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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO CIVIL SANITARIA TEMA: EVALUACIÓN Y PROPUESTA DE MEJORA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA DE LA CIUDADELA COSMOS EN LA URBANIZACIÓN VILLA CLUB UBICADA EN EL CANTÓN DAULE. AUTOR JEFFERSON ALEXANDER GARCÍA MUÑOZ TUTOR ING. JACINTO ROJAS ÁLVAREZ, MI. 2018 GUAYAQUIL – ECUADOR
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
SANITARIA
TEMA:
EVALUACIÓN Y PROPUESTA DE MEJORA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA DE LA
CIUDADELA COSMOS EN LA URBANIZACIÓN VILLA CLUB UBICADA EN EL CANTÓN DAULE.
AUTOR
JEFFERSON ALEXANDER GARCÍA MUÑOZ
TUTOR
ING. JACINTO ROJAS ÁLVAREZ, MI.
2018
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
AGRADECIMIENTOS
A mis padres, pilar fundamental, soporte y sustento de mi vida que con sus buenos
consejos supieron guiarme a lo largo del camino recorrido y son lo más valioso que
tengo.
A mis hermanos por todo el apoyo brindado a lo largo de los años y por estar
siempre presentes en los buenos y malos momentos.
A mis familiares que siempre tuvieron una palabra de apoyo, en especial a mis tías
que en muchos momentos difíciles me dieron la mano y no me dejaron solo.
A los buenos amigos que pude hacer a lo largo de los años y que siempre me
brindaron su amistad sin importar lo mucho o lo poco que pueda tener.
iii
DEDICATORIA
A MI MADRE ANITA
Por todo el amor, la paciencia, los consejos, valores que me hicieron ser la persona
que soy y me hicieron llegar donde estoy y porque me enseñó a ser humilde, por toda
la paciencia que tuvo para conmigo y porque siempre me alentó a perseguir la meta
de ser Ing. Civil.
A MI PADRE ALFREDO
Por saber guiar mi camino y por sembrar en mí la semilla de la ingeniería civil ya
que gracias a él conocí y me apasioné por esta profesión, por todos sus consejos y
esfuerzos que me hicieron llegar donde estoy.
iv
Guayaquil, 25 de enero del 2018
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR
Yo, Ing. Franklin Villamar Bajaña, M.Sc., habiendo sido designado para revisar el Trabajo de Titulación
“EVALUACIÓN Y PROPUESTA DE MEJORA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
DOMESTICA DE LA CIUDADELA COSMOS EN LA URBANIZACIÓN VILLA CLUB UBICADA EN EL CANTO
DAULE.” Certifico que el presente, elaborado por el Sr. Jefferson García Muñoz, con C.C. 0917825796,
del núcleo estructurante: SANITARIA, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para
la obtención del título de INGENIERO CIVIL, en la Carrera de Ingeniería Civil, ha sido REVISADO Y
APROBADO en todas sus partes, encontrándose apto para su sustentación.
Atentamente,
_______________________________________
Ing. Franklin Villamar Bajaña, M.Sc.
C.C. 0904846276
DOCENTE TUTOR REVISOR
ANEXO 11
v
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADEMICOS
Yo, GARCÍA MUÑOZ JEFFERSON ALEXANDER, con C.I. Nº 0917825796, certifico que el
contenido desarrollado en este trabajo de titulación, cuyo título es “EVALUACIÓN Y PROPUESTA
DE MEJORA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DOMESTICA DE LA CIUDADELA
COSMOS EN LA URBANIZACIÓN VILLA CLUB UBICADA EN EL CANTO DAULE.” Es de mi absoluta
propiedad y responsabilidad y según el Art. 114 del CODIGO ORGANICO DE LA ECONOMIA
SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVAD E INNOVACIÓN, autorizo el uso de una licencia
gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la presente obra con fines
no académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como
fuera pertinente.
Atentamente,
_______________________________________
GARCÍA MUÑOZ JEFFERSON ALEXANDER
C.I. Nº 0917825796
ANEXO
12
CODIGO ORGANICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,
CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899-Dic./2016) Articulo 114.- De los titulares
de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos. -
En el caso de las obras creadas en centros educativos, universitarios, escuelas politécnicas,
instituto superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de arte y los conservatorios superiores,
e institutos públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de
investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de investigaciones o innovación,
artículos académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que pueda existir relación de
vi
TRIBUNAL DE GRADUACIÓN
______________________________ __________________________
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. Franklin Villamar Bajaña, M.Sc.
DECANO TUTOR REVISOR
______________________________
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
vii
RESUMEN
El presente trabajo de titulación está enfocado en evaluar el funcionamiento de la
planta de tratamiento de aguas residuales de Cosmos en la urbanización Villa Club,
ubicada en la parroquia satélite la Aurora en el km 12,8 de la Vía a Samborondón.
La planta de tratamiento objeto de esta tesina funciona con un proceso biológico
de lodos activados por el método de aireación extendida, del tipo zanjón de oxidación,
la planta de tratamiento consta de un tanque ecualizador, reactor aerobio, digestor de
lodos, clarificador y eras de secado.
La metodología de trabajo se la realizó obteniendo medidas reales de los tanques
de las diferentes etapas del tratamiento, para luego contrastarlo con los mismos
parámetros que fueron previamente calculados. Estas son las medidas reales que
tienen los reservorios en campo, de aquí la importancia de saber si la planta de
tratamiento se encontraba funcionando bajo los parámetros para los que fue
diseñada. El contraste de la información obtenida en campo con los datos de diseño
nos muestra que la planta de tratamiento si está funcionando bajo los parámetros
para los que fue diseñada, pero hay que prestar mayor atención al estado en que
funciona, ya que por ejemplo los aireadores superficiales no se encuentran
funcionando.
También se pudo constatar que el efluente producto del tratamiento es utilizado
para el riego de la jardinería de la avenida principal de la urbanización, por lo que se
recomienda hacer las pruebas de laboratorio del caso para certificar que el agua
puede ser usada con seguridad.
viii
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I ........................................................................................ 1
El Problema ....................................................................................... 1
1.1 Antecedentes................................................................................................ 1
1.2 Planteamiento del Tema ............................................................................... 1
1.3 Ubicación Geográfica ................................................................................... 2
1.4 Contexto de Investigación ............................................................................ 3
1.5 Problemática................................................................................................. 3
1.6 Delimitación del Tema .................................................................................. 4
1.6.1 Delimitación Temporal. .......................................................................... 4
1.6.2 Delimitación Espacial. ............................................................................ 4
1.7 Objetivos del Estudio .................................................................................... 4
1.7.1 Objetivo General. ................................................................................... 4
1.7.2 Objetivos Específicos. ............................................................................ 4
1.8 Justificación del Problema ............................................................................ 5
CAPÍTULO II ....................................................................................... 6
Marco Teórico .................................................................................... 6
2.1 Antecedentes del Estudio ............................................................................. 6
2.1.2 El agua residual. .................................................................................... 7
2.2 Clasificación de las Aguas Residuales ......................................................... 8
ix
2.2.1 Aguas residuales domésticas. ............................................................... 8
2.2.2 Aguas residuales industriales. ............................................................... 8
2.3 Composición de las Aguas Residuales Domésticas ..................................... 8
2.3.1 Clasificación de los sólidos presentes en las aguas residuales
domésticas. ......................................................................................................... 9
2.4 Características de las Aguas Residuales ................................................... 11
2.4 Tratamiento de Aguas Residuales.............................................................. 11
2.4.1 Procesos físicos. .................................................................................. 12
2.4.2 Procesos químicos. .............................................................................. 12
2.4.3 Procesos biológicos. ............................................................................ 13
2.5 Pre – Tratamiento ....................................................................................... 16
2.5.1 Desbaste o cribado. ............................................................................. 17
2.5.2 Desarenado. ........................................................................................ 18
2.5.3 Desengrasado. ..................................................................................... 18
2.6 Tratamiento Primario .................................................................................. 19
2.6.1 Decantación o sedimentación. ............................................................. 19
2.6.2 Coagulación y floculación. ................................................................... 20
2.6.3 Flotación. ............................................................................................. 20
2.7 Tratamiento Secundario ............................................................................. 21
2.7.1 Fangos activados. ................................................................................ 22
2.7.2 Discos rotatorios o biodiscos. .............................................................. 26
2.7.3 Filtro percolador. .................................................................................. 27
x
2.8 Tratamiento Terciario o Avanzado .............................................................. 29
2.9 Tratamiento de Lodos ................................................................................. 30
2.9.1 Digestión aeróbica. .............................................................................. 30
2.9.2 Lecho de secado. ................................................................................. 30
2.10 Muestreo del Agua Residual .................................................................... 31
2.11.1 Demanda bioquímica de oxígeno. ..................................................... 31
2.11.2 Demanda química de oxígeno. .......................................................... 32
2.11.3 Solidos totales disueltos (TDS). ......................................................... 32
2.11.4 Solidos totales suspendidos (SST). ................................................... 32
2.12 Marco Conceptual .................................................................................... 32
2.12.1 Zanjón de oxidación. .......................................................................... 33
2.12.2 Parámetros de diseño. ....................................................................... 33
2.12.3 Aireación. ........................................................................................... 34
2.12.4 Producción de lodos. ......................................................................... 34
2.13 Marco Legal .............................................................................................. 36
2.13.1 Texto unificado de legislación secundaria del ministerio del ambiente.
.......................................................................................................................... 36
CAPITULO III .................................................................................... 40
Metodología de la Investigación .................................................... 40
3.1 Tipo de Investigación .................................................................................. 40
3.1.1 Recolección de datos en campo. ......................................................... 40
xi
3.1.2 Cálculos teóricos de diseño de la PTAR. ............................................. 40
3.1.3 Comparación de los datos obtenidos en campo con los datos de diseño
calculados. ........................................................................................................ 41
3.2 Ubicación .................................................................................................... 41
3.3 Características Generales del Agua Residual Cruda ................................. 41
3.4 Identificación del proyecto, cantidad de viviendas ...................................... 42
3.5 Sistema de tratamiento seleccionado ......................................................... 42
3.6 Descripción de la planta de tratamiento ..................................................... 43
3.6.1 Cárcamo de bombeo. .......................................................................... 43
3.6.2 Etapa de Pre tratamiento, tanque ecualizador. .................................... 44
3.6.3 Tanque de aireación. ........................................................................... 44
3.6.4 Clarificador. .......................................................................................... 45
3.6.5 Digestor de lodos. ................................................................................ 46
3.6.6 Lechos de secado. ............................................................................... 47
3.6 Esquema de la planta de tratamiento ......................................................... 49
CAPITULO IV ................................................................................... 50
Cálculos teóricos de diseño y cálculos reales de la PTAR .......... 50
4.1 Cálculos Teóricos de Diseño ...................................................................... 50
4.1.1 Calculo del caudal de diseño. .............................................................. 50
4.1.2 Calculo de volumen del reactor aerobio. .............................................. 53
4.1.3 Calculo del tiempo de retención hidráulica (TRH). ............................... 53
xii
4.1.5 Eficiencia del sistema. ......................................................................... 55
4.2 Cálculos Reales Medidos en Campo .......................................................... 55
4.2.1 Caudal real que ingresa a la planta de tratamiento. ............................. 55
4.2.2 Calculo del volumen real del tanque ecualizador. ................................ 55
4.2.3 Calculo del volumen real del tanque aireador. ..................................... 57
4.2.4 Tiempo de retención hidráulica real (TRH). ......................................... 59
4.2.6 Calculo de la relación alimento/microorganismos real. ........................ 60
4.2.7 Eficiencia real del sistema.................................................................... 61
4.5 Digestor de lodos ........................................................................................ 62
4.5.1 Calculo del volumen real del digestor de lodos. ................................... 62
4.3 Evaluación de la PTAR. .............................................................................. 64
4.3.1 Comparación de resultados obtenidos en campo con los datos de diseño.
.......................................................................................................................... 64
4.3.2 Caracterizaciones realizadas en la PTAR Cosmos. ................................ 65
CAPITULO V .................................................................................... 67
Conclusiones y recomendaciones ................................................. 67
5.1 Conclusiones .............................................................................................. 67
5.2 Recomendaciones ...................................................................................... 67
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
xiii
ÍNDICE DE IMAGENES
Ilustración 1. Urbanización Villa Club. Fuente: Google Earth. ................................ 2
Ilustración 2. Esquema de la composición de las aguas residuales domésticas.
Fuente: (Metcalf-Eddy, 2003). .................................................................................... 9
Ilustración 3. Clasificación de los sólidos presentes en las aguas residuales.
Fuente: (Metcalf-Eddy, 2003). .................................................................................. 10
Ilustración 4. Principio de Floculación. Fuente: Coagulación y Floculación por
Francisco Javier Pérez de la Cruz y Mario Andrés Urrea Mallebrera. ...................... 13
Ilustración 5. Tipo de rejilla utilizada en el desbaste. Fuente: Tratamiento de
depuración de aguas residuales. ............................................................................. 18
Ilustración 6. Esquema de un proceso de lodos activados. Fuente: (Romero, 2010).
