PROYECTO “SUMINISTRO E INSTALACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS DE

CORRAL”

MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

Modelo LA-2000AE

División Tratamiento de Aguas.

AGUASIN

2007

INDICE

Pág. 1.- DESCRIPCION GENERAL DEL SISTEMA. 1

2.- MEMORIA DE CÁLCULO DEL SISTEMA. 2

2.1.- Introducción

3.- ESPECIFICACION PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS. 3 3.1.- Datos de Diseño 3

3.2.- Calidad del Efluente. 3

3.3.- Sistema de PRE tratamiento 4

3.4.- Estanque de Aireación. 5 y 6

3.5.- Estanque de Sedimentación. 7 y 8

3.6.- Caudales y equipo de impulsión de aire 9 al 13

3.7.- Volúmenes de Lodos. 14 y 15

3.8.- Sistema de Deshidratación de Lodos. 16 al 18

3.9.- Sistema de Desinfección. 19 al 20

4.- CONCLUSION. 21

1.- DESCRIPCION GENERAL DEL SISTEMA

Esta presentación se refiere al sistema de tratamiento de las aguas servidas de la

localidad de Corral, décima región

Las aguas servidas generadas en las instalaciones antes mencionadas, serán

recolectadas por un sistema de colectores y serán conducidas hasta la cámara

elevadora de aguas servidas, desde donde serán bombeadas hasta la planta de

tratamiento de Lodos Activados modalidad Aireación Extendida, marca AGUASIN,

modelo LA-2000 AE. Esta planta estará compuesta por dos líneas de proceso

dividido en distintas etapas.

Las aguas una vez tratadas cumplirán las exigencias indicadas en del D.S. 90,

“PROYECTO DEFINITIVO DE NORMA PARA LA REGULACION DE

CONTAMINANTES ASOCIADOS A LAS DESCARGAS DE RESIDUOS LIQUIDOS A

CUERPOS DE AGUAS”, en lo que se refiere a la calidad de las aguas residuales

descargadas directamente a cuerpos de aguas fluviales Tabla Nº 1 del D.S. 90.

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2.- MEMORIA DE CÁLCULO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

2.1. Introducción

Se deberá remover en gran medida la materia orgánica suspendida y disuelta, los

sólidos suspendidos, y los Coliformes fecales.

Se proyecta una planta de tratamiento de aguas servidas del tipo Lodo Activados,

modalidad Aireación Extendida. Este tipo de plantas posee las siguientes

características que las hacen especialmente atractivas para esta aplicación:

- Abaten sólidos disueltos lo que implica una alta eficiencia de eliminación de la

materia orgánica.

- Son plantas de funcionamiento aeróbico y por lo tanto no generan malos olores.

- Son plantas de tamaño reducido.

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3.- ESPECIFICACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

3.1.- Datos de Diseño

Para el diseño del sistema de tratamiento se han tomado como base los siguientes datos:

Año de diseño : 2015

Nº de habitantes : 1.250 Personas

Dotación agua potable : 244.71 L/hab/día

Factor de recuperación : 0,90

Caudal medio : 3,19 L/seg.

Caudal máximo horario : 11,9 L/seg.

Caudal infiltración : 3.52 L/seg.

Caudal aguas lluvias : 1,79 L/seg.

Caudal de diseño : 8,50 L/seg.

Caudal máximo total : 17,21 L/seg.

Carga de DBO5 x habitantes : 50 gr/hab/día

Carga DBO5 diaria : 62,5 Kg./día.

Concentración : 85,2 mg/L.

3.2.- Calidad del efluente

El efluente de la planta de tratamiento tendrá las siguientes características: DBO5 ≤ 35 mgO2/L

SST ≤ 80 mg/L

Coliformes fecales ≤ 1000 NMP/100ml

El efluente de la planta de tratamiento cumplirá con lo establecido en la Tabla Nº1

de DS 90/00.

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Mediciones de caudal.

La realización de las mediciones de caudal en el afluente y en el By pass es mediante un medidor de caudal electromagnético en línea de 150 mm.

3.3.- Sistema de PRE tratamiento.

