Diseño de Una E.D.a.R.

DISEÑO DE UNA E.D.A.R. Bruno Fernández Espina PL Sistemas de Depuración 2015. Escuela Politécnica de Mieres

DISEÑO DE UNA E.D.A.R.

0

ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................................2 DATOS DE DISEÑO................................................................................................................................. 2 CÁLCULO DEL CANAL DE ENTRADA A DEPURADORA Y DE LOS ALIVIADEROS ...................................... 4 CANAL DE ENTRADA ......................................................................................................................... 4 ALIVIADERO DE ENTRADA A LA DEPURADORA (PRETRATAMIENTO) ............................................... 5 ALIVIADERO ENTRADA DECANTACIÓN (TRATAMIENTO PRIMARIO) ................................................ 6 ALIVIADERO ENTRADA TRATAMIENTO BIOLÓGICO O SECUNDARIO ................................................ 7 DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL DE DESARENADO............................................................................ 8 CÁLCULO DEL DECANTADOR PRIMARIO CIRCULAR ............................................................................ 12 DIMENSIONADO DEL DECANTADOR SECUNDARIO CIRCULAR ........................................................... 16 BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................................18

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1

INTRODUCCIÓN En estas prácticas se ha procedido a realizar el diseño de las siguientes partes de una depuradora de aguas residuales: canal de entrada, aliviaderos, decantación primaria y decantación secundaria. Los datos de la población de la zona de la EDAR reflejan que actualmente hay 9720 residentes en la zona, pero se prevé una evolución hasta alcanzar los 15707 habitantes, permaneciendo constante la contaminación unitaria. El caudal máximo en tiempo de lluvia alcanza los 3,1 m 3/s. El caudal a tratar es de 3800 m 3/día para la población actual, siendo la contaminación la reflejada en la siguiente tabla: g /hab día DBO5  83,50 DQO 161,00 SST

140,00

SSV

112,00

NT

20,20

DATOS DE DISEÑO Los datos de diseño son los siguientes, aplicando el factor de corrección correspondiente al aumento previsto de la población en el futuro.

SST

sólidos en suspensión totales

SSV

sólidos en suspensión volátiles

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2

hab

Actual

Diseño

9720

15707

m3/día 3800,00

coeficiente c (hab. diseño/hab. actual)

6140,60 1,615946502

g /hab día DBO5  DQO

83,50 161,00

SST

140,00

SSV

112,00

NT

20,20

Eliminación trat. secundario DBO5 y DQO: SS:

35% 55% Actual

Diseño

158,33

255,86

Q punta (m3/h) [Q mediox1,95]

308,75

498,92

Q max (m3/h) [Q mediox4]

633,33

1023,43

Q punta (m3/h) [Q mediox1,95]

308,75

498,92

Q max (m3/h) [Q mediox2,4]

380,00

614,06

kg DBO5/día kg DQO/día kg SST/día kg SSV/día kg NT/día

811,62 1564,92 1360,80 1088,64 196,34

1311,53 2528,83 2198,98 1759,18 317,28

Q punta (m3/h) [Q mediox1,75]

277,08

447,75

Q max (m3/h) [Q mediox1,8]

285,00

460,54

kg DBO5/día kg DQO/día kg SST/día kg SSV/día kg NT/día

527,55 1017,20 612,36 489,89 88,35

852,50 1643,74 989,54 791,63 142,78

Q medio [m3/h] Pretratamiento:

Tratamiento primario:

Tratamiento secundario:

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3

CÁLCULO DEL CANAL DE ENTRADA A DEPURADORA Y DE LOS ALIVIADEROS CANAL DE ENTRADA El canal de entrada a la planta de tratamiento constará de las siguientes características que son:

Canal de Entrada a Depuradora Caudal de pre-tratamiento

1.023,43 m 3/h

Pendiente

0,5 %

Sección de tipo rectangular (L)

0,5 m

Coeficiente de Manning (n)

0,01372

Calcularemos la velocidad de circulación por el canal de entrada a la EDAR. Para ello, mediante una tabla calcularemos la velocidad; que será aquella correspondiente para un caudal igual a 1.023,43 m 3/h. En una hoja Excel se han realizado los oportunos cálculos, y se ha llegado a los siguientes resultados:

Q max diseño:

1023,43

S0: n: Secc. L:

0,5% 0,01372 (manning) Rectangular 0,50 m

m3/h

  ·       ⁄ =   

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4

Altura

Superficie

P. mojado RH

v

Q

(cm) 3 5 10 15 20 25 30

(m2) 0,015 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150

(m) 0,560 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100

(m) 0,027 0,042 0,071 0,094 0,111 0,125 0,136

(m/s) 0,46 0,62 0,89 1,06 1,19 1,29 1,37

(m3/h) 24,91 55,75 159,70 287,17 428,82 579,81 737,32

35 38,73404 40 45

0,175 0,194 0,200 0,225

1,200 1,275 1,300 1,400

0,146 0,152 0,154 0,161

1,43 1,47 1,48 1,52

899,59 1023,14 1065,42 1234,01

Sección (m2) 0,19

h diseño h corregida (cm) (cm) 38,73404 40

De manera constructiva cogeremos una altura de 0,40 m por un ancho de 0,5 m . De esta manera el aliviadero tendría que eliminar todo aquello que desbordaría el canal.

