02 Ptar Parte Primaria

7/21/2019 02 Ptar Parte Primaria

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DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES: PARTE PRIMARIA

1. INTRODUCCION

El primer tratamiento importante que sufren las aguas residuales

después de las precedentes fases preliminares es, generalmente, la

sedimentación de los sólidos suspendidos en un tanque adecuado en el

que se mantiene las aguas por un lapso de 0.5 a 3 horas o más, que es

suciente para permitir que el 40 a 65 de los sólidos nalmente

di!ididos, se pose en el fondo del tanque, del cual se e"traen por medio

de colectores mecánico, en forma de lodos. #a sedimentación primaria es

una operación unitaria dise$ada para concentrar % remo!er sólidossuspendidos orgánicos del agua residual. &nta$o, cuando se considera'a

que el ni!el primario era suciente como (nico tratamiento, la

sedimentación primaria era la operación más importante en su planta.

)u dise$o % operación fueron determinantes en la reducción de las

cargas de desecho que se dispon*an en los cuerpos receptores. En la

actualidad, los requerimientos de tratamiento a ni!el secundario han

otorgado a la sedimentación primaria un rol menor. +o o'stante, muchos

de los procesos unitarios de tratamiento secundario son capaces de

maneas los sólidos orgánicos sólo si se ha lle!ado a ca'o una 'uena

remoción de arena % escoria durante el pre tratamiento.

#a ma%or parte de los sólidos suspendidos presentes en las aguas

residuales son de naturale-a pegaosa % oculan en forma natural. #as

operaciones de sedimentación primaria son esencialmente del /ipo sin

la adición de coagulantes qu*micos ni operaciones de me-clado

mecánico % oculación.

El material orgánico es ligeramente más pesado que el agua % se

sedimenta lentamente, normalmente en el inter!alo de 1 a .5 m2h. #os

materiales orgánicos más ligeros, principalmente grasas % aceites, otan

en la supercie % se de'en desnatar.

2. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN

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#a sedimentación primaria puede lle!arse a ca'o en tanques

rectangulares alargados o en tanques circulares.

En los tanques rectangulares, como el mostrado en la igura 11.1, la

espuma se retirautili-ando unas rastras de lodo que, de manera alternada, después de

recorrer el tanque por el fondo, regresan a su punto de partida

recorriendo la supercie del agua, lo que se apro!echa, como se dio,

para remo!er la espuma. El material otante se despla-a de esta manera

hasta un sitio donde se colecta, u'icado a cierta distancia hacia atrás del

!ertedor del euente, % all* es retirado al pasar so're un !ertedor de

espuma o por medio de una rastra trans!ersal.

or su parte, los tanques circulares cuentan con un 'ra-o desnatador

que está unido a la rastra de lodos, como se muestra

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& diferencia de los tanques rectangulares, cu%o uo es hori-ontal, en los

tanques circulares es de tipo radial, El agua a tratar se introduce por el

centro o por la periferia del tanque, como se muestra. El sistema de

alimentación central es el más usado no o'stante, am'as

conguraciones producen 'uenos resultados.

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/anto en los tanques rectangulares como en los circulares se requiere la

construcción de una mampara entre el dispositi!o de remoción de

espuma % el !ertedor de euente. #os acondicionamientos necesariospara la remoción de espuma se muestran en la gura

#a espuma as* separada se dispone unto con el material retenido en el

cri'ado, la arena % el lodo digerido.

2.1. FUNDAMENTOS DE DISEÑO

#os criterios de dise$o de los tanques de sedimentación primaria se

presentan en el cuadro. uando se trata de plantas grandes en las

que se requiere de !arios tanques rectangulares, se acostum'ra

dise$arlos con paredes comunes con el n de reducir los costos de

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construcción % para apro!echar meor el espacio. En el caso de

plantas peque$as es com(n dise$ar tanques de tipo circular de'ido a

la sencille- del dispositi!o requerido para remo!er los lodos.