Sistema de desbaste de Sólidos

Ítem Unidad Valor

Caudal de diseño L/seg. 17,21

Paso de luz (Reja) mm 20

Nº de rejas c/u (1+1)

Nº de compuertas c/u 2

Altura de agua cm 5,40

Perímetro mojado mt 0,60

Ancho de cada canal mt 0,40

Pendiente del canal % 0,50

Geometría Rectangular

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Reja de Desbaste.

Se considera para este proyecto, dos rejas de desbaste con estruje de limpieza en forma manual, una en stand by. El diseño de cada una de ellas, se realizó a el doble del caudal maximo.

Cálculo de Canal:

Pendiente de canal : 0,50 %

Sección : Rectangular

Doble Caudal máx. : 0,034 m3 / seg.

Anchura del canal : 40,30 cm

A (Altura máxima de agua) : 10 cm

Altura max (cm)

Superficie (m2)

Perímetro Mojado

(m)

V (m/seg.)

10 0,04 0,60 0,849

0,60 mt = 2a + b

Por lo tanto el ancho de canal es de: 40 cm.

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Cálculo del ancho de la Reja de Desbaste:

Ancho de barrotes : 5 mm

Separación barrotes : 25 mm

W = Q max * (a+s) + Crej

V * D s

W = Ancho de la rejilla.

Q max = Caudal máximo. (m3 /seg.)

V = Velocidad de paso del agua en rejilla.

a = Ancho de barrotes

s = Separación libre de barrotes.

crej = Coeficiente de seguridad, (0,25 m)

W = 0,034* (5 + 25) + 0,25

0,849 * 0,40 25

W = 0, 37 mt

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3.4.- Estanque de Aireación

El dimesionamiento se realiza en conformidad a las recomendaciones de ATV

(Asociación Técnica de Aguas Servidas, República Federal de Alemania) A-131 de

Febrero1991, para estabilización simultanea de lodos.

Volumen del reactor

En primer lugar se fija la edad del lodo (EL) y la cantidad de sólidos suspendidos en

el licor de mezcla (SSLM), para el proceso de aireación extendida con estabilización

simultanea de lodos.

EL = 21 días

SSLM = 3,0 Kg./m3

Para estimar la producción específica de lodos en exceso, se debe recurrir a la

relación de generación específica de sólidos suspendidos a DBO5 (SS/DBO5).

Para efectos de dimesionamiento de la planta de tratamiento se ha adoptado un valor

de SS/DBO5 = 0,60

Con el valor fijado se determina la carga de lodo (BST) y la carga volumétrica (BV):

BST = 1/(PLE * EL) = 1/(0,60*21) = 0,080 Kg. DBO5/(KgSSLM*d)

BV = SSLM * BST = 3,0* 0,080 = 0,240 Kg. DBO5/(m3*d)

El volumen total del reactor de lodos requerido, con una carga diaria de DBO5 de

Bd = 62,50 Kg. es:

VRLA = = Bd/Bv = 62,50/0,240= 260 m3

Se diseñará una planta de tratamiento con dos líneas de aireación de un volumen útil

cada una de 130 m3 lo que hace un volumen útil total de 260 m3

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3.5.- Estanque de Sedimentación

Para asegurar la claridad del efluente, las tasas de sedimentación y cargas de

sólidos en los sedimentadores no deben superar ciertos valores máximos. Por esto

se procederá a verificar las tasas y cargas de sólidos en el sedimentador de la planta

LA-2000 AE.

a) Tasa de sedimentación para el caudal medio diario (TSQMED)

Se requiere que la tasa de sedimentación sea menor a 0,34 m3/m2*h, considerando

el caudal medio diario.

La planta LA-2000AE tiene dos estanques sedimentador con 2 tolvas cada uno, con

un área superficial de 90,0 m2, por lo que la tasa de sedimentación para el caudal

medio diario será:

TSQMED = 734 m (m3/día) / 90 m2 = 0,34 m3/m2*h

b) Tasa de sedimentación para el caudal máximo (TSQMAX)

Se requiere que la tasa de sedimentación sea menor a 28,8 m3/m2*día,

considerando el caudal máximo.

