SEXTA PARTE(VI) POTABILIZACION DEL AGUA 1. OBJETO 1.1 Esta norma proporciona un conjunto de criterios bsicos para el diseo de planta s de potabilizacin de agua para el consumo humano. 2. ALCANCE 2.1 La presente norma es aplicable al diseo de nuevas plantas de potabilizacin y a l mejoramiento de plantas existentes, diferenciando en donde se considera necesa rio los requerimientos para el diseo de plantas pequeas (capacidad nominal < 100 l /s), medianas (capacidad nominal entre 100 l/s y 1 000 l/s) y grandes (capacidad nominal > 1 000 l/s). No se presentan criterios especficos para la evaluacin de p lantas de tratamiento existentes, pero los criterios vertidos pueden ser conside rados como guas vlidas para determinar la reutilizacin o modificacin de obras existe ntes dentro de un nuevo proyecto. 3. DEFINICIONES 3.1 Potabilizacin: es la correccin de la calidad del agua para hacerla apta para e l consumo humano. 3.2 Planta de tratamiento de agua: es el conjunto de obras, equipos y materiales necesarios para efectuar los procesos y operaciones unitarias que permitan obte ner agua potable a partir de agua cruda de fuentes superficiales o subterrneas. 3.3 Proceso unitario: es un mecanismo que promueve cambios fsicos, qumicos o biolgi cos en el agua cruda con el objeto de ajustarla a las normas de calidad establec idas para el agua potable. 3.4 Unidades componentes de la planta de tratamiento: son las obras y equipos ut ilizados para llevar a cabo los procesos unitarios para el tratamiento del agua. 3.5 Procesos convencionales: son aquellos comnmente utilizados para el tratamient o del agua, tales como la mezcla, floculacin, sedimentacin, filtracin y desinfeccin. 3.6 Procesos no convencionales: son aquellos tratamientos especiales no de utili zacin generalizada, tales como filtracin directa, tratamiento con carbn activado, d esinfeccin con ozono, y otros. 3.7 Tecnologa apropiada: es aquella que permite seleccionar los mtodos de tratamie nto ms simples y econmicos, utilizando al mximo la mano de obra y materiales locale s. 3.8 Capacidad nominal: es la capacidad de la planta de tratamiento correspondien te al caudal de diseo. 3.9 Capacidad real hidrulica: es el caudal mximo que puede fluir a travs de la plan ta, generalmente en exceso de la capacidad nominal. 3.10 Planta prototipo: es una planta de tratamiento existente utilizada para pro bar la eficiencia de procesos unitarios. 3.11 Planta piloto: es un modelo de la planta que se est diseando, que permite sim ular procesos y condiciones hidrulicas utilizando en forma directa el agua de la fuente de abastecimiento seleccionada. 3.12 Prueba de jarras: es un ensayo de laboratorio realizado mediante la utiliza cin del aparato de jarras, aplicado principalmente al estudio de los procesos de mezcla y floculacin del agua. 3.13 Prueba de jarras modificada: es la prueba de jarras realizada con un aparat o que utiliza jarras cuadradas de 2 litros y deflectores para la agitacin del agu a. 3.14 Diseo experimental: es una tcnica estadstica que permite planear la realizacin de un experimento tal como la prueba de jarras, para asegurar que sus resultados proporcionen respuestas estadsticamente vlidas a las preguntas bajo investigacin. 3.15 Sistema experto: es un programa computacional interactivo que pretende simu lar las acciones y decisiones de un experto usando algunas representaciones de s u conocimiento y proceso de razonamiento. 3.16 Sistema SCADA: es un 183 sistema computacional que permite el monitoreo y c ontrol remoto de los procesos de tratamiento (Supervisory Control and Data Acqui sition System). 3.17 Perfil hidrulico: es un corte a travs de todas las unidades de tratamiento qu e muestra el nivel de agua en cada una de ellas bajo condiciones de operacin normal de la planta. 3.18 Carga superficial: es el resultado de dividir el caudal procesado por una u nidad de tratamiento para el rea superficial de la misma. 3.19 Tasa de filtracin: es el caudal que se filtra por unidad de rea del lecho fil trante. 3.20 ndice de agresividad: pH + log Alcalinidad + log Calcio, estando expresados la alcalinidad y la concentracin de calcio en mg/l como CaCO3. 4. DISPOSICIONES GENERALES El diseo de toda planta de tratamiento comprender las siguientes fases: Caracterizacin del agua cruda Estudios de conceptualizacin Diseos definitivos Documentacin del proyecto4.1 Caracterizacin del agua cruda La caracterizacin del agua cruda debe proveer al diseador la informacin suficiente respecto a las principales caractersticas fsicas, qumicas y bacteriolgicas del agua, y respecto a las variaciones de la calidad del agua en el tiempo, principalment e en lo referente a turbiedad, color, alcalinidad, pH y NMP de coliformes fecale s por 100 ml de la muestra. 4.1.1 Para este objeto, es preciso que la SAPYSB o el organismo interesado en el aprov echamiento de una fuente de agua, antes de iniciar el diseo de una planta de trat amiento, emprenda en un programa de muestreo que permita analizar el agua en dif erentes perodos del ao (seco y lluvioso), y en lo posible durante algunos aos. En t odo caso, a partir de la informacin disponible al iniciarse el diseo de las unidad es que componen una planta de tratamiento, el diseador propondr la realizacin de nu evos muestreos, y la SAPYSB decidir el muestreo mnimo aceptable. 4.1.2 Las muestras tomadas sern analizadas para determinar las caractersticas de calidad sealadas en la cuarta parte de este cdigo. Con los resultados establecidos se pre pararn curvas de frecuencia acumulada de turbiedad, color, alcalinidad, pH y NMP, las que estudiadas estadsticamente, coadyuvarn posteriormente a la seleccin del tr atamiento apropiado. 4.1.3 En el caso de aguas crudas superficiales, es recomendable contar con una serie d e anlisis de muestras tomadas durante una lluvia, con intervalos de 15 a 30 minut os, para determinar el deterioro de la calidad del agua y el tiempo en que ste oc urre desde que se inicia la lluvia, parmetro de inters para la seleccin del proceso de tratamiento. 4.1.4 Cuando ya existan otras plantas de tratamiento que se aprovisionen de la misma f uente, o se trate del rediseo de una planta existente, se deber utilizar toda la i nformacin disponible tanto del agua cruda como del agua tratada, pudiendo en este caso prescindirse de un nuevo muestreo. 4.1.5 Adems de los anlisis del agua cruda, el diseador deber investigar la cuenca de aport e a la fuente seleccionada, con el objeto de anticipar situaciones que podran afe ctar la calidad del agua como resultado de la ocupacin actual o prevista de la cu enca. En particular, se identificarn asentamientos humanos, industrias y otros c ontaminadores potenciales. En caso de existir la posibilidad de descargas de pro ductos txicos o capaces de tornar el agua inapropiada para el consumo, se deber descartar la fuente; si sta fuese la nica fuente aprovechable, se debern establecer c laramente las precauciones que se deben tomar para su utilizacin. La SAPYSB estab lecer la profundidad requerida en la inspeccin de la cuenca. 4.1.6 En los casos en que se considere necesario, El diseador recomendar y disear un progr ama de monitoreo de la calidad del agua para ser ejecutado posteriormente a la t erminacin del estudio y hasta la iniciacin de la construccin, que permitir aumentar los datos existentes, proveer un cuadro completo de los parmetros de importancia, y facilitar la realizacin de ajustes futuros en el diseo en el supuesto de que esto s sean requeridos. 4.1.7 Los estudios iniciales de caracterizacin permitirn clasificar las aguas naturales en uno de los siguientes tipos: Tipo A: Aguas subterrneas libres contaminacin, y que satisfacen normas de calidad para agu a potable. Tipo B: Aguas superficiales provenientes de cuencas protegidas, con caractersticas fsicas y qumicas que satisfacen las normas de calidad para agua potable, y con un NMP me dio mensual mximo de 50. Tipo C: Aguas subterrneas o superficiales provenientes de cuencas no protegidas, que pued en encuadrarse dentro de las normas de calidad para agua potable mediante un pro ceso que no exija coagulacin. Tipo D: Aguas superficiales provenientes de cuencas no protegidas, y cuyas caractersticas exigen coagulacin y los procesos necesarios para cumplir con las normas de calid ad para agua potable. Tipo E: Aguas superficiales provenientes de cuencas no protegidas sujetas a contaminacin industrial, y que por tanto exigen mtodos especiales de tratamiento para cumplir con las normas de calidad para agua potable. 4.1.8 Dependiendo del tipo de agua cruda y de las normas de calidad para el agua trata da, se preseleccionarn algunas alternativas de tratamiento enmarcadas dentro del concepto de tecnologa apropiada, para lo cual el diseador deber emplear todos sus c onocimientos y experiencia para la determinacin. Algunas guas para este proceso so n: 4.1.8.1 Todas las aguas debern ser desinfectadas antes de su distribucin. 4.1.8.2 Las aguas tipo C podrn requerir adems pre tratamiento, sedimentacin simple y/o filt racin lenta, segn los siguientes criterios: R. O. No. 6-1992-08-18 TABLA VI.1 Tratamientos probables TRATAMIENTO PROBABLE Fi ltracin lenta Filtracin lenta con Pretratamiento Filtracin lenta con Sedimentacin si mple y pretratamientoCARACTERSTICAS DEL AGUA Turbiedad media < 10 UNT NMP < 1000 col/100 ml Turbiedad media < 50 UNT NMP < 1000 col/100 ml Turbiedad media < 150 UNT NMP < 5000 col/10 0 ml 4.1.8.3 Las aguas tipo D podrn someterse preferiblemente a uno de los siguientes cuatro p rocesos de tratamiento: a) Filtracin rpida completa: puede remover de 1.000 a 1 500 UNT y hasta 10 000 col iformes fecales/100 ml demuestra, espordicamente hasta 20 000. Por encima de 1 50 0 UNT se recomienda considerar pre sedimentacin. b) Filtracin directa ascendente-descendente: puede remover alrededor de 250 UNT, pero este lmite puede incrementarse un poco efectuando descargas de fondo en el f iltro ascendente. c) Filtracin ascendente: puede remover hasta 150 UNT y an ms con descargas de fondo . d) Filtracin directa descendente: puede remover normalmente hasta 20 UNT y picos espordicos de hasta 50 UNT; el contenido de color verdadero debe ser menor de 40 UC y el contaje de algas menor de 200 o a veces hasta 2 000. El NMP de coliforme s fecales debe ser menor de 1 000/100 ml de muestra. 4.1.8.4 Las aguas tipo E debern ser almacenadas previamente para uniformizar sus caracters ticas, y luego ser sometidas a un pre tratamiento antes de pasar por los proceso s de tratamiento sealados en 4.1.8.3. 4.1.8.5 En caso de presentarse otras caractersticas objetables en el agua cruda, se inclu irn los procesos unitarios requeridos para corregirlas. Tal es el caso de aguas a gresivas que requieren estabilizacin, aguas duras que requieren ablandamiento, y otras que requieren unidades especiales para remocin de txicos, pesticidas, THM, h ierro, manganeso, y su fluoruracin o defluoruracin. 4.1.9 A partir de los procesos preseleccionados se proceder a realizar pruebas de trata bilidad en laboratorio y/o estudios en plantas piloto, para definir la factibili dad tcnica de las alternativas y para determinar los valores recomendables para l os principales parmetros de diseo, con miras a conseguir la mxima eficiencia remoci onal. Ser la SAPYSB el que especifique el tipo de pruebas a realizar y la cantida d de ensayos, debiendo el diseador sugerir el alcance de los mismos. En todo caso , las pruebas deben realizarse con muestras de agua cruda tomadas durante las poc as seca y lluviosa. 