#os lodos de'en retirarse del tanque de sedimentación antes de quese desarrollen condiciones anaero'ias. )i los lodos comen-aran a

descomponerse, se producirán 'ur'uas de gas al que se adherirán

part*culas de sólidos que, en !e- de sedimentarse, se ele!ar*an hasta

la supercie. 7e presentarse este caso se reducir*a la compactación

del lodo, lo que har*a a su remoción menos eciente. #os sistemas de

remoción menos eciente. #os sistemas de remoción de lodo de'en

dise$arse para que puedan mo!erlo desde el sitio más aleado del

tanque con respecto al cárcamo de lodos en un lapso de 30 minutos auna hora después de ha'er sedimentado. 8na !e- dentro de él, la

conducción de lodos desde el cárcamo hacia el digestor de'e hacerse

con frecuencia.

#a cantidad de lodo remo!ido en la sedimentación primaria depende

de !aria'les tales como la composición del agua residual, la eciencia

del sedimentador 9tam'ién llamado claricador: % las caracter*sticas

propias del lodo como son su densidad espec*ca, contenido de agua,

etc.

Parám!r" I#!r$a%" &a%"r T'()*" /iempo de retención en h. 1.5 ; .5 arga supercial, en m32m d ; <asto medio 3 ; 4= ; <asto má"imo e"t. =0 ; 10 100arga so're el !ertedor m32m d 15 ; 500 50

R*!a#+,%arrofundidad 3 ; 5 3.6#ongitud 15 ; >0 5 ; 40&ncho 3 ; 4 6 ; 10?elocidad de la rastra 0.6 ; 1. m2min 1.0

C)r*,%arrofundidad 3 ; 5 4.57iámetro 3.6 ; 60 1 ; 45endiente del fondo 60 ; 160 mm2m =0

?elocidad de la rastra 0.05 ; 0.05 rpm 0.03

- de 19



C%a / %"/" Gra$/a

/

(*'0*

a

C"#*#!ra*)# /

%)/" I#!r$a

%"

&a%"r

,,a%

&gua residual de concentraciónmedia

1.03 4 ; 1 6

&gua residual de alcant.

com'inado

1.05 ; 1 6.5

#odo acti!ado de purga %

primario

1.03 ; 6 3

#odo primario % ltro percolador 1.05 4;10 5

#as eciencias de remoción de tanques de sedimentación primaria

dependen de la carga supercial, como se muestra en la igura 11.@.

#a remoción media de sólidos suspendidos de sistemas 'ien operados

de'e estar alrededor del 50 al 60. #a remoción de la 7AB se reere

(nicamente a la 7AB de los sólidos remo!idos, dado que no se

remue!en orgánicos disueltos % la 'ioo"idación en el tanque de

sedimentación primaria es desprecia'le.

#a eciencia de los tanques de sedimentación para remo!er ))/ %

7AB puede !erse afectada por las siguientes causasC corrientes

arremolinadas en la entrada de'idas a la inercia del uido corrientes

inducidas por la acción del !iento corrientes de con!ección térmica

corrientes de densidad originadas por el acceso de aguas calientes o

fr*as que promue!en el mo!imiento de las capas de aguas calientes

desde el fondo hacia la supercie del tanque % estraticación térmica

propias de climas calientes % áridos.

#os efectos ocasionados por acción de la temperatura pueden tenerconsecuencias importantes en tanques de sedimentación. )e ha

o'ser!ado que 1o de diferencia entre la temperatura del inuente

de agua residual % la del agua contenida en el tanque, ocasiona la

formación de corrientes de densidad. #os impactos por efecto de la

temperatura dependerán del material que se desea remo!er % de sus

caracter*sticas.

#a elección de una tasa adecuada de carga supercial en metros

c('icos por metro cuadrado de área supercial por d*a, m32m d,

de 19



depende del tipo de material en suspensión a sedimentar. uando el

área del tanque se ha determinado, el tiempo de retención de éste

depende de la profundidad del agua. #as tasas de carga supercial

recomendadas proporcionan tiempos de retención entre .0 % .5

horas, con 'ase en el gasto medio de dise$o.

