TRATAMIENTOPRIMARIO
El objetivo del tratamiento primario es favorecer la
eliminación de sustancias en suspensión, sustancias
disueltas y la supresión de la flora microbiana, además
de la posible corrección de algunas características
físicoquímicas.
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Químico Ajuste de pH (neutralización) Coagulación y floculación Oxidación
Físico Sedimentación Sedimentadores Tanque imhoff Tanque séptico
Flotación Gravedad Inducido
Coalescencia
TRATAMIENTOSPRIMARIOS
Se caracterizan por ser tratamientos Físico‐
Químicos, incluye unidadescomo: coagulación,
floculación, decantación y filtración.
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El tratamiento primario esta dado por las siguientesunidades de tratamiento, que dependiendo del grado decontaminación del efluente, se pueden emplear todas lasunidades o alguna de ellas.
TRATAMIENTOPRIMARIO
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Las aguas potables o residuales, en distintas cantidades,
contienen material suspendido, sólidos que pueden sedimentar
en reposo, ó sólidos dispersados que no sedimentan con
facilidad llamados coloides.
Un COLOIDE es una sustancia que:
Es suficientemente grande para no estar disuelta y
Tamaño pequeño que no favorece la sedimentación.
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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OBJETIVO: Eliminar material coloidal y emulsionado que no se puedeneliminar mediante operaciones físicas.
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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COAGULACIÓN, es la reacción química que tiene lugar por laadicción de determinados compuestos a una dispersióncoloidal, produciendo una desestabilización de las partículascoloidales, mediante la neutralización de las cargas eléctricasasí como la formación de un flóculo de barrido
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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FLOCULACIÓN
La formación de partículas fácilmente sedimentables a partir de
las partículas desestabil izadas de tamaño submicroscópico por
agrupamiento entre ellas y formación de otras de mayor tamaño.
SEPARACIÓN DE FLÓCULOS
En el proceso de coagulación-floculación, no tiene lugar
separación alguna de contaminantes, sino una adecuación de
determinadas partículas para que puedan ser separadas
fácilmente a través de decantación o de flotación posterior.
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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ACCIÓNDELCOAGULANTE
Coagulación se refiere a la
desestabilización de la suspensión
coloidal.
Floculación se limita a los fenómenos
de transporte de las partículas
coaguladas para provocar colisiones
entre ellas promoviendo su
aglomeración.
ACCIÓNDELCOAGULANTE
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COAGULACIÓN‐ FLOCULACIÓN:
Para favorecer la formación de aglomerados de mayor
tamaño se adicionan un grupo de productos
denominados floculantes.
Los coagulantes, neutralizan las cargas, produciendo
un colapso de la nube de iones que rodean los
coloides, de modo que puedan aglomerarse.
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COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN:
Las especies coloidales halladas en aguas superficiales
y residuales incluyen:
arcillas,
sílice,
hierro,
metales pesados,
color ó sólidos orgánicos (residuos de animales muertos)
Si se añade demasiado coagulante las partículas secargan ahora con el signo contrario y pueden volvera dispersarse.
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MEZCLADODELCOAGULANTE:
Para complementar la adición del coagulante se requiere del
mezclado para destruir la estabil idad del sistema coloidal.
Para que las partículas se aglomeren deben chocar, y el mezclado
promueve la colisión.
Un mezclado de gran intensidad que distribuya al coagulante y
promueva colisiones rápidas es lo más efectivo.
Una vez que se ha añadido el coagulante y se ha realizado la
operación de coagulación se pasa a la formación de flóculos
mayores.
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CRECIMIENTODELOSFLÓCULOS
Puede ocurrir que el flóculo formado por la aglomeración de
varios coloides no sea lo suficientemente grande como para
asentarse con la rapidez deseada. Por ello es conveniente
utilizar productos denominados Floculantes.
La floculación es estimulada por un mezclado lento que junta
poco a poco los flóculos.
