INDICE

INTRODUCCIÓN

Tratamiento de Aguas Residuales

Potenciales Impactos Ambientales

Tecnología Apropiada5

Justificación del Proyecto 6

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO7

Pretratamiento 7

Canal de Cribado 7

Canal Desarenador 7

Vertedor Proporcional 7

Sedimentador Primario y Secundario 7

Sedimentación Primaria 8

Filtro Percolador 11

Marco Físico 2

PARÁMETROS DE DISEÑO13

DISEÑO DEL PROYECTO15

Gastos de servicio: 5

Dimensionamiento de Unidades 26

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO28

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES32

BIBLIOGRAFÍA33

I.- INTRODUCCIÓN

Tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y

biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes

en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o

efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado

biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reuso. Es muy común llamarlo depuración de

aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.

Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e

industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo:

tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante

una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal. Los

esfuerzos para colectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente

sujetas a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A

menudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren

procesos de tratamiento especializado.

Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de

sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un sistema

de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo especial;

posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la

arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos

suspendidos existentes en el agua residual. A continuación sigue la conversión progresiva de la

materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas,

generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida

(proceso llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos

adicionales (tratmiento terciario) como desinfección, filtración, etc. Este efluente final puede ser

descargado o reintroducidos de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro

ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc). Los sólidos biológicos segregados experimentan un

tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada.

Potenciales impactos ambientales

Los contaminantes de las aguas servidas municipales, o aguas servidas domésticas, son los

sólidos suspendidos y disueltos que consisten en: materias orgánicas e inorgánicas, nutrientes,

aceites y grasas, sustancias tóxicas, y microorganismos patógenos. Los desechos humanos sin un

tratamiento apropiado, eliminados en su punto de origen o recolectados y transportados,

presentan un peligro de infección parasitaria (mediante el contacto directo con la materia fecal),

hepatitis y varias enfermedades gastrointestinales, incluyendo el cólera y tifoidea (mediante la

contaminación de la fuente de agua y la comida). Cabe mencionar que el agua de lluvia urbana

puede contener los mismos contaminantes, a veces en concentraciones sorprendentemente altas.

Cuando las aguas servidas son recolectadas pero no tratadas correctamente antes de su

eliminación o reutilización, existen los mismos peligros para la salud pública en las proximidades

del punto de descarga. Si dicha descarga es en aguas receptoras, se presentarán peligrosos efectos

adicionales (p.ej. el hábitat para la vida acuática y marina es afectada por la acumulación de los

sólidos; el oxígeno es disminuido por la descomposición de la materia orgánica; y los organismos

acuáticos y marinos pueden ser perjudicados aún más por las sustancias tóxicas, que pueden

extenderse hasta los organismos superiores por la bio-acumulación en las cadenas alimenticias). Si

la descarga entra en aguas confinadas, como un lago o una bahía, su contenido de nutrientes

puede ocasionar la eutrofización, con molesta vegetación que puede afectar a las pesquerías y

áreas recreativas. Los desechos sólidos generados en el tratamiento de las aguas servidas (grava,

cerniduras, y fangos primarios y secundarios) pueden contaminar el suelo y las aguas si no son

manejados correctamente.

Los proyectos de aguas servidas son ejecutados a fin de evitar o aliviar los efectos de los

contaminantes descritos anteriormente en cuanto al ambiente humano y natural. Cuando son

ejecutados correctamente, su impacto total sobre el ambiente es positivo.

Los impactos directos incluyen la disminución de molestias y peligros para la salud pública

en el área de servicio, mejoramientos en la calidad de las aguas receptoras, y aumentos en los

usos beneficiosos de las aguas receptoras. Adicionalmente, la instalación de un sistema de

recolección y tratamiento de las aguas servidas posibilita un control más efectivo de las aguas

servidas industriales mediante su tratamiento previo y conexión con el alcantarillado público, y

ofrece el potencial para la reutilización beneficiosa del efluente tratado y de los fangos.

Los impactos indirectos del tratamiento de las aguas residuales incluyen la provisión de

sitios de servicio para el desarrollo, mayor productividad y rentas de las pesquerías, mayores

actividades y rentas turísticas y recreativas, mayor productividad agrícola y forestal o menores

requerimientos para los fertilizantes químicos, en caso de ser reutilizado el efluente y los fangos, y

menores demandas sobre otras fuentes de agua como resultado de la reutilización del efluente.

