Memoria de Calculo Planta Existente

Memoria de cálculo del Mejoramiento Planta de Tratamiento de Aguas Servidas Existente

Camping Río Serrano Rev. 02

Mandante: CAJA DE COMPENSACIÓN LOS ANDES – CAMPING RIO SERRANO

NOVIEMBRE - 2009

SANTA MARGARITA O750- SAN BERNARDO- SANTIAGO – CHILE Casilla 52420 c.c. Santiago- Chile FONO: 56- 2- 4112500 FAX.: 56 – 2 – 4112544

E-mail: [email protected] Sitio web: www.fibra.cl

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MEMORIA DE CÁLCULO

La presente memoria define las mejoras necesarias de la PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS CAMPING RIO SERRANO –Caja de Compensación Los Andes, se trata de la PTAS H 5 existente, para lograr el desempeño esperado de 24 m3/día. Lo cual según se demuestra se logra mediante la incorporación de estanque sedimentador que aumenta la capacidad del tratamiento del reactor biológico, adicionalmente se reemplazará el soplador para que entregue el aire requerido.

1 Bases de cálculo

Población a servir

Factor de recuperación : 1 Caudal medio diario ; (Q) : 24 510 L/día Peack hidráulico : 3,5 * Qm/h (Para sedimentación)

DBO5 Afluente : 250 mg DBO5 / L Carga orgánica por persona : 37,5 grDBO5/persona/día Carga orgánica total : 6,1 kgDBO5/día



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Punta DBO5 : 2,5 (Para determinar O2) Punta NKT-N : 1,5 (Para determinar O2) Temperatura diseño : 15 ºC Altura de operación : hasta 540 m.s.n.m. Proceso de tratamiento : Lodos activados, modalidad

aireación extendida DESCRIPCIÓN DEL PROCESO El agua servida cruda es captada e ingresada a un estanque de pretratamiento para luego se vertida por bombas sumergible a caudal medio e incorporada al tratamiento biológico. La planta de tratamiento de aguas servidas es del tipo compacta, prefabricada con su estanque reactor en FRP de geometría cilíndrico horizontal existente de 2,4 m de diámetro x 5,7 m de largo y se incorporara un estanque cilíndrico horizontal de 1.40 m de diámetro x 3,1 m y un estanque para la desinfección de de FRP de geometría cilíndrico vertical por 0,9 m de diámetro x 1,2 m de largo. La planta se configura en base a las siguientes etapas y equipos:

1. Pretratamiento: Permite retirar sólidos no biodegradable y ecualizar cargas orgánicas aplicada a la Planta.

2. Aireación: El proceso de digestión aeróbica tiene lugar en la etapa de aireación.

Las aguas son mezcladas y aireadas a través de difusores de aire localizados en el fondo. Estos difusores, inyectan el volumen de aire necesario transferido como oxígeno al reactor y para activar el ascensor de aire de recirculación de lodo.

3. Sedimentación Secundaria: En esta etapa no hay agitación ni mezcla, de manera

que el líquido se mantiene en completa calma para facilitar el proceso de sedimentación. Las aguas salen en forma gravitacional a la siguiente etapa de desinfección.

4. Desinfección: Por medio de pastillas de hipoclorito de sodio al 10 %, tras lo cual el

efluente es retenido 30 minutos en un estanque de contacto para reforzar la acción germicida del químico.

5. Decloración: Por medio de pastillas de bisulfito de calcio para retirar el cloro libre

excedente por contacto instantáneo en catridge de dosificación.



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El agua una vez tratada y desinfectada se acumula en un estanque y es conducida a una cámara de muestreo, para luego ser dispuesto en cause superficial.