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REACTIVOSYCOAGULANTESCOMUNES
COAGULANTES FLOCULANTES
Sulfato de Alúmina Sílice activa
Sulfato Férrico Oxidantes (MO)
Cloruro Férrico Adsorbentes (MP)
Aluminato sádico
Históricamente, los coagulantes metálicos, sales de Hierro y Aluminio, han sido
los más utilizados en la clarificación de aguas y eliminación de DBO y fosfatos de
aguas residuales.
Para determinar la dosis de coagulante y floculante se debe realizar una
experimentación en el equipo de “Jar test” (Prueba de Jarras) que permite
conocer el tiempo de agitación y sedimentación para cada proceso.Mercedes Alexandra Villa Achupallas M.Sc.
RENDIMIENTODELTRATAMIENTO
COAGULACIÓN ‐ FLOCULACIÓN SEDIMENTACIÓN
80 – 90% SS 50 – 70% SS
40 ‐ 70% DBO5 30 – 40% DB05
30 – 60% DQO 5 – 20% DQO
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Unidad de coagulación
Tiempo de mezcla corto
Gradientes de velocidad altos
Se forman los microfóculos
Unidad de floculación
Los microflóculos deben aglomerarse
Tiempo necesario de 20 a 60 minutos
Se precisa una agitación suave para favorecer la mezcla e impedir la
rotura de los flóculos
Unidad de separación
INFRAESTRUCTURANECESARIA
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COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
Acondicionamiento de pH
Adición de Floculante
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La mayoría de unidades de coagulación y floculación en los
sistemas de tratamiento de aguas operan bajo condiciones demezcla turbulenta.
Los gradientes de velocidad no suelen estar bien definidos
bajo condiciones de mezcla turbulentas, por lo que se ha
desarrollado una expresión sencilla para relacionar la
intensidad de mezclado con la potencia aplicada por unidad
de volumen.
Un balance de fuerzas aplicado a un elemento de fluido puede
dar lugar a la siguiente relación entre gradiente develocidad y potencia aplicada.
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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DONDE,
G = GRADIENTE DE VELOCIDAD, s-1
P = POTENCIA APLICADA, W
V = VOLUMENDEL REACTOR DE MEZCLADO, m3
μ = VISCOSIDAD DINÁMICA, Pa•s (Kg/m s)
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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DONDE: P = POTENCIA, W KT = CONSTANTE DEL AGITADOR n = VELOCIDAD ROTACIONAL, REVOLUCIONES/s Di = DIÁMETRO DEL AGITADOR, m
ƿ = DENSIDAD DEL LÍQUIDO, Kg/m3
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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CONSTANTE DEL AGITADOR (KT)
Hélice, montada en 1,3 palas 0.32
Hélice, montada en 2,3 palas 1Turbina, 6 palas planas 6.3Turbina, 6 palas curvas 4.8Turbina "ventilador", 6 palas curvas a 45° 1.65Turbina cubierta, 6 palas curvas 1.08
COAGULACIÓN‐FLOCULACIÓN
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Mezcladores mecánicos en el tanque.
COAGULACIÓN:MEZCLADORÁPIDO
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G está en el intervalo de 600 a 1000 s-1
Tiempos de residencia ( ó t) en torno a 1-10 s
Máximo volumen del tanque = 8 m3
Profundidad del líquido = 0.5 a 1.1 veces el diámetro o ancho del tanque
Diámetro del agitador: entre 0.3 y 0.50 veces el diámetro o ancho del tanque
Los deflectores verticales suelen tener un ancho en torno al 10 % del diámetro o ancho del tanque
COAGULACIÓN:MEZCLADORÁPIDOCONSIDERACIONES DE DISEÑO
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Los agitadores no suelen tener un diámetro superior a
1metro
La profundidad del líquido ha de ser aumentada entre 1.1
y 1.6 veces el diámetro del tanque si se emplean dos
agitadores por eje. Cuando éstos se utilizan han de estar
espaciados alrededor de dos veces el diámetro del
agitador.