De éstos, varios potenciales impactos positivos se prestan para la medición, por lo que

pueden ser incorporados cuantitativamente en el análisis de los costos y beneficios de varias

alternativas al planificar proyectos para las aguas servidas. Los beneficios para la salud humana

pueden ser medidos, por ejemplo, mediante el cálculo de los costos evitados, en forma de los

gastos médicos y días de trabajo perdidos que resultarían de un saneamiento defectuoso. Los

menores costos del tratamiento de agua potable e industrial y mayores rentas de la pesca, el

turismo y la recreación, pueden servir como mediciones parciales de los beneficios obtenidos del

mejoramiento de la calidad de las aguas receptoras. En una región donde es grande la demanda

de viviendas, los beneficios provenientes de proporcionar lotes con servicios pueden ser reflejados

en parte por la diferencia en costos entre la instalación de la infraestructura por adelantado o la

adecuación posterior de comunidades no planificadas.

A menos que sean correctamente planificados, ubicados, diseñados, construidos,

operados y mantenidos, es probable que los proyectos de aguas servidas tengan un impacto total

negativo y no produzcan todos los beneficios para los cuales se hizo la inversión, afectando

además en forma negativa a otros aspectos del medio ambiente.

Tecnología apropiada

El concepto de la tecnología apropiada en los sistemas de agua servida, abarca

dimensiones técnicas, institucionales, sociales y económicas. Desde un punto de vista técnico e

institucional, la selección de tecnologías no apropiadas, ha sido identificada como una de las

principales causas de fallas en el sistema. El ambiente de las aguas servidas es hostil para el equipo

electrónico, eléctrico y mecánico. Su mantenimiento es un proceso sin fin, y requiere de apoyo

(repuestos, laboratorios, técnicos capacitados, asistencia técnica especializada, y presupuestos

adecuados). Aun en los países desarrollados, son los sistemas más sencillos, elegidos y diseñados

con vista al mantenimiento, los que brindan un servicio más confiable. En los países en desarrollo,

donde es posible que falten algunos ingredientes para un programa exitoso de mantenimiento,

ésta debe ser la primera consideración al elegir tecnologías para las plantas de tratamiento y

estaciones de bombeo.

En comunidades pequeñas y ambientes rurales, las opciones técnicas suelen ser más

sencillas, pero las consideraciones institucionales se combinan con las sociales y siguen siendo

extremadamente importantes. Las instituciones locales deben ser capaces de manejar los

programas o sistemas de saneamiento; la participación comunitaria puede ser un elemento clave

en su éxito. Son importantes las acostumbradas preferencias sociales y prácticas; algunas pueden

ser modificadas mediante programas educativos, pero otras pueden estar arraigadas en los

valores culturales y no estar sujetas al cambio.

La economía forma parte de la decisión de dos maneras. No es sorprendente que las

tecnologías más sencillas, seleccionadas por su facilidad de operación y mantenimiento, suelen ser

las menos costosas para construir y operar. Sin embargo, aun cuando no lo sean, como puede ser

el caso cuando gran cantidad de tierra debe ser adquirida para los estanques de estabilización, un

sistema menos costoso que fracasa, finalmente sería más costoso que otro más caro que opera de

manera confiable.

Justificación del Proyecto

Con este proyecto se pretende la elaboración de una planta de tratamiento primario mediante

el uso de un tanque de sedimentación primaria y otro del tipo secundario, para las viviendas

cercanas a las zonas que se marcan en los mapas siguientes, ubicando el sistema de tratamiento

en la parte noreste de San Luis de la Paz.

Por el momento la planta estará diseñada para el tratamiento de aguas residuales

domésticas asignándole un tratamiento primario y secundario.

El agua tratada estará destinada para cultivos no destinados al consumo humano. Es por

eso que es indispensable un tratamiento primario solamente, tener una ausencia de partículas

sólidas gruesas y ninguna sustancia química que provoque la aparición de residuos nocivos en

plantas y peces.

II.-DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

Pretratamiento.

Su finalidad es la de eliminar sólidos de gran tamaño y basuras flotantes. El elemento de control

será un vertedor proporcional doble suministro. A su vez el pretratamiento contempla las

siguientes operaciones.

Canal de cribado

Tiene como objeto principal remover o reducir el contenido de sólidos y basuras que

pueden interferir en el buen funcionamiento de los equipos de la planta corriente abajo, como

válvulas, etc. La rejilla de cribado será del tipo “cribado de barras” (Bar Screens) por su sencilla

construcción, la limpieza será de tipo manual. La criba consistirá de barras de acero, inclinadas a

45º con respecto a la horizontal, las cuales estarán espaciadas a intervalos iguales e irán soldadas a

un marco del mismo material. Esta criba de barras será colocada en la sección transversal del canal

de cribado para retener los sólidos y basuras flotantes presentes en el agua residual que sirve de

alimentación a la planta.

