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2011-1

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALESLODOS ACTIVADOS

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

LODOS ACTIVADOS

JOSEPH VLADIMIR MUÑOZ PASCUALES

ERIKA ALEJANDRA SUAREZ AGUDELO

MARIA PAULINA TEJERA GONZALEZ

MARIA CAMILA VASQUEZ JARABA

CORPORACION UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC.

FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES

PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL

BARRANQUILLA

2011

TABLA DE CONTENIDO

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PROYECTO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PRESENTADO A LA PROFESORA:

ING. Q. LILIANA LOZANO

INTRODUCCIÓN.

1. OBJETIVOS. 5

1.1 Objetivos Generales 5

1.2 Objetivos Específicos 5

2. LAS AGUAS RESIDUALES 6

2.1 Características de las Aguas Residuales 6

2.1.1 Características Físicas 6

2.1.2 Características Químicas 6

2.1.3.Materia Orgánica Presente 7

2.1.4 Características Biológicas 7

2.1.5 Requerimientos de carbono y energía 7

2.1.6 Requerimiento de nutrientes 8

2.1.7 Requerimiento de Oxigeno 8

3. DATOS INICALES PARA DISEÑO DE UNA PTAR 9

4. CRIBADO 11

5. DESARENADOR 14

6. LODOS ACTIVADOS 18

7. SEDIMENTADOR 23

8. CONCLUSION 25

BIBLIOGRAFIA

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INTRODUCCION

El tratamiento de aguas residuales, consisten en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos. Con el propósito de eliminar los contaminantes representativos como DBO, DQO. Antes de ser vertidas a las fuentes hídricas para no afectar el medio ambiente y la salud de los humanos.

Los cuerpos de aguas, fuentes hídricas son autodepurables, pero no todas las veces puesto que depende el contaminante y la capacidad de estas. Como sabemos hay diferentes tipos de aguas residuales de las cuales cada una tiene su tratamiento específicos a lo que se desea disminuir concentración. Estas aguas pueden ser tratadas, son recogidas y llevadas por una red de tuberías a una plata de tratamiento.

En la planta de tratamiento debe empezar con una separación física de sólidos grandes, luego pasa por el desarenador, un sedimentador primario, el tratamiento biológico, sedimentador secundario, por ultimo desinfección. Al momento del vertimiento se debe caracterizar para saber que los parámetros físicos, químicos y biológicos estén en lo establecido por la normatividad colombiana.

A continuación se diseñara una plata de tratamiento de aguas residuales, con sistema de cribado, desarenador, sedimentador y como tratamiento biológico lodos activados.

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales, con tratamiento biológico de lodos activados, con el fin de eliminar la carga orgánica presente, para posteriormente vestirla a un cuerpo de agua, en condiciones y características que no afecten el medio biótico presente en e cuerpo de agua, y asi permitir la sustentación de los organismos.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar todos los parámetros de diseño para la plata de tratamiento de aguas residuales.

Determinar los caudales de diseño.

Diseñar un sistema de cribados..

Diseñar un sistema de desarenador.

Diseñar el tratamiento de las aguas residuales (lodos activados).

Diseñar un sistema de sedimentación simple.

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2. LAS AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales son las usadas y los sólidos que por uno u otro medio se introducen en las cloacas y son transportados mediante el sistema de alcantarillado. Aquellas que están contaminadas con sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. No tratarlas genera graves problemas de contaminación.

Las aguas residuales domesticas, son los líquidos provenientes de las viviendas o residencias, edificios comerciales e institucionales.

Las aguas residuales municipales, son los residuos líquidos transportados por el alcantarillado de una ciudad o población y tratados en una planta de tratamiento municipal.

Las aguas residuales industriales, son las aguas residuales provenientes de las descargas de industrias manufactureras.