La eficacia de transferencia de la potencia del motor del
agitador al agua es del orden del 80% para agitadores
COAGULACIÓN:MEZCLADORÁPIDOCONSIDERACIONES DE DISEÑO
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Floculador mecánico de palas de eje horizontal
FLOCULACIÓN:MEZCLADOLENTO
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FLOCULACIÓN:MEZCLADOLENTO
Floculador mecánico de turbinas de eje vertical.
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TIPO G (s‐1) G ‐ tBaja turbidez, eliminación de color 20 – 70 60000 – 200000Elevada turbidez, eliminación de sólidos 30 ‐ 80 36000 ‐ 96000
Tiempo hidráulico de residencia = 900 - 1800 s
Los floculadores suelen ser diseñados con un mínimo de tres
compartimentos para ejercer un mezclado gradual.
El diámetro del agitador suele ser de 0.2 a 0.5 veces el ancho del
tanque, estando el máximo diámetro de los agitadores en torno a 3 m.
CONSIDERACIONES DE DISEÑOFLOCULACIÓN:MEZCLADOLENTO
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Coagulación: desestabil ización del coloide.
Floculación: Coloides inestables forman flóculos.
Separación de flóculos: Mediante unidades de decantación, flotación o fi ltración.
El proceso de coagulación‐floculación, es un proceso simple, perocostoso.
Se emplea cuando hay poca Materia Orgánica.
Apropiado para vertidos intermitentes, climas fríos y vertidostóxicos (industriales, lixiviados, etc.)
Durante el proceso, el agua a tratar se comporta en régimenturbulento.
CONCLUSIÓN
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DIMENSIONAMIENTO
EJERCICIODEAPLICACIÓN
De acuerdo a las características del vertido que se indicana continuación, diseñe la unidad de Coagulación‐Floculación, óptima para su tratamiento.
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Caudal de agua residual a tratar: 2 m3/s
Dosis de Coagulante: 40 mg/L FeCl3
Concentración del producto comercial : 40%
Frecuencia de suministro de coagulante: 15 días
G ∙t = 600 – 10000
G = 600 – 1000 s‐1
t = 1 – 10 s
= 1.053 ∙ 10‐3 Pa ∙ s
Tª agua residual: 18 ºC
Eficacia estándar de los agitadores: 80%
(Profundidad tanque/diámetro tanque) = 0.5 – 1.1
(Diámetro agitador /diámetro tanque) = 0.3 – 0.5
EJERCICIO:COAGULACIÓNPARÁMETROS DE DISEÑO
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Mezcladores comerciales
EJERCICIO:COAGULACIÓNPARÁMETROS DE DISEÑO
MODELO rpm POTENCIA (kW) MODELO rpm POTENCIA (kW)
TJQ25 30.45 0.18 TJQ300 110.175 2.24
TJQ50 30.75 0.37 TJQ500 110.175 3.73
TJQ75 45.7 0.56 TJQ750 110.175 5.59
TJQ100 45.11 0.75 TJQ1000 110.175 7.46
TJQ150 45.11 1.12 TJQ1500 110.175 11.19
TJQ200 70.11 1.5
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1. Calculemos el volumen del tanque de coagulación
2. Calculemos la potencia de agitación aplicada necesaria
3. Calculemos la potencia de agitación necesaria
EJERCICIO:COAGULACIÓNCÁLCULOS
Tiempos de residencia ( ó t) en
torno a 1-10 s ELIGO (=5s)
G está en el intervalo de 600 a
1000 s-1 ELIGO (G=800s-1)
0.8 es de la eficacia
estándar del agitador
(DATO)Mercedes Alexandra Villa Achupallas M.Sc.
El motor del mezclador comercial de potencia más parecida a laobtenida es el JTQ1000, con 7.46 Kw, por lo que recalcularemos paraeste mezclador los parámetros de diseño.
(Profundidad tanque/diámetro tanque) = 0.5 – 1.1(ELIGO )
Considerando esta relación, y sabiendo que el volumen de un tanque circular esta dado por:
Puede determinar la altura y el radio del tanque de coagulación.
