Memoria Lodos Activados Batuco

ILUSTRE MUNICIPALIDAD DE LAMPA

MEMORIA DE INGENIERIA DE DETALLE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

LOCALIDAD DE BATUCO, COMUNA DE LAMPA REGION METROPOLITANA DE SANTIAGO

FECHA: 30 DE SEPTIEMBRE 2010

Memoria de cálculo de ingeniería de detalle del sistema de tratamiento de aguas servidas Batuco.

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1. INTRODUCCIÓN.

En la presente fase, se desarrollará detalladamente y en forma más precisa la memoria de diseño de

la alternativa seleccionada, en este caso la de lodo activado convencional con alta tasa de remoción

de nutrientes de forma biológica.

El proyecto de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas para la localidad de Batuco, se ubicará en

terrenos de la empresa “Cerámica Batuco” ubicados en un predio de15.048 m2 de superficie, que

forma parte de la comuna de Lampa, provincia de Chacabuco; en la parte Norte de la Región

Metropolitana de Santiago.

1.2. DISEÑO DE CADA UNIDAD DE TRATAMIENTO.

Las características del afluente fueron dadas entregadas por Macrocap y establecidas en el estudio

de factibilidad para un período de diseño de 25 años. A continuación se resumen en los siguientes

cuadros, tanto la calidad del agua cruda como la exigencia del agua tratada de acuerdo al DS 90 del

año 2000.

CUADRO Nº 1.2.1 CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS CRUDAS AFLUENTES A LA PTAS

PARÁMETRO VALOR CARACTERISTICO PARA DISEÑO

Período de Diseño 25 años Población Actual 2947 viviendas Densidad habitacional de diseño 5 hab./viv. Dotación de agua potable 177 l/hab/día Población actual 14.735 hab. Población futura 24.174 hab. Caudal medio agua potable 49,5 l/s Factor de Recuperación 0,80 Caudal medio diario de aguas servidas 39,6 l/s = 3.423 m3/día Coeficiente de Harmon 2,57 Caudal máximo horario de a.s. 101,8 l/s Caudal máximo diario de a.s. = 1,5 x Qmedio AS 59,4 l/s Caudal mínimo diario de a.s. = 0,6 x Qmedio AS 23,8 l/s Caudal mínimo horario de a.s. = 0,6 x 0,6 x 14,25 l/s


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Coliformes Fecales o Termo-tolerantes 106- 107/100 ml DBO5 275 mg / l Sólidos Suspendidos Totales 220 mg / l Nitrógeno Kjeldahl Total 80 mg / l Fósforo Total 15 mg / l Aceites y Grasas A y G 75 mg / l Temperatura 10 – 20°C Dotación carga orgánica diaria DBO5 45 g/hab/día

El efluente de la Planta deberá cumplir con los límites de calidad, que aparecen a continuación y será

descargado en el sector sur del Humedal de Batuco: tanto la calidad del agua cruda como la exigencia

del agua tratada de acuerdo al DS 90 del año 2000 (Norma de Emisión para la Regulación de

Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Superficiales) para el caso

de descarga a cuerpo lacustre.

CUADRO 1.2.2 CALIDAD DEL EFLUENTE DE LA PTAS

PARÁMETRO UNIDAD EXPRESIÓN LÍMITE MAXIMO PERMITIDO

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

DBO5 mg l DBO5 35 Sólidos Suspendidos Totales mg/l SST 80 Aceites y Grasas mg/l A y G A y G 20 Nitrógeno Total mg/l N Nt 10 Fósforo Total mg/l P Pt 2

Las componentes unitarias del sistema de tratamiento propuesto para cumplir con la calidad del

efluente requerido serán las siguientes:

• Planta elevadora Reja gruesa mecanizada, reja gruesa en by-pass de limpieza

manual con bandeja de estruje.

• Medición de caudal de entrada Medición de caudal del tipo electromagnético con lectura

instantánea y totalizador de volumen acumulado.

• Pretratamiento Sistema compacto con desbaste fino con compactador,

Desarenado y Remoción de Grasas.


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• Tratamiento Secundario Estanque Ecualizador y Homogenizador, Estanque Anóxico, Estanque de Aireación de lodos activados a mezcla completa,Estanque de post aireación, Clarificador Secundario y Recirculación de lodos.

• Tratamiento de Lodos Bombas de extracción de lodos (RAS- WAS), medidor de caudal

en la línea de recirculación y en la de desecho de lodos,

Digestor – espesador Aeróbico, Deshidratación Mecánica y

Encalado.

• Desinfección Dosificación de Gas Cloro y Cámara de Contacto + Decloración

mediante adición de SO2

Las características de los lodos estabilizados con 40 % de sequedad, resultantes de los proceso de

digestión y posterior deshidratado, permitirá su depósito en monorellenos, o rellenos sanitarios

autorizados, de acuerdo con el cumplimiento de lodos Clase B, en virtud de los criterios establecidos

en Reglamento para el Manejo de Lodos generados en Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas.

Descripción general de los diferentes componentes de la PTAS:

Planta Elevadora de Aguas Servidas con Reja Gruesa Mecanizada. La elevación de las aguas servidas, para el caudal máximo horario correspondiente al 2035, de 101,8

l/s, se realizará en una planta elevadora, con el empleo de dos de las tres bombas (2+1 de reserva).

Las bombas operarán de forma automática, y las unidades rotarán uniformemente de forma tal que el

desgaste y mantención se realice de forma uniforme, el control de los arranques y paradas se

obtendrá mediante un sistema de control por sensores de nivel, los cuales comandan la partida de

cada unidad, en caso de ser necesario, una tercera bomba.

Aguas arriba de la sentina de la Planta Elevadora, se propone incluir una reja gruesa de limpieza

mecanizada para la retención de sólidos molestos, la que cumple dos funciones, la primera de ellas

evitar atascar las bombas y la segunda eliminar o remover aquellas partículas de gran tamaño que

dificultan el tratamiento posterior. La operación de esta reja está comandada mediante una pera de

máximo que activa la unidad por un intervalo de tiempo.

Para el período de mantención de la reja mecanizada, se previó instalar en el canal aledaño, una reja

gruesa de limpieza manual, con bandeja de estruje y escurridos, con tecle y canastillo para la


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extracción de sólidos. El control del paso del afluente crudo por cada uno de las rejas se realizará a

través de dos compuertas con vástago y volante, de operación manual, situadas en la plataforma con

parrillas.

Pretratamiento El tratamiento preliminar de las aguas servidas, precribadas, que fluyen al sistema de tratamiento,

considera un sistema compacto de desbaste fino, desarenado y remoción de grasas y aceites.

Para ello se seleccionó un equipo compacto con tamiz- transportador-compactador y lavador de

sólidos finos (esp=3 mm) en acero inoxidable, con desarenador y con sistema y bomba de remoción

de grasas.

A la salida del pretratamiento se ha previsto una cámara distribuidora, con compuertas en cada

descarga, las cuales controlaran el flujo hacia los módulos de tratamiento secundario.

Tratamiento Secundario

La planta, del tipo "lodos activados a mezcla completa del tipo convencional con sistema de alta

remoción biológica de nutrientes, consta de dos módulos o unidades de tratamiento similares y

formadas por los siguientes componentes para la línea del agua y lodos:

° Estanque ecualizador y homogenizador

° Estanque Anóxico

° Estanque de aireación de lodos activados mezcla completa.

° Recirculación del agua cruda desde estanque anóxico hacia el estanque de

aireación.

° Estanque Post-Aireación para la remoción de nitrógeno total y desgasificación.

° Clarificador secundario.

° Recirculación y desecho de lodos.

° Recirculación del licor mezclado desde el Reactor hacia el estanque de post-

aireación para la remoción de nitrógeno total.


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La independencia y duplicidad de estas unidades, además del tratamiento secundario, la desinfección

del efluente y la digestión de los lodos; permitirá, que en caso que así se requiera, la planta pueda

operar con una línea de tratamiento fuera de servicio; siendo transferido el caudal de la misma, a la

que continúa en operación, sin que ello afecte el proceso biológico.

° Estanque ecualizador y homogenizador

Este es el primer componente del sistema de tratamiento secundario, se plantean dos unidades (una

para cada módulo) de 655,0 m3 cada una y altura real de agua = 5 m, para garantizar la agitación,

mezcla y oxígeno para el control de olores se plantea instalar un aireador - mezclador sumergido, tipo

tsurumi y un sistema de difusores de burbuja gruesa, de instalación fija, los cuales se emplearan solo

en caso de emergencia o reparación del aireador.

En cada estanque se previó la instalación de dos bombas sumergibles (1+1 de reserva) que impulsan

el caudal medio hacia el resto del sistema.

° Estanque Anóxico

El sistema tiene dos estanques de 328 m3 c/u (altura del agua = 5m), con mixer superficial, con

difusores de burbuja gruesa para emergencia o reparación del mezclador, así como con dos bombas

(1+1 de reserva) para elevar el caudal medio. La función de estos módulos en la de mantener un nivel

de oxígeno disuelto bajo, para garantizar la remoción biológica de fósforo. Parte del licor mezclado es

recirculado desde el reactor al estanque anóxico para remover de forma biológica los nutrientes.