ALIVIADERO DE ENTRADA A LA DEPURADORA (PRETRATAMIENTO) A continuación, se ha realizado el cálculo del aliviadero de entrada al pretratamiento. Para ello, se ha hallado el coeficiente C según la fórmula propuesta por la SIAS siguiendo las siguientes recomendaciones expuestas en la siguiente tabla para darle valores a la H y a la P de nuestro vertedero: P (m)

H (m)

BAZIN

0,2-2 m

0,10-0,6 m

REHBOCK

> H-0,1 m

0,25-0,9 m

SIAS

>H

0,25-0,9 m

A partir del Q max (en tiempo de lluvia) dado en el enunciado, se ha hallado el Q vertido. Luego se ha hallado la longitud correspondiente a dicho aliviadero, teniendo en cuenta que el vertedero que pretendemos diseñar se trata de un vertedero rectangular de pared delgada.

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x: 4 Q max (en tiempo de lluvia) 3,1 (m3/s): Q vertido (m3/s): 2,82 P (m): 0,7 H (m): 0,3

  1   = 0,410· (1+ 1000·  +1,6)·[1+0,5· + ]  =  · √ 2 ·  · C: 0,413 L (m): 9,37

Vemos que, para una H=0,3 m y una P=0,7 m , tenemos una longitud de 9,37 m, que, de manera constructiva, consideraremos de 10 m, una longitud normal para este tipo de vertederos.

ALIVIADERO ENTRADA DECANTACIÓN (TRATAMIENTO PRIMARIO) De manera análoga al caso anterior, se presenta la hoja Excel con la que se han realizado los cálculos de dicho aliviadero.

BAZIN REHBOCK SIAS

P (m) 0,2-2 m > H-0,1 m >H

H (m) 0,10-0,6 m 0,25-0,9 m 0,25-0,9 m

x: 2,4 Q max (m3/s): 0,28 Q vertido (m3/s): 0,11

P (m): 0,5 H (m): 0,2

  1   = 0,410· (1+ 1000·  +1,6)·[1+0,5· + ]  =  · √ 2 · ·  

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6

C: 0,413 L (m): 0,69

Constructivamente, tomaremos una L de diseño de 1 m para los datos de H y P tomados al efectuar el diseño (P=0,5 m y H=0,2 m) .

ALIVIADERO ENTRADA TRATAMIENTO BIOLÓGICO O SECUNDARIO Nuevamente, se presentan los mismos cálculos realizados en Excel que para los casos anteriores, pero ésta vez diseñando el aliviadero a la entrada del tratamiento secundario.

BAZIN REHBOCK SIAS

P (m) 0,2-2 m > H-0,1 m >H

H (m) 0,10-0,6 m 0,25-0,9 m 0,25-0,9 m

x: 1,8 Q max (m3/s): 0,17 Q vertido (m3/s): 0,04

P (m): 0,5 H (m): 0,15

  1   = 0,410· (1+ 1000·  +1,6)·[1+0,5· + ]  =  · √ 2 · ·   C: 0,413 L (m): 0,40

De manera análoga al caso del tratamiento primario, tomaremos una longitud de 0,5 m  de manera constructiva, para los datos de H y P elegidos en este caso: H=0,15 m y P=0,5 m .

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DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL DE DESARENADO Se tiene un caudal de entrada al pre-tratamiento de 1.023,43 m 3/h y un diámetro de partícula medido de 0,20 mm. Lo primero que calcularemos será la velocidad de acuerdo a ese diámetro, a través de la siguiente tabla:

Tomaremos: Vs

2,3 cm/s

Vs’

1,7 cm/s

Vh

27 cm/s

Con la velocidad VH y el caudal de entrada; calcularemos la superficie:

 =  = 0,0,2278 = 1,05  A continuación, y suponiendo que 1 < h/a < 5; planteamos el siguiente sistema de ecuaciones:

 =  ·ℎ → 1,05 =  · ℎ 3 = ℎ  =   ℎ ⁄ -

a = 0,59 m h = 1,78 m

Por último, obtenemos los tiempos y por último la longitud. En primer lugar, obtenemos el tiempo de sedimentación en reposo (t 0):

 = ℎ =  1,0,0748/  = 77,28  DISEÑO DE UNA E.D.A.R.

