2.4 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DOMESTICA DEL EDIFICIO

Tabla 2.2 caracterización del agua residual del edificio

Parámetro Unidad Concentración

De la muestra

LMP por la

NOM-001-

SEMARNAT

1996

Observaciones

Solidos totales.

mg/L

1200

200

No cumple

Solidos

suspendidos

ml/L 3.5 50 Si cumple

Demanda

Bioquímica de

oxígeno,

DBO5.

mg/L 200 60 Si cumple

Demanda

Química de

oxígeno,

DQO.

mg/L 400 120 No cumple

Cloruros

mg/L 50

250 Si cumple

Nitratos

mg/L 300 60 No cumple

Sulfatos

mg/L 30 400 Si cumple

Coliformes totales NMP/100ml 107 a 108 2000 No cumple

CAPITULO III

DISEÑO DE LA PLANTA TRATADORA DE AGUA

3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES

Afluente

Tratamiento

preliminar

Tratamiento

primario

Tratamiento

secundario

Desinfección

Rejillas de limpieza manuales

Tanque de sedimentación circular lodos activados

Filtro de carbón activado

Biorreactor

Humedal artificial

Cloración

Efluente

3.2 DIAGRAMA DE PROCESOS

3.3 DISEÑO DE LA REJILLA

Caudal (Q) = 19.008 m3/d

Velocidad (v) = 28 m/h*

*velocidad, tomando en cuenta la distancia desde el punto más alto del edificio, donde el

agua comienza a fluir.

𝑣 = (28𝑚

ℎ) (24

ℎ𝑟

1 𝑑 ) = 672

𝑚

𝑑

𝐴 =𝑄

𝑣

𝐴 =19.008

𝑚3

𝑑

672 𝑚𝑑

𝐴 = 0.02828 𝑚2 ≈ 0.03 m 2

𝐴 = 𝜋𝑟2

𝑟 = √𝐴

𝜋

𝑟 = √0.02828𝑚2

3.1416

r= 0.0948 m

d= 0.1897 m

0.1897 𝑚 (100𝑐𝑚

1𝑚) (

1 𝑝𝑢𝑙𝑔

2.53 𝑐𝑚) = 7.4706 𝑝𝑢𝑙𝑔 ≈ 8 pulgadas

Área

A = L x L

0.03 m2 = L2

𝐿 = √0.03𝑚2

𝐿 = 0.1732 𝑚 (100 𝑐𝑚

1 𝑚 ) = 17.32 𝑐𝑚 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 = 6.8190 pulgadas

Tomando en cuenta los datos de la Tabla 5.5 (Tchobanoglous y Burton 1991).

Tabla 3.1 Información usual para el diseño de rejillas de limpieza mecánica y

manual.

Parámetro Unidad Limpieza manual Limpieza

mecánica

Tamaño de la barra:

Ancho Pulg 0.2 – 0.6 0.2 – 0.6

Profundidad Pulg 1.0 – 1.5 1.0 – 1.5

Espaciamiento entre

barras

Pulg 1.0 – 2.0 0.6 – 3.0

Inclinación con la vertical Grad. 30 – 45 0 – 30

Velocidad de

aproximación

Pie/s 1.0 – 2.0 2.0 – 3.25

Perdidas admisibles Pulg 6 6

Ancho de la barra 0.4 pulgadas

1 pulgada de separación entre barras

5 barras

0.4’’ 1’’

17.32 cm

3.4 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN

𝑉 =1

3𝜋 𝑟2ℎ L = 3

Condiciones de Diseño.

1 = 3 ℎ2 = 𝑔2 − 𝑟2

Relación Longitud-Diámetro.

13 𝑝𝑖𝑒𝑠 (0.3048 𝑚

1 𝑝𝑖𝑒) 3.9624m

≈ 4 𝑚

h =10 pies = 3.048 m

d = 10 pies = 3.048 m

r = 1.524 m

Pend = 6 = 1.8288 m

𝑔2 = ℎ2+ 𝑟2

Condiciones de la tubería de entrada:

Q = QII=

V= VII=

D= d =

Condiciones de diseño en el desarenador.

