Tratamientos Preliminares y Primarios

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INGENIERIA DEL AGUA

SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

TRATAMIENTOS PRELIMINAR Y PRIMARIOS

CIRA-UNAN, MANAGUA, PROF:ING.MARIA ELENA BALDIZON. 1


LAS REJAS:

Son universalmente utilizada a remoción de sólidos y cuerpos flotantes y constituyen la primera unidad de tratamiento. Son un conjunto de barras colocados una al lado de otra, esta puede ser rectangulares o circulares y con un determinado grado de inclinación.

Objetivo: Su finalidad es retener sólidos gruesos de dimensiones relativamente grandes que esten en suspensión o flotante.

Las rejas son empleados para proteger contra obstrucciones las válvulas bombas, equipos, tuberías y otros partes de la plantas. También contribuyen o dan una mejor apariencia a la planta y reducen el volumen de flotantes.

Clasificación. Se clasifican de acuerdo a la seperación entre barras pueden ser:- finas 1 a 2.0 cm ( 3/8" a 3/4" )- medianas 2 a 4 cm ( 3/4" a 1/2" ) más



- gruesas 4 a 10 cm ( > 1/2" )

Rejas gruesas. Colocación de rejas gruesas que eliminen los residuos de gran tamaño, como plásticos, piedras, trapos, etc., que pueden ser arrastrados a la planta de tratamiento produciendo obstrucciones y averías en los equipos y .

Rejas finas. Colocación de rejas finas o tamices a continuación de la anterior que sirva para retener sólidos de menor tamaño

La limpieza : puede ser manual o mecanizada.Limpieza manual consiste en meter el rastrillo y extraer la basura o sólidos retenidos , dejar secar y luego incinerarlos o enterrarlos.

Tipos de Rejas.

1-Rejas sencillas de limpieza manual. 2-Rejas mecanizadas.

Las rejas sencillas de limpieza manual son empleados en instalaciones pequeños para facilitar la remoción de los sólidos retenidos la inclinación debe ser menor a los 60º (30 - 45 grados centigrados) con la horizontal.

El rastrillero períodicamente deberá limpiar la reja, dependiendo de las características del líquido residual y de las rejas, debiendo realizarse oportunamente su limpieza para evitar una excesiva pérdida de carga.

EL material que sale de las rejas se debe tirar a la asura para su debido relleno sanitario, sino incinerables en el propio lugar o relleno sanitario adecuado en el lugar.



Fig. 1 Reja Fina de limpieza manual

Fig. 2 Rejas de Limpiza manual, gruesas y finas colocadas en canal rectangular .



CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE REJAS

1-Caudal de diseño: Caudal máximo y caudal medio del día.

2-Velocidad de paso: Velocidad minima: 0.40 m/s , normal = 0.60 m/seg máxima: 0.75 m/s hasta 0.90 m/seg.

Hay que verificar la velocidad para el Caudal medio

3- Area Util efectiva (Au.):Area libre o de escurrimiento entre barras.

Au= Q máx V Hmáx: profundidad del agua del canal cajas de las rejas

4- Area Total de las rejas. (Sección líquida del canal de la caja, incluye barras y espacio libres).Conociéndose la abertura de las barras (a) así como el espesor de la misma (t) se puede calcular el área total o sección de flujo aguas arriba.

S = A.total = Au a+ t =

a

5- Eficiencia.(E): Representa la relación entre el área libre y el área total del canal . E = a Varía de 0.60 - 0.85.=0.75 a + t S = Atotal = Au E

6- Ancho de reja (b):

At = b * Hmáx. b = At / Hmáx.

b: Ancho de las rejas

7-. Pérdida de carga(Hfo): El nivel de aguas arriba de la reja es determinado por el nivel de agua de la unidad o canal subsiguiente o por la pérdida de carga en la reja. : Hfo < 0.15 m, máx = 0.30m.