° Estanque de aireación lodo activado mezcla completa.

Este estanque o reactor, tendrán un Volumen unitario de 1000 m3 , con lo cual será suficiente para

cubrir la demanda proyectada hasta el año 2035, considerando que la edad mínima del lodo será de 9

días, para la condición de carga media correspondiente al mismo. La eficiencia en la remoción se

obtendrá mediante una red de difusores de burbuja fina, de plato marca WW modelo DPR 10-21, los

cuales a 5,5 m de profundidad de agua, obtienen una alta tasa de transferencia de oxígeno y por

ende el crecimiento y proliferación de los microorganismos aeróbios.

En el equipamiento adicional y de emergencia, previsto en cada unidad, se incluye la instalación de

un aireador (con soplador) + mixer tipo Tritón, que permitirá la adición de oxígeno con el

correspondiente ahorro de energía cuando el soplador no funcione, por ejemplo en las horas peak de

demanda o tarifa eléctrica.


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° Estanques Post- aireación (desgasificación).

El estanque de post- aireación se diseña con un volumen unitario de 328 m3 y 5 m de agua, para

evitar la sedimentación del licor mezclado se incorpora un mixer superficial, para los períodos de

mantención o reparación del mezclador o para suministrador un oxígeno disuelto mínimo para evitar

olores se incorpora además una red de difusores de burbuja gruesa. La función de este estanque es

lograr eliminar hacia la atmósfera, el Nitrato (NO4-), evitando la resuspensión de los lodos en los

sedimentadores, de la misma forma se reduce el Nitrógeno total en cantidades permitidas por la

norma (hasta 10 mg/l).

° Clarificadores secundarios

Con posterioridad al proceso de post- aireación, el flujo (licor mezclado) será decantado en los

clarificadores secundarios de sección circular, que operan con concentraciones de lodo inferiores, o

iguales a 2800 mg/l.

El sedimentador contará con un equipo de tracción central con sistemas de barredor de lodos del

fondo y de recolección de espumas, mediante una caja (o canal).; siendo que la impulsión hacia el

estanque digestor se realizará mediante un sistema air-lift. Por último, la succión, e impulsión, del

lodo decantado, para recirculación (RAS/WAS), se realizará por medio de bombas centrífugas

sumergibles.

° Recirculación de lodos.

En cada unidad de tratamiento, el caudal de recirculación (lodos decantados) es distribuido, desde el

fondo del clarificador secundario, hacia el estanque anóxico, o hacia el digestor- espesador aireado.

Esta se realizará por medio de bombas centrífugas sumergibles de impelente o álabes abiertos

(propia para lodos), siendo que éstas en un número de tres (2+1 de reserva) permitirán impulsar el 90

o el 150 % del caudal medio de diseño (para los diferentes períodos de diseño).

Para el control del volumen de lodos a recircular y desechar, se ha previsto el suministro e instalación

de cajas vertedoras, uno para el flujo de RAS (recirculación) y otro para el de WAS (desecho hacia el

digestor); provistos de medidores de caudal ultrasónico, que permiten la lectura instantánea y

acumulada del flujo.


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Tratamiento de Lodos

° Digestor Aireado

Como parte del conjunto de tratamiento secundario se propone dos Digestores – espesadores

Aireados de 250 m3 (c/u) y profundidad = 5,5 m; con tiempos de digestión de 21 días, como promedio

anual; con lo cual se logra, sumado a los 9 días del reactor de lodos activados, el cumplimiento de la

exigencia del 38 % de reducción de volátiles para lodos clase B (30 días para 10°C de temperatura

mínima del agua).

Para garantizar el proceso de estabilización y degradación del lodo se incorpora en el fondo una red

de difusores de burbuja gruesa.

Para lograr concentraciones del lodos del orden de 1,8 al 2 % se instalará un decanter de operación

manual con air-lift el que permitirá extraer el sobrenadante hacia el estanque de ecualización.

° Deshidratado mecánico + encalado

El lodo digerido será succionado mediante una bomba de cavidad progresiva y con inyección

automática de polímeros en línea se deshidratará en un filtro banda marca Ashbrook de 1 m de ancho

para obtener un 25 al 27 % de sequedad.

Para obtener el 40 % de sequedad que exige la norma de lodos, el diseño contempla, por último, la

adición de Cal (Óxido de Calcio) utilizando un microdosificador de cal en bolsa con tolva de 52 dm3 y

equipo mezclador.

La descarga de los lodos encalados se realizará en un contenedor con sistema compatible para ser

retirado de forma cerrada por el sistema de traslado hacia un relleno sanitario o monorelleno.

° Espesador gravitacional asistido

En caso de emergencia del sistema de deshidratado mecánico, se propone colocar un espesador

gravitacional asistido con polímeros, previo a la descarga en los lechos de secado de emergencia, el

consumo de energía y de polímeros en esta unidad es muy bajo.

Los lodos, con un espesamiento mínimo del 1,8 % desde el digestor- espesador aireado, puede

alcanzar en condiciones de operación normal del orden de 3 a 6 %, lo cual es muy importante si

tenemos en cuenta que las condiciones de evaporación y de intensidad de la luz solar en el sector,

pueden retardar el proceso de secado. El sistema mismo, funciona de forma automática y considera

una bomba de lavado de la membrana de espesado.


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° Lechos de secado de Emergencia

Para condiciones en que no funcionen el sistema de deshidratado mecánico, mediante filtro de banda

y encalado, se propone colocar los lechos de secado de emergencia, techados con planchas de

policarbonato traslúcido, su diseño se basó en considerar la concentración del 6 % con que se extrae

el lodo desde el espesador gravitacional asistido, así como su adecuada distribución por capas de

espesor inferior a 0,30 m y la posibilidad de adición y mezcla de cal (CaO), contribuyendo a la

estabilización del lodo y a eliminar los posibles olores.

° Zona de Acopio de Emergencia

En caso de producirse retrasos en el retiro de los lodos de la Planta, se propone una zona de acopio

techada, las cuales pueden recibir los lodos tanto del sistema de deshidratado mecánico como de los

lechos de secado, se pueden almacenar hasta por un período de 3 meses en un espesor no mayor a

80 cm, para evitar la posible aparición de olores, se ha previsto, previo a su almacenamiento, la

adición de cal.

Desinfección

° Cloración

Buscando obtener un efluente con un contenido de coliformes fecales menor a 1000 NMP/100 ml y

considerando aspectos de facilidad en el control y de seguridad en la desinfección, se indicó el uso de

gas cloro, siendo que existe la posibilidad de uso de una bomba dosificadora de hipoclorito de Sodio,

como reserva del cloro gas en los primeros 10 años.

El efluente del tratamiento secundario circulará por una cámara de contacto de 130 m3 de capacidad,

para un tiempo de retención de 30 minutos para el caudal medio del año 2035. El sistema automático

de dosificación del cloro incluye la medición continua del caudal de aguas en desinfección y a partir

de éste, la dosificación de cloro proporcional al caudal. El gas cloro se manejará en contenedores,

almacenándose, en una sala, por un tiempo mínimo de 15 días. También se considera el intercambio

automático de contenedores.

° Decloración

El sistema de decloración (para eliminar el residual de cloro en el efluente que se descarga al

humedal) consiste en la inyección, automática y proporcional al caudal, de una solución de dióxido de


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azufre, a la salida de la cámara de contacto, en específico previo a una caída de 50 cm. La sala de

decloración albergará dos contenedores de 1000 kg cada uno con una renovación de 30 días.

Diseño de los diferentes componentes de la PTAS: CÁMARA DE REJAS BY-PASS DE LA PLANTA ELEVADORA DE CABECERA.

Para el diseño de la cámara de rejas se determinó el número de barras necesarias con por la

siguiente expresión:

VphSKhQmáxn o

•••

=.

donde:

n = número de barras.

Qmáx.h = Caudal máximo horario en m3/s, en este caso 102 l/s (0.102 m3 /s).

Ko = Coeficiente correspondiente a barra circular = 1.

S = Separación entre barras = 0.030 m.

h = Tirante de circulación en m.

Vp = Velocidad de circulación = 0.81 m/s.

El ancho de la reja se calcula por:

( ) SnbnBr •++•= 1

Siendo:

Br = Ancho de la reja en m.

b = Diámetro de la barra en m, 0.01 m.

