plantas de tratamiento

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

NOTAS DE AULA PLANTAS DE TRATAMIENTO -1604

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE TECNOLOGIAS- ESTUDIO DE LA DEMANDA

Tatiana R Chaparro Ph.D

2015

Plantas de tratamiento – Tatiana R Chaparro Ph.D 2

1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE TECNOLOGIAS Elevada eficiencia Simplicidad en la construcción, operación y mantenimiento Alto grado de confiabilidad y flexibilidad Máxima utilización de recursos locales (humanos-materiales) : concepto de sustentabilidad Costos de construcción, operación y mantenimiento adecuado a los recursos económicos

existentes. Producción de agua en la calidad y cantidad requerida en forma continua para el mayor

número de usuarios. El factor decisivo en la selección de la tecnología de tratamiento es la calidad del agua bruta. Seria interesante, desde el punto de vista toxicológico, usar indicadores biológicos en la llegada

del agua a la PTAP. En general, las estaciones actuales no están preparadas para remover sustancias o elementos tóxicos.

Lo ideal sería que el diseño de las PTAP se realizará con base en datos del laboratorio. 2. TECNOLOGIAS RECOMENDADAS SEGÚN FUENTE DE CAPTACION Las tecnologías de tratamiento se pueden resumir en dos:

A. sin coagulación química B. con coagulación química


Águ

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NC: Neutralización de cargas, menos dosis de coagulante. Varr: normal, precipitados de sales en las cuales se aprisionan las impurezas. Fluxogramas típicos de PTAP


Complemento:

1. Aguas Superficiales

A. Ríos B. Lagos o embalses con agua subrefertilizada o aguas eutróficas.

C. Lagos y embalses de buena calidad (oligotróficos) en algunas ocasiones con presencia de algas.

Coagulación

Floculación

Sedimentación

Filtración

Desinfección

Estabilización

Tanque de

distribución

A - B

Comunidad

Coagulación

Floculación

Filtración

Desinfección

Estabilización

Tanque de

distribución

C

Comunidad


D. aguas superficiales con alto color (sólidos disueltos) y bajo contenido de sólidos en suspensión. Se forma un floc difícil. Eso hace que la sedimentación sea ineficiente. Para tal caso es recomendable el uso de medios filtrantes dobles en la unidad de filtración.

2. Aguas Subterráneas

A. Remoción de hierro-manganeso. Si el hierro esta en estado ferroso Fe+2, no hay problema (el ion ferroso es soluble). El problema es el ion férrico (Fe+3) que es insoluble.

B.

Ajuste de pH

Coagulación

Floculación

Filtración

Desinfección

Estabilización

D

Tanque de

distribución

Comunidad.

Aireación

Sedimentación

Filtración

Desinfección

Estabilización

Tanque de

distribución

Pozo

Comunidad

Precloraciòn, cuando se tenga baja

alcalinidad.


Ablandamiento. En aguas duras, es decir cuanto exista alta concentración de Ca y Mg. Para esto se pueden tener dos procesos. Ablandamiento en una etapa (reducir Ca+2, bajo Mg+)

Indicaciones generales sobre tratabilidad del agua

Turbiedad Alcalinidad Tratabilidad

Alta Baja Difícil

Alta Alta Relativamente fácil

Baja Alta Relativamente fácil

Baja Baja Muy difícil

Valores de la turbiedad para agua pós-filtración – pré-desinfección

Tipo de tratamiento VMP (valor máximo permitido)

Desinfección (Subterránea) 1,0 UNT en 95% de las muestras

Filtración rápida (T.completo –F.directa) 1,0 UNT

Filtración lenta 2,0 UNT en 95% de las muestras.

Para tener en cuenta:

1. Presencia de Cryptosporidium en manantiales (protozoario) 2. Algas pueden obstruir filtros en pocas horas 3. El sabor y olor en el agua se genera por : excreciones de algas, presencia de geosmina (olor

de tierra y moho) y gases disueltos 4. Una conductividad alta (SDT altos) aumenta la solubilidad de los precipitados por tanto se

disminuye la velocidad de reacción de los coagulantes con el agua. 5. Siempre que el COT > 5 mg/L y el color < 20 UPC hay sospecha de organoclorados,