-Fórmula deKirschmer. (Barras limpias). hfo = K t senf v 2 a 2g

hfo : perd. de carga en m. K : factor que depende la forma de la sección: rectangular K = 2.42, circular K = 1.79 g = 9.8 m/s2

a : abertura o espacio libre entre barras t : espesor de la barra o la más grande f : Angulo. que las barras hacen con la horizontal. v : veloc agua arriba m/s.

Fórmula de Metcalf

hfo = 1.143 V 2 - v 2 2g

V : veloc através de las barras ( 0.60 - 0.75 )v : veloc. agua arriba de las rejas v = V.E Hfo : valor más alto de per didas de las 2 condiciones del proceso.

-Pérdida de carga parcialmente obstruida. Hf =( E/Eo )2 hfo E: relación de area abierta con reja limpia. Para el 25% Eo: relac. area abierta bajo la condición Hf =( E/0.75Eo )2 Parcialmente obstruída

8- Verificación de la velocidad promedio.(At') At'= b* Hmed. Au'= At'* E Vprom.=Hmed/ Au' 0.40 < Vprom < 0.75. m/s.

9- Tirante del canal en la Reja. y = Hmáx+Hfo+B.L

10-Recomendaciones



- El nivel del agua : aguas arriba de la reja es determinado por el nivel del agua de la unidad canal subsiguiente y por la pérdida de carga en la reja.

Conocida la profundidad agua arriba de la reja resulta el ancho total de la reja (ancho del canal)

- H es la altura de agua en caja de arena, parshall, vertedero y siempre que se va diseñar una reja hay que diseñar lo que esta después.

- El canal de entrada deberá ser recto para proporcionar una distribución uniforme del flujo de las rejillas y deberá mantener una velocidad aproximada de 45 cm/s a caudal máximo (Qmáx.)

- La longitud de las barras debe ser tal que se extienda por lo menos 25 cm en proy vertical por arriba del nivel máxima del agua.

- Medidores de Caudal: normalmente el medidor de caudal está siempre aguas abajo de las rejas para evitar que el material flotante cuse problemas.

El clásico es canal parshall, Palmer Bourls y vertederos que no son muy recomendables, pero si se usan, hay que estar limpiando.

- Repartidores de caudal.

1. Caja circulares: repartidas proporcionales. 2. Vertederos rectangular dobles.

- EJEMPLO 1. DISEÑO DE REJAS

Qdis = Qmáx = 50 l/seg = 0.050 m3/seg Qprom = 2 l/seg = 0.020

1. Veloc entre barras = 0.60 m/seg

2. Area util Au = Qmáx/V = 0.050/0.60 = 0.0833 m2

3. Eficiencia = a/a + E = 5/5+1.25 = 0.80

a = 5 cm , b = 1.25 cm 4. Area total de la sección líquida

At = Au/E = 0.0833/0.80 = 0.104 m2



5. Ancho del canal (reja)

b = At/Hmáx = 0.104/0.35 = 0.297 =~ 30

Hmáx = 0.35m

6. Verificacion con veloc promedio.

At' = b Hmed = 0.35 * 0.25 = 0.0875 m2

Au' = At'E = 0.0875 * 0.80 = 0.070 m2

vprom = 0.050 m3/s/0.070 m2 = 0.71 m/seg > 0.40 < 0.75 m/seg

7. Pérdida de carga

- Hf = K V2/2g K = 0.54 Hf = 0.54 (0.6)2/2*9.8 = 0.0099

- Hf = B (t/a)4/3 sen c v2/2g B = 1.79 Hf = 1.79 (5/1.25)4/3 sen45 (0.60)2/2*9.8 Hf = 0.0034 - Hf = 1.143 V2 - v2/2g = 1.143 [ (0.60)2 - (0.48)2/19.6 ] v = V * E = 0.60 * 0.80 = 0.48

- Verificar la reja parcialmente obstruida al 25%

Hf. = E/E. Hf = E/0.75E. Hf = 0.80/0.75 * 0.80 * 0.034 Hf. = 0.045

Tirante del canal en el sistema de la reja ynormal + Hf. + B*L Y = 0.35 + 0.045 + 0.25 = 0.645 = .65m.

