flotantes y suspendidos que vienen por el alcantarillado. Mediante estemecanismo se evitarán obstrucciones en las tuberías y bombas de la planta de tratamiento.

4.2 Canaleta Parshall

Cumplirá el propósito de medir los caudales de aguas servidas que ingresarán a la plantamediante piezómetros laterales.

4.3 Estanque ecualizador

La función del estanque de ecualización es absorber los flujos máximos, mezclar losdiferentes efluentes, corregir el pH y bajar la temperatura de las aguas servidas en la planta.En resumen, su función es homogeneizar la carga del efluente para las siguientes etapas deltratamiento, amortiguando las sobrecargas de agua y por ende la materia orgánica queingresará al reactor. Mediante este componente es posible distribuir de forma máshomogénea el caudal afluente y diluir sobrecargas orgánicas que llegan al sistema.

El estanque permitirá acumular un volumen establecido que llegará al sistema diariamente.

4.4 Desarenado - Desengrasado

La función del desarenador convencional será separar el agua servida y decantar las arenas

y partículas en suspensión gruesa que trae el afluente, con el fin de evitar se produzcandepósitos de estos en la planta. Por otra parte, el desengrasador cumplirá la función deseparar aceites y grasas de las aguas servidas que ingresarán a la planta.

4.5 Reactor biológico

El proceso aeróbico en la planta de lodos activados permite remover la materia orgánicadisuelta y una fracción de los sólidos suspendidos en las aguas servidas. En el reactorbiológico el tanque de aireación realizará el tratamiento biológico del efluente a través demicroorganismos presentes en el tanque. La aireación en el tanque necesita de equipos quesuministren oxígeno suficiente para realizar la floculación de acuerdo a la carga del diseño.Esto se cumple por medio de difusores instalados en el fondo que abastecen el estanque con

el oxígeno necesario y que se cuantificarán por medio del cálculo de la necesidad de aire.


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Figura No. 4-1 Principio básico del proceso de lodos activados

4.6 Decantador secundarioEn el decantador secundario ocurrirá la sedimentación de los lodos biológicos desarrolladosen el tanque de aireación. Estos lodos son recirculados al tanque de aireación y en parteremovidos del proceso. Para la remoción de estos lodos el decantador tendrá un puenteraspador.

4.7 Purga y digestión de lodos

En el decantador secundario se realizarán purgas periódicas para mantener unaconcentración de lodos de tal manera que los parámetros de diseño cumplan con su óptimofuncionamiento. La digestión de los lodos será mediante metabolismo bacteriano del tipoaeróbico, donde se eliminará el aire de la parte que fermenta de los lodos activados

(biomasa).

4.8 Cloración y decloración

Será el último paso en la planta de tratamiento donde en la cloración se desinfectarán lasaguas residuales que provienen del decantador secundario. Se utilizarán tabletas de cloroactivo al 70% en forma proporcional al caudal de trabajo. En la decloración se utilizará unsistema de dosificación en base a bisulfito, evitando así altas concentraciones de cloro libreresidual.

5 BASES DE CÁLCULO Y CRITERIOS DE DISEÑO

5.1 Caracterización de las aguas servidas

A modo de caracterizar el tipo de aguas residuales que serán el afluente de la planta detratamiento se debe en primera instancia realizar un estudio de las aguas servidas en lalocalidad en particular, realizando ensayos de laboratorio que permitan determinar el nivelconcentraciones que presentan estas aguas servidas, determinando así el tratamientonecesario a implementar.

De acuerdo al alcance del proyecto, las aguas servidas que llegarán a la planta San Carlosson netamente de origen doméstico, por lo tanto las aguas residuales serán solo producto del


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uso de baños y cocinas de las viviendas de la localidad. Los detergentes y limpiadoresempleados en cocinas se pueden considerar biodegradables. Adicionalmente, no seconsideraron aportes de residuos líquidos industriales, pesticidas, aceites de vehículos uotros elementos que puedan dañar o perjudicar el funcionamiento de la PTAS.

