Diseño de Planta de Tratamiento
June 27, 2021 | Author: Anonymous | Category: N/A
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DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE HERNÁN URGILÉS
6.- DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO.
De lo analizado, la planta de tratamiento contará con las siguientes unidades: Cajón de llegada y repartidor de Caudales; Prefiltros de Grava de Flujo Ascendente; Filtros Lentos de Arena; Desinfección (Cloración) y Tanque de reserva de Ferro cemento de 100 m3 (se encuentran construidos) para el lavado la operación y mantenimiento de esta planta de tratamiento se diseña un alcantarillado y para la protección de esta unidades se construirá un cerramiento de malla.
6.1
FILTRO GRUESO DE FLUJO ASCENDENTE ASCENDENTE
La calidad del agua superficial contaminada puede ser mejorada significativamente cuando se filtra a través de capas de grava y arena, esta filtración se hace más efectiva para la remoción de sólidos, por efecto del material filtrante, estos filtros gruesos usualmente consisten de material filtrante de diferentes tamaños, que decrecen sucesivamente en tamaño, en la dirección del flujo del agua. Los sólidos más gruesos son separados por el medio filtrante más gruesos el mismo que se encuentra localizado junto a la entrada del filtro. Los subsiguientes medios filtrantes mediano y fino, reducen adicionalmente las concentraciones de sólidos suspendidos y gradualmente también el contenido de microorganismos indicadores de contaminación fecal, cuyo tamaño oscila entre más o menos entre los 20 y los 30 mm y generalmente se utiliza grava como material filtrante, estos filtros gruesos se utilizan como pretratamiento de los filtros lentos de arena, por razones operacionales, en una planta de tratamiento generalmente generalmente se requieren por lo menos de dos unidades de filtración gruesa.
El filtro grueso de flujo ascendente es considerado como la segunda etapa del tratamiento, está orientado a minimizar el número de partículas gruesas y a disminuir la concentración de las más pequeñas. En este sentido se producen remociones importantes en sólidos suspendidos, Turbiedad; color real, al igual que en hierro, manganeso y coliformes fecales, en este tipo de unidades.Loscálculos unidades.Loscálculos correspondientes a esta unidad se presentan en el ANEXO Nº 01. EFICIENCIAS TÍPICAS DE TRATAMIENTO PARA FILTROS GRUESOS ASCENDENTES
a.-)
Sólidos Suspendidos: Suspendidos: Alcanza hasta el 95%, siendo 90% el valor comúnmente reportado en fuentes superficiales con alto contenido de materiales suspendidos, en el rango de 50 a 200 mg/l.
b.-)
Turbiedad: Entre el 50 y el 80% en fuentes superficiales de zonas planas (valles), siendo mayores para los Filtros Gruesos Ascendentes (FGAS). En fuentes superficiales de ladera, la remoción está en el rango de 50 al 90%.
c.-)
Color Real: Remociones entre el 20 y 50%.
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d.-)
Hierro y Manganeso: Remociones alrededor del 50%.
e.-)
Coliformes Coliform es Fecales: Reducciones entre 0.65 y 2.50 unidades log. Siendo mayor para FGAS tratando agua con contaminación bacteriológica en el rango de 20000 a 100000 UFC/100 ml y contenido de sólidos suspendidos suspendidos entre 20 y 200 mg/l. mg/l.
6.2
FILTROS LENTOS DE ARENA.
Mediante este proceso se separan bacterias y partículas, partículas, así como también micro partículas que no han sido detenidas en el proceso de Filtración Gruesa Ascendente FGAS.
Se consigue este objetivo, haciendo pasar el agua a través de un medio poroso y en la mayoría de los casos constituye arena de determinada granulometría granulometría y diámetro efectivo.
Para el presente proyecto, proyecto, se han diseñado dos unidades de filtración filtración del tipo lento lento descendente, sus paredes y losa de fondo se han determinado para su construcción en tanque de ferro cemento.
El sistema de drenaje diseñado está constituido por tubos de cloruro de polivinilo (PVC) semirrígido perforados, tipo flauta, con una tubería de diámetro de 160mm, que constituye el colector central y tuberías de 63mm que conforman los colectores laterales.
Para ubicación y detalles constructivos de los filtros se recomienda ver los planos respectivos.
A-1
PRINCIPIO DE LA FILTRACION LENTA
La filtración lenta es un proceso de purificación del agua que consiste en hacerla pasar a través del lecho poroso de un medio filtrante. Durante este paso la calidad del agua mejora considerablemente por reducción del número de micro-organismos (bacterias, virus y quistes), eliminación de materias en suspensión, de materia coloidal y cambios en la composición química.