2.1 CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

2.1.1 CARACTERISTICAS FISICAS

Olor. Este se debe a la concentración de H2S

Turbiedad. Medido en UTN, sólidos disueltos y suspendidos

Color. Medido en UPC. Negro o gris

Sabor. Aceptable, no aceptable

Temperatura. Depende de la fuente.

Densidad. Se debe a la temperatura y los sólidos

Conductividad. Se mide en S/m. Se debe a los sólidos disueltos

Sólidos. Sólidos de tamaño, sólidos totales sólidos suspendidos, sólidos disueltos.

Oxigeno Disuelto. Medido en mg/L.

2.1.2 CARACTERISTICAS QUIMICAS

pH

Nitrógeno. Funciona como bioestimulante

Fosforo. Funciona como bioestimulante

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Alcalinidad. Capacidad de neutralizar sustancias básicas.

Acidez.

Cloruros. Son sales, determinantes en la calidad de agua residual tratada y su uso para riego.

Azufre.

Metales.

Gases.

2.1.3 MATERIA ORGANICA PRESENTE.

DBO. Demanda Bioquímica de Oxigeno. Cantidad de oxigeno que se requiere para oxidar la materia orgánica

DQO. Demanda Química de Oxigeno. Cantidad de oxigeno que se requiere para oxidar sustancias químicas del agua.

COT. Carbono orgánico total

Grasas y Aceites. Tensoactivos solubles en el agua.

2.1.4 CARACTERISTICAS BIOLOGICAS

Bacterias.

Virus.

Protozoos.

Algas.

2.1.5 REQUERIMIENTOS DE CARBONO Y ENERGIA

Carbono para tejido celular: organismos heterótrofos

Dióxido de carbono: organismos autótrofos.

Descomposición de compuestos orgánicos: quimioautotrofos

2.1.6 REQUERIMIENTO DE NUTRIENTES

Macronutrientes: nitrógeno, potasio, magnesio, sodio, cloro, azufre, fosforo.

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Micronutrientes: zinc, selenio, molibdeno, níquel, cobalto, manganeso.

2.1.7 REQUERIMIENTO DE OXIGENO

Aerobios. Presencia de O2

Anaerobias. Ausencia de O2

Facultativas. En presencia o ausencia de O2

Aerotolerantes. Que toleran y no se ve afectada por la presencia de oxigeno.

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3. DATOS INICIALES PARA DISEÑO DE UNA PTAR

Diseñar una PTAR el proyecto tiene una proyección de 10 años con una cobertura del 50%. La temperatura mínima del agua es de 23oC. La ciudad X cuenta actualmente con 88,000 habitantes, y tiene proyectado un crecimiento poblacional anual del 1.5%. La ciudad esta distribuida en zonas distribuidas de la siguiente forma

ZONA Descripción Población Area (H) Tipo de Abast. Agua Saneamiento Cobertura S Dotación Cea Rest. Turísticos 8000 40 C. Dom Colectores 90% 220 0,9b Comercio 15000 100 C. Dom Colectores 90% 220 0,8c Viviendas 15000 80 Piletas Públicas C, Dom. Letrinas, Tanques Sépticos 20%- 40% 220 0,82d Asent. Humano 50000 500 Piletas Públicas Letrinas 60% 220 0,18ae Aeropuerto 30

POBLACION 88000CREC.

POBLACIÓN 1,50%

ZONAS POB. ACTUAL POB. FUTURA COBERTURA 50 %A 8000 9284 4642B 15000 17408 8704C 15000 17408 8704D 50000 58027 29014

AE - - -∑ 88000 102128 51064

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Los caudales de diseño son los siguientes:

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Factor Pico = 2,26CAUDALES DE DISEÑO m3/seg

Caudal Promedio 0,104Caudal Max 0,2305Caudal Min 0,05

4. CRIBADO

El cribado es un proceso mecánico que separa los materiales de acuerdo a su tamaño de partícula individual. Esto ocurre por un movimiento proporcionado, generalmente son mallas o placas perforadas y permiten que los sólidos mas pequeños pases como finos y que los sólidos grandes sean retenidos.