EJERCICIO:COAGULACIÓNCÁLCULOS
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El volumen real del tanque será:
Considerando este leve cambio en el volumen, podemosdeterminar el tiempo de residencia real en el tanque:
Verificar que el gradiente de velocidad G cumpla con el intervalo
Verifique que el producto G. este dentro del intervalo de (600 ‐10000)
EJERCICIO:COAGULACIÓNCÁLCULOS
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Calculemos el diámetro de hélice
Consumo‐Caudal – depósito de coagulante1. Concentración del coagulante en (gr/s)
Ccoag=(Dosis coag )*(Caudal)
2. Determine el caudal del coagulante en (m3/h)Qcoag= (Ccoag) / (Dosis coag )
3. Volumen del coagulante en (m3)Vcoag= (Qcoag)*(Frecuencia de consumo de coag)
EJERCICIO:COAGULACIÓNCÁLCULOS
(Diámetro agitador /diámetro
tanque) = 0.3 – 0.5 ELIGO (0.4)
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Caudal de agua residual a tratar: 2 m3/s
G ∙t = 36000 – 96000
G(medio) = 30 – 80 s ‐1
t = 900 ‐ 1800 s
G(max)/G(min) = 2
Nº Compartimentos : 3
Nº Líneas: 3
= 1.053 ∙ 10 ‐3 Pa ∙ s
Tª agua residual: 18 ºC
Eficacia estándar de los agitadores: 80%
Profundidad tanque = 4 m
(Diámetro agitador /diámetro tanque) = 0.2 – 0.5
Tipo de agitador: 2 Hélices de 3 palas.
EJERCICIO:FLOCULACIÓNPARÁMETROS DE DISEÑO
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Mezcladores comerciales
EJERCICIO:FLOCULACIÓNPARÁMETROS DE DISEÑO
MODELO rpm POTENCIA (kW) MODELO rpm POTENCIA (kW)
TJQ25 30.45 0.18 TJQ300 110.175 2.24
TJQ50 30.75 0.37 TJQ500 110.175 3.73
TJQ75 45.7 0.56 TJQ750 110.175 5.59
TJQ100 45.11 0.75 TJQ1000 110.175 7.46
TJQ150 45.11 1.12 TJQ1500 110.175 11.19
TJQ200 70.11 1.5
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Estimemos el volumen necesario. Adoptemos un tiempo de residencia de 1200 segundos:
V = Q*t Como el sistema consta de tres l íneas en paralelo, cada una tendrá un volumen total de:
VLÍNEA=V/#líneas
Cada línea la conforman tres tanques de floculación condiferentes intensidades de mezcla cada uno, adoptando un Gmedio de 30 s‐1 y tomando la relación de Gmax/Gmin = 2 ,tenemos que estas intensidades de agitación son:
G1 = 40 s ‐1 Gmedio = 30 s ‐1 G3 = 20 s ‐1
EJERCICIO:FLOCULACIÓNPARÁMETROS DE DISEÑO
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Resulta imposible que se cumplan las dos condiciones a la vez,
esto es, que los volúmenes de los tres tanques sumen 800 m3, y
que las intensidades de mezclado sean exactamente las
indicadas, por lo que se ha de optar por una de estas dos
posibilidades:
1.‐ Tres tanques de 267 m3 cada uno con diferentes mezcladores.
2.‐ Tres tanques de agitación de diferentes volúmenes pero con
el mismo mezclador.
EJERCICIO:FLOCULACIÓNPARÁMETROS DE DISEÑO
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Si partimos de un primer tanque de 175 m3, determinaremos la
potencia que debe tener el motor para el primer tanque:
La potencia efectiva del motor corresponde a:
En base a este dato, buscaremos en nuestra tabla de
mezcladores comerciales, el que más se aproxime a nuestro
resultado, que en este caso es el mezclador JTQ 50.
EJERCICIO:FLOCULACIÓNA) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
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0.8 es de la eficacia
estándar del agitador
(DATO)
El tanque nº 1 tendrá un ancho de:
Adoptando una relación Dp/W de 0.3, determinamos el diámetro de
la pala del agitador.