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Por Hazem, sacamos que para n = 5 y una tasa del 90% la tasa de tratamiento, t/t 0 = 3,2, como se puede apreciar en la siguiente figura:

Por tanto:

Así, la longitud valdrá:

 = 3,2 →  = 247,28  = 4,12   =  ·  = 0,27·247,28 = 66,77 

Ahora comprobaremos que cumple con los requisitos exigidos: T  2,5 min < t < 5 min  CUMPLE L  < 20 m  NO CUMPLE Por lo tanto, hay que volver a calcular la geometría. Así:

 = ℎ  =  0,0,02758  = 3,79  Con el VH ahora supuesto (nunca cercano a 0,06 para evitar problemas de sedimentación de materia orgánica). Resolviendo el sistema de ecuaciones y supuesto h/a = 2,50 tenemos que: a = 1,23 m h = 3,08 m

Ahora el tiempo t 0 valdrá:

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9

 = ℎ  = 0,3,0146 = 76,96  Por Hazem, t/t 0=3,2; luego t = 246,27 s (4,10 min). Ese tiempo t cumple con las indicaciones dadas. A continuación calcularemos la longitud y veremos que ésta sea menor de 20 m. Así pues:

 =  ·  = 0,075·158,31 = 18,47  < 20 →  Lo que será una longitud de L=18,50 m  a efectos constructivos. En Microsoft Office Excel, el procedimiento de cálculo seguido ha sido el siguiente: Q max diseño:

1023,43 m3/h

Q: Diámetro: n:

0,28 m3/s 0,20 mm 5

Vc Vc'

cm/s 2,3 1,7

m/s 0,023 0,017

VH

27

0,27

2) Cálculo de la sección transversal: 1,05 m2  3 0,59 m 1,78 m

Sección transversal: h/a a h

(h·a) (tomando este valor)

3) Cálculo de la longitud: % sed n

90 % 5

t/t0 

3,2

t0 t L

77,28 s 247,28 s 66,77 m

1,29 min 4,12 min

DISEÑO DE UNA E.D.A.R. 10

3) Comprobación del tiempo de retención: a h

0,59 m 1,78 m

t0 t

1,29 min 4,12 min

L

CUMPLE NO CUMPLE

66,77 m

4) Recalcular:

Cálculo de las velocidades de sedimentación:

Vc Vc'

cm/s 4 0

m/s 0,04 0

VH

7,5

0,075

Cálculo de la sección transversal: 3,79 m2  2,5 1,23 m 3,08 m

Sección transversal: h/a a h

(h·a) (tomando este valor)

Cálculo de la longitud: % sed n

90 % 5

t/t0 

3,2

t0 t L

76,96 s 246,27 s 18,47 m

1,28 min 4,10 min

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Comprobación del tiempo de retención: a h

1,23 m 3,08 m

t0 t L

1,28 min 4,10 min 18,47 m

CUMPLE CUMPLE

CÁLCULO DEL DECANTADOR PRIMARIO CIRCULAR El decantador primario será de tipo circular, igual que el que se muestra en la siguiente figura:

Para su dimensionamiento, hemos utilizado nuevamente una hoja Excel en la que hemos realizado los distintos cálculos paso a paso siguiente el guion descrito en las diapositivas de apoyo a las prácticas de laboratorio: Primero establecemos los parámetros de diseño, tanto para el Q max  como para el Qmedio. Posteriormente, procedemos a hallar la superficie una vez que tenemos dichos parámetros de diseño (en este caso, las velocidades ascensionales para ambos caudales), y con ello obtenemos también el radio del decantador. Luego, teniendo en cuanto el tiempo de residencia hidráulico (TRH) dado en los parámetros de diseño establecidos al principio, calculamos el volumen necesario de decantador. Con ello, obtenemos la altura del mismo, y, como vemos que no se ajusta a lo establecido, tendremos que rediseñarlo. DISEÑO DE UNA E.D.A.R. 12

Q med

Q max

Vasc (m/s)

1,5

2,5

tR (h)

2

1,5

1) Cálculo de la superficie: 614,06 m3/h

Q max: Vasc (Q max):

2,5 m/h

S:

245,62 m2

Q med:

255,86 m3/h

Vasc (Q med):

1,5 m/h 170,57 m2

S:

245,62 m2

La superficie ha de ser ≥ Superficie entre π: 

78,18 8,84

Radio (m): 2) Cálculo del volumen: 614,06 m3/h

Q max: tR (Q max):

1,5 h

V (Q max):

921,09 m3

Q med:

255,86 m3/h

tR (Q med):

2 h 511,72 m3

V (Q med):

El volumen ha de ser ≥

Volumen:

921,09 m3

Superficie:

245,62 m2

h: h≤3m

921,09 m3

3,75 m NO CUMPLE

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Fijamos h:

h (m)