El caudal máximo horario para el sistema es igual a 62,0 m3/h que equivale a

1488,0 m3/día, por lo que la tasa de sedimentación para el caudal máximo será:

TSQMAX = 1488 + 734 (m3/día) / 90 (m2) = 24,70 m3/m2*día

Valor menor que 28,8.

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c) Carga de sólidos para el caudal medio diario (CSQMED)

Se requiere que la carga de sólidos sea menor a 4,50 KgSST/m2*h (SST: Sólidos

Suspendidos Totales), considerando el caudal medio diario.

Suponiendo que SSLM = 3,0 KgSS/m3, se tendrá que la carga de sólidos, para el

caudal medio diario, será:

CSQMED = 734 + 734 (m3/día) * 3,0 (KgSSLM/m3) 24 (h/día) * 90 (m2)

CSQMED = 2,04 KgSST/m2*h

Valor menor que 4,50

d) Carga de Sólidos para el caudal máximo (CSQMAX)

Se requiere que la carga de sólidos sea menor a 6,80 KgSST/m2*h (SST: Sólidos Suspendidos Totales), considerando el caudal máximo.

Se tendrá que la carga de sólidos, para el caudal máximo, será:

CSQMAX = 1488 + 734 (m3/día) * 3,0 (KgSSVLM/m3) 24(h/día) * 90 (m2)

CSQMAX = 3,10 KgSST/m2*h

Valor menor que 6,80

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3.6.- Caudales y equipo de impulsión de Aire

Se requiere aire en las siguientes zonas del sistema de tratamiento:

1. Estanques de Aireación.

2. Retorno de Lodos.

El aire se entregará a la etapa de aireación a través de dos grupos motobomba de

desplazamiento positivo, (constituido por un motor eléctrico, un soplador de lóbulos,

tipo Roots, y el correspondiente sistema de acople y transmisión), cañerías de acero

al carbono galvanizado y difusores de membrana de burbuja fina para Aireación.

A continuación se calculará los consumos de aire para cada zona o estanque.

1) Estanques de Aireación

Datos a Utilizar:

Caudal (Q) = 734 m3/día

Carga DBO5 = 62,5 Kg/día

DBO 5entrada (So) = 85,2 mg/L

DBO 5salida (S) = 35,00 mg/L

f = 0,55 KgDBO5/KgDBO

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Siendo MO2 la masa de Oxígeno requerido en los estanques de aireación, por lo

tanto se tiene la siguiente fórmula:

MO2 = (Q*(So-S))/f – 1,42 + 4,57*(No-N)

MO2 = 160,5 (Kg. O2 /día)

Determinación de la eficiencia de transferencia de oxígeno en terreno (EO2T).

El sistema de distribución de oxígeno es a través de aire impulsado por sopladores

de desplazamiento positivo y difusores de burbuja fina. A continuación se calculará la

eficiencia de transferencia de oxígeno en condiciones reales de terreno. La relación

entre las eficiencias de terreno y normal es:

EO2T / EO2N = α * (β * Csc - C) * θ (t-20) / Cs

Donde:

EO2T : Eficiencia de Transferencia de Oxígeno en condiciones de terreno

EO2N : Eficiencia de Transferencia de Oxígeno en condiciones normales

α : Factor de corrección del efecto de los agente surfactantes entre agua residual y agua limpia

β : Factor de corrección de la concentración de saturación de oxígeno para el agua residual comparada con agua limpia

Csc : Concentración de oxígeno saturado en las condiciones de terreno

C : Concentración de oxígeno deseada en el agua

θ : Coeficiente de corrección por temperatura

Cs : Concentración de oxígeno saturado, en condiciones normales (9,17 mg/L)

t : Temperatura del agua servida

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La concentración de saturación a la temperatura atmosférica t (en ºC) y se calcula a

través de la siguiente expresión:

Cst (mg/L) = 14,652 - 0,41022 * t + 0,007991 * t2 - 0,000077774 * t3

Los datos para el cálculo son:

α = 0,65 (dato del fabricante de difusores

β = 0,95 (dato del fabricante de difusores

θ = 1,024

Cs = 9,17 mg/L

C = 2,0 mg/L (concentración de oxígeno disuelto en los estanques de aireación)

Csc = 10,79 mg/L (a 15 ºC)

La eficiencia resultante es:

EO2T/EO2N = 0,47

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Determinación de la cantidad de aire para la aireación.

