SANITARIA III

TITULACIÓN INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

La Universidad Católica de Loja

DISEÑO DE LA PLANTA DEPURADORA DE AGUAS

RESIDUALES DE LA CABECERA CANTONAL DE PINDAL

AUTORES:

Álvarez Benítez Marco Antonio.

Caraguay Ordoñez Juan Carlos.

Chicaiza Songor Pablo Santiago.

Coronel Camacho Félix Mauricio.

Flores Chamba Leonel Eduardo.

Uchuari Lima Danny Henry.

DOCENTE:

Ing. Mónica Cisneros Abad.

FECHA DE ENTREGA:

Viernes, 27 de julio de 2012

2

CONTENIDO

CAPITULO I .............................................................................................................. 4

GENERALIDAES........................................................................................................ 4

1.1 INTRODUCCIÓN. ........................................................................................... 5

1.2 OBJETIVOS. .................................................................................................... 5

1.2.1 Objetivo General. ........................................................................................ 5

1.2.2 Objetivos Específicos. ................................................................................. 5

1.3 INFORMACIÓN PRELIMINAR. ........................................................................ 5

1.3.1 Ubicación y límites. ...................................................................................... 5

1.3.2 Características Generales ......................................................................... 5

1.3.3 Educación ..................................................................................................... 5

1.3.4 Servicios Básicos. .......................................................................................... 6

1.4 ESTUDIO POBLACIONAL. .............................................................................. 6

1.4.1 Población Actual. ........................................................................................ 6

1.4.2 Índice de Crecimiento. .............................................................................. 6

1.4.3 Periodo de Diseño. ...................................................................................... 6

1.5 AGUAS RESIDUALES: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS-QUÍMICAS Y

BACTERIOLÓGICAS. ........................................................................................... 7

1.5.1Defición. .......................................................................................................... 7

1.5.2 Composición del agua residual. .............................................................. 7

1.5.3 Características físicas y químicas. ............................................................ 7

1.5.4 Metales Pesados. ....................................................................................... 10

1.5.5 Pesticidas Organofosforados y Organoclorados. .............................. 11

1.5.6 Características bacteriológicas. ............................................................ 12

CAPITULO II ........................................................................................................... 13

CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES ................................................ 13

2.1 COMPOSICIÓN DEL AGUA RESIDUAL DE LA ZONA URBANA DE PINDAL Y

LÍMITES DE DESCARGA A CUERPO DE AGUA DULCE. ..................................... 14

2.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS. .......................................................................... 15

2.3 BIODEGRADABILIDAD. ................................................................................ 16

CAPITULO III .......................................................................................................... 17

SELECCIÓN DEL TRATAMIENTO............................................................................. 17

3.1 CRITERIOS ADOPTADOS PARA EL TRATAMIENTO. ...................................... 18

3.2 CONCLUSIÓN. ............................................................................................. 18

CAPITULO IV .......................................................................................................... 19

3

DISEÑO DEL SISTEMA DEPURADOR DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS DEL

CANTÓN PINDAL .................................................................................................. 19

4.1 DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO............................................................... 20

4.2 ESTIMACIÓN DE POBLACIÓN FUTURA. ....................................................... 21

CONCLUSIÓN DEL ANÁLISIS POBLACIONAL................................................... 23

4.3 CAUDALES DE DISEÑO. ............................................................................. 23

4.3.1 Caudal Medio Diario. ............................................................................... 23

4.3.2 Caudal Punta. ............................................................................................ 23

4.4 DIMENSIONAMIENTO DE LA DEPURADORA. .............................................. 23

4.4.1 Carga Unitaria. ........................................................................................... 23

4.4.2 Carga Orgánica. ....................................................................................... 24

4.4.3 Pre tratamiento. ......................................................................................... 24

4.4.4 Tratamiento Natural. ................................................................................. 39

4.4.5 Tratamiento Avanzado. ............................................................................ 44

4.5 PORCENTAJES DE REMOCIÓN CALCULADOS DE LA PLANTA

DEPURADORA. .................................................................................................. 48

4.6 CONCLUSIONES. ......................................................................................... 49

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 50

PLANOS ................................................................................................................. 51

4

CAPITULO I

GENERALIDAES

5

1.1 INTRODUCCIÓN.

El crecimiento demográfico ha traído consigo la contaminación de los

causes de agua dulce por el vertimiento de las aguas residuales sin

tratamiento, lo que desencadena múltiples enfermedades y deterioro

del medio ambiental. Por tanto, es necesario diseñar plantas más

eficientes con menores costos de obra y mantenimiento y con sistemas

simples adaptados a nuestro entorno, este es el caso de humedales, útil

para poblaciones pequeñas como el presente proyecto.

1.2 OBJETIVOS.

1.2.1 Objetivo General.

- Diseñar y dimensionar un Sistema de Depuración de Aguas

Residuales para la Población Urbana de Pindal.

1.2.2 Objetivos Específicos.

- Estimar el crecimiento poblacional de la zona de estudio.

- Caracterizar los diferentes parámetros del agua residual que

exceden la normativa de estudio (Norma - Republica

Dominicana).

- Identificar los procesos de depuración en base a nuestros

parámetros.

1.3 INFORMACIÓN PRELIMINAR.

1.3.1 Ubicación y límites.

El cantón Pindal está ubicado en el sector suroccidental de la

Provincia de Loja, a 195 Km al sur oeste de la cuidad capital.

Límites:

- Norte: Puyango.

- Sur y Este: Celica.

- Oeste: Zapotillo.

1.3.2 Características Generales

El clima es tropical seco, en las mesetas y valles entre los 500 y 1700

metros sobre el nivel de mar. Su temperatura promedio es de 22ºC

con lluvias correspondientes del régimen del pacífico.

1.3.3 Educación

En lo que a educación se refiere, la población dispone de

establecimientos educativos a nivel pre-primario, primario y

secundario.

6

1.3.4 Servicios Básicos.

Infraestructura sanitaria

- El sector cuenta con el servicio de agua potable.

- La eliminación de excretas se realiza a través del sistema de

alcantarillado.

Energía eléctrica.

- En la mayoría de las viviendas tienen el servicio de fluido

eléctrico.

Comunicación.

- Telefonía, la ciudad cuenta con el servicio de telefonía de

discado directo nacional e internacional, a la altura de otras

ciudades del país; el servicio se halla a cargo de CNT y cuenta

únicamente con una central telefónica que presta el servicio a

toda la comunidad, actualmente existe el servicio de telefonía

móvil de la empresas Claro y Movistar.

- Transporte Público, para trasladarse a otras ciudades, los

habitantes de la comunidad cuentan con el servicio de

cooperativas de buses que mantienen turnos en la mañana,

tarde y noche.

1.4 ESTUDIO POBLACIONAL.

1.4.1 Población Actual.

Al año 2012, el número de habitantes del sector de influencia del

sistema de tratamiento de aguas residuales es de 1828 habitantes

(Fuente INEC: www.inec.gob.ec ).

1.4.2 Índice de Crecimiento.

Según el último censo realizado en el año 2010 en nuestro país por

parte del Instituto Nacional de Estadística y Censos, establece que

la población actual es de 1828 habitantes en el área urbana de

Pindal con un índice de crecimiento de 1.80% anual (Fuente INEC:

www.inec.gob.ec ).