El efecto que la tasa de carga supercial % el tiempo de retención

eercen so're la eciencia de remoción de sólidos suspendidos !ar*a

ampliamente dependiendo de las caracter*sticas del agua residual,

fracción de sólidos sedimenta'les, concentración de sólidos % de otros

factores. Es necesario enfati-ar que las tasas de carga supercial

de'en ser lo sucientemente 'aas como para asegurar su

desempe$o satisfactorio 'ao condiciones de gasto má"imoe"traordinario.

2.2. DISEÑO DE TANQUE DE SEDIMENTACIONa. 5ra ,(r0*)a%

)e dise$a un tanque e sedimentación primario de forma

rectangular, cu%o dise$o se descri'e a continuación. #o primero

que se de'e calcular es el área supercial necesaria.

7ado el caudal medio diario es de 1.4 lt2seg % que equi!ale a

1,[email protected]> m32d*a % promediando un !alor de carga de supercie de

50 m32mD d*a 9ta'la 6.@: se calcula el área supercial necesaria de

la siguiente maneraC

A= Q

CS=(1,073.09

m3

dia)

(50

m3

m2∗dia

)A6 21.4 m2

romediando una relación de largo2ancho de 4 a 1, se calcula largo

% ancho del tanqueC

4 L2=21.46m

2

L=

√ 21.46

4

7 de 19



L6 2.32 m.

or lo tanto, el largo será de .3 m por ser la distancia más corta

con el o'eti!o d e!itar elementos estructurales 9!igas: % el ancho

será de >.= m, estas /)m#)"# r/"#/a# a 3 m 8 1 mr(*!)$am#!.

. Cá%*,%" / $"%,m# /% !a#;, /)m#!a/"r:

roponiendo un a profundidad de 4 m, se calcula el !olumen del

tanqueC

&"%,m#6 3 m < 1 m < 4 m6 12 m3

#a nue!a carga supercial será utili-ando la ecuación 6.16C

CS=Q

A=(1,073.09

m3

dia)

(4 m∗10m )

CS=26.83 m3

m2∗día

*. Cá%*,%" /% !)m(" / r!#*)#:T r=

Vol

Q =120

m3

1,073.09m

3/día

T r=0.1118día∗24 Hrs

1día=2.68 Hrs .

/. Ca%*,%" / $%"*)/a/ / arra!r:7e la ecuación 6.0 se puede calcular la !elocidad de arrastre

usando los siguientes !aloresC

• onstante de cohesión F0.05• <ra!edad Especica sF1.5• &celeración de art*culas gF>.=06 m2s

• 7iámetro de part*culas dF 100 Gm• actor de fricción de 7arc%;Heis'ach fF 0.05

8k (s−1 ) gd

f ¿

VH =√ ¿

= de 19



. Ca%*,%" / rm"*)# / D@O 8 SST

Romocionde DBO= t

a+bt =

2.68

(0.019+(0.02)(2.68))=37.43

Romocionde SST = t

a+bt =

2.68

(0.019+(0.02)(2.68))=59.53

3. TANQUE DE IM>OFF

Es una unidad de tratamiento primario cu%a nalidad es la remoción de

sólidos suspendidos, o'teniéndose e"celentes resultados. ara

comunidades de 5000 ha'itantes o menos, los tanques KmhoL ofrecen

!entaas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, %a que

integran la sedimentación del agua % la digestión de los lodos

sedimentados en la misma unidad, por este moti!o tam'ién se les

denomina tanques de do'le cámara.