................................................................................................................................. 23
Ilustración 7. Partes que componen un sistema de biodisco. Fuente: (Condorchem
Evitech, 2017). ......................................................................................................... 27
Ilustración 8. Esquema de un filtro percolador. Fuente: (Romero, 2010). ............ 29
Ilustración 9. Planta de tratamiento con zanjón de oxidación. Fuente: (Romero,
2010). ....................................................................................................................... 34
Ilustración 10. Vista del tanque ecualizador. Elaboración: Jefferson García. ....... 44
Ilustración 11. Vista del tanque aireador. Elaboración: Jefferson García. ........... 45
Ilustración 12. Vista del clarificador. Elaboración: Jefferson García. .................. 46
Ilustración 13. Vista en superior del digestor de lodos. Elaboración: Jefferson
García. ..................................................................................................................... 47
Ilustración 14. Vista superior del lecho de secado. Elaboración: Jefferson García.
................................................................................................................................. 48
xiv
Ilustración 15. Esquema del funcionamiento de la planta de tratamiento.
Elaboración: Jefferson García. ................................................................................. 49
Ilustración 16. Medidas reales del tanque ecualizador tomadas en situ.
Elaboración: Jefferson García. ................................................................................. 56
Ilustración 17. Medidas reales del tanque aireador tomadas in situ. Elaboración:
Jefferson García. ...................................................................................................... 58
Ilustración 18. Medidas reales del digestor de lodos tomadas en campo.
Elaboración: Jefferson García. ................................................................................. 62
Ilustración 19. Eficiencia en la remoción de DBO. Elaboración: Jefferson García.
................................................................................................................................. 66
xv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Características de un agua residual domestica típica. ........................... 11
Tabla 2. Comparación entre sistemas Anaerobio y Aerobio. ............................... 16
Tabla 3. Tipos de rejillas. ..................................................................................... 17
Tabla 4. Principales parámetros de diseño de zanjones de oxidación. ................ 35
Tabla 5. Límite de descarga al sistema de alcantarillado público. ....................... 37
Tabla 6. Límite de descarga a un cuerpo de agua dulce. .................................... 38
Tabla 7. Criterios de calidad de agua para riego. ................................................ 39
Tabla 8. Datos de DBO Y DQO característicos del agua residual de PTAR Cosmos.
................................................................................................................................. 42
Tabla 9. Cantidad de viviendas de cada etapa de villa club que aporta agua residual
a la PTAR Cosmos. .................................................................................................. 42
Tabla 10. Dotación recomendada según el tipo de clima para poblaciones mayores
a 1000 habitantes. .................................................................................................... 50
Tabla 11. Resumen de cálculos. .......................................................................... 52
Tabla 12. Comparación de los parámetros de diseño vs los parámetros reales. . 64
Tabla 13. Eficiencia del sistema medido con el parámetro DBO. ........................ 66
1
CAPÍTULO I
El Problema
1.1 Antecedentes
En la última década la plusvalía ha hecho que las urbanizaciones de la Vía a
Samborondón tengan un gran crecimiento lo que ha derivado en un aumento
sustancial de la población que habita en las mismas; todas estas urbanizaciones
necesitan un tratamiento para las aguas residuales que generan sus habitantes.
Este trabajo de titulación va a evaluar la planta de tratamiento de aguas residuales
domesticas que recoge las aguas de la Urbanización Villa Club en sus etapas Boreal,
Doral, Aura II y Cosmos ubicada en la Vía a Samborondón, y a proponer una solución
a los problemas existentes de ser el caso.
1.2 Planteamiento del Tema
El presente trabajo está enfocado en la evaluación y propuesta de mejora de ser
el caso de la planta de tratamiento de aguas residuales PTAR por sus siglas en
español, que recoge las aguas residuales de las etapas Boreal, Doral, Aura II y
Cosmos de la urbanización Villa Club.
Los habitantes de la mencionada urbanización se han quejado muy fuertemente
por los malos olores que presenta la PTAR, dado que esta no está funcionando
correctamente e incluso el sistema de aireación de la PTAR no se encuentra
funcionando actualmente, lo que ha hecho que los problemas empeoren, por este
motivo se va analizar el diseño, la parte operativa y la eficiencia de la PTAR.
2
1.3 Ubicación Geográfica
La PTAR de Cosmos se encuentra dentro de la Urbanización Villa Club ubicada en
el cantón Daule en el km 12,8 de la Vía a Samborondón en la provincia del Guayas.
Las coordenadas UTM de la Planta de tratamiento de aguas residuales son:
Norte: 9774321.53 m
Este: 623369.35 m
La planta de tratamiento de aguas residuales domésticas, así como el sistema de
agua potable y sistema sanitario de la “Urbanización Villa Club” están a cargo de la
compañía mixta AMAGUA C.E.M, la cual es la encargada de hacer el mantenimiento
de los sistemas antes mencionados.
Implantación de la Urbanización Villa Club, dentro de la cual está ubicada la Planta
de tratamiento de aguas residuales de Cosmos.
Ilustración 1. Urbanización Villa Club.
Fuente: Google Earth.
3
1.4 Contexto de Investigación
La investigación sobre el actual estado de la planta de tratamiento de aguas
residuales domesticas de Cosmos se va a hacer en conjunto con personal de
AMAGUA C.E.M, empresa que está encargada de hacer el mantenimiento de los
sistemas sanitarios de la urbanización.
La mencionada empresa muy gentilmente me ha permitido plantear la problemática
que se presenta en la PTAR para poder realizar mi trabajo de titulación y así tener
acceso a las visitas de campo, inspecciones visuales, toma de datos, pruebas de
laboratorio y demás información que se requiera para poder realizar el tema que
expongo en el presente trabajo.
1.5 Problemática
El tratamiento de las aguas residuales es muy importante para el buen vivir de los
habitantes que conviven en una urbanización, ya que al no ser tratadas de manera
correcta representan un foco de contaminación pudiendo provocar brotes de
enfermedades además de malos olores que ocasionan el descontento de los
residentes.
Este trabajo de titulación va a exponer los problemas de la Planta de tratamiento
de aguas residuales domesticas de Cosmos en la Urbanización Villa Club que recoge
el agua residual de las etapas Boreal, Doral, Aural II y Cosmos, los cuales son graves
ya que actualmente el sistema de aireación de la planta no se encuentra funcionando
y por consiguiente la calidad de agua no es la deseada, por tal motivo es importante
que se evalúe y se presente una solución al problema que se presenta.
4
1.6 Delimitación del Tema
Este trabajo de titulación tiene como enfoque la evaluación del sistema existente,
exponer los problemas que existen en el mismo y presentar una propuesta para la
mejora del sistema instalado, ya que es muy importante saber los motivos por los
cuales el agua que se trata en la planta de tratamiento no cumple con los parámetros
establecidos en las normas.
1.6.1 Delimitación Temporal.
El presente trabajo de titulación tiene que ser desarrollado en el periodo
comprendido entre el 05 de junio hasta el 02 de septiembre de 2017.
1.6.2 Delimitación Espacial.
El presente trabajo va a evaluar la planta de tratamiento de aguas residuales
domesticas “Cosmos” en la Urbanización Villa Club, la misma que está ubicada en el
km 10,8 de la Vía a Samborondón.
1.7 Objetivos del Estudio
1.7.1 Objetivo General.
Mediante los conocimientos adquiridos en los años de estudios universitarios hacer
la evaluación de las condiciones actuales en que se encuentra funcionando la planta
de tratamiento de aguas residuales.
1.7.2 Objetivos Específicos.
• Analizar las condiciones en que trabaja la planta de tratamiento de aguas
residuales domesticas haciendo una inspección visual.
• Evaluar parámetros como caudal, aireación y retorno de lodos para verificar la
eficiencia de la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas.
5
• Proponer una mejora o una solución a los problemas por los que la planta no
funciona de la forma deseada.
1.8 Justificación del Problema
Debido a los problemas que existen en el actual funcionamiento de la planta de
tratamiento de aguas residuales domésticas, se justifica la elaboración del presente
tema de titulación, ya que hay que encontrar los problemas que pueda presentar el
sistema y darles solución proponiendo una mejora al mismo, hay que analizar
parámetros como el caudal que entra a la planta de tratamiento, el sistema de retorno
de lodos y principalmente el sistema de aireación que actualmente no se encuentra
funcionando y sería a juicio propio el principal causante de los problemas existentes.
También habría que revisar los manuales de funcionamiento y de mantenimiento
para constatar si el problema sería por falta de mantenimiento o por una incorrecta
operación del sistema.
6
CAPÍTULO II
Marco Teórico
2.1 Antecedentes del Estudio
La evidencia histórica nos dice que desde la edad antigua y media las antiguas
civilizaciones canalizaban el agua servida hasta ríos, lagos o cuerpos de agua más
cercanos dado que las ciudades se establecían cerca de los cuerpos de agua.
(Condorchem Envitech , 2010).
La CLOACA MAXIMA en la antigua Roma que data del 800 A.C. y que consiste en
un sistema de redes de alcantarillado es una de las primeras obras conocidas para la
canalización del agua residual, la cual consistía en alejar las aguas negras de la
población y conducirlas hasta la descarga en el río Tíber que fluía cerca de la ciudad.
Paso mucho tiempo antes de que el ser humano se diera cuenta de que esas aguas
negras que eran conducidas a los ríos y que eran mal manejadas, eran las causantes
principales de los brotes de plagas que azotaron a la humanidad tales como tifoidea,
cólera y muchas otras más. (Condorchem Envitech , 2010).
Con la llegada de la revolución industrial la problemática con el tratamiento del
agua residual tuvo más importancia, además el crecimiento poblacional se disparó en
cifras exorbitantes, todo esto desembocó en el uso de las antiguas fosas sépticas a
comienzos del siglo XX. (Condorchem Envitech , 2010).
Finalmente, en la segunda década del siglo XX el proceso de lodos activados
compuesto por el proceso aeróbico y sedimentador secundario surge en Gran Bretaña
como producto de investigación científica, el que a la postre se convertiría en el
7
proceso más usado para la depuración de las aguas residuales en todo el mundo.
(Condorchem Envitech , 2010).
2.1.1 El agua.
El agua es un compuesto químico muy estable compuesto por dos átomos de
hidrogeno y uno de oxigeno así su fórmula es H2O, el agua es inodora, incolora e
insípida y está presente en un 71% en el planeta tierra. El agua existe en tres estados
de la materia los mismos que son: solidos como hielo, encontrándose en los glaciares
y casquetes polares; liquido como lluvia, se encuentra en los océanos, mares, lagos,
ríos etc.; gaseoso como vapor, presente en las nubes y en la niebla. El agua salada
de los mares y océanos constituye en 96,5% del agua de la tierra y el 3,5% de agua
dulce restante pertenece a los glaciares, ríos, lagos y aguas subterráneas. (Fondo
para la Comunicación y la Educación Ambiental , 2017).
2.1.2 El agua residual.
La generación de aguas residuales es un producto que el ser humano no puede
evitar. Para una correcta disposición y tratamiento de las mismas hay que tener
conocimiento de sus características físicas, químicas y biológicas, de su significado y
de los principales efectos que pueden tener sobre la fuente receptora. (Romero, 2010,
pág. 17).
Las aguas residuales son todas aquellas aguas que resultan después de haber
sido utilizadas en domicilios, industrias, ganadería y demás. Las aguas residuales son
aguas contaminadas que llevan grasas, detergentes, materia orgánica, plaguicidas y
residuos químicos provenientes de las industrias que suelen ser muy tóxicos.
Las aguas residuales deben ser correctamente tratadas ya que si no es así pueden
desatar un sin número de enfermedades, por lo cual existen plantas de tratamiento
8
de aguas residuales donde se realiza el tratamiento adecuado, para que estas aguas
puedan volver a la naturaleza en las mejores condiciones.
2.2 Clasificación de las Aguas Residuales
Las aguas residuales pueden ser clasificadas según su origen en aguas residuales
domésticas y aguas residuales industriales.
2.2.1 Aguas residuales domésticas.
Son aquellas aguas utilizadas con fines higiénicos: aguas de baños, cocinas,
lavanderías, etc. Básicamente son los residuos o desperdicios humanos que llegan a
la red de alcantarillado por medio de las descargas hidráulicas existentes en las
viviendas o edificaciones, estos residuos suelen contener grasas, detergentes y
materia orgánica. (Geovanny, 2015).
2.2.2 Aguas residuales industriales.
Son las aguas que provienen del proceso de producción, trasformación o
manipulación que se utiliza en las fábricas para la generación de productos. Estas
aguas poseen características específicas dependiendo del tipo de industria.
(Geovanny, 2015).