PARAMETROS A CUMPLIR El agua servida tratada cumple con la normativa vigente correspondiente a Decreto Supremo 90 DS90 y Norma Chilena NCh 1333. El efluente tratado debe cumplir con los siguientes niveles máximos de contaminación para los siguientes parámetros:

2 Dimensionamiento Reactor aeróbico Se preestablece un volumen en función del tiempo de retención que se ha fijado en 19 horas, que luego será recalculado con los valores de Lorg y valor entregado por F/M: V = θ * Q Donde V = volumen estanque aeróbico (L) Q = caudal de entrada (L/hr) θ = tiempo de retención (hr) La carga orgánica volumétrica (Lorg) -cantidad de materia orgánica que recibe cada m3 del reactor aeróbico al día y que para rangos normales de operación debiera estar entre los 0,05 – 0,48 kgDBO5/m3/día – se usará en este caso como un método de verificación. Se ha establecido una carga permanente de un 20% para efectos de seguridad en el cálculo de este parámetro.

PARAMETRO

EXPRESIÓN NIVELES MAXIMOS PERMITIDOS

Demanda Bioquímica de Oxígeno: DBO5 35 mg/L Sólidos Suspendidos Totales S.S. 80 mg/L Coniformes Fecales Número Más

Probable/100ml1000 NMP/100 ml

PH pH 6 a 8,5



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Lorg = f * Q * So / V

Donde f = factor de seguridad So = concentración sustrato (DBO5) a la entrada del sistema Lorg = Carga orgánica volumétrica La relación alimento / microorganismo, conocido como F/M por sus siglas en inglés, se usará como segundo método de verificación. Con el valor V calculado, se reemplaza en la siguiente ecuación:

F/M = f * Q*So/ (X*V) Donde X = concentración sólidos suspendidos en el licor de mezcla (se asumen 3.500 mgSSVLM/L) [C&T98] Luego, F/M debería estar entre los siguientes valores: 0,04 – 0,1 KgDBO5/kgSSVLM/día [C&T98] A continuación se enseña la tabla de resultados:

Caudal de tratamiento (L/dia) 24510

Tiempo de retención (hrs) 19,0 Volumen de retención (L)

Reactor Biológico

19.200 Concentración DBO5 entrada (mgDBO5/L) 250

Tiempos de retención total (hrs) 24

F/M(kgDBO5/kgSSLM/día) según norma ATV

Alemana 0,073



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Aireación El sistema de aireación usado es difusores de membrana tipo tubo, localizado al fondo del estanque para generar una mezcla y aireación adecuada. Las zonas anóxicas se crean inmediatamente por el corte -automático a través de un temporizador- del suministro de aire a los difusores. Los difusores de membrana tubulares entran en la categoría de aireación por burbuja fina, que presenta gran eficiencia de transferencia, pero a diferencias de otros sistemas, presentan mínima tendencia a la obstrucción, dado que la membrana se expande (dilatando los orificios) frente a un flujo de aire y se contrae en ausencia. Se considera que el nitrógeno disponible para nitrificación en el estanque aeróbico es igual al 75% del NKT afluente y este es un 25% de la DBO5 estableciendo lo anterior con una fiabilidad de 0,7. En cuanto al oxígeno necesario para nitrificación (la que se presenta normalmente en procesos de aireación extendida), se calcula como:

3,65 kgO2/kg Nitrógeno convertido a nitrato (nitrificación) [C&T98]

Q diario (m3/día) 24,51

Concentración DBO5 entrada (mgDBO5/L) 250

Concentración DBO5 a la salida (mgDBO5/L) 29

Factor de conversión de DBO5 a DQO 1,563

Carga orgánica diaria (kgDQO/día) 6,0 Concentración NKT entrada (mgNKT/L) 50 Concentración NKT salida (mgNKT/L) 20 Carga NKT disponible para nitrificar

(kgNKT/día) 3,36

Oxígeno Total (kg O2/d) 13,8 KgO2/d

La cantidad total de oxígeno requerido en un proceso de lodos activados, modalidad aireación extendida tomando en cuenta la oxidación del material orgánico (carbono) y nitrificación, se llama Requerimiento Actual de Oxígeno Total, conocido como AOTR por sus siglas en inglés. Pero esta cantidad calculada, corresponden a los requerimientos de oxígeno en condiciones normales de operación, es decir: 1atm y 20ºC. Por lo tanto, para obtener el