En la parte superior del lecho, se ha formado una capa gelatinosa constituida de algas y microorganismos biológicamente muy activos, que descomponen la materia orgánica, mientras que parte de la materia inorgánica en suspensión queda retenida por acción de "colado". Se produce un principio de floculación del agua y por ello retienen la turbidez existente en el agua.
A.2
LIMPIEZA DEL FILTRO
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A medida que se va formando lentamente esa capa gelatinosa en la parte superior, se va produciendo el atascamiento del lecho filtrante lo que se traduce en una pérdida de carga. Cuando la pérdida alcanza el valor fijado (1.00 mts) se procede en este sistema de filtros, a remover la capa superior del lecho (5.00 a10.00cm) y continúa la filtración, indicando indicando que este material debe debe ser lavado previo a volver volver a utilizarlo.
Este procedimiento debe continuar en la misma forma hasta que el espesor del lecho de arena se reduzca a 0.60mts y en este momento se completa el espesor inicial de un metro, con la arena que se ha removido, la cual se debe someter a un proceso de lavado y limpieza.
A.3
ELEMENTOS DE UN FILTRO LENTO DE ARENA
Una unidad de filtración lenta de arena, consta de un tanque que contiene una capa de agua cruda, de un lecho de arena filtrante, de un sistema de drenaje y de un sistema de regulación y control del filtro.
A.3.1
CAPA DE AGUA
Esta capa cumple dos objetivos:
a).-
Proporcionar una carga de agua suficiente para hacer que el agua cruda pase a través del lecho del medio filtrante.
b).-
Originar un tiempo de retención de varias horas del agua cruda a ser tratada, tiempo durante el cual las partículas pueden asentarse y/o aglomerarse, o ser sometidas a cualquier otro proceso físico o (bio) químico.
A.3.2
MEDIO FILTRANTE
El medio filtrante está compuesto por material granular inerte y durable, normalmente se utiliza arena, preferentemente exenta de materia orgánica y sin arcilla.
El medio filtrante se caracteriza por su diámetro efectivo, es decir el tamaño en mm de la malla que deja pasar un 10%; que se recomienda de 0.15 a 0.35 mm y por su coeficiente de uniformidad que es la relación de los tamaños de las mallas que dejan pasar un 60% y un 10 %, o sea que:
Coeficiente de uniformidad (Cu) = Tamaño deja pasar 60% Tamaño deja pasar 10% Se recomienda el CU entre 2 y 3.
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A.3.3
SISTEMA DE DRENAJE
Este sistema sirve para dos propósitos: Permitir un paso libre para la recolección de agua tratada y dar soporte al lecho del medio filtrante, de modo que se asegure una velocidad de filtración uniforme sobre toda el área del filtro.
El sistema de drenaje puede tener diversas configuraciones, ya sea una capa de grava gruesa o piedra triturada, o estructuras de drenes principales y laterales constituidas de tuberías perforadas o separadas, bloques o ladrillos de concreto.
La grava se tiende en capas, comenzando con los granos mayores en el fondo y reduciendo progresivamente progresivamente el diámetro hacia arriba.
La grava impide que el material granular del lecho del filtro sea acarreado hacia el sistema de drenaje.
Incluidas las capas de grava, el sistema de drenaje debe tener un espesor de 0.45m (Rango = 0.45 - 0.7 m).
A.3.4
DISPOSITIVOS DE REGULACION Y CONTROL DEL FILTRO
Se enumeran a continuación las operaciones más importantes a ser reguladas y controladas por medio de válvulas, vertederos y otros dispositivos.
1).-
Entrada de agua cruda al reservorio hasta un nivel constante dentro del tanque del filtro.
2).-
Eliminación del exceso de agua y de la nata (algas).
3).-
Drenaje del agua antes de efectuar la limpieza del filtro.
4).-
Drenaje del agua en la capa superior del lecho filtrante.
5).-
Medida del caudal del agua efluente.
6).-
Regulación de la tasa de filtración.
7).-
Dispositivo de prevención de presiones negativas en el lecho filtrante.
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8).-
Ingreso de agua limpia para llenar en forma ascendente el lecho filtrante después de la limpieza.
9).-
Descarga del agua tratada a los tanques de almacenamiento almacenamiento o al desagüe.
A.3.5
VELOCIDAD DE FILTRACION
Se recomienda un valor promedio de 2.4 m3/m2/día, m3/m2/día, pudiendo variar entre 2 y 5 m3/m2/día. (Norma Ex -IEOS).
La tasa de filtración normal está comprendida comprendida entre 0.01 - 0.104 L/seg/m2 y es la que se utiliza en el diseño de plantas de purificación de aguas.
La tasa de filtración normalmente está comprendida entre 2.5 y 7.5 m3/m2/día, dependiendo de las características características del agua cruda, principalmente de la turbiedad.