Remoción de partículas hasta de diámetro con un grado de remoción de 75% ɱ =30 °𝐶 − 0.800 𝑥 10−6

13 ft

32 ° 𝐶 1.924 (𝑓𝑡2 𝑆) 𝑥 105⁄ 𝑚2 𝑠⁄ Temperatura = 30°C

*Viscosidad cinemática (poas) = 𝑐𝑚2 𝑠 𝜌𝑎 30°𝐶 = 9.764 𝑘𝑔 𝑚3⁄⁄ Grado de desarenador = n = 1 Relación Longitud: Ancho = 1:3 Cota de la lámina del desarenador = Velocidad de sedimentación de las partículas d = 0.188 m

𝑉 = 𝑔

18 (𝜌𝑠− 𝜌)

ɱ 𝑑2 = Tamaño de la partícula ˃ 0.040 m

Tabla 5.1 Pág. 242 Tchobanoglous. *Se utilizó por nuestro criterio una pendiente de 6 plg = 1.8288 m esto para que nos quedara idealmente.

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑠𝑡

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑜 𝑎𝑟𝑒𝑎

Medir altura del lodo

o Mínima. o Velocidad máxima de ascensión = Velocidad del lodo a precipitar m/a (de abajo

hacia arriba). Carga volumétrica.

Carga orgánica 𝑚3 ℎ𝑎𝑏. 𝑑í𝑎 𝑋 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠.⁄

*Volumen diario x la eficiencia = 𝑚3 El resultado va a ser el volumen y se le agrega el 20%.

(𝑄)(𝐸) = 𝑉

𝑉 = (19.008 𝑚3

𝑑) (0.75) = 14.256𝑚3 ≈ 15 𝑚3

Pueden ser 2 tanques de 8 𝑚3

Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310 𝑉 = 𝜋 𝑟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371𝑚)

= 14.8639 𝑚3

15 𝑚3 → 100%

Volumen del cono.

𝑉 = 1

3𝜋𝑟2ℎ =

1

3(3.1416)(1.524)2(1.10109𝑚)

= 2.4587 𝑚3

𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17.3226 𝑚3

𝑉 ≠ ℎ2+ + 𝑟2

ℎ2 = 𝑔2 − 𝑟2

ℎ = √𝑔2 − 𝑟2

ℎ = √(1.8288)2 = 1.0109 𝑚

1.5 FILTRO

Para el diseño del filtro se tomaron las concideraciones de “la Guia para el diseño de

sistemas de filtración”, Lima 2005.

Y los siguientes criterios nos seran de mucha ayuda para el diseño de dicho filtro.

Periodo de diseño: es recomendable para esta fuente entre 8 y 12 años, sin

embargo nuestro diseño plantea una duración de 10 años.

Periodo de operación: -deben ser diseñados para periodos de operación de 24

horas, siento de 2 el número minimo de unidades en paralelo.

Caudal del diseño: las unidades en una planta de tratamiento serán diseñadas

para el caudal maximo diario.

Dimensionamiento:

Area superficial

As= 𝑄𝑑

𝑁𝑥𝑉𝐹

Donde:

As= se obtiene del caudal de agua eb m3/h y de la tasa de filtración

Vf= velocidad de filtración (m/h)

De acuerdo a esta guía la velocidad de filtración varia entre los 0.1 y 0.2 m/h. Y

cambe mencionar que a mayor contaminación del agua el afluente tendra una

menor velocidad de filtración,

Qd= carga total del diseño (m3/h)

N= número de unidades

Para N tambien se considera un valor experimental obtenido de la guia para el diseño de

sistemas de filtracíón y el dato utilizado es 2.

Sustituyendo en la ecuación se tiene:

As= (0.792

𝑚3

ℎ)

(2)(0.2𝑚/ℎ)

As= 1.98 m2

Coeficiente de minimo costo

K= (2N)/(N+1)

Sustituyendo se tiene

K= (2)2/(2+1)

K= 1.33

Longitud de unidad

L= (AsK)1/2

L= ((1.98 m2)1.33)1/2

L= 1.57 m

Ancho de unidad b = (As/K)1/2

b= (1.98 m2/ 1.33)1/2 b=1.22 m

3. 6 DISEÑO DE UN HUMEDAL

Factores a considerar

Caudal (Q)= 19.008 m3

Volumen

Área

Concentración BDO5 inicial= 100mg/L

Calculo de la carga orgánica

CBDO5 inicial= 100 mg/L

(100 𝑚𝑔

𝐿) (

1 𝑔

1000𝑚𝑔 ) (

1000𝐿

1𝑚3 ) = 100 g/m3

Carga orgánica = C0 * Q

Carga orgánica = (100

𝑔

𝑚3 ) (19.008 𝑚3

𝑑 )

1000 𝑔

𝑘𝑔

= 1.9008 𝐾𝑔

𝑑

Tomando en cuenta la temperatura más fría en la región de Poza Rica, Ver. y de

acuerdo a la tabla establecida por US EPA (1983).