Aplicando las expresiones anteriores, la cámara de rejas será de 1,0 m de ancho, con pendiente de

0,002 y la constituirán 24 barras de pletinas inclinadas a 60 º, de 10 mm de diámetro con 0.030 m de

separación (3 cm)

Para el caudal peak de diseño del 2010:


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Qmax 0,071 m3/s

n= Qmax x Ko Ko 1,4 Coefi.Barra S x h x Vp S 0,03 Sep entre Barras h 0,12 Tirante de circulación Vp 0,6 Velocidad de circulación

n 24N° de barras

Br= n*b+(n+1)*s b 0,01 Ancho de barra

Br 0,990 Ancho de canal

h= Betha *(b/s)^(4/3) * sen Alpha *(v2/2g) Betha Coef. Forma Perfil Alpha Angulo reja h Pérdida de carga

Para el caudal peak de diseño del 2035:

Qmax 0,102 m3/s

n= Qmax x Ko Ko 1,4 Coefi.Barra S x h x Vp S 0,03 Sep entre Barras h 0,25 Tirante de circulación Vp 0,81 Velocidad de circulación

n 24N° de barras

Br= n*b+(n+1)*s b 0,01 Ancho de barra

Br 0,970 Ancho de canal

h= Betha *(b/s)^(4/3) * sen Alpha *(v2/2g) Betha Coef. Forma Perfil Alpha Angulo reja h Pérdida de carga


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Las materias gruesas extraídas de la cámara de rejas se transportarán con un canastillo y tecle hacia

la superficie para ser vertida en contenedor de sólidos molestos.

Para el caso de la reja gruesa mecánica vertical de 30 mm de espaciamiento se determinó, para cada

Etapa, el flujo máximo que permite, las pérdidas de carga y el volumen de sólidos que se requieren

enviar al compactador.

Calculo flujo reja gruesa mecánica vertical Etapa 1 Qmax 0,071 m3/s S 0,03 Sep entre Barras Ancho canal 1 m h, m 0,2 Tirante de circulación Vp, m/s 0,6 Velocidad de circulación Caudal (L/s) 101 ok Pérdida de carga 0,2 m Producción de sólidos a compactar 0,1 m3/d

Calculo flujo reja gruesa mecánica vertical Etapa 2 Qmax 0,102 m3/s S 0,03 Sep entre Barras Ancho canal 1 m h, m 0,25 Tirante de circulación Vp, m/s 0,81 Velocidad de circulación Caudal (L/s) 126 ok Pérdida de carga 0,4 m Producción de sólidos a compactar 0,1 m3/d PLANTA ELEVADORA

En el diseño de la Planta Elevadora se tuvo en cuenta el análisis por etapas, basándonos en que los

primeros años el flujo medio y peak será inferior al pronosticado para el año 2035.


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Así tenemos que para la etapa inicial el caudal medio es de 28,1 0 l/s y el caudal peak es de 71 L/s,

con posterioridad para la etapa final de diseño (año 2035) el caudal medio de diseño será de 45,5 L/s

y el caudal peak de 102 L/s .

Diseño de la Sentina.

Para el diseño y determinación del volumen útil de la Sentina se considera un tiempo de ciclo o

frecuencia de 10 arranques por h, es decir un arranque cada 6 minutos (360 seg).

El volumen del pozo húmedo cuando se usa una secuencia alternada de arranques y

paradas de los equipos, se puede calcular por la expresión:

4QTV C •

=

Donde:

V: Volumen del pozo correspondiente a una bomba (m3).

Tc: Tiempo de ciclo (s).

Q: Caudal entregado por una bomba (l/s).

Cuando se prevé más de un equipo, se evalúa la ecuación tantas veces como equipos de

bombeo existan, sustituyendo el caudal como el incremento que se logra respecto al total de

los equipos trabajando en paralelo.

Para el año 2 010:

413601 bQV •

= m3.

422 bQTcV •

=

donde:

2.12 QbQ = , L/s

Cálculo del tiempo de retención.


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.minQnaVutilsentiTr =

El Qmin horario fue considerado como el 60 % del Qmínimo diario (0,6 x Qpromedio).

Sustituyendo para la Etapa 1:

Diseño de Planta Elevadora Principal Bombas en paralelo 2 Tipo de bombas Sumergibles Bomba de reserva 1 Qpromedio 2010 28,1 L/s Qpeak 2010 71 L/s Diseño adoptado Etapa 1 Qunitario bomba1 56 L/s Volumen requerido bomba1 5,0 m3 Qunitario bomba2 46,7 L/s Volumen requerido bomba2 4,2 m3 Volumen total de la sentina 9,2 m3 Qtotal entregado (L/s) 102,7 ok Área adoptada de la sentina 9 m2 Diámetro o ancho de cada bomba 0,45 m Ancho mínimo de la sentina 2,9 m Ancho adoptado 3,0 m Largo de la sentina 3 m Area real descontando los equipos 7,2 m2 Nivel de agua 1 0,7 m Nivel de agua 2 0,6 m Nivel mínimo 0,3 m Altura del agua total en sentina 1,6 m Tiempo de retención máximo 8 minutos para el caudal mínimo 2010

Para la Etapa 2, año 2035:


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Diseño de Planta Elevadora Principal Bombas en paralelo 2 Tipo de bombas Sumergibles Bomba de reserva 1 Qpromedio 2035 45,5 L/s Qpeak 2035 102 L/s Diseño adoptado Etapa 2 Qunitario bomba1 56 L/s Volumen requerido bomba1 5,0 m3 Qunitario bomba2 46,7 L/s Volumen requerido bomba2 4,2 m3 Volumen total de la sentina 9,2 m3 Qtotal entregado (L/s) 102,7 ok Área adoptada de la sentina 9 m2 Diámetro o ancho de cada bomba 0,45 m Ancho mínimo de la sentina 2,9 m Ancho adoptado 3,0 m Largo de la sentina 3 m Area real descontando los equipos 7,2 m2 Nivel de agua 1 0,7 m Nivel de agua 2 0,6 m Nivel mínimo 0,3 m Altura del agua total en sentina 1,6 m Tiempo de retención máximo 5,0 minutos para el caudal mínimo 2035

El tiempo de retención para las diferentes etapas es menor a 20 minutos, por lo que no existirán

condiciones sépticas, sedimentación y por ende de malos olores en la sentina.

Teniendo en cuenta que el emisario o colector llega a 8 m de profundidad y que el pretratamiento está

a 6 m de altura, la carga dinámica total de la bomba con el nivel mínimo será de 17 m. Se propone

instalar 3 bombas (2 +1) del tipo centrífuga sumergible marca KSB modelo AMAREX KRT D 100-

316/164 UG-S-288 mm de 58 L/s y 18 m de carga, con 16 kw de consumo de potencia cada una.


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EQUIPO DE PRETRATAMIENTO COMPACTO.

Se seleccionó un equipo de pretratamiento compacto modelo TSF compuesto por un tamiz-

transportador-compactador y lavador de sólidos finos, de 3 mm de espaciamiento o abertura, en

acero inoxidable AISI 304L, con un módulo desaenador- compactador con una eficiencia de remoción

de arena del 90 % para el caudal peak de 102 L/s, con sistema y bomba de remoción de grasas y

concentrador de esta.

EQUIPO SEPARADOR SOLIDOS FINOS, COMPACTADOR, DESARENADOR - DESGRASADOR AIREADO Primera Etapa Segunda Etapa 2010 2035 MEDIO MAXIMO MEDIO MAXIMO CAUDALES DE DIMENSIONAMIENTO: Caudal medio horario............................................................... 101,2 255,6 163,8 367,2 m3/h.

Caudal punta de pretratamiento............................................................... 255,6 255,6 367,2 367,2 m3/h.

Caudal minimo 36,4 255,6 59,0 367,2 m3/h. DESARENADOR-DESENGRASADOR AIREADO CALCULOS JUSTIFICATIVOS: VOLUMENES. Tipo de desarenador............................................................................ Aireado Aireado Aireado Aireado

Número de unidades..................................................................................... 1,0 1,0 1,0 1,0

Caudales de diseño:

Caudal medio............................................................................................. 101,2 255,6 163,8 367,2 m3/h

Caudal punta ..................................................................................... 255,6 255,6 367,2 367,2 m3/h

Caudal máximo diseño .......................................................................................... 255,6 255,6 367,2 367,2 m3/h

Cargas de diseño:

Carga a Qmedio........................................................................................... 21,0 21,0 21,0 21,0 m3/m2/h

Carga a Qmáx. ................................................................................................ 30,0 30,0 30,0 30,0 m3/m2/h

Tiempo de retención:

Tr Qm........................................................................................................... 16,0 16,0 16,0 16,0 min.

Tr Qmáx .......................................................................................... 10,0 10,0 10,0 10,0 min

Superficie unitaria necesaria ..................................................................... 8,5 12,2 12,2 17,5 m2.

Volumen unitario necesario ....................................................................................... 42,6 68,2 61,2 97,9 m3.

Sistema de extracción de arenas ....................................................... Bomba de arenas. Número de bombas de arenas ...................................................... 1,0 1,0 1,0 1,0 Uds.


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Relación longitud/anchura........................................................... 4,0 4,0 4,0 4,0 Superficie minima necesaria ........................................... 8,5 12,2 12,2 17,5 m2. Volumen minimo necesaria .............................................................. 42,6 68,2 61,2 97,9 m3.

Ancho canal desarenador necesaria............................................................................. 1,5 1,7 1,8 1,8 m.