Canal desarenador

Esta unidad, es la segunda etapa del tratamiento preliminar de las aguas residuales. El

desarenado tiene por objeto extraer del agua residual la arena y partículas más o menos finas, con

el fin de evitar que se produzcan sedimentaciones en los canales y conducciones para evitar

sobrecargas en las unidades de tratamiento. El desarenado se refiere normalmente a las partículas

superiores a 250 micras.

Vertedor proporcional

Permite mantener la velocidad constante del agua a través del canal independientemente

de las variaciones de caudal, condición que es indispensable para impedir el arrastre de la arena.

Sedimentador Primario y Secundario

El objetivo de la sedimentación es remover los residuos sólidos sedimentables y material

flotante para disminuir la concentración de sólidos suspendidos. Los sedimentadores primarios

empleados como pretratamiento del agua residual, remueven entre el 50% y el 70% de sólidos

suspendidos y entre el 25% y 40% de la DBO5.

La sedimentación se clasifica en cuatro tipos a saber: Discreta, floculenta, de zona y de

compresión. La primera, conocida también como sedimentación tipo I, se caracteriza por que la

sedimentación se realiza en forma individual y sin interferir entre ellas. La teoría que rige este tipo

de sedimentación es la Ley de Stokes, aunque la aproximación a través de la relación Q/As es la

más utilizada para aguas residuales.

La sedimentación floculenta o tipo II, se caracteriza por ser una sedimentación de partículas poco

concentradas con tendencia a la floculación, por lo tanto; la velocidad de sedimentación de las

partículas aumenta con el proceso de sedimentación. Es propio en sedimentadores primarios.

La sedimentación zonal o tipo III, ocurre en concentraciones intermedias de partículas, cuando

estas forman al final del proceso de la sedimentación la interfase sólido – líquido totalmente

definida. Es propio de la sedimentación secundaria. Los parámetros que gobiernan el diseño de

este tipo de sedimentación son la carga de sólidos, el caudal, tiempo de detención superficial y la

relación (QX/As).

La sedimentación de compresión ocurre cuando las partículas están sedimentadas y tienen una

estructura de partículas ya formadas. Por lo tanto, puede suceder la sedimentación por

compresión. Ocurre en los espesadores y en el fondo de los sedimentadores secundarios siendo su

parámetro de diseño el caudal.

Sedimentación primaria

Siempre que un líquido que contenga sólidos es suspensión se encuentre en estado de relativo

reposo, los sólidos de peso específico superior al del líquido tenderán a depositarse en el fondo, y

los de menor peso específico a ascender. Este es el principio de funcionamiento de los tanques de

sedimentación primaria, los cuales dimensionados y operados de manera eficiente pueden

eliminar entre el 50 y 70%.

La sedimentación primaria puede llevarse a cabo en tanques rectangulares alargados o en tanques

circulares. En los tanques rectangulares, como el mostrado en la Figura 11.1, la espuma se retira

utilizando unas rastras de lodo que, de manera alternada, después de recorrer el tanque por el

fondo, regresan a su punto de partida recorriendo la superficie del agua, lo que se aprovecha,

como se dijo, para remover la espuma. El material flotante se desplaza de esta manera hasta un

sitio donde se colecta, ubicado a cierta distancia hacia atrás del vertedor del efluente, y allí es

retirado al pasar sobre un vertedor de espuma o por medio de una rastra transversal.

Cuadro 11.1 Tipos de sedimentación

Figura 11.1. Tanque rectangular alargado con rastra para lodo.

Por su parte, los tanques circulares cuentan con un brazo des-natador que está unido a la rastra de

lodos, como se muestra en las Figuras 11.2 a 11.4.

Figura 11.4. Sedimentador circular, alimentación central con rastras para recolección de lodos.

Tanto en los tanques rectangulares como en los circulares se requiere la construcción de

una mampara entre el dispositivo de remoción de espuma y el vertedor del efluente. Los

acondicionamientos necesarios para la remoción de espuma se muestran en la Figura 11.6.

Figura 11.6. Dispositivo de remoción de espumas de un tanque sedimentador primario de tipo

circular.

La espuma así separada se dispone junto con el material retenido en el cribado, la arena y el lodo

digerido.

Filtro Percolador

El sistema de tratamiento de aguas residuales a través de los filtros rociadores es un proceso

biológico utilizado para mejorar la calidad del agua mediante la descomposición de los

contaminantes por medio de microorganismos. El funcionamiento de este sistema consiste en

reproducir las condiciones naturales que el caudal contaminado sufriría a través de su paso por un

río.

El agua contaminada estaría sujeta a una depuración a cargo de los múltiples microorganismos

que se originan adheridos a las rocas y al contactar los nutrientes que aportan las aguas residuales

dan origen a un proceso de biodegradación y por consiguiente descontaminación.

