Proyecto_integrador_depuradora_vfinal.pdf

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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL

CURSO 2013 ASIGNATURA: PROYECTO INTEGRADOR PLANTA DEPURADORA TRABAJO FINAL Alumnos: Julie López - Licenciada en Química Vanesa Moran - Ingeniera Sanitaria y Ambiental Estefanía Osorio - Ingeniera Ambiental y Sanitaria Santiago Vásquez – Ingeniero Agronomo Grupo Nro: Grupo C

Supervisión del Trabajo : Ing. María de los Ángeles Luengos Ing. Nestor Giorgi

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PROYECTO INTEGRADOR

TRABAJO FINAL

PROYECTO INTEGRADOR PARTE 2 PROYECTO PLANTA DEPURADORA 2013 Tabla de Revisiones y Correcciones 2013

REVISIÓN

FECHA

COMENTARIOS

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TABLA DE CONTENIDO

1.

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 7

2.

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 7

3.

DESARROLLO DEL PROYECTO ......................................................................................... 7 3.1.

MARCO GENERAL DEL PROYECTO ......................................................................... 7

3.2.

UBICACIÓN DE LA PLANTA DEPURADORA ............................................................ 8

3.3.

CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO ....................................... 8

3.3.1.

CARACTERÍSTICAS DEL LÍQUIDO CLOACAL ..................................................... 9

4.

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS DE TRATAMIENTO .................................................... 14

5.

MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO .................................................................... 42

6.

MEMORIA DE CÁLCULO ..................................................................................................... 43 6.1.

PROYECCIÓN DE POBLACIÓN ................................................................................. 43

6.2.

CÁLCULO DE CAUDALES ........................................................................................... 47

6.3.

MODULACIÓN DE LA PLANTA DEPURADORA ..................................................... 49

6.4.

DIAGRAMA DE FLUJO ................................................................................................. 51

6.5.

DESBASTE - REJAS DE GRUESOS Y FINOS ........................................................ 52

6.7.

BIOFILTRO ...................................................................................................................... 59

6.8.

SEDIMENTADOR SECUNDARIO ............................................................................... 64

6.9.

CÁMARA DE CONTACTO............................................................................................ 67

6.10.

FILTRO DE BANDAS ................................................................................................ 69

ALTERNATIVAS DE REUTILIZACIÓN DEL EFLUENTE ................................................ 96

7.

PLANTEO CONCEPTUAL ................................................................................................ 96

7.1.

DISEÑO ALTERNATIVO - SISTEMAS DE LAGUNAS .......................................... 114

7.2. 7.2.4.

INTERCONEXIONES DE LAS LAGUNAS ........................................................... 126

8.

BALANCE DE MASA ........................................................................................................... 128

9.

IMPLANTACIÓN ................................................................................................................... 131

10.

LAY OUT ............................................................................................................................ 131

11.

PERFIL HIDRÁULICO ..................................................................................................... 132

12.