organofosforados y carbamatos

Adición de CaOH2 o Na2CO3

Aireación

Coagulación-

Floculación

Sedimentación

Carbonatación

Desinfección

Filtración

Tanque de

distribución

Pozo

Comunidad


3. ESTUDIO DE LA DEMANDA Los métodos para el cálculo de la población se encuentran en el titulo B.2. Se sugiere proyectar las poblaciones con todos los métodos y luego después de un análisis comparativo, optar por uno. Verificando que su aplicación esté permitida según el nivel de complejidad del sistema. 3.1 Estimación de la población Deben recolectarse los datos demográficos de la población, en especial los censos de población del DANE y los censos disponibles de suscriptores de acueducto y otros servicios públicos de la localidad o localidades similares. Con base en los datos anteriores deben obtenerse los parámetros que determinen el crecimiento de la población. La estimación de la población urbana es el aspecto principal en la definición del nivel de complejidad. Este manual establece que esa población debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño, llamado también horizonte de planeamiento del proyecto. Métodos de cálculo El método de cálculo para la proyección de la población depende del nivel de complejidad del sistema según se muestra en la Tabla 1. Se calculará la población utilizando por lo menos los siguientes modelos matemáticos: Aritmético,geométrico y exponencial, seleccionando el modelo que mejor se ajuste al comportamiento histórico de la población. En caso de falta de datos se recomienda la revisión de los datos de la proyección con los disponibles en poblaciones cercanas que tengan un comportamiento similar al de la población en estudio Tabla 1. Métodos de cálculo de población.

Nivel de Complejidad del Sistema

Método por emplear Bajo Medio Medio alto Alto

Aritmético, Geométrico y exponencial X X

Aritmético + Geométrico + exponencial + otros

X X

Por componentes (demográfico) X X

Detallar por zonas y detallar densidades X X

El Método Aritmético Supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración. La ecuación para calcular la población proyectada es la siguiente:

)(* TucTfTciTuc

PciPucPucPf

Donde, Pf es la población (hab) correspondiente al año para el que se quiere proyectar la población, Puc es la población (hab) correspondiente al último año censado con información, Pci es la población (hab) correspondiente al censo inicial con información, Tuc es el año correspondiente al último año censado con información, Tci es el año correspondiente al censo inicial con información y Tf es el año al cual se quiere proyectar la información.


El Método Geométrico Es útil en poblaciones que muestren una importante actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades. La ecuación que se emplea es:

TucTfrPucPf )1(*

Donde r es la tasa de crecimiento anual en forma decimal y las demás variables se definen igual que para el método anterior. La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera:

1

1

TciTuc

Pci

Pucr

El Método exponencial La utilización de este método requiere conocer por lo menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población. Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y poseen abundantes áreas de expansión. La ecuación empleada por este método es la siguiente:

)*(* TciTfkePciPf

Donde k es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el promedio de las tasas calculadas para cada par de censos, así:

TcaTcp

LnPcaLnPcpk

Donde Pcp es la población del censo posterior, Pca es la población del censo anterior, Tcp es el año correspondiente al censo posterior, Tca es el año correspondiente al censo anterior y Ln el logaritmo natural o neperiano. Este método es para poblaciones bien desarrolladas. El Método Gráfico Se utiliza principalmente cuando la información censal es insuficiente o poco confiable, lo cual hace que las proyecciones geométricas y exponencial arrojen resultados que no corresponden con la realidad. El método gráfico consiste en comparar gráficamente la población del municipio en estudio con la de otros tres municipios del país con las siguientes características: Uno de los municipios (población B) debe ser de la misma región, con desarrollo, clima y

tamaño similar al del municipio en estudio y obviamente con información confiable en cuanto a crecimiento de la población.

El otro municipio (población C) debe ser de la misma región, con desarrollo y clima similar al del municipio en estudio (población A) pero con un número de habitantes mayor al de este municipio.


El tercer municipio (población D) debe ser de otra región del país con una número de habitantes mayor al del municipio en estudio (población A) y con un desarrollo y clima similar.

El método de las tasas decrecientes Se utiliza la ecuación: Pf = Pa (1 + r) n En donde: Pf: población futura Pa: población actual r: tasa de crecimiento n: periodo del tiempo para el cual se quiere conocer la población. Este método se debe realizar calculando el valor de r entre los años que ya tiene censo, luego se grafica r vs p (hasta el año 2005). Con la gráfica hecha se extrapola la curva con la tolerancia que tiene hasta el año de diseño, luego se devuelve para conocer cuál es el valor de r y con esta nueva r se calculan las poblaciones hasta el periodo de diseño. 3. Estimación de la dotación neta La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto y planta de abastecimiento. Cuando se multiplica la población que va a ser servida por la dotación se obtienen la demanda total de agua; por tal razón la evaluación de la dotación es tan importante como la proyección de la población. 3.1 Dotación neta mínima y máxima La dotación neta depende del nivel de complejidad del sistema y sus valores mínimo y máximo se establecen de acuerdo con la Tabla 2. Tabla 2. Dotación neta