4.1.10 De acuerdo al tipo de agua cruda, a la capacidad nominal de la planta, y al proc eso preseleccionado, es recomendable realizar pruebas de jarras de diferente nat uraleza o preparar ensayos en plantas piloto. En el caso de plantas existentes, de ser posible y preferiblemente, se efectuarn estos ensayos en el prototipo. Est os estudios se vuelven necesarios particularmente cuando se trata de utilizar tr atamientos no convencionales en la actualidad, tales como filtracin directa, filt racin en carbn activado y desinfeccin con ozono, por ejemplo; pero siempre resultan efectivos y ventajosos en costos, al permitir la optimizacin de los procesos. Al gunas guas tiles para la inclusin de estos estudios, siempre tratndose de aguas de l os tipos D o E, se dan a continuacin:R. O. No. 6-1992-08-18 TABLA VI.2 Estudios recomendados PROCESO Convencional o N o convencional Convencional ESTUDIOS RECOMENDADOS Pruebas de jarras para parmetro s ptimos Pruebas de jarras para seleccionar procesos y para determinar parmetros pt imos. Prueba de jarras para parmetros ptimos. Podra convenir una planta piloto. Pru eba de jarras para seleccionar procesos y para parmetros ptimos. Probable planta p iloto. Planta piloto. Se podra complementar con prueba de jarras. CAPACIDAD PLANTA < 100 100 1000 No convencional > 1000 Convencional No convencional R. O. No. 6-1992-08-18 4.1.11 Las pruebas de jarras se ejecutan para comparar la eficiencia de dos o ms proceso s de tratamiento, o para encontrar los valores ptimos de los principales parmetros de un proceso de tratamiento seleccionado. En ambos casos, se recomienda realiz ar las pruebas de jarras modificadas. 4.1.12 Con el objeto de economizar tiempo y recursos, es conveniente que las pruebas de jarras para seleccionar procesos de tratamiento sean prediseadas utilizando las tcnicas del diseo experimental, siempre que la SAPYSB as lo establezca en los trmino s de referencia del estudio. Esto permitir tomar muestras en nmero apropiado y en un volumen suficiente para que con cada una se puedan efectuar todos los ensayos previstos en el diseo del experimento; tambin permitir reducir al mnimo el nmero de ensayos para lograr obtener conclusiones estadsticamente vlidas. 4.1.13 Las pruebas de jarras para determinar parmetros ptimos de seleccionada, siguiente: a) Seleccin del coagulante o combinacin ms adecuada de coagulantes y otros producto s qumicos a utilizar en el tratamiento del agua cruda. b) Dosis ptima de coagulante: es aquella dosis de coagulante que produce la ms rpid a desestabilizacin de las partculas coloidales, que permite la formacin de un flculo pesado y compacto, que pueda ser retenido en los sedimentadores y si pasa a los filtros no se rompa. En general, los resultados de esta prueba permitirn definir una dosis de coagulante para cada turbiedad del agua cruda. c) Concentracin ptima de coagulante: puesto que la concentracin de la solucin del co agulante influye en la mezcla rpida y cambia los resultados de la coagulacin, es i mportante encontrar el punto ptimo. d) pH ptimo: el propsito de esta prueba es encontrar el rango de pH ptimo en relacin al coagulante o ayudante de coagulacin estudiado, y en relacin al costo que signi fica conseguirlo. e) Seleccin de ayudantes de coagulacin: el objetivo del ensayo es comparar la efic iencia en la remocin de turbiedad y color de varios poli electrolitos disponibles en el mercado, o polmeros naturales tales como almidones y celulosas, para determinar cul de ellos es el que mejor se adapta al proceso de tratamiento y al agua cruda estudiados. f) Parmetros de floculacin: bsicamente este ensayo busca determinar los mejores val ores para el gradiente de velocidad y el tiempo de retencin en los floculadores, en funcin de las dosis de coagulantes. g) Parmetros de sedimentacin: se pretende determinar la tasa de diseo y la eficienc ia remocional de un sedimentador convencional o de uno laminar de placas planas u otros sistemas en condiciones ideales. h) Parmetros de filtracin directa: la prueba permite obtener la dosis de coagulant e y el pH ptimo para efectuar filtracin directa. 4.1.14 Las plantas piloto se utilizan para los siguientes propsitos: Probar la practicidad de un proceso terico; Comparar la efectividad de procesos alternativos; Identificar la causa de efectos indeseables; Establecer criterios y parmetros de diseo; Estimar costos de operacin; Descubrir problemas de tratamiento no aparentes; Investigar modificaciones al tratamiento; Establecer la confianza de los mtodos propuestos.Las principales aplicaciones se han dado para la simulacin de procesos de mezcla y sedimentacin, filtracin y particularmente filtracin directa, estudios de corrosin, tratamiento de lodos, reactores de carbn activado granular, torres de aeracin y c ontactores de ozono. 4.2 Estudios de conceptualizacin Dentro de los estudios de conceptualizacin de la plan ta de tratamiento se deben efectuar los siguientes trabajos: Preseleccin de procesos unitarios; Combinacin alternativa de procesos; Configuracin de unidades componente de la planta; Optimizacin del prediseo; Priorizacin y seleccin de tratamientos alternativos.4.2.1 Los dos primeros trabajos se realizan conjuntamente con las actividades prevista s en 4.1.8 a 4.1.14, dando nfasis a la seleccin de tecnologa apropiada. 4.2.2 La configuracin de las unidades componentes de la planta es un prediseo desarrolla do con el detalle necesario para establecer las dimensiones principales de las e structuras y las especificaciones ms importantes de los quipos e instrumentos. En esta fase se recomienda preparar un diagrama de procesos e instrumentacin, un pe rfil hidrulico y una tabla de los criterios de diseo adoptados para cada proceso. Si los estudios de caracterizacin y tratabilidad del agua identificaran una sola alternativa de tratamiento preferida, se podrn estudiar diferentes configuracione s de la misma; en caso contrario, se analizarn las configuraciones factibles de t odas las alternativas similares. El nmero de alternativas estudiado en cada caso depender de las condiciones particulares del proyecto y ser justificado por el dis eador.4.2.2.1 El caudal de diseo o capacidad nominal de la planta de tratamiento ser el mximo dia rio al final del perodo o etapa de diseo ms el 10%. La capacidad hidrulica de la pla nta ser de un 10% a un 25% mayor que la capacidad nominal, lo cual se puede conse guir utilizando criterios de diseo conservadores para los procesos unitarios sele ccionados. Las tuberas sern diseadas para transportar por lo menos el 50% ms que el caudal de diseo, evitando alterar los parmetros de diseo, tales como gradientes de velocidad, requeridos para el tratamiento. Para incrementar la flexibilidad oper ativa de la planta y en consideracin de aspectos econmicos, se procurar disear la pl anta dividida en mdulos, particularmente para plantas medianas y grandes. 4.2.2.2 El perodo de diseo ser de por lo menos 15 aos, y considerar que la vida til de los equ ipos es usualmente de 10 a 20 aos, mientras que las estructuras pueden durar entr e 40 y 50 aos. Siempre que sea posible y conveniente, se establecern etapas de con struccin determinadas mediante un anlisis econmico. Si el perodo de diseo especificad o es menor a 50 aos, se tomarn precauciones para permitir la fcil ampliacin de la pl anta hasta cubrir este perodo. 4.2.2.3 El diseo se realizar normalmente para 24 horas diarias de funcionamiento de la pla nta. Cuando sea necesario o conveniente considerar otros perodos de funcionamient o diario, el diseador los justificar. 4.2.3 Las configuraciones preparadas sern optimizadas en su diseo mediante el empleo de los parmetros ptimos determinados en el laboratorio segn se indic en los numerales 4 .1.13 y 4.1.14. Adems, se tendrn en cuenta aspectos relativos a costos, con el pro psito de minimizarlos. El diseador podr utilizar para este propsito metodologas de di ferente grado de complejidad, acordes con las caractersticas del proyecto a su ca rgo; entre ellas estn desde tablas de cuantificacin simple o ponderada del valor a tribuido a los criterios de optimizacin adoptados, hasta sofisticados modelos mat emticos aplicables a la situacin. 4.2.4 Para la priorizacin y seleccin de tratamientos alternativos previamente optimizado s, el diseador considerar diferentes criterios entre los cuales se sugieren los si guientes, referidos tanto a los aspectos constructivos como de operacin y manteni miento: Complejidad; Confiabilidad; Flexibilidad; Impacto ambiental; Costos preliminares.4.2.5 Para plantas grandes y en ocasiones para plantas de tamao mediano, se recomienda efectuar diseos preliminares avanzados, para los cuales es necesario contar ya co n informacin relativa al sitio seleccionado para implantacin de las estructuras. L a informacin requerida es la siguiente: a) Levantamiento topogrfico y catastral del terreno disponible, incluyendo camino s de acceso, infraestructura sanitaria cercana, ingreso previsto de la lnea de co nduccin de agua cruda, facilidades para desages de aguas lluvias, cuerpos receptor es cercanos, localizacin de postes de energa elctrica prximos, y otros datos considerados de inters por el diseador. Estudios geolgicos y de suelos que describan la na turaleza del suelo y su estabilidad, determinen el nivel fretico y el nivel mximo de inundacin del terreno, y permitan realizar diseos estructurales que garanticen la seguridad de las obras. En el caso de que el sitio est localizado en una zona de riesgo ssmico, este estudio debe estimar el riesgo y vulnerabilidad, los reque rimientos para las fundaciones y la intensidad del sismo esperado. Definicin de l as condiciones climticas de la zona, particularmente la temporada lluviosa en el ao, las variaciones diarias de temperatura ambiental, y las direcciones predomina ntes de los vientos. b) c) 4.2.5.1 El sitio para ubicacin de la planta de tratamien193 R. O. No. 6-1992-08-18 to se debe seleccionar siguientes criterios: a) b) Debe disponer de poca del ao. tomando en cuenta en los fcil acceso cualquier En el caso de estar cerca de un ro debe estar sobre el nivel de crecientes mximas, en un trecho recto del ro o en la parte convexa de un trecho curvo. Preferibleme nte debe contar abastecimiento de energa, facilidades evacuacin de aguas de proces o y lodos. con para c) d) e) Debe mostrar caractersticas de estabilidad y facilidades constructivas. Tener rea suficiente para la implantacin de la planta de tratamiento y estructuras compleme ntarias, y preferiblemente para permitir ampliaciones futuras. La casa del opera dor y la zona prevista para la disposicin de lodos pueden encontrarse en terrenos diferentes pero cercanos al de la planta. 