Calculo de Pretratamiento, Tanque Imhoff y Humedales

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS CRITERIOS DE DISEÑO 1 TIPO DE TRATAMIENTO PROPUESTO: TANQUE IMHOFF+HUMEDALES ARTIFICIALES. Los diferentes tipos de tratamiento considerados para la primera etapa de 10 años, con un caudal medio diario de 696 m3/hr (8.05 lps),la primera etapa de diez años fueron: a) Lagunas Lagunas de estabilizació estabilización. n. Un dimensionamiento preliminar dio por resultado un área mínima necesaria de 2.4 hectáreas más un volumen de terracería considerable por las profundidades requeridas. b) Reactores Reactores anaeróbicos anaeróbicos de flujo flujo ascendente ascendente (RAFA) (RAFA) Se consideró que estos reactores requieren tratamiento secundario(laguna secundaria) con un área superior a la disponible. Además, la posibilidad de descuido en el mantenimiento del medio filtrante los vuelve vulnerables en su eficiencia. c) Humedales artificiales. La experiencia ha demostrado que constituyen un proceso natural altamente eficiente, con un área considerablemente menor y un mantenimiento mínimo. 2 ARREGLO DE LA PLANTA PROPUESTA. La planta propuesta consiste en dos tanques imhoff en paralelo, cada tanque con el 50% del caudal total, disminuyendo de esta manera la carga orgánica en los tanques primarios. El efluente de cada tanque primario en paralelo, con una carga orgánica del 50% de la carga recibida, pasa al humedal donde se efectúa el tratamiento completo.

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS Datos de Partida Población total de proyecto (Etapa 1) Porcentaje de alcantarillado Población a tratar

hab. % hab.

5800 100 5800

l/hab../d % l/hab../d mg/l mg/l

150 80 2.00 120 250 250

m3/d m3/h lts/seg m3/h lts/seg

696 29.00 8.06 71.34 19.82

Criterios Básicos de Diseño Consumo de agua Factor de conversión (~) Factor de punta:max diario x max. Horario Generación de agua residual DBO5 SST

Caudal de Agua Residual Caudal de Agua Residual Caudal medio horario equivalente a Caudal punta equivalente a

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS ESTRUCTURAS DE PRETRATAMIENTO Datos de diseño: Caudal medio:

Qm =

19.82 lps =

1712 m3/d

Qd =

19.82 lps =

1712 m3/d

Caudal mínimo;

Qmín =

9.91 lps =

856 m3/d

Velocidad máxima en el canal desarenador:

vmáx =

0.30 mts/seg

Caudal máximo de diseño:

Dimensionamiento: Canaleta Parshall Para un caudal de 19.82 lts/seg , se considera una canaleta Parshall prefabricada de resina reforzada con fibra de vidrio del tipo Warminster Fiberglass o similar, de 3" de garganta.

W

Hmáx

Ha Hb

Z

D

CANALETA

Desarenador: Se recomienda un desarenador ubicado en la entrada de la planta, inmediatamnte después de la línea de impulsión, entre la cámara de rejas y el medidor Parshall, dimensionado para una frecuencia entre limpiezas, de una semana. Fórmula aplicable para el cálculo del caudal según la carga H:

Qmáx =

carga máxima en el canal: 2

 1 .1 .Q máx   H  máx     2 .27 .W  

factor C r :

C r  

 R

1

Qmáx Qmín

3

1

 R

resalto Z = C r  . Hmáx = profundidad máxima de agua en el canal: ancho del canal: longitud del canal: factor C v:

a d  

W=

0.075 mts

de donde:

Hmáx =

0.25 mts

de donde:

R=

2

de donde:

Cr  =

0.13

de donde:

Z=

3

 R 

factor R:

0.020 m3/seg

0.03 mts

0.22 mts

Pmáx = Hmáx - Z =

Qmáx  P máx .vmáx

C v  2.6.C r  .1  C r   0.5

el largo del canal debe estar entre los valores:

ad =

de donde:

0.30 mts 0.40 mts

adoptar: de donde: 13.5

Cv = y

0.8151 18C v

y

18Cv =

14.67 mts

seleccionar:

L=

14.50 mts

volumen y profundidad de sólidos arenosos: tiempo entre limpiezas adoptado:

t op =

caudal medio diario:

Qm =

1712 m3/d

carga de sólidos arenosos:

Csd =

0.085 m3/1000m3

volumn de solidos arenosos:

V sa = 0.001*t op.Qmed.Csp =

 p sa 

profundidad de solidos arenosos:

V  sa ad  . L



15 días

2.18 m3 0.50 mts usar

0.10 mts

Se diseña la cota del canal aguas debajo de la canaleta Parshall para que la carga en el canal sea igual o menor de 46 cm de la carga (Hmáx) en el desarenador, todas medidas con referencia a la base de la c analeta Parshall, para asegurar el flujo libre en la canaleta.

Cámara de rejas: ancho de la rejilla adoptado: abertura de la rejilla recomendada: canal de aproximación: ancho del canal:

acanal  

Qmáx 0.6 P máx

 ab  eb     eb 

ab =

10 mm

eb =

50 mm 0.18 mts =

longitud del canal de aproximación

0.40 mts

2.00 mts

Se consideran rejillas con pletinas rectangulares de 2" x 1/4" (50mm x 10mm), instaladas en el extremo aguas arriba del canal de aproximación Ancho del canal: Espesor de la pletina: Separación entre ejes de pletinas:

400 mm =

0.40 mts

t=

10 mm =

0.010 mts

60 mm =

0.060 mts

e=

Número nominal de pletinas:

n = B/e =

6.7 unid.

n =

7 unid.

Número adoptado de pletinas: Separación efectiva entre pletinas:

B=

s = (e - t) =

Carga sobre las barras:

H=

50 mm = 0.25 mts

Area útil con rejas limpias:

ARL = (B-tn)H =

0.102 m2

Area útil con rejas sucias:

ARS = 40%ARL =

0.041 m2

Velocidad con rejas limpias:

VRL = Q/ARL =

0.20 mts/seg

Velocidad con rejas sucias:

VRS = Q/ARS =

0.49 mts/seg (mín)

 Area en canal de aproximación: con rejas limpias:

ACRL = B(H+0.02) =

0.11 m2

con rejas sucias:

ACRS = B(H+0.04) =

0.05 m2

Velocidad en canal de aproximación: con rejas limpias:

vRL = Q/ACRL =

0.18 mts/seg

con rejas sucias:

vRS = Q/ACRS =

0.41 mts/seg

Pérdida de carga a través de las rejas: Fórmula aplicable:

2 2 h  1.4286(V   v )

1 2 g 

donde: h = pérdida de carga en la reja V = velocidad entre las aberturas de las barras v = velocidad de aproximación en el canal g = aceleración de la gravedad Para rejas limpias:

hRL =

0.04 cm

Para rejas sucias:

hRS =

0.54 cm =

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS 1

PARÁMETROS DE DISEÑO Caudal de diseño total: No. de tanques en paralelo: Caudal unitario: Período de retención: Tasa de aplicación superficial: Velocidad media en cámara de sedimentación: Capacidad de la cámara de digestión:  Area superficial de las ventosas: Concentración de carga orgánica en afluente: Concentración de sólidos disueltos en afluente:

a

b

Q= N= Qd = PR = TAS = Vm ≤ Cd = AV > La = SS =

a

8.06 2 4.03 2 24.4 0.3 100 25% 250 250

lps lps hr   m3/m2.d m/s lts/dia.hab del área total mg/l mg/l

y c

1

1.5

d e

f 

2

g

1

h = b + 2a

Dimensionamiento de tanque 1 Dimensiones de la cámara de sedimentación:  Area superficial:  Anchura asumida de la cámara: Longitud requerida de la cámara: Longitud adoptada: Valor adoptado para a Período de retención: Velocidad longitudinal: Volumen de sedimentación:  Area transversal requerida:  Altura adoptada de c Valor calculado de d:  Area transversal calculada: 2 Dimensionamiento de la cámara de digestión: Volumen requerido:  Anchura total del tanque: De donde:

 Altura adoptada de zona neutral: Valor calculado de g: Profundidad total del tanque: Valor asignado al bordo libre:  Area de las ventosas:

As = Qd/TAS = 2bL = b= L = As/b = L= a= PR = VL = L/PR = S1 = Q*PR = AT = S1/L = c= d=(1.5b)/2 = 2  ATC = 2[bc + 0.375b ] = S2 = Cd*P/1000 = h = b +2a = 2) f = XY =(S2-Lh /12)/Lh 2

X = S2 -Lh /12= Y = Lh = f= e= g = 0.5 h/2 = H = c+d+e+f+g = y= AV = (2a*L)/(h*L) =

29 2 14.3 15.0 1.50 2 0.12 58.00 4.1 0.8 1.5

m2 m m m m hrs m/min m3 m2 m m

6.2 m2

ok

ok

406 m3 5.00 m 376.29 71.31 5.28 0.50 1.25 9.33 0.50 90%

m m m m m % > 25%

ok

3 Eficiencia del tanque Carga orgánica en la entrada: Carga orgánica en la salida: Sólidos disueltos en la salida: 4 Lechos de secado de lodos Carga de sólidos que ingresa al sedimentador: Masa de sólidos que conforman los lodos: Volumen de lodos digeridos: Según Tabla 2 (pág 17): Volumen de lodos a extraer: Profundidad de aplicación del lodo:  Area del lecho de secado (con Ha = 0.30 m):  Anchura adoptada para el lecho: Longitud requerida del lecho:

DBOe= BOs= (1-.35%) de DBOe = SSs = C = Q*SS*.0864 = Msd = 0.325*C Vld = 9.6154*Msd Tiempo de digestión = Vel = 0.001*Vld*Td = Ha = Als = Vel/Ha = B= L=

250 mg/l 162.5 mg/l 162.5 mg/l 87 28.275 272 45 12 0.30 41 4 10

El medio filtrante debe tener los siguientes componentes: Una capa de grava de 20 cm de espesor graduada entre 1.6 y 51 mm de diámetro. Una capa de arena (medio diltrante) colocada sobre la grava, con un tamaño efectivo de 0.3 a 1.3 mm de diámetro, y un coeficiente de uniformidad de entre 2 y 5. 3) Una capa de ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una ranura de 2 a 3 cm, rellenada con arena. 1) 2)

Literatura de consulta: GUIA PARA EL DISEÑO DE TANQUES SEPTICOS, TAMQUES IMHOFF  Y LAGUNAS DE ESTABILIZACION. OPS/CEPIS/O5.163 UNATSABAR

kg SS/d kg SS/d lts/d días m3 m m2 m m

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS

HUMEDALES FWS

Datos de partida: Población Carga orgánica del afluente

P= DBO AF =

5800 hab 162.5 mg/l

Carga orgánica del efluente

DBOEF =

20 mg/l

Sólidos en suspensión afluente Caudal de diseño

SST AF = Q=

162.5 mg/l 696 m3/d

Parámetros de diseño: Medio filtrante: Grava media de 25mm: Valor del coeficiente Vegetación: Profundidad del humedal SFS: Profundidad del humedal FWS en invierno: Profundidad del humedal FWS en verano: Porosidad del humedal FWS: Temperatura crítica en invierno: Temperatura del agua a la entrada: Dimensionamiento:

n= ks = carrizos d(SFS) = d(FWSinv) = d(FWSver)) = p= T= Tagua = T-20

K = 1.104*(1.06)

 As 

Q *  InDBO AF   InDBOEF    K * b

=

0.38 0.24 m3/m2*d 0.6 0.45 0.15 0.65 18 23

m m m C° C° -1

1.3149 d

 AS =

4864 m2

N=  Ac B/L = L= B=

4 1216 m 3 60 m 20 m

Dimensiones mínimas recomendadas

Número de celdas del humedal  Area por celda Relación L/B adoptada Longitud de celda

DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS

21m

70m

21m

21m

60m

ESQUEMA DE LOS HUMEDALES AREA MINIMA REQUERIDA: 5000 M2 (0.5 Ha