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 139 3

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1. Caracterización líquido cloacal. .......................................................................................... 9 Tabla 4.2. Termas de Río Hondo. Límites para descargas de efluentes líquidos industriales y descargas conjuntas de líquidos industriales y cloacales. ................................................................. 11 Tabla 4.3. Características y prácticas de los desinfectantes químicos utilizados. ............... 30 Tabla 4.5.Tamaños de bandas, capacidad hidráulica y másica de deshidratadores de bandas.............................................................................................................................................. 41 Tabla 4.6. Rendimiento del deshidratador de banda para diferentes tipos de lodos. ......... 41 Tabla 6.7. Censos de población INDEC 2010. .................................................................................... 44 Tabla 6.8. Resultados proyección de población. ............................................................................... 47 Tabla 5.12. Caudales previstos para el diseño de la planta potabilizadora. ..................................... 48 Tabla 6.9. Parámetros utilizados para la determinación de la demanda. ........................................ 49 Tabla 6.10. Modulación de la planta................................................................................................. 50 Tabla 6.11. Caudal por módulo de la planta. .................................................................................... 50 Tabla 5.13. Información típica para el diseño de tanques de sedimentación primaria (Metcalf& Eddy,1996)............................................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Tabla 5.14. Valores de las constante empíricas a y b (Crietes y Tchobanoglous 2000) ............. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 5.15. Remoción DBO y SST en tanques de sedimentación primaria (Metcalf& Eddy, 1996) .............................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 6.16. Valores de diseño del biofiltro. ....................................................................................... 59 Tabla 6.17. Valores de diseño del biofiltro. ....................................................................................... 61 Tabla 6.18. Dimensiones biofiltro...................................................................................................... 61 Tabla 6.19. Repartición de caudal. .................................................................................................... 63 Tabla 6.20. Parámetros de diseño para un sedimentador secundario. .... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 6.22. Valores de diseño para la cámara de contacto. ................................................... 68 Tabla 6.23. Valores de diseño para la consumo de hipoclorito en la cámara de contacto. 68 Tabla 6.25. Tasa de carga de lodos secos por m de ancho de banda. ................................. 69 Tabla 6.26. Valores para diseño de deshidratador de lodos. .................................................. 70 Tabla 6.27. Valores de diseño y operación del deshidratador de lodos. .............................. 70 Tabla 6.28. Dosis típica de polímero para diferentes tipos de lodo. ...................................... 71 Tabla 6.29. Valores gasto volumétrico de lodos. ...................................................................... 72 Tabla 6.30. Valores para polímeros del deshidratador de lodos. ........................................... 72 Tabla 6.31. Balance del deshidratador de lodos. ...................................................................... 73 Tabla 6.30. Parámetros de diseño para la estación de bombeo de ingreso a la planta depuradora. .............................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

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Tabla 6.31. Bombas diseñadas para la estación de bombeo de ingreso a la planta depuradora. .............................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 6.32. Parámetros de diseño para la estación de bombeo de recirculación del sedimentador secundario a biofiltro. .......................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 6.33. Bombas diseñadas para la estación de bombeo. .............. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 6.33. Parámetros de diseño para la estación de bombeo hacia el filtro banda......... 89 Tabla 6.35. Bombas diseñadas para la estación de bombeo. ................................................ 90 Tabla 6.35. Parámetros de diseño para la estación de bombeo. ........................................... 91 Tabla 6.37. Bombas diseñadas para la estación de bombeo. ................................................ 92 Tabla 7.31. Ventajas y desventajas del proceso de filtros biológicos. ................................... 96 Tabla 7.32. Ventajas y desventajas del proceso de lagunas. ................................................. 98 Tabla 7.33. Categorías de reutilización de aguas residuales municipales y limitaciones. . 99 Tabla 7.34. Valores indicativos de la calidad de agua para riego. ....................................... 100 Tabla 7.37. Directrices para interpretar la calidad de las aguas de riego. .......................... 101 Tabla 7.36. Directrices de la OMS sobre calidad parasitológica y microbiológica de aguas residuales para agricultura.......................................................................................................... 102 Tabla 7.37. Recomendaciones de la OMS para reutilización de aguas residuales en riego agrícola. ......................................................................................................................................... 102 Tabla 7.38. Normativa de la EPA-USA sobre reutilización de aguas residuales en riego agrícola. ......................................................................................................................................... 103 Tabla 7.39. Consumo de nutrientes por diversos cultivos. .................................................... 105 Tabla 7.40. Comparación entre los niveles de nutrientes de los fertilizantes comerciales y el fango de efluente cloacal. ....................................................................................................... 107 Tabla 7.41. Contenido típico de metales en el fango de efluente cloacal. .......................... 108 Tabla 7.42. Concentraciones esperadas del fango procedente de diversos procesos de tratamiento..................................................................................................................................... 109 Tabla 7.28. Valores adoptados para el diseño de las lagunas secundarias. ...................... 119 Tabla 7.29. Valores adoptados para el diseño de las lagunas secundarias. ...................... 122 Tabla 7.30. Parámetros de diseño interconexiones................................................................ 126 Tabla 8.43. Remoción materia orgánica en la planta depuradora............. ¡Error! Marcador no definido.