Recuerde que: Diámetro de pala de agitador debe ser menor a 3m.
En cuanto a las revoluciones por minuto a las que tiene que girar el
mezclador, estas son:
P’1 es la potencia efectiva del motor seleccionado en (W).
EJERCICIO:FLOCULACIÓNA) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
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“h” es la profundidad
del tanque (DATO)
El valor de KT depende del tipo de agitador, en este caso para
un agitador: Hélice, montada en 2,3 palas.
Densidad del l íquido a tratar (Agua):
EJERCICIO:FLOCULACIÓNA) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
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CONSTANTE DEL AGITADOR (KT)
Hélice, montada en 1,3 palas 0.32Hélice, montada en 2,3 palas 1
Turbina, 6 palas planas 6.3Turbina, 6 palas curvas 4.8Turbina "ventilador", 6 palas curvas a 45° 1.65Turbina cubierta, 6 palas curvas 1.08
El numero de revoluciones por minuto que determinemos, no
debe exceder el número de rpm que estima el fabricante del
mezclador, atendiendo a la tabla de mezcladores comerciales:
Una vez verificado, que nuestro tanque floculador 1, satisfaga las
condiciones y criterios de diseño, continuamos con el diseño del
segundo tanque, de manera análoga.
EJERCICIO:FLOCULACIÓNA) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
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MODELO rpm POTENCIA (kW)
TJQ50 30.75 0.37
Para el segundo tanque tendremos que:
Determinamos el ancho del tanque (Dato: h=4m)
Adoptando una relación Dp/W de 0.3, determinamos el diámetro de
la pala del agitador 2.
Recuerde que: Diámetro de pala de agitador debe ser menor a 3m.
EJERCICIO:FLOCULACIÓNA) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
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Recuerde que estamos diseñando un tanque con potencia fija yvolumen variable, por lo que la potencia efectiva P’1 delmezclador se mantiene constante, lo que va a cambiar es eldiámetro de la paleta y en base a este determinará el número derevoluciones por minuto que debe girar el mezclador.
Verifique que este número de rpm no exceda las estipuladas porel fabricante.
Siguiendo el mismo procedimiento, diseñe el tercer tanquefloculador.
En caso de que el diámetro de una de las paletas sea mayor a3m, asume este valor como diámetro de paleta.
EJERCICIO:FLOCULACIÓN
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A) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
La siguiente tabla resume, las características de cada tanque
floculador.
Cuando ca lcu lamos e l d iámetro de pa la para e l tanque 3 adoptando una re lac iónd iámetro de pala – ancho de tanque de 0.3 , obtenemos un d iámetro de pala de 3.97 m,lo cua l supera e l máx imo admis ib le de 3 m, por lo que adoptamos este d iámetro ydeterminamos cua l es la re lac ión que sa le entre e l ancho ca lcu lado (13.23 m) y e ld iámetro de pala de 3m, obten iéndose una re lac ión de 0.23, la cua l está dentro de losva lores recomendados (0 .2 – 0.5) .
EJERCICIO:FLOCULACIÓN
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tanque G (s‐1) Motor V (m3) W (m) Dpala (m) CONTROL Dpala
n (rpm) CONTROL n
1 40 JTQ50 175.000 6.614 1.984 CUMPLE 12.745 CUMPLE
2 30 JTQ50 311.111 8.819 2.646 CUMPLE 7.890 CUMPLE
3 20 JTQ50 700.000 13.229 3.969 ERROR 4.014 CUMPLE
La pala en tanque 3, es superior a 3m, se adopta por tanto : 3 CUMPLE 6.399 CUMPLE
Se verifica la relación entre fagit/ftanq, para el nuevo fpala: 0.226778684 CUMPLE
A) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
Una vez realizado los cálculos, es preciso comprobar los valores
de tiempo hidráulico de residencia (t) y de G ∙ t .