1.4.3 Periodo de Diseño.

Tomando en cuenta la vida útil de los materiales de construcción

bajo las condiciones a las que van a estar expuestas y al clima de

la zona adoptamos un periodo de diseño de 20 años.

7

1.5 AGUAS RESIDUALES: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS-QUÍMICAS Y

BACTERIOLÓGICAS.

1.5.1Defición.

Las aguas residuales urbanas son desechos líquidos, que se han

utilizado en usos domésticos. Además pueden contener residuos

provenientes de los arrastres que las aguas de lluvias y

actividades industriales urbanas.

1.5.2 Composición del agua residual.

La composición de las aguas residuales se refiere a las

concentraciones de los constituyentes físicos, químicos y

biológicos que se encuentran en el agua residual. (Metcalf& Eddy,

1995). El origen de estas aguas puede ser doméstico, industrial y

pluvial.

En términos generales, la mayor parte de los componentes

presentes en las aguas residuales urbanas son: materia orgánica,

materia inorgánica, microorganismos, nutrientes, metales.

1.5.3 Características físicas y químicas.

Las principales características físicas de un agua residual son:

- Ph: Es la concentración del ion hidrógeno que mide la

magnitud de acidez o alcalinidad del agua residual.

Normalmente el pH va entre 5 y 9.

- Sólidos: La materia sólida del agua residual está presente tanto

en forma disuelta como en suspensión. La clasificación de los

diferentes tipos de sólidos identificados se muestra en la Tabla

1.1.

Tabla 1.1 Definiciones para sólidos encontrados en agua residual.

PRUEBA DESCRIPCIÓN

Sólidos Totales

(ST)

Residuo remanente de la muestra que

ha sido evaporada y secada a una

temperatura específica (103 a 105 °C)

Sólidos

Volátiles

Totales (SVT)

Sólidos que pueden ser volatilizados e

incinerados cuando los ST son

calcinados (500 ± 50 °C)

Sólidos Fijos

Totales (SFT)

Residuo que permanece después de

incinerar los ST (500± 50°C)

8

Sólidos

Suspendidos

Totales (SST)

Fracción de ST retenido sobre un filtro

con un tamaño de poro específico

medido después de que ha sido

secado a una temperatura específica.

Sólidos

Suspendidos

Volátiles (SSV)

Estos sólidos pueden ser volatilizados e

incinerados cuando los SST son

calcinados (500 ± 50 °C)

Sólidos

Suspendidos

Fijos (SSF)

Residuo remanente después de

calcinar SST (500 ± 50 °C)

Sólidos

Disueltos

Totales (SDT)

Sólidos que pasan a través del filtro y

luego son evaporados y secados a una

temperatura específica.

Sólidos

Disueltos

Volátiles (SDV)

Sólidos que pueden ser volatilizados e

incinerados cuando los SDT son

calcinados (500 ± 50 °C)

Sólidos

Disueltos Fijos

(SDF)

Residuo remanente después de

calcinar los SDT (500 ± 50 °C)

Sólidos

Sedimentables

Sólidos suspendidos, expresados como

mililitros por litros, que se sedimentan

por fuera de la suspensión dentro de un

período de tiempo específico.

Fuente.- Standard Methods (1995).

La concentración de sólidos totales nos indica la cantidad de

lodos que se producirán diariamente en condiciones

normales. Las sustancias obtenidas por filtración o

centrifugación y por decantación de una muestra de agua

corresponden a la materia en suspensión, mientras que la que

no puede separarse por estos métodos y pasa a través del

papel filtro se denomina materia disuelta. La materia en

suspensión constituye la contaminación más fácil de eliminar

del agua, siendo la sedimentación el principal mecanismo de

eliminación. La concentración de sólidos suspendidos se debe

a material causado por partículas flotantes, como trozos de

9

vegetales, animales, basura y aquellas otras que pueden ser

perceptibles a simple vista. Esta concentración afecta la DBO

y DQO debido a que los sólidos consumen el oxígeno existente.

(Metcalf& Eddy, 1995).

- Nitrógeno: Los elementos nitrógeno son esenciales para el

crecimiento de protistas y plantas, razón por la cual reciben el

nombre de nutrientes o bioestimulantes. El contenido total de

nitrógeno está compuesto por nitrógeno orgánico, amoníaco,

nitrito y nitrato. (Metcalf& Eddy, 1995).

- Nitrógeno Inorgánico: También llamado nitrógeno amoniacal,

este influye en el pH de las aguas. Gran parte del nitrógeno

presente en el agua residual se debe a los compuestos

nitrogenados utilizados en la agricultura y en la industria

química como por ejemplo el uso de fertilizantes y detergentes.

(Metcalf& Eddy, 1995).

- Nitrógeno Orgánico: El Nitrógeno orgánico contribuye al

desarrollo de las bacterias y demás seres acuáticos no

deseables. Su presencia en las aguas residuales es aportada a

través de las excretas humanas, además se los encuentra en la

forma de proteínas, aminoácidos y urea. La presencia de

nitrógeno orgánico en las aguas residuales urbanas se debe

también a los residuos domésticos formados por proteínas o

productos de su degradación: polipéptidos. (Clair Sawyer,

2001)

- Nitrógeno de Nitrito: Es un indicador de contaminantes previo

al proceso de estabilización, y rara vez su concentración

excede de 1 mg/L en aguas residuales. Los nitritos son de gran

importancia porque son altamente tóxicos para peces y

demás seres acuáticos. (CritesTchobanoglous, 2000).

- Nitrógeno de Nitrato: En un agua típicamente urbana no

deben existir nitratos y su presencia se debe a la oxidación del

nitrógeno amoniacal en presencia de oxígeno, ya que la

preponderancia del nitrógeno en forma de nitratos en un agua

residual es un fiel indicador de que el residuo se ha estabilizado

con respecto a la demanda de oxígeno. (Metcalf& Eddy,

1995).

- Fósforo: La concentración de fósforo total es comúnmente de

4-15 mg/l en aguas residuales urbanas. El fósforo es un nutriente

esencial para el crecimiento de las plantas y microorganismos

protistas, por tal razón, al nitrógeno y al fósforo se los llama

bioestimuladores. Este parámetro físico se encuentra en el

agua residual urbana principalmente por la materia fecal

humana (50-65%), de los vertidos de residuos alimenticios y de

10

los compuestos de fosfato inorgánico contenidos en los

detergentes y de los productos de limpieza.

- Cloruros: La presencia de cloruros en las aguas residuales

urbanas es un parámetro importante. Las heces humanas por

ejemplo, suponen unos 6g de cloruros por persona y día.

(Metcalf& Eddy, 1995). En lugares donde la dureza del agua es

alta, los compuestos usados para reducir la dureza son fuentes

de origen de cloruros.

- Carbono Orgánico Total (COT): El carbono orgánico total es un

nutriente necesario para el desarrollo de la flora acuática y por

tanto la convivencia o no de su presencia en el vertido va a

depender de cuales sean las aplicaciones o los tratamientos

que se vayan a hacer. Si su concentración es elevada

provocará el crecimiento de algas indeseables. El carbono

orgánico está presente especialmente debido al uso de

fertilizantes y a residuos de alimentos. (Metcalf& Eddy, 1995).

- Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Expresa la cantidad

de oxigeno necesaria para biodegradar la materia orgánica.

En la práctica, permite apreciar la carga de agua en materias

putrescibles y su poder autodepurador, y de ello se puede

deducir la carga máxima aceptable. Este indicador se aplica

principalmente en el control del tratamiento primario en las

estaciones depuradoras y en evaluar el estado de

degradación de los vertidos que tengan carga orgánica. Uno

de los ensayos más importantes para determinar la

concentración de materia orgánica de aguas residuales es el

ensayo de DBO que normalmente se mide en un período de

incubación de 5 días (DBO5) a 20 °C.

- Demanda Química de Oxígeno (DQO): La medida de la DQO

es una estimación de las materias oxidables presentes en el

agua cualquiera que sea su origen orgánico o mineral (hierro

ferroso, nitritos, amoniaco, sulfuros y cloruros). La DQO

corresponde al volumen de oxígeno requerido para oxidar la

fracción orgánica de una muestra susceptible de oxidación al

dicromato o permanganato, en medio ácido. El DQO

generalmente es mayor que la DBO.

1.5.4 Metales Pesados.

Los metales pesados son originados por las actividades de tipo

industrial y comercial como por ejemplo la metalurgia que es

donde se utiliza este tipo de metales. Los metales pesados son, en

algunos casos esenciales para el desarrollo y el crecimiento de las

11

plantas y microorganismos, y a determinados niveles estos

elementos esenciales se pueden convertir en tóxicos.

Los metales pesados analizados son: cobre, cadmio, níquel, cromo,

hierro, plomo, mercurio, manganeso, zinc.

- Cobre: El cobre es un metal que ocurre naturalmente en el

ambiente. Este metal se usa para fabricar: alambres, cañerías y

láminas de metal.

Los compuestos de cobre son usados comúnmente en la

agricultura para tratar enfermedades de las plantas, como el

moho, para tratar agua, y como preservativos para alimentos,

cueros y telas, además puede ser liberado por la industria

minera, actividades agrícolas y de manufactura.

- Hierro: La concentración elevada de hierro puede deberse al

arrastre de tierra del lugar, donde se encuentra con mayor

frecuencia suelos arcillosos viejos u oxidados; esto se debe a

que el hierro se produce al romperse los bordes de los

minerales cristalinos de la arcilla. También puede ser que

existan lavaderos de minerales, empresas siderúrgicas y otras,

(Metcalf& Eddy, 1995).

- Plomo: La mayor parte proviene de actividades como la

minería, manufactura industrial y de quemar combustibles

fósiles. Debido a inquietudes sobre salud pública, la cantidad

de plomo en pinturas, cerámicas y en materiales para recubrir

y soldar se ha reducido considerablemente en los últimos años.

- Mercurio: El mercurio es altamente tóxico a niveles

relativamente bajos y se acumula en los peces. Produce

"clorosis" en las plantas, es venenoso para los animales.

- Manganeso: El manganeso puede ser liberado al aire, al suelo

y al agua durante la manufactura, uso o disposición de

productos a base de manganeso. El manganeso ocurre

naturalmente en la mayoría de los alimentos y además se

puede agregar a algunos alimentos.

- Zinc: Su presencia se debe a que el agua en algunos casos

arrastra y lava algunos desechos de la basura como pilas y

otros productos contaminantes. (Metcalf& Eddy, 1995). Cierta

cantidad de zinc es liberada al ambiente por procesos

naturales, pero la mayor parte proviene de actividades

humanas tales como la minería, producción de acero,

combustión de petróleo e incineración de basura.

1.5.5 Pesticidas Organofosforados y Organoclorados.

Los pesticidas son compuestos usados para impedir, destruir,

repeler o controlar formas de vida tanto animales como vegetales

12

(J. Romero, 2004). Como pesticidas se puede designar a los:

herbicidas, fungicidas, o insecticidas.

Los pesticidas se pueden clasificar según a la familia química a la

que pertenezcan. Las más importantes para nuestro estudio son:

organofosforados Y organoclorados.

- Organofosforados: Los pesticidas organofosforados tienden a

degradarse rápidamente cuando se exponen a la luz, el aire y

el suelo aunque pequeñas cantidades pueden persistir y

terminar en la comida y en el agua potable. Su capacidad de

degradación hace de estos compuestos una interesante

alternativa para los persistentes pesticidas organoclorados.

Estos pesticidas tienen una toxicidad mucho más aguda

planteando riesgos para los agricultores, los aplicadores de

pesticidas y cualquiera que se exponga a cantidades

importantes de estos compuestos.

- Organoclorados: Esta familia química hace referencia a un

amplio grupo de compuestos químicos orgánicos que

contiene cloro, además de otros elementos químicos. Tienen

una importante persistencia no sólo en el suelo sino también a

nivel de los tejidos humanos. Numerosos compuestos

representativos de esta categoría están prohibidos debido a su

neurotoxicidad.

1.5.6 Características bacteriológicas.

Las características biológicas de las aguas residuales son de

fundamental importancia en el control de enfermedades

causadas por organismos patógenos de origen humano.

(CritesTchobanoglous, 2000). Las bacterias y otros microorganismos

cumplen un papel activo dentro de la descomposición y

estabilización de la materia orgánica y necesitan nutrientes para

su desarrollo, tales como: N, P, K, Mg, Fe, Cl, su ausencia limitaría o

alteraría su crecimiento.

Uno de los parámetros más usados para evaluar las características

bacteriológicas de un agua residual son los Coliformes Totales que

incluyen: Coliformes Fecales + Coliformes de Origen No-fecal. Los

coliformes son especies de organismos que indican contaminación

por desechos humanos y animales (Metcalf& Eddy, 1995). Es

importante mencionar que el grupo Coliformes Fecales están

compuestos de varias cepas de bacterias, donde se encuentra el

EscherichiaColi (es un organismo parte de la población bacteriana

que se encuentra en los intestinos del ser humano y animales,

común en heces humanas) (Metcalf& Eddy, 1995).

13

CAPITULO II

CARACTERIZACIÓN DE LAS

AGUAS RESIDUALES

14

2.1 COMPOSICIÓN DEL AGUA RESIDUAL DE LA ZONA URBANA DE PINDAL Y

LÍMITES DE DESCARGA A CUERPO DE AGUA DULCE.

En la Tabla 2.1 se presenta la concentración de cada uno de los

parámetros físico-químicos y bacteriológicos, los mismos que nos

permitirán caracterizar las aguas residuales.

Así también, se presenta su comparación con respecto al límite de

descarga a un cuerpo de agua dulce, con el fin de determinar qué

porcentaje de contaminantes debemos remover para cumplir con la

normativa de Republica Dominicana.

Tabla 2.1 Composición físico-química y bacteriológica del agua

residual, requisitos en función a la norma de Republica Dominicana.

DETERMINACIÓN UNIDAD RESULTADOS REQUISITOS

Mín. Máx.