5.2 Período de Previsión

El horizonte de vida del proyecto será de 25 años. En particular, para las obras proyectadas

se adoptarán los siguientes periodos de vida útil:

Obras Civiles: 25 años.

Equipo electromecánicos: 10 años.

5.3 Población estimada y Dotación de consumo

Los caudales de aguas servidas son calculados directamente desde los caudales deconsumo de agua potable, la metodología utilizada para determinar las demandas de lapoblación se basó en las dotaciones de consumo proyectadas en la localidad.

Se consideró atender a las necesidades de una población actual de 2000 personas con uncrecimiento vegetativo anual del 2%. De acuerdo a los valores de dotación estimados en elRIDDA se consideró una dotación de agua potable de 200 lt/hab/día [9] y se estimó la vidaútil del proyecto a 25 años, como se menciona en el período de previsión.

habitantes3282)02,11(2000)i1(PP 25nactualfutura

5.4 Coeficiente de Recuperación

El coeficiente de recuperación es la relación entre el agua utilizada que efectivamente esdispuesta en la red de alcantarillado y la utilizada en la red de agua potable. Generalmentese considera entre 0,70 a 0,90, sin embargo como criterio de diseño se adoptó un coeficientede 0,80 para el tipo de aguas servidas en la localidad de San Carlos.

5.5 Caudales de diseño

Los caudales fueron calculados directamente por los consumos de agua potable dados por laNCh 691 [7] y los caudales máximos para aguas servidas en la NCh 1105 [1].

6 CAUDALES

6.1 Caudal medio diario (Qm)

El caudal medio diario para las aguas de la localidad se calculó usando

P: Población a servir - 3282 habitantes.

R: Coeficiente de recuperación - 0,8.

D: Dotación de consumo de agua de agua potable - 200 lt/hab/día.

)dia/(m,12525)s/(m 0,0061)(l/s1,686400

8,02003282

86400

RDPQmd 33


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6.2 Caudal máximo

El mayor caudal de diseño que puede escurrir en un determinado período del día estará en

función del coeficiente de Harmon, donde para más de 1000 habitantes se utilizóM: Coeficiente de Harmon.

P: Población a servir - 3282 habitantes.

4089,3

000.1

282.34

141

000.1

P4

141M

)dia/(m08,1790)dia/(m59,74)s/(m0,0207)(l/s72,2012,5254089,3QmMmaxQ 333

7 CARGAS CONTAMINANTESPara el cálculo de las cargas contaminantes a tratar en la PTAS se utilizaron los parámetrosde la siguiente tabla, donde se especifican las cargas contaminantes:

Tabla No. 7-1 Calidad del efluente de la PTAS

PARÁMETRO CARGA [mg/l]

Concentración DBO5 afluente 250

Concentración de sólidos 250

Concentración NTK aflu ente 53,8

Tabla No. 7-2 Calidad del afluente de la PTAS

PARÁMETRO UNIDAD EXPRESIÓN LÍMITE MAXIMOPERMITIDO

Coliformes Fecales o Termo-tolerantes NMP/100 ml Coli fec./100 ml 1000

DBO5 mg l DBO5 < 20

Sólidos Suspendidos Totales mg/l SST < 24

Aceites y Grasas mg/l A y G A y G < 20

Nitrógeno Total Kjeldahl mg/l N Nt < 40

Fósforo Total mg/l P Pt < 10

8 PRETRATAMIENTO

8.1 Canal de aproximación

Para el canal de aproximación a la cámara de rejas se tienen los siguientes datos de entrada


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Tabla No. 8-1 Datos de entrada canal de aproximación

Caudal de Diseño en [m³/h] Qdis 74,59 [m³/h]

Caudal de Diseño en [m³/s] Qdis 0,0207 [m³/s]Caudal de línea de tratamiento Qlt 0,0104 [m³/s]

Rugosidad de Manning n 0,013

Inclinación del canal i = 0,5% 0,5 [%]

Ancho del canal b 0,4 [m]

La velocidad de aproximación se obtuvo a través de un método iterativo donde se probaron

los siguientes criterios:

El caudal obtenido por la iteración deberá ser mayor al caudal real.