TANQUES SEPTICOS

- Definición:

Un tanque séptico es una unidad de tratamiento de sedimentación y digestión, generalmente cerrado, de escurrimiento horizontal y continuo. La velocidad y permanencia del líquido del tanque permiten la descomposición de las partículas en



suspensión y en el fondo, donde los lodos son digeridos por la descomposición anaerobia, se transforman en sustancias sólidas parcialmente mineralizadas, líquidos y gases.

Funcionamiento:Loa tanques sépticos seguidos de un sistema de absorción en el suelo constituyen sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales ampliamente utilizados en las áreas rurales por su costo relativamente bajo y el limitado mantenimiento que requierenLas soluciones que se adoptan para pequeños nucleos de población (con un tope entre los 2.000 y los 5.000 habitantes) deben tener en cuenta que los costos de construcción y de mantenimiento de las instalaciones pequeñas, muchas veces puede ser mayor (en coste por habitante) que las instalaciones mayores.

-Objetivos:

a) Retención de sólidos flotantes y materias grasas, los cuales pasan a constituir las espumas en la parte superior del tanque.

b) Permanencia del agua de desecho por período suficiente para permitir la decantación de sólidos sedimentables, los cuales pasan a la parte inferior del tanque.

c) Disposición, acumulación y acondicionamiento de lodos decantados en la parte inferior del tanque de forma de posibilitar la descomposición anaerobia y consecuentemente la liquidación, gasificación y mineralización parcial. Esta descomposición o tratamiento de aguas negras en condiciones anaerobias es llamada séptico, de aquí el nombre de la fosa.

d) Desintegración y degestión parcial de la cámara que constituye la espuma flotante.

e) Reducción del No. de bacterias patógenas comunes en los desechos.

- Aplicación:

Los tanques sépticos se aplican económicamente como tratamiento primario de Aguas residuales de casos aislados, tales como residencias, escuelas, pequeñas instituciones etc., donde no existe red de alcantarillado sanitario, considerando como una solución provisional para áreas urbanas, debiendo ser sustituidas por la red pública.El líquido que sale del tanque séptico tiene altas concentraciones de materia organica y organismos patógenos por lo que se recomienda no descargar dicho líquido directamente a drenajes superficiales sino conducirlo al campo de oxidación para tratamiento.



Los tanques sépticos deben ser herméticos al agua, durables y estructuralmente estables.El concreto reforzado y el ferrocemento son los materiales mas adecuados para su construcción.Al tanque séptico se le deben colocar tapas para la inspección y el vaciado.

-TIPOS DE FOSAS

A) Cámara única.(ver gráficos 2 y 3) B) Cámara en serie(ver gráficos 6 ) C) Cámara superpuesta(ver gráficos 4 y 5)

-Criterios Generales

Para que un tanque séptico puede realizar eficientemente sus funciones previstas, este deberá ser bien proyectado, estableciendo criterios según se forma y dimensiones, tomando en cuenta las condiciones locales. Los principales criteriosson elementos básicos para su dimensionamiento son:

1- Generales Contribución de desechos. Disponibilidad del agua. Tipo de establecimiento. Para iviendas o grupos de viviendas, incluyendo espacio para lodos 150 Hs/per/día. (ver tabla 1)

2- Período de retención. Varía inversamente con la variación del caudal y por tanto con el número de Población servida. Generalmente está comprendido entre 4 a 24 horas siendo este último valor adoptado para unidades destinadas a servir hasta de 30 pers. (volumen hasta 6000 lts)(ver tabla 2)

3- Capacidad mínima.

Depende del tipo de fosa séptica: a) cámara única = 1250 litros b) cámara en serie = 1650 lts c) cámara superpuesta = 1350 lts 4- Período de almacenamiento de lodos digeridos. Tiene capacidad para almacenar lodo digeridos por un período mín de 10 meses o 300 días, para efecto de cálculo. 5- Tirante más del líquido : 1.10 m

6- Relación largo ancho.