A.3.6
NUMERO DE UNIDADES
De acuerdo con las Normas Ex-IEOS, se recomienda como mínimo dos unidades dimensionadas para que cada una pueda trabajar al 65 % del caudal, considerando como condiciones más críticas. Para el presente diseño se consideran dos unidades de filtración.
A.3.7
CÁLCULO DE LOS FILTROS
Debo anotar que para el cálculo del Área de filtración se considera la condición más crítica que sería el de limpieza de un filtro, debiendo trabajar la otra unidad con un caudal del 64%.
CAUDAL DE DISEÑO = 6 l/seg
CAUDAL A FILTRAR = 6 l/seg x 64 % = 3.84 l/seg
VELOCIDAD DE FILTRACION = 0.2 m/h
AREA DE FILTRACION:
Área de un filtro = Af = Qd / Vf. = 69.120 m2
A.3.8
DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO DE LOS FILTROS.
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Considerando el Área de un filtro que es de 69.120 m2 y con la finalidad de abaratar costos de construcción se propone realizar este filtro en un tanque ferro cemento que tendría un radio de 4.70 m que se deberán construir dos unidades para filtrar el total del agua que está ingresando en la Planta de Tratamiento, con este diámetro y considerando los planos tipos de estos tanques se adopta para el presente Proyecto un radio de 4.70 m, con una tasa de filtración de 0.2 m/h. m/h.
A.3.9
LECHO FILTRANTE
Consiste en una capa de arena de 1 metro de espesor y que tiene las siguientes características: características:
Tamaño efectivo: entre 0.25 y 0.30 (0.30) Coeficiente de uniformidad: inferior a 3 (2.8)
A.3.10
SOPORTE
La arena irá sobre una capa de grava de 0.45 m. de espesor dividida en tres capas con las siguientes características características de abajo hacia arriba:
A.3.11
25 cm
de
19 a 9 mm
10 cm
de
9 a 4.5 mm
10 cm
de
4.5 a 2.3 mm
CAPA DE AGUA SOBRE LA ARENA
Sobre la capa de arena irá una capa de agua variable de 0.10 m a 1.0 m de altura, el ingreso se lo realizará por la parte superior mediante una tubería de PVC perforada de tal manera que todo el caudal se reparta alrededor del filtro, de esta manera se evita un ingreso brusco del agua y la socavación del lecho filtrante.
A.3.12
SISTEMA DE DRENAJE
En un filtro lento, el sistema de drenaje, cumple dos funciones principales: soportar el lecho filtrante y asegurar una buena distribución hidráulica del agua tratada.
La recolección del agua filtrada en el fondo generalmente está constituida por ramales de tubería
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perforada que desemboca en un colector c olector principal que conduce el agua tratada a la estructura de salida. Estas tuberías están cubiertas por capas de grava como se indicó anteriormente. anteriormente.
Se presenta a continuación un cuadro donde se indica el área máxima de drenaje según el diámetro de la tubería.
Nº
DIAM ET ETRO
AREA MAXIMA DE DRENAJE
mm.
m2.
1
50
5
2
63
8
3
90
12
4
110
21
5
160
48
6
200
86
El área máxima de drenaje está basada en condiciones hidráulicas para reducir pérdidas de carga y minimizar diferencias de carga.
El espaciamiento recomendable de los colectores laterales es de 1.0 a 2.0 m, pudiendo variar de acuerdo a las características características del agua, la pendiente de los laterales laterales del 2 % y del colector central del 1 al 2 %.
Se recomienda que la velocidad máxima del agua en los colectores sea igual o menor a 0.30 m/seg. según norma.
A.3.13
DIAMETRO DEL COLECTOR CENTRAL
Considerando un diámetro comercial de 160mm en tubería PVC de 1.25 Mpa, se tiene el diámetro interior nominal de 144.60mm.
A.3.14
DIAMETRO DE LOS COLECTORES LATERALES
La distancia entre los colectores laterales es de 1.50 m. que nos da para seis colectores laterales, el diámetro comercial de 90 mm -1.25 Mpa. Con diámetro efectivo efectivo de 81.40mm, se debe comprobar la velocidad en los colectores que debe ser menor que 0.30 m/s.
A.3.15
PERFORACIONES PERFORACIONE S EN LOS TUBOS LATERALES
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El diámetro de los orificios será tal que permita la entrada del caudal correspondiente al caudal de servicio de cada lateral, por lo que cada orificio tendrá un diámetro de 12mm, espaciado cada 15 cm. Para una mejor distribución se pondrán los orificios repartidos uniformemente en dos filas por lateral.
A.3.16
DISPOSITIVO DE SALIDA
El dispositivo de salida de los filtros debe cumplir con lo siguiente:
a.-)
Impida la posibilidad de presiones negativas en el lecho filtrante.
b.-)
Se pueda medir el caudal producido por el filtro.