Anchura canal desarenador adoptada.......................... 1,8 1,8 1,8 1,8 m

Anchura zona desengrasado ................................................................... 0,4 0,4 0,4 0,4 m

Anchura canal desarenador ............................................................ 1,2 1,2 1,2 1,2 m

Longitud canal desarenador necesaria .............................................................. 5,8 7,0 7,0 4,9 m

Longitud canal desarenador adoptada ............................. 10,5 10,5 10,5 10,5 m. Superficie unitaria canal desarenador ................................................ 19,1 19,1 19,1 19,1 m2.

Superficie total desarenadores ................................................................ 19,1 19,1 19,1 19,1 m2.

Ancho canal aspiración de arenas ..................................................... 0,6 0,6 0,6 0,4 m.

Ancho chaflán menor .............................................................................. 0,5 0,5 0,5 0,4 m.

Ancho chaflán mayor ..................................................................................... 1,6 1,6 1,6 1,6 m.

Altura chaflán menor .......................................................... 1,5 1,5 1,5 1,5 m. Altura chaflán mayor ...................................................... 1,5 1,5 1,5 1,5 m.

Altura útil zona recta .................................................................................................. 2,0 2,0 2,0 2,0 m

Altura total útil desarenador ........................................ 3,5 3,5 3,5 3,5 m.

Seccion media unitaria................................................................................................ 5,3 5,3 5,3 5,1 m2

Seccion media total............................................................................................... 5,3 5,3 5,3 5,1 m2

Guarda de desarenador coronación a vertederos de salida............................. 0,3 0,3 0,3 0,3 m Altura total desarenador.................................................... 3,8 3,8 3,8 3,8 m. Volumen unitario zona piramidal............................................... 17,6 17,6 17,6 15,8 m3. Volumen unitario zona recta.............................................. 38,2 38,2 38,2 38,2 m3.

Volumen unitario útil ........................................................................................... 55,8 55,8 55,8 54,0 m3.

Volumen total útil ................................................................................... 55,8 55,8 55,8 54,0 m3. PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO Tiempo de retención : A caudal medio ....................................................................... 33 13 20 9 minutos. A caudal punta ............................................................................. 13 13 9 9 minutos.

A caudal máximo ................................................................................. 13 13 9 9 minutos.

Cargas hidraulicas:

Carga hidraulica a caudal medio .......................................... 5,3 13,4 8,6 19,2 < 12m3/m2/h.

Carga hidráulica a caudal punta......................................................................... 13,4 13,4 19,2 19,2

< 24 m3/m2/h.

Carga hidráulica a caudal máximo ............................................................... 13,4 13,4 19,2 19,2

<24 m3/m2/h.


18

Velocidad trasversal: A caudal medio ................................................................ 0,01 0,01 0,01 0,02 m/s. A caudal punta ............................................................................ 0,01 0,01 0,02 0,02 m/s

A caudal máximo ............................................................................ 0,01 0,01 0,02 0,02 m/s.

Variación de lámina de agua en vertederos: Qmed. Qmed. Qmed. Qmed. Caudal de paso por linea............................................................... 101,16 255,60 163,80 367,20 m3/h Longitud de vertederos................................................... 3,00 3,00 3,00 3,00 m Coeficiente de vertedero (Pared delgada) ............................................ 0,62 0,62 0,62 0,62

Altura de lámina de agua...................................................................................................... 0,02 0,04 0,03 0,05 m

Qmáx Qmáx Qmáx Qmáx Caudal de paso por linea............................................................... 255,60 255,60 367,20 367,20 m3/h Longitud de vertederos................................................... 3,00 3,00 3,00 3,00 m Coeficiente de vertedero (Pared delgada) ............................................ 0,62 0,62 0,62 0,62

Altura de lámina de agua...................................................................................................... 0,04 0,04 0,05 0,05 m

Variación máxima de la lámina de agua.................................... 19,31 0,00 22,20 0,00 mm CALCULO DE LA AIREACION.

Caudal específico aireación a Caudal Medio.............................................................. 4,0 4,0 4,0 4,0 m3/h/m2

Caudal específico aireación a Caudal Maximo............................................................ 7,0 7,0 7,0 7,0 m3/h/m2

Número de canales desarenadores.............................................................. 1,0 1,0 1,0 1,0 Ud

Ancho canal desengrasador.......................................... 0,4 0,4 0,4 0,4 m Ancho de tabique de separación....................................... 0,2 0,2 0,2 0,2 Ancho canal desarenador............................................................. 1,2 1,2 1,2 1,2 m

Longitud canal desarenador........................................................................... 10,5 10,5 10,5 10,5 m

Superficie unitaria canal desarenador.................................................. 12,8 12,8 12,8 12,8 m2

Superficie total canales desarenador.......................................................................... 12,8 12,8 12,8 12,8 m2

Caudal unitario de aireación a Caudal Medio.................................................................. 51,2 51,2 51,2 51,2 m3/h

Caudal unitario aireación a Caudal Maximo.................................................................. 89,7 89,7 89,7 89,7 m3/h

Caudal total de aireación...................................................................... 89,7 89,7 89,7 89,7 m3/h

Número de soplantes a instalar .............................................................................. 1,0 1,0 1,0 1,0 +1

Caracteristicas de diseño............................................... Doble velocidad

Caudal unitario aireación adoptado...................................................................... 90,0 90,0 90,0 90,0 Nm3/h


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Diametro Colector individual a desarenador.............................. 350,0 350,0 350,0 350,0 mm Caudal de paso.................................................................... 90,0 90,0 90,0 90,0 Nm3/h Velocidad de paso.................................................................... 0,3 0,3 0,3 0,3 m/sg Diametro de conduccion general línea aire 75,0 75,0 75,0 75,0 mm Caudal de paso.................................................................... 89,7 89,7 89,7 89,7 Nm3/h Velocidad de paso.................................................................... 5,6 5,6 5,6 5,6 m/sg Altura manométrica de impulsión.............................. 3,5 3,5 3,5 3,5 m.c.a. Tipo de soplantes...................................................................... Embolos rotativos Tipo de difusor.................................................................................... Burbuja gruesa. Caudal por difusor burbuja gruesa 20 20 20 20 m3/h

Número de difusores por linea................................................................... 4,5 4,5 4,5 4,5 Ud

Número de difusores por linea adoptado................................................................... 9,0 9,0 9,0 9,0

Número total de difusores..................................................................... 9,0 9,0 9,0 9,0 Ud.

Caudal unitario difusores............................................................................... 10,0 10,0 10,0 10,0 m3/h

CALCULO EXTRACCION ARENAS. Capacidad Extrac.mezcla arena/agua..................... 50 50 50 50 l/m3

Caudal medio de diseño ................................................................................ 101,2 255,6 163,8 367,2 m3/h

Caudal extracción mezcla arena/agua................................................................ 5,1 12,8 8,2 18,4 m3/h

Número de bombas funcionando ..................................... 1,0 1,0 1,0 1,0 Ud

Caudal unitario necesario bombas.................................................................................... 5,1 12,8 8,2 18,4 m3/h

Caudal unitario adoptado de bombeo................................................................................ 15,0 15,0 15,0 15,0 m3/h

Producción de arenas.................................................................................. 0,0 0,0 0,0 0,0 l/m3

Volumen diario de arenas..................................................................................... 0,1 0,3 0,2 0,4 m3/día.

Almacenamiento de arenas...................................................................................... Cont.Municipal 800 l.

Destino de los arenas...................................................................................... Relleno Sanitario

CALCULO EXTRACCION DE GRASAS.

Sistema de extracción de grasas............................................................... Descarga, mediante bombas

Zona de acumulación de flotantes/espumas...................................................... Canal desengrasador

Producción de grasas.................................................................................... 45,0 45,0 45,0 45,0 mgr/lt

Caudal medio diario .............................................................................................. 2427,8 6134,4 3931,2 8812,8 m3/dia

Producción diaria....................................................................................................... 109,3 276,0 176,9 396,6 Kg/dia

Densidad de las 0,9 0,9 0,9 0,9 T/m3


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grasas......................................................................................

Volumen diario........................................................................................ 0,1 0,3 0,2 0,4 m3

Destino de las grasas........................................................................................ Concentrador y estanque acumulador

Sección del sistema de pretratamiento compacto.


21

A continuación anexamos la tabla resumen emitida por el fabricante por el diseño de la unidad de pretratamiento compacta:


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ESTANQUE ECUALIZADOR Y HOMOGENIZADOR

El estanque ecualizador se ha dimensionado para la condición de flujo medio diario: Vol Estanque Ecualización = Q medio diario m3/ d x 4 hr 24 h/d

Para evitar la sedimentación se coloca un aireador- mezclador sumergido tipo Tsurumi modelo 80

TRN 47.5 que consume 7,5 Kw y una red de difusores, extraíble, de burbuja gruesa (como reserva).