El caudal deberá tener una velocidad mayor a 60 [cm/s].

Tabla No. 8-2 Iteración velocidad de aproximación

Altura de agua ÁreaPerímetro

mojadoRadio

hidráulicoVelocidad Caudal

CriterioNº1

Criterio Nº2

[cm] [m²] [m] AD [m³/s] [m³/s] Prueba Prueba

5 0,02 0,50 0,04 0,6361824 0,012724 Cumple Cumple

6 0,02 0,52 0,05 0,6998639 0,016797 Cumple Cumple

7 0,03 0,54 0,05 0,7563413 0,021178 Cumple Cumple

8 0,03 0,56 0,06 0,8069556 0,025823 CumpleCumple

(Adoptado)9 0,04 0,58 0,06 0,8526903 0,030697 Cumple Cumple

10 0,04 0,60 0,07 0,894295 0,035772 Cumple Cumple

Tabla No. 8-3 Sección del canal de aproximación

Caudal por cada lateral Qlt 0,0104 [m³/s]

Velocidad en el canal Vcanal 0,8070 [m/s]

Base del canal b 0,40 [m]

Altura del canal h 0,08 [m]

Sección del canal S 0,032 [m²]

Revancha hr 0,1 [m]Altura total del canal htc 0,18 [m]

8.2 Cámara de rejas

Para la población considerada en el diseño, al ser superior a 1000 habitantes, se tendrán 2líneas de tratamiento. Se seleccionó una reja de sección rectangular.


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Tabla No. 8-4 Cámara de rejas

Ancho de la reja a 6 [mm]

Separación de la reja s 12 [mm]

Se diseña la sección en la cual se colocarán las rejas. Para facilitar el cálculo se ocuparonlos siguientes criterios:

Se consideró la altura de igual a la altura en el canal de aproximación.

La velocidad de aproximación se considera igual a la del canal de aproximación.

Se calculó el ancho de la sección por los dos métodos y se ocupó el más pequeño.

Además la velocidad de paso obtenida deberá estar entre 0,6 y 1,2 m/s.

Tabla No. 8-5 Ancho de la cámara de rejas

Caudal del lateral (Qdis/2) Qlt 0,0104 [m³/s]

Altura del agua en la sección D 0,08 [m]

Ancho de la Reja a 0,006 [m]

Separación de la Reja s 0,012 [m]

Velocidad de paso (m/s) Vp 0,8070 [m/s]

Coeficiente de seguridad C 0,1 [m]

Ancho del canal de aproximación j 0,4 [m]

Ancho según altura de agua W1 0,3407 [m]

Ancho según norma DIN W2 0,594 [m]Ancho de diseño de la cámara Wd 0,3407 [m]

Se escogió el menor calculado, por lo que Wd = 0,34 m.


Ancho de diseño de la cámara Wd 0,6 [m]

Numero de separaciones Ns 34

Numero de rejas Nb 33

Área de paso Ap 0,0326 [m²]

Velocidad de paso Vp 0,3174 [m/s]Velocidad de aproximación Va 0,3237 [m/s]

Vp ≤ 0,7 Cumple

Ancho de cámara final Wdf 0,65 [m]

Para la pérdida de carga en la cámara se utilizaron dos métodos, considerando el másdesfavorable. El primero será calculado por coeficientes, mientras que el segundo será porpérdida de carga según Kirchner.


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8.2.1 Pérdida de carga a través de una reja

Coeficiente K1:

Coeficiente de atascamiento, donde puede tomar valores desde 60% hasta 90%.

Se utilizó un coeficiente de atascamiento C: 70%.

Coeficiente: K1 = 2,0408.

Coeficiente K2:

Depende exclusivamente del tipo de reja seleccionada. Se utilizó una sección rectangular.

Figura No. 8-1 Coeficientes K2 según tipo de rejilla

Coeficiente: K2 = 1.