4.2.5.2 Los diseos preliminares avanzados presentarn la implantacin de todas las obras en e l terreno, incluyendo adems de las unidades de proceso, los edificios para almace namiento y dosificacin de productos qumicos, laboratorios, talleres de mantenimien to, reas administrativas, vivienda para el operador o jefe de planta, la estructu ra vial y de estacionamiento requerida, y detalles paisajsticos. Se efectuarn diseo s preliminares arquitectnicos, estructurales y electromecnicos. Los dos primeros p resentarn la forma, tamao y localizacin de las estructuras, as como alternativas demateriales a ser utilizados; los terceros destacarn las decisiones respecto al ti po y tamao de los equipos a ser utilizados. Diseos definitivos Se llevar a nivel de diseo definitivo nicamente la alternativa que haya merecido la primera prioridad de acuerdo al estudio preparado por el diseador y la aprobacin de la SAPYSB. Cuand o se hayan preparado diseos preliminares avanzados, estos servirn de base para el diseo final; en caso contrario, ser necesario reunir al inicio de esta fase toda l a informacin detallada en 4.2.5 y 194 4.2.5.3 4.3 R. O. No. 6-1992-08-18 4.3.1proceder con los diseos definitivos a partir de ese punto. Los diseos definitivos comprenden actividades interdisciplinarias, entre las cuales deben considerarse, de acuerdo con el tamao de la planta y los requerimientos definidos por la SAPYS B, las siguientes: Diseos hidrulico-sanitarios; Diseos arquitectnicos y paisajsticos; Diseos estructurales; Diseos elctricos; Diseos mecnicos; Diseos de instrumentacin; Di eos de implantacin y obras civiles; Diseo de un plan de manejo del impacto ambienta l; Diseo de medidas de seguridad; Diseo de la organizacin administrativa y financie ra; Diseo de un sistema de informacin operacional. 4.3.2 Guas para el diseo hidrulico-sanitario de varios procesos de tratamiento de agua se presentan en el Captulo V de esta parte de las normas. En esta seccin simplemente se renen algunas recomendaciones de carcter general, que se dan a continuacin: Ver ificar que en la seleccin de tecnologa apropiada se hayan tomado en cuenta las con diciones locales tales como: disponibilidad de profesionales, obreros y material es locales para las fases de construccin, operacin y mantenimiento de la planta; l a aceptacin del pblico al proyecto; y la compatibilidad entre los costos y el nive l socio-econmico de la comunidad a que se servir. Utilizar un procedimiento sistemt ico de revisin de los planos y clculos del proyecto, partiendo del esquema general de la planta, los diagramas de flujo, el perfil hidrulico, la instrumentacin de l os procesos, las alternativas para operacin en casos de emergencia, los volmenes d e tanques y tiempos de retencin, la provisin de espacio suficiente en las estructu ras para conexiones imprevistas, operacin cmoda de vlvulas y compuertas, operacione s de limpieza y mantenimiento. Controlar la provisin de suficiente flexibilidad e n la planta, dada por una capacidad hidrulica 195 4.3.2.1 4.3.2.2 4.3.2.3 R. O. No. 6-1992-08-18 superior a la nominal en todos los componentes, la posibilidad de modos de opera cin alternativos para diferentes calidades de agua cruda, y la existencia de desvo s para situaciones emergentes. 4.3.2.4 Verificar la provisin de mecanismos para e liminar o reducir los riesgos naturales tales como sismos, deslaves, inundacione s, erupciones volcnicas, y que permitan aumentar la confiabilidad del funcionamie nto ininterrumpido de la planta. Constatar que se disponga de suficientes facili dades para la operacin y mantenimiento de la planta, y que no existan riesgos san itarios tales como contaminacin del agua tratada con agua cruda o semiprocesada a travs de paredes o tuberas. Asegurarse que la documentacin del proyecto permita lafcil construccin de las obras y el montaje de los equipos. En el caso de reutiliz arse obras existentes, se debe programar la construccin o proveer las facilidades temporales necesarias para que no se interrumpa el funcionamiento de la planta durante esta fase. Los diseos arquitectnicos y paisajsticos se concentrarn fundament almente en la casa de qumicos, la vivienda del operador o jefe de planta, los jar dines, el cerramiento y todos los detalles necesarios para armonizar la planta d e tratamiento con el entorno. La casa de qumicos puede incluir las bodegas de pro ductos qumicos, las salas para instalacin de los equipos de dosificacin, los labora torios, la sala de cloracin, el taller, el cuarto de herramientas y repuestos, y las oficinas administrativas. Dependiendo del tamao de la planta, se incluirn faci lidades especiales para el personal, un aula, un comedor y otras. Por lo general resulta conveniente que este edificio se encuentre ubicado cerca de la mezcla rp ida y los filtros, y que sea de dos pisos, con lo cual se puede conseguir la dos ificacin de productos qumicos a gravedad. Los diseos estructurales deben sujetarse a diferentes normas en lo tocante a estructuras hidrulicas y edificios. Para las primeras se recomienda utilizar el diseo elstico, por cuanto no se puede permitir ni siquiera la fisura de los elementos, menos an su rotura. Para los edificios se puede utilizar el diseo a ltima resistencia, de acuerdo con los cdigos nacionales o internacionalmente aceptados. En zonas de riesgo 196 4.3.2.5 4.3.2.6 4.3.3 4.3.4 R. O. No. 6-1992-08-18 ssmico se debe realizar el diseo antissmico de las estructuras, aceptando un grado de dao basado en el mnimo nivel de servicio que sera aceptable despus de un terremot o. Preferiblemente se deben utilizar estructuras simtricas simples y continuas y cuando sea necesario, proponer diseos dctiles. 4.3.5 Los diseos elctricos deben sati sfacer los cdigos nacionales y las regulaciones locales existentes, y todos los s istemas deben ser protegidos contra rayos y descargas elctricas, siendo deseable que el sistema tenga su respectiva puesta a tierra. Es recomendable que haya ms d e una conexin de ingreso a la planta, y se debe considerar la posibilidad de inst alar un generador a diesel para emergencias. Los motores a usarse deben ser apro piadamente seleccionados para operar con un factor de potencia razonablemente al to. Se debe disear tambin lneas telefnicas donde sea factible, y un sistema de inter comunicacin entre las distintas estructuras de la planta. Los diseos mecnicos tiene n ntima relacin con los aspectos elctricos y de instrumentacin de una planta de trat amiento, y deben sujetarse a los cdigos, normas y procedimientos propios de los o rganismos correspondientes. En particular, se debe prestar atencin a la provisin d e suficiente espacio para operacin y mantenimiento de los equipos, piezas e instr umentos incluidos en el diseo, as como al control del ruido que puede producir la operacin de los equipos, y a la provisin de una adecuada ventilacin. Los diseos de i nstrumentacin tendrn un grado de simplicidad o sofisticacin acorde con el tamao de l a planta y el nivel socio-econmico de la comunidad a que sirve. Entre las variabl es que se puede controlar estn los caudales, niveles, presiones, temperaturas, y caractersticas fsicas, qumicas y bacteriolgicas del agua en diferentes puntos de la planta de tratamiento. Los instrumentos que se pueden utilizar van desde vertede ros, piezmetros de tubos plsticos transparentes o regletas, hasta sistemas experto s computarizados y sistemas SCADA. En cada proyecto, ser la SAPYSB el que decida el tipo de instrumentacin y control requerido en acuerdo con el diseador. Los diseo s de implantacin y de obras civiles comprenden la distribucin de las estructuras e n el terreno disponible, buscando la 197 4.3.64.3.7 4.3.8 R. O. No. 6-1992-08-18 optimizacin del movimiento de tierras en coordinacin con los diseos arquitectnicos. Entre los principales componentes de las obras civiles que debe incluir una plan ta, estn los caminos interiores, las veredas, el espacio para estacionamiento, la s protecciones contra probables inundaciones, el sistema de drenaje, los sistema s de provisin interna de agua potable y de alcantarillado sanitario, y el cerrami ento del rea de la planta. En el diseo de los caminos se debe considerar la carga de los camiones de aprovisionamiento de cloro y otros qumicos, as como los requeri mientos de espacio para el manejo adecuado de los mismos. El estacionamiento deb e permitir, adems de los requerimientos permanentes para el personal, una cabida extra para visitantes. El sistema de agua potable debe servir, cuando sea necesa rio, para el lavado de los filtros, la alimentacin a los sistemas de dosificacin d e qumicos, hidrantes, riego de jardines, lavado de tanques y pisos, y abastecimie nto a las bateras sanitarias en todos los edificios; es comn que este sistema util ice una bomba o hidroneumtico para presurizar el agua tratada hacia los distintos puntos de consumo. El sistema de alcantarillado sanitario puede recibir, adems d e las aguas residuales de las bateras sanitarias, las aguas de lavado de los filt ros, sedimentadores y otros tanques diseados; en todo caso, se deber proponer un t ratamiento previo a la descarga de estas aguas en cuerpos receptores, o conectar la descarga a un sistema de alcantarillado existente, observando las regulacion es locales para tal conexin. 4.3.9 El plan de manejo del impacto ambiental que pr oducir la planta tanto durante la construccin como durante el funcionamiento de la misma, debe identificar los problemas y proponer las soluciones para eliminarlo s o mitigarlos, particularmente en lo relativo a generacin de ruidos y polvo, ero sin y acarreo de materiales por viento y escorrenta, derrame de productos qumicos d urante el transporte, manipuleo y aplicacin, generacin de contaminantes gaseosos y malos olores, efecto de la descarga de lodos y desechos lquidos, impacto de la i luminacin nocturna de la planta, impacto general sobre el sistema ecolgico, y comp atibilizacin del proyecto con los planes de desarrollo, bienestar y salud pblica d el rea. Las medidas de seguridad se refieren tanto a la proteccin del personal de la planta en su trabajo 198 4.3.10 R. O. No. 6-1992-08-18 diario, como a la proteccin de la planta misma contra actos de vandalismo y sabot aje. Los medios ms comunes de proteccin son el cerramiento del rea, la provisin de i luminacin perimetral e interior, el control del ingreso de personas a la planta, la instalacin de medios de comunicacin interna y con el exterior, y el respeto de los cdigos de seguridad industrial en el diseo de todas las obras, particularmente la ubicacin de pasamanos y el diseo de pisos no resbalosos, dimensiones mnimas en pasillos y cmaras, protecciones en escaleras y seguridades en los sistemas elctric os. 4.3.11 Adems de los aspectos tcnicos ingenieriles, es preciso planear la organ izacin administrativa y financiera de la planta, en funcin del tamao y complejidad de la misma. Se debe proponer un organigrama funcional que determine claramente el personal requerido y sus funciones. Luego se deben establecer los costos de p roduccin del agua tratada, incluyendo costos de personal, energa, qumicos, y de man tenimiento y depreciacin de equipos y estructuras. Finalmente se debe formular un sistema de informacin operacional que permita recopilar, almacenar y procesar to dos los datos de operacin, mantenimiento, control del esquema de tratamiento, y s i es conveniente de administracin y finanzas de la planta de tratamiento. Dependi endo del tamao de la planta, este sistema puede ser manual o computarizado, y pue de incorporar el sistema SCADA en caso de que ste se haya incluido como parte dela instrumentacin de la estacin. Documentacin del proyecto Dependiendo de las condi ciones particulares definidas por la SAPYSB, se debern preparar los siguientes do cumentos justificativos de los diseos: 4.4.1 Memoria descriptiva: preparada de ac uerdo con lo establecido en la segunda parte de este cdigo, con un enfoque que pe rmita al lector conocer de manera pormenorizada los criterios seguidos para las fases de caracterizacin del agua, conceptualizacin del tratamiento y seleccin de te cnologa, y el diseo final de las partes componentes de la planta. Memoria de clculo s: que incluir los borradores de los diferentes clculos realizados 199 4.3.12 4.4 4.4.2 R. O. No. 6-1992-08-18 por los diseadores, admitindose en este caso la presentacin de impresiones de compu tadora cuando se hayan utilizado programas y medios electrnicos para el procesami ento de estos clculos. Dentro de estas memorias se incluirn cuadros resumidos de c riterios, frmulas utilizadas y resultados, as como una breve descripcin de la metod ologa empleada, que permita comprender el desarrollo de los clculos. 