Para fosas de forma cilíndrica



a) diametro intenso mín = 1.10 m b) el diámetro < 2 h

Para fosa rectangular de cámara única` a) ancho min b = 0.70 m b) relación largo ancho 2 < L/b < 4 c) el ancho < 2h

Para fosa rectangular de cámara en serie:

a) Ancho mín = 0.80 m b) Relación largo ancho 2< L/b < 4 c) el ancho b < 2 hd) la primera y 2da. cámara debe 2/3 Vt y 1/3 Vt respectivamente. e) La 1ra. y 2da. debe 2/3 L y 1/3 L respectivamente. f) el borde inferior de abertura que pasa entre la cámara debe estar a 2/3 h g) el dorbe superior de abertura que pasa entre la cámara debe estar como mín a 0.30 m . abajo del nivel del líquido El área total de abertura entre cámara debe ser del 5 % al 10 % de la sección transversal útil de la fosa.

7- Diferencia del tubo de entrada y salida de 0.05 m

8- Inspección: Acceso. a) las tapas de inspección o acceso deben tener como mín un ancho de 0.60 m. b) las fosas que tienen un largo > 2m deben tener por lo menos dos tapas de inspección. 9- Borde libre: 0.25 < BL > 0.30m

- Resultados Obtenidos:Las instalaciones bien proyectada y con un buen mantenimiento pueden esperarse los resultados siguientes:

Remoción de sólidos sedimentables 85 al 95 %Remoción de grasas 70 al 90 % " de sólidos en suspensión 50 al 70 %Reducción de DBO 40 al 60 %

Localización:Las fosas sépticas deben colocarse donde no puedan provocar contaminación de algún pozo, manantial u otra fuente de abastecimiento de agua, por lo tanto deben de considerarse.

a) > 15 metros de cualquier fuente de abastecimiento b) > 3 metros de la vivienda.



c) > 1.5 metros verticalmente arriba del No. fréatico d) No deben localizarse en zonas pantanosas ni en áreas sujetas a inundaciones. e) En general la fosa debe loclizarse donde se disponga de mayor área, para el

campo de eliminación y disposición final del afluente.

- Disposición del afluente de un tanque séptico puede ser dispuesto : a) Al terreno (suelo) - A traves de pozos de filtración.(ver gráficos 7 y 8) - Zanjas de infiltración.(ver gráfico 9)

b) En agua de superficie.

-Con tratamiento complementario de zanjas de infiltración.-Con tratamiento complementario por medio de filtro anaeróbico.

DIMENSIONAMIENTO DE FOSAS SÉPTICA DE CÁMARA UNICA.

- Calculo de volumen útil

V = N ( CT + 100 Lf)

V : vol útil en litros N : No. de personas C : contribución de desechos ( l/por x día tab. 1) T : período de detención en día (tabla 2) Lf : contribución de lodos frescas ( l/per x d. tab 1 )

- Fosa Séptica forma prismática rectangular.

Largo interno min b = 0.70 m relación de l y b 2 < </b < 4 prof útil mín h = 1.10 m largo de fosa (b) no puede pasar dos veces la prof. util (h)

DIMENSIONAMIENTO DE FOSA SÉPTICA DE 2 CÁMARAS EN SERIE vol útil v = 1.3 N ( CT + 100 Lf )

v: vol en litros N: No. de contribuyentes



C: contribución de desechos (l/por/dia tabla 1) T: periodo de detención días ( tabla 2 ) Lf: lodos frescos (l/p/dia) tabla 1 vol util mín admisible = 1650 lts

b: largo interno mín = 0.80 (Na) < b < 2h h : prof. útil mín = 1.20 m relación entre L y b 2 < L/b < 4 - La 1ra. y la 2da. cámara deben de tener un vol útil respectivamente 2/3 y 1/3 del vol útil total (V)

- El comportamiento de la 1ra. cámara 2/3 L y la 2da. 1/3 L

- El borde inferior de la aberturas que pasan entre las cámara deben estar mín a 0.30 m abajo del nivel líquido

- El área total de las aberturas que pasan entre las cámaras debe ser del 5 % al 10 % de la sección transversal útil de la fosa séptica.