2.3 Composición de las Aguas Residuales Domésticas
Las aguas residuales se componen en un 99,9% de agua y en un 0,1% de sólidos,
ya sean estos suspendidos o disueltos. Este 0,1% de solidos es el que se requiere
remover para que el agua pueda ser reutilizada, el 99,9% de agua restante es la que
sirve de transporte para los sólidos. (Metcalf-Eddy, 2003).
9
Ilustración 2. Esquema de la composición de las aguas residuales domésticas.
Fuente: (Metcalf-Eddy, 2003).
2.3.1 Clasificación de los sólidos presentes en las aguas residuales
domésticas.
Los sólidos en las aguas residuales constituyen, normalmente, menos del 2% del
agua residual en peso; eliminar esta pequeña cantidad de solidos es el objetivo de la
planta de tratamiento. Al conjunto de todos los sólidos se los denomina como sólidos
totales y se los puede clasificar en sólidos suspendidos y sólidos filtrables. (Metcalf-
Eddy, 2003).
2.3.1.1 Sólidos suspendidos. Los sólidos en suspensión son aquellos que flotan
en el agua, incluyen partículas de solidos fecales, papeles, maderas, restos de
comida, basura y materiales similares. La mayoría de los sólidos suspendidos son
orgánicos y pueden ser eliminados por métodos físicos o mecánicos tales como
dejando que se depositen o filtrándolos. Estos solidos pueden ser divididos a su vez
en sedimentables y no sedimentables. (Metcalf-Eddy, 2003).
10
2.3.1.2 Sólidos filtrables. Los sólidos filtrables son los que corresponden a los
sólidos disueltos y a los sólidos coloidales. Los sólidos disueltos están compuestos
por moléculas orgánicas e inorgánicas juntos con iones en disolución en el agua, los
sólidos coloidales son partículas extremadamente pequeñas que no sedimentan por
métodos convencionales, sino que tienen que ser agrupados en partículas mayores
(coagulación), en ocasiones también pueden ser eliminados por oxidación biológica.
(Metcalf-Eddy, 2003).
Ilustración 3. Clasificación de los sólidos presentes en las aguas residuales.
Fuente: (Metcalf-Eddy, 2003).
Cada una de las categorías anteriormente nombradas puede dividirse en orgánicas
e inorgánicas. Los sólidos orgánicos son los residuos de las formas de vida vegetales
y animales, estos solidos son degradables es decir que se pueden descomponer; los
sólidos inorgánicos por el contrario normalmente no se degradan, entre ellos
encontramos materiales como arena, grava y sales.
11
La fracción de solidos inorgánicos normalmente no se elimina en el proceso de
depuración de las aguas residuales. (Metcalf-Eddy, 2003).
2.4 Características de las Aguas Residuales
La característica de un agua residual puede hacerse de muchas maneras,
dependiendo de su propósito específico, no obstante, vale la pena anotar que toda
caracterización implica un muestreo apropiado para asegurar representatividad en la
muestra, y un análisis de laboratorio de conformidad con las normas del caso.
(Romero, 2010, pág. 19).
Puede hacerse una tabla con las características típicas de un agua residual.
Tabla 1. Características de un agua residual domestica típica.
Parámetro Magnitud
DBO 200 mg/l
DQO 400 mg/l
Solidos suspendidos totales 200 mg/l
Solidos suspendidos volátiles 150 mg/l
Nitrógeno amoniacal 30 mg/l – N
Ortofosfatos 10 mg/l – P
Fuente: (Romero, 2010, pág. 21).
2.4 Tratamiento de Aguas Residuales
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos,
químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes presentes en el
agua afluente del uso humano, el agua producto del tratamiento debe cumplir con los
parámetros establecidos por la ley de control de efluentes para poder verterlo en un
12
medio natural (cuerpo receptor), sin causar impactos negativos o de contaminación.
(Geovanny, 2015)
2.4.1 Procesos físicos.
El tratamiento de las aguas residuales comienza por la separación física de los
sólidos grandes, que suele ser basura, de la corriente de aguas domesticas o
industriales empleando un sistema de rejillas (tamiz), luego se suele aplicar un
desarenado para la separación de solidos pequeños como la arena seguido de una
sedimentación primaria que separe los sólidos suspendidos existentes en el agua
residual. El proceso continúa con la conversión de la masa biológica disuelta en una
masa biológica solida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en el
agua, una vez que la masa biológica es removida o separada, proceso al que se llama
sedimentación secundaria, el agua tratada puede experimentar procesos adicionales
o también llamado tratamiento terciario como desinfección, filtración etc. (Geovanny,
2015).
2.4.2 Procesos químicos.
El tratamiento químico forma parte del proceso de tratamiento de las aguas
residuales y se usa en la mayoría de las plantas para aumentar la calidad del efluente
y garantiza que exista un medio con las condiciones óptimas para la actividad
bacteriana.
Este tratamiento consta básicamente de dos etapas: coagulación y floculación. La
coagulación es el proceso mediante el cual se desestabilizan y neutralizan las cargas
superficiales de las partículas suspendidas, consiste en conseguir que las materias
coloidales y en suspensión existentes en el agua formen coágulos mediante cambios
de polaridad. La floculación es el proceso químico mediante el cual se aglutinan las
13
sustancias presentes en el agua residual para facilitar después su decantación,
durante la fase de floculación los coágulos generados por la coagulación se
aglomeran formando flóculos, lo que permite su fácil separación del agua tratada.
(Geovanny, 2015)
Al producirse una adición de procesos químicos (coagulantes, floculantes,
neutralizadores de ph) se modifica la estructura química y se produce precipitación
de componentes que estaban disueltos en el agua, este proceso se aprovecha para
la eliminación de hierro y manganeso pasándolos a una forma oxidada, o de los
sulfatos mediante adición de hidrogeno y a su posterior precipitación a un ph
adecuado. (Geovanny, 2015)
Ilustración 4. Principio de Floculación. Fuente: Coagulación y Floculación por Francisco Javier Pérez de la Cruz y Mario Andrés Urrea
Mallebrera.
2.4.3 Procesos biológicos.
El tratamiento biológico de aguas residuales se lleva a cabo mediante una serie de
importantes procesos de tratamiento que tienen en común la utilización de
microorganismos (entre los que se destacan las bacterias) para llevar a cabo la
eliminación de componentes solubles en el agua. Estos procesos aprovechan la
14
capacidad de los microorganismos de asimilar la materia orgánica e inorgánica y los
nutrientes (nitrógeno y fosforo) presentes en el agua residual para su propio
crecimiento. (Condorchem Evitech, 2017).
2.4.3.1 Proceso anaeróbico. El tratamiento anaerobio es un proceso en el que los
microorganismos anaerobios convierten la materia orgánica en biogás en ausencia
de oxígeno. El proceso anaerobio es un proceso energéticamente eficiente que se
utiliza típicamente para tratar las aguas residuales industriales de alta carga es decir
que contienen altas concentraciones de DBO, DQO y SST. Un sistema anaerobio se
puede emplear en un pretratamiento de las aguas residuales antes de ser enviadas a
un sistema colector o antes de un pulimiento aerobio. (Adi Systems, 2017).
Estos procesos requieren de menor consumo energético, menor cantidad de
productos químicos y también significan un ahorro en el manejo de lodos en
comparación con los procesos aerobios, además el biogás producido por la digestión
anaerobia puede utilizarse como fuente de energía renovable para disminuir el
consumo energético en el mismo tratamiento del agua residual. (Condorchem Evitech,
2017).
La digestión anaerobia es uno de los procesos más antiguos usados en la
estabilización de fangos, en él se produce la descomposición de la materia orgánica
e inorgánica en ausencia de oxigeno molecular. En este proceso la materia contenida
en la mezcla de fangos biológicos se convierte biológicamente, bajo condicione
anaerobias, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). (Gordon, 1987).
Este tipo de procesos se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado, de
forma continua e intermitente, y permanece en su interior durante periodos de tiempos
variables. Los dos tipos de digestores más empleados son: de baja carga, los cuales
15
no se suelen calentar, ni mezclar el contenido del digestor, con tiempos de retención
que van entre 30 y 60 días; y los de alta carga en los que el contenido se calienta
completamente, con tiempo de retención hidráulica de entre 10 y 15 días. Las ventajas
de estos con respecto a los aerobios vienen condicionadas por el lento crecimiento
de las bacterias formadoras de metano. (Gordon, 1987).
2.4.3.2 Proceso aeróbico. Podemos definir los “Procesos Biológicos de
depuración Aerobia” como aquellos realizados por determinados grupos de
microorganismos (principalmente bacterias), que en presencia de oxigeno actúan
sobre la materia orgánica e inorgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el
agua residual, transformándola en gases y materia celular que puede separarse
fácilmente mediante sedimentación. La unión de materia orgánica, bacterias y
sustancias minerales forma los flóculos que es lo que se conoce como fango
biológico.
El tratamiento aerobio convierte la materia orgánica en dióxido de carbono,
biomasa (lodo) y agua con ayuda de oxígeno. El metabolismo aerobio es sumamente
eficiente en la degradación de material orgánico por lo que la eficiencia del tratamiento
de aguas residuales es superior al 95% en términos de DBO. En general existen
procesos de biomasa suspendida y biomasa fija.
Los objetivos que persigue este tipo de tratamiento son la transformación de la
materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no
sedimentables. En el caso de las aguas residuales urbanas también se persigue la
eliminación de Nitrógeno y Fósforo.
2.4.3.3 Comparación procesos aerobios y anaerobios. Generalizando, los
sistemas anaeróbicos son utilizados para tratar aguas residuales que tienen una gran
16
concentración de carga orgánica, con un DBO5 fluctuando entre los 1000 y 1500 mg/l;
mientras que los sistemas aeróbicos son utilizados para cargas orgánicas medias y
bajas. (Geovanny, 2015).
Los microorganismos anaeróbicos solo tienen un metabolismo optimo entre los 30
y 40°C por lo que es necesario proporcionar la energía necesaria para que puedan
alcanzar su temperatura de funcionamiento. (Geovanny, 2015).
Los procesos aeróbicos operan más eficazmente en un rango de pH entre 6.5 y
8.5 mientras que en los procesos anaeróbicos las bacterias metanogénicas son muy
sensibles a los cambios de pH y suelen operar en un rango óptimo de entre 6.5 y 7.5.
(Geovanny, 2015).
Tabla 2. Comparación entre sistemas Anaerobio y Aerobio.
SISTEMA ANAEROBIO SISTEMA AEROBIO
Se requiere un bajo requerimiento de energía
Se requiere un alto requerimiento de energía
Tiene una eficiencia entre el 70 al 90% Alcanza una eficiencia de hasta el 95%
Tiene una baja producción de lodos Tiene una alta producción de lodos
Produce biogás NO produce biogás
Mas adecuado para altas concentraciones de impurezas
ES adecuado para bajas y medias cargas de impurezas
Funciona con aguas relativamente cálidas > a 25%
Funciona con aguas a temperatura ambiente
Elaboración: Jefferson García.
2.5 Pre – Tratamiento
La selección de los procesos de tratamiento de aguas residuales depende en gran
medida de ciertos factores que hay que tener en cuenta, entre los que se incluye:
(Ramalho).
17
• Características del agua residual: DBO, SST, pH, entre otros.
• Calidad del efluente de salida requerido.
• Costos y disponibilidad de terrenos.
• Consideración de futuras ampliaciones o la previsión de vertidos de calidad
más estrictos.
El pre-tratamiento de aguas residuales, es la etapa en la cual se reduce los sólidos
de mayor tamaño en suspensión presentes en el agua, o el acondicionamiento del
agua residual para su correcta descarga en las posteriores etapas del tratamiento.
(Ramalho). Entre los principales pre-tratamientos están: desbaste o cribado,
desarenado y desengrasado.
2.5.1 Desbaste o cribado.
Su propósito es el de separar las sustancias sólidas de gran tamaño que vienen en
el agua residual, el agua se hace pasar por rejas o tamices que tienen una abertura
especifica entre sus rejillas cuyo objetivo es el de retener los materiales
excesivamente gruesos, esto además ayuda a que los equipos mecánicos que son
instalados en las fases consiguientes del tratamiento no sufran daños. Los productos
recogidos se destruyen bien sea por incineración o se tratan por procesos de digestión
anaerobia. (Ramalho).
Tabla 3. Tipos de rejillas.
Tipos de rejillas Espaciamiento entre barras (mm)
Gruesa 40 – 100
Media 20 – 40
Fina 10 – 20
Muy fina 0.25 – 2.5
Fuente: Tesis “Evaluación de plantas de tratamientos por lodos activados”.
18
Ilustración 5. Tipo de rejilla utilizada en el desbaste. Fuente: Tratamiento de depuración de aguas residuales.