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requerimiento real de oxígeno, se debe tomar el valor obtenido y llevarlo a un valor que refleje la salinidad-tensión superficial, Tº, altura de operación, profundidad del difusor, cantidad de oxígeno disuelto deseado para la operación. La interrelación de esos factores se da en la siguiente ecuación:

SOTR = AOTR * CS20 * θ(20-T) / (α * (β *CSTH – CL)) Donde

SOTR : requerimiento de oxígeno en condiciones estándar de operación, kg2/día.

AOTR : requerimiento actual de oxígeno total, kg O2/día. CS20 : Concentración de saturación de oxígeno disuelto en agua limpia a

20ºC y 1tm = 9,08mgO2/L θ :Factor de corrección de Tº = 0,124 T :temperatura de operación = 15ºC. α :factor de corrección para la transferencia de oxígeno = 0,45 β :factor de corrección de la tensión superficial-salinidad = 0.95 CSTH : Concentración promedio de oxígeno disuelto en un estanque de aireación

con agua limpia a una temperatura de operación T=15 y altura H= 540 msnm=7,31 mgO2/L

= CSTH * ½*(Pd/PatmH+Ot/21) = 9,5 mg/L [C&T98]

CSTH : Concentración promedio de oxígeno disuelto en agua limpia a una temperatura de operación T y altura H, mgO2/L= 8,5mg/L

H :altura de operación de la planta = 540 msnm. Pd :presión a la profundidad de operación de los aireadores. PatmH :Presión atmosférica a una altura H = 0,79 atm. = 13,79lb/in²

Ot :porcentaje de oxígeno que abandona el estanque, usualmente entre 8 y 20 = 19

CL :Concentración de operación de oxígeno, típico 2 mgO2/L.

SOTR (kgr O2/d) 27,2

Para calcular el caudal de aire necesario en el sistema de aireación, se debe realizar la siguiente fórmula:

Qair = Woxigeno / (AOTE*O2*Yair*1440min/día) [C&T97]

Donde



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Qair :Flujo de aire requerido m3/min Woxigeno :requerimiento de oxígeno, SOTR (kg O2/día) AOTE :Eficiencia Actual de Transferencia de Oxígeno, expresada en fracción O2 :fracción porcentual de oxígeno contenida en aire en peso = 0,2315 Yair :peso específico del aire (0,075 lb/ft3 a 1 atm y 20ºC) = 0,075

Q air (m3/hr) 63 Presión de descarga

(mbar) 320 mbar

Potencia (kw) 2 Cálculo de Cantidad de Difusores Se calculará usando la curva de funcionamiento del proveedor de los difusores, en este caso Oxiflex

Nºdifusores = SOTR / (grO2 disuelto por difusor según tabla SSI)

Datos: Presión de operación difusor = 4 mca Caudal (recomendado por fabricante) circulado por un difusor = entre 0 - 20

(Nm3/hr)

Cantidad mínima de difusores de difusores 4



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Oxiflex Producción de lodos Por otra parte, la purga de lodos desde el reactor aeróbico se debe realiza cuando el contenido de lodo acumulado corresponda al 20% del volumen. Para el cálculo del volumen de lodo producido en el reactor aeróbico se debe proceder de la siguiente manera:

Ws = Y * DBO5 * Q [SAEZ96]

Ws = Producción de sólidos secundarios en base seca Y = Coeficiente cinético de máximo rendimiento tejido celular V/s Sustrato = 0,781 SSV/DQO DBO5 = concentración en el afluente al tratamiento secundario = 200 mg/L