4.4.3 Planos: se deben preparar planos generales y especficos para todas y cada una de las uni dades componentes de la planta y reas de especializacin profesional intervinientes , siguiendo las formas y especificaciones que constan en la segunda parte de est e cdigo, y en las normas del INEN. Se sugiere preparar los siguientes planos: Pla nos generales; Planos topogrficos; Planos hidrulico-sanitarios; Planos arquitectnic os; Planos estructurales; Planos de iluminacin y diseo mecnico; Planos de instrumen tacin y control; Planos de instalaciones de agua alcantarillado y drenaje; Planos de obras complementarias. 4.4.4 electropotable, Manual de operacin y mantenimiento: que incluir los aspectos que se sugieren dentr o del siguiente contenido: Introduccin; Autorizaciones y normas; Organizacin admin istrativa y financiera; Descripcin, operacin y control de instalaciones; Pruebas d e laboratorio; Operacin de emergencia; Mantenimiento preventivo y correctivo; Sis tema de informacin; Servicios. las 4.4.5 Especificaciones tcnicas: tanto de construccin como de materiales, equipos y herra mientas, en referencia a las normas INEN, a las normas internacionalmente acepta das (ASTM, AWWA, ISO, DIN), y a las publicaciones de la SAPYSB sobre este asunto . Se sugiere el siguiente ordenamiento de su contenido: 200 R. O. No. 6-1992-08-18 Especificaciones generales; Especificaciones particulares; De albailera; De obras de madera; De obras de metal; De pintura; De obras de hormign; De construccin, ref erentes a desbroce, limpieza, desalojo de materiales, excavaciones, rellenos, co nformacin de terraplenes, tablestacados y entibamientos, encofrados y otros; de a gua potable; de aguas lluvias y servidas; de comunicacin; elctricas; de equipos e instrumentos; de sealizacin interior de tuberas, vlvulas Instalaciones Instalaciones Instalaciones Instalaciones Instalaciones Instalaciones exterior; Instalaciones accesorios. 4.4.6 y y Presupuesto de las obras: preparado con precios locales actualizados, desglosado s y clasificados segn las categoras de inversin que sean definidas por la SAPYSB. E ste documento debe contener las siguientes partes: Clculo y resumen de las cantid ades de obra y de materiales, equipos y accesorios integrantes de la planta; Hoj as de anlisis de precios unitarios para cada rubro, con desagregacin de los costos de personal, materiales, equipos y herramientas, transporte y costos indirectos (administracin, utilidades e imprevistos). Resmenes de los productos de las canti dades por los precios unitarios. Frmulas de reajuste de precios y cuadrillas tipo . Anlisis del escalamiento de costos durante la construccin. Costos concurrentes t ales como derechos y bienes races, fiscalizacin, y costos de cooperacin tcnica reque ridos. Gastos financieros durante la construccin. Desglose de costos en sucres y divisas. 201 R. O. No. 6-1992-08-18 4.4.7 Programa de ejecucin e inversiones: deber contener una definicin del plazo de const ruccin de las obras, la delimitacin de etapas, un calendario para licitaciones, ad quisicin de bienes y contratacin de servicios, el programa fsico de actividades y e l cronograma valorado. Es recomendable preparar estos documentos mediante la uti lizacin de programas de computacin disponibles para el efecto, teniendo siempre en cuenta que los tiempos previstos para las actividades deben corresponder a los rendimientos utilizados en los precios unitarios, de acuerdo al mtodo constructiv o previsto y a la organizacin que se establezca para la construccin. Documentos Pr econtractuales: que deben contener como mnimo la siguiente informacin y sujetarse siempre a las disposiciones legales vigentes en el Ecuador: Sistema de contratac in previsto; Convocatoria; Descripcin del proyecto; Instrucciones a los oferentes para la preparacin de las ofertas tcnica y econmica; Condiciones generales del conc urso o licitacin; Proforma de contrato; Forma de evaluacin de propuestas. 5. DISPO SICIONES ESPECIFICAS 4.4.8 5.1 Tamizado. Con el objeto de retener materiales gruesos en las captaciones, antes de que stos pasen a la planta de tratamiento, se pueden instalar rejas o tamices. Rejas o Rejillas Las rejas debern ser formadas por barras de hierro dispuestas v erticalmente, instaladas en aberturas o canales por donde el agua circular, ocupa ndo toda el rea de los referidos pasajes de escurrimiento. Las caractersticas bsica s de las rejas sern las siguientes: a) La velocidad mxima entre las barras, en las condiciones ms desfavorables, ser de 0,5 m/s. 202 5.1.1 5.1.1.1 5.1.1.2 R. O. No. 6-1992-08-18b) 5.1.1.3 El espaciamiento libre mximo entre las barras ser de 0,02 m. El sistema de limpieza podr ser manual o mecnico: si la cantidad de material reten ido en la reja se espera que exija la limpieza en perodos superiores a una hora, la limpieza podr ser manual; en caso contrario, se har una limpieza mecnica. Si la limpieza es manual, slo se disear una reja. Si la limpieza es mecnica, se requerirn a l menos dos unidades. Las barras tendrn perfil chato, con cantos en ngulo recto o redondeados, con la mayor dimensin en el sentido del escurrimiento del agua. Las dimensiones mnimas de las barras sern: a) En el sentido del escurrimiento, 20 mm o el 2,5% del largo total de la barra, cualquiera sea mayor. En el sentido transv ersal al escurrimiento, 5 mm o el 1% de la distancia entre las piezas colocadas para mantener la rigidez de la barra, cualquiera que sea mayor. manual obedecern los 5.1.1.4 5.1.1.5 b) 5.1.1.6 Las rejas con limpieza siguientes requisitos: a) Sus barras tendrn una longitud mxima de 2 m y formarn con la horizontal un ngulo mxim o de 60 grados. La instalacin permitir la fcil remocin de la reja, debiendo contar, cuando el peso sea superior a 50 kg, con un sistema elevador. mecnica obedecern lo s b) 5.1.1.7 Las rejas con limpieza requisitos siguientes: a) Debern tener un sistema de accionamiento del dispositivo de limpieza y un sistema de recoleccin y salida del material removido, situados por encima del nivel mximo del agua. El dispositivo de limpieza todo el largo de las barras. deber recorrer b) c) El funcionamiento del dispositivo de limpieza deber ser intermitente y comandado por la prdida de carga debida al material retenido 203 R. O. No. 6-1992-08-18 en la reja. 5.1.2 5.1.2.1 5.1.2.2 5.1.2.3 Tamices Podrn utilizarse tamices de tel a o metal, a travs de los cuales pasar el agua a ser tratada. Contarn con un sistem a de limpieza automtica obtenido por el paso del agua en contracorriente. Las abe rturas de la tela o de la criba sern establecidas mediante ensayos que definirn lo s parmetros para el dimensionamiento de las unidades. Pretratamiento qumico de las fuentes. Debido a la presencia de nutrientes y la influencia del sol, pueden de sarrollarse algas y otras plantas acuticas en las fuentes utilizadas para abastec imiento de agua potable. Estas plantas causan una serie de problemas en los proc esos de tratamiento, motivo por el cual es recomendable darles un pre tratamient o qumico en la propia fuente. Este tratamiento qumico consiste en la aplicacin de s ulfato de cobre, carbn activado en polvo, permanganato de potasio o cloro, cuando no puede ser causante de precursores adversos a la salud. Se sugieren las siguientes dosificaciones de sulfato de cobre: Si la alcalinidad total al anaranjado de metilo es igual o mayor a 50 mg/l como CaCO3, la dosis recomendable es de 1 m g/l calculada sobre el volumen de agua de la fuente en una profundidad mxima de 0 ,6 m. Si la alcalinidad es menor, se recomienda una dosis de 0,3 mg/l aplicada s obre todo el volumen de la fuente. Si en la fuente existen truchas, las dosis no deben ser mayores a 0,14 mg/l. Presedimentacin. La presedimentacin es un pre trat amiento utilizado para remover grava y arena que han pasado por las estructuras de captacin y desarenacin, as como limo del agua cruda, antes de que entren a la pl anta de tratamiento. Existen tres sistemas de pre sedimentacin: pre sedimentadore s, tanques de arena, y aparatos para la remocin mecnica de arena y limo. Solamente los tanques pre sedimentadores se consideran como tecnologa apropiada para nuest ro pas. 204 5.2 5.2.1 5.3 5.3.1 R. O. No. 6-1992-08-18 5.3.1.1 Los pre sedimentadores pueden disearse para tasas superficiales de 2,71 m3/m2/d a 3,39 m3/m2/h, y tiempos de retencin de 2 h a 3 h para el caudal mximo. En ocasion es, los pre sedimentadores se utilizan tambin para igualacin de las caractersticas del agua y reduccin del impacto de cambios en la calidad del agua cruda. En estos casos, el tiempo de retencin puede ser mayor y hasta de 24 h. Los pre sedimentad ores pueden ser de forma rectangular, circular o triangular, con profundidad var iable, y se recomiendan para aguas con turbiedades mayores a 1 000 NTU. Prefiltr acin Prefiltros de grava. Con el objeto de acondicionar aguas superficiales para su tratamiento con filtros lentos, se utilizan prefiltros de grava, siempre que la turbiedad media del agua cruda sea inferior a 250 NTU y la capacidad de la pl anta sea pequea. Como guas de diseo para prefiltros de flujo horizontal se pueden u sar velocidades de flujo de 0,5 m/h y tres capas de grava de las siguientes cara ctersticas: TABLA VI.3 Caractersticas de la para pre filtros horizontales LONGITUD m 1 4,5 4,5 grava 5.3.1.2 5.3.1.3 5.4 5.4.1 5.4.1.1 CAPA 1 2 3 5.4.1.2 DIMETRO mm 25 80 30 70 5 12 Los pre filtros verticales se disearn para una velocidad de flujo vertical descend ente de 0,25 m/h, y las capas de grava desde la superficie sern: 205 R. O. No. 6-1992-08-18 TABLA VI.4 Caractersticas de grava para pre filtros vertic alesCAPA 1 2 3 5.4.2 PROFUNDIDAD m 0,1 0,2 0,5 DIMETRO mm 15 25 10 15 5 10 Micro tamices. Con aguas muy turbias, con presencia de algas y otros organismos acuticos, se pueden utilizar los micro tamices, que son tambores rotatorios forra dos con una malla de acero inoxidable o polister, con aberturas de entre 20 y 30 micrones de dimetro. El tambor rota usualmente entre 4 rpm a 7 rpm, y se requiere una bomba de retro lavado para limpiar el tamiz con una presin de 18 a 35 mca. A ireacin. La aeracin puede ser utilizada en aguas superficiales o en aguas subterrne as, con los siguientes objetivos: oxidacin del hierro y del manganeso; separacin d e gases tales como el bixido de carbono, sulfuro de hidrgeno y metano; eliminacin d e sabor y olor; y, adicin de oxgeno. El propsito de la aeracin, las caractersticas qum icas del agua, otros procesos de tratamiento a ser usados en la planta, condicio nes locales, requerimientos de aire y de bombeo y proteccin contra la contaminacin , debern ser considerados antes de seleccionar el proceso y el tipo de aeracin. En general, se considera apropiada la aeracin de aguas subterrneas, siendo cuestiona ble la aeracin de aguas superficiales. La aeracin tiene tambin un objetivo principa l en la remocin de compuestos orgnicos voltiles que provienen del manejo inapropiad o de productos qumicos o disposicin inapropiada de aguas residuales; entre ellos e st el tricloroetileno, el tetracloruro de carbono, el tetracloroetileno, el diclo roetano y el cloruro de metileno. Aireadores de cascada. Requieren una carga hid rulica de 1 m a 3 m, un rea semejante a 0,1 m2/l/s, y ofrecen una remocin del 20% a l 45% de los gases disueltos, y mejores eficiencias en la remocin de hierro. Pued en presentar problemas de corrosin, desarrollo de algas y de ventilacin. Entre est os se incluyen tambin los aireadores de 206 5.5 5.5.1 R. O. No. 6-1992-08-18 cono y los planos inclinados. 