3,61

SReal (m2)

255

Radio (m)

9,01

Vasc (Q max)

2,41

CUMPLE

Vasc (Q med)

1,00

CUMPLE

Aún así, rediseñando la altura (h) de nuestro decantador, vemos que sigue superando los 3 metros máximos establecidos en el enunciado del ejercicio. Por ello, optamos a cambiar el tiempo de residencia hidráulico a Q max, todo ello sin llegar a rebajar los valores mínimos típicos para este valor en caso de decantadores primarios circulares, lo que nos lleva a lo siguiente: Cambiamos el TRH a Qmax  sin llegar al valor mínimo permitido (1,00)

1) Cálculo de la superficie: Q max: Vasc (Q max):

614,06 m3/h 2,5 m/h

S:

245,62 m2

Q med:

255,86 m3/h

Vasc (Q med): S: La superficie ha de ser ≥ Superficie entre π: 

Radio (m):

1,5 m/h 170,57 m2 245,62 m2 78,18 8,84

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2) Cálculo del volumen: 614,06 m3/h

Q max: tR (Q max):

1,2 h

V (Q max):

736,87 m3

Q med:

255,86 m3/h

tR (Q med):

2 h 511,72 m3

V (Q med):

736,87 m3

El volumen ha de ser ≥

Volumen:

736,87 m3

Superficie:

245,62 m2

h: h≤3m

3 m CUMPLE

En este caso, con las velocidades ascensionales anteriormente definidas y con el nuevo tiempo de residencia hidráulico dado, de 1,2 h, para el caso de Q max, la altura nos sale h=3 m y cumple con todos los parámetros de diseño impuestos, por lo que tomamos estos últimos cálculos como los válidos. Por tanto, nuestro decantador primario circular tendrá una altura de 3 m, con un diámetro de 17,7 m , calculado con dichos parámetros de diseño corregidos respecto de los

valores típicos para los tiempos de residencia hidráulicos.

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DIMENSIONADO DEL DECANTADOR SECUNDARIO CIRCULAR Parámetros de diseño para el decantador secundario circular:

Tal y como se describe en el guion de prácticas, se procede a realizar el diseño de dicho decantador secundario, siendo su cálculo prácticamente análogo al realizado con el decantador primario, cambiando únicamente los parámetros de diseño y las alturas (h) recomendadas para un decantador secundario típico en una EDAR. ENUNCIADO:

Proceso biológico: alta carga SST/día: 2182 kg/día 55% η de eliminación SS  1 g/cm3 6 h

Peso específico fango tretención en pocetas 1) Cálculo de la superficie: Q max: Vasc (Q max):

460,54 m3/h 2 m/h

S:

230,27 m2

Q med:

255,86 m3/h

Vasc (Q med): S:

1,18 m/h 216,83 m2

DISEÑO DE UNA E.D.A.R. 16

230,27 m2

La superficie ha de ser ≥ Superficie entre π: 

73,30 8,56

Radio (m): 2) Cálculo del volumen: 460,54 m3/h

Q max: tR (Q max):

1,5 h

V (Q max):

690,82 m3

Q med:

255,86 m3/h

tR (Q med):

2 h 511,72 m3

V (Q med):

690,82 m3

El volumen ha de ser ≥

Volumen:

690,82 m3

Superficie: h:

230,27 m2 3 m

3m≤h≤5

m

CUMPLE

Esto es, tendremos un decantador secundario circular de 3 metros de altura y 8,60 m de radio (o 17,20 m de diámetro).

Tras el diseño del decantador secundario, el cual cumple todos los parámetros en el primer tanteo, procedemos a diseñar el vertedero de salida y calcular la producción de fangos de la manera que sigue a continuación: LONGITUD DEL VERTEDERO DE SALIDA: Longitud de vertedero (L=2·π·r)

54 m

Caudal de vertido por metro lineal: Cvert (Qmax) = Qmax/2·π·r

8,56 m3/h·m ≤ 11,5

Cvert (Qmed) = Qmed/2· π·r

4,76 m3/h·m ≤ 6,5

CUMPLE

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PRODUCCIÓN DE FANGOS: F1=K·kg SST/daguabruta

1200 kg SST/día

POCETA DE FANGOS: Q f   (m3/h):

1,20 m3/día

V=Q f·  Tr

0,30 m3

0,05 m3/h

Constructivamente, la longitud del vertedero de salida será de 55 m , y el volumen de la poceta de fangos será de 1 m 3 para estar del lado de la seguridad y hacer más sencilla su

construcción.

BIBLIOGRAFÍA Para la realización del siguiente informe han sido consultadas las siguientes fuentes bibliográficas: 

Apuntes de la asignatura de Sistemas de Depuración, de 4º de Grado en Ingeniería Civil, Escuela Politécnica de Mieres (Universidad de Oviedo).

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