Producción de lodos (kgsólidos/día) 4,04

Además, se tiene que en la parte sólida del lodo

1/Ss = Ff/Sf + Fv/Sv

Ff + Fv = 1 Ss = gravedad específica de los sólidos secos Sf = gravedad específica de los sólidos fijos Sv = gravedad específica de los sólidos volátiles Ff = fracción de los sólidos fijos Fv = fracción de los sólidos volátiles

1/Sl = Fs/Ss + (1-Fs)/Sa en el lodo Sl = gravedad específica del lodo Sa = gravedad específica del agua = 1 Fs = fracción de los sólidos en el lodo [C&T98] Al asumir los siguientes valores



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Lodo del reactor aeróbico

Fs 0,2 Fv 0,08 Sf 2,5 Sv 1

Usando la siguiente fórmula

V = producción de sólidos en base seca / (Sl * densidad del agua * Fs) Se obtiene la producción volumétrica de lodos secundarios. Luego

Producción de volumétrica de lodos en el reactor

(m3/día)

0,26

Línea de Lodos: Luego debe retirarse lodo desde el reactor cuando se complete el 20% del volumen a razón de 280 Lt/día. 280 L*0,4= 112L 112 L * 30 días = 3360 Lts. Es decir es requerido retirar cada 30 días o 1 mes = 3.3 m3. Que deberá ser descargado a un estanque de lodos o retirado por camión limpia fosas desde cámara de carga de lodos. Sedimentador secundario El criterio de diseño para el sedimentador se basa en la tasa de carga superficial a sobreflujo, profundidad y volumen de retención. En el mismo orden estos parámetros son: 1,02 m3/m2/hr [C&T98] considerando un caudal punta de 3. Una profundidad mínima de 1,2m y un volumen de retención no inferior a 4hs.



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Área sedimentador primario = Caudal peack / Tasa de sobreflujo

Desinfección De acuerdo a los requerimientos de las bases técnicas, la solución que se considera para desinfección es la cloración con hipoclorito de sodio al 10 %. El agua tratada es conducida hacia la cloración, la cual consiste básicamente en un sistema lento de mezcla del cloro con el agua residual y un tiempo de contacto en un estanque con flujo tipo pistón. La dilución de cloro en el agua tratada se consigue m. El tanque de contacto considera la homogenización del cloro disuelto en el caudal. El tiempo de retención mínimo es de 30 minutos para los caudales medio.

Caudal punta (L/hr) 0.851 Tiempo de retención (minutos) 30

Volumen retención requerido (L) 425 Volumen de retención real (L) 480

Usualmente, la dosis de cloro aplicables a sistemas de tratamientos secundarios de aguas servidas son del orden de 8-10 mg/L. Consumo de cloro al mes: 60 Lts de hipoclorito de sodio diluido al 10%. El sistema se considera en régimen cuando el efluente tratado y desinfectado contiene una concentración que se mantiene en el rango de 3 ppm como promedio. La aplicación de hipoclorito de sodio se realizó calibrando con catridge de pastillas dosificadora regulable

Caudal peack de tratamiento (m3/s) 0,00125

Área superficial sedimentador mínima(m2)

3,35

Área resultante del diseño de la planta

(m2) 3,7



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3 CONCLUSION De la Planta Tratamiento Aguas Servidas existente se modificaran de modo de Homologar una Raex Media 24 de Fibra. Se modificaran pasadas hidráulicas, sistema de aireación (líneas de aire, difusoras y sopladores). 4 PROYECTISTAS Hugo Gárate C. Arquitecto, UCH. Gustavo E. Marín Z. Ingeniero Civil Bioquímico PUCV 5 BIBILOGRAFÍA [C&T98] Crites, R., Tchobanoglous, G., “Small and Decentralized Wastewater

Management Systems”, WCB McGraw Hill, (1998). [SAEZ96] Sáez, P.B., “Transparencia del curso Control de la Calidad del Agua”,

Departamento de Ingeniería Hidráulica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile, (1996)

[SAEZ97] Sáez, P.B., “Transparencia del curso Tratamiento Avanzado de aguas

Servidas”, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile, (1997)

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