Es la primera operación que se debe considerar en una planta de tratamiento de aguas. Su objetivo es interceptar los cuerpos gruesos antes de que dañen o vuelvan más lentos los procesos depurativos. La captación de los cuerpos se realiza a través de cribas o rejillas metálicas con tamices que van de 4-6 cm, para el cribado grueso, y de 0.2 a 0.5 cm para el cribado fino. La limpieza de las cribas puede ser manual en el caso de plantas pequeñas o bien mecánica.

PERDIDAS EN REJILLAS

La perdida de energía a través de la rejilla es función de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad de flujo entre las barras.

Según Kirschmer, la perdida de energía es una rejilla limpia puede calcularse:

H=b(w/b)4/3 hv senθ

H= Perdida de energía

β = factor dependiente de la forma de las barras

w=ancho máximo de la sección transversal de las barras

B =separación entre las barras, m

hv= altura o energía de la velocidad de flujo de aproximación

Θ=angulo de la rejilla con el horizontal

H= V2-v2(1/0.7)

2g

H= perdida de energía, m

V=velocidad de flujo a través de las rejillas m/s

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v=Velocidad aproximada de flujo m/s

g=Aceleración de la gravedad m/s2

H=1/2g x (Q/CA))2

H= perdida de energía, m

Q= Caudal de aproximación m3/s

C= Coeficiente de descarga; 0.60 para rejillas limpias

A=Área efectiva de flujo de la rejilla m2

LIMPIEZA MECÁNICAcms

Ancho de las barras 1Profundidad de las b. 5Abertura 3,5Pendiente 20Velocidad de acerc. m/s 0,8Pérdida de Energía 15

1. Pérdida en las rejillas β = 1,79

Hv = 0,03H (m)= 0,003739657 0,37

2. Área del Canal

A (m2)= 0,13

3. Altura de Lámina Ancho del canalb (m)= 0,4

12

h (m) = 0,33

4. Longitud Rejilla

L (m) = 0,96

5. No. Barras

n = 7,4 7

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5. DESARENADOR

Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar

Se utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en sistemas industriales.

Los desarenadores se ubican después de las rejillas. Cuando es necesario bombear el influente de agua residual se recomienda localizar el cárcamo a continuación de los desarenadores.

El propósito de separar la arena del material orgánico susceptible de putrefacciones evitar depósitos de arena en los tanques de aireación, obstrucción de tuberías, desgaste de rastras en sedimentadores, bombas, etc.

El equipo mecánico y electromecánico se desgasta con mayor rapidez debido a la arena.

Para: Q max (m3/sg) = 0,24

T (m) = 1v (m/sg) = 0,3

1. Prof . De Flujo Canal

H (m) = 1,18

2. Altura de velocidad y Profundidad para la Sección de Control

2.1 Altura de velocidad

14

0,38

2.2 Profundidad en la sección de control (dc)

0,76

2.3 Velocidad en la sección de control (Vc)

3,78

2.4 Área de la sección del control (a)

0,06

2.5 Ancho de la sección de control (w)

0,08

- Q medio (m3/sg) = 0,104

3.1 Área de Flujo

0,04

3.2 Profundidad en la sección de control (dc)

0,55

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3.3 Profundidad en la cámara desarenador (H)

0,85

3.4 Ancho de la lámina de agua en el canal (T)

0,61

- Qmin (m3/seg) = 0,05

4.1 Área de flujo (a)