Coeficiente K3:

Calculado de la siguiente tabla usando la altura de la suma de las barras en su lado largo,

h = 0,08 m

Ancho de la Reja: d = 0,006 [m]

Separación de la Reja: s = 0,012 [m]espesor de la barra S.D.F: z = 0,030 m]


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Valor de entrada tabla (horizontal) = 0,667

Valor de entrada tabla (vertical) = 1,34

Como el valor no es exacto en la tabla, se obtuvo por extrapolación

7 8 … …

5 ….. 1 2

6 …. 3 4

Valor Nº1 v1 1,2

Valor Nº2 v2 0,91

Valor Nº3 v3 1,15

Valor Nº4 v4 0,58

Valor Nº5 v5 1

Valor Nº6 v6 1,4

Valor Nº7 v7 0,6

Valor Nº8 v8 0,7

Coeficiente K3 K3 0,81

Finalmente la pérdida por carga es de 0,00849 (m).


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8.2.2 Pérdida de carga por Kirchner

La pérdida de carga por Kirchner está dada por la siguiente expresión:

)(seng2

Vp

s

akht

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Figura No. 8-2 Coeficientes K según tipo de rejilla pérdida de carga por Kirchner

Tabla No. 8-8 Pérdida de carga por Kirchner

Coeficiente de forma f 1,79

Angulo c/r a la horizontal α 60 [º]

Ancho de la Reja a 0,006 [m]

Separación de la Reja s 0,012 [m]

Velocidad de paso Vp 0,3174 [m/s]

Perdida de carga por Kirchner Δht 2 0,003 [m]

8.3 Canaleta Parshall

Las canaletas Parshall se dimensionaron en función de las secciones calculadas en lascámaras de rejas y por las dos líneas de tratamiento determinadas.

Tabla No. 8-9 Diseño del vertedero Parshall

Caudal de diseño Qdis 0,0104 [m³/s]

Área del canal A canal 0,0320 [m²]

Velocidad Canal V h 0,2228 [m/s]

Ancho máximo w max 0,4 [m]

Altura máxima H max 0,1742 [m]

Velocidad critica V cr 1,0751 [m/s]

Altura Critica H cr 0,0589 [m]

Base del canal B 0,1634 [m]


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8.4 Desarenador aireado

De acuerdo a criterios de diseño y asumiendo valores para caracterizar el afluente, se

determinó la velocidad de sedimentación de acuerdo a la Ley de Allen. Se calcularon lasdimensiones del desarenador aireado y la necesidad de aire requerida de acuerdo al caudalde la planta de tratamiento.

Tabla No. 8-10 Datos de entrada desarenador aireado

Caudal de diseño Qd 0,0104 [m³/s]

Densidad de la arena ρs a 2,42 [Ton/m³]

Densidad de lamateria orgánica

ρs o 1,1 [Ton/m³]

Densidad del fluido ρw 1 [Ton/m³]

Coeficiente de

adherencia

β 0,06

Coeficiente delmaterial

fm 0,03

Diámetro de lapartícula menor

φ 0,000152 [m]

Temperatura del Agua T 25 [ºC]

Viscosidad dinámica u 0,000101

Se calculó el número de Reinolds y la velocidad de sedimentación para el método de Allen.

Tabla No. 8-11 Sedimentación por Ley de Allen

Velocidad desedimentación

Vs 1,9264 [cm/s]

Numero deReynolds

Re 2,8991

Como criterios para las dimensiones se aceptarán los siguientes valores:

h20,75h1:desnivelesentreRelación

5f 1:superior máximoototal/Anch AlturaRelación

0,5f 0,3:inferior ínimom Anchó

0,8h10,3:simpledesniveldel Altura


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Tabla No. 8-12 Diseño de velocidades desarenador

Coeficientes de arrastre

Cd según Metcalf Cd 9,7930Cd según Méndez Cd 10,4803

Cd según Aurelio Cd 10,3803

Velocidades de sedimentación

Velocidad según Metcalf Vs 1,6979 [cm/s]