2.5.2 Desarenado.
Tiene como objetivo la separación de sustancias solidas de naturaleza mineral u
orgánica de difícil biodegradabilidad como las arenas, grabas, cenizas y cualquier tipo
de material pesado que se pueda depositar en canales y tuberías. Se recomienda el
diseño de dos unidades de desarenado, ya que si por algún motivo hay que realizar
el mantenimiento de uno de ellos el otro tiene que funcionar hasta que se pueda
disponer del que se le está dando mantenimiento. (Jaramillo, 2014, pág. 367).
2.5.3 Desengrasado.
El desengrasado tiene como objetivo la separación de grasas y aceites que se
encuentran en el agua residual, estas grasas pueden crear un sin número de
problemas en el proceso de depuración ya que si no es retirada se puede adherir a
los aparatos mecánicos, conducto o depósitos, obstruir las rejillas finas y hasta
pueden formar una capa en la superficie de los decantadores lo que dificulta la
sedimentación. (Geovanny, 2015).
19
2.6 Tratamiento Primario
Los tratamientos primarios son aquellos que eliminan los sólidos en suspensión
presentes en el agua residual, los principales procesos físico – químicos que pueden
ser incluidos dentro de los tratamientos primarios son: decantación, coagulación –
floculación y flotación. Estos procesos eliminan hasta el 35% de DBO y el 60% de
sólidos suspendidos.
2.6.1 Decantación o sedimentación.
Es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una partícula con
una densidad mayor a la del agua residual descienda, depositándose en el fondo del
sedimentador.
Esta operación está en función de la densidad del agua residual, del peso
específico, del tamaño y morfología de las partículas. La sedimentación será más
eficaz cuanto mayor sea el tamaño de las partículas a separar del agua, lo que quiere
decir que la velocidad de sedimentación es el principal parámetro para el diseño de
este sistema. (Ramalho).
La decantación elimina los sólidos suspendidos en el agua residual hasta en 60%
y la materia orgánica en un 30% aproximadamente.
La forma del sedimentador es variable y está en función de las características de
las partículas a sedimentar tales como tamaño, forma, concentración, densidad, etc.
• Sedimentadores rectangulares: En estos sedimentadores la velocidad de
desplazamiento horizontal del agua es constante y se suelen utilizar para
separar partículas densas y grandes (arenas), por lo general suelen ser
profundos. El modelo de sedimentador rectangular es considerado el ideal,
20
puesto que la zona de entrada las partículas se distribuyen uniformemente y
en la zona de sedimentación la partícula deja de estar en suspensión y llega al
fondo. (Ramalho).
• Sedimentadores circulares: En ellos la velocidad del flujo suele ser radial desde
el centro al exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento del agua
disminuye al alejarnos del centro.
Para facilitar este proceso el agua tiene que circular a una velocidad baja, los
fangos depositados en el fondo se evacuan mediante purgas periódicas. La limpieza
de espumas se realiza mediante recogedores como los brazos radiales que barren la
superficie del agua residual o por medio de skimmers.
2.6.2 Coagulación y floculación.
En muchos casos parte de la materia en suspensión está formada por partículas
de muy pequeño tamaño lo que conforma una suspensión coloidal. Una forma de
mejorar la eficacia de todos los sistemas de eliminación de materia en suspensión es
la adición de ciertos reactivos químicos que, en primer lugar, desestabilicen la
suspensión coloidal a lo que llamamos coagulación y a continuación favorezca la
floculación de las mismas para obtener partículas fácilmente sedimentables. Los
flóculos resultantes, según su densidad, son extraídos del agua residual por
decantación o por flotación.
2.6.3 Flotación.
Proceso físico que tiene sus fundamentos en la diferencia de densidades. La
flotación separa la materia solida o liquida de menor densidad que la del fluido, por
ascenso de esta hasta la superficie del agua residual, ya que en este caso las fuerzas
que halan hacia arriba (rozamiento y empuje del líquido) superan a la fuerza de la
21
gravedad. Se generan pequeñas burbujas de gas (aire), que se asociarán a las
partículas presentes en el agua y serán elevadas a la superficie, donde son
arrastradas y sacadas del sistema. (Ramalho).
En el tratamiento de aguas se suele utilizar el aire como agente de flotación, y en
función de cómo se introduzca en el líquido, existen dos tipos de flotación:
• Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el aire se introduce en el
agua residual con una presión de barias atmosferas. Los elementos principales
de estos equipos son la bomba de presurización, equipo de inyección de aire,
el tanque de retención y la unidad de flotamiento en sí, donde se genera la
reducción brusca de la presión, por lo que el aire disuelto se libera, formando
multitud de microburbujas de aire.
• Flotación por aire inducido: Es muy similar a la flotación por aire disuelto, pero
la generación de burbujas se logra a través de difusores de aire, que se sitúan
en la parte inferior del equipo de flotación, aunque también pueden ser
inducidas por agitadores. En este caso las burbujas inducidas son de tamaño
superior a las generadas por flotación por aire disuelto.
2.7 Tratamiento Secundario
Son llamados tratamientos secundarios todos aquellos que utilizan procesos
biológicos para reducir la materia orgánica que ha superado el pre – tratamiento y el
tratamiento primario a través de la oxidación de las enzimas. En la depuración de las
aguas residuales urbanas, los tratamientos secundarios más usados son los que
involucran una actividad biológica aerobia. (Jaramillo, 2014, pág. 435)
22
Existen muchos tipos de tratamientos secundarios pero el principio es el mismo,
todos estos tratamientos pueden agruparse en dos grupos:
• Tratamiento de biomasa suspendida: En este método la biomasa está
suspendida en el medio acuático en contacto con la contaminación orgánica
mediante agitación (fangos activados, aireación extendida)
• Tratamiento de biomasa fija: En este método la biomasa se fija sobre un
material soporte que se pone en contacto con el agua residual y la
contaminación orgánica (filtros percoladores, biodiscos).
2.7.1 Fangos activados.
La depuración biológica por fangos activados o también llamados lodos activados,
es un proceso biológico empleado en el tratamiento de aguas residuales
convencionales y es el más comúnmente usado. Este tratamiento consiste en el
desarrollo de un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculos en un depósito
agitado, aireado y alimentado con el agua residual. Los lodos activados es un proceso
que están dirigidos a transformación del sustrato orgánico soluble o insoluble, en
forma coloidal o suspendida en solidos biológicos que posteriormente son separados
del agua residual mediante procesos de sedimentación secundaria. (Jaramillo, 2014,
pág. 439).
Los microorganismos aerobios producen la degradación de hasta 90% de materia
orgánica (medida como DBO5) presente en el agua residual a tratar, transformándola
finalmente en dióxido de carbono (CO2), amonio (NH4) y biomasa.
Un proceso de lodos activados se desarrolla habitualmente en dos cámaras
separadas.
23
• En un reactor biológico: tanque de aireación alimentado con el agua residual
en el que se produce la oxidación de la materia orgánica.
• En un decantador secundario: tanque en el que se sedimenta el fango
producido, que es recirculado a la cabecera del tratamiento, para la
eliminación de las cantidades producidas en exceso.
Ilustración 6. Esquema de un proceso de lodos activados.
Fuente: (Romero, 2010).
Esta nueva biomasa forma flóculos que corresponden a una agrupación de
células microbianas que participan en dicha degradación, entre las cuales se
encuentran más frecuentemente: Escherichia, Enterobacter, Pseudomonas,
Achromobacter, Flavabacteria y Zooglea, algunas de las cuales son patógenas
para el ser humano. (Geovanny, 2015).
En términos generales el proceso de lodos activados es el más eficiente puesto
que permite porcentajes de remoción entre el 80% y 99% en términos de DBO.
Los parámetros que se deben tener en cuenta para un correcto diseño son
principalmente: carga orgánica, relación alimento/microorganismos, edad de
24
lodos, carga volumétrica, coeficiente de retorno entre otros. (Jaramillo, 2014, pág.
441).
2.7.1.1 Modelos de procesos de fangos activados.
Proceso flujo pistón o convencional. Este proceso se lleva a cabo en una cuba de
aireación rectangular, seguida de un sedimentador secundario y una recirculación de
lodos. La aireación necesaria en el sistema puede generarse con difusores o
aireadores mecánicos, se puede lograr una eficiencia en la remoción de DBO5 de
entre el 85% y 95%.
El modelo flujo pistón es considerado un proceso ideal puesto que las partículas
de fluido viajan a lo largo del reactor sin que se mezclen, por lo que descargan en la
misma secuencia en la que entraron, este tipo de reactor es obtenido mediante la
utilización de tanques en largos en los que la relación longitud/ancho es grande.
(Romero, 2010, pág. 266).
Proceso de mezcla completa. El contenido total del proceso se mezcla
uniformemente, el agua residual de entrada al proceso y los lodos recirculados se
mezclan e introducen en diversos puntos del tanque de aireación a lo largo de un
canal central, de esta forma se consigue que la demanda de oxígeno y la carga
orgánica sean homogéneas en toda la cuba de aireación. (Romero, 2010, pág.
262).
El tiempo de retención es específico para un caudal determinado, lo que
significa que el tiempo para la actividad biológica estará limitado a un periodo fijo
para cada caudal.
Proceso de estabilización de contacto. En este proceso el agua residual y el
lodo activado se mezclan brevemente durante un tiempo de 20 a 30 minutos,
tiempo necesario para que los microorganismos adsorban los contaminantes
25
orgánicos en solución, pero no el necesario para que ellos asimilen la materia
orgánica. El agua residual mezclada es sedimentada y llevada a otro tanque de
aireación por un periodo de tiempo de 2 a 3 horas para luego ser mezclado con el
efluente que ingresa al ´primer tanque aireador.
Proceso de aireación por etapas. En este proceso el agua residual se introduce
en distribuyéndola en intervalos o etapas en tres o cuatro puntos, el aire es
introducido uniformemente a lo largo del tanque y los fangos activados por un
extremo, en los puntos de alimentación se esparce la demanda de oxígeno en el
aireador obteniendo una mayor eficiencia del uso de oxígeno. Se busca con esto
poder distribuir de una forma uniforme la carga orgánica, obtener crecimiento y
una rápida oxidación en todo en tanque. (Romero, 2010, pág. 437).
Proceso de alta carga. Este proceso es una variante del proceso de mezcla
completa, opera con una carga orgánica muy alta por unidad de volumen de
reactor biológico. Los rangos de recirculación de lodos activados son altos para
mantener una alta concentración de microorganismos en los reactores. La calidad
que ofrece el sistema de alta carga se aproxima a la calidad obtenida por el
sistema convencional, pero estos sistemas de alta carga deben ser operados con
especial cuidado. Los clarificadores de estos procesos son propensos a las
pérdidas de sólidos.
Aireación extendida. El proceso de lodos activados de aireación extendida
opera con mezcla completa, requiere cargas no muy altas y tiempos de aireación
prolongados. Sus instalaciones prescinden de decantación primaria, pasando el
agua desde pre – tratamiento directamente a la cuba de aireación y pasando
después por el decantador secundario. (Romero, 2010, pág. 441).
Este proceso se realiza de la forma siguiente:
26
• Homogenización y contacto con lodos activados.
• Ciclos de aireación.
• Agitación y decantación.
• Desinfección final.
• Sedimentación de lodos.
• Secado de lodos.
Dependencias SBR. El reactor biológico secuencial (Sequencing Batch
Reactor) realiza un proceso de llenado y vaciado que involucra un solo reactor de
mezcla completa donde suceden las diversas fases del tratamiento. Son reactores
discontinuos en los que el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un
medio aireado. Este proceso combina en un único tanque: reacción, aireación y
clarificación. Este proceso remueve directamente compuestos orgánicos,
demanda bioquímica de oxigeno (DBO5), demanda química de oxigeno (DQO),
nitrógeno, fosforo, solidos suspendidos totales (SST) y solidos sedimentables,
también ayuda a remover en pequeñas cantidades aceites y grasas y a regular la
temperatura y el pH. (Geovanny, 2015).
Zanjón de oxidación. Es un proceso de lodos activados del tipo aireación
extendida, el sistema consta de un canal cerrado con dos curvas en el que se mezcla
y se realiza la aireación. El tratamiento por medio del zanjón de oxidación no incluye
sedimentación primaria, el agua es conducida directamente hasta reactor biológico,
si incluye sedimentación secundaria y lechos de secado.
2.7.2 Discos rotatorios o biodiscos.
Es un conjunto de discos de un material determinado que suelen ser madera,
pvc, poliestireno corrugado o polietileno corrugado, que giran en torno a un eje
horizontal, situados dentro en el reactor. Los discos con una distancia entre si de
27
2 a 3 cm tienen un diámetro que puede variar de 2 a 3 metros y una velocidad que
oscila entre 3-4 a 1-2 vueltas/min están sumergidos en el agua residual entre el
35y el 40% de su superficie. Sobre este soporte se desarrolla gradualmente una
película de biomasa bacteriana, que emplea como sustrato para su metabolismo
la materia orgánica presente en el agua residual. (Calvo, 2005, pág. 233).