La planta de tratamiento LA-2000AE cuenta con 104 difusores marca US FILTER,

modelo Flex Disc en el estanque de aireación y la altura de agua útil sobre los

difusores de 3,20 m. Dado que la eficiencia de transferencia del difusor para agua

limpia depende del caudal por cada difusor, se supondrá un caudal por difusor y con

éste se determinará la eficiencia, luego se calculará la eficiencia en terreno, el

caudal total, y por último se deberá verificar si el caudal por difusor supuesto es

correcto.

Suponiendo un caudal por difusor de 5,0 Nm3/h se tendrá una eficiencia de 5,50 % /

m.c.a., la que al considerar la altura total de agua (3,20 m) se transforma en 15,40 %,

que es EO2N.

Luego:

EO2T = 0,47 * (3.20*5.5) = 8,30 %

Con el valor de la masa de oxígeno requerido obtenida y la eficiencia calculada, se

determina el caudal total de aire a entregar a través de la siguiente expresión:

Q aire= MO2 ( Kg. O2/día) 0,232 (Kg. O2 /Kg. Aire) * 1,205 (Kg. Aire/ m3 Aire) * EO2T

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MASA DE O2 160,50 kg. o2 /día

Densidad de aire 1,205 Kg. Aire/m3 de Aire

Composición de O2 0,232 Kg.O2/Kg. Aire

Carga de aire 691,7 Kg. Aire/día

Caudal de aire 574,0 m3/día

Eficiencia 8,30 ------

Caudal de aire 288,0 m3/hora

Factor de Seguridad 1,25 -------

Caudal de aire total 360 m3/hora

Caudal de aire x Línea 180 m3/hora

Nº de difusores x línea 52 c/u

Caudal de aire x difusor 3,50 m3/hora x dif

Por lo tanto se considera cada soplador de aire de un caudal de 180 m3/hora de una

potencia de 4,0 Kw. (2 +1)

El funcionamiento de los sopladores estará comandado por medición de OD en

línea.

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3.7.- Volúmenes de Lodos

Considerando una producción observado de lodos (KgLodoSeco/KgDBO5R), se

tiene:

Y obs: Y / (1 + (kd*EL)

Y: Coeficiente de crecimiento

Kd: Coeficiente de muerte

EL: Edad del lodos

Y obs: 0,60 /(1 + (0,04*21))

Por lo tanto se considera el Y observado en un valor de: 0,33 Kg. Lodo Seco/ Kg. DBOr

Generación de Lodos

Masa Lodo Seco =0,33 * 62,5/1.000 = 20,6 Kg. SSV / día (25,8 Kg. SST/día)

a) Volumen de lodo descartado del sedimentador al espesador

A continuación se definirá el volumen de lodo que se deberá retirar desde el

estanque sedimentador al estanque Espesador.

Suponiendo que el lodo que sale del sedimentador contiene un 1,0 %(Valor real) de sólido seco y que la densidad especifica de este es de 1,03, obtenemos: Volumen Lodo = 25,8 / (1,03 * 1.000 * 0,010) = 2,65 m3/día Descartado

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Se considera un tiempo de retención hidráulico del lodo en el espesador de 2 días,

por lo tanto el volumen útil del estanque es de: 5,30 m3

En la etapa de espesador tendrá lugar una decantación de los sólidos, después de

este espesamiento se alcanzará un contenido de sólido seco de 2,50 %. Por lo tanto

el lodo evacuado del espesador, asumiendo la misma densidad, será de:

Volumen Lodo = 25,8/(1,03 * 1.000 * 0,025) = 1,0 m3/día

Evacuado.