5.5.2 Aireadores de charoles. Estarn constituidos p or una serie de charoles o bandejas cuya funcin es incrementar al mximo la superfi cie de contacto entre el aire y el agua. Para ello se requiere que haya una muy buena ventilacin del sitio en el que se instalen los aireadores. Son recomendable s principalmente para oxidacin de hierro, manganeso y CO2. Para su diseo se tendrn en cuenta las siguientes consideraciones: Los aireadores de bandejas sin medio d e contacto estn constituidos por plataformas de madera, de metal o de plstico, cad a una de las cuales, a su vez, est conformada por tiras o tablones de 5 cm de anc ho espaciados 3 cm entre sus bordes. El espaciamiento entre las bandejas o plata formas variar entre 30 y 50 cm dependiendo del tiempo total de contacto que se de sea obtener. En caso de haberse demostrado mediante pruebas de campo, se podr rec urrir a la ventilacin forzada para mejorar la eficiencia de remocin de gases. Los aireadores de bandejas con medio de contacto, estarn constituidos por charoles co n fondo perforado o de malla. En ellos se colocarn trozos slidos de 5 cm a 15 cm d e dimetro, cuya funcin es mejorar la eficiencia de intercambio de gases, adsorber sustancias orgnicas, neutralizar qumicamente el agua, o promover la accin cataltica de pelculas de xido mangnico en la oxidacin del manganeso. El medio de contacto podr ser cualquier objeto slido que sea adecuado para el objetivo perseguido. Por ejem plo, para neutralizar excesivas concentraciones de CO2 y para aumentar la alcali nidad del agua podrn utilizarse trozos de calcita o mrmol; para promover la adsorc in de sustancias orgnicas y promover el desarrollo de microorganismos oxidantes de sulfuros y de la materia orgnica disuelta, se utilizarn trozos de piedra pmez o de carbn vegetal. En todo caso, se evitar el uso de materiales importados como el ca rbn de coque, y se buscar el medio de contacto apropiado para cada caso entre los materiales disponibles en la localidad. El medio de contacto se dispondr en los charoles o en las cestas de malla de alambre, en capas de aproximadamente 0,15 m a 0,2 m de espesor, y en una rea de 0,05 a 0,15 m2/l/s. 207 5.5.2.1 5.5.2.2 5.5.2.3 5.5.2.4 R. O. No. 6-1992-08-18 5.5.2.5 La distancia entre los fondos de dos charoles consecutivos variar entre 30 y 60 c m, y el nmero de charoles entre 3 y 9. El nmero de charoles y la altura de la torr e de aeracin se calcular a base del tiempo total de contacto que se desea. La carg a hidrulica superficial variar entre 100 m3/m2/d y 200 m3/m2/d, dependiendo del ob jetivo que se persiga; el valor escogido para el diseo se determinar, preferenteme nte, mediante pruebas de campo. La remocin de CO2 mediante estos aireadores puede ser aproximada mediante la ecuacin de Scott, que dice: Cn = Cc 10-kn En donde: C n y Cc = concentracin de CO2 en ppm; n = nmero de charoles incluido el de distribu cin; k = coeficiente que depende de la ventilacin, de la temperatura, turbulencia y otras caractersticas de la instalacin. Vara de 0,12 a 0,16. 5.5.3.6 5.5.2.7 5.5.2.8 En caso de seleccionarse charoles con placas perforadas, el nmero y el dimetro de los orificios se calcular de modo que la altura mxima de agua sobre los orificios no exceda de 0,01 m. Finalmente, se disearn las obras necesarias para reducir al mn imo las salpicaduras de agua fuera del aireador, para impedir la acumulacin de pr ecipitados metlicos en el estanque recolector y para garantizar la correcta distr ibucin del agua en el charol superior. Aireadores de surtidores. Estos aireadores pueden ser de dos tipos: de orificios o tuberas perforadas, y de boquillas. Son eficientes para la remocin de CO2 y la adicin de oxgeno, y para la oxidacin de hierr o y manganeso. Para su diseo se considerarn los siguientes parmetros: El tiempo de exposicin ser igual o mayor a 2 s. La presin del agua deber ser tal que la aspersin p roducida genere el tiempo de contacto deseado. 208 5.5.2.9 5.5.3 5.5.3.1 5.5.3.2 R. O. No. 6-1992-08-18 5.5.3.3 El caudal por boquilla de 2,5 cm a 4 cm de dimetro, variar de 5 l/s a 10 l/s a una presin de 7 mca, y el espaciamiento, de 0,6 m a 3,6 m, dependiendo del tipo de b oquilla. El agua se recolectar en un depsito provisto de tuberas de salida y de des age con sus respectivas vlvulas de compuerta. Otros aireadores. Siempre que exista la suficiente justificacin tcnica y econmica, el diseador podr utilizar otro tipo de aireadores ms sofisticados, previa aprobacin de la SAPYSB, tales como: aireadoresde difusores, aireadores mecnicos y a presin, y diseos patentados. Se deber conside rar una proteccin contra el viento para evitar prdida de agua, mediante el diseo de dispositivos adecuados. Para todo tipo de aireador se debern disear tuberas de des vo que permitan el paso directo del agua durante reparaciones o mantenimiento del aireador, y el aislamiento de una unidad cuando se usen varios aireadores en pa ralelo. El diseo de cualquier tipo de aireador deber incluir una proteccin contra l a contaminacin del agua por accin de agentes externos. Mezcla. Cuando se aaden prod uctos qumicos al agua para su tratamiento, estos necesitan ser dispersados rpida y uniformemente, para lo cual se utiliza un proceso unitario conocido como mezcla rpida. Los dispositivos en que se produce este proceso deben disearse evitando lo s cortocircuitos, de tal manera que una vez producida la mezcla, disminuya la tu rbulencia a efectos de no destruir los microflculos ya formados. Cuando el tiempo y la energa de mezcla no son factores importantes, como en el caso de cloracin o fluoruracin, la turbulencia debida a la friccin en una tubera o canal puede ser apr opiada, siempre que se provea una distancia mnima de 30 dimetros o anchos de canal , para asegurar la dispersin de los qumicos. En los dems casos, es necesario asegur ar la provisin de suficiente energa para que la mezcla se produzca en un perodo de 0,10 a 10 segundos, utilizndose entonces dispositivos hidrulicos o mecnicos. 5.5.3.4 5.5.4 5.5.5 5.5.6 5.5.7 5.6 5.6.1 209 R. O. No. 6-1992-08-18 5.6.2 5.6.2.1 Dispositivos hidrulicos Canaletas con cambio de pendiente. Que son recomendadas para plantas pequeas. Como guas de diseo se uti lizan gradientes de velocidad entre 1 000 s-1 y 2 000 s-1, tiempos de retencin me nores que 1 s, y nmeros de Froude entre 4,5 y 9,0 para conseguir un resalto hidrul ico estable. Canaletas Parshall. Que cumplen la doble funcin de producir la mezcl a y medir el caudal afluente a una planta de capacidad nominal media y grande. V alores tpicos de parmetros de diseo son los siguientes: gradiente de velocidad entr e 800 s-1 y 1 000 s-1, tiempo de retencin de 2 s, velocidad de flujo en la gargan ta mayor y similar a 2 m/s, y prdida de carga total superior a 0,25 m. Se recomie ndan nmeros de Froude entre 2 y 3. Vertedero con cada libre. Recomendable para pla ntas pequeas, en su forma triangular o rectangular, que permite adems el aforo del caudal que ingresa a la planta. Se pueden observar como guas los mismos criterio s de diseo expuestos para las canaletas de pendiente variable. Difusores. Tales c omo placas perforadas que se colocan en la tubera de ingreso a la planta. Se reco mienda utilizar gradientes de velocidad entre 500 s-1 y 1 000 s-1, y tiempos de retencin entre 1 y 10 s. La velocidad inicial mnima de los chorros debe ser de 3 m /s y el dimetro mnimo de las perforaciones de 3 mm; la velocidad mnima de la masa d e agua donde se distribuyen los chorros deber ser de 2 m/s; la seccin mxima total d e los chorros ser de 200 cm2 y el dimetro de los mismos no mayor de 20 cm. Inyecto res. Que permiten conseguir la homogeneizacin instantnea del coagulante con el flu jo de agua, mediante la regulacin de la velocidad de los chorros y su nmero. La ve locidad de los chorros debe ser por lo menos cinco veces la velocidad del flujo de agua, y el rea cubierta por ellos por lo menos del 80% del rea del tubo; el gra diente de velocidad puede estar entre 1 000 s-1 y 2 000 s-1 y el tiempo de resid encia ser alrededor de 1 s. Dispositivos mecnicos. Consisten en un agitador y unacmara diseada para un tiempo de retencin de 10 s a 30 s. Se recomienda la utilizacin de agitadores tipo turbina de flujo 210 5.6.3.2 5.6.2.3 5.6.2.4 5.6.2.5 5.6.3 R. O. No. 6-1992-08-18 axial o flujo radial, capaces de producir un gradiente de velocidad de 500 s-1 a 2 000 s-1. El reductor de velocidad se especificar para un factor de servicio no menor de 1,50 basado en la potencia nominal del motor elctrico. La cmara de mezcl a debe ser preferiblemente cuadrada, con pantallas para evitar la formacin de vrti ces, en nmero mnimo de dos compartimentos, y para una profundidad de agua de 2,75 m a 4,5 m. 5.6.4 5.6.4.1 Otros dispositivos Si las caractersticas del proyecto lo justifican, podra disearse que la mezcla rpida sea efectuada en el bombeo o en la aireacin, en cmaras con movimiento helicoidal, con elementos fijos colocados dentr o de un tubo, o con mallas o telas. Se podrn utilizar tambin los mezcladores de tu bera, cuya eficiencia es muy superior a aquella de los tanques completamente mezc lados. Para este caso, se puede emplear un perodo de retencin de 0,5 s y mezclador es cuya potencia sea alrededor de 16 kw/l/s, con un gradiente de velocidad de ha sta 3 500 s-1. Para mayor eficiencia del proceso de coagulacin se utilizarn prefer entemente reactores tipo pistn. El diseo deber garantizar una rpida dispersin del coa gulante en la corriente a ser tratada. Si se adoptan mezcladores mecnicos, deber c ontemplar la construccin de unidades de reserva. Cuando la mezcla sirve para la d ispersin de coagulantes, la distancia hasta el siguiente proceso de tratamiento c orresponder al recorrido del agua en un tiempo mximo de 60 s; este tiempo podr aume ntar hasta 3 minutos si a lo largo del conducto que comunica la mezcla y el sigu iente proceso, existiera un sistema de agitacin capaz de conferir al agua un grad iente de velocidad superior a 75 s-1. El coagulante debe aplicarse en el punto d e mayor turbulencia y en forma constante, uniformemente distribuido en toda la m asa de agua. Floculacin. Despus que el coagulante ha sido dispersado en el agua, s e facilita la formacin del flculo por medio de una agitacin lenta, la 211 5.6.4.2 5.6.5 5.6.6 5.6.7 5.6.8 5.7 R. O. No. 6-1992-08-18 misma que puede ser obtenida por medios hidrulicos en plantas pequeas y medianas c on aguas de calidad ms o menos constante, o mecnicos e n todo tipo de plantas. 