Cuando la superficie del disco se encuentra en contacto con el aire, la película
de biomasa adherida al disco toma el oxígeno necesario para que durante el
tiempo que se sumerge se produzca la degradación de la materia orgánica
presente en el agua residual.
Ilustración 7. Partes que componen un sistema de biodisco.
Fuente: (Condorchem Evitech, 2017).
2.7.3 Filtro percolador.
Es un proceso de película biológica que, a diferencia de los procesos de lagunas
aireadas y lodos activados, en los que la biomasa se encuentra suspendida
(microorganismos libres en el agua residual), los microorganismos se adhieren a un
soporte inerte, de esta manera se evita que se pierda la biomasa debido a la
percolación del líquido.
28
El filtro percolador es una técnica de tratamiento biológico que utiliza reactores
biológicos llamados comúnmente reactores de “biomasa fija”, ya que después de un
periodo de aplicación se forma una película que recubre el material filtrante y está
formada por múltiples microorganismos como bacterias, protozoos, algas y hongos
que se alimentan del agua residual. Estos microrganismos absorben y degradan, con
procesos biológicos esencialmente aerobios, las sustancias orgánicas nutritivas
disueltas en el agua residual. Comúnmente el filtro de goteo está compuesto de
materiales filtrantes como piedra de entre 2,5 y 10 cm, grava, trozos de carbón, coque,
materiales sintéticos, etc., a través del cual fluye en la superficie del conglomerado el
agua residual que se rocía mediante un brazo giratorio. La profundidad es variable
entre 1 a 2,5 metros de profundidad generalmente el promedio es de 1,8 m, en filtros
cuyo medio filtrante es plástico, biorrotores, las profundidades pueden ser hasta 12m.
(Romero, 2010, pág. 453).
Este sistema basado en filtro percolador cuenta con un sedimentador secundario
que tiene la función de clarificar el agua tratada, ya que debido a la filtración del líquido
por el lecho filtrante este suele llevar exceso de biomasa que se elimina mediante
sedimentación.
29
Ilustración 8. Esquema de un filtro percolador.
Fuente: (Romero, 2010).
2.8 Tratamiento Terciario o Avanzado
El tratamiento terciario se usa con la finalidad de poder separar la materia
residual de los efluentes resultantes del tratamiento biológico secundario, con la
finalidad de prevenir la contaminación de los cuerpos de aguas receptores,
conseguir una calidad mayor que la resultante en los tratamientos anteriores para
poder reutilizar el agua tratada en otras labores como riego y demás. Con estos
tratamientos se pueden remover DQO, DBO, SS, y nutrientes que quedan en el
agua residual. (Ramalho, pág. 585).
Entre los más usados están:
• Procesos de oxidación química (cloración – ozonización)
• Electrodiálisis
• Osmosis inversa
30
2.9 Tratamiento de Lodos
2.9.1 Digestión aeróbica.
La digestión aerobia de lodos de aguas residuales es el método más usado
para la estabilización de los componentes orgánicos en plantas de tratamiento
con caudales menores a 19000 m³/día. La digestión aeróbica se utiliza en un
principio en los lodos biológicos, ya que en este proceso se continua con la
aireación a los microorganismos que constituyen el lodo, para que, en condiciones
de limitación de fuente extrema de sustrato, entren en fase de respiración
endógena. La respiración endógena es una auto oxidación que resulta en pérdida
de masa de la materia orgánica celular, entonces lodo. (Romero, 2010, pág. 801).
Los lodos biológicos son formados de constituyentes inertes (inorgánicos y
orgánicos no-biodegradables) generalmente un 20 a 35%, de forma que con los
35 a 50% que se espera reducir de materia orgánica con la digestión aeróbica, el
sobrante de solidos será de 15 al 45%, lo que se considera residuo estable. Se
espera que este residuo no genere muchos olores ni contenga cantidades
importantes de patógenos. (Romero, 2010, pág. 801).
Entre la ventaja de la digestión aeróbica se encuentran:
• Operación relativamente fácil.
• El lodo es menos oloroso y representa un abono estable.
2.9.2 Lecho de secado.
Los lechos de secado reciben los lodos provenientes de los digestores
biológicos, generalmente tienen forma de tanques rectangulares. El secado de
estos lodos se produce mediante el drenaje y evaporación del agua contenida en
ellos, busca reducir el contenido del agua del lodo hasta en un 85%. Este proceso
31
suele emplearse para comunidades pequeñas de hasta 20.000 habitantes.
(Romero, 2010, pág. 817).
Los principales objetivos del secado de lodos son los siguientes:
• Reducir los costos de transporte del lodo al sitio de disposición.
• Facilitar el manejo del lodo, un lodo seco puede ser movido con cargadores
o carretillas.
• Minimizar la producción de lixiviados al disponer del lodo en un relleno
sanitario.
• Hacer más económico su tratamiento y disposición final.
2.10 Muestreo del Agua Residual
Se tienen dos tipos de muestras: simple y compuesta.
Las muestras simples nos ayudan a determinar la calidad del agua residual justo
en el momento en que se toma la muestra, y solo de la hace en flujos con caudales
constantes, con valores de temperatura y pH que no sean extremos. El volumen de
agua que se debe tomar para hacer el muestreo es de 1 a 2 litros de agua residual.
2.11.1 Demanda bioquímica de oxígeno.
Es una prueba que se usa para poder determinar los requerimientos de oxígeno
para la degradación bioquímica de la materia orgánica presente en las aguas
residuales.
En otras palabras, la DBO, es la cantidad de oxigeno necesaria para poder
descomponer la materia orgánica presente en el agua residual mediante la acción de
los microorganismos aerobios presente en la misma. Este parámetro se mide a los 5
días puesto que cuando se realizó el estudio se pudo constatar que, en el rio más
32
largo de Inglaterra sus aguas demoran 5 días desde que salen de la vertiente hasta
que llegan a la desembocadura en el mar. Normalmente se emplea de DBO5, que
mide el oxígeno consumido por los agentes en 5 días. Este ensayo se debe llevar a
cabo en una sala oscura para que la muestra no esté expuesta al sol, la muestra se
incuba a 20°C en la oscuridad. (Romero, 2010, pág. 38).
2.11.2 Demanda química de oxígeno.
La DQO es usada para medir el oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable
químicamente mediante un fuerte agente químico oxidante, que por lo general es
dicromato de potasio, en un medio acido y a una temperatura elevada. La DQO es un
parámetro muy útil para medir la concentración orgánica en aguas residuales
industriales o municipales toxicas. (Romero, 2010, pág. 54).
2.11.3 Solidos totales disueltos (TDS).
Este muestreo del agua residual mide las sustancias totales orgánicas e
inorgánicas que contiene el agua, las moléculas tienen que pasar por una criba de 2
micras y se miden en partes por millón. Las sustancias que no pasan la abertura de
2 micras se consideran solidos totales suspendidos.
2.11.4 Solidos totales suspendidos (SST).
Los sólidos suspendidos en el agua residual tienen la característica de ser
partículas que son muy pequeñas, mayores a 2 micras, que se mueven en varias
direcciones e impiden la decantación.
2.12 Marco Conceptual
La planta de tratamiento de aguas residuales de Cosmos es un proceso biológico
de lodos activados por el método de aireación extendida, del tipo zanjón de oxidación,
33
por lo que en el marco conceptual se va a exponer la teoría y parámetros principales
de diseño para estas.
2.12.1 Zanjón de oxidación.
El zanjón de oxidación es un proceso de tratamiento biológico por aireación
extendida, el sistema usa un canal cerrado con dos curvas para que se produzca la
mezcla y la aireación. El tratamiento de zanjón de oxidación no incluye sedimentación
primaria, pero si incluye un sedimentador secundario y lecho de secado de lodos.
(Romero, 2010, pág. 505).
El canal principal donde se produce la aireación puede tener profundidades de
hasta 3,6 metros, el sistema utiliza equipos de aireación y circulación para el agua
residual en los tanques de aireación y digestor de lodos. (Romero, 2010, pág. 505).
En un zanjón de oxidación correctamente diseñado se pueden obtener remociones
de DBO y SS mayores al 85% en aguas residuales municipales, efectúa un nivel alto
de nitrificación por el tiempo de retención hidráulica prolongado (24horas) y contar
con edades de lodos mayores a los 10 días. (Romero, 2010, pág. 505).
Para que la construcción del zanjón de oxidación resulte económica y no se
presenten problemas con el presupuesto, el diseño del mismo tiene que ser paralelo
a las curvas de nivel del terreno donde va a ser construido y tiene que permitir que el
flujo trabaje por gravedad. (Romero, 2010, pág. 506).
2.12.2 Parámetros de diseño.
Las prolongadas edades de lodos usados en los zanjones de oxidación permiten
que la operación de todo el proceso sea relativamente fácil. Para edades de lodos
mayores a 20 días y tiempos de retención superiores a las 24 horas se produce un
lodo de desecho biológicamente estable que puede ser manejado sin problemas
34
ambientales significativos y sin necesidad de recurrir al tratamiento que se utiliza en
las plantas tradicionales. A continuación, se presenta una tabla con los principales
parámetros de diseños de los zanjones de oxidación.
Ilustración 9. Planta de tratamiento con zanjón de oxidación.
Fuente: (Romero, 2010).
2.12.3 Aireación.
El oxígeno requerido es calculado asumiendo una un consumo entre 1,5 y 2,0 kg
O2/kg DBO. La aireación puede ser inducida por cepillos de aireación o aireadores
superficiales dependiendo de los requerimientos de oxígeno.
2.12.4 Producción de lodos.
En un zanjón de oxidación la producción de los lodos es muy baja dado que sus
características de diseño están de dentro de los parámetros de los procesos de lodos
activados con aireación extendida.
35
Tabla 4. Principales parámetros de diseño de zanjones de oxidación.
Parámetros Valores Observaciones
Relación A/M kg DBO/kg SSV, d 0.1 – 0.3
0.03 - 0.1
0.05
En la India
En Estados Unidos
En Europa
Carga orgánica volumétrica,
gDBO/m³, d
200 – 1200
220
160
< 640
Para ARD
Para AR débiles
Para ARI
SSLM, mg/l 2000 – 6000
3000 – 8000
-
Edad de lodos, d 20 – 30 -
Tiempo de aireación, h 12 – 36 -
Relación de recirculación, % 25 – 75 -
Profundidad, m 1.0 – 1.5
2.4 – 5
Para cepillos o rotores de jaula
Para rotores mamut
Producción de lodos, g/cd
g/cd
Kg/kg DBOR
5 – 10
25 – 30
0.5 – 07
En la India
En Europa
Oxigeno requerido Kg O2/Kg DBOA
Kg O2/Kg DBOA
Kg O2/Kg DBOR
1.5 – 2
2.0
1.5 – 1.8
En la India
En Europa
En Estados Unidos
Velocidad en la zanja 0.3 – 0.8 Suficiente para mantener los
sólidos en suspensión
Remoción DBO, % >90 -
Remoción SST, % >90 -
Área de lechos de secado, m²/c 0.35 -
Área total requerida 1.2 -
Fuente: (Romero, 2010)
36
2.13 Marco Legal
La fundamentación legal del trabajo de titulación expuesto se basa en la Norma de
Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso Agua, la cual establece los
límites permisibles, disposiciones y prohibiciones de descarga de efluentes de agua,
así como también los criterios de calidad para sus distintos usos.
2.13.1 Texto unificado de legislación secundaria del ministerio del
ambiente.
La citada norma, en su libro VI, anexo I, expone los parámetros máximos de
descarga de agua a los diferentes cuerpos receptores y sus distintos usos.
Actualmente existe una problemática que se plantea con el uso del efluente
resultante, debido a que la administración de la urbanización utiliza el agua tratada
para el riego de la jardinería existente, la entidad que esta a cargo del mantenimiento
de la planta de tratamiento no realiza prueba de laboratorio para verificar que el agua
cumple la norma para ser utilizada para riego, motivo por el que se va a exponer los
límites máximos de descarga al alcantarillado público, cuerpo de agua dulce y uso de
agua para riego.
2.13.1.1 Descarga de agua al sistema de alcantarillado público.
Se prohíbe descargar a un sistema de alcantarillado publico objetos que pudieran
bloquear los colectores o sus accesorios.
A continuación, se hace un resumen con los principales parámetros y sus límites
máximos permitidos de descarga a la red de alcantarillado público.
37
Tabla 5. Límite de descarga al sistema de alcantarillado público.
Parámetros Expresado como Unidad Límite máximo permisible
Aceites y Grasas. Sustancias solubles en
hexano
mg/l 100
Demanda Bioquímica
de Oxígeno (5 días)
D.B.O.5 mg/l 250
Demanda Química de
Oxígeno
D.Q.O. mg/l 500
Fósforo Total P mg/l 15
Hierro total Fe mg/l 25,0
Potencial de hidrógeno pH mg/l 5-9
Sólidos Sedimentables mg/l 20
Sólidos Suspendidos
Totales
mg/l 220
Sólidos totales mg/l 1 600
Sulfatos SO4 mg/l 400
Sulfuros S mg/l 1,0
Temperatura ºC <40
Zinc Zn mg/l 10
Fuente: Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes. (TULSMA, 2015).