Un filtro percolador es una cama de grava o un medio plástico sobre el cual se rocían las aguas

negras pretratadas. En este sistema de filtro percolador, los microorganismos se apegan al medio

del lecho y forman una capa biológica sobre éste. A medida que las aguas negras se percolan por

el medio, los microorganismos digieren y eliminan los contaminantes del agua.

Ventajas Desventajas

Se puede operar en varios índices de carga

orgánica e hidráulica

Se requiere una pequeña área en comparación

con los Humedales artificiales.

Alto costo.

Requiere diseño y construcción expertos.

Requiere fuente constante de energía y flujo

constante de aguas residuales.

El olor puede llegar a ser un problema.

Pretratamiento obligatorio.

II.1 Marco Físico

La parte noreste de San Luis de la Paz, con una altitud de 2038 msnm, posee gran parte

semi-urbanizada y es por ello que requiere de una planta para darle tratamiento a las aguas

residuales que este sector genera, pues es una parte de la ciudad que se encuentra en constante

crecimiento poblacional y genera un gasto constante de aguas grises y negras.

En donde se marca en el mapa será el sitio de construcción.

La planta tratadora estará ubicada entre las calles Emeterio Pérez y Ojo de Agua, su área

exacta (4508 m2) es la que se señala en el recuadro verde que se muestra a continuación, teniendo

un acceso relativamente fácil y el terreno muestra una topografía plana con pocas irregularidades.

N

III.- PARÁMETROS DE DISEÑO.

Población 10 000 (8% de la cabecera municipal)

Periodo de Diseño 20 años

Dotación 250 lt/hab/dia

Terreno (98 x 46) 4508 m2

CANAL DESARENADOR:

Velocidad de agua en el desarenador de 0.28 a 0.32 m/seg, recomendado de 0.3m/seg.

Control de velocidad: vertedor proporcional.

Sección: rectangular.

Ancho del canal igual o mayor de 0.30 m y menor de 1.5 m

Tamaño de partículas a remover: igual o mayor a 0.2mm

Gravedad especifica de partículas: 2.65

Velocidad de sedimentación de estas partículas: 2.18 cm/seg.

Dependiendo de la carga hidráulica disponible se fijará el tirante aceptable para el gasto máximo.

Se recomienda para operación y limpieza contar con dos unidades, cada una diseñada para el

gasto máximo.

Ancho del canal se hace por tanteos entre 0.3 y 1.5 m.

VERTEDOR PROPORCIONAL:

Vertedor de sección variable, la curva está calculada para mantener una velocidad de 0.3 m/seg

SEDIMENTADOR PRIMARIO.

Carga hidráulica superficial 28-38 m3/m2/día, se recomienda un valor de 33 m3/m2/día.

Tiempo de retención: de 1.8 a 3.0 horas, se recomienda un valor de 2.25 horas

Altura mínima en la pared mojada: 2.1 m

Altura normal en el centro 3.5 m

Inclinación en el fondo: 8%

Bordo libre: 30 cm

Sedimentadores circulares con equipo de tracción periférica.

Producción de lodos: 77 gr/hab/día

Eficiencia esperada en remoción de sólidos: 55%

Humedad en la mezcla agua-lodos: 95%

Peso específico de la mezcla: 1.02

IV.- DISEÑO DEL PROYECTO.

Gastos de Diseño

Gasto medio

Qmed=Población∗Dotación∗Aportación

86400

Qmed=10000∗250∗0.75

86400

Qmed=21.70≈ 22<¿ s

Coeficiente de Harmon (F)

Coeficiente de Harmon=1+ 14

4+√Pob . enmiles

F=1+ 144+√10

F=2.95

Gasto máximo

Qmax=Qmed∗F=22<¿ s∗2.95

Qmax=64.9<¿ s

Gasto mínimo

Qmin=Qmed

F=22<¿ s

2.95

Qmin=7.46<¿ s

Canal desarenador

Ancho de canal (propuesto) = 0.5 m

Velocidad (recomendada) = 0.3 m/seg

Tirante

T=Q( m3

seg)

Velocidad∗ancho

T med=0.022m3/s

0.3m / s∗0.5m=14.67cm

T max=0.0649m3/s

0.3m / s∗0.5m=43.27cm ≈ 0.45m

T min=0.0076m3/s

0.3m / s∗0.5m=5.067cm≈ 5cm

Largo del canal desarenador:

L=25∗T max=25∗0.45m=11.25m

Cantidad de arena:

0.05m 3 por cada 1000 m 3 de agua residual

Cantidad de arena/dia=Qmed∗0.05∗86400 /1000

Cantidad de arena /dia=0.022∗0.05∗86400/1000=0.095m3/día

En 8dias=0.095∗8=0.76m3

Alturadel canal=Volumendearena en8díaslargo∗ancho

= 0.76m3

11.25m∗0.5m

Alturadel canal=0.135m ≈ 0.15m

Altura del desarenador:

Alturatotal=Tmax+alturade arena+bordo

Alturatotal=0.45m+0.15m+0.07m=0.67m

Se construirán dos desarenadores ya que así podremos dale mantenimiento a uno mientras se

desactiva el otro.