#os /anques KmhoL tienen una operación mu% simple % no requiere de

partes mecánicas sin em'argo para su uso correcto es necesario que las

aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de

cri'ado % remoción de arena. )on con!enientes especialmente en climas

calurosos pues esto facilita la digestión de lodos, en la selección de esta

unidad de tratamiento se de'e considerar que los tanques KmhoL

pueden producir olores desagrada'les. El tanque KmhoL t*pico es deforma rectangular % se di!ide en tres compartimentosC

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1. ámara de sedimentación. ámara de digestión de lodos3. Mrea para !entilación % acumulación de natas.

7urante la operación, las aguas residuales u%en a tra!és de la cámara

de sedimentación, donde se remue!en gran parte de los sólidossedimenta'les, éstos res'alan por las paredes inclinadas del fondo de la

cámara de sedimentación pasando hacia la cámara de digestión a tra!és

de una ranura con traslape e"istente en el fondo del sedimentador. El

traslape tiene la función de impedir que los gases o part*culas

suspendidas de sólidos, producto de la digestión, intereran en el

proceso de la sedimentación. #os gases % part*culas ascendentes, que

ine!ita'lemente se producen en el proceso de digestión, son des!iados

hacia la cámara de natas o área de !entilación. #os lodos acumulados en

el digestor se e"traen periódicamente % se conducen a lechos de secado,

en donde el contenido de humedad se reduce por inltración, después de

lo cual se retiran % dispone de ellos enterrándolos o pueden ser utili-ados

para meoramiento de suelos. El tanque KmhoL elimina del 40 al 50

de sólidos suspendidos % reduce la 7AB de 5 a 35.

3.1.DIMENSIONAMIENTO TANQUE IM>OFF

ara el dimensionamiento de /anques KmhoL se toman en

consideración los criterios de la +orma Aoli!iana 97K+&)A&: para el

7ise$o de 8nidades de /ratamiento +o Necani-adas para &guas

Oesiduales, que se resume a continuaciónC

3.1.1.CAMARA DE SEDIMENTACION

El área de la cámara de sedimentación se determina con 'ase

a una carga supercial s P a 5 m32m.dia, generalmente se

utili-a un !alor de s igual a 4 m32m.dia calculado respecto

al caudal medioC

As=Qmed

Cs

7ondeC

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&sF Mrea de la cámara de sedimentación 9m:

QmedF audal medio diario 9m32hora:

sF arga supercial m32m.hora

+ormalmente los tanques de sedimentación primaria se

pro%ectan para proporcionar un tiempo de retención hidráulica

9/OR: de 1 a horas 9recomenda'le horas:, por lo que el

!olumen de la cámara de sedimentación 9?s: se calculara con

la siguiente e"presiónC

Vs=Qmed∗TRH

• El fondo del tanque será de sección trans!ersal en formade ? % la pendiente de los lados respecto a la hori-ontal

tendrá de 50I a 60I.• En la arista central se de'e dear una a'ertura para el

paso de los sólidos remo!idos hacia el digestor, esta

a'ertura será de 0,15 a 0,0 m.• 8no de los lados de'erá prolongarse, de 0.15 0.0 m. de

modo que impida el paso de gases % sólidos

desprendidos del digestor hacia el sedimentador,situación que reducir*a la capacidad de remoción de

sólidos en suspensión de esta unidad de tratamiento.

3.1.2.CAMARA DE DIGESTION

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ara calcular el !olumen del compartimento de digestión %

almacenamiento de lodos se utili-ará una contri'ución

indi!idual de lodos de @0 litros por ha'itante, cuando la

temperatura promedio mensual del mes más fr*o sea de 15I.