El afluente es impulsado al reactor anóxico, mediante 3 bombas sumergibles, de instalación fija,

de impelente o alabe abierto, del tipo inatascable, con un caudal unitario de 25 L/ s y 7 m de carga

marca KSB modelo AMAREX NF 100-220/044 ULG- 195 mm (2 + 1 de reserva) de 3,7 kw de

potencia.

La descarga de las bombas puede ser al estanque anóxico o, mediante un sistema de control de

válvulas, hacia el reactor de lodos activados. Con esto se logra que en el caso de mantención o en la

operación misma se pueda disponer de alternativas.

VOLUMEN ECUALIZADOR Condiciones: T = 4 Hrs Q = Q medio PTAR Batuco Q a ecualizar: Qmedio 45,50 T ecualizador hr 4,00 Vol. necesario ecualizador m3 655 Vol. propuesto m3 655,0 Altura de agua real 5,00 Sección de diseño M2 131,04 Sección propuesto M2 132,00 Comprobación Qpeak sostenido Q a ecualizar: Qpeak, L/s 102,00 T ecualizador hr 1,50


23

Vol. necesario ecualizador m3 550,80 Vol. propuesto m3 655,00 Altura de agua real 5,00 Sección de diseño M2 110,16 Sección propuesta M2 132,00

Para garantizar la mezcla y obtener un nivel de oxígeno residual para el control de los olores se

consideró instalar en el fondo de cada estanque ecualizador un sistema de difusores de burbuja

gruesa y un aireador – mezclador tipo tsurumi con las siguientes características:

Marca : TSURUMI. Modelo : 80 TRN 47.5 Potencia: 7,5 KW. Voltaje : 380 V / 50 Hz / 3 Fases. Velocidad: 3.000 rpm. Paso libre solidos: 15 mm max. Peso: 190 Kg. Incluye: Set de Admisión compuesto de Válvula y Silenciador Cable electrico: 8 metros Cantidad : 1.

Aireador- mezclador sumergido.

LODOS ACTIVADOS CONVENCIONAL


24

Para el dimensionamiento del volumen requerido para el estanque se ha considerado los

siguientes factores:

Concentración de sólidos en licor mezclado de 2.500 mg/l Producción de lodos Y = 0,5 Kg por Kg DBO removida

El volumen de cada estanque reactor se obtiene como: Volumen requerido estanque de aireación = Px x Edad del lodo SST LM Donde:

Px = Producción de lodo, equivalente a Y x DBO afluente Kg/día

( )SRTKdXSRTSoSQYV

×+××−×

=1

)(

Donde: V = Volumen Reactor, m3.

Y = Y observada, gSST/gDBOr.

Kd = Coeficiente de Descomposición endógena.

Q = Caudal, m3/d.

SRT = Tiempo de Retención Celular, 9 días.

S = DBO de entrada, mg/L.

So = DBO de salida, mg/L.

En el sistema se considera una zona anóxica con mezclador (con bombas de recirculación hacia el

estanque de aireación), el estanque de aireación o reactor de lodos activados convencional con la

recirculación de parte del licor mezclado hacia la zona anóxica y una zona de post-aeración, las

cuales forman parte del sistema y permiten la remoción biológica del nitrógeno y el fósforo.

Memoria de Cálculo Estudio Capacidad Reactor y Digestor PTAS Batuco. Lodo Activado Convencional DEMANDA ETAPA Qprom.


25

Población habitantes 24174 Dotación lphd 177 Factor de recuperación 0,8 Caudal medio lps 39,62 Coeficiente de Harmon o BSCE 2,57 Gasto máximo lps 102 Caudal de Infiltración lps 5,94 Caudal de aguas Lluvias lps 0 Hay bombeo? s/n s Caudal bombeo lps 45 Volumen diario m3/d 3.936 Gasto medio lps 45,6 Gasto máximo lps 102 DBO mg/lt 277,0 kgs/d 948,2 Sólidos suspendidos totales mg/lt 220,0 kgs/d 753,1 Nitrógeno total mg/lt 80,0 kgs/d 273,8 Fósforo total mg/lt 15,0 kgs/d 51,3 Coliformes fecales NMP/100 ml 170,0E+6 REACTOR BIOLOGICO año Temperatura agua en invierno °C 10 Temperatura agua en verano °C 20 DBO5 requerida mg/lt 30,0 Sólidos suspendidos en el efluente mg/lt 10,00 Biodegradabilidad sólidos susp. efluente % 65% Razón DBO5 DBOlimite 0,8 DBO5 de sólidos suspendidos mg/lt 7,38 DBO5 soluble en el efluente mg/lt 22,62 Eficiencia de remoción DBO5 soluble % 91,84% Eficiencia de remoción DBO5 total % 89,17% Peak de carga orgánica 1,00 Tiempo de retención celular, θc días 9,0 DBO5 removida Kgs/d 972,31 Carga volúmica Kg DBO5/m3/d(0.1-0.4) 0,555

Razón F/M kDBO/kMLVSS/d(0.5-

0.15) 0,258 MLVSS Kgs/m3 2,15 % volátiles % 80% MLSS Kgs/m3 2,7 Y g/g 0,5 Yobs(VSS) g/g 0,407


26

Yobs(TSS) g/g 0,509 Kd d-1 0,028 Volumen de aireación necesario m3 1708 Volumen de aireación propuesto m3 2000

Tiempo de retención hidráulico hrs 12 Px (fango producido) Kg/d 407,91 Px SS (fango producido) Kg/d 509,89 Masa de fango biológico a purgar Kg/d 470,52 SST removidos Kg/d 826,66 SSV removidos Kg/d 661,33 Fraccción biodegradable % 80% Masa de fango SSV a purgar Kg/d 132,27 Masa total de fango a pugar Kg/d 602,79

YobsT g/g 0,62 Profundidad mts 5,5 Area m2 310,46 Altitud m.s.n.m. 250 RECIRCULACION DE LODOS Concentración lodos recirculados Kgs/m3 8 Porcentaje volátiles % 80% Tasa de recirculación % 46,45% Caudal de recirculación medio lps 21,16 Caudal de recirculación peak lps 47,29 DIGESTOR DE LODOS Concentración de entrada % base seca 0,7% Concentración de salida % base seca 1,8% Densidad de lodos secundarios Kg/m3 1010,0 Factor eje X para reducción 40 % de SSV °C.día 300 Temperatura mínima del agua °C 10 Tiempo de residencia celular necesario días 30 Tiempo de residencia considerado en el Reactor días 9 Tiempo de residencia necesario en el digestor días 21 Carga de sólidos de diseño kgs/m2/d 4,5 Porciento de sólidos volátiles % 70,0% Porciento de sólidos fijos % 30,0% Porciento de reducción de volátiles % 19,0% SS Digestor Kg SST 8566,8 Volumen de lodos m3/d 33,2 Volumen necesario en el digestor m3 475,93 Volumen del digestor propuesto m3 500,00 Profundidad mts 5,50 Area mínima digestor m2 86,53


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DEMANDA DE AIRE REACTOR DE LODOS ACTIVADOS CONVENCIONAL Y DIGESTOR AIREADO

A continuación se resumen las consideraciones para el cálculo de la demanda de aire tanto en el

Reactor como en el digestor:

Proyecto Demanda de Aire PTAS Batuco Lodo Convencional Flow rate 3.931,20 m3/día Aireation reactor Volume 2.220,0 m3 Temp Amb Winter 3 °C Temp Amb Summer 20,0 °C WW Temp Winter 10 °C WW Temp. Summer 20,0 °C Depth 5,00 mt Basin T° Winter 10,0 °C Basin T° Summer 20,0 °C BOD degradation constant Winter 1,4 1/día BOD degradation constant Summer 3,1 1/día Detention time 13,6 horas BOD total influent So 275,0 mg/l BOD total effluent Se 30 mg/l NTK influent So 80,0 mg/l NTK effluent Se 30 mg/l Requirement for total mixed.