ÍNDICE DE IMÁGENES Imagen 4.2. Etapas típicas en la línea de agua en el tratamiento de aguas residuales urbanas. .... 16 Imagen 4.3.Esquema básico del tratamiento secundario. ................................................................ 23 Imagen 4.4. Componentes de un biofiltro. ........................................................................................ 25 Imagen 4.4. Distribución del ácido hipocloroso e ion hipoclorito en agua para diferentes valores de pH. ..................................................................................................................................................... 32 Imagen 4.5. Eficacia germinicida del ácido hipocloroso, ion hipoclorito y monocloramina. 34 5

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Imagen 4.4. Concentración de cloro (HOCl) necesario para la eliminación el 99% de E.coli. ................................................................................................................................................ 36 Imagen 4.5. Tratamientos típicos en la línea de lodos. ..................................................................... 37 Imagen 4.6. Deshidratador de lodos mediante Filtro Banda. ........................................................... 38 Imagen 4.7. Formas en las que está presente el agua en el fango. ...................................... 39 Imagen 4.8.Gráfico típico de un filtro de banda para lodos. .................................................... 40 Imagen5.9. Diagrama de flujo para la planta de tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Termas de Rio Hondo, provincia de Santiago del Estero. .................................................................. 51 Imagen 6.10. Características medio de relleno. ................................................................................ 63 Imagen 6.13. Filtro de banda ATE – 2500L. BELT FILTER PRESSES ............................... 74 Imagen 6.11.Filtro de Bandas. ..................................................................................................... 77 Imagen 6.11.Bomba para la recirculación ..................................... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 5.11.Curvas características de S1.100.100.55.4.50M.C.205.R.N.D ....... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 6.17.Dimensiones de la bomba para recirculación ........ ¡Error! Marcador no definido. Imagen 5.18.Curva característica de la bomba de alimentación al filtro banda. .................. 91 Imagen 6.12.Curva de la bomba de alimentación desde el filtro banda hacia el sedimentador 1. .............................................................................................................................. 93 Imagen 7.12. Eliminación prevista de microorganismos según los tiempos de retención. ......................................................................................................................................................... 104 Imagen 7.13. Compostaje típico. ............................................................................................... 112 Imagen 7.14. Efecto del contenido en sólidos del fango sobre la mezcla a compostar y de material de enmienda necesario; (a) peso de mezcla a compostar respecto al contenido en sólidos, y (b) peso del material en enmienda necesario respecto al contenido de sólidos del fango........................................................................................................................... 113 Imagen 8.15.Balance de masa típico de procesos. .............................. ¡Error! Marcador no definido. Imagen 8.16. Principio de entradas y salidas en una operación unitaria. ........... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 8.17. Componentes típicos de un balance de masa. ............... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 8. 18. Balance de masas de la planta depuradora. ....... ¡Error! Marcador no definido.

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1. INTRODUCCIÓN Como parte del Proyecto Integrador de la carrera de Especialización en ingeniería Sanitaria y medio ambiente se deberá desarrollar el diseño de una planta depuradora para el líquido cloacal generado por la ciudad de Rio Hondo. 2. OBJETIVO GENERAL El objetivo del trabajo será la realización de un proyecto de ingeniería básica para una planta depuradora de líquidos cloacales pura o con algún aporte industrial. 3. DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1.

MARCO GENERAL DEL PROYECTO

El presente proyecto se ubica en la ciudad de Termas de Rio Hondo, provincia de Santiago del Estero. Termas de Río Hondo constituye uno de los principales Centros Termales y Spa de América Latina. Ubicada en la ribera del Río Dulce, en la provincia de Santiago del Estero, se encuentra asentada sobre una terma mineralizada de un radio de 15 km., conformada por 14 napas de agua mesotermal que alcanza los 65º y compuesta por una gran cantidad de minerales que le dan un gran valor curativo. Termas de Río Hondo está ubicada, estratégicamente, sobre la Ruta Nacional Nº 9, en comunicación directa con Tucumán, Catamarca, La Rioja, Salta y Jujuy, y a pocos kilómetros delos aeropuertos de Santiago del Estero y de San Miguel de Tucumán. Cuenta con una infraestructura hotelera con 170 establecimientos de distintas categorías que permiten disfrutar del baño termal en la propia habitación, caso único en el país. El crecimiento sostenido de la urbanización, sumado al desarrollo de la infraestructura hotelera, la existencia de un Casino, de salas de teatros y salas para eventos, de ferias y peñas, el completo servicio gastronómico y la explotación turística del lago del embalse de Termas de Rio Hondo a través de la pesca y deportes acuáticos, a lo cual agrega la existencia de una autódromo para competiciones automovilísticas, confieren a Las Termas la calidad de uno delos centros termales más importantes de América Latina. La Planta Depuradora de los efluentes cloacales de la ciudad de Termas de Río Hondo, cuyo diseño 7