2.13.1.2 Descarga de agua a cuerpos de agua dulce
Se hacer referencia a la norma de calidad para descargas a cuerpos de agua dulce
debido a que AMAGUA, que está a cargo de la planta de tratamiento que se evalúa
en esta tesina realiza únicamente esta prueba para comprobar la calidad del agua
producto del tratamiento.
38
Tabla 6. Límite de descarga a un cuerpo de agua dulce.
Parámetros Expresado como Unidad Límite máximo permisible
Aceites y Grasas. Sustancias solubles en
hexano
mg/l 0,3
Coliformes Fecales NMP Nmp/100 ml 8Remoción > al 99,9 %
Color real Color real unidades de color Inapreciable en dilución:
1/20
Demanda Bioquímica
de Oxígeno (5 días)
D.B.O.5 mg/l 100
Demanda Química de
Oxígeno
D.Q.O. mg/l 200
Fósforo Total P mg/l 10
Hierro total Fe mg/l 10,0
Nitratos + Nitritos Expresado como
Nitrógeno (N)
mg/l 10,0
Nitrógeno Total N mg/l 15
Potencial de hidrógeno pH mg/l 5-9
Sólidos Sedimentables mg/l 1,0
Sólidos Suspendidos
Totales
mg/l 100
Sólidos totales mg/l 1 600
Sulfatos SO4 mg/l 1000
Sulfitos SO3 mg/l 2,0
Sulfuros S mg/l 0,5
Temperatura ºC < 35
Tensoactivos Sustancias activas al
azul de metileno
mg/l 0,5
Zinc Zn mg/l 5,0
Fuente: Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes. (TULSMA, 2015).
39
2.13.1.3 Criterios de calidad admisibles para riego o uso agrícola
Las leyes prohíben el uso del agua residual para riego, exceptuando únicamente
las aguas que cumplen con los niveles de calidad que se exponen a continuación.
Tabla 7. Criterios de calidad de agua para riego.
Parámetros Expresado como Unidad Límite máximo permisible
Aluminio Al mg/l 5,0
Arsénico (total) As mg/l 0,1
Bario Ba mg/l 1,0
Berilio Be mg/l 0,1
Boro (total) B mg/l 1,0
Cianuro (total) CN- mg/l 0,2
Níquel Ni mg/l 0,2
Materia flotante Visible - Ausencia
Plata Ag mg/l 0,05
Potencial de
hidrógeno
pH mg/l 6-9
Sólidos disueltos
totales
mg/l 3 000,0
Vanadio V mg/l 0,1
Aceites y grasa Sustancias solubles en hexano mg/l 0,3
Coniformes Totales nmp/100 ml 1 000
Huevos de
parásitos
Huevos por
litro
cero
Zinc Zn mg/l 2,0
Fuente: Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes. (TULSMA, 2015).
40
CAPITULO III
Metodología de la Investigación
3.1 Tipo de Investigación
La metodología investigativa aplicada en este proyecto se basa en la recolección
de datos en campo, cálculos de diseño basados en teoría y la comparación de estos,
para así poder evaluar si la PTAR está funcionando acorde lo que fue diseñada.
3.1.1 Recolección de datos en campo.
AMAGUA no cuenta con planos constructivos de la PTAR de cosmos, por ello se
planteó como parte de la metodología de investigación la medición real de los
zanjones que forman parte del tratamiento, las medidas de largo y ancho se tomaron
con cinta métrica, y la profundidad de los zanjones fue proporcionada por el Ing.
Cristian Panta, que fue la persona que me ayudo en la recolección de información y
en las visitas de campo.
Con la información recolectada en campo se procedió a calcular el volumen real de
los zanjones de oxidación, el tiempo de retención hidráulica y demás parámetros.
3.1.2 Cálculos teóricos de diseño de la PTAR.
Basándome en la bibliografía expuesta por Jairo Romero Rojas en su libro
Tratamiento de Aguas Residuales, teoría y principios de diseño; específicamente en
los capítulos 17 y 18 que tratan temas referentes al tratamiento con lodos activados y
zanjones de oxidación respectivamente, se hicieron cálculos de caudales, volumen,
tiempo de retención hidráulica, carga orgánica volumétrica, relación
alimento/microorganismos, edad de lodos y la eficiencia del sistema para tener una
información teórica con que contrastar los datos obtenidos en campo.
41
3.1.3 Comparación de los datos obtenidos en campo con los datos de
diseño calculados.
Esta es la parte más importante de la metodología de investigación, puesto que es
la que nos va a decir si la planta de tratamiento se encuentra funcionando acorde a lo
que fue diseñada y nos va a decir los parámetros que se pueden corregir para que
esta funcione correctamente de ser el caso que no lo haga.
En el capítulo de este trabajo de titulación se van a exponer los datos recolectados
en campo y los datos teóricos calculados.
3.2 Ubicación
La planta de tratamiento está ubicada en la urbanización Villa Club, la misma
que se encuentra ubicada en la parroquia urbana satélite La Aurora del cantón Daule.
El cantón Daule está ubicado al Nor – Este de la cuenca baja del río Guayas, en la
parte central de la provincia del Guayas, a una distancia aproximada de 42 km de la
ciudad de Guayaquil.
La superficie de este cantón es generalmente plana y su principal característica es
el recorrido todo su territorio por el río que lleva su nombre, su extensión actual es de
462,07 Km2 y su población llega a 120.326 habitantes, de las cuales 87.508 viven en
zona urbana y 32.818 en el resto del cantón. Sus centros más poblados 53 son: Daule,
Laurel, Limonal, Los Tintos, Las Lojas (Enrique Baquerizo Moreno) y La Aurora,
parroquia urbana satélite. (Daule, 2015).
3.3 Características Generales del Agua Residual Cruda
Con base en el ensayo del laboratorio realizado se tiene las características del
agua residual del afluente y efluente de la planta de la PTAR Cosmos.
42
Tabla 8. Datos de DBO Y DQO característicos del agua residual de PTAR Cosmos.
Parametro Fecha del muestreo
Lugar del muestreo Eficiencia (%) Afluente Efluente
DBO 28/12/2017 861 mg/l 100,50
mg/l 88,32
DQO 28/12/2017 1046,20
mg/l 189,25
mg/l 81,91
Fuente: Ensayo realizado por Grupo Químico Marcos.
3.4 Identificación del proyecto, cantidad de viviendas
La urbanización Villa Club, es un proyecto inmobiliario destinado para personas
que tienen un nivel de vida medio - alto, está ubicado en el km 12 de la avenida León
Febres Cordero en el tramo puntilla -pascuales, en el cantón Daule. La urbanización
consta de muchas etapas entre las cuales, Boreal, Doral, Aura II y Cosmos son las
que aportan agua residual a la planta que tiene por nombre Cosmos.
Tabla 9. Cantidad de viviendas de cada etapa de villa club que aporta agua residual a la PTAR Cosmos.
Etapa Número de viviendas
Aura II 563
Doral 396
Boreal 393
Cosmos 383
Fuente: Amagua.
3.5 Sistema de tratamiento seleccionado
El sistema de tratamiento utilizado en la PTAR de Cosmos en la urbanización Villa
Club que recoge las aguas de las etapas Boreal, Doral, Aural II y Cosmos es de tipo
aeróbico, con base en el sistema de aireación extendida tipo flujo pistón, en el cual
los microorganismos se desarrollan alimentándose de la materia orgánica existente
43
en el agua residual en fase suspendida por la agitación que produce el aire. Los
microorganismos oxidan la materia orgánica en dióxido de carbono y agua,
obteniendo energía para producir células nuevas. (Eliconsul, 2012)
3.6 Descripción de la planta de tratamiento
El sistema costa de un ecualizador, un ovalo aireado, un tanque clarificador y un
digestor de lodos, también existe el área destinada para los lechos de secado.
(Eliconsul, 2012).
3.6.1 Cárcamo de bombeo.
Las estaciones de bombeo de aguas residuales son necesarias para elevar y/o
transportar aguas residuales en la red cuando la disposición final del flujo por
gravedad ya no es posible. En terrenos planos, los colectores que transportan aguas
residuales hacia la estación de tratamiento se pueden profundizar de tal modo que se
tornaría impracticable la disposición final sólo por gravedad. (Jama, 2016)
Las tuberías de alcantarillado, al funcionar como conductos libres, necesitan tener
cierta pendiente que permita el escurrimiento por gravedad, situación que en terrenos
planos ocasiona que las mismas, en su desarrollo, cada vez sean más profundas. En
consecuencia, las estaciones de bombeo surgen como instalaciones obligatorias en
sistemas de alcantarillado de comunidades o áreas con pequeña pendiente
superficial. (Jama, 2016)
El pretratamiento ubicado en la estación de bombeo tiene la función de separar el
material grueso del agua, mediante la utilización de una criba o rejilla. (Romero, 2010)
44
3.6.2 Etapa de Pre tratamiento, tanque ecualizador.
El ecualizador es el tanquen en el que llega todo el caudal de aguas residuales que
se bombea en la estación, de esta forma se puede manejar a conveniencia el caudal
de agua que va a pasar al tanque de aireación, es importante para que no haya
problemas con el tiempo de retención hidráulico en el tanque aireado, es utilizado
para romper el cortocircuito hidráulico.
El fenómeno del cortocircuito hidráulico se produce cuando el agua que atraviesa
al tanque llega con tanta rapidez que sale instantáneamente sin permanecer en él.
Ilustración 10. Vista del tanque ecualizador.
Elaboración: Jefferson García.
3.6.3 Tanque de aireación.
El tanque de aireación es elipsoidal tipo zanjón de oxidación, que es un proceso
de lodos activados del tipo aireación extendida, que usa un canal cerrado con dos
curvas para la aireación y mezcla. La planta de tratamiento típica con zanjón de
45
oxidación utiliza un sedimentador secundario y lechos de secado de lodos. (Romero,
2010).
El sistema fue diseñado para que trabaje con dos aireadores AIERO2 de 15 HP,
de los mismos en la actualidad se encuentra una unidad si funcionar y se encuentra
averiado a un lado del tanque.
Ilustración 11. Vista del tanque aireador.
Elaboración: Jefferson García.
3.6.4 Clarificador.
Las aguas que salen del tratamiento del tanque de aireación tienen que pasar por
un clarificador físico de cuatro tolvas donde se separan los lodos sedimentables de
las aguas claras.
46
El diseño contempla dos vertederos por los que pasa el agua y además dos
skimmers que succionan la película de materia orgánica que se forma en la superficie
del clasificador.
El clarificador es un componente muy importante en muchos sistemas de
tratamientos de aguas residuales, ya que ayudan a eliminar los contaminantes y a
concentrarlos en los lodos que se generan. (Beckart Enviromental , 2012).
Ilustración 12. Vista del clarificador. Elaboración: Jefferson García.
3.6.5 Digestor de lodos.
La digestión aerobia de lodos de aguas residuales es el método más usado para
la estabilización de los componentes orgánicos en plantas de tratamiento con
caudales menores a 19000 m³/día. En plantas cuyo caudal es mucho mayor, no suele
ser el más usado debido al alto costo de mantenimiento y funcionamiento de los
equipos de aireación que se usan en el sistema. Los digestores aerobios suelen ser
47
rectangulares, circulares o elipsoidales, con leve pendiente que facilite la evacuación
de los lodos y una altura entre 3 y 7,5 metros. (Romero, 2010)
Ilustración 13. Vista en superior del digestor de lodos. Elaboración: Jefferson García.
3.6.6 Lechos de secado.
Generalmente el proceso de secado de lodos se refiere a los sistemas de
desaguado de los lodos productos del tratamiento, que busca reducir el contenido del
agua del lodo a menos de un 85%. (Romero, 2010)
Los principales objetivos del secado de lodos son los siguientes:
• Reducir los costos de transporte del lodo al sitio de disposición.
• Facilitar el manejo del lodo, un lodo seco puede ser movido con cargadores
o carretillas.
48
• Minimizar la producción de lixiviados al disponer del lodo en un relleno
sanitario.
• Hacer más económico su tratamiento y disposición final.
Ilustración 14. Vista superior del lecho de secado. Elaboración: Jefferson García.
49
3.6 Esquema de la planta de tratamiento
Ilustración 15. Esquema del funcionamiento de la planta de tratamiento.
Elaboración: Jefferson García.
50
CAPITULO IV
Cálculos teóricos de diseño y cálculos reales de la PTAR
En el proceso se va a calcular los caudales considerando el número actual de
viviendas existentes que aportan agua residual a la planta de tratamiento, el volumen
del reactor aerobio, el tiempo de retención y la aireación. Lo que nos va a permitir
saber si la PTAR está funcionando actualmente cerca de los parámetros para los que
fue diseñada.