Oxígeno Disuelto mg/l 1.18 >70

% de Saturación % 16.8 >70

Temperatura in situ °C 22.3 -

Altitud Msnm 1761

Latitud GPS

17M 0651170

Longitud GPS

UTM 9552626

pH

7.2 6.5 9

Color platino-

cobalto

0 50

Turbiedad NTU 0.13 -

Sólidos Totales

disueltos

mg/l 263.13 1000

Sulfatos mg/l 13 400

Dureza Total mg de

CaCO3/l

125 -

Cloruros mg/ml 30 250

Nitrato mg/l 29.6 10

Nitrito mg/l 0.004 -

Nitrógeno

Amoniacal

mg/l 0.02 0.5

Fosfatos mg/l 12,7 -

Fluoruros mg/l 0.34 1

Cianuros mg/l 0 0.1

Coliformes Totales UFC 88000 1000

Coliformes Fecales UFC 50000 1000

15

Mercurio mg/l < 0,001 0.001

Aluminio mg/l < 0,001 -

Plomo mg/l 0.01 0.05

Arsénico mg/l < 0,001 0.05

Hierro mg/l 0.294 0.3

Cobre mg/l 0.007 0.2

Cromo mg/l < 0,001 0.05

Potasio mg/l 0.478 -

Plata mg/l 0.005 0.01

Zinc mg/l 0.034 0.05

Bario mg/l 0.016 2

Manganeso mg/l < 0,001 1

Sodio mg/l 30.55 -

Cadmio mg/l < 0,001 0.005

Órgano Clorados mg/l < 0,001 0.004

Órgano Fosforados mg/l < 0,001 0.1

DBO mg/l 480 5

DQO mg/l 670 -

Los parámetros resaltados son los que se necesita remover.

2.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS.

Una vez analizadas las concentraciones de los diferentes parámetros

podemos llegar a las siguientes conclusiones:

- La concentración de la DBO5 es elevada con respecto al límite

permisible de 5 mg/l, lo que nos permite evidenciar una alta carga

orgánica.

- La contaminación por origen biológico está representada por los

Coliformes Totales de 88000 y los Coliformes Fecales de 50000. Se

puede decir que el agua residual analizada tienen un alto contenido

de Coliformes por su mismo origen residual, debiéndose remover

mediante procesos de desinfección.

- Del análisis de los diferentes parámetros físico-químicos y

bacteriológicos del agua residual de la Cabecera Cantonal de

Pindal se puede concluir que el agua es de origen doméstico ya que

no tienen contaminación de origen industrial ni toxica, por lo que no

sería necesario aplicar tratamientos especiales.

16

2.3 BIODEGRADABILIDAD.

La biodegradabilidad en el agua es la propiedad que tienen algunos

materiales complejos de ser degradados por microorganismos.

La biodegradabilidad depende de las condiciones biológicas en las

que se degrade. Ésta influye decisivamente en la biodegradabilidad de

algunos compuestos orgánicos; así, la naturaleza química de muchos

detergentes, plásticos, materiales de embalaje y residuos médicos los

hace resistentes a la degradación microbiana.

Tabla 2.2. Relaciones de Biodegradabilidad.

AFLUENTE DBO5/DQO

No Biodegradable DBO5/DQO < 0.2

Biodegradable 0.2 <DBO5/DQO< 0.4

Muy Biodegradable DBO5/DQO > 0.5

Fuente: SEOÁNEZ Calvo Mariano (2005).

Determinación del Índice de Biodegradabilidad, K:

0.72 > 0.5 Muy Biodegradable

Por tanto, el agua residual analizada es muy biodegradable y podría

considerar tratable por procesos naturales.

17

CAPITULO III

SELECCIÓN DEL

TRATAMIENTO

18

Para la selección de un tratamiento de depuración de aguas residuales

domésticas es necesario analizar variables que faciliten el proceso de toma

de decisiones, considerando múltiples criterios y aspectos desde el punto de

vista técnico, ambiental, social, económico que garanticen la sostenibilidad

y eficiencia del tratamiento escogido.

3.1 CRITERIOS ADOPTADOS PARA EL TRATAMIENTO.

A continuación se presentan cada uno de los criterios adoptados para

elegir el método apropiado para la depuración.

Tabla 3.1 Tipo de tratamiento en función de la población servida.

POBLACIÓN

(Hab.)

TRATAMIENTO

FANGOS

ACTIVADOS

HUMEDALES

ARTIFICIALES

FILTROS

PERCOLADORES

1500 - 15000 500 - 5000 > 1500

Fuente: (Collado L. 1992).

Tabla 3.2 Tipos de tratamiento en función de los porcentaje de

remoción.

PARÁMETRO

TRATAMIENTO

FANGOS

ACTIVADOS

HUMEDALES

ARTIFICIALES

FILTROS

PERCOLADORES

DQO 80 - 85% 50 - 80% 60 - 80%

DBO 80 - 95% 60 -98% 65 - 80%

SS 80 - 90% 60 -98% 60 - 85%

Nitrógeno Total 15 -50% > 80% 15 - 50%

Fosforo Total 10 - 25% 20 - 40% 8 - 12%

Coliformes Fecales 90 - 98% - -

Fuente: (Collado L. 1992, METCALF & EDDY. 1995)

3.2 CONCLUSIÓN.

Para la ciudad de Pindal se ha escogido realizar un tratamiento natural de

Humedales Artificiales con flujo subsuperficial, el cual resulta ser el más apto

para las condiciones que se presentan, en cuanto a población y

porcentajes de remoción.

19

CAPITULO IV

DISEÑO DEL SISTEMA

DEPURADOR DE AGUAS

RESIDUALES DOMÉSTICAS

DEL CANTÓN PINDAL

20

4.1 DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO.

El presente diseño consta de un pretratamiento compuesto por un cajón

de entrada, canal de desbaste, canal desarenador. Estas unidades

permiten la protección del sistema de depuración, y retención de

sólidos de gran volumen.

La siguiente etapa consta de un tratamiento natural con Humedal

Subsuperficial. El mismo que es adoptado debido a su gran capacidad

de remoción de DBO, DQO, Nutrientes y Sólidos Totales.

Como etapa final se procede a la desinfección mediante cloración

antes de su vertido al cuerpo receptor de agua.

Figura 4.1 Esquema de tratamiento para la zona urbana del Cantón

Pindal.

Donde:

1. Afluente.

2. Enrejados: Protección de la planta depuradora.

3. Desarenador.

4. Humedal Artificial con flujo Subsuperficial

5. Desinfección.

6. Efluente.

21

Figura 4. 2 Esquema de Humedal de Flujo Subsuperficial.

Fuente: http://www.biosystems.com.uy/humedales.html

4.2 ESTIMACIÓN DE POBLACIÓN FUTURA.

Para el cálculo de la población futura se consideró los siguientes datos:

Tabla 4.1 Parámetros para el cálculo de población futura.

Población censada 2010 INEC 1823 hab.

Afluencia turística 3%

Población flotante 55 hab.

Población actual 1883 hab.

Período de diseño 20 años

Índice de crecimiento, 2010

INEC

1.8 %

Según las condiciones socio-economías de la población se asume un 3%

de afluencia turística, la misma que es de un 3 al 15% según EX-IEOS.

Para la determinación de la población flotante se consideró un 3%

(Afluencia turística) de la población censada dando una población

flotante de 55 habitantes.

Para la determinación de la población actual se utilizó la siguiente

Formula:

22

Dónde:

Pa = Población Actual, hab.

Pc = Población censada, 2010 INEC

Pe = Población estudiantil, hab.

Pf = Población flotante, hab.