Vertedor proporcional

Constante “a”= 0.03 m

Tmax = h+a = 0.33 m

h = 0.42 m

h + 2/3 a = 0.44 m

Constante “b”

b=Qmax

2√2ag(h+ 2a3 )

=0.0649

m3

s2√2∗0.03m∗9.81 (0.44m )

=0.096m

2b=0.192≈ 0.20m

Verificar valores de h

h= Q

2b∗√2ag−2a

3

hmed=0.022

m3

s2 (0.1 )∗√2∗0.03m∗9.81

−2∗0.03m3

hmed=0.123m

hmax=0.0649

m3

s2 (0.1 )∗√2∗0.03m∗9.8 1

−2∗0.03m3

hmax=0.403m

hmin=0.00746

m3

s2 (0.1 )∗√2∗0.03m∗9.81

−2∗0.03m3

hmin=0.0286 m

Verificar velocidad

V desarenador=Qmax

(hmax+a )∗ancho

V desarenador=0.0649m3/s

(0.4m+0.03m )∗0.5m=0.302m / s

La velocidad se encuentra dentro de los límites de 0.25 y 0.53 por lo tanto se aceptan los valores

de a=0.03m b=0.10m

Curvas del vertedor.

x=b [1−( 2π ) tan−1 √ y

a ]Q=2b √2ag∗(h+2a

3)

Q1=43

b√2g∗¿

Donde:

a y b = constantes a = 0.03m y b =0.10 m

y = altura del líquido.

x = ancho del vertedor en la superficie del líquido.

Q= gasto total a través del vertedor.

Q1= gasto a través de la sección rectangular del vertedor.

Canal de rejas

Velocidad =0.6m/s

y(m) x(m) 2x (m) Q (lps)

0.03 0.05 0.10 0.01

0.05 0.04 0.08 0.01

0.1 0.03 0.06 0.02

0.15 0.03 0.05 0.03

0.2 0.02 0.05 0.03

0.25 0.02 0.04 0.04

0.3 0.02 0.04 0.05

0.35 0.02 0.04 0.06

Espesor de barras ¼” = 0.635 cm

Área útil

Au=Qmax

Velocidad=0.0649m3/s

0.6ms

=0.108m2

Ancho libre

Wl= AuTirante

=0.108m2

0.4m=0.27m

Numero de barras

No .b= WlSeparación

−1=0.27 m0.02m

−1=12.5≈13barras

Ancho total

Wt=Wl+No .b∗espesor=27cm+13∗0.635cm=35.26 cm

Las pérdidas de carga hidráulica se calculan con la ecuación:

hf =

V 2−v2

2 g∗1

0.7

Donde:

hf= Perdida de carga en m

V= velocidad a través de las barras 0.6 m/seg

v= Velocidad aguas arriba de la rejilla = gasto total/tirante*ancho total

g= Aceleración de la gravedad = 9.8m/seg

vel. aguas arriba= QTirante∗Ancho total

= 0.0649m3/s0.45m∗0.35m

=0.41m /s

hf =

0.62−0.412

2∗9.81∗1

0.7=0.014m

Sedimentador

Carga hidráulica superficial = 33 m3/m2/día

Tiempo de retención = 2.25 hr

Eficiencia 55%

Pendiente 8%

Superficie

Superficie=Q( m3

día)

Carga. =0.022m3∗8640033m3/m2/día

=57.6m2

Volumen

Vol .=Q (lps )∗tiempo ret .∗3.6=22∗2.25∗3.6=178.2m3

Producción de lodos

∏ .lodos=Población∗77(gr /hab /día)∗eficiencia%

1.02 (0.05 )(106)

W∏ .lodos=1000hab∗77 (gr /hab/día)∗0.55

1.02 (0.05 )(106)=8.3 m3/día

Diámetro del tanque sedimentador.

D (m )=( 4∗Superficieπ )

1/2

=( 4∗57.6π )

1 /2

=8.5m

Diámetro de la tubería del influente.

D (m )=( 4∗Gastoπ )

1/2

=( 4∗0.022m3/ sπ )

1 /2

=0.167m≈ 6.5 ≈ 7

Tirante medio.

T med=volumen (m3)superficie(m2)

=178.2m3

57.6m2 =3.10m

Tirante al centro máximo.

T max=T med+diametro

4∗pendiente (%)

T max=3.1m+ 8.5m4

∗0.08=3.27 m

Tirante en la periferia del mismo.