ara cualquier otra temperatura se de'e multiplicar el !alor del

!olumen unitario por un factor de capacidad relati!a 9fcr:, de

acuerdo con los !alores del cuadro 5.6. or tanto el !olumen

requerido para la digestión de lodos 9?d en m3: estará dado

porC

Vd=70∗ ∗fcr

1000

7ondeC

cr F actor de capacidad relati!a

Tm(ra!,ra C Fa*!"r / Ca(a*)/a/ R%a!)$a

5

10 1,4

15 1,0

0 0,@5 0,5

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• #a altura má"ima de lodos de'erá estar 0,50 m por de'ao

del fondo del sedimentador a esta distancia se le denomina

profundidad li're.• El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un

tronco de pirámide in!ertida 9tol!a de lodos:, para facilitarel retiro de los lodos digeridos. #as paredes laterales de esta

tol!a tendrán una inclinación de 15I a 30I con respecto a la

hori-ontal.• #a tu'er*a de remoción de lodos de'erá estar 15 cm. or

encima del fondo del tanque• El tu'o de e"tracción de lodos no de'erá tener menos de

00mm. de diámetro de hierro fundido a menos que el lodo

se !a%a a e"traer por 'om'eo, en ese caso puede ser de150mm.

• ara la remoción hidráulica del lodo se requiere por lo

menos una carga hidráulica de 1.=0 m., so're la tu'er*a de

e"tracción de lodos.

3.1.3.AREA DE &ENTILACION B CAMARA DE NATAS

ara el dise$o de la supercie li're entre las paredes del

digestor % las del sedimentador 9-ona de espumas o natas: seseguirán los siguientes criteriosC

• El espaciamiento li're será de 1.0 m como m*nimo

9desde la parte e"terior de la cámara de sedimentación

hasta la parte interior de la cámara de digestión:.• #a supercie li're total será por lo menos 30 de la

supercie total del tanque.• El 'orde li're tendrá como m*nimo 30 cm.

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3.2.EERCICIO DE APLICACIÓN

)e desea implantar un sistema de tratamiento de aguas residuales

mediante el empleo de un tanque KmhoL. #a po'lación es de 000

ha'itantes tiene una dotación de 150 litros2ha'2d*a, un porcentae de

contri'ución al desagSe de =0 , la temperatura del mes más frio es

de 10 T.

a E% *a,/a% / !ra!am)#!" rá:

D!rm)#a*)# / %a /)m#)"# /% /)m#!a/"r

El área del sedimentador para una carga supercial de

1m32m2hora será

1- de 19



or tanto el !olumen del sedimentador para un tiempo de

retención hidráulica de horas

ara una relación #argo2&ncho de 4 o'tenemos las dimensiones

del sedimentadorC

or tanto las dimensiones del sedimentador sonC

&sumiendo un ángulo de inclinación de las paredes del

sedimentador de aF60I % un 'orde li're de 0.50m procedemos a

o'tener la altura del sedimentador.

* D!rm)#a*)# / %a /)m#)"# /% /)+!"r

ara una temperatura de 10I el factor de capacidad relati!a 9fcr:

es igual a 1.40, por tanto el !olumen del digestor esC

1 de 19



Entonces el área supercial seráC

El área de !entilación esC

?ericamos si representa más del 30 del total del área del

tanque

&hora calculamos las alturas dentro del digestorC

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ara una inclinación del fondo de la cámara de digestión de 30I

o'tenemos la altura h1

or tanto el !olumen 9?1: se o'tiene a partir de la siguiente

ecuación geométricaC

4. CONCLUSIONES

• #a parte primaria de un /&O es parte mu% importante para el

eciente tratamiento de las aguas residuales

• #a parte primaria de un /&O seg(n el O+E B).0>0 puede serC /anque

de sedimentación primaria, /anque de KmhoL, /anque de otación.

• El tanque de sedimentación es recomenda'le para po'laciones

medianas a grandes

• El tanque de KmhoL es sustenta'le para po'laciones medianas a

peque$as seg(n las caracter*sticas descritas en el presente informe

-. RECOMENDACIONES

• En po'laciones sin sistema de alcantarillado pre!io se recomienda

usar !alores estimados para el caudal medio

1= de 19



• )e recomienda hacer dise$os estructurales de las estructuras

• &nali-ar los pros % contras de cada uno de estas estructuras para

poder elegir una alternati!a económica % eciente.

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