Se va a proceder a evaluar los datos obtenidos en las mediciones de campo con
los datos teóricos calculados.
4.1 Cálculos Teóricos de Diseño
4.1.1 Calculo del caudal de diseño.
Tenemos que el número total de viviendas es de 1.735, asumiendo 5 habitantes
por viviendas tenemos que la población final es de 8.675 habitantes.
Tabla 10. Dotación recomendada según el tipo de clima para poblaciones mayores a 1000 habitantes.
Población (Hab) Clima
Dotación futura (lt/hab/día)
Hasta 5000
Frío 120-150
Templado 130-160
Cálido 170-200
5000 a 50000
Frío 180-200
Templado 190-220
Cálido 200-230
más de 50000
Frío >200
Templado >220
Cálido >230
Fuente: Secretaría nacional del agua.
51
De acuerdo con la población de 8.657 Habitantes y el clima que es cálido, vamos
a asumir una dotación de 200 lt/hab/día.
Con la dotación seleccionada, procedemos a calcular el consumo diario de la
población.
𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒐 = 𝒉𝒂𝒃 ∗ 𝒅𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏
𝑄 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 = 8675ℎ𝑎𝑏 ∗200𝑙𝑡
ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎
𝑄 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 =1735000𝑙𝑡
𝑑í𝑎∗
1𝑚³
1000𝑙𝑡
𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒐 =𝟏𝟕𝟑𝟓𝒎³
𝒅í𝒂
Con el consumo diario obtenido procedemos a calcular el caudal de aguas
residuales, los porcentajes de caudal de retorno y de infiltración fueron
proporcionados por AMAGUA.
𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 = 𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒐 ∗ %𝒓𝒆𝒕𝒐𝒓𝒏𝒐
𝑄 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 = 1735𝑚³𝑑í𝑎⁄ ∗ 80%
𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 =𝟏𝟑𝟖𝟖𝒎³
𝒅í𝒂
Procedemos a calcular el caudal de infiltración:
El caudal de infiltración
𝑸 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 ∗ 𝟎. 𝟎𝟓
52
𝑄 𝑖𝑛𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =1388𝑚³
𝑑í𝑎∗ 0,05
𝑸 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 =𝟔𝟗, 𝟒𝒎³
𝒅í𝒂
Procedemos a calcular el caudal de diseño final.
𝑸 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 = 𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 ∗ 𝑸 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏
𝑄 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 =1388𝑚³
𝑑í𝑎+
69,4𝑚³
𝑑í𝑎
𝑸 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 =𝟏𝟒𝟓𝟕, 𝟒𝒎³
𝒅í𝒂
Se procede a elaborar un resumen de los datos obtenidos.
Tabla 11. Resumen de cálculos.
Descripción Datos
Número total de casa 1735
Habitantes por casa 5
Total de habitantes 8675
Dotación 200 lt/hab/día
Caudal de consumo diario
1735m3/día
Caudal de aguas residuales (80%)
1388m3/día
Caudal diario de infiltración 0,05
97,16m3/día
Caudal de diseño
1457,4m3/día
Elaboración: Jefferson García.
53
Para el cálculo de caudal de diseño se tuvo como consideración, el caudal real del
agua potable que se convierte en agua residual que es alrededor de 70 a 85% según
el ex I.E.O.S. y el caudal de infiltración que se asumió 0,05.
4.1.2 Calculo de volumen del reactor aerobio.
Para el cálculo teórico del volumen del reactor aerobio vamos a utilizar los
parámetros que fueron proporcionados por AMAGUA que son la DBO de entrada del
afluente (S₀), relación alimento/microorganismos (A/M) y la concentración de solidos
suspendidos en el reactor (X).
• 𝐷𝐵𝑂 = 280 𝑚𝑔/𝑙𝑡
• 𝐴
𝑀= 0,065 𝐾𝑔 𝐷𝐵𝑂/𝐾𝑔 𝑆𝑆𝑉
• 𝑋 = 4000 𝑚𝑔/𝑙𝑡
Procedemos a calcular el volumen del reactor con la expresión siguiente obtenida
del libro de Jairo Romero Rojas de Tratamiento de aguas residuales.
𝑽 = 𝑸 ∗ 𝑺₀
(𝑨𝑴) ∗ 𝑿
𝑉 =
1457,4𝑚³𝑑í𝑎
∗280𝑚𝑔
𝑙𝑡
(0,065) ∗4000𝑚𝑔/
𝑙𝑡
𝑽 = 𝟏𝟓𝟔𝟗, 𝟓𝟎𝒎³
4.1.3 Calculo del tiempo de retención hidráulica (TRH).
El tiempo de retención hidráulico se lo calcula mediante la siguiente expresión
obtenida del libro de Jairo Romero Rojas.
54
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 1569𝑚³
𝑄 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 1457,4𝑚3/𝑑í𝑎
𝑻𝑹𝑯 = 𝑽
𝑸
𝑇𝑅𝐻 = 1569𝑚³
1457,4𝑚³𝑑í𝑎
𝑇𝑅𝐻 = 1,07𝑑í𝑎𝑠 ∗24ℎ
𝑑í𝑎
𝑻𝑹𝑯 = 𝟐𝟓, 𝟔𝟖𝒉
4.1.4 Carga orgánica volumétrica (COV).
Utilizamos la expresión dada por Jairo Romero Rojas y los datos obtenidos:
𝑫𝑩𝑶 𝒅𝒆𝒍 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝑺𝟎 = 𝟐𝟖𝟎𝒎𝒈/𝒍𝒕
𝑸 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 = 𝟏𝟒𝟓𝟕, 𝟒𝒎𝟑/𝒅í𝒂
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 = 𝟏𝟓𝟔𝟗𝒎³
𝑪𝑶𝑽 = 𝑸 ∗ 𝑺₀
𝑽
𝑪𝑶𝑽 =
𝟏𝟒𝟓𝟕𝒎³𝒅í𝒂
∗𝟐𝟖𝟎𝒎𝒈
𝒍𝒕𝟏𝟓𝟔𝟗𝒎³
𝑪𝑶𝑽 = 𝟐𝟔𝟎𝒈𝑫𝑩𝑶
𝒎³
55
4.1.5 Eficiencia del sistema.
Se va a proceder a calcular le eficiencia para la que tiene que funcionar el sistema,
basándonos en la DBO proporcionada por AMAGUA y la DBO que nos permite
descargar la norma TULSMA en la tabla 6.
Utilizamos la expresión que nos da Jairo Romero Rojas, la cual es:
𝑬 = 𝑺𝟎 − 𝑺
𝑺𝟎∗ 𝟏𝟎𝟎
Donde:
𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑆0) = 280𝑚𝑔/𝑙𝑡
𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 (𝑆) = 100𝑚𝑔/𝑙𝑡
Procedemos a calcular:
𝐸 =
280𝑚𝑔𝑙𝑡
−100𝑚𝑔
𝑙𝑡280𝑚𝑔
𝑙𝑡
∗ 100
𝑬 = 𝟔𝟒, 𝟐𝟖%
4.2 Cálculos Reales Medidos en Campo
4.2.1 Caudal real que ingresa a la planta de tratamiento.
El caudal de agua residual real que ingresa a la planta de tratamiento ha sido
proporcionado por la empresa AMAGUA, el cual es de 1388m³/día.
4.2.2 Calculo del volumen real del tanque ecualizador.
El cálculo fue realizado tomando medidas reales in situ, las medidas fueron
tomadas con cinta métrica, mientras que la profundidad (h) del zanjón fue
proporcionada por AMAGUA y es de 4m.
56
Ilustración 16. Medidas reales del tanque ecualizador tomadas en situ. Elaboración: Jefferson García.
• Volumen útil del elipsoide del ecualizador, con pendiente.
𝑽𝒐𝒑 = {(𝑨𝑴 + 𝑨𝒎) + [ √(𝑨𝑴)(𝑨𝒎) ]} 𝒉/𝟑
Donde AM es el área del elipsoide mayor, entonces tenemos:
𝑨𝑴 = 𝑨𝑴؞ + 𝑨𝑴□
• AM ؞ es el área de la sección circular 𝑨𝑴؞ = 𝝅𝒓²
• AM □ es el área de la sección rectangular 𝑨𝑴 = 𝑫 ∗ 𝑳
Así mismo se tiene el área del elipsoide menor Am:
𝑨𝒎 = 𝑨𝒎؞ + 𝑨𝒎□
• AM ؞ es el área de la sección circular 𝑨𝒎؞ = 𝝅𝒓²
||
57
• AM □ es el área de la sección rectangular 𝑨𝒎□ = 𝑫 ∗ 𝑳
Calculamos las áreas:
Área del elipsoide mayor:
𝐴𝑀 = (𝜋 ∗ 62) + (12 ∗ 15)
𝐴𝑀 = 293,09𝑚²
Área del elipsoide menor:
𝐴𝑚 = (𝜋 ∗ 22) + (4 ∗ 15)
𝐴𝑀 = 72,56𝑚²
Calculamos el volumen útil del tanque ecualizador:
𝑉𝑜𝑝 = {(293,09 + 72,56) + [ √(293,09)(72,56) ]} 4/3
𝑽𝒐𝒑 = 𝟔𝟖𝟐𝒎³
4.2.3 Calculo del volumen real del tanque aireador.
Las mediciones fueron hechas en campo con el fin de obtener el volumen real de
tanque de aireación, las medidas de largo y ancho fueron tomadas con cinta métrica,
mientras que la profundidad (h) del zanjón fue proporcionada por AMAGUA y es de
4m.
58
Ilustración 17. Medidas reales del tanque aireador tomadas in situ. Elaboración: Jefferson García.
Del mismo modo calculamos el volumen útil.
Volumen útil del elipsoide del aireador, con pendiente.
𝑽𝒐𝒑 = {(𝑨𝑴 + 𝑨𝒎) + [ √(𝑨𝑴)(𝑨𝒎) ]} 𝒉/𝟑
Donde AM es el área del elipsoide mayor, entonces tenemos:
𝑨𝑴 = 𝑨𝑴؞ + 𝑨𝑴□
• AM ؞ es el área de la sección circular 𝑨𝑴؞ = 𝝅𝒓²
• AM □ es el área de la sección rectangular 𝑨𝑴□ = 𝑫 ∗ 𝑳
Así mismo se tiene el área del elipsoide menor Am:
𝑨𝒎 = 𝑨𝒎؞ + 𝑨𝒎□
||
59
• AM ؞ es el área de la sección circular 𝑨𝒎؞ = 𝝅𝒓²
• AM □ es el área de la sección rectangular 𝑨𝒎 = 𝑫 ∗ 𝑳
Calculamos las áreas:
Área del elipsoide mayor:
𝐴𝑀 = (𝜋 ∗ 82) + (16 ∗ 28)
𝐴𝑀 = 649,06𝑚²
Área del elipsoide menor:
𝐴𝑚 = (𝜋 ∗ 32) + (6 ∗ 28)
𝐴𝑀 = 196,27𝑚²
Calculamos el volumen útil del tanque ecualizador:
𝑉𝑜𝑝 = {(649,06 + 196,27) + [ √(649,06)(129,27) ]} 4/3
𝑽𝒐𝒑 = 𝟏𝟔𝟎𝟑𝒎³
4.2.4 Tiempo de retención hidráulica real (TRH).
El tiempo de retención hidráulico real se lo va a calcular con la expresión
anteriormente utilizada y que fue tomada del libro de Jairo Romero Rojas:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 1603𝑚³
𝑄 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1388𝑚3/𝑑í𝑎
60
𝑻𝑹𝑯 = 𝑽
𝑸
𝑇𝑅𝐻 = 1603𝑚³1388𝑚³
𝑑í𝑎
𝑇𝑅𝐻 = 1,15𝑑í𝑎𝑠 ∗24ℎ
𝑑í𝑎
𝑻𝑹𝑯 = 𝟐𝟕, 𝟕𝟏𝒉
4.2.5 Cálculo de la Carga orgánica volumétrica real (COV).
De la misma forma va a ser calculada con la expresión anteriormente usada y con
la DBO real afluente producto del ensayo de laboratorio realizado.
𝑫𝑩𝑶 𝒓𝒆𝒂𝒍 𝒅𝒆𝒍 𝒂𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑺𝟎 = 𝟖𝟔𝟏𝒎𝒈/𝒍𝒕
𝑸 𝒓𝒆𝒂𝒍 = 𝟏𝟑𝟖𝟖𝒎𝟑/𝒅í𝒂
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒓𝒆𝒂𝒍 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 = 𝟏𝟔𝟎𝟑𝒎³
𝑪𝑶𝑽 = 𝑸 ∗ 𝑺₀
𝑽
𝑪𝑶𝑽 =
𝟏𝟑𝟖𝟖𝒎³𝒅í𝒂
∗𝟖𝟔𝟏𝒎𝒈
𝒍𝒕𝟏𝟔𝟎𝟑𝒎³
𝑪𝑶𝑽 = 𝟕𝟒𝟓, 𝟓𝟏𝒈𝑫𝑩𝑶
𝒎³
4.2.6 Calculo de la relación alimento/microorganismos real.
Para el cálculo de esta relación vamos a tomar la expresión expuesta en el libro de
Jairo Romero Rojas Tratamiento de aguas residuales.