0,03

4.2 Profundidad en la sección de control (dc)

0,34

4.3 Profundidad en la cámara desarenador (H)

0,52

4.4 Ancho de la lámina de agua en el canal (T)

0,48

- LONGITUD

16

18,39

- Tiempo de Retención

1,02

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6. LODOS ACTIVADOS

El proceso de los lodos activados para el tratamiento de aguas negras está basado en proporcionar un contacto íntimo entre las aguas negras y lodos biológicamente activos. Los lodos se desarrollan inicialmente por una aireación prolongada bajo condiciones que favorecen el crecimiento de organismos que tienen la habilidad especial de oxidar materia orgánica. Cuando los lodos que contienen estos organismos entran en contacto con las aguas negras, los materiales orgánicos se oxidan, y las partículas en suspensión y los coloides tienden a coagularse y formar un precipitado que se sedimenta con bastante rapidez. Es necesario un control de operación muy elevado para asegurar que se tenga una fuente suficiente de oxigeno, que exista un contacto íntimo y un mezclado continuo de las aguas negras y de los lodos, y que la relación del volumen de los lodos activados agregados al volumen de aguas negras que están bajo tratamiento se mantenga prácticamente constante.2

La característica de este proceso consiste en que la entrada del agua residual al tanque de aeración se efectúa por varios puntos a lo largo del mismo. Por tal razón los parámetros relacionados con caudal y tiempo de retención varían considerablemente conforme se realicen las adiciones parciales de agua residual, La variación de la concentración de microorganismos, factor de carga, tiempo de retención, etc.

Los reactores de lodos activos (de operación continua) deben diseñarse de acuerdo a parámetros cuantitativos medibles, que representen efectivamente las características del efluente a tratar, las características del reactor y las exigencias al efluente tratado.

La metodología de diseño de un reactor de lodos activos convencional se basa en los balances de materiales y la cinética del sistema de reacción. En forma simple, el sistema se puede componer de un reactor aireado y agitado, seguido de un sedimentador de sólidos (células), desde el cual se recircula una cantidad determinada de sólidos al reactor

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Principios del proceso de lodos activados

Instalación Típica

Los elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos activados son:

Tanque de Aeración: Estructura donde el desagüe y los microorganismos son mezclados. Se produce reacción biológica.

Tanque Sedimentador: El desagüe mezclado procedente del tanque aereador es sedimentado separando los sólidos suspendidos (lodos activados), obteniéndose un desagüe tratado clarificado.

Equipo de Aeración: Inyección de oxígeno para activar las bacterias heterotróficas.

Sistema de Retorno de Lodos: El propósito de este sistema es el de mantener una alta concentración de microorganismos en el tanque de aeración. Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables en el tanque sedimentador son retornados al tanque de aeración.

Exceso de Lodos y su Disposición: El exceso de lodos, debido al crecimiento bacteriano en el tanque de aeración, es eliminado, tratado y dispuesto.

Operación Básica

Pretratamientos/Ajuste de Aguas Residuales: En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de procederse con ellos el proceso de lodos activados, esto debido a que ciertos elementos inhiben el proceso biológico (grandes cantidades sólidos, aguas residuales con valores anormales de pH, etc).

Remoción de DBO en un Tanque de Aeración: Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque de sedimentador final es aerado hasta obtener 2mg/L de oxígeno disuelto o más, en donde una parte de materia orgánica contenida en los desagües es mineralizada y gasificada, y la otra parte, es asimilada como nuevas bacterias.

Operación Sólido-Líquido en el tanque de sedimentación: Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del tanque de aeración, proceso que se realiza en el tanque de sedimentación, concentrándolos por gravedad. Las finalidades de este proceso es: Conseguir un efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos, y, asegurar el lodo de retorno.

Descarga del Exceso de Lodos: Con la finalidad de mantener la concentración de los lodos activados en el licor mezclado a un determinado valor, una parte de los lodos son eliminados del sistema a lechos de secado o a espesadores seguidos de filtros mecánicos (filtros prensa, de cinta, etc) para posteriormente disponer el lodo seco como residuo sólido.