Velocidad según Méndez Vs 1,6413 [cm/s]

Velocidad según Aurelio Vs 1,6492 [cm/s]

Velocidad por tablas Vs 1,7 [cm/s]

Velocidad horizontal de diseño por Bloodgood

Velocidad de Bloodgood arena Vh 0,22281 [m/s]

Velocidad de Bloodgood MO Vh 0,05913 [m/s]

Velocidad horizontal de diseño Vh 0,15000 [m/s]

Sección Transversal

Caudal de diseño Qdis 0,0104 [m³/s]

Velocidad horizontal Vh 0,2228 [m/s]

Área transversal del canal Atc 0,0465 [m²]

Tabla No. 8-13 Dimensiones del desarenador

Altura total del diseño h 1,2 [m]

Ancho máximo (superior) a 0,4 [m]

Ancho mínimo (inferior) f 0,3 [m]

Altura del desnivelsimple

h1 0,3 [m]

Altura del desnivelcompuesto

h2 0,225 [m]

Área de trabajo real A tr 0,48 [m²]

Permite el tránsito delfluido

Cumple

Para la longitud del desarenador se utilizó la curva de Hazen y el tiempo de sedimentaciónobtenido por el cuociente entre la altura total del diseño y la mínima velocidad desedimentación:

(s)11,736413,1

120

vs

hto

Utilizando la curva de Hazen y definiendo un valor de n=3 para un rendimiento bueno y unaeficiencia del 90% en la eliminación de las arenas, se obtuvo


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Tabla No. 8-14 Longitud del desarenador

Razón de diseño 2 td/to 3

Tiempo de diseño td 219,34 [s]Tiempo de diseño td 3,66 [min]

2,5 *min+ ≤ to ≤ 5 *min+ Cumple

Longitud deldesarenador

Ld 32,90 [m]

Figura No. 8-3 Curvas de Hazen para eliminación de arenas

Tabla No. 8-15 Resumen de diseño desarenador

Caudal de diseño Qd 0,0104 [m³/s]

Largo de diseño Ld 32,9 [m]

Ancho de superficie a 0,4 [m]

Área superficial Aas 13,2 [m²]

Velocidad deascensión Vas 0,0008 [m/s]

Área transversal Atrs 1,0 [m²]

Volumen de aire necesario por m Ca 4,9 [m³/h/m²]

Caudal de Airerequerido

Qa 161,9 [m³/h]


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8.5 Ecualizador

Se consideró al inicio del tratamiento homogeneizar la carga de afluente para las etapas

siguientes de la planta, se instalará un aliviadero de seguridad para admitir un caudalmáximo de 74,625 m3/h, con un tiempo de retención de 3 hrs.

)(m3224)h(3)h/3m(625,74)h(3)h/3mmax(QVolumen

Tabla No. 8-16 Resumen de diseño ecualizador

Altura h 3,0 [m]

Revancha hr 0,5 [m]

Ancho a 6,1 [m]

Largo Ld 12,2 [m]

Volumen Vas 225 [m3]

9 TRATAMIENTO PRIMARIO

9.1 Reactor biológico

Se presentan los cálculos para el diseño del reactor biológico.

9.1.1 Concentración del sustrato (S0)

La concentración del sustrato limitante que entrará al reactor biológico.Se asumió la densidad de los lodos y una concentración del 5% en el reactor.

Tabla No. 9-1 Cargas contaminantes y concentración del sustrato

(mg/L) (kg/m3) (kg/d) fracción (kg/d)*fr

DB05 250 0,25 448 0,33 149

SSV (mg/L) 280 0,28 501 0,67 334

Tabla No. 9-2 Concentración del sustrato

Lodo primario 5 %

lodo 1,05 kg/m3

Q 1 = Q dis 1791 m3/día

Q 2 = Q si 6,4 m3/día

Q 3 = Q 1 - Q 2 1784,6 m3/día

DBO5 (3) 299 kg/día

S0 167,3 mg/L

SST 93,7 mg/L


19/26





9.1.2 DBO5 que escapa al tratamiento (S)

Se definen por normativa las concentraciones en el afluente y la carga que escapa al