Por otro lado, de acuerdo con las normas vigentes, se recomienda la

utilización de por lo menos tres métodos para el cálculo de la

población de diseño o población futura;

MÉTODO GEOMÉTRICO

Este método tiene su base en la aplicación de un índice de

crecimiento constante:

(

)

Dónde:

Pa = población actual, 1883 hab.

i = índice de crecimiento poblacional, 1.8%

n = periodo de diseño, 20 años.

MÉTODO EXPONENCIAL

Se basa en la siguiente formula

Dónde:

Pa = población actual, 1883 hab.

i = índice de crecimiento poblacional, 1.8%

n = periodo de diseño, 20 años.

La población de diseño calculada por este procedimiento es de

2699 habitantes al final del período de diseño propuesto

MÉTODO DE WAPPUS.

Se basa en la siguiente formula

[

]

[

]

23

Dónde:

Pa = población actual, 1883 hab.

i = índice de crecimiento poblacional, 1.8%

n = periodo de diseño, 20 años.

CONCLUSIÓN DEL ANÁLISIS POBLACIONAL

Analizados los métodos descritos, se ha optado por la aplicación del

método exponencial con una estimación de la población futura de

2699 habitantes en este caso.

4.3 CAUDALES DE DISEÑO.

4.3.1 Caudal Medio Diario.

El caudal medio diario establecido para descarga en la planta de

tratamiento es de 6.72 l/s.

4.3.2 Caudal Punta.

Coeficiente de retorno: 80%

KMH= 3, Coeficiente de mayoración horaria de acuerdo a la

norma INENN 5 Parte 2-9

Q = (9.35 l/s) 3 = 25.19 L/s

Q = 25.19 80% = 20.15 L/s

4.4 DIMENSIONAMIENTO DE LA DEPURADORA.

4.4.1 Carga Unitaria.

Para el dimensionamiento de la planta depuradora se debe

conocer la carga unitaria, la carga orgánica y también el área

disponible para implementar el sistema.

Determinación de la Carga Unitaria:

24

4.4.2 Carga Orgánica.

La carga orgánica total se obtiene multiplicando la carga unitaria

por el número de habitantes, y viene expresada en Kg/día.

4.4.3 Pre tratamiento.

a) CAJÓN DE LLEGADA.

Es indispensable construir a la entrada de la EDAR un cajón

que nos servirá para inspecciones

Se considera conveniente colocar un pozo o cajón de 0.70 m

de ancho por 0.70 m de largo, que tendrá una pantalla para

romper la presión de llegada y uniformizar velocidades. El

fondo de este cajón está a 15 cm más bajo que el nivel de

llegada del emisario (10 – 15 cm según recomendación del ex

– IEOS).

Distancia de la pantalla rompe presión adoptada = 0.25 m.

Altura del cajón de llegada = 0.65 m.

Tiempo de caída:

.175.081.9

15.0*22seg

g

yt

b) TRANSICION CAJON DE ENTRADA-CANAL DE ENTRADA

)tan(2

21

bbL

)50.12tan(2

3.07.0 mmL

mL 9.0

Donde:

b1 = Ancho del cajón de entrada

b2 = Ancho de canal de entrada.

L = Longitud de transición

α = ángulo de transición: 12.5

25

c) CANAL DE ENTRADA.

Pendiente

La pendiente del canal de entrada S ≥ 0.5%

S = 8 % (Pendiente del canal)

Caudal de Diseño:

El caudal permitido a ingresar al pretratamiento será el Qmáx

que es de: 20.15 l/s. Caudal de diseño = 20.15 l/s = 0.02015 m3/s

Para el dimensionamiento del canal de llegada al

pretratamiento se elige transportar el agua mediante un canal

rectangular.

Las fórmulas para canal rectangular usadas son:

21

3/8 *

*

Sb

nQK

74232.0*66240.1 Kb

d

Según el Manual de Depuración Uralita, recomienda las

siguientes velocidades:

V> 0.6 m/s (A Caudal Medio Qmed.)

V < 3.0 m/s (A Caudal Máximo Qmáx.)

El canal es de hormigón (Coeficiente de rugosidad) n = 0.014.

El ancho del canal según el Manual de Uralita debe ser:

0.3 ≤ [b (m)] ≤ 0.7

b =0.3m

Tenemos:

21

3/8 )1000/8(*3.0

014.0*02015.0K

078.0K

Luego:

272.0b

d

Como b =0.3 m, entonces

d =7.52 cm.

26

Luego, si comprobamos la velocidad, con un R = 0.0394, S= 8%

tenemos:

21

32

**1

SRn

V

21

32

08.0*0394.0*013.0

1V

smV /87.0

Entonces:

V = 0.87 m/s < 3.0 m/s Ok.

V = 0.87 m/s > 0.6 m/s Ok.

Tabla 4.2 – Resumen del cálculo del Canal de Entrada

d) CRIBADO

Según la normativa del (EX – IEOS, 1993) es recomendable

diseñar cribas de limpieza manual, por lo cual se debe tomar

en cuenta las siguientes recomendaciones:

- El espaciamiento entre barras varía entre 25mm y 50mm.

Para un buen rendimiento hemos adoptado un

espaciamiento de 25mm.

- Se utiliza barras de sección circular de 10mm de diámetro.

- Las dimensiones y el espaciamiento entre barras deben

mantener la velocidad del canal entre 0.4m/s y 0.75m/s,

para los caudales: mínimo y medio; y de 2.5m/s a 0.7m/s

para el caudal máximo.

Las siguientes formulas a utilizar las hemos tomado del Manual

de depuración de Uralita, 2002.

RESUMEN DEL CANAL DE ENTRADA

Ancho del Canal 0.30 m

Calado del Canal a Qmax 7.52 cm

Altura del Canal 50 cm

Longitud del Canal 1 m

27

REJILLAS GRUESAS

ANCHO EN LA ZONA DE REJILLAS:

sass

cb

1

Dónde:

c = Ancho del canal de llegada (0.3m)

s = Separación entre barrotes (0.025m)

a = Diámetro del barrote (0.020m)

NÚMERO DE BARRAS

sa

sbn

Para Caudal Máximo, Donde n de Manning = 0.014, S = 0.012

(

)

Como el canal es rectangular, entonces:

( )

La velocidad en el canal debe mantenerse entre 0.4 – 2.50m/s

La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la

forma de las barras y de la altura o energía de la velocidad del

flujo entre las barras.

PÉRDIDA DE ENERGÍA:

28

Dónde:

V = velocidad a caudal máximo en la rejilla (m/s)

g = Gravedad (9.81 m/s2)

De acuerdo a la normativa del EX – IEOS, 1993. El ángulo de

inclinación de las barras será entre 45 y 60 grados con respecto

a la horizontal, por lo cual adoptamos un ángulo Ɵ de 45

grados.

Tabla 4.3 - Coeficiente según tipo de barra

Por lo tanto, para nuestro diseño β es igual a 1.79.