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REACTOR BIOLOGICO DE LODOS ACTIVADOSDATOS

So DBO5 (mg/L) 86DQO (mg/L) 326

Kd (d-)1 0,05Qd m3/seg 0,104 104

θc (d) 8TRH θ (h) 6Se (mg/l) 15

E(%) 82,56Y 0,65R 0,7

transferencia del aire 0,08

BIOMASA DEL REACTOR

XV(mgSSV)= 2369631086

X (mg SSVLM)= 3797485,714

VOLUMEN DEL REACTORVol(m3)= 624

PRODUCCION DE LODOS ESTIMADA

PX(gr/d)= 296203,8857

FLUJO DE LOS LODOS EXCEDENTES

Qw(m3/d)= 0,008457608

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RELACION ALIMENTO MICROORGANISMO

A/M(SEG-1)= 3,77443E-09A/M(d-1) 0,000326111

CARGA ORGANICA VOLUMETRICA

COV (mg/l.seg) 0,014333333

CAUDAL DE RECIRCULACION

QR=R*Qd QR(m3/seg)= 0,0728

CONCENTRACION DE SOLIDOS SUSPENDIDOS EN LA RECIRCULACION

XR(gr/m3)= 9222,465306

CANTIDAD DE OXIGENO REQUERIDADO=1,5Q(So-Se)-1,42XRQw DO(grO2/d)= 846206,4

kgO2/d 846,2064

CAUDAL DE AIRE

Qaire(m3/d)= 3039,534483

CAUDAL REAL DEL AIRE

Q aire real(m3/d)= 37994,18103

VOLUMEN DE AIRE REQUERIDO

49,166756

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DIMENSIONES DEL REACTORVOLUMEN 624

ALTURA 4AREA 156

ANCHO 8,831760866LARGO 17,66352173

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7. SEDIMENTADOR

Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido.La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior.Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas, así como de su concentración. Es así que podemos referirnos a la sedimentación de partículas discretas, sedimentación de partículas floculentas y sedimentación de partículas por caída libre e interferida.

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Q(m3/L)= 0,104Vs(m/s)= 0,01916667

q(m3/m2/dia)= 23H(m)= 4,2

X= 4

q (carga superficial) Q As B:L - 1:X H Volumenm3/m2/dia m/s cm/s (m3/s) m2 B L m M3

30 0,00034722 0,03472222 0,104 299,52 8,65332306 34,61329224 4,2 1257,98424 0,00027778 0,02777778 0,104 374,4 9,6747093 38,69883719 4,2 1572,4815 0,00017361 0,01736111 0,104 599,04 12,2376468 48,95058733 3,7 2216,448

ϴ t At V hs h s h m2 m/s

12096 3,36 219,130435 0,06086957 36,34395686 0,0028615515120 4,2 219,130435 0,06086957 40,63377905 0,0025594521312 5,92 193,043478 0,05362319 45,27929328 0,00229686

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8. CONCLUSION

Se diseño una planta de tratamiento de aguas residuales, un tratamiento biológico de lodos activados, a 10 años con una cobertura del 50% de la población con el fin de eliminar la carga orgánica presente, para posteriormente verterla a un cuerpo de agua, en condiciones adecuadas que no afecten el medio biótico presente en e cuerpo de agua, y cumplir con la normatividad colombiana.

En el diseño se tuvieron en cuenta todas las consideraciones al determinar los parámetros determinantes para el tratamiento de las aguas residuales.

Como sabemos el tratamiento de las aguas residuales es muy importante, para mejorar la calidad de vida y conservar el medio ambiente. Además que se protege los cuerpos de agua fuente de abastecimiento para poblaciones para su sustento diario.

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BIBLIOGRAFIA

ROMERO, Jairo Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y Principios de Diseño. Escuela Colombiana de Ingeniería

http://www.quiminet.com/ar3/ar_vcdRsDFhgsARsDF-el-proceso-de-cribado-o-tamizado.htm

http://www.pantareiwater.com/default.asp?content=3,186,184,0,0,Cribado,00.html

http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/desarenadores/desarenadores.html

http://www.reocities.com/jdelosri/Laetapas.PDF

http://www.monografias.com/trabajos74/lodos-activos/lodos-activos.shtml

http://escuelas.fi.uba.ar/iis/Sedimentacion.pdf

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