T min=Tmed−diametro

4∗pendiente (% )

T min=3.10−8.5m4

∗0.08=2.93m

Volumen de la tolva.

Se calcula el volumen acumulado en 8 horas, considerando extracciones tres veces en 24 horas.

Vol .tolva ( m3 )=Produccionde lodos( m3

día)3

=8.33

=2.77 m3

Altura de tolva.

Diámetro de tolva = 2m

htolva=volumen

π r2 =2.77m3

π ¿¿

Canal colector.

Ancho = 0.2m

Velocidad = 0.3 m/s

Tirante=Qmed(m

3/ s)ancho (m )∗velcidad (m / s)

= 0.022m3/s0.2m∗0.3m /s

=0.37m

Vertedor del sedimentador.

Perímetro.

P=πD=π∗8.5=26.7m

Considerando 5 vertedores por metro

N .V .=5∗26.7=133.51≈ 134vertedores

Caudal por vertedor.

C .V .= QN .V .

=0.022m3 /s134

=0.000164m3/s /vertedores

Empleando vertedores triangulares de 90º

Q=1.38 H 5 /2

H=( Q1.38 )

2 /5

=( 0.000164m3/s1.38 )

2 /5

=0.027m

Tratamiento de Lodos

Lechos de secado

Parámetro de diseño= 0.09 m2/hab

Área superficial= 0.09 m2/hab x 10 000 hab = 900 m2

Recomendable lechos de secado de 120 m2 = 6 x 20 m

Numero de Lechos de Secado = 900 / 120 = 7.5 ≈8 Lechos (suponiendo 15 x 7.5 m)

Tanque de Cloración

Qmed=22 lt/seg

tr=20 min

Volumen del tanque= Q x tr = (22 lt/seg)(20 min)(60 seg / 1 min ) = 26 400 lt = 26.4 m3

Area= Vol. Tanque / h = 26.4 / 2 = 13.2 ≈ 14 m2

Largo= 1.3 Ancho

1.3 ancho x ancho = 14 m2

Ancho=√14 /1.3 = 3.28 ≈ 3.5 m

Filtro Percolador

Eficiencia S.P. DBO: 30%

Qmed= 22 lts/s

DBO influente = 293 mg/l

DBO efluente = 40 mg/l

Profundidad del filtro = 3.3 m (16 ft.)

Fórmula Eckenflender

(SE=40 mg/l)

se

si

= 1

1+2.5( 10.930.67

QL0.5 )

242 (Q )+40 (Q )=2 (Q ) ( si )si=141mg / l

40122.5

= 1

1+2.5 (10.930.67

QL0.5 )

∴QL=[ 2.5∗10.930.67

122.540

−1 ]2

=36.21m∗acre∗día

Q=0.022 (22.82 )=0.5mgd

1acre=4047m2

Área= QQL

= 0.536.21

=0.012acres× 4047=56.1m2

A=π∗D2

4∴D=√ (56.1m2) 4

π=8.45m ≈ 8.5

Área de drenaje

Se propone una pendiente en el filtro de 8% y un tubo de 10” en el mecho de este para desalojar.

Área de ventilación

Ventilación: por lo menos un 10% del área total.

ÁreadeVentilación=56.1m2(0.1)=5.61m2

Proponiendo 16 celdas en la parte inferior para mejorar ventilación de 1m x 0.4 m.

1m× 0.4m=0.4 m2

0.4 m2 (16 )=6.4m2

Verificando

56.1m2→100 %

6.4 m2 →11.4 %>10 %∴OK

Separación

P=π (8.45m )=26.55m

26.55m16

=1.66m

Notas:

Las especificaciones de diseño se muestran en el plano anexo.

El filtro calculado para éste proyecto es de altura considerable (5 m), esto debido al bajo

peso de la membrana filtrante a emplear.

DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES

Pretratamiento.

Canal de rejas

Ancho: 35 cm

Alto: 50 cm

13 barras de ¼” @ 2 cm

Canal desarenador

2 canales desarenadores.

Ancho: 0.5 m

Largo: 11.25 m

Alto: 0.70m

Vertedor proporcional

Constante a = 3 cm

Constante b = 10 cm

Sedimentador.

Altura máxima del tanque al centro: 3.27 m

Altura mínima del tanque en periferia: 2.93 m

Diámetro de tubería de influencia: 7”

Diámetro de tolva: 2.00 m

Altura de tolva: 0.88 m

Ancho del canal recolector: 20 cm

Vertedor triangular de 90º

134 vertedores

Lechos de secado

Área superficial = 900 m2

Recomendable lechos de secado de 120 m2 = 6 x 20 m

Numero de Lechos de Secado = 8 Lechos (suponiendo 15 x 7.5 m)

Tanque de Cloración

Volumen del tanque= 26.4 m3

Área= 14 m2

Ancho= 3.5 m

Largo= 4 .55 m

Filtro percolador

Ancho = 8.5 m

Alto = 3.3 m

Pendiente de drenaje = 8%

Área de ventilación = 6.4 m2

Separación de celdas de ventilación = 1.66 m

V.- OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.