Según Kirschmer, la perdida de energía en una rejilla limpia

puede calcularse por la siguiente ecuación:

(

)

Dónde:

H = Perdida de energía, m

w = ancho máximo de la sección transversal de las

barras, en la dirección del flujo, m

b = espaciamiento o separación mínima entre barras, m

hv = altura o energía de velocidad del flujo de

aproximación, m

Ɵ = ángulo de la rejilla con la horizontal

Las pérdidas en la rejilla (según EX – IEPS, 1993: Hmín = 0.15m),

por lo que se adoptó H = 0.20m

29

ÁREA DE LA REJILLA

Dónde:

A = Área de la rejilla (m2)

Q = Caudal máximo (m3/s)

V = Velocidad a caudal máximo (m/s)

TIRANTE DE AGUA EN LA REJILLA

Dónde:

y = Tirante de agua en la rejilla (m)

A = Área de la rejilla

B = Ancho de la rejilla (m)

ALTURA DE LA REJILLA

Altura muy baja por lo que adoptamos H=0.4 m

Dónde:

Hrej =Altura total de la reja

y = Perdida total en la rejilla

BL = Borde Libre por seguridad, 0.10 m

Debido a que la altura de la rejilla calculada es pequeña se

considera una altura de 0.40m.

LONGITUD DE LA REJILLA

30

Dónde:

L = Longitud total de la rejilla (m)

H = Altura total de la rejilla (m)

Ɵ = Ángulo de inclinación adoptado.

Tabla 4.3 – Resumen del cálculo Canal de Rejas gruesas

Volumen de agua que pasa por la rejilla durante un día de

operación.

( )

Dónde:

Q = Caudal máximo (m3/s)

T = Tiempo (1 día = 86400)

Vol = Volumen de agua que pasa por la rejilla en un día

Tabla 4.4 - Material cribado retenido según aberturas de cribas

ABERTURA (mm) CANTIDAD (α) (l/m3)

20 0.038

25 0.023

30 0.023

40 0.009

Fuente: Normativa de SSA, 1993 (Tabla X.4)

RESUMEN DEL CANAL DE REJAS GRUESAS

Altura del Canal de Cribado 0.40 m

Ancho del Canal de Cribado 0.60 m

Longitud del Canal de Cribado 1 m

Inclinación de la Rejilla 45°

Diámetro de los barrotes 20 mm

Espaciamiento entre barras 25 mm

Numero de barras 13

31

Volumen del material retenido durante un día de operación:

( )

Dónde:

VMT = Volumen de material retenido en la rejilla (m3)

α = Cantidad según abertura

Vol = Volumen que pasa por la rejilla en un día (m3)

REJILLAS FINAS

ANCHO EN LA ZONA DE REJILLAS:

sass

cb

1

Dónde:

c = Ancho del canal de llegada (0.3m)

s = Separación entre barrotes (0.010m)

a = Diámetro del barrote (0.010m)

NÚMERO DE BARRAS

sa

sbn

Para Caudal Máximo, Donde n de Manning = 0.014, S = 0.012

(

)

Como el canal es rectangular, entonces:

( )

La velocidad en el canal debe mantenerse entre 0.4 – 2.50m/s

32

La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la

forma de las barras y de la altura o energía de la velocidad del

flujo entre las barras.

PÉRDIDA DE ENERGÍA:

Dónde:

V = velocidad a caudal máximo en la rejilla (m/s)

g = Gravedad (9.81 m/s2)

De acuerdo a la normativa del EX – IEOS, 1993. El ángulo de

inclinación de las barras será entre 45 y 60 grados con respecto

a la horizontal, por lo cual adoptamos un ángulo Ɵ de 45

grados.

Tabla 4.5 - Coeficiente según tipo de barra

Por lo tanto, para nuestro diseño β es igual a 1.79.

Según Kirschmer, la perdida de energía en una rejilla limpia

puede calcularse por la siguiente ecuación:

(

)

Dónde:

H = Perdida de energía, m

w = ancho máximo de la sección transversal de las

barras, en la dirección del flujo, m

b = espaciamiento o separación mínima entre barras, m

33

hv = altura o energía de velocidad del flujo de

aproximación, m

Ɵ = ángulo de la rejilla con la horizontal

Las pérdidas en la rejilla (según EX – IEPS, 1993: Hmín = 0.15m),

por lo que se adoptó H = 0.20m

ÁREA DE LA REJILLA

Dónde:

A = Área de la rejilla (m2)

Q = Caudal máximo (m3/s)

V = Velocidad a caudal máximo (m/s)

TIRANTE DE AGUA EN LA REJILLA

Dónde:

y = Tirante de agua en la rejilla (m)

A = Área de la rejilla

B = Ancho de la rejilla (m)

ALTURA DE LA REJILLA

Altura muy baja por lo que adoptamos H=0.4 m

Dónde:

Hrej =Altura total de la reja

y = Perdida total en la rejilla

BL = Borde Libre por seguridad, 0.10 m

Debido a que la altura de la rejilla calculada es pequeña se

considera una altura de 0.40m.

34

LONGITUD DE LA REJILLA

Dónde:

L = Longitud total de la rejilla (m)

H = Altura total de la rejilla (m)

Ɵ = Ángulo de inclinación adoptado.

Tabla 4.6 – Resumen del cálculo Canal de Rejas Finas

Volumen de agua que pasa por la rejilla durante un día de

operación.

( )

Dónde:

Q = Caudal máximo (m3/s)

T = Tiempo (1 día = 86400)

Vol = Volumen de agua que pasa por la rejilla en un día

Tabla 4.7 - Material cribado retenido según aberturas de cribas

ABERTURA (mm) CANTIDAD (α) (l/m3)

20 0.038

25 0.023

30 0.023

40 0.009

Fuente: Normativa de SSA, 1993 (Tabla X.4)

RESUMEN DEL CANAL DE REJAS FINAS

Altura del Canal de Cribado 0.40 m

Ancho del Canal de Cribado 0.60 m

Longitud del Canal de Cribado 0.70 m

Inclinación de la Rejilla 45°

Diámetro de los barrotes 10 mm

Espaciamiento entre barras 10 mm

Numero de barras 30

35

Volumen del material retenido durante un día de operación:

( )

Dónde:

VMT = Volumen de material retenido en la rejilla (m3)

α = Cantidad según abertura

Vol = Volumen que pasa por la rejilla en un día (m3)

e) DESARENADOR.

En toda planta de tratamiento es indispensable proteger las

unidades aguas abajo contra la acumulación de arena.

Se eligió un desarenador de flujo horizontal, para el cual se

debe controlar y mantener la velocidad de flujo alrededor de

0.3 m/s (+/- 20%) según recomendaciones del ex - IEOS.

La velocidad adoptada para el diseño es de 0,30 m/s

ÁREA DEL DESARENADOR (A)

Dónde:

A: Área del desarenador

Q: Caudal Máximo

V: Velocidad de flujo

El desarenador a diseñar es de forma rectangular con doble

cámara para mayor rendimiento y para facilitar las operaciones

de mantenimiento.

TIRANTE DE AGUA (HA)

Adoptando un ancho para el desarenador b = 0,30 m

calculamos:

36

Dónde:

ha: Tirante de agua en el desarenador

A: Área del desarenador

b: Ancho del desarenador

BASE DESARENADOR (B)

Considerando el ancho b = 0,30m para desarenador de flujo

horizontal obtenemos:

Dónde:

b: Base del desarenador

n: Numero de cámaras del desarenador

En desarenadores de flujo horizontal debe cumplir 1 < b/h < 5

Donde:

b: Base del desarenador

ha: Altura del desarenador

ALTURA TOTAL DEL DESARENADOR

Según las normas del ex – IEOS, se considera una altura de

sedimentación (hs) de 0.20 m, entonces, la altura total será:

Donde:

ht: altura total del desarenador

ha: Altura del desarenador (lámina de agua)

hs: Altura de sedimentación.