Kw requirement 66,6 kW Rate Mixer 30,0 w/m3 Horsepower requirement 89,3 hp BOD net 275,0 mg/l BOD net 1081,1 kg/día

Oxygen for BOD 1,28kg O2/kg

DBO NTK Net 60,0 mg/l NTK to remove Net 117,9 kg/día

Oxygen for NTK 4,6kg O2/kg

DBO Oxygen for BOD total (AOR). Oxygen for BOD 1383,8 kg O2/día Oxygen for NTK 542,5 kg O2/día


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Credit for denitrification 0,0 kg O2/día Oxygen TOTAL 80,3 kg O2/hr Standard oxygen requirement (SOR) SOR = (AOR)(Cs) [(Beta) (ACF) (Cw) - C1] (Alpha) (1.024)^(T-20) Altitud 202 MSNM Cs 9,09 mg/l ACF 0,9939 alpha 0,6 beta 0,95 C1 2 mg/l T Basin Winter 10,0 °C T Basin Summer 20,0 °C Cw WINTER 11,3 mg/l Cw SUMMER 9,02 mg/l Total SOR Winter 140,7 kg O2/hr Total SOR Sumer 186,5 kg O2/hr

SOR 186,5 Correción = 2,32 Cálculo del flujo de aire para los estanques de aireación Peso del aire 1,207 kg/m3 % of O2 en el aire 23,2 % Eficiencia dif por m 5,40 %/m difusor de burbuja fina Sumergencia 4,7 m Eficiencia total 25,4 % Flujo Aire = (SOR/(Peso Aire*Eficiencia total*%of =2 in air)) Flujo Aire = 2.624,6 m3/h Solo Estanque de Aireación Lodos Activados Chequeando condición de mezcla en Reactor Tasa mezcla volumétrica 1,2 m3 /h/m3 Rango difusores burbuja fina 1,2 a 3 m3 /h/m3 Por tanto, el flujo será 2664 m3/h 1567 scfm


29

b) Determinar el flujo de aire para el Estanque Digestor- Espesador Kg de SST a digestor 680 Kg/d % de SSV 75 % Condición para 10 °C de Temperatura Agua % SSS removidos 19 % SSV removidos 96,90 Kg SSV removidos/d Kg de O2/ SSV a remover 2 Kg of O2 AOR digestion 194 Kg of O2/d Correccion 2,83 SOR digestion 548 Kg of O2/d 22,85 Kg of O2/h Peso del Aire 1,207 kg/m3 % de O2 en aire 23,2 % Eficiencia dif. por m 2,50 %/m para digestor con difusor de burbuja gruesa Sumergencia 5,0 m Eficiencia Total 12,5 % Flujo de aire = (SOR/(peso del aire*eficiencia total*%de =2 en aire)) Flujo de aire = 653 m3/h Solo digestión 384 scfm Chequeando condición de mezcla en Digestor Tasa mezcla volumétrica 1,2 m3 /h/m3 OK, Rango dif. burbuja gruesa 1,2 a 3 m3 /h/m3 Volumen del digestor 400 m3 15 días de digestión Profundidad del agua 5,0 m Area digestor 80,0 m2

Tasa mezcla superficial 1,63m3 de aire/m2/h OK,Rango de 1,5 a 4 m3 de aire/m2/h

Flujo de aire = 480,0 m3/h Mezcla digestor 282 scfm Sub- Total aire 3.317 m3/h Incluye Estanque aireación y digestión d) Demanda aire bomba air lift 0 m3/h flujo de 57 m3/h c) Demanda aire desarenador 20 m3/h Demanda total aire 3.337 m3/h Est. Aireación, digestión, y air-lift.

Flujo de aire soplador 4.171 m3/h Soplador a instalar de 1014 m3/h

Carga a Presión salida Soplador 0,6 mbar Predomina la demanda de aire por mezcla en el Reactor


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Número total de difusores 500 difusores Para los dos Reactores Flujo por difusor DPR 10-21 5,3 m3/h/dif. 3,13 scfm por difusor Diferencial de presión soplador 0,63 mbar Aumento temperatura soplador 50 °C

Para las condiciones anteriores se proponen instalar 3 sopladores (2+1 de reserva) para los

estanques reactores de lodos activados y 2 sopladores (1 + 1 de reserva) para los digestores

– espesadores aireados.

Sopladores seleccionados para cubrir la demanda de aire son:

Sopladores Kaeser para los reactores:


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Sopladores Kaeser para los Digestores:

El sistema de difusores de burbuja fina propuesto son los de la marca WW DPR 10-21

fabricados y suministrados por Ashbrook, los cuales tienen las siguientes ventajas:

- Tienen un sistema de desincrustación que extiende la vida útil y la eficiencia de este.

- No requiere de sistema de extracción externo de líquidos condensados, ya que el

mismo difusor de forma automática lo tiene incluido, con esto el operador no tendrá

que accionar válvulas y se asegura que nunca disminuirá la capacidad de entrega del

aire por concepto de acumulación de líquidos en la línea de distribución.

- Al ser un difusor compacto no presentar problemas de desgastes de la membrana o

anillo perimetral de protección, por lo que no existirá problemas de que por una

sobrepresión o mayor caudal la membrana se dispare hacia la superficie y comience a

flotar en el estanque.

- Tiene incluido en el centro del difusor un refuerzo que funciona como válvula de no

retorno que no permite que en caso de que se corte el suministro del aire ingrese este

a la línea de distribución. Esta membrana o refuerzo asimila y disipa los golpes o


32

impactos de energía producto del llenado de la línea de aire, evitando desgastar el

difusor.

- Tiene un sistema de unión a las tuberías por medio de rosca o hilo que permite

adaptarse a cualquier línea nueva o existente.

Detalle del difusor DPR fabricado por WW . Ashbrook


33

SEDIMENTADORES SECUNDARIOS.

El licor mezclado del reactor pasará al clarificador o sedimentador secundario mediante una

cañería de interconexión de ambas unidades, los sedimentadores serán de sección circular, de

tracción central marca Ashbrook, con sistema de barredor de lodos del fondo y de recolección de

espumas o flotantes mediante una caja o canal y un sistema air-lift que impulsa estos hacia el

estanque digestor.

El dimensionamiento de los sedimentadores se ha realizado considerando la norma alemana

para un IVL de 150, y en el rango recomendado por el manual de diseño de Metcalf & Eddy y el MOP

8 para decantadores a continuación de fangos activados convencional.

Estanques de sedimentación circulares.

Sistema de remoción de espumas y flotantes por medio de sistema air lift.

Sistema de succión e impulsión del lodo activado para recirculación y deshecho

(RAS/WAS) por medio de sistema de bombas centrífugas sumergibles.

Comprobación Clarificador Secundario. Q medio = 45,5 L/s. PTAS Batuco. Con estanque ecualizador Modalidad Lodos Activados convencional

Parámetros de diseño Número de clarificadores 2 Caudal medio 1,04 45,5 lps 3931 m3/día Qpeak/Qmedio 1,0 Qpeak 45,5 lps Con ecualizador (Qm + R)/Qm 1,03 (Qpeak + R)/Qm 1,1 Tasa de carga hidráulica promedio (gal/ft2-day) 300 12,2 m/d 0,510 m/h Tasa de carga hidráulica Peak (gal/ft2-day) 600 24,5 m/d 1,020 m/h Carga de sólidos promedio (lbs TSS/ft2-day) 24 117,1 Kg/d/m2 4,88 Kg/h/m2 Carga de sólidos Peak (lbs TSS/ft2-day) 33 161,0 Kg/d/m2 6,71 Kg/h/m2 MLSS (mg/l)) 2.800 Diametro para carga hidráulica peak 33 ft. 10,12 m Diametro para carga hidráulica promedio 33 ft. 10,12 m Diametro para carga sólidos promedio 26 ft. 7,87 m Diametro para carga sólidos peak 22 ft. 6,82 m Indice volumetrico de lodos (IVL = SVI) 150 g/ml Tasa maxima por norma alemana 1,2 m/h 28,6 m/d


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Diámetro por norma alemana 13,7 m Verficación del diseño Diametro adoptado 15 m Tasa de llenado a caudal medio 0,463 m/h Tasa de llenado a caudal peak 0,463 m/h Tasa periferica de descarga a caudal medio 1,74 m3/h/m Tasa periferica de descarga a caudal peak 1,74 m3/h/m Tasa masica de carga a caudal medio 31,1 Kg/d/m2 Tasa masica de carga a caudal peak 31,1 Kg/d/m2 Tasa masica de carga a promedio + RAS 32,2 Kg/d/m3 Tasa masica de carga a caudal peak + RAS 33,2 Kg/d/m4 Resumen de Diseño del Clarificador Diámetro real 15 m Zona de Sobrenadante 0,5 m Zona de Separación 0,8 m Zona de espesamiento 0,87 m Zona de Almacenamiento de lodos 0,8 m SWD mínimo 3,0 m Profundidad adoptada 4,8 m Díametro Feedwell 3,0 m SWD Feedwell 1,7 m Tiempo retención en feedwell 4,3 minutos Velocidad en feedwell 0,64 cm/seg velocidad en columna central 0,6 m/s

Diámetro mínimo de Columna central 491 mm incluye la

recirculación de : 150,0% ancho canaleta 6 pulgadas 148 mm alto de canaleta 8 pulgadas 199 mm

Resumen de Diseño del Clarificador D = 15

D = 3 0,20 H = 1,7 0,15 H = 3,0 D = 0,49


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Rangos Metcalf & Eddy Lodos Activados Convencional o de Alta carga

Mínimo Máximo 0,678 1,356 m/h 1,695 2,035 m/h

3,9 5,85 Kg/m2.h 9,76 Kg/m2.h

Para la condición normal de diseño y operación, se colocarán dos sedimentadores en paralelo de 15

m de diámetro cada uno para decantar el caudal promedio regulado desde los estanques

ecualizadores.

Condición de emergencia pasando todo el flujo medio por un sedimentador:

En caso de la reparación o mantención de una de las dos unidades es posible pasar todo el flujo por

solo una sin afectar la calidad del efluente tratado.