Pretratamiento

Como ya se mencionó anteriormente, éste consta de tres unidades: el canal de rejas, el

desarenador, y el vertedor proporcional para el control y medición de flujo.

Siendo este el punto a la entrada de tratamiento, es aquí donde se tomarán las muestras y harán

las mediciones necesarias para caracterizar las aguas residuales que entran a la planta.

No cuenta con equipos o elementos mecánicos y su operación se refiere básicamente a retirar los

materiales retenidos tanto en las rejillas como en el desarenador y a llevar un registro del gasto

influente a la planta.

Es necesario retirar con la mayor frecuencia posible el material retenido en las rejillas, se plantea

como mínimo una frecuencia de cada tres horas durante el día. Este material se depositará en

contenedores para posteriormente enterrarlo o transportarlo al relleno sanitario de la localidad.

El desarenador está diseñado para almacenar arenas por un tiempo de una semana. Por

operación, el diseño contempla dos unidades, cada una de ellas para manejar el gasto total, de

manera que mientras uno esté en operación la otra esté en limpieza y así sucesivamente. Aun

cuando las arenas depositadas son material inerte, será necesario destinar un sitio aledaño para su

disposición.

Sedimentador

En un sistema similar al anterior, en caso si se requiere de equipo mecánico para mover la unidad

de rastras que concentra los lodos en el centro del tanque (en una tolva), de donde serán

extraídos. Este mecanismo también colecta las grasas y material flotante, depositándolos en una

charola de donde serán removidos.

Una diferencia importante entre estos y los tanques Imhoff es que los sedimentadores el lodo es

crudo (no está digerido) y por consiguiente es susceptible de putrefacción con malos olores y de

consistencia totalmente líquida. Su transportación necesariamente con pipas y el lugar de

disposición deberá ser cuidadosamente elegida para evitar contaminación. Esta transportación de

lodos es quizá el concepto mayor en los costos de operación y mantenimiento de este sistema.

Los principales conceptos de operación y mantenimiento del sistema son:

Los correspondientes a pretratamineto

La revisión diaria del sistema motor – reductor; medición de amperajes,

sobrecalentamiento, ruidos, engrasado en su caso del sistema de transmisión (esto de

acuerdo con lo especificado por el proveedor del equipo).

Remoción diaria de grasas y aceites acumulados por la charola de natas.

Transportación diaria de los sólidos removidos.

Cambio de aceite de transmisión según lo especificado por el proveedor entre 6 y 12

meses.

Este sistema aun cuando cuenta con partes mecánicas, éstas significan una cantidad de HP

instalados relativamente baja. Independientemente del sistema de transporte de lodos, se estima

que requiere una persona para su operación y mantenimiento por cada 10, 000 habitantes, éste

en un turno de 8 horas, en este caso si deberá ser los 365 días al año.

Lechos de secado

Este sistema tiene como finalidad la remoción de sólidos suspendidos y su digestión. La

sedimentación se lleva a cabo en canales colocados en la parte superior del tanque y la digestión

en un compartimiento inferior. La disposición de los lodos diferidos se hace con extracción por

tubería y conducción a lechos de secado, de donde serán retirados en forma sólida.

Los principales conceptos de operación y mantenimiento del sistema son:

Remoción diaria de grasas, espumas y sólidos flotantes del compartimiento de

sedimentación.

Raspar semanalmente las paredes inclinadas de la cámara de sedimentación para remover

sólidos adheridos que puedan descomponerse.

Limpieza semanal de la ranura que comunica a la cámara de sedimentación con la de

digestión.

Control de espumas en la cámara o compartimento de espumas, de ser posible mediante

du rompimiento con agua a presión o en caso dado removerlos cuando su acumulación

sea entre 0.6 y 0.9 m.

La remoción de lodos de la cámara de digestión, deberá hacerse cuando el nivel de lodos

llegue a una altura de 0.5 m, por debajo de la ranura del compartimento de

sedimentación.

Después de cada extracción de lodos digeridos, se deberá tener cuidado de lavar la tubería

con aguas residuales para evitar que quede con lodos y estos ocasionen su taponamiento.

La extracción de los lodos debe suspenderse cuando se empiecen a notar cambios en su

color, esto es, cuando comiencen a presentarse estrías de color gris o café, lo que ya indica

que los lodos no han alcanzado su completa maduración.