En la normativa del Ex – IEOS DE 1993; se establece que el

tiempo de retención del flujo en el desarenador de flujo

horizontal, va de 30 a 90 segundos y el periodo de limpieza del

mismo es de 10 a 30 días. Se considera para nuestro diseño que

se realizara la limpieza cada 15 dias.

Tiempo de retención escogido= 90s

Limpieza cada 15 días

37

VOLUMEN QUE PASA POR EL DESARENADOR CADA 15 DÍAS:

La cantidad de arena recogida por el desarenador, según el

Texto de la Dra. Petia Mijaylova Nacheva varía de 7,5 a 90 lts por

cada 1000 m³ de AR.

Se adoptó que el desarenador recoge 40 lts por cada 1000 m³

de AR.

( )

( )

ÁREA SUPERFICIAL DEL DESARENADOR

Según EX – IEOS, 1993 se debe considerar una tasa de

aplicación del desarenador entre 25 m/h y 50 m/h para el

diseño se adoptó una tasa de aplicación de 30 m/h.

( )

( ) (

)

Donde:

A: Área superficial del desarenador

Q: Caudal Máximo

Ts: tiempo de aplicación del desarenador

LONGITUD DEL DESARENADOR

La longitud del desarenador es:

Donde:

Varena: Volumen de arena recogida

ht: altura total del desarenador

b: Base del desarenador

38

CALCULO LONGITUD FINAL

Según la normativa del EX - IEOS , 1993 se debe incrementar la

longitud del desarenador entre el 30% y 50 %, en el diseño se

incrementara un 35%

( )

(

) Entonces

Donde:

Lu: Longitud Final

L: longitud

Según la normativa del EX – IEOS, 1993 la relación entre el largo y

la altura del desarenador debe ser mínimo 25

CHEQUEO DE LA EFICIENCIA HIDRÁULICA DEL DESARENADOR:

*Volumen útil del desarenador, para cada cámara:

Dónde:

L= Longitud del desarenador (m)

Ht= Altura del desarenador (m)

b= Ancho del Desarenador (m)

* PERIODO DE RETENCIÓN:

Dónde:

Vútil= Volumen útil del desarenador (m3)

Q= Caudal máximo (m3/s)

*El periodo de retención debe ser menor o igual al periodo de

retención adoptado para el diseño:

39

T abla 4.8 – Resumen del Cálculo del Desarenador

RESUMEN DEL DESARENADOR

Ancho del desarenador 0.30 m

Altura total desarenador 0.40 m

Borde libre 0.10 m

Longitud total del desarenador 12 m

4.4.4 Tratamiento Natural.

f) HUMEDALES ARTIFICIALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL.

Un Humedal Artificial de Flujo Horizontal subsuperficial es un

canal grande relleno con grava y arena donde se planta

vegetación acuática. Al fluir horizontalmente las aguas

residuales por el canal, el material filtra partículas y

microorganismos y degrada el material orgánico.

La concentración de entrada y salida del humedal, son dos

valores determinantes en el cálculo pues de ellos depende el

tiempo de retención ya que si la concentración de entrada es

muy alta y la de salida muy baja, se necesitará un mayor tiempo

de retención.

La vegetación seleccionada para el proceso ha sido de

Carrizos, debido a que:

- Se puede adaptar fácilmente a las condiciones de clima y

suelo de la zona de estudio.

- El suelo bajo rodales de carrizos posee una estabilidad

estructural y de agregados al agua estable; además posee

características como alta capacidad de almacenamiento

de agua en el suelo, alta porosidad total, baja densidad

aparente, alta conductividad hidráulica saturada y alto

contenido de materia orgánica.

40

DISEÑO

Tabla 4.9 – Parámetros Indicativos para el Diseño del Humedal

PARAMETROS INDICATIVOS PARA EL DISEÑO

Tiempo de retención

hidráulica

10 d

Prof. Del humedal (y) 0.9 m

Carga hidráulica 0.03 m3/m2.d

Superficie específica 4.625 Ha/(10^3.m3/d

) Pendiente 5 %

Grava media

Tamaño efectiva D10 32 mm

Porosidad (n) 38 %

Conductividad hidráulica

(Ks)

3000

0

m3/m2. d

Considerando la temperatura del agua residual de 22.3 °C, se

asume que la temperatura en el humedal por lo general

disminuye 1°C.

La constante de temperatura en el humedal viene dado por:

( ) ( )

Tomando el caudal en m3/día

Q= 20.15 ⁄

⁄

REMOCIÓN DE LA DBO5

[ ( ) ( ) ]

[ ( ) ( )]

Una vez calculada el área, se calcula el tiempo de retención

hidráulica.

41

Considerando las capas que conforman el humedal.

- Profundidad del Humedal de flujo Subsuperficial = 0.9 m

- Grava = 0.032 m

COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD DE CALOR

Tabla 4.10 – Conductividad Técnica de los componentes de HSS

MATERIAL K(W/m °C)

Capa de restos de Vegetación 0.05

Grava seca(25% de humedad) 1.5

Grava Saturada 2

Suelo Seco 0.8

Fuente: Depuración de Aguas Residuales con humedales artificiales (Lara

J, 1999)

Tabla 4.11 – Valores Adoptados de Conductividad

para el diseño

Formula:

(

) (

) (

)

(

) (

) (

)

Dónde:

- y1, y2, y3: Espesor de cada una de las capas que

componen el Humedal de flujo subsuperficial.

- k1, k2, k3: Conductividad térmica de cada capa.

CAMBIO DE TEMPERATURA EN EL HUMEDAL.

VALORES ADOPTADOS

Y1= 0.15 K1= 0.05

Y2= 0.08 K2= 1.5

Y3= 0.9 K3= 2

42

( ) ( )

Dónde:

- Tagua: temperatura del agua residual.

- T aire: Temperatura del aire = 22 °C.

- Cp: capacidad del calor especifico del AR. (4215 J/Kg

°C)

( ) ( )

Calculando la temperatura del efluente.

La temperatura promedio en el Humedal será:

La temperatura promedio en el humedal debe ser menor o igual

a la temperatura del afluente.

22.29 °C ≤ 22.3 °C CUMPLE

REMOCIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS.

Para el cálculo de remoción de sólidos en el humedal se debe

considerar la velocidad del flujo en el humedal en función de la

cual se efectuara la sedimentación.

⁄

CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL EFLUENTE.

FORMULA:

[ ( )]

[ ( )]

REMOCION DE NITROGENO

Para la eficiente remoción del nitrógeno en un humedal se

debe considerar la temperatura del agua dentro del humedal,

para llevar a cabo los procesos de desnitrificación.

43

Para determinar la superficie requerida para la remoción del

nitrato se realizaron dos cálculos, considerando el 50 y 100% de

obstrucción del humedal a causa de las raíces.