5.7 .1 5.7.1.1 Cmaras con pantallas de flujo horizontal Recomendables para plantas pe queas. Pueden proyectarse tambin para caudales mayores, siempre y cuando se dispon ga de terreno barato y rea suficiente. El rango de velocidad dentro del cual se c onsigue una variacin del gradiente de velocidad de 90 s-1 a 20 s-1 es de aproxima damente 0,22 m/s a 0,08 m/s. Se recomienda utilizar pantallas madera, plstico, u otro material disponible en el medio, que no riesgo de contaminacin. De esta mayor flexibilidad a la unidad y rea, disminuyendo por consiguiente construccin. remov ibles de de bajo costo constituya un manera se da se reduce el los costos de 5.7.1.2 5.7.1.3 5.7.1.4 Entre los materiales indicados para las pantallas, el que ofrece mayor confiabil idad es la madera. En este caso, se pueden disponer tabiques de madera machihemb rada, tratada con algn producto impermeabilizante no peligroso para la salud. La unidad puede tener una profundidad de 1,5 m a 2 m. El coeficiente de prdida de ca rga en las vueltas vara entre 2 y 4. El valor usual es de 3. El coeficiente de fr iccin (n) a lo largo de los canales para placas de madera, es de 0,012. Cuando se utilizan encofrados ondulados se consigue disminuir las variaciones de gradient es de velocidad entre los canales y las vueltas. En este caso, se considera un c oeficiente de friccin de 0,03 para calcular la prdida de carga en los canales. El espaciamiento entre el extremo de la pantalla y la pared del tanque, es decir el paso de un canal a otro, se deber hacer igual a 1,5 veces el espaciamiento entre pantallas. Cmaras con pantallas de flujo vertical Se recomienda preferiblemente utilizarlas plantas de tamao mediano y grande. 212 para 5.7.1.5 5.7.1.6 5.7.1.7 5.7.2 5.7.2.1 R. O. No. 6-1992-08-18 5.7.2.2 Se proyectan para profundidades de 3 m a 4 m, por lo que ocupan un rea menor que las de flujo horizontal. Tambin se recomienda utilizar preferentemente tabiques d e madera machihembrada de 2 cm a 4 cm de espesor, pero son aceptables otros mate riales disponibles en el medio y debidamente justificados. Con tabiques de mader a se pueden adoptar profundidades de agua de 4 m a 5 m. El espaciamiento mnimo en los canales ser de 0,6 m. La seccin de cada paso se calcular para una velocidad ig ual a los dos tercios de la velocidad en los canales. El gradiente en el canal n o deber ser menor de 20 s-1. En plantas grandes se recomienda colocar en los orif icios de paso, mallas de hilo nylon diseadas con el mismo gradiente de velocidad del canal. Para evitar la acumulacin de lodos facilitar el vaciado del tanque, se base de cada tabique que llega hasta abertura equivalente al 5% del rea cada com partimiento. en el fondo y dejar en la el fondo, una horizontal de 5.7.2.3 5.7.2.4 5.7.2.5 5.7.2.6 5.7.2.7 Al igual que en las unidades de flujo horizontal, debe tenerse especial cuidado en la adopcin del ancho de la unidad, para que en el diseo de los tramos con bajosgradientes, las pantallas se entrecrucen por lo menos en un tercio de su longit ud, para evitar la formacin de espacios muertos y cortocircuitos. Floculadores ti po Cox o Alabama En estos floculadores, el agua hace un movimiento ascendente de scendente dentro del compartimiento. El gradiente de velocidad se produce casi e xclusivamente en los puntos de paso localizados todos en el fondo de la unidad y distribuidos alternadamente en uno y otro extremo del fondo. En el floculador A labama, el gradiente de velocidad es funcin de la suma de las prdidas de carga en el cambio de direccin del flujo al ingresar al niple, en el niple propiamente dic ho, en la curva y en la boquilla de salida. En el floculador tipo 213 Cox, el gr adiente de 5.7.3 5.7.3.1 5.7.3.2 5.7.3.3 5.7.3.4 R. O. No. 6-1992-08-18 velocidad es funcin de la prdida de carga en el cambio de direccin del flujo y en e l codo o curva. 5.7.3.5 La profundidad de la unidad debe ser de 3 m a 3,5 m para que la altura mxima de agua sobre los orificios sea del orden de 2,4 m. La relac in ancho/largo debe ser de 1 a 1,33. de cada compartimiento 5.7.3.6 5.7.3.7 5.7.3.8 La seccin de cada compartimiento se disear con una tasa de 0,45 m2 por cada 1 000 m 3/d. Los criterios para disear los puntos de entre los compartimentos son los sig uientes: paso Relacin de la longitud del niple a su dimetro: L/d=5 Velocidad en las boquillas va riable entre 0,25 m/s a 0,75 m/s. Tasa de diseo para determinar la seccin de las b oquillas: 0,025 m2 por cada 1 000 m3/d. Floculadores de medios porosos 5.7.4 5.7.4.1 Son floculadores hidrulico con un nmero casi infinito de cmaras o compartimentos, a lo cual debe su eficiencia. Como material granular puede utilizarse piedra, esf eras de plstico, residuos de las fbricas de plstico, segmentos de tubos, o cualquie r otro tipo de material similar no putrescible ni contaminante. Los floculadores de piedras se disean con cascajo de dimetro medio de 15.9 mm, y rangos entre 12 m m y 19 mm. La unidad debe tener flujo ascendente y forma troncocnica, para escalo nar los gradientes de velocidad, manteniendo el tamao del material constante, y f acilitar su limpieza. En este tipo de unidades, el tiempo de retencin total es de 5 min. a 10 min. Los floculadores de piedras slo son recomendables para caudales muy pequeos (entre 10 l/s y 15 l/s), siendo preferibles para caudales mayores, u nidades de flujo horizontal de seccin constante, en las que el escalonamiento de gradientes se 214 5.7.4.2 5.7.4.3 5.7.4.4 5.7.4.5 5.7.4.6 R. O. No. 6-1992-08-18obtenga colocando decreciente. 5.7.5 5.7.5.1 material granular de tamao Floculadores de mallas o telas Estos floculadores se construyen con mallas de hi lo nylon que son atravesadas por el flujo, producindose el gradiente de velocidad deseado, como funcin de la prdida de carga. La floculacin depende de las caracterst icas de las mallas y de la velocidad del flujo. La velocidad ptima (cm/s) es igua l al doble del espaciamiento (cm) entre los hilos de nylon, que se recomienda es t entre 1 cm y 2 cm. El grosor ms adecuado de los hilos es de 3 mm a 4 mm. Hilos ms delgados o mallas ms pequeas, slo debern usarse en la mezcla rpida o al inicio del f loculador. Se recomiendan velocidades de flujo del orden de 10 cm/s a 30 cm/s, p ara evitar la sedimentacin excesiva de los flculos. Floculadores mecnicos de paleta s Constituyen el tipo de unidad ms utilizada. Pueden ser de eje vertical u horizo ntal, con paletas paralelas o perpendiculares al eje. El tipo ms ventajoso es el de eje vertical, porque evita el uso de cadenas de transmisin y de pozos secos pa ra los motores. El tiempo de retencin recomendado para este tipo de unidades vara de 20 min. a 40 min., para compensar la tendencia a la formacin de espacios muert os. La altura de las cmaras es usualmente de 3 m a 4 m. Los gradientes de velocid ad son variables entre 75 s-1 y 10 s-1, y ms comnmente -1 -1 entre 65 s y 25 s . L a relacin largo/ancho ptima de las paletas es de 18 a 20. El grado de sumergencia de las paletas es de 0,15 m a 0,2 m. 5.7.5.2 5.7.5.3 5.7.5.4 5.7.6 5.7.6.1 Paletas con eje vertical Se utilizarn como mnimo tres cmaras de base cuadrada, cone ctadas en serie. Para anular los espacios muertos, se rellenarn las esquinas con hormign pobre y para eliminar el vrtice se usarn dentro de estos rellenos, cuatro s endos tabiques cuya dimensin libre dentro del tanque sea por lo menos el 10% del dimetro del cilindro circunscrito. Para estabilizar el flujo entre las 215 R. O. No. 6-1992-08-18 cmaras consecutivas se utilizarn preferiblemente tabiques perforados, a travs de lo s cuales se deber mantener una velocidad de flujo tal que el valor del gradiente de velocidad no exceda aquel que se mantiene en la cmara previa. Para evitar que el agua sea acarreada como una sola masa durante la rotacin de las paletas, el rea expuesta de las paletas ser aproximadamente el 20% de la seccin transversal perpe ndicular al eje de rotacin. La velocidad lineal de las paletas en sus extremos se mantendr preferentemente entre 0,3 m/s y 0,6 m/s. 5.7.6.2 Paletas de eje horizon tal Se utilizarn por lo menos dos tanques conectados en serie y separados por tab iques con orificios. El gradiente de velocidad en estos orificios deber ser infer ior o igual a aqul que se mantiene en la cmara aguas arriba de los orificios. Se u sarn los siguientes criterios de diseo: a) El rea total de paletas debe ser aproxim adamente un 20% del rea del tanque, perpendicularmente a la direccin de rotacin. Lavelocidad lineal de los extremos de las paletas se mantendr preferentemente entr e 0,3 m/s y 0,6 m/s, y la velocidad tangencial mxima ser 0,75 m/s. La distancia li bre entre el cilindro de rotacin de las paletas y el fondo del tanque, ser de 0,3 m como mnimo. Los mecanismos de transmisin entre los motores y los ejes se colocarn en una cmara seca y se mantendrn adecuadamente lubricados para evitar su corrosin. b) c) d) 5.7.7 5.7.7.1 Recomendaciones generales Se recomienda utilizar como mnimo tres reactores comple tamente mezclados en serie, o preferiblemente reactores tipo pistn. El gradiente de velocidad mximo al inicio de la floculacin no debe ser mayor que el que se tien e en la interconexin entre la mezcla rpida y esta unidad, y debe variar en forma u niformemente decreciente desde la entrada hasta la salida del floculador. 216 5.7.7.2 R. O. No. 6-1992-08-18 5.7.7.3 El diseador podr utilizar otros criterios de diseo para estas unidades, en lugar de l gradiente de velocidad y el tiempo de retencin, siempre que los justifique adec uadamente y la SAPYSB lo acepte. Clarificacin. La separacin a gravedad de las partc ulas floculadas o no, que contiene el agua coagulada o cruda, se conoce como cla rificacin y se realiza en tanques especialmente diseados para el efecto, lo cual p ermite efectuar a continuacin una filtracin ms eficiente del agua. Sedimentadores s imples. Estos tanques se utilizan con aguas crudas como tratamiento previo a la filtracin lenta del agua. Por lo general, son de forma rectangular alargada y el flujo es horizontal. Sin embargo, se pueden disear sedimentadores circulares, con flujo horizontal o ascendente, y alimentacin central o perifrica. Algunas guas par a su diseo se dan a continuacin: La carga superficial deber ser establecida de acue rdo a las caractersticas de las partculas a remover, estando generalmente comprend ida entre 2 y 20 m3/m2 d. Para obras de gran envergadura, debern realizarse prueb as para determinar la carga de diseo. El perodo de retencin ser de 4 h a 12 h. La pr ofundidad recomendada est comprendida entre 1,5 m y 2,5 m, excluyendo el borde li bre y la altura para acumulacin de lodos. Se recomiendan las siguientes dimension es: longitud/ancho longitud/profundidad = 5 a 20 relaciones de = 4 a las 6; 5.8 5.8.1 5.8.1.1 5.8.1.2 5.8.1.3 5.8.1.4 5.8.1.5 Cuando se proyecten dos o ms sedimentadores, se disear un dispositivo que permita r epartir el agua uniformemente entre las unidades respectivas. Se recomienda disp oner de elementos que reduzcan la energa cintica del flujo que ingresa al sediment ador, de modo que el caudal de entrada se distribuya lo ms uniformemente posibleen la seccin transversal del sedimentador. Con el objeto de disminuir a un mnimo l a proporcin de partculas que pueden ser resuspendidas en el flujo de salida, la es tructura 217 5.8.1.6 5.8.1.7 R. O. No. 6-1992-08-18 proyectada debe lograr una lmina uniforme y de baja velocidad. 