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3.8.- Sistema de Deshidratación de Lodos

Las concentraciones de parámetros que se utilizaron para la especificación del filtro

prensa se detallan en la siguiente tabla:

Parámetros Valor Referido

Tipo de lodo Biológico

Sólidos secos Kg. /día

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Volumen de lodos m3/día

1,0

Conc. de sólidos % 2,5

T (ºC) * NI

Se considera un sistema de desaguado de lodos por medio de un Filtro Prensa de

placas. La propuesta se basa en el hecho que las disposiciones vigentes para el

tratamiento de lodos exigen una humedad de torta no mayor a 70%. El único sistema

de desaguado que puede conseguir la eficiencia de operación solicitada a un costo

razonable y con un procedimiento de operación sencillo y de bajo costo de

operación, es el Filtro Prensa.

El Filtro Prensa opera por ciclos en proceso batch, cada ciclo de operación dura

entre 2 y 4 horas.

Para el dimensionamiento se propone en la siguiente modalidad de operación:

Se consideran 5 días, 4 horas al día de funcionamiento.

El sistema permite aumentar su capacidad de operación a: Cinco ciclos por día, en

16 horas por día

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Suponiendo queque de 30% de DS (el peso específico del lodo es de 1,03, de modo

que, se aproxima a 1), se tiene un volumen de queque a obtener por día de 67 litros

Se considera una bomba de alimentación de lodo al filtro prensa.

Bomba dosificadora de polímero:

Se considera la inyección de polímero al lodo que va hacer deshidratado en el filtro prensa. Este polímero es el K-144 L 100 % puro.

Preparación de la solución de polímeros:

DESCRIPCION VALOR UNIDAD

Concentración K-144 L 100 %

Dosis de producto 15 gr/L

Concentración en solución. 0,30 %

Volumen total de solución 0,150 m3

Cantidad de polímero 100 % 45 ml

Cantidad de agua 149,55 Lt

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Determinación de la Bomba Dosificadora de Polímero.

DESCRIPCION VALOR UNIDAD

Concentración en solución 3,0 gr/L

Dosis de producto 15 gr/L

Caudal de lodo a flocular 1,0 m3/h

Caudal de la bomba 5,0 L/HORA (100 %)

Cauda de la bomba 7,50 L/hora (50 %)

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3.9.- Sistema de Desinfección

Para prevenir contaminación bacteriológica durante la disposición del agua tratada,

se incluye a continuación de la sedimentación una etapa de desinfección con

Hipoclorito de Calcio.

Para obtener un nivel de cloro libre deseado, se estima dosificar un valor medio de 5

mg/L (ppm) de materia activa.

Para asegurar una reacción completa del producto con los agentes biológicos, se

dosificará al comienzo del estanque, llamado de Desinfección, que deberá asegurar

media hora de retención, considerando el caudal medio diario. Esto implica que este

estanque tendrá el siguiente volumen útil mínimo:

V útil = 734/(24 * 2) = 15,0 m3

Luego: TRH = 0,50 horas

El estanque se dividirá en zonas en serie y con escurrimiento gravitacional entre sí,

de forma de asegurar el total aprovechamiento del volumen disponible.

Se incluye en serie una dosificación de metabisulfito de sodio para evitar el exceso

de cloro en el efluente de la planta de tratamiento.

Las partidas y paradas de las bombas estarán comandadas por un sensor de nivel,

por lo que la regulación de la dosificación se realiza sólo una vez para el caudal de

operación, o cada vez que este caudal sea cambiado.

Este sistema permite asegurar que los coliformes fecales a la salida de la planta

sean menores a 1.000 NMP/100 ml.

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Determinación de la Bombas Dosificadoras

DESCRIPCION VALOR UNIDAD

Concentración Hipoclorito de Sodio. 10 %

Dosis de producto 5 ppm

Caudal de agua tratada a caudal máximo

64 m3/h

Cantidad de NAOCL al 10% 3,20 GR/HORA

Concentración de la solución 3 %

Caudal de la bomba 10,6 L/hora

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4.- CONCLUSIONES

Se ha diseñado un sistema de tratamiento que permitirá evacuar 734 m3/día a caudal

medio y 1488 m3/día a caudal máximo total de agua tratada considerando todas las

legislaciones vigentes.

Una vez que el sistema se construya, se debe operar haciendo un seguimiento a la

calidad del agua final y deberán realizarse las mantenciones periódicas que

corresponde a los equipos.

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