- N afluente= 29.6 mg/l

- N efluente= 11 mg/l

Constante de temperatura en el humedal:

[ (

)

]

Superficie necesaria para la remoción de nitrógeno:

[ (

)]

Tiempo de retención hidráulica:

Concentración de nitratos en el efluente:

( )

PORCENTAJE DE OBSTRUCCIÓN = 50

Constante de obstrucción: KT= 0.0828

Superficie del humedal: As = 60795.485 m2

Tiempo de retención hidráulica: TRH= 11.943

Concentración de nitratos en el efluente: Ce= 11

PORCENTAJE DE OBSTRUCCIÓN = 100

Constante de obstrucción: KT= 0.41074

Superficie del humedal: As = 12268.115 m2

Tiempo de retención hidráulica: TRH= 2.409

Concentración de nitratos en el efluente: Ce= 1

SUPERFICIE ADOPTADA

La superficie de diseño corresponde a la de mayor magnitud

entre las superficies calculadas como son:

Superficie para Remoción de DBO:

Superficie para Remoción de NT (50% de obstrucción de

raíces)

44

Superficie para Remoción de NT (100% de obstrucción de

raíces)

La superficie escogida es la de Remoción de NT considerando

el 100% de obstrucción de raíces:

CALCULO DE LA LONGITUD DEL HUMEDAL:

√

√

CALCULO DEL ANCHO DEL HUMEDAL:

Tabla 4.12 – Resumen del Cálculo del Humedad Subsuperficial

RESUMEN DE CALCULO HSS

Largo= 133 m

Ancho= 93 m

Espesor Grava 3/4"= 0.90 m

Espesor Grava 1/2"= 0.15 m

Material Orgánico= 0.08 m

4.4.5 Tratamiento Avanzado.

g) DESINFECCIÓN.

Los procesos de desinfección deben reducir o inactivar los

agentes patógenos perjudiciales para el ser humano, hasta el

nivel en el cual se reduzca al mínimo el riesgo que las aguas

servidas desinfectantes sean una fuente de infecciones.

Después de que el agua residual fluye por el humedal, es

recomendable aplicar un pequeño tratamiento de desinfección

a base de cloro. Por medio de la desinfección se reduce de

manera importante el número de organismos vivos que se

devolverán al ambiente. Se sugiere que la desinfección se haga

con cloro, ya que el cloro es la forma más popular de hacerlo

debido a su bajo costo y efectividad.

45

DISEÑO DEL PROCESO

El sistema de Desinfección se tienes que diseñar y dimensionar

de tal forma que asegure que:

El tratamiento requerido debe tener la dosis mínima y se aplica

en todo el efluente. El nivel de desinfección debe ser el máximo

dependiendo de la demanda de desinfectante.

REQUERIMIENTO DE CLORACIÓN

Tabla 4.13 – Valores estimados de ct para varios niveles de

inactivación de varios microorganismos en un efluente

secundario (ph = 7 y t = 20°C)

La dosificación del Proceso es de 40 mg*minuto/L

Tabla 4.14 – Dosis Típicas de Cloro para un Contacto de 30

minutos

46

TIEMPO DE RETENCIÓN

Dónde:

Ct = 40

C = 10

Tiempo de retención = 4 Minutos = 240 segundo

VOLUMEN DE CLORACIÓN

(

)

Dónde:

t = Tiempo retención = 240 segundos

Q = Qmh = 20.15 L/s

V = Volumen de cloración

DISEÑO DEL CANAL DE CLORACIÓN.

V=A x h

Donde

D = 2.4 m

h = 1.1 m

h total =1.4 m

CANTIDAD DE COLIFORMES TOTALES REMOVIDOS.

Coliformes totales de entrada = 88000 UFC

Coliformes totales de salida = 880 UFC

47

CANTIDAD DE COLIFORMES FECALES REMOVIDOS

Coliformes totales de entrada = 50000 UFC

Coliformes totales de salida = 500 UFC

RESUMEN DEL DISEÑO DE LA CLORACIÓN

Tabla 4.15 – Resumen del Cálculo del canal de Cloración

DIMENSIONES DE CANAL DE CLORACIÓN

Diámetro 2.4 m

Altura 1.5 m

REMOCIÓN EN LA CLORACIÓN

Coliformes totales de entrada 88000

Coliformes totales de salida 880

Coliformes fecales de entrada 50000

Coliformes fecales de salida 500

4.5 PORCENTAJES DE REMOCIÓN CALCULADOS DE LA PLANTA DEPURADORA.

Tabla 4.15 – Porcentaje de Remoción de los procesos seleccionados para la Planta Depuradora de Pindal

PARAMETROS Parámetros

del agua residual

PRETRATAMIENTO Tratamiento Natural Tratamiento Avanzado PERMITIDO

POR LA NORMA

Cumple Cribado Desarenador Humedal Desinfección

Remoción (%)

Conc. (mg/l)

Remoción (%)

Conc. (mg/l)

Remoción (%)

Conc. (mg/l)

Remoción (%)

Conc. (mg/l)

DBO5 480 0 480 5 456 78.29 98.9976 0 98.9976 100 OK

Nitrógeno 29.6 0 30 0 30 63 10.952 10 9.8568 10 OK

Coliformes fecales

50000 0 50000 0 50000 0 50000 99.99 5 1000 OK

Coliformes Totales

88000 0 88000 0 88000 0 88000 99.99 8.8 1000 OK

49

4.6 CONCLUSIONES.

La planta depuradora de la Cabecera Cantonal Pindal para cumplir

con los requisitos de vertido a un cuerpo de agua debe contener los

siguientes procesos: Cribado, Desarenador, Humedal Subsuperficial y

Cloración.

Los porcentajes de remoción de los procesos seleccionados nos dan un

valor de descarga al cuerpo de agua dentro de los intervalos

establecidos por la norma de Republica Dominicana.

50

BIBLIOGRAFÍA Metcalf& Eddy. (1995). Ingeniería de aguas residuales tratamiento.

vertido y reutilización. Volumen I. Madrid. España: Mc Graw Hill.

Collado L. Ramón. (1992). Depuración de aguas residuales en

pequeñas comunidades. Madrid: Colegio de ingenieros de

caminos. canales y puertos.

Bernal D., Cardona D., Galvis A., Peña M. (2002). Guía de

selección de tecnología para el tratamiento de aguas residuales

domésticas por métodos naturales. Seminario Internacional sobre

métodos naturales para el Tratamiento de Aguas Residuales.

CINARA. Universidad del Valle. Cali. Colombia.

Instituto Nacional de Estadística y Censo INEC. Fascículo Cantonal:

Quilanga. (2001)..

Norma de Calidad Ambiental de descarga de Efluentes: Recurso

Agua. 2002.

Normas para el estudio y diseño de sistemas de agua potable y

disposición de aguas residuales para poblaciones mayores a 1000

habitantes. (2000). Ecuador: Subsecretaria de saneamiento

ambiental (EX-IEEOS).

Romero Rojas Jairo Alberto. (2004). Tratamiento de aguas

residuales. teoría y principios de diseño. Santafé de Bogotá:

Editorial escuela colombiana de ingeniería

Seoánez Calvo Mariano. (2004). Depuración de las aguas

residuales por tecnologías ecológicas de bajo costo. Madrid.

España: Mundi-Prensa.

García Mayona Joan. (2000). Depuración con sistemas Naturales.

Barcelona: Ingeniería Sanitaria y Ambiental.

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/hammeke

n_a_am/capitulo2.pdf

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