Comprobación Clarificador Secundario. Q medio = 45,5 L/s. PTAS Batuco. Con estanque ecualizador

Modalidad Lodos Activados convencional

Parámetros de diseño

Número de clarificadores 1 Caudal medio 1,04 45,5 lps 3931 m3/día Qpeak/Qmedio 1,0 Qpeak 45,5 lps Con ecualizador (Qm + R)/Qm 1,03 (Qpeak + R)/Qm 1,1 Tasa de carga hidráulica promedio (gal/ft2-day) 600 24,5 m/d 1,020 m/h Tasa de carga hidráulica Peak (gal/ft2-day) 600 24,5 m/d 1,020 m/h Carga de sólidos promedio (lbs TSS/ft2-day) 24 117,1 Kg/d/m2 4,88 Kg/h/m2 Carga de sólidos Peak (lbs TSS/ft2-day) 33 161,0 Kg/d/m2 6,71 Kg/h/m2 MLSS (mg/l)) 2.800 Diametro para carga hidráulica peak 47 ft. 14,32 m Diametro para carga hidráulica promedio 47 ft. 14,32 m Diametro para carga sólidos promedio 36 ft. 11,13 m Diametro para carga sólidos peak 32 ft. 9,64 m Indice volumetrico de lodos (IVL = SVI) 150 g/ml Tasa maxima por norma alemana 1,2 m/h 28,6 m/d Diámetro por norma alemana 13,7 m Verficación del diseño


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Diametro adoptado 15 m Tasa de llenado a caudal medio 0,927 m/h Tasa de llenado a caudal peak 0,927 m/h Tasa periferica de descarga a caudal medio 3,48 m3/h/m Tasa periferica de descarga a caudal peak 3,48 m3/h/m Tasa masica de carga a caudal medio 62,3 Kg/d/m2 Tasa masica de carga a caudal peak 62,3 Kg/d/m2 Tasa masica de carga a promedio + RAS 64,3 Kg/d/m3 Tasa masica de carga a caudal peak + RAS 66,4 Kg/d/m4 Resumen de Diseño del Clarificador Diámetro real 15 m Zona de Sobrenadante 0,5 m Zona de Separación 0,8 m Zona de espesamiento 0,87 m Zona de Almacenamiento de lodos 0,8 m SWD mínimo 3,0 m Profundidad adoptada 4,8 m Díametro Feedwell 3,0 m SWD Feedwell 1,7 m Tiempo retención en feedwell 4,3 minutos Velocidad en feedwell 0,64 cm/seg velocidad en columna central 0,6 m/s

Diámetro mínimo de Columna central 491 mm incluye la

recirculación de : 150,0% ancho canaleta 8 pulgadas 195 mm alto de canaleta 10 pulgadas 246 mm

RECIRCULACIÓN DE LODOS RAS/WAS

El lodo de recirculación (RAS) y el lodo de exceso (WAS) serán succionados e impulsados por

el sistema de bombas que se encuentra en la cámara del mismo nombre, ubicada aledaña al

conjunto de tratamiento principal.

Para la determinación de la recirculación de lodos empleamos la siguiente expresión:

Qrs = caudal de lodos de retorno = R x Qmedio (m3/d) R = relación de recirculación = X / (Xu – X).


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Donde : X (g/L) = concentración de materia sólida en estanques de aireación = 2.7 g/l Xu (g/L) = concentración de materia sólida en la corriente de recirculación de lodos = 8.0 g/l = 1000/ IVL IVL (mL/g) = índice de volumen de lodos = 150 RECIRCULACION DE LODOS Concentración lodos recirculados Kgs/m3 8 Porcentaje volátiles % 80% Tasa de recirculación % 46,45% Caudal de recirculación medio lps 21,16 Caudal de recirculación peak lps 47,29

Para el control del volumen de lodos a recircular y desechar, se ha previsto el suministro e

instalación de cajas vertedoras, uno para el flujo de RAS y otro para el de WAS, con medidores de

caudal ultrasónico, que permiten la lectura instantánea y acumulada del flujo.

Se propone, por estanque o conjunto de tratamiento secundario, el suministro de 3 bombas (2 + 1),

del tipo centrífugas sumergibles de Q unitario = 5 L/s y 7 m de carga a presión, marca KSB, modelo

AMAPORTER 603, de 3,7 kw de potencia unitaria, las cuales, mediante un sistema de válvulas se

pueden enviar loso lodos hacia el estanque anóxico o hacia el digestor- espesador aireado.

DIGESTOR DE LODOS AIREADO

El cálculo del digestor de lodos aireado en la alternativa de lodos activados convencional se resume a

continuación:

DIGESTOR DE LODOS Concentración de entrada % base seca 0,7% Concentración de salida % base seca 1,8% Densidad de lodos secundarios Kg/m3 1010,0 Factor eje X para reducción 40 % de SSV °C.día 300 Temperatura mínima del agua °C 10 Tiempo de residencia celular necesario días 30 Tiempo de residencia considerado en el Reactor días 9 Tiempo de residencia necesario en el digestor días 21 Carga de sólidos de diseño kgs/m2/d 4,5 Porciento de sólidos volátiles % 70,0% Porciento de sólidos fijos % 30,0%


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Porciento de reducción de volátiles % 19,0% SS Digestor Kg SST 8566,8 Volumen de lodos m3/d 33,2 Volumen necesario en el digestor m3 475,93 Volumen del digestor propuesto m3 500,00 Profundidad mts 5,50 Area mínima digestor m2 86,53

LECHOS DE SECADO DE EMERGENCIA

El diseño de los lechos de secado de emergencia cubiertos con una plancha de policarbonato

traslucida, se basó en considerar la concentración del 6 % que vertiría el lodo digerido desde el

espesador gravitacional asistido con polímeros fabricado y suministrado por Ashbrook marca DAB,

que permite acelerar el proceso de secado, con muy poco consumo de energía y de polímeros.

Espesador de Ashbrook asistido marca DAB.

Las ventajas de este equipo son:

- Tiene muy pocos elementos y partes móviles por lo que sus costos de mantención son muy

bajos.

- Es muy fácil de instalar, ya que viene listo en un estanque cónico o silo de acero.

- Reduce el volumen del lodo a descargar en la cancha de secado o la zona de acopio.

- Se puede instalar a la intemperie.

- Los silos se fabrican en un rango de 2 a 10 m3 de capacidad en un intervalo de caudal de

entrada de 1,5 a 12,5 m3/h.

- El sistema es automático, por lo que requiere un chequeo mínimo del operador.

- Puede trabajar con un lodo de origen activado, primario o mezcla de ambos.

- Con una concentración mínima de entrada de 0,5 % puede alcanzar en condiciones normales

de 3 a 6 %, pudiendo llegar, en caso que se requiera, hasta 7 o 8 %, lo cual es muy

importante si tenemos en cuenta las condiciones de evaporación y de intensidad de la luz

solar en las condiciones de nuestro país que pueden retardar el proceso de secado.

- Necesita una bomba de lavado de la membrana de espesado y un control de nivel para la

operación de estas. (ver esquema).


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Diagrama de flujo del espesador gravitacional asistido fabricado por Ashbrook modelo DAB.


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Cálculo de los lechos de secado:

LECHOS POR CARGA HIDRÁULICA Lechos de secado por carga hidraulica Concentración de salida Digestor- Espesador % base seca 1,8% Concentración de salida Espesador % base seca 6,0% Caudal de lodos salida espesador m3/d 7,84 Densidad de lodos secundarios Kg/m3 1010,0 Carga hidráulica anual m3/m2/año 6,00 Superficie lechos sin químicos m2 477,1 Cantidad de lechos Nº 6 Ancho de lechos rectangulares m 6,0 Largo de lechos resultante m 13,3 Concentración lodos deshidratados % 40% Producción de lodos m3/d 2,05


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m3/mes 62,2

Calculo del deshidratado mecánico.

El deshidratado mecánico se propone con un filtro banda de 1 m de ancho de tela marca

Ashbrook modelo KP 1,0 que consume solamente 3,5 kw y puede trabajar de forma continua

sin intervención del operador.

DESHIDRATADO MECÁNICO Lodo a Deshidratado kg/d 483,57 Volumen diario(desde el digestor) m3/d 33,16 Dia a la semana de funcionamiento d/semana 5 Horas por día de funcionamiennto h/dia 8 Caudal de alimentación m3/h 5,80 Carga alimentación kg/hr 12,09 Concentración lodo deshidratado % 18% Producción de lodos m3/d 2,66 m3/h 0,11 m3/mes 80,91 Kg de polímero por tonelada lodo seco Kg/Ton 5,00 Consumo de polímero diario Kg/d 2,42

Filtro banda Ashbrook.