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es el objetivo de este proyecto, se ubicará sobre la margen izquierda del Río Dulce, a unos 1500 m de distancia del límite de la zona urbana y con descarga al río. El efluente a depurar es un líquido cloacal, teniendo un importante aporte proveniente de los hoteles de la ciudad con baños termales, por lo tanto las características del líquido serán las de un cloacal parcialmente diluido. La planta deberá abastecer a la localidad de las Termas de Río Hondo, en la provincia de Santiago del Estero. El período de diseño de la obra será de 20años.

3.2.

UBICACIÓN DE LA PLANTA DEPURADORA

Coordenadas: Latitud: 27°28'43.14"S Longitud: 64°50'1.15"O

3.3.

CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO

Las aguas residuales a tratar en la Planta de Tratamiento de Líquidos Cloacales serán líquidos residuales de origen urbano sin aportes de líquidos industriales salvo casos especiales especificados en cada grupo. La planta se diseñó para la población del año

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2032. La planta abastecerá una población al año 20 de 65640 habitantes, cuya proyección se describe en el capítulo 5. El caudal medio al año 20 es de 26500 m3/día, este caudal corresponde al diseño de la planta en una sola etapa de construcción y con dos módulos de tratamiento.

3.3.1. CARACTERÍSTICAS DEL LÍQUIDO CLOACAL Considerando relaciones promedio de efluentes de este tipo se completó la siguiente tabla, quedando el efluente cloacal con las siguientes características: Parámetro DBO5 TOTAL DBO5 SOLUBLE DQO TOTAL DQO SOLUBLE Margen de variación de la DBO

Unidad mg/l mg/l mg/l mg/l %

Valor 115 46 250 100 +20

Margen de variación de la DQO

%

+20

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

0.4 0.4 150 80 8 12 4 50

DBO5 SOLUBLE/ DBO5 TOTAL DQO SOLUBLE/ DQO TOTAL SST SSV NTK N-NH4 PT SSEE

Tabla 3.1. Caracterización líquido cloacal.

Temperatura de las aguas residuales brutas: Mínima: 21° C Máxima: 27° C

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3.4.

REGLAMENTO PARA EL CONTROL DE VERTIDOS DE LIQUIDOS RESIDUALES DE LA SECRETARIA DEL AGUA DE LA GOBERNACIÓN DE LA PROVINCIA DE SANTIAGO DEL ESTERO

Los efluentes, además de cumplir con las condiciones de vuelco establecidas a continuación, no deberán conferir al curso receptor final características en desacuerdo con los criterios de calidad de agua, adecuados a los diversos usos previstos para ese curso receptor final. Los límites deben interpretarse como concentración máxima permisible, con excepción del parámetro cloro residual que indica la concentración mínima que debe existir. LÍMITES PARÁMETRO

Temperatura pH

UNIDAD

Pozos Colectora absorbentes, cloacal lagunas

Conducto pluvial

Curso de agua

°C

40

45

45

40

UpH

6,5 - 9

6-9

6-9

6-9

Unidades de color

N.E (1)

N.E

75

75

Materias flotables

mg/L

No se admiten

N.E

No se admiten

No se admiten

Sólidos sedimentables en 10 min

ml/L

Ausente (2)

0,5

0,5

0,5

Sólidos sedimentables en 2 h

ml/L

5

5

1

1

Sólidos suspendidos

ml/L

N.E

N.E

N.E

60

Amoníaco

mg/L

25

25

10

10

Nitrito

mg/L

Ausente