Para cumplir con lo indicado se diseña para la salida del filtro, 1 vertedero triangular. La salida de los filtros consta de los siguientes elementos: elementos:
Una cámara de válvulas en las que se indican: las válvulas de salida de los filtros, y las válvulas que permiten la intercomunicación entre los filtros para el vaciado de los mismos por la parte inferior. En la cámara se encuentran además, el desborde de los filtros y un desagüe con su respectiva válvula. válvula.
6.4
DESINFECCION.
El agua filtrada debe ser sometida al respectivo proceso de desinfección, que para el presente proyecto se plantea lo siguiente:
6.4.1
ALTERNATIVA 01. 01.
Se efectuará mediante cloración utilizando Hipoclorito de Calcio. Para este efecto se utilizará un clorinador tipo Ex-IEOS y su dosificación se ha determinado en el presente diseño, recomendándose que en la parte más alejada de la red, se tenga por lo menos 0.2 p.p.m. de cloro residual según normas.
CALCULO DE LA DOSIFICACION DE CLORO GRANULAR.
Para la desinfección se utilizará utilizará hipoclorito de calcio que contiene 70% cloro activo.
En cuanto a la dosificación se ha llegado a demostrar que primero perecen las bacterias patógenas y después las coliformes dada la constitución de sus organismos, con dosis que van de 0.1 a 2 mg/litro.
En nuestro caso, ya que la mayor parte del agua, proviene de una fuente superficial, se utilizará una
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dosificación de 2.0 mg/lt.
Datos Iniciales: Caudal de diseño (Qd) :
6.000
l/s
Volumen del Hipoclorador =
500
l
Porcentaje de cloro activo =
70
%
Dosificación de cloro residual(c ) :
2
ppm
Caudal diario a tratar (Qd) : Q=
Vxt
Q=
518400.00
lts / día
Q=
518.40
m3 / día
Cantidad necesaria de hipoclorito al día:
El porcentaje de cloro activo que se utiliza es de 70 %, de modo que:
1gr al 100 %
=
1.43 gr
0.7 de hipoclorito
Entonces: La cantidad diaria requerida será de: 1481.14 gramos
Se disolverán en el tanque hipoclorador tipo Ex-IEOS de 500 litros diariamente, 1481.14 grs. de hipoclorito de calcio al 70 %
Tiempo de consumo del tambor de cloro granulado Contenido:
45.00 Kg
=
45000.00 gr
Entonces: 45000 gr/1481.14gr/día gr/1481.14g r/día =
30.38
Un tambor de cloro granulado abastecerá al sistema por
30 Días = 1.00 mes
días
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6.4.2
ALTERNATIVA 02
DESINFECCION MEDIANTE HIPOCLORITO DE SODIO.
Otra manera de desinfectar el agua es con hipoclorito de sodio; que mediante el proceso de electrólisis, se produce en la misma planta el cloro necesario para el tratamiento del agua, para lo cual se requiere de un equipo productor de cloro, de acuerdo al siguiente análisis considerando los parámetros de diseño requeridos para éste Sistema:
Datos Iniciales:
Caudal de diseño (Qd) :
6
l/s
Concentración de cloro (Ck) :
12.5
Constante de fábrica
Dosificación de cloro residual(c ) :
3
ppm
Volumen del Hipoclorador =
500
l
Caudal diario a tratar (Qd) :
Q=
Vxt
Q=
518400.00
Q=
518.40 m3 / día
lts / día
Volumen de cloro necesario por día (Cl)
Cl =
c x Qd / Ck
Cl =
124.42 lt/ dia
Cantidad de sal Necesaria
Sal =
3732.48 gr
Sal =
4.00
Kg / día
Por lo tanto es necesario adquirir:dos equipos productores de cloro, cloro, el primero de 90 litros y un segundo de 30 litros diarios, para producir la cantidad antes indicada de cloro se requiere de 4 kilos de sal yodada, más la utilización utilización de 4.5 Kw. de energía eléctrica. eléctrica. Indicándose que los equipos producirán cloro todos dos días.
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6.4.2
VELOCIDAD DE INYECCION
Para 500 l de solución clorada tenemos:
Q = Q =
V/t 5.78704E-06
m3/seg
Diámetro de la tubería de polietileno para la inyección de la solución:
Q=VxA (π x D ^ 2 ) / 4 = Q / V
Velocidad asumida para dosificación de Hipoclorito de Calcio
V=
0.05
m/s
De modo que, el diámetro de tubería a utilizar será:
D =
0.01214 m
1.21 cm
Adoptamos un diámetro de 1/2pulg = 1.27cm
Velocidad real de inyección:
v = 4 * Q/3.14 * d^2 = 4 * 6 x 10E-06/3.1416 10E-06/3.1416 * 0.0127^2 v = 0.0411 m/seg.
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