Nivel de complejidad

Dotación neta mínima Dotación neta máxima

del sistema (L/hab·día ) (L/hab·día)

Bajo 100 150 Medio 120 175

Medio alto 130 - Alto 150 -

En el caso de ampliaciones de sistemas de acueducto, la dotación neta mínima debe fijarse con base en el análisis de los datos de producción y consumo del sistema sin incluir las pérdidas. La dotación puede obtenerse del consumo medio diario por habitante registrado durante un año. 3.1.1 Correcciones a la dotación neta Efecto del clima en la dotación neta Teniendo en cuenta el clima predominante en el municipio, el diseñador puede variar la dotación neta establecida anteriormente teniendo en cuenta la Tabla 3.


Tabla 3. Corrección por clima

Nivel de complejidad

Clima cálido

Clima templado Clima frío

del sistema (Mas de

28°C) (Entre 20°C y

28°C) (Menos de

20°C) Bajo + 15 % + 10%

No se admite Corrección por

clima

Medio + 15 % + 10 %

Medio alto + 20 % + 15 %

Alto + 20 % + 15 %

4. Estimación de la dotación bruta La dotación bruta debe establecerse según la siguiente ecuación:

%1 P

DnetaDbruta

El porcentaje de pérdidas técnicas para determinar la dotación bruta no debe ser superior al porcentaje de pérdidas establecido en la Tabla 4. Tabla 4. Porcentaje de pérdidas técnicas.

Nivel de complejidad del sistema Porcentajes máximos admisibles de pérdidas

técnicas para el cálculo de la dotación bruta

Bajo 40 % Medio 30 % Medio alto 25 % Alto 20 %

5. Calculo de la demanda Caudal medio diario El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:

86400

* DbrutaPQmd

Caudal máximo diario El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario. El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación:


1*kQmdQMD

Coeficiente de consumo máximo diario - k1 El coeficiente de consumo máximo diario, k1, se obtiene de la relación entre el mayor consumo diario y el consumo medio diario, utilizando los datos registrados en un período mínimo de un año. En caso de sistemas nuevos, el coeficiente de consumo máximo diario, k1, depende del nivel de complejidad del sistema como se establece en la Tabla 5. Tabla 5. Coeficiente de consumo máximo diario.

Nivel de complejidad del sistema Coeficiente de consumo

máximo diario - k1

Bajo 1.30

Medio 1.30 Medio alto 1.20

Alto 1.20

Necesidades de la planta de tratamiento (%Qmd) Debe considerarse entre 3% y 5% del caudal medio diario para atender las necesidades de lavado de la planta de tratamiento. Gran consumidor Para propósitos de esta normatividad se considera que un suscriptor individual es un gran consumidor cuando su demanda media sea mayor que o igual a 3 L/s (260 m3/día). La identificación de los grandes consumidores debe llevarse a cabo considerando el catastro de suscriptores de la empresa prestadora del servicio municipio, complementado por el desarrollo de encuestas dirigidas a los grandes consumidores identificados, estén atendidos o por atender. En la Tabla 6, se presenta el resumen de los factores para tener en cuenta en la proyección y consumo de la zona urbana. Tabla 6. Proyección de población y cálculo de la demanda.

Año Población

Dotación bruta

(consumo unitario)

(L/hab.dia)

Caudal medio diario

-Qmd(L/s)

Coeficiente máximo

diario K1

Caudal máximo

diario - QMD (L/s)

Consumo interno

PTAR % Qmd

Caudal de

diseño (L/s)

Residencial Flotante Total 1950

2011

2041

Periodo de diseño: 30 años.


Curva de capacidad de la planta Ejercicio en clase

1. Calcule por todos los métodos de proyección de población con base en la siguiente información:

to = 2005 Po = 10000 t1 = 2010 P1 = 11000 t2 = 2014 P2 = 14500 t3= 2020 P3 = ??????

Actividad

1. Que es la bankfiltration? 2. Indique algunos fluxogramas en donde se utiliza la Bankfiltration 3. Como sería un fluxograma adecuado cuando hay presencia de agrotoxicos en el agua.

años

Q (L/s)

2014


Anexo: Tamaño partículas suspendidas, coloides, organismos, moléculas y átomos en el agua.

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