tratamiento.Tabla No. 9-3 DBO5 que escapa al tratamiento

DBO5 efluente 20 mg/L

SST en efluente 24 mg/L

% Biodegrab 63 %

DBO5 ultimo por SS en efluente 21,5 mgO2/L

DBO5/DBOultima 0,67

DBO5SS 14,4 mgO2/L

S 5,6 mg/L

Eficiencia 96,6%

9.1.3 Volumen del reactor

El volumen del reactor se determinó por la siguiente ecuación:

)K1(SSLM

)SS(YQVr

cd

0c

Tabla No. 9-4 Cálculo de volumen reactor biológico

Vr 434 [m3] Volumen de estanque de aireación

c 10 días Edad del lodoQ 1790 [m3/día] Caudal de diseño de aguas residuales crudas

Y 0,6 [gSSV/gDQO]

Coef estequiométrico de producción de lodos

S0 0,167 [kg/m3] Concentración de DBO del afluente

S 0,0056 [kg/m3] Concentración de DBO del efluente

SSLM 2,5 [mg/lt] Concentración de sólidos suspendidos volátiles en tanque

kd 0,06 (d-1

) Coeficiente de decaimiento endógeno

Tabla No. 9-5 Dimensiones del reactor biológico

Altura h 4,5 [m]

Revancha hr 0,5 [m]

Ancho a 7,0 [m]

Largo Ld 14,0 [m]

Volumen Vrb 441 [m3]


20/26





9.1.4 Eficiencia

La eficiencia basada en la DBO5 soluble será

%96,6167

6,5167

S

SSEs

0

0

9.1.5 Demanda de oxígeno

La demanda diaria de oxigeno en el reactor

Tabla No. 9-6 Demanda de oxígeno en reactor

DemandaO2xDBO5

425,75 [kg/día]Demanda de oxígeno (usando un factor de

0,68)

Kg/día DBO5afluente 447,75 [kg/día] Aporte de consumo 1,2 kgO2al dia x DBO5

Kg O2 x DBO5 537,3 [kg/día] Necesidad de oxigeno

NTK 53,8 [mg/L]

Kg O2 x NTK 443,2 [kg/día] Demanda de oxígeno por NK 4,6 kgSuma DBO5 y

NTK980,5 [kg/día] Necesidades teóricas de oxígeno

O2 3493 [m3aire/día] Cantidad teórica de aire necesario

O2 30,3 [m3aire/min]

9.1.6 Lodo a purgar en el reactor

Se suponen que los sólidos volátiles del afluente (SSV) corresponden al 80% de los sólidossuspendidos (SS). Usando la ecuación de producción de biomasa:

eew

r c

XQXQ

XV

cd

obsk1

YY

Tabla No. 9-7 Lodos a purgar en reactor

Yobs 0,38 Fango a purgar diariamente

Px 109 [kg/día] Masa fango activado volátil purgado

Px (SS) 136 [kg/día]Fango en total a los sólidos totales

en suspensión

Pe ) 43,5 [kg/día] SST en el efluente

SSTefluente 92 [kg/día] Sólidos a purgar = PXss-Pe

Edad dellodo

10 días

Xe 0,6


21/26





X 2,5

Qw 26,0 Sólidos a purgar

Tabla No. 9-8 Masa de fango a purgar

masa fango act volátil purgado 108,57 kg/día

relación 0,80

1. m total fango en base a ssts 135,71 kg/día

2. m en afluente 42,98 kg/día

Lodo a purgar = 1-2 92,72 kg/día

Caudal de lodo a purgar m3/día

9.1.7 Tiempo de retención hidráulica del reactor

El tiempo de retención hidráulica del reactor será:

(días)24,0)(h82,524)s/(m1790

)m(434

Q

Vr t

3

3

r

9.1.8 Relación F/M

Para asegurar una población adecuada de microorganismos, como medida de control secalculó el tiempo de relación F/M por la ecuación:

)(día24,024)(kg/m5,2)días(24,0

)kg/m(167,0

Xt

SM/F 1-

3

3

r

0

9.1.9 Carga volumétrica

La carga volumétrica del reactor estará dada por:

díam

kg 69,0

)m(434

)dia/m(1790)kg/m(167,0

V

QSCVR

33

33

r

0

10 DECANTADOR SECUNDARIO

10.1 Diseño de vertedero convencional

Se consideran los siguientes parámetros operacionales para el cálculo del decantadorsecundario:

Tabla No. 10-1 Constantes de diseño para decantador secundario

Procesocarga sobre vertedero

(m3/h/m) ≤

Carga de sólidos

(Kg/m2-d)

≤

Tiempo de

retención

(h)

Velocidad

ascensional

(m3/m2·h)

Convencional 4,0 4,2 3,6 1,5


22/26





Para el cálculo de la superficie requerida por diseño:

2

2

3

3

asc

maxsed m75,49

hm

m 5,1

h

m

625,74

V

Q A

Se propone una superficie con base circular y diámetro 8 m:

222

dis m3,504

8

4 A

La carga de sólidos en la superficie proyectada:

hr m

kg 712,3

m27,50

hr

m 625,74

m

kg 5,2

A

QXC

22

3

3

dis

maxsolidos

Para el volumen del decantador se consideró un tiempo de retención de 2 horas:

33

r maxsed m25,149hr 2hr

m 625,74tQV

La altura para el decantador será:

m3m98,2m27,50

m25,149

A

Vh

2

3

dis

sed

Y finalmente la carga sobre el vertedero será:

hr m

kg 712,3

m27,50

hr

m 625,74

m

kg 5,2

A

QC

22

3

3

dis

maxvertedrero

De acuerdo a la Tabla No.10-1 los resultados cumplen con lo pedido.

10.2 Campana y espesadores

Se dotará al tanque con dos brazos provistos de rasquetas cuales girarán en la zona central.

Con esto se asegurará que las aguas servidas fluyan uniformemente en todas las direcciones

por la campana central, cual tendrá un diámetro que representa el 20% del tanque y una

profundidad de 2,5 m.

m6,1%20m8campana


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Se tienen en resumen las siguientes dimensiones geométricas para el decantador:

Tabla No. 10-2 Dimensiones decantador secundario

Altura h 3,0 [m]

Revancha hr 0,5 [m]

Diámetroestanque

est 7,0 [m]

Sección Adis 50,3 [m2]

Diámetrocampana

cam 441 [m3]

Para los espesadores se consideró la concentración de fango espesado al 4%, larecuperación esperada para los sólidos al 90% y el peso específico del fango de alimentación

y espesado como 1. Se utilizó la carga volumétrica de lodos calculada en el numeral 9.1.6.

Tabla No. 10-3 Fangos espesados

CVR 92,72 [kg/día] Masa de fango espesado

Q l 37,09 [m3/día] Caudal de fango espesado

CF 90 % Concentración del lodo

RS 4 % Recuperación de Sólidos

fango 1 Peso específico del fango de alimentación y espesado

Q fango 2,086 [m3/día] Caudal de fango espesado

Q recirc 35,00 [m3/día] Caudal recirculado a la planta

SSdigestor 83,45 [kg/día] Sólidos suspendidos en alimentación del digestor

SSrecirc 9,27 [kg/día] Sólidos suspendidos recirculados a la planta

SS.DBO5 264,9 [g/m3] DBO5 recirculada

DBO5 166,26 [mg/L] DBO5 de sólidos suspendidos

DBO5 esc al trat 5,6 [mg/L] DBO5 que escapa al tratamiento

C.DBO5.total 171,88 [mg/L]

DBO5 6,02 [kg/día]

11 DIGESTOR DE FANGO

Para su funcionamiento se definieron los siguientes parámetros:

El tiempo de retención será de 20 días.

Se destruirán los sólidos volátiles durante la digestión en un 50%.