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Memoria Calculo Encalado de lodo PTAS BATUCO Lodo WAS 549 kg/d Sequedd 22% Volumen a Encalar 2,50 m3/d Dosis de CAL 0,3 kgCAL/Kg Lodo Consumo de CAL 164,7 Kg CAL /d Dosificacion Capacidad Filtro de Banda 10 m3/hr Concentracion Max 2,5% % Carga Sólidos 0,25 T/hr Concentracion Salida 22% % Volumen Lodo Salida 1,14 m3/hr Dosis de cal req 75 Kg/hr Instantáneo Horas al dia 2,2 hr/d Consumo diario 164,7 Kg CAL /d Capacidad Mesclador 0-3 m3/hr de lodo al 22% MESC 300 Microdosificador de CAL 50-150 kg/CAL hr MBF 073


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Microdosificador CAL con tolva de 52 dm3-full AISI 304 Marca : WAM Modelo : MBF 042 A Capacidad : 4-80 dm3 Potencia: 0,25 KW / 0,12 KW Voltaje : 380 V / 50 Hz / 3 Fases Relacion Red: 1/15 Std. Con regulación manual POR Variador mecanico Velocidad regulable: 12-68 rpm. Incluye: Tolva de Acumulación CAL 52 dm3 Cantidad : 1

Detalle del microdosificador de cal.


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Mezclador Continuo a Doble Paleta MESC Para Lodo y CAL En AISI 304 Marca : WAM Modelo : MESC-200 Capacidad : 3 m3/hr Potencia: 2,2 KW Voltaje : 380 V / 50 Hz / 3 Fases Velocidad: 70 rpm Incluye: Boca de carga y descarga + tapa cubrición Cantidad : 1

Mezclador continuo a doble eje para lodo deshidratado + cal.

ZONA DE ACOPIO DE LODOS

En el diseño de la zona de acopio de lodos secundarios para 3 meses de almacenaje, se tuvo en

cuanta la condición del traslado del lodo deshidratado al 40 % desde los lechos de secado.

Esta zona será techada, de 15 x 20 m, con losa de radier y muros de hormigón, con un espesor

máximo de los lodos de 80 cm y una rampa de acceso para botcat o cargador frontal y un dren o

sumidero que recolecciona los líquidos percolados y los retorna a la planta elevadora de cabecera.

ZONA DE ACOPIO Volumen de lodos deshidratados m3/d 2,05 Tiempo de acumulación en zona de acopio días 90 Volumen de almacenaje requerido m3 184,2 Altura de zona de acopio m 0,6 Largo dado m 15,0 Ancho requerido m 20 Area mínima necesaria m2 300


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CALCULO DEL VOLUMEN DE LA CAMARA DE CONTACTO.

Para la desinfección de la planta diseñada se ha considerado un sistema de aplicación de hipoclorito

de cloro gas y de hipoclorito de sodio como reserva.

Para el cálculo de la cámara de contacto se consideró un tiempo mínimo de 30 minutos para el

caudal medio del año 2035 y de 15 minutos para el caudal peak, en este caso tenemos basados en la

siguiente ecuación, los volúmenes que se resumen a continuación:

La cámara de contacto diseñada permitirá el tiempo de contacto necesario en todos los escenarios

durante el período de previsión, para que los coliformes fecales están en la descarga por debajo de

los 1000 NMP/100 ml.

.min/.60segdTiemporesiQmedioVcámara ••=

Siendo:

Vcámara = Volumen mínimo de la cámara de contacto, en m3. Qmedio = Caudal medio de diseño Tiemporesid = Tiempo de residencia, minutos. Sustituyendo los valores correspondientes, se obtienen los resultados que se presentan a

continuación:

CALCULO CAPACIDAD DE CAMARA DE CONTACTO

Batuco Caudal medio l/s 45,5Capacidad máxima c. contacto l/s 45,5Tiempo de residencia mínimo (minutos) 45Volumen necesario 122,85Volumen proyectado (m3) 130,0

Caudal máximo l/s 101,8Capacidad c. contacto l/s 105,0Tiempo de residencia mínimo (minutos) 20Volumen necesario caudal real 126,00Volumen proyectado (m3) 130,0


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CALCULO DE CONSUMO DE CLORO GAS

CALCULO DE CONSUMO DE Cl2 PTAS BATUCO

DATOS BASICOS Dosis media 5 (mg/l) Dosis maxima 12 (mg/l) Contenedor 1000 (Kg) Recirculacion 150% Qmáx.diario 45,50 (l/s)

Dosis Bulking 2 (mg/l)

CONSUMO DE Cl2 EFLUENTE Caudales (l/s) Tasas (Kg/hr) Consumo promedio diario (Kg) Contenedor requeridos Año Qmd QMXD QMH Tmd TMXD TMH Semanal Quincenal Mensual Semanal Quincenal Mensual

2010 22,4 35,5 50,1 0,4 0,6 2,2 67,2 144,0 288,0 0,1 1,0 0,1 1,0 0,3 1,02035 45,5 59,4 101,8 0,8 1,1 4,4 137,8 295,2 590,4 0,1 1,0 0,3 1,0 0,6 1,0

CONSUMO DE Cl2 BULKING Consumo Bulking(Kg) Contenedores requeridos Tasa Bulking 0,6 (Kg/hr) Semanal Quincenal Mensual Semanal Quincenal Mensual 641,5 (gr/hr) 107,8 230,9 461,9 0,1 1,0 0,2 1,0 0,5 1,0

CONSUMO DE Cl2 TOTAL Consumo Total (Kg) Contenedores requeridos Semanal Quincenal Mensual Semanal Quincenal Mensual

245,5 526,1 1052,3 0,2 1,0 0,5 1,0 1,1 2,0

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA Tasas Tmd TMX Rango rotametro efluente 0,82 4,40 (Kg/hr) Rango rotametro Bulking 641,52 (gr/hr)

Contenedor requeridos 2 (uni)

Como medida de seguridad, para garantizar ante cualquier eventualidad la desinfección por los

costos reales de suministro y de traslados que significan el cloro gas, se propone instalar un sistema

de dosificación con hipoclorito de sodio, basados en los siguientes cálculos:


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CALCULO VOLUMEN HIPOCLORITO

Batuco Q medio l/s 45,6Tasa Media mg/l 5,0Consumo medio hipoclorito kg/d 19,68Consumo medio hipoclorito kg/mes 590,5 Consumo Kg/h 246,03Volumen mensual solución al 10% litro 5904,7Q medio l/s 45,6Tasa Media + control bulking mg/l 7,0Consumo medio hipoclorito kg/d 27,56Consumo medio hipoclorito kg/mes 826,7Consumo Kg/h 344,44Volumen mensual solución al 10% litro 8266,6

Como reserva del sistema de decloración por cloro gas proponemos instalar bisulfito al 10 % de

solución, lo cual puede ser más sencillo en los costos de suministros, pero tiene la desventaja del alto

consumo que esto lleva principalmente en las soluciones que no realizan remoción de fósforo de

forma biológica (todos exceptuando el lodo activado convencional)

CALCULO VOLUMEN BISULFITO

Q medio l/s 45,6Tasa Media mg/l (50% hipoclorito residual) 0,8Consumo medio bisulfito kg/d 3,34Consumo medio bisulfito kg/mes 100,3Consumo Kg/h 41,78Volumen mensual solución al 10% litro 1002,7Caudal de bombeo bisulfito, l/h 41,78

Es decir con instalar un estanque de 1 m3 de volumen es suficiente para responder a la demanda mensual.

CALCULO DE CONSUMO DE CLORURO FERRICO

Solamente en la solución de lodos activados convencional con sistema de alta remoción de nutrientes

se alcanza la calidad en el efluente de agua tratada, por eso para las otras restantes tecnologías o


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alternativas de tratamiento propuestas se hace necesario considerar un sistema de dosificación

química de cloruro férrico para logar la concentración de fósforo esperada en el efluente, de esta

forma tenemos los siguientes consumos:

CALCULO DE CONSUMO DE FeCl3 PTAS BATUCO DATOS BASICOS

P deseado (mg) 2 Peso atomico P (mg) 31

FeCl3 (mg/ml mmole) 162,2

Fe:P (1:3) 1,5 mmole Fe / mmole FeCl3 1 Concentracion de Fecl3 43% Densidad Kg/l 1,48 Remocion por proceso (mg/l) 0 2010 2035 Caudal (l/s) 28,10 45,50 P en afluente (mg/l) 15,00 15,00 P despues del proceso 15,00 15,00 P a remover (mg/l) 13 13 Dosis requerida FeCl3 (mg/l) 102,03 102,03 Tasa FeCl3 100% Kg/h 10,32 16,71 Tasa FeCl3 43% Kg/h 24 38,86 Caudal l/h 16,22 26,26 l/d 389,28 630,24 m3/sem 2,72 4,41 No obstante lo anterior, para el caso de lodos activados convencional, solamente para garantizar la

seguridad en la calidad con el 100 % de garantía, se está proponiendo incluir la instalación de este

sistema de dosificación de cloruro férrico, el cual se usará solamente en casos de emergencia ante

cambios extremos de las características del afluente o durante las faenas de mantención de algunos

de los sistemas de tratamiento biológicos propuestos.

Memoria Lodos Activados Batuco

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