Una de las primeras condiciones dice que: t = 900 ‐ 1800 s
Considerando elevada turbidez: G∙t = 36000 – 96000
Con el t determinado anteriormente lo multiplica por Gmedio y
verifique que cumpla la condición.
EJERCICIO:FLOCULACIÓN
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A) INTENSIDAD FIJA Y VOLUMEN VARIABLE
Si partimos de un t = 1200 s, tendríamos un volumen de 800 m3por línea, lo cual repartido entre tres tanques supone unvolumen individual de 267 m3.
Para el primer tanque, la potencia de agitación necesaria sería:
La potencia del motor necesaria será:
En base a esta potencia, seleccionamos de la tabla demezcladores comerciales JTQ 75
EJERCICIO:FLOCULACIÓN
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B) INTENSIDAD VARIABLE Y VOLUMEN FIJO
El tanque nº 1 tendrá un ancho de:
Adoptando una relación Dp/W de 0.3, determinamos el diámetro de la paleta.
En cuanto a las revoluciones por minuto, las determinamos por:
Recuerde que P’1 es la potencia efectiva, considerando lapotencia del motor y el rendimiento dado.
EJERCICIO:FLOCULACIÓN
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B) INTENSIDAD VARIABLE Y VOLUMEN FIJO
MODELO rpm POTENCIA (kW)
TJQ75 45.7 0.56
Siguiendo la misma metodología obtenemos los siguientesvalores para los otros dos tanques:
Es preciso comprobar los valores de G y de G ∙ t .
Los valores de G deben estar entre ( 30‐80 s‐1) Los valores de G.t deben estar entre (36000 – 96000)
EJERCICIO:FLOCULACIÓN
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B) INTENSIDAD VARIABLE Y VOLUMEN FIJO
SEDIMENTACIÓN
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Una vez que el agua ha sidoacondicionada para que los flóculostengan un tamaño adecuado y puedansedimentar, se requiere implementar unaunidad de sedimentación que puede serun decantador.
DECANTACIÓN:
El objetivo fundamental de la decantación es la eliminación de los
sólidos sedimentables por acción de la gravedad.
Este proceso se realiza en unos depósitos en los que la velocidad
del agua es suficientemente lenta, denominados decantadores.
En la decantación, se logran sedimentar entre el 70%‐80% de
sólidos suspendidos.
Lo que conlleva una reducción del 30% de materia orgánica.
Este método se recomienda cuando se tienen altas
concentraciones de sólidos en suspensión, DBO y DQO.
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Para el diseño de un decantador se deben considerar:
1) seleccionar una carga hidráulica y el tiempo de retención adecuados para alcanzar los rendimientos deseados.
Carga Hidráulica=Caudal/superficie horizontalTiempo de retención= Volumen de tanque /Caudal
Velocidad Ascensional: Esta dada por la relación entre el caudal a tratar y la superficie del tanque de sedimentación.
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
En este caso, se adopta una velocidad ascensional en base a la tabla anterior y se determina la superficie:
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
El tiempo de retención esta dado por la relación entre caudal y volumen del decantador.
De acuerdo al Manual de Depuración URALITA se pueden adoptar tiempos entre:
Adoptando un tiempo de retención, y conociendo el caudal a tratar puede determinar el volumen del tanque decantador.
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
De las dimensiones adoptadas, debe verificar las siguientesrelaciones:
Para decantadores circulares se atiende a la siguiente tabla:
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
La carga de salida en vertedero, se adopta de la siguiente tabla:
Carga de salida del vertedero en unidades de (m3/h/m )
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
una vez adoptada la carga de sal ida, se puede determinar la longitud del vertedero.
Determinación del Caudal medio de fangos producidos (m³/h):
Volumen de fangos a recoger:
Los coeficientes K, C1 y C se adoptan de las siguientes tablas:
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
El coeficiente “C” hace referencia a la concentración de fangos.
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
Coeficiente “K” se refiere al rendimiento de la Sedimentación Primaria para la remoción de SS.
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DECANTADORESCRITERIOS DE DISEÑO
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