5.8.1.8 Podrn utili zarse como dispositivos de salida vertederos lisos o dentados, orificios sumergi dos y otros. La longitud del vertedero debe fijarse sobre la base de que el gast o no supere los 140 m3/d a 220 m3/d por metro de vertedero. Para orificios, su re a ser el 40% del rea transversal del sedimentador y la velocidad a travs de los mis mos, de 0,1 m/s a 0,2 m/s. Para asegurar el buen funcionamiento del sedimentador , se recomienda disponer de dispositivos de desborde, evitando al mismo tiempo q ue estos interfieran con el funcionamiento del sedimentador. Se deber prever el v olumen adicional en el sedimentador para almacenamiento de lodos, dependiendo di cho volumen de la calidad del agua y del tiempo transcurrido entre limpiezas con secutivas; este volumen estar entre el 10% y el 25% del volumen til del sedimentad or. Para el almacenamiento de los sedimentos, se podrn disear tolvas que se ubicarn bajo el dispositivo de entrada, con pendiente mnima 1,2:1 vertical a horizontal, o se incrementar la profundidad del sedimentador dando una pendiente mxima del 8% al 12% al piso hacia una canaleta central que llevar el lodo al exterior. El dime tro de la tubera de drenaje estar de acuerdo con el volumen del sedimentador y per mitir el vaciado de ste en un plazo no mayor de 4 h. Se calcularn las prdidas de car ga que ocasionen los dispositivos de entrada y salida en los sedimentadores. Se recomienda como mnimo dos unidades sedimentacin que trabajen en paralelo. En casos muy especiales conveniencia de proveer una tanques de sedimentacin. Sedimentador es horizontal se estudiar cubierta para de de la los 5.8.1.9 5.8.1.10 5.8.1.11 5.8.1.12 5.8.1.13 5.8.1.14 5.8.2 5.8.2.1 convencionales flujo Se utilizarn como mnimo dos tanques para facilitar las operaciones de limpieza y r emocin de lodos acumulados. 218 R. O. No. 6-1992-08-18 5.8.2.2 La forma de los decantadores convencionales ser preferentemente rectangular, pues la eficiencia de los tanques circulares o de seccin cuadrada, con alimentacin cen tral o perifrica, es mucho menor. La mxima longitud de estos decantadores es aprox imadamente de 30 m. Si se mantiene la relacin largo/ancho entre 3 y 5, se obtiene n buenos resultados. Como gua para la seleccin de la carga superficial, se considerar el tipo y la capacidad nominal de la planta. Para plantas grandes que promuev en la formacin de flculos de aluminio y que utilizan filtracin de alta tasa, son us uales valores entre 30 m/d y 60 m/d; con otro tipo de filtros, las tasas recomen dables van de 18 m/d a 36 m/d. Si se tratara de flculos pesados, se recomiendan t asas de 47 a 57 y de 30 m/d a 60 m/d respectivamente. Para plantas de capacidad media se recomienda utilizar cargas que varan del 80% al 85% de las utilizadas en instalaciones grandes, y para plantas pequeas, alrededor del 50% de las mismas L a profundidad til, descontando aquella que ser ocupada por los lodos, variar entre 3 m y 5 m, dependiendo del tamao de las instalaciones. Una profundidad de 3,5 m d a buenos resultados. El tiempo medio de retencin terico en la zona de sedimentacin variar entre 2 h y 4 h. Como gua para mantener una relacin adecuada entre las dimen siones escogidas, se calcular el tiempo de retencin medio como la divisin de la pro fundidad libre (m) para la carga superficial (m3/m2/d). La estructura de entrada deber garantizar una distribucin adecuada del lquido a travs de la seccin transversa l del tanque, para evitar cortocircuitos y romper las corrientes trmicas. Una est ructura que da buenos resultados es un tabique perforado; la velocidad a travs de las perforaciones ser alrededor de 0,15 m/s a 0,3 m/s, pero su valor final ser ta l que el gradiente de velocidad en ellas sea igual o inferior a aquel existente en la ltima seccin del floculador. La parte inferior del tabique deber tener espaci o suficiente para el flujo del lodo hacia el sumidero respectivo. El dimetro de l as perforaciones debe ser menor que el espesor de la pared, y alrededor de 0,1 m . 219 5.8.2.3 5.8.2.4 5.8.2.5 5.8.2.6 5.8.2.7 5.8.2.8 R. O. No. 6-1992-08-18 Su forma ser tronco-cnica con el borde de aguas arriba redondeado. El dimetro del o rificio a la entrada ser por lo menos dos veces el dimetro de la salida. 5.8.2.9 L a prdida de carga a travs de los orificios debe ser por lo menos cuatro veces el v alor de la energa cintica de aproximacin, con el objeto de igualar la distribucin de l flujo tanto horizontal como verticalmente. El diseo de la estructura de salida debe ser tal que se neutralice al mximo el efecto de las corrientes de densidad y se evite la formacin de corrientes que arrastren partculas desde el fondo hacia l a salida del tanque. Para el efecto, el diseador puede seleccionar canaletas, ver tederos, tubos perforados o cualquier otro aditamento que cumpla con los requisi tos anteriores. No se colocar ningn vertedero o canaleta de rebose transversal, ju nto al o cerca del extremo final del tanque. Se disear un sistema de canaletas que cubra por lo menos la tercera parte final de la superficie del tanque. La super ficie servida por canaletas se calcular utilizando una carga de diseo de 60 m3/m2/ d a 90 m3/m2/d. Las canaletas se dispondrn paralelamente, en direccin transversal o longitudinal, con un espaciamiento entre ejes que oscile entre 4 y 6 m. Para e xtraer el lquido se podrn utilizar vertederos a lo largo de las canaletas u orific ios en sus paredes. Estos ltimos son muy tiles para eliminar basuras flotantes y d eben estar sumergidos entre 30 y 60 cm bajo la superficie. De esta manera, se pu ede variar el nivel de operacin del sedimentador. Todo tanque de sedimentacin ir eq uipado con un rebosadero y un desage que sean hidrulicamente independientes y que permitan desalojar todo el caudal que entre al tanque. La remocin de lodos se har preferentemente en forma manual. Slo en caso de plantas grandes o en plantas de a blandamiento se puede considerar la limpieza continua de lodos por medio de equipo mecnico. En este caso, el equipo ser preferentemente rotatorio, y deber cubrir c omo mximo el primer tercio de la longitud total del tanque, pues es all donde se p roduce la mayor parte de la acumulacin de lodos. El resto podr limpiarse manualmen te una o dos veces al ao, de220 5.8.2.10 5.8.2.11 5.8.2.12 5.8.2.13 5.8.2.14 R. O. No. 6-1992-08-18 pendiendo de las circunstancias. 5.8.2.15 Para la limpieza manual discontinua, s e proveer una profundidad para la acumulacin de lodos de no menos de 2 m al princi pio del tanque y 0,30 m al final. El fondo del tanque tendr una seccin transversal en forma de V con una pendiente lateral de 10% hacia el eje central; se proveer adems una pendiente mnima longitudinal del 5% desde el extremo final del tanque ha cia su principio. En caso de que se desee hacer una extraccin continua o intermit ente de lodos, se proveern sumideros en forma de troncos de pirmide invertida, cuy os lados tengan una inclinacin mnima de 60 grados con la horizontal, ubicados en e l lado ms profundo del tanque. Sus paredes debern ser absolutamente lisas para fac ilitar el flujo del lodo hacia el fondo del sumidero. Sedimentadores de flujo as cendente Son de seccin transversal circular, cuadrada o rectangular. Su parte inf erior es tronco piramidal o tronco cnica, con un ngulo de inclinacin respecto a la vertical de 30 a 45 grados. El afluente debe introducirse en tal forma que se di stribuya uniformemente por encima de la cmara de lodos en corrientes ascensionale s. La salida se har por la parte superior en forma uniforme, ya sea escurriendo e l agua por un vertedero que se colocar en todo el permetro del tanque y que se com unicar con una canaleta perifrica, o ya sea por medio de un sistema radial de cana letas o de tubos perforados que recogen el agua y la transportan hacia una cmara central, desde la cual parte el conducto de salida. El lodo deber evacuarse peridi camente por lo menos cada cinco das, por escurrimiento o por sifonaje, bajo la pr opia presin del lquido. La profundidad del tanque se fijar de tal manera que el asc enso del agua no sobrepase de 1,8 m a 2 m. La velocidad de ascenso de flujo se t omar entre 12 m/d y 24 m/d. Sedimentadores laminares Estn constituidos por tanques convencionales de 221 5.8.2.16 5.8.3 5.8.3.1 5.8.3.2 5.8.3.3 5.8.3.4 5.8.4 5.8.4.1 R. O. No. 6-1992-08-18 flujo horizontal o ascendente, a los cuales se les cubre parcialmente con placas o tubos para interceptar las partculas sedimentables. Las placas o tubos son par alelos y el flujo a travs de ellos debe ser laminar. Son de dos tipos: prcticament e horizontales, con una inclinacin de aproximadamente 5 grados respecto a la horizontal, y muy inclinados, formando un ngulo de 55 a 60 grados con la horizontal. Para su diseo se pueden utilizar los siguientes criterios: a) Las placas o tubos pueden plstico reforzado con fibra cualquier otro material sustancias peligrosas para la ser de madera, de vidrio, PVC o que no emita salud. b) La separacin entre placas o entre las paredes de los tubos, ser alrededor de 5 cm o 6 cm. En el caso de placas o tubos muy inclinados, su ngulo de inclinacin no exc eder de 60 grados y su longitud paralela a la direccin del flujo ser alrededor de 1 ,2 m. El nmero de Reynolds a mantenerse entre las placas ser menor o igual que 500 . La superficie de las placas o de los tubos deber estar entre 0,3 m y 0,9 m bajo la superficie del lquido y su extremo inferior, por lo menos a 1,2 m sobre la su perficie de los lodos acumulados en el fondo de tanques rectangulares, y en todo caso a la profundidad requerida para evitar que el agua decantada presente una velocidad superior a 1 m/min. La carga hidrulica superficial en la zona cubierta por placas o tubos estar entre 100 m3/m2/d y 180 m3/m2/d para tanques de flujo ho rizontal. Esta carga se calcular dividiendo el caudal de diseo para la superficie total del sedimentador. La zona cubierta por placas o tubos en tanques rectangul ares o circulares de flujo horizontal, cubrir entre la mitad y las tres cuartas p artes de la superficie del tanque ms cercana a su salida, evitando cubrir zonas e n las que haya inestabilidad de flujo. En el caso de tanques de flujo ascendente , se puede cubrir toda la superficie con mdulos de placas. De estos mdulos, alguno s debern 222 c) d) e) f) R. O. No. 6-1992-08-18 ser removibles para facilitar el acceso al interior del tanque, para reparacione s o limpiezas. g) En caso de placas o tubos horizontales, se debern