Tabla 3.2 Temperatura a considerar

Temperatura media en invierno (°C) Carga superficial de DBO

Kg/Ha * d lb/ac * d

> 15 45 – 90 40 – 80

0 – 15 22 – 45 20 – 40

< 0 11 – 22 10 – 20

Carga superficial 40 Kg/ha * d

Área

Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Á𝑟𝑒𝑎 =

1.9008𝑘𝑔𝑑

40𝑘𝑔

ℎ𝑎 ∗ 𝑑

Área= 0.0475 ha 475.2 m2

Suponiendo una altura de 1 m

Tiempo de retención

𝑡 = 𝐴ℎ

𝑄

𝑡 = 475.2 𝑚2

19.008 𝑚3

𝑑

t= 25 días

Volumen

𝑄 = 𝑉

𝑡

V= Qt

V= (19.008 𝑚3

𝑑) (25 d)

V= 475.2 m3

Dimensiones

Se utiliza una relación 3:1 (Stainer 1993)

W= √Á𝑟𝑒𝑎

3

W= √475.2 𝑚2

3

W= 12.5857 m ≈ 13 m

L= 3W

L= 3 (12.5857m)

L= 37.7571 m ≈ 38 m

Ajustando dimensiones

L = 6m

W= 2 m

h= 1 m

Pendiente del fondo del 10% (W.E.F. 1990) = 0.1 m

Plantas acuáticas emergentes (Burka and Louvenue 1990).

Juncuss effussus 5 – 15 cm (Profundida de la raíz).

Typha latifolia 15 – 60 cm (Profundidad de la raíz).

Pasto vetiver 2 m (altura).

Phragmites 3 m (altura).

2 m 6m

1m Nivel del agua

20 cm de sustrato (tierra).

50 cm de grava (tamaño

mediano).

10 cm de arena.

1.6 CLORACIÓN

Diseño del tanque de cloración

Relación Longitud-Diámetro.

13 𝑝𝑖𝑒𝑠 (0.3048 𝑚

1 𝑝𝑖𝑒) 3.9624m ≈ 4 𝑚

h =10 pies = 3.048 m

d = 10 pies = 3.048 m

r = 1.524 m (𝑄)(𝐸) = 𝑉

𝑉 = (19.008 𝑚3

𝑑) (0.75) = 14.256𝑚3 ≈ 15 𝑚3

Pend = 6 = 1.8288 m

Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310 𝑉 = 𝜋 𝑟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371𝑚)

= 14.8639 𝑚3

Volumen del cono.

𝑉 = 1

3𝜋𝑟2ℎ =

1

3(3.1416)(1.524)2(1.10109𝑚)

= 2.4587 𝑚3

𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17.3226 𝑚3

Condiciones de la dosificación

Caudal:

19.008 𝑚3/d = (1𝑚3

1000𝐿)(

24ℎ𝑟𝑎𝑠

1 𝑑)(

1 ℎ𝑜𝑟𝑎

3600𝑠) = 0.22 L/s

GASTO DE PERCLORITO

13 pies

0.22L/s x 1.5 mg/L x 86.4 = 28.512 g Cl2/d

28.512 𝑔 𝐶𝑙2/𝑑

130𝑔 𝐶𝑙2/𝐿 = 0.21 L/d

Al hacer la dilución para dosificar del 1% en peso, la concentración seria de 1.3g/L. Entonces el

caudal de la bomba dosificadora puede adecuarse como:

q= 1.5

𝑚𝑔

𝐿 𝑋 0.22 𝐿/𝑆

130 𝑚𝑔/𝐿 = 0.33 mg/s

q=0.33 𝑚𝑔/𝑠

1300 𝑚𝑔/𝐿 = 0.00025 mL/s