Se recomienda, que en operación normal, no se extraiga más de la mitad de los lodos.

Si la línea de lodos se tapa, debe desprenderse el tapón que se haya formado, por medio

de una fisga o garrocha, que se introduce por la ranura ascendente “T”.

No deben vaciarse lodos húmedos sobre lodos secos o parcialmente secos. Antes de

recibir los lodos, deben limpiarse los lechos para eliminar los residuos de lodos secos, las

basuras y restos de vegetación que se hayan acumulado.

Se observa que los lodos digeridos que han perdido suficiente humedad, se enjutan y se

agrietan, pudiendo entonces manejarse con pala para retirarse del lecho. Por lo general

bastan unas dos semanas de secado.

Los lodos digeridos secos constituyen un buen abono y debe estimularse su empleo, bien

sea utilizándose en los prados o jardines municipales, o permitiendo que el público

disponga libremente de los mismos, aunque advirtiendo que no se apliquen para el cultivo

de legumbres que se consuman crudas.

En general y debido a que estos sistemas no requieren de dispositivos mecánicos sencillos.

Se estima que se requiere de una persona en turno de 8 horas laborando de lunes a

viernes y 4 horas los sábados.

En la tabla siguiente se presentan los parámetros de medición y frecuencia que deberán realizarse

para determinar la eficiencia y operación del sistema.

Parámetros de medición recomendados y su frecuencia

Parámetro Frecuencia de medición (mínimo/ideal)

Medición de flujo

Influente

Efluente

1 día/continuo

Semanal

PH

Influente

En el sistema

1 semana

1semana

Temperatura

Ambiente

Del agua

1 semana/ 1 día

1 semana/ 1 día

DBO o DQO

Influente

Efluente

1 mes/ 1 semana

1 mes/ 1 semana

Sólidos suspendidos

Influente

Efluente

1 semana

1 semana

Nivel de lodos 1 semana

Producción de lodos

1 semana

Condiciones ambientales Diario

Filtro percolador

Sólo se puede usar esta tecnología después de una clarificación ya que una alta carga de sólidos

puede provocar que el filtro se tape.

Se requiere un operador capacitado para monitorear y reparar el filtro y la bomba en caso de

problemas. Se puede diseñar un sistema de rociado de baja energía (por gravedad), pero en

general se requiere una fuente continua de energía y de aguas residuales.

Comparada con otras tecnologías, los filtros de escurrimiento son compactos, aunque aún son los

más adecuados para asentamientos periurbanos o rurales grandes.

Se pueden construir los Filtros de Escurrimiento en casi cualquier condición ambiental, aunque se

requieren adaptaciones especiales para climas fríos.

Los problemas de olores y moscas requieren que se construya el filtro lejos de casas y negocios. Se

deben tomar las medidas necesarias para el pretratamiento, la descarga de efluente y el

tratamiento de sólidos, que aún pueden representar riesgos para la salud.

Para evitar las obstrucciones, se deben eliminar periódicamente los lodos acumulados en el filtro.

Se pueden usar altos índices de carga hidráulica para purgar el filtro.

El material se debe mantener húmedo. Esto puede representar un problema durante la noche

cuando el flujo de agua se reduce o cuando hay cortes de electricidad.

VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Hemos propuesto el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales integral con fines

didácticos, tratando de emular algunos aspectos fundamentales en el cálculo y dimensionamiento

de estas, se recomienda trabajar más con los requisitos de las normativas para el tratamiento de

las aguas residuales, de esta manera adecuar el proyecto a las necesidades de la zona, siempre

tratando de reducir el impacto ambiental que las aguas residuales generan, de la misma manera

realizar estudios exhaustivos de la zona y proponer la planta adecuada, consideramos que la

nuestra, diseñada completamente, llevándola al campo profesional puede cumplir eficientemente

en cierto tipos de casos, una planta cuyo componente principal es un filtro percolador, esperamos

cumplir con el objetivo principal de aprendizaje para en un futuro llevarlo al campo laboral.

BIBLIOGRAFÍA

Diplomado en proyectos, construcción y operación de obras hidráulicas

Ing. Ubaldo Gutiérrez Báez.

METCALF-EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, Vertido y

Reutilización. Barcelona, Editorial Mc GRAW-HILL, 1998

CRITES, TCHOBANOGLOUS. Tratamiento de Aguas Residuales en Pequeñas

Poblaciones. Colombia, Editorial Mc GRAW-HILL

NOYOLA ROBLES ADALBERTO Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales.

IMTA, 200.

ERNEST F. GLOYNA Estanques de estabilización de aguas residuales. Organización

mundial de la salud. Ginebra.

WPCF Wastewater Treatment Plant Desing: a manual of practice MOP/8 Water

Pollution Control Federation.