61
𝑨
𝑴=
𝑸 ∗ 𝑺₀
𝑽 ∗ 𝑿
Donde tenemos los siguientes datos:
𝑄 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1388𝑚3/𝑑í𝑎
𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆0 = 861𝑚𝑔/𝑙𝑡
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 1603𝑚³
𝑋 = 4000 𝑚𝑔/𝑙𝑡
Procedemos a calcular:
𝐴
𝑀=
1388𝑚³𝑑í𝑎
∗861𝑚𝑔
𝑙𝑡
1603𝑚³ ∗4000𝑚𝑔
𝑙𝑡
𝑨
𝑴=
𝟎, 𝟏𝟖𝟔 𝑲𝒈 𝑫𝑩𝑶
𝑲𝒈 𝑺𝑺𝑽
4.2.7 Eficiencia real del sistema.
Se va a calcular la eficiencia real del sistema usando la expresión expuesta por
Jairo Romero Rojas y los datos obtenidos en el ensayo de laboratorio realizado:
𝑬 = 𝑺𝟎 − 𝑺
𝑺𝟎∗ 𝟏𝟎𝟎
Donde:
𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑆0) = 861𝑚𝑔/𝑙𝑡
𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑆) = 100,50𝑚𝑔/𝑙𝑡
Procedemos a calcular:
62
𝐸 =
861𝑚𝑔𝑙𝑡
−100,50𝑚𝑔
𝑙𝑡280𝑚𝑔
𝑙𝑡
∗ 100
𝑬 = 𝟖𝟖, 𝟑𝟐%
4.5 Digestor de lodos
Siguiendo la metodología anterior, las medidas fueron tomadas en campo para
obtener el volumen real del digestor de lodos.
Ilustración 18. Medidas reales del digestor de lodos tomadas en campo.
Elaboración: Jefferson García.
4.5.1 Calculo del volumen real del digestor de lodos.
Igual que en los tanques anteriores, calculamos el volumen con las medidas
obtenidas en campo.
• Volumen útil del elipsoide del ecualizador, con pendiente.
𝑽𝒐𝒑 = {(𝑨𝑴 + 𝑨𝒎) + [ √(𝑨𝑴)(𝑨𝒎) ]} 𝒉/𝟑
Donde AM es el área del elipsoide mayor, entonces tenemos:
63
𝑨𝑴 = 𝑨𝑴؞ + 𝑨𝑴□
• AM ؞ es el área de la sección circular 𝑨𝑴؞ = 𝝅𝒓²
• AM □ es el área de la sección rectangular 𝑨𝑴 = 𝑫 ∗ 𝑳
Así mismo se tiene el área del elipsoide menor Am:
𝑨𝒎 = 𝑨𝒎؞ + 𝑨𝒎□
• AM ؞ es el área de la sección circular 𝑨𝒎؞ = 𝝅𝒓²
• AM □ es el área de la sección rectangular 𝑨𝒎 = 𝑫 ∗ 𝑳
Calculamos las áreas:
Área del elipsoide mayor:
𝐴𝑀 = (𝜋 ∗ 62) + (12 ∗ 12)
𝐴𝑀 = 259,07𝑚²
Área del elipsoide menor:
𝐴𝑚 = (𝜋 ∗ 2,52) + (5 ∗ 12)
𝐴𝑀 = 79,63𝑚²
||
64
Calculamos el volumen útil del tanque ecualizador:
𝑉𝑜𝑝 = {(259,07 + 79,63) + [ √(259,07)(79,63) ]} 4/3
𝑽𝒐𝒑 = 𝟔𝟑𝟗, 𝟕𝟔𝒎𝟑
4.3 Evaluación de la PTAR.
4.3.1 Comparación de resultados obtenidos en campo con los datos de
diseño.
Tabla 12. Comparación de los parámetros de diseño vs los parámetros reales.
Parámetros Unidad Parámetro de diseño
Calculo Teórico
Calculo Real
Conclusión
Caudal de entrada
m³/día - 1457,4 1388 No
presenta problema
Volumen del reactor
m³ - 1569,5 1603 No
presenta problema
Tiempo de retención hidráulica
horas 12-36 25,69 27,71 Cumple
Carga orgánica
volumétrica gDBO/m³ 80 - 480 260 745,51 No cumple
Relación A/M
kgDBO/kgSSV 0,05 – 0,3 0,065 0,186 Cumple
Eficiencia del sistema
% 75 – 95 64,28% 82,14% Cumple
Elaboración: Jefferson García.
Basándonos en la comparación de los datos obtenidos calculando teóricamente un
diseño de la PTAR y en los cálculos reales de la planta de tratamiento nos damos
cuenta de que está funcionando acorde lo que fue diseñada.
65
Tanto el caudal de entrada de agua residual como el volumen del reactor aerobio
reales están bastante cerca del diseño de la PTAR por lo que no existen problemas
con estos parámetros.
El tiempo de retención hidráulica real es también bastante cercano al calculado en
el diseño, y estos a su vez están dentro del rango de parámetros de diseño de los
zanjones de oxidación por lo que no hay problemas en este parámetro.
La carga orgánica volumétrica tampoco presenta problemas puesto que ambas,
diseñada y real, están dentro de los parámetros de diseño.
La relación alimentos/microorganismos está dentro de los parámetros de diseño
por lo que el sistema funciona correctamente y no presente problemas.
Que todos los demás parámetros estén funcionando correctamente se resume en
una sola cosa, la eficiencia del sistema, la cual está dentro de los rangos para
zanjones de oxidación por lo que la planta se encuentra depurando correctamente.
Se hace énfasis en el manejo y cuidado de los equipos hidráulicos instalados, ya
que a pesar de que la planta cumple con los parámetros de descarga, la reparación
de estos puede acarrear gastos excesivos de reparación que pueden ser evitados con
un mejor manejo.
4.3.2 Caracterizaciones realizadas en la PTAR Cosmos.
Con base a los datos obtenidos por AMAGUA y los datos obtenidos en la
realización del presente trabajo, tanto de agua cruda como del Efluente tratado, se
elaboró la siguiente tabla.
66
Tabla 13. Eficiencia del sistema medido con el parámetro DBO.
Fecha Unidad DBO
característico del Afluente
DBO del efluente
Límite permisible
Eficiencia del sistema
en %
22/02/2017 mg/l 861* 7 100 98,1
03/04/2017 mg/l 861* 25 100 93,1
23/06/2017 mg/l 861* 17 100 95,3
04/08/2017 mg/l 861* 59,5 100 83,6
04/09/2017 mg/l 861* 55,1 100 84,8
07/10/2017 mg/l 861* 8,2 100 97,9
28/12/2017 mg/l 861 100,50 100 87,02 Elaboración: Jefferson García.
(*): Valor asumido al obtenido en la caracterización realizada en la presente investigación en la fecha 28/12/2017 únicamente para la elaboración de una curva característica, ya que AMAGUA
sólo realiza pruebas a la salida por ser de interés al cumplimiento de la norma.
De acuerdo con los datos obtenidos mostrados anteriormente, podemos concluir
que la PTAR Cosmos funciona adecuadamente y cumple con los parámetros de
descarga que están dentro de norma.
Se elabora un gráfico con los datos obtenidos para una mejor apreciación de estos.
Ilustración 19. Eficiencia en la remoción de DBO. Elaboración: Jefferson García.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1 2 3 4 5 6 7
REMOCIÓN DE DBO
DBO característico del Afluente DBO del efluente Límite permisible
67
CAPITULO V
Conclusiones y recomendaciones
5.1 Conclusiones
• En las visitas realizadas a la planta de tratamiento se observa el mal estado
de la misma, los aireadores no se encuentran actualmente funcionando ya
que están dañados a un costado de tanque de aireación, el digestor de lodos
se encuentra vacío, y no hay lodos biológicos en las eras de secado.
• Los parámetros como caudal, volumen del reactor aerobio, tiempo de
retención hidráulica, carga orgánica volumétrica, relación
alimento/microorganismo y eficiencia del sistema, que fueron los parámetros
usados para evaluar la PTAR, están dentro de los parámetros normales de
funcionamiento de una planta de tratamiento con zanjones de oxidación, por
lo que no presentan problemas.
• El agua producto del tratamiento es usada para riego de la jardinería en la
avenida principal de la urbanización, es necesario realizar las pruebas del
caso para evitar problemas futuros.
5.2 Recomendaciones
• El agua residual cumple con los parámetros establecidos en las normas
TULSMA para descarga a un cuerpo de agua dulce, mas no se sabe si
cumple para ser usada para el riego de la jardinería, por lo que se
recomienda hacer las pruebas de laboratorio que certifique que cumple.
68
• Se recomienda hacer el correcto mantenimiento de los equipos instalados
puesto que, en el caso de los aireadores superficiales, estos se encuentran
dañados y no funcionan actualmente.
• Se recomienda el uso correcto del manual de operaciones para que no haya
problemas de operación que puedan dañar los equipos instalados.
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2025%20FASE%20DIAGN%C3%93STICO_13-03-2015_11-30-32.pdf
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Romero, J. (2010). Tratamiento de aguas residuales, Teoria y principios de diseño.
Escuela Colombiana de Ingenieria.
ANEXOS
ANEXO 1
ANALISIS DE AGUA RESIDUAL
ANEXO 2
FOTOS
Visita a la planta de tratamiento para recolectar información.
Vista del reactor aerobio.
Medición en campo del reactor aerobio.
Los aireadores del reactor aerobio no se encuentran funcionando.
Soporte del aireador superficial que se encuentra a un lado del reactor aerobio.
Digestor de lodos.
Clarificador de la planta de tratamiento.
Sistema de cloración.
Vista en planta de la PTAR de Cosmos.
FACULTAD DE MATEMÁTICAS Y FÍSICA
ESCUELA/CARRERA: INGENIERIA CIVIL
UNIDAD DE TITULACION
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACION
TÍTULO Y SUBTÍTULO: Evaluación y propuesta de mejora de la planta de tratamiento de agua residual domestica de la ciudadela Cosmos en la urbanización Villa Club ubicada en el cantón Daule.
AUTOR/ES: Jefferson Alexander García Muñoz
REVISORES: Ing. Franklin Villamar Bajaña M.Sc.
TUTOR: Ing. Jacinto Rojas Álvarez M.Sc.
INSTITUCION: Universidad de Guayaquil
UNIDAD/FACULTAD: De Ciencias Matemáticas y Físicas
MAESTRIA/ESPECIALIDAD:
GRADO OBTENIDO:
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2018
No. DE PÁGS: 67
ÁREAS TEMÁTICAS: Sanitaria Evaluación y propuesta de mejora de la planta de tratamiento
PALABRAS CLAVE:
EVALUACIÓN-SISTEMAS-PLANTA DE TRATAMIENTO-AGUAS RESIDUALES
RESUMEN: El presente trabajo de titulación está enfocado en evaluar el funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales de Cosmos en la urbanización Villa Club, ubicada en la parroquia satélite la Aurora en el km 12,8 de la Vía a Samborondón. La planta de tratamiento objeto de esta tesina funciona con un proceso biológico de lodos activados por el método de aireación extendida, del tipo zanjón de oxidación, la planta de tratamiento consta de un tanque ecualizador, reactor aerobio, digestor de lodos, clarificador y eras de secado. La metodología de trabajo se la realizó obteniendo medidas reales de los tanques de las diferentes etapas del tratamiento, para luego contrastarlo con los mismos parámetros que fueron previamente calculados. Estas son las medidas reales que tienen los reservorios en campo, de aquí la importancia de saber si la planta de tratamiento se encontraba funcionando bajo los parámetros para los que fue diseñada. El contraste de la información obtenida en campo con los datos de diseño nos muestra que la planta de tratamiento si está funcionando bajo los parámetros para los que fue diseñada, pero hay que prestar mayor atención al estado en que funciona, ya que por ejemplo los aireadores superficiales no se encuentran funcionando. También se pudo constatar que el efluente producto del tratamiento es utilizado para el riego de la jardinería de la avenida principal de la urbanización, por lo que se recomienda hacer las pruebas de laboratorio del caso para certificar que el agua puede ser usada con seguridad. ADJUNTO PDF: x SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES
Teléfono: 0993185195 E-mail: [email protected]
CONTACTO EN LA INSTITUCIÓN:
Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
Teléfono: 2-283348 Ext. 123
E-mail: fcmf.ug.edu.ec
ANEXO 10