mecanismos ne cesarios para frecuente. prcticamente proveer los su limpieza h) Se recomienda utilizar como estructura de entrada a los sedimentadores, conducto s longitudinales con orificios ubicados debajo de las placas. La velocidad de fl ujo en los conductos debe ser alrededor de 0,15 m/s y el gradiente de velocidad en los orificios de distribucin debe estar entre 20 s-1 y 15 s-1. Como estructura s de salida se pueden disear un canal central recolector y canales laterales, un canal central y tuberas laterales perforadas, o un canal central y vertederos lat erales. Se recomienda tubos con orificios de igual dimetro en la parte superior, que tengan una carga de agua de 5 cm a 10 cm y trabajen con descarga libre. Para la recoleccin de los lodos sedimentados, se recomienda disear tolvas tronco-cnicas con pendientes de paredes entre 45 y 60 grados, que pueden ser continuas o sepa radas. Estas tolvas estarn conectadas a un sistema de drenes para recoleccin de lo s lodos, en los cuales se debe mantener una velocidad de 0,3 m/s para lodos sin arena ni poli electrolitos, y de 1 m/s para el caso contrario. La descarga de lo dos se puede hacer de forma mecnica automtica, mecnica manual, o hidrulica. La desca rga mecnica manual se recomienda solamente para plantas medianas y pequeas. La des carga hidrulica puede ser utilizada en todo tipo de plantas, y consiste en el uso de sifones intermitentes. Estos sifones son fabricados con tuberas de PVC o hier ro fundido de 100 mm a 150 mm de dimetro, y previstos para trabajar con velocidad es de 1,1 m/s a 2 m/s; contienen adems un tanque regulador con una capacidad til de 20 litros a 30 litros, lo que da tiempos de funcionamiento de 45 min. a 60 min .; y eyectores largos de 1,5 m a 2 m, que producen velocidades de 0,4 m/s a 0,43 m/s respectivamente. 223 i) j) k) R. O. No. 6-1992-08-18 l) Si se utilizaran mdulos plsticos, la velocidad longitudinal media en los elementos tubulares, se limitar como mximo a 0,3 cm/s; la altura usualmente estar entre 0,5 m y 0,6 m. Sedimentadores de manto de lodos 5.8.5 5.8.5.1 Son aquellos en los que el flujo es netamente ascendente y produce, como resulta do, un manto de lodos cuya funcin principal es atrapar a los microflculos y promov er la floculacin de partculas coaguladas. Pueden ser utilizados para floculacin y d ecantacin simultneas, utilizando coagulantes convencionales; para la eliminacin de hierro y manganeso; y, son los reactores ideales para plantas de ablandamiento s olo o de ablandamiento y floculacin combinados. Para el diseo de los decantadores de manto de lodos se utilizarn los siguientes parmetros de dise: a) La carga hidrulic a superficial puede variar preferiblemente entre 50 m3/m2/d y 100 m3/m2/d, aunqu e algunos reactores patentados pueden operar con cargas alrededor de 200 m3/m2/d . Se debe mantener una altura mnima de lquido clarificado de 1 m sobre el manto de lodos. Se debe disear un concentrador interno de lodos, cuyo borde superior sirv a como vertedero de lodos. Para su diseo, la velocidad de flujo a travs de su cres ta ser aproximadamente de 0,015 m/s. El efluente se recoger mediante canaletas con orificios o con vertederos, que preferiblemente se extiendan en forma radial ha cia un canal de recoleccin perifrico. Para mejorar la eficiencia de remocin de slido s se podr utilizar placas o tubos paralelos con un ngulo de inclinacin de 60 grados con respecto a la horizontal. En este caso, la carga hidrulica podr duplicarse, s iempre y cuando se disponga de suficiente capacidad de remocin de lodos. La utili zacin de placas es imprescindible cuando la turbiedad en el afluente es baja. Est os decantadores y los de recirculacin de 224 b) c) d) e) f) g) R. O. No. 6-1992-08-18 lodos pueden conseguirse prefabricados, y pueden ser especificados en base de ca tlogos, siempre y cuando exista la autorizacin de la SAPYSB. 5.8.6 5.8.6.1 Sedimen tadores con recirculacin de lodos Son aquellos en los que los lodos separados del lquido son recirculados a una zona de reaccin, donde se ponen en contacto con las partculas que estn siendo floculadas. La mayor parte de estas unidades son patent adas y se venden prefabricadas. Son de fabricacin nacional y extranjera y pueden utilizarse para las funciones de floculacin y clarificacin de aguas con partculas s uspendidas y para el ablandamiento. Para su diseo o seleccin se utilizarn los sigui entes criterios: a) Los productos qumicos se inyectarn en puntos que garanticen una mezcla satisfactoria con el agua. El equipo de mezcla debe permitir una comple ta desestabilizacin de las partculas coloidales o un contacto adecuado entre los r eactivos y el agua; y, al mismo tiempo, inducir una corriente que promueva la re circulacin de los lodos decantados. La utilizacin de placas o tubos de sedimentacin ser imprescindible para el caso de aguas que en algunas pocas del ao tengan turbie dades inferiores a 50 unidades. Flotacin Cuando el agua cruda contiene niveles al tos de partculas de baja densidad como algas, o cuando la coagulacin produce flculo s que sedimentan muy lentamente, la flotacin con aire disuelto es una alternativa viable al proceso de sedimentacin. Para esto se utilizan cargas superficiales en tre 180 m3/m2/d y 300 m3/m2/d aplicadas a tanques rectangulares o circulares. Re comendaciones Generales La distribucin del agua hacia sedimentadores debe ser uni forme. un conjunto de b) 5.8.7 5.8.7.1 5.8.8 5.8.8.1 5.8.8.2 Los gradientes de velocidad en las diferentes estructuras de clarificacin deben s er menores que en la floculacin. La zona de lodos de sedimentadores con remocin 22 5 5.8.8.3 R. O. No. 6-1992-08-18 manual de los mismos, debe permitir la acumulacin del volumen correspondiente a 3 0 das de funcionamiento. 5.8.8.4 En general se tratar de utilizar por lo menos dos clarificadores en paralelo, requisito indispensable para plantas medianas y gra ndes. Si se realizan pruebas de laboratorio para determinar las cargas superfici ales, en el diseo se emplearn valores inferiores al 80% del valor de las tasas exp erimentales. Toda el agua clarificada ser conducida a un punto en el cual se podrn introducir productos qumicos destinados a acondicionar el agua antes de la filtr acin. La instalacin, operacin y mantenimiento inicial de todo equipo prefabricado, debern ser supervisadas por tcnicos de la compaa proveedora. Se deber exigir la garan ta de que cualquier falla de los equipos provistos sea corregida a la brevedad po sible y sin que se produzca ninguna interrupcin del servicio. Filtracin. La filtra cin es un proceso fsicoqumico utilizado para separar impurezas suspendidas y coloid ales del agua, mediante su paso a travs de un medio granular, siendo el ms comn la arena. Los materiales retenidos pueden ser flculos, microorganismos y precipitado s de calcio, hierro y manganeso, entre otros. Bsicamente se distinguen dos tipos de filtros: los lentos, de baja carga superficial; y, los rpidos, de alta carga s uperficial. El trabajo de los filtros a gravedad o presin depende, en gran parte, de la mayor o menor eficacia de los procesos preparatorios. Existen adems las un idades patentadas para filtracin, cuyas caractersticas de diseo y constructivas son particulares de cada fabricante. El empleo de estas unidades podr ser autorizado por la SAPYSB, una vez que haya comprobado sus ventajas a base de las especific aciones de los fabricantes. 5.9.2 Filtros lentos de flujo descendente. Consisten en un tanque que contiene una capa sobre nadante de agua cruda, un lecho de are na filtrante, un sistema de drenaje para recoleccin del agua tratada, y un juego de dispositivos para 226 5.8.8.5 5.8.8.6 5.8.8.7 5.95.9.1 R. O. No. 6-1992-08-18 regulacin y control del filtro. El proceso de purificacin del agua es biolgico, y s e produce fundamentalmente en una capa de lodo biolgico que se forma en la superf icie de la arena. 5.9.2.1 Filtros lentos convencionales a) El lecho filtrante se r una capa de 1 m a 1,4 m de arena, apoyada sobre grava, con las caractersticas qu e se indican a continuacin: Caractersticas de la arena 0,15 a 0,35 mm 1,5 a 2, mxim o 3 7 (escala de Mohr) < 5 % TABLA VI.5 Tamao efectivo Coeficiente de uniformidad Dureza Solubilidad al HCl TABLA VI.6 CAPA # 1 2 3 b) Caractersticas de la grava DIMETRO, mm 1 1,4 4 5,6 16 23 ESPESOR, m 0,1 0,1 0,15 La capa de agua sobre nadante tendr una altura de 1 m a 1,5 m, y se dejar un borde libre de 0,2 m a 0,3 m en la caja del filtro. La velocidad de filtracin deber ser de 0,1 m/h a 0,2 m/h. Se usar un mnimo de dos unidades dimensionadas para que cad a una pueda trabajar al 65% del caudal total de diseo. Los sistemas de drenaje po drn estar constituidos por losetas prefabricadas de hormign, ladrillos y bloques d e hormign poroso, por tubos perforados y por grava gruesa. En caso de utilizarse tuberas con perforaciones, la velocidad del lquido dentro de ellas no exceder 0,3 m /s; el espaciamiento entre laterales ser de 1 m a 2 m; el dimetro de los orificios ser tal que permita la entrada del caudal correspondiente 227 c) d) e) R. O. No. 6-1992-08-18 al caudal de servicio de cada lateral y generalmente oscilar entre 2 mm y 4 mm; e l espaciamiento entre los orificios generalmente variar entre 0,1 m y 0,3 m. Las tuberas irn embebidas dentro de una capa de grava de 0,15 m de espesor, con partcul as de 25 mm a 50 mm de dimetro. Cuando se utiliza grava como sistema de drenaje, la altura de la capa es alrededor de 0,15 m, formada por partculas de 40 mm a 100 mm de dimetro; el rea mxima de lecho filtrante servida por un drenaje de grava ser de 25 m2. f) Sistemas de control. Los filtros lentos pueden operarse a tasa cons tante o a tasa variable. Para este efecto debern disearse las estructuras de entra da y de salida de modo que permitan operar el filtro en cualquiera de las dos mo dalidades. La estructura de entrada se disear de modo que se cumplan las siguiente s condiciones: h) Se produzca una distribucin uniforme del lquido sobre toda la su perficie del filtro.; Se impida la destruccin de la capa biolgica; Se pueda drenar rpidamente la capa de agua sobre nadante, cuando se desee hacer la limpieza del filtro; Se pueda interrumpir totalmente la entrada de agua al filtro. g) La estructura de salida se disear de modo que se cumplan las siguientes condicione s: Se impida la posibilidad de presiones negativas en el lecho filtrante; Se pue da medir el caudal producido por el filtro; Se pueda controlar la tasa de filtra cin si as se desea; Se pueda cerrar el filtro y drenarlo. i)Para facilitar la operacin y mantenimiento de la unidad, se prever la instalacin de tuberas de interconexin entre filtros; la construccin de un bordillo perimetral pa ra evitar cortocircuitos; y, el uso de cubiertas en climas rigurosos para evitar el crecimiento de algas. 228 R. O. No. 6-1992-08-18 j) 5.9.2.2 Estos filtros por lo general se disean para mantener el nivel de agua constante. Filtros lentos modificados a) Se ha encontrado que algunas modificaciones pueden resultar ventajosas en los filtros lentos convencionales, tales como las siguie ntes: b) Permitir un nivel de operacin variable; Permitir la distribucin y recolec cin mediante canales y compuertas; Permitir la regulacin y control mediante verted eros y compue