Se producirán 1,12 m3/kg de gas producto los sólidos volátiles destruidos.

Se consideró una DBO5 sobrenadante en el digestor de 5 kg/m3.


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Los sólidos totales en el fango digerido serán del 5%.

Tabla No. 11-1 Cálculo de sólidos volátiles y producción de gas en el digestorSSVa 334,3 [kg/día] Sólidos volátiles en el afluente

SSVd 83,5 [kg/día] Sólidos volátiles en el digestor

SS.tot 417,8 [kg/día] Sólidos totales

Q total 7,66 [m3/día] Caudal total

SS.tot.dig 297,4 [kg/día] Sólidos volátiles totales alimentados al digestor

%SVMF 71,2% % Caudal de fango espesado

SVD 148,7 [kg/día] Sólidos volátiles destruidos

CM 6686,4 [kg/día] Caudal másico (fango primario al 5% de sólidos)

CMP 2086,3 [kg/día] Caudal másico de la purga de lodo espesado al 4% desólidos

CMT 8772,7 [kg/día] Caudal másico total

SSfijos 120,3 [mg/L] DBO5 de sólidos suspendidos

SSTFD 269,1 [mg/L] Sólidos totales fango digerido

C.DBO5.total 172,2 [kg/día] Producción de gas en el digestor

12 CÁMARA DE CONTACTO Y DESINFECCIÓN

Para lograr el abatimiento o reducción de los coliformes fecales se instalará una cámara decontacto (tipo around and end) con 30 minutos de tiempo de retención para el caudal medio,comprobando la condición más desfavorable para 15 minutos a caudal máximo.

La cámara de contacto diseñada permitirá el tiempo de contacto necesario en todos losescenarios durante el periodo de previsión, para que los coliformes estén en la descarga pordebajo de los 1000 NMP/100 ml.

Para asegurar una reacción completa del producto con los agentes biológicos, se dosificaráal comienzo del estanque, llamado de desinfección, que deberá asegurar 30 minutos deretención para el caudal de diseño y 15 minutos para el caudal máximo horario.

Considerando los caudales de diseño:

)(m398,1060301,6min)/seg(60(min)30)s/l(QmdVQmd

)(m365,18601572,20min)/s(60(min)15)s/l(maxQV maxQ


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Tabla No. 12-1 Dimensiones de cámara de contacto

Canales N° 4 [un]

Altura h 1,0 [m]

Revancha hr 0,6 [m]

Altura c/revancha

ht 1,6 [m]

Ancho a 1,0 [m]

Largo ld 3,0 [m]

Volumen V 19,2 [m3]

13 DIAGRAMA DEL TRATAMIENTO

Finalmente se resume la planta de tratamiento de aguas servidas con el siguiente esquema:


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E 2015 Pá i 26 d 26

14 DOCUMENTOS DE REFERENCIA

[1] NCh 1105 – Ingeniería sanitaria - Alcantarillado de aguas residuales - Diseño y cálculo de

redes.[2] D.S. N°4 - Reglamento para el manejo de lodos generadores en plantas de tratamiento de

aguas servidas.

[3] NCh 1333 - Requisitos de calidad del agua para diferentes usos.

[4] D.S. N° 90 CONAMA - Norma de emisión para la regulación de contaminantes asociadosa la descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales.

[5] NCh 2472 - Aguas residuales - Plantas elevadoras - Especificaciones generales.

[6] NCh 3212 - Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas – Control de olores.

[7] NCh 691 - Agua potable - Conducción, regulación y distribución.

[8] Apuntes de cátedra Ingeniería Sanitaria - Dr. Christian Seal M.

[9] RIDDA, Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de AP y ALC.

[10] "Manual de diseño de estaciones depuradoras de aguas residuales". HernándezLehmann, Aurelio.

[11] "Ingeniería de aguas residuales : tratamiento, vertido y reutilización" Metcalf y Eddy.

[12] "E.D.A.R. para una población de más de 10.000 habitantes equivalentes" Andreu BetetaRiera.

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