Ejemplo:( 1 cámara ) población de 100 personas Q = 150 l/p/dia (tabla 1) Td = 24 horas (tabla 2) v.útil = N ( CT + 100 Lf ) = 100 p (150 l/pxdia x 1dia)+100(1) = 25000 lts = 25 m3

Lf = 1 litro/por/dia Dimensiones de la fosa si L : largo L = 2b y H = 2.5 b : ancho h : prof.

L * b * h = 25 m3

2b * b * h = 25 m3

2b2 = 25/22.5 b = ³ 5 = 2.25 m L = 2 ( 2.25 ) = 5.50 m

Dimensiones



largo = 5.50 ancho = 2.25 m altura total = 2.50 + 0.30 = 2.8 ( 0.30 de B.L )

TANQUE IMHOFF.Este sistema, análogo a las fosas sépticas, se produce el tratamiento en dos cámaras situadas una encima de la otra. En la cámara superior se efectúa la separación sólido-líquido y en la zona inferior se produce la digestión anaerobia de los sólidos sedimentados.Existen varias denominaciones a los diferentes tanques, que tienen pocas diferencias. Los más habituales son los tanques Imhoff, tanques Emscher, tanque Kremer, tanque Clarigester, etc.

CAMPOS DE OXIDACIÓN

Cuando las condiciones del lugar son óptimas y no hay amenaza para la calidad de las aguas subterráneas, usualmente la infiltración en el suelo es el mejor método para que el liquido que proviene de la caja de distribución.

El liquido pasa a través de una tubería perforada, generalmente de gres, con 4" de diámetro.La tubería debe tener una pendiente promedio de 4% para permitir el desplazamiento del líquido.Si existen aguas subterráneas en la zona del campo de oxidación o infiltración, el nivel debe quedar por lo menos a un metro de profundidad del fondo de la zanja de infiltración.

Zanjas filtrantes

Son zanjas de poca profundidad (< 1,0 m) y anchura (0,45-0,80 m), excavadas en el terreno que recogen y distribuyen las aguas residuales sobre un lecho de tierra vegetal, grava y arena.

Lechos filtrantes

Proceso similar al anterior, pero las zanjas son más anchas (hasta 2,0 m)

POZOS DE ABSORCION

Si el nivel freático es bajo (a más de 4 m) se pueden construir pozos que presentes una gran superficie vertical. Alrededor de un pozo perforado se situa una capa de grava que va a desarrollar la capacidad de retener la contaminación.

Los pozos de Absorción no deben usarse cuando exista la posibilidad de contaminar aguas subterráneas, ni donde sea posible utilizar las zanjas de absorción. Cuando deban utilizarse pozos de absorción al menos debe tener 1.50 m del nivel máximo de agua freática.



Para determinar la capacidad de infiltración de un pozo se deben realizar pruebas de infiltración en cada estrato vertical penetrado por el mismo . El promedio ponderado dará la tasa de infiltració

FILTRO BIOLOGICO ANAEROBIO

1. Volumen útil : V= 1.6 N CT

Donde :

V= Volumen útilN = número de contribuyentes.C = contribución de desechos en lppdT = período de detención en días.

2. Sección horizontal S = V/1.8

S = sección en m2

V = volumen en m3

3. Medio Filtrante con granulometría uniforme, pudiendo variar entre 50 y 80 mm.

4. Profundidad útil de 1.80 m.

5. Diámetro mínimo de 0.95m o ancho mínimo de 0.85 m

6. Diámetro máximo o largo máximo no debe ser mayor de tres veces la profundidad útil.(L< 3h)

7. Volumen útil mínimo de 1250 litros

8. Carga hidrostática mínima de 0.10 m, por tanto el nivel de salida del efluente del filtro debe ser 0.10 m abajo del nivel de salida de la fosa séptica.

9. Fondo falso con separaciones o aberturas de 0.03 m espaciadas a cada 0.15 m entre sí.

10.Los tubos de entrada de la fosa al filtro deben tener como mínimo de 0.10 m de diámetro